DERECHOS RESERVADOS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
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SISTEMA DE TRATAMIENTO PARA EL RECICLAJE DEL AGUA
PROVENIENTE DE AUTOLAVADOS
Trabajo Especial de Grado presentado ante la
Universidad Rafael Urdaneta para optar al título de:
INGENIERO CIVIL
Autor: Br. ORLANDO RINCÓN
Br. NELINYER SUAREZ
Tutor:MSc.DIANA CEGARRA
Maracaibo, Septiembre de 2012
AGRADECIMIENTOS
A nuestra casa de estudio, Universidad Rafael Urdaneta por permitir formarnos en
ella, también por su alto nivel académico que nos permitió obtener los
conocimientos necesarios para la vida profesional.
A nuestros tutores MSc. DIANA CEGARRA y ING. SILVIA GARCIA, nuestros más
sinceros agradecimientos por emprender esta labor con nosotros y brindarnos
tanta dedicación y paciencia.
A cada uno de los profesores y otros integrantes de nuestra universidad, por
aportar un granito de arena, para llegar al final de esta meta.
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Rincon Sandrea, Orlando David. Suarez Ballestero, Nelinyer Antonio.
“SISTEMA DE TRATAMIENTO PARA EL RECICLAJE DEL AGUA
PROVENIENTE DE AUTOLAVADOS.” Trabajo especial de grado para optar al
título de ingeniero civil. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de ingeniería.
Escuela de ingeniería civil. Maracaibo, Venezuela. Marzo del 2012. 120 p
RESUMEN
Este trabajo de investigación tuvo como objetivo central el desarrollo de una
solución ecológica e ingenieril para la reutilización de las aguas grises
provenientes del servicio de autolavados, reinyectándolas en el mismo proceso de
lavado, tras un tratamiento depurativo para librarla de contaminantes adquiridos en
el uso, para así disminuir la cantidad de liquido nuevo en cada ciclo de lavado, con
el consiguiente beneficio tanto económico como ambiental también. Para el
desarrollo de dicha solución, se procedió a caracterizar el agua saliente en el
punto de descarga de un autolavado piloto, por medio de distintas pruebas,
llegando a conocer su turbidez, contenido de sólidos e impurezas, entre otros
parámetros, para luego llevarlos a niveles aceptables para su retorno al caudal de
servicio del establecimiento. Dicho retorno se consigue a través del diseño de una
planta de tratamiento basada en el proceso fisico-químico conocido como
coagulación-floculación, el cual consistente en la formación de cadenas de
moléculas solidas de gran tamaño llamadas flóculos, mediante la adición de un
agente coagulante en el punto de entrada, para luego separarlas por decantación
gracias al aumento de su peso. Esto aunado a otros tratamientos ya
estandarizados para la eliminación de grasas y sólidos en suspensión restantes,
alcanzarían para llegar a los niveles deseados de forma más que suficiente con el
diseño planteado, lo cual permitió concluir de forma teórica la existencia de
soluciones de reutilización de agua, plausibles a nivel ingenieril, rentables en
términos de inversión vs ahorro, y de alto impacto ambiental gracias a la reducción
del uso de agua potable para propósitos comerciales.
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Palabras clave: Reutilización, coagulación-floculación, planta de tratamiento.
Rincon Sandrea, Orlando David. Suarez Ballestero, Nelinyer Antonio.
“TREATMENT SYSTEM FOR CAR WASH WATER RECYCLING” Special
degree thesis presented to the University Rafael Urdaneta, Faculty of
Engineering, school of Civil Engineering, Maracaibo, Zulia State,
Venezuela2012. 120 p
ABSTRACT
This investigation paper had as its central goal the development of an ecologic and
cost-effective solution for the recycling of the grey-waters derived from carwash
service, re-injecting it to the supply pipe after a depurative treatment that aims to
free it from contaminant acquired during its usage, in order to diminish the amount
of new liquid being added on every wash cycle, with the subsequent benefit, both
environmental and economic as well. For this solution development, the water
from the discharge point of a pilot carwash was proceeded to be characterized
through several tests, getting as the results parameters such as turbidity,
suspended solids concentration, among others, to then revert them to acceptable
levels for its return to the service pipeline of the carwash. This return is achievable
through the design of a treatment plant, based on the chemical and physic process
called flocculation, consistent in the formation of high-sized molecular chains called
flocs, by the addition of a coagulant agent on the entry point, to then separate them
via sedimentation because of their huge weight. This, plus other already
standardized treatments for fat removal and residual suspension solids discarding,
would be enough to reach the desired levels using the proposed design, which
allowed to reach the conclusion of the existence of the existence of water
reutilization solutions, which are feasible from the engineering point of view, costeffective on a investment vs. save scale and with a high rate of environmental
impact, by the reduction of the usage of potable water for commercial purposes.
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Key words: recycling, flocculation, treatment plant.
INTRODUCCIÓN
Al hablar del agua, se hace referencia a un recurso que la mayoría de los seres
humanos da por sentado: el agua corriente está al alcance de la mano con tan
solo abrir el grifo, cuando la realidad es que para obtener dicha agua existen gran
cantidad de costes asociados, y que cada vez que se abre la llave se está usando
parte del pequeño 2,5% de agua dulce del planeta, número que de ser en verdad
reflexionado, haría que todos los países tuviesen una política de conservación y
reciclaje del recurso mucho más rígida.
De todo esto se desprende una necesidad inminente: se debe ahorrar agua. Y ese
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diseño para la reutilización de gran
parte
RdelEagua que se usa al lavar un vehículo,
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de forma queD
el establecimiento cuente con toda el agua que anteriormente se
es el objetivo primordial de este trabajo de investigación, proveer una solución de
perdía, tras tratarla para poder recircularla en los ciclos de lavado subsecuentes.
Esta realizada en el municipio de Maracaibo, Edo Zulia, el cual presenta uno de
los climas más calurosos del país, y con problemas para llevar agua a toda su
población desde hace mas de 20 años. Con estos antecedentes, es de rigor
presentar soluciones de bajo coste y alta rentabilidad económica además de
ecológicas para el uso del recurso, de ahí su importancia última.
Se procedió a dividir la investigación en 4 capítulos, a saber: Capitulo I, donde se
procedió a hacer una descripción del problema a tratar, y a su vez a plantear
objetivos específicos que permitiesen resolver dicho problema a través de sus
puntos claves de forma sistematizada, cuenta además con un punto donde se
formula la justificación de esta problemática, para luego pasar a delimitarlo en el
tiempo y el espacio, para fijar así una referencia de estudio. En el Capítulo II, se
procedió a explicar las bases teóricas necesarias para fundamentar la
investigación
y
proveer
de
apoyo
a
cualquier
tipo
de
lector
futuro
independientemente de su campo de experticia, para pasar al Capítulo III donde
se paso a dejar constancia del tipo de investigación que había de llevarse a cabo y
su enfoque desde el método científico, fijando todo un marco de metodología a
implementar para poder hacerlo de forma sistémica. Y luego tras llevar a cabo los
ensayos y cálculos requeridos se extrajo de ellos una serie de resultados
plasmados con sus correspondientes análisis en el Capítulo IV, que da cierre con
su propuesta de diseño para aportar una solución.
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CAPITULO I
EL PROBLEMA
A continuación, se explica la naturaleza del problema, los objetivos establecidos
para resolver el mismo, la justificación del presente trabajo así también las
delimitaciones de la investigación.
1.1.
Planteamiento del problema
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REconforma lastres cuartas partes de la
atmosfera, litosfera e hidrosfera,esta
Súltima
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superficie del planeta. La hidrosfera está compuesta de agua dulce y salada, estas
El planeta está compuesto por tres (3) capas principales, las cuales son:
a su vez representan el 2,8% y 97,2% respectivamente de su totalidad en
volumen. De esta cantidad casi dos tercios (1.8% del total)es agua helada de los
glaciares y casquetes polares. El resto está presente en la humedad del suelo por
efecto de las lluvias o en capas de agua subterránea demasiado profundas para
ser explotadas. Apenas el 0,007% es el agua dulce que baja de las montañas en
forma de ríos o que surge de la tierra.
Latinoamérica representa solo el 6% de la población mundial, pero posee el 26%
de los recursos Hídricos del planeta. Esto la convierte en la reserva de agua dulce
más importante. Brasil, Bolivia, Colombia, Ecuador, Guyana, Perú, Surinam y
Venezuela
comparten
la
cuenca
Amazónica.
Esta
Tiene
la
mayor
reservadisponible de agua dulce a nivel mundial.
Venezuela es uno de los países más ricos en recursos hídricos la mayoría de los
cuales se encuentran concentrados al sur del rio Orinoco. El mayor volumen de
agua superficial se encuentra en los estados Bolívar y Amazonas. Esta
distribución no coincide con la ubicación espacial de la población que en su
mayoría está asentada en la región norte-costera, lo cual es un problema para la
distribución del agua.
En el estado Zuliael crecimiento poblacional sumado al incremento de las
industrias y la distribución deficiente, ha ocasionado que el servicio de agua en
elestado sea racionado desde hace aproximadamente 20 años. Otro de los
factores que contribuye al mal funcionamiento del sistema de distribución son los
camiones cisternas ya que estos, por razones lucrativas comercializan el agua a
los sectores industriales y esta es usada de manera discriminada originando
grandes demandas de forma repetitiva para satisfacer sus propias necesidades.
En Maracaibo existen numerosas empresas y comercios que utilizan el agua en
abundante cantidad, dentro de los que pueden citarse los autolavadoslos cuales
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proceso estas aguas
adquieren
ciertas
características tales como: altos niveles de
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destinan el vital liquido al proceso de lavado de automóviles, durante dicho
grasas, DQO, PH, color, turbidez, alcalinidad, dureza e hidrocarburos.Las aguas
son vertidas a los colectores, Esto genera un gran problema en la distribución de
agua potable a los hogares de dicho municipio; debido que los autolavados
carecen
de
un
sistema
de
reciclaje
de
agua
eficiente
que
reduzca
significativamente el volumen de demanda diario.
Por esta razón el objetivo de esta investigación es diseñar un sistema de
tratamiento para efluentes provenientes de auto lavados,con el fin de cumplir con
los parámetros la normativa venezolana vigente (gaceta oficial 5021 decreto 883)
que establece las normas para el control de la calidad de los cuerpos de agua y de
los vertidos líquidos.Para obtener de esta manera un efluente que pueda ser
reutilizado por comercios de este tipo.
1.2.
Objetivos de la Investigación
1.2.1. Objetivo general
Diseñar un sistema de tratamiento para el reciclaje del agua proveniente de
efluentes en los autolavados.
1.2.2. Objetivos específicos
- Caracterizar el agua residual proveniente de losautolavadosen cuanto a
parámetros físico-químicos estandarizados.
- Determinar los procesos físicos, químicos y biológicos que requiere el agua para
ser reutilizada en el proceso de lavado de automóviles.
- Diseñar una planta de tratamiento de agua proveniente de autolavado para su
reutilización en el proceso de lavado de carros.
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El propósito de esta
investigación
fue exponer una problemática que existe en la
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1.3.
Justificación e importancia
ciudad de Maracaibo y que preocupa a gran parte de la población, dicho problema
es el gasto excesivo del agua por parte de los autolavados,así mismo también se
busco diseñar un sistema de tratamiento para el reciclaje de las mismas.
Por otro lado se buscó ayudar al medio ambiente con el trabajo, ya que un
tratamiento previo al agua descargada a los colectores,conllevó a
una
disminución de agentes contaminantes vertidos de forma directa a sitios como el
lago de Maracaibo, el cual actualmente posee un foco alto de contaminación
debido a la falta de controles y tratamiento a las aguas vertidas en el. Los
autolavados,también se beneficiaron, ya con la propuesta y el estudio realizado se
pudo dar como alternativa la reinyección del agua tratada en su sistema de lavado,
ayudandoasí a disminuir el gasto generado en la compra de agua a camiones
cisternas.Además se les acoto que al poseer dicho sistema estarían siendo un
autolavado ecológico.
En el área de conocimiento, se logro aclarar algunas dudas sobre cómo se puede
ayudar al medio ambiente con elreciclaje efectivo del agua proveniente de auto
lavados,de igual manera se pudo difundir la utilización de la tecnología aplicada en
este tipo de procesos. Es importante destacar que tantola población en
generalcomo los usuarios de dicho autolavado tienen la oportunidad de
contemplar la información que ofrece esta investigación y en consecuenciase
busco también disminuir la falta de conocimiento con respecto al tema.
1.4.
Delimitación
1.4.1. Espacial
La presente investigación se llevo a cabo en un autolavado ubicados en la ciudad
de Maracaibo Edo.Zulia, Republica Bolivariana de Venezuela. Además la
caracterización del efluente se realizo en las instalaciones del centro de
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investigación del agua adscrita a la facultad de agronomía de la Universidad del
Zulia.
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1.4.2. Temporal
Esta investigación fueelaborada en el periodo comprendido entre los meses de
Enero 2012 y Agosto de 2012.
1.4.3. Científica
La investigación se enmarco en el área de la ingeniería civil, específicamente en la
parte de higiene y saneamiento. Esta línea de investigación involucró una parte
experimental y estadística correspondiente a la caracterización del efluente
comparándolo con la norma sanitaria vigente. También presentó una parte de
diseño donde se calcularon las diferentes unidades para el tratamiento del
efluente.
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
En este capítulo se presentan los aspectos teóricos que sirven de soporte a la
investigación, en el cual se toman en consideración los aportes y la información
proporcionada por diversos autores referentes a la reutilización del agua potable.
2.1. Antecedentes de la investigación
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E de investigación, cuyos objetivos
selección previa de textos, artículos,
trabajos
S yR
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son similaresD
a los propuestos en este trabajo, de tal forma que se pueda tener
Con la finalidad de respaldar teóricamente los estudios planteados, se realizó una
puntos de referencia para evaluar con mayor criterio la propuesta planteada y así
establecer los alcances de esta investigación.
Armao y Luzardo (2011), diseño de un sistema de aprovechamiento de agua de
lluvia, como alternativa para el ahorro de agua potable, Universidad Rafael
Urdaneta, Maracaibo. En este trabajo especial de grado los investigadores
presentaron una propuesta de diseño sobre un sistema de aprovechamiento de
agua de lluvia, como alternativa para el ahorro de agua potable, en uso tales como
la descarga de sanitarios, el lavado de zonas comunes, entre otros. Presentaron
un análisis de viabilidad técnica y económica de dicho aprovechamiento, aplicado
en la ciudad de Maracaibo estado Zulia. Se desarrollaron tres aspectos principales
como fueron, el cálculo de los volúmenes disponibles de agua de lluvia en la zona
estudiada, la evaluación del volumen de agua potable ahorrado con el
aprovechamiento del agua de lluvia, y por último la estimación del presupuesto
para la construcción del sistema y la proyección del ahorro generado al utilizar la
solución propuesta.
Esta tesis de grado aporta información sobre la composición y funcionamiento de
un sistema de aprovechamiento de agua, como también la importancia de llevar a
18
cabo la construcción de las unidades de tratamiento necesarias para garantizar la
reutilización del agua en distintos procesos.
Tirado y Viloria (2006), diseño de una planta de tratamiento de aguas grises y red
de distribución y suministro a tanques de excusado para la Universidad Rafael
Urdaneta (URU), Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo. En este trabajo los
investigadores ofrecieron la alternativa de diseñar una planta de tratamiento de
aguas grises, además de una red de distribución destinada al riego de áreas
verdes y suministro a tanques de excusado para la universidad Rafael Urdaneta
(URU). Una vez realizado los estudios, Tirado y Viloria Observaron que el efluente
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S REesto resulta en que dicha agua puede
O
presentaron bajos niveles
deH
contaminación,
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proveniente de los lavamanos propiedad de la Universidad Rafael Urdaneta (URU)
ser reutilizada sin ningún tratamiento previo, sin embargo plantearon el diseño de
una planta
considerando los bajos niveles de contaminantes presentes en el
agua. Diseñaron una planta de tratamiento sencilla integrada por un filtro dual y
una cámara de cloración, la cual ayudara a reducir aún más los niveles de
contaminación presentes en el agua. Con esta planta los investigadores
determinaron que URU podría ahorrarse 21.750 litros de agua diarios equivalentes
a un camión cisterna.
El aporte fundamental de esta tesis de grado para la investigación consiste en la
recopilación de información de estudios de campo, caracterización del agua
residual y diseño de una planta de tratamiento de agua para su reutilización.
Salvador, S (2005), diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para
riego del parque vereda del lago de Maracaibo, Universidad Rafael Urdaneta,
Maracaibo. En la presente investigación, el autor propuso el diseño de una planta
de tratamiento para aguas residuales de tipo lodos activados, con el fin de utilizar
el efluente generado por la planta en el riego del parque “Vereda del lago” del
municipio Maracaibo. Salvador tomó muestras de agua en la última boca de visita
del parque, y analizó el resultado con el decreto 883 en su capítulo III, sección V,
articulo 15 el cual establece los parámetros de calidad correspondiente al líquido
19
que es descargado a las redes cloacales. El investigador concluyo que con la
construcción de la planta de tratamiento propuesta se estaría implementando un
modelo de gestión de gran impacto ambiental, ya que se evitaría la descarga
directa de 200 m3/día de agua residual no tratada al lago de Maracaibo. Además
Salvador menciono que mediante el aprovechamiento del agua proveniente de los
colectores ubicados en la avenida el milagro (Av. 2), se estaría garantizando el
volumen de agua necesario para cubrir la demanda de riego de 22 hectáreas,
logrando así el propósito de la investigación el cual es la utilización del efluente
proveniente de la planta de tratamiento en el riego del parque la vereda del lago.
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De esta investigación resulta relevante el método de lodos activados utilizado por
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el investigador, el cual es uno de los tratamientos biológicos para aguas residuales
más utilizados actualmente.
Tomando en cuenta el trabajo especial de grado que se presenta, contribuye con
esta investigación como material de apoyo debido a que se ha podido observar
una metodología fundamental en el diseño de una planta de tratamiento, además
de la reutilización efectiva del agua.
2.2.
Bases teóricas
2.2.1. Estimación del caudal y diámetro de la tubería
El tamaño de las plantas de tratamientos está fijado usualmente por el caudal
diario promedio de diseño. Este parámetro y sus variaciones, son indispensables
conocerlos ya que las diferentes unidades que conforman los sistemas de
tratamiento se dimensionan en función de ellos. (Rodriguez, 2003)
- La Norma Sanitaria Nº 4044, Articulo 111.O estipula que para estaciones de
lavado de vehículos con equipo de lavado no automático el caudal medio será de
8000 litros/dia/equipo de lavado no automático.
20
Q dis (L/s): Caudal máximo
P lav : Puestos de lavado no automático
- La Norma Sanitaria Nº 4044, Articulo 302 proporciona la información necesaria
para el cálculo del caudal por punto de manguera, la tabla 2.1 que contiene la
información de las unidades de gasto correspondiente a distintos diámetros y la
tabla 2.2 proporciona el gasto probable en función del número de unidades de
gasto.
Tabla 2.1 unidades de gasto según el diámetro de alimentación
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Diámetro del orificio de alimentación de
la pieza
Menor de 1,27 cm
(1/2”)
Menor de 1,91 cm
(3/4”)
Menor de 3,54 cm
(1”)
Menor de 3,18 cm
(1 ¼”)
Menor de 3,81 cm
(1 ½”)
Menor de 5,08 cm
(2”)
Menor de 6,35 cm
(2 ½”)
Menor de 7,62 cm
(3”)
(Norma Sanitaria Nº 4044)
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Unidad de gasto
correspondiente
1
3
6
9
14
22
35
50
Tabla 2.2 gastos probables en función del número de unidades de gasto
Nº de unidades de gasto
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
22
Gasto probable piezas Gasto probable piezas
de tanque
de válvula
0,20
No hay
0,26
No hay
0,38
1,51
0,42
1,56
0,46
1,61
0,49
1,67
0,53
1,72
0,57
1,77
0,63
1,86
0,70
1,95
0,76
2,03
0,83
2,12
0,89
2,21
0,96
2,29
21
Tabla 2.2 Continuación
Nº de unidades de gasto
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
(Norma Sanitaria Nº 4044)
Gasto probable piezas Gasto probable piezas
de tanque
de válvula
1,04
2,36
1,11
2,44
1,19
2,51
1,26
2,59
1,31
2,65
1,36
2,71
1,42
2,78
1,46
2,84
1,52
2,90
1,58
2,96
1,63
3,03
1,69
3,09
1,74
3,16
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- Para la estimación del diámetro de la tubería se utilizaron ecuaciones
matemáticas que dependen del caudal de diseño y la velocidad, se determino el
volumen de fluido con el caudal de diseño para un tramo de tubería, luego se
selecciono un diámetro de 4” y se comprobó que la capacidad de la tubería fuera
mayor que el volumen de fluido a tratar, de esta manera se garantiza que la
tubería tenga la capacidad necesaria para manejar ese volumen de fluido. La
velocidad se fijo en 0,60 m/s para garantizar el movimiento de todos los sólidos.
t (s): Tiempo en que el fluido recorre la tubería
L (m): Longitud de la tubería
v (m/s): Velocidad del fluido en la tubería
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t (s): Tiempo en que el fluido recorre la tubería
V o (m3): Volumen del fluido
Q dis (m3/s): Caudal de diseño
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A t (m2): Área de la tubería
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(m): Diámetro de la tubería
V t (m3): capacidad de la tubería
A t (m2): Área de la tubería
L (m): Longitud de la tubería
2.2.2. Agua residual
Las aguas residuales se definen como la combinación de los residuos líquidos o
aguas portadoras de residuos procedentes de diferentes fuentes de uso, tales
como, doméstico, industrial, comercial, entre otros. Este tipo de agua puede ser
dispuesta de una manera segura para que no genere riesgo a la salud pública.
Según su origen, las aguas residuales resultan de la combinación de líquidos y
residuos sólidos transportados por el agua que proviene de residencias, oficinas,
edificios comerciales e instituciones, junto con los residuos de las industrias y de
actividades agrícolas, así como de las aguas subterráneas, superficiales o de
23
precipitación que también pueden agregarse eventualmente al agua residual.
(Cegarra, 2011).
Así, de acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas como:
domesticas, industriales, pluviales, infiltración y caudales adicionales.
2.2.3. Características de las aguas residuales
La composición de las aguas residuales se analiza con diversas mediciones
físicas, químicas y biológicas.
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2.2.3.1. Características físicas
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D
Las principales características físicas de un agua residual, son su contenido de
sólidos, distribución de partículas por tamaño, turbidez, color, olor, temperatura,
densidad y conductividad. A través de la medición cuantitativa de estos elementos
se obtiene una representación global de la muestra lo cual permite decidir el
tratamiento correspondiente a aplicar.
- Turbidez
La turbidez puede expresarse como la relación entre la cantidad de luz que pasa a
través de una muestra de líquido, comparada con la cantidad de luz que deja
pasar una muestra de referencia donde la muestra de referencia es 100%
transparente a efectos de la comparación. Se mide en unidades nefelométricas de
turbidez (UNT). (Crites y Tchobanoglous, 2001).
- Color
El color del agua residual es causado por la cantidad de sólidos suspendidos
(color aparente), material coloidal y sustancias en solución (color verdadero).
(Metcalf y Eddy, 1995).
24
- Transmitancia
Se define como la capacidad de un líquido a transmitir luz en una longitud de onda
específica a través de una solución de espesor conocido. (Crites y Tchobanoglous,
2001).
- Olor
Está determinado por la presencia de compuestos específicos en el agua, los
cuales pueden ser susceptibles de detección por el olfato humano, existiendo
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también un método instrumental el cual da como resultado el numero umbral del
olor (NUO) calculado en base a la mínima dilución de partículas necesaria para
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producir un olor perceptible con respecto a una muestra de referencia de agua
libre de olor. (Crites y Tchobanoglous, 2001).
- Temperatura
Viene dada por la procedencia de la muestra de agua y la que normalmente suele
provenir de usos industriales o domésticos lo cual tiene como consecuencia que
traiga una mayor temperatura de entrada al sistema de tratamiento lo cual puede
afectar el funcionamiento del mismo. (Metcalf y Eddy, 1995).
- Conductividad
Es la medida de capacidad de transmisión de corriente eléctrica de un fluido.
Suele utilizarse como parámetro auxiliar de medición de la cantidad de sólidos
suspendidos en dicho fluido ya que está relacionada de forma directa con la
cantidad de sólidos presentes.
- Sólidos totales
25
Se entiende por sólidos en las aguas residuales, la materia que queda cuando se
somete la muestra a una temperatura de 105 °C. Lo que se evapora a esa
temperatura, cualquiera que sea, no se considera sólido.
Los
sólidos
se
clasifican
en:
fijos,
volátiles,
suspendidos,
filtrables
y
sedimentables, dependiendo de la manera como son obtenidos. (Perruolo, 1992).
a) Sólidos fijos (SF): Son los que quedan al someterse los sólidos totales a una
temperatura de 550 °C representando la materia inorgánica (mineral) de la
muestra. (Perruolo, 1992).
S
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RE orgánica presente en la muestra. Se
Sla materia
°C. Representan aproximadamente
O
H
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b) Sólidos volátiles (SV): Son aquellos que son transformables en gases a 550
determina por la diferencia entre los sólidos totales (ST) y los sólidos fijos (SF).
(Perruolo, 1992).
c) Sólidos suspendidos (SS): Son los retenidos en un filtro de fibra de vidrio con
un tamaño nominal de poros de 1,2 micras. Si el filtro es secado a 105 °C se
obtienen los sólidos suspendidos totales (SST), si se somete a 550 °C se tienen
los sólidos suspendidos fijos (SSF) y, por diferencia se obtienen los sólidos
suspendidos volátiles (SSV). (Perruolo, 1992).
d) Sólidos filtrables (SFi): Son los que pasan con el agua a través del filtro.
Pueden a la vez clasificarse en sólidos filtrables fijos (SFiF) y sólidos filtrables
volátiles (SFiV). Los sólidos filtrables están formados por los sólidos coloides y los
sólidos disueltos de la muestra. (Perruolo, 1992).
e) Sólidos sedimentables (SSed): son aquellos que sedimentan al fondo de un
frasco de forma cónica en 60 minutos. Son una medida aproximada del volumen
de sólidos que pueden ser removidos en la sedimentación primaria. (Perruolo,
1992).
26
2.2.3.2. Características químicas
Se refiere a la presencia y cantidad porcentual de elementos químicos distintos del
hidrogeno y el oxigeno (componentes del agua en estado puro) en la muestra. La
materia orgánica en aguas residuales se constituye básicamente de proteínas,
carbohidratos, grasas y aceites. La urea, el mayor constituyente de la orina, es
otro componente orgánico importante que hace parte de las aguas residuales
frescas. Dada su rápida descomposición no es normal encontrarla en otro tipo de
aguas. Además también contienen pequeñas cantidades de un gran número de
moléculas orgánicas sintéticas, con estructuras que van desde las más simples
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hasta las extremadamente complejas.
- pH
DERE
Es la medida de acidez/basicidad de una solución, determinada por la cantidad de
iones H+ en una solución. Este índice divide las soluciones en ácidos y bases,
siendo considerada un ácido aquella con un pH menor de 7 (la escala va del 0 al
14) y una base su opuesta. (Crites y Tchobanoglous, 2001).
- Nitrógeno
El nitrógeno al igual que el fósforo, es esencial para el crecimiento biológico y son
conocidos como nutrientes o bioestimulantes. El nitrógeno es esencial para la
síntesis de proteínas por lo que se necesita conocer datos sobre su presencia a la
hora de evaluar la tratabilidad del agua residual mediante procesos biológicos. Si
la cantidad de nitrógeno es insuficiente debe ser adicionado para lograr que el
agua residual sea tratable. Las especies de nitrógeno de interés para la ingeniería
ambiental son el nitrógeno amoniacal, nitritos, nitratos y nitrógeno orgánico.
El nitrógeno amoniacal existe en solución acuosa tanto en forma de ión amonio
como en forma de amoniaco, dependiendo del pH de la solución. Representa al
amoníaco o al ión amonio, ya que, entre ellos existe el equilibrio:
27
4 +↔
3+
+
El nitrógeno en forma de nitrito, es un indicador de contaminación previa al
proceso de estabilización. Son de gran importancia en estudios de aguas
residuales porque son altamente tóxicos para muchos peces y otras especies
acuáticas.
El nitrógeno en forma de nitrato, si no es controlada su concentración en aguas
para consumo puede ocasionar daños a las personas. Estos pueden, por ejemplo,
reducirse a nitritos en el estómago de los niños y unirse a la hemoglobina
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ocasionando una reducción en la transferencia de oxígeno a nivel celular que se
manifiesta en el color azulado de la piel, condición que se conoce como síndrome
DERE
del bebé azul.
El nitrógeno orgánico, se determina por el método Kjeldahl, en el cual una muestra
acuosa se lleva a ebullición para eliminar el amoníaco y posteriormente se realiza
una digestión por ebullición en ácido sulfúrico. El nitrógeno orgánico presente en la
muestra se convierte en amoníaco para luego ser destilado y medido por
Nesslerización.
El nitrógeno total Kjeldahl, se determina del mismo modo que el nitrógeno
orgánico con la diferencia que no se elimina el amoníaco antes de la etapa de
digestión. Por tanto, el nitrógeno total Kjeldahl incluye el nitrógeno orgánico y el
nitrógeno amoniacal (Metcalf y Eddy, 1995).
- Fósforo
Es importante para el crecimiento de algas y otros organismos biológicos. Las
formas más frecuentes en que se puede encontrar el fósforo en soluciones
acuosas incluyen ortofosfatos, polifosfatos y fósforo orgánico.
Los ortofosfatos están disponibles para el metabolismo biológico sin que sea
necesaria una ruptura posterior. La distribución de las varias especies de fosfatos
es una función estricta del pH.
28
Los polifosfatos incluyen aquellas moléculas con dos o más átomos de fósforo,
átomos de oxígeno y en algunos casos átomos de hidrógeno combinados en
moléculas complejas. Los polifosfatos sufren hidrólisis en soluciones acuosas y se
convierten en ortofosfatos, sin embargo, el proceso es lento.
El fósforo orgánico, carece de importancia en muchos residuos domésticos, pero
puede ser un constituyente importante en residuos industriales y lodos de aguas
residuales (Metcalf y Eddy, 1995).
- Alcalinidad
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Se define como la capacidad para neutralizar ácidos. En aguas residuales, la
DERE
alcalinidad se debe a la presión de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de
elementos como calcio, magnesio, sodio, potasio o ión amonio. La alcalinidad en
las aguas residuales ayuda a regular los cambios de pH causado por la adición de
ácidos. La alcalinidad se determina por titulación con un ácido normalizado y se
expresa el resultado en Carbonato de Calcio (CaCO 3 ).
- Cloruros
Es una especie importante en aguas residuales y su determinación está
relacionada con su reutilización. En aguas naturales, los cloruros provienen de los
lixiviados de las rocas y suelos con los que ellas hacen contacto. En aguas
residuales, los cloruros son añadidos como consecuencia del uso. Dentro de los
compuestos orgánicos se encuentran los agregados e individuales, los
compuestos orgánicos agregados comprenden un número de compuestos que no
pueden ser distinguidos en forma separada, de gran interés de tratamiento, vertido
y reutilización de aguas residuales. (Crites y Tchobanoglous, 2001).
29
- Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)
La DBO es el método usado con mayor frecuencia en el campo de tratamiento de
las aguas residuales. Si existe suficiente oxigeno disponible, la descomposición
biológica aerobia de un desecho orgánico continuara hasta que el desecho se
haya consumido. Tres actividades más o menos diferenciadas pueden ocurrir.
Primero, una parte del desecho se oxida a productos finales y con ellos los
microorganismos obtienen energía para el mantenimiento de las células y la
síntesis de nuevo tejido celular. Simultáneamente, otra fracción del desecho se
convierte en tejido nuevo empleando la energía liberada durante la oxidación.
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SR
O
consumir su propio
tejido
celular
con el fin de obtener energía
H
C
E
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E
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Por último, cuando se consume la materia orgánica, las nuevas células comienzan
a
para el
mantenimiento celular; este tercer proceso es llamado respiración endógena.
(Crites y Tchobanoglous, 2001).
- Demanda química de oxígeno (DQO)
La demanda química de oxígeno (DQO) determina la cantidad de oxígeno
requerido para oxidar la materia orgánica en una muestra de agua residual, bajo
condiciones específicas de agente oxidante, temperatura y tiempo.
Las sustancias orgánicas e inorgánicas oxidables presentes en la muestra, se
oxidan mediante reflujo en solución fuertemente ácida (H 2 SO 4 ) con un exceso
conocido de dicromato de potasio (K 2 Cr 2 O 7 ) en presencia de sulfato de plata
(AgSO 4 ) que actúa como agente catalizador, y de sulfato mercúrico (HgSO 4 )
adicionado para remover la interferencia de los cloruros. Después de la digestión,
el remanente de K 2 Cr 2 O 7 sin reducir se titula con sulfato ferroso de amonio; se
usa como indicador de punto final el complejo ferroso de ortofenantrolina
(ferroina). La materia orgánica oxidable se calcula en términos de oxígeno
equivalente.
30
Para muestras de un origen específico, la DQO se puede relacionar
empíricamente con la DBO, el carbono orgánico o la materia orgánica; la prueba
se usa para controlar y monitorear después que se ha establecido la correlación.
El método es aplicable a muestras de aguas residuales domésticas e industriales
que tengan DBO superiores a 50 mg O 2 /L. Para concentraciones más bajas, tales
como muestras de aguas superficiales, se puede usar el método modificado para
bajo nivel en un intervalo entre 5 y 50 mg O 2 /L. Cuando la concentración de
cloruro en la muestra es mayor de 2 000 mg/L, se requiere el método modificado
para las aguas salinas. (Crites y Tchobanoglous, 2001).
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características biológicas
2.2.3.3. Características biológicas
Las
de las aguas residuales son de fundamental
importancia en el control de enfermedades causadas por organismos patógenos
de origen humano y por el papel activo de las bacterias y otros microorganismos
dentro de la descomposición y estabilización de la materia orgánica, bien sea en el
medio natural o en plantas de tratamiento de aguas residuales.
Los organismos patógenos pueden proceder de desechos humanos que estén
infectados o que sean portadores de una enfermedad determinada. Los
organismos patógenos más usuales son excretados por el hombre y pueden
causar enfermedades en el aparato gastrointestinal. Para determinar si estos
organismos se encuentran presentes en el agua residual se realiza el ensayo de
coliformes totales y fecales, ya que son indicadores de la presencia de los mismos
en el agua residual (Metcalf y Eddy., 1995).
En la figura 2.1, se puede observar las cuatro diferentes fases de adaptación que
se presenta en el crecimiento bacteriano en presencia de sustrato, estas fases
llevan por nombre: fase de adaptación (1), fase exponencial (2), fase estacionaria
(3), y la fase de declive (4).
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Figura 2.1. Curva de crecimiento bacterial y utilización de sustrato (Perruolo,1992).
- Fase de adaptación (1): Durante la fase de adaptación, las bacterias se adaptan
a las condiciones de crecimiento. Es el período en el que las bacterias individuales
están madurando y no tienen aún la posibilidad de dividirse. Durante la fase de
adaptación del ciclo de crecimiento de las bacterias, se produce la síntesis de
ARN, enzimas y otras moléculas. Así que en esta fase los microorganismos no
están latentes.
- Fase exponencial (2): La fase exponencial (a veces llamada fase logarítmica)
es un período caracterizado por la duplicación celular.4 El número de nuevas
bacterias que aparecen por unidad de tiempo es proporcional a la población
actual. Si el crecimiento no se limita, la duplicación continuará a un ritmo
constante, por lo tanto el número de células y la tasa de crecimiento de la
población se duplican con cada período de tiempo consecutivo.
- Fase estacionaria (3): Durante la fase estacionaria, la tasa de crecimiento
disminuye como consecuencia del agotamiento de nutrientes y la acumulación de
productos tóxicos. Esta fase se alcanza cuando las bacterias empiezan a agotar
los recursos que están disponibles para ellas. Esta fase se caracteriza por un valor
32
constante del número de bacterias a medida que la tasa de crecimiento de las
bacterias se iguala con la tasa de muerte bacteriana.
- Fase de declive (4): En la fase de declive o muerte, las bacterias se quedan sin
nutrientes y mueren.
2.2.4. Tratamiento de aguas residuales
El tratamiento de aguas residuales puede ser definido como aquella combinación
de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como objetivo fundamental
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la eliminación de los contaminantes contenidos en el agua y de esta manera lograr
DERE
un efluente tratado y que puede ser reutilizado o vertido en los cuerpos de agua
naturales.
Los métodos de tratamiento para aguas residuales pueden ser clasificados en
procesos físicos, procesos químicos y procesos biológicos.
- Procesos físicos
Se definen como aquellos en donde el tratamiento del agua residual se realiza a
través de fuerzas físicas, dentro de las cuales, puede mencionarse, la floculación,
sedimentación, flotación, filtración, tamizado, mezcla y transferencia de gases.
- Procesos químicos
Estos involucran los métodos en los cuales la remoción de los contaminantes se
realiza a través de la adición de productos químicos o reacciones químicas, dentro
de los que pueden citarse, la precipitación, adsorción, desinfección, coagulación,
entre otros.
Las aguas potables o residuales, en distintas cantidades, contienen material
suspendido y sólidos que pueden sedimentar en reposo ó sólidos dispersados que
no sedimentan con facilidad. Una parte considerable de estos sólidos que no
33
sedimentan pueden ser coloides, los cuales son suspensiones estables por lo que
es imposible su sedimentación natural y son responsables de la turbiedad y del
color del agua. En los coloides, cada partícula se encuentra estabilizada por una
serie de cargas de igual signo sobre su superficie, haciendo que se repelan dos
partículas vecinas como se repelen dos polos magnéticos. Puesto que esto impide
el choque de las partículas y que formen así masas mayores, llamadas flóculos,
las partículas no sedimentan.
Las partículas en suspensión de una fuente de agua superficial provienen de la
erosión de suelos, de la disolución de sustancias minerales y de la
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S RE industriales y agrícolas. En general
O
las descargas de las
actividades
domésticas,
H
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descomposición de sustancias orgánicas. A este aporte natural se debe adicionar
la turbiedad del agua es causada por las partículas de materias inorgánicas en
tanto que el color está formado por las partículas de materias orgánicas e
hidróxidos de metal, como por ejemplo el hierro.
Las operaciones de coagulación y floculación desestabilizan los coloides y
consiguen su sedimentación. Esto se logra por lo general con la adición de
agentes químicos y aplicando energía de mezclado. (Arboleda, 1992).
La coagulación: se refiere al proceso de desestabilización de las partículas
suspendidas de modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas, o
bien, desestabilización de un coloide producida por la eliminación de las dobles
capas eléctricas que rodean a todas las partículas coloidales, con la formación de
núcleos microscópicos. Este proceso utiliza lo que se conoce como coagulante
químico para promover la agregación de partículas.
La floculación: es el proceso que sigue a la coagulación y consiste en la agitación
de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los
microflóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso
necesarios para sedimentar con facilidad.
34
Los coagulantes más comúnmente utilizados son: sulfato de aluminio, sulfato
férrico, sulfato ferroso, coperas clorinada, alumbre de potasio o amonio, aluminato
de sodio, cloruro ferrico.
Sulfato de aluminio: este tipo de coagulante es el de uso más amplio,
Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O. En la coagulación del agua no es necesario contar con esta
sustancia libre de hierro. Se dispone en formas acida y básica con contenido de
Al 2 O 3 de 14,5 a 17,5%. (El contenido teórico de Al 2 O 3 en el sulfato puro es
15,3%). El contenido de agua de las formas industriales es de 14 moléculas de
agua, se puede comprar en forma granular, cristales, polvo o solución. Al disolver
S
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E electro-químicos, la gravedad por
Rseco,
S en
O
se puede dosificar R
conE
dosificaciones
H
C
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orificio, de presión, etc.
las formas solidas se recomiendan contar con agitación mecánica. Este reactivo
Sulfato férrico: Fe 2 (SO 4 ) 3 . En EE.UU. se conocen dos formas comerciales,
Ferrisul y Ferrifloc, difieren los grados de este producto en su contenido de sulfato
férrico que generalmente varia de 70 a 90%. Algunos tipos tienen cantidades
apreciables de sulfato de aluminio. En el mercado se encuentran en forma
granular. El sulfato ferrico es muy soluble y sus soluciones se preparan fácilmente
por agitación con dos partes de agua y una parte de sulfato. La solución
concentrada se diluye a la cantidad deseada. Las soluciones diluidas se hidrolizan
a hidróxido ferrico. No se recomienda guardar soluciones concentradas por mucho
tiempo.
Sulfato ferroso: FeSO 4 ·7H 2 O. Comúnmente se conoce como coperas, en el
mercado se encuentra en forma granular o formando cristales, es fácilmente
soluble en agua. Reacciona con la alcalinidad para formar hidróxido ferroso que
tiene una solubilidad de 4 ppm como Fe que es muy alta. Debe por lo tanto,
oxidarse a la forma ferrica Fe(OH) 3 , que tiene una solubilidad despreciable (menos
de 0,01 ppm). A valores de pH arriba de 7, esta oxidación debe llevarse a efecto
aireando el agua, o por clorinación a valores de pH mucho mas bajos.
35
Teóricamente, cada parte por millón de sulfato ferroso añadido requiere solamente
0,03 ppm de oxigeno para oxidarse.
Coperas clorinadas: cuando el ion ferroso de sulfato ferroso se oxida con cloro
hasta ion ferrico, el tratamiento se llama clorinación de coperas, la formula de esta
sustancia química puede ser FeSO 4 ·7H 2 O + 1/ 2 Cl 2 . Sin embargo, en el tratamiento
de agua, tanto el sulfato como el cloro se alimentan separadamente.
Alumbre de potasio y alumbre de amonio: estos dos coagulantes, ya sea en
forma cristalina o en forma de grumos, son los únicos que se pueden usar en los
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alimentos de tipo presión de solución. Las formulas para estos compuestos son:
Al 2 (SO 4 ) 3 ·K 2 SO 4 ·24H 2 O y Al 2 (SO 4 ) 3 ·(NH 4 ) 2 SO 4 ·24H 2 O.
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Aluminato de sodio: el aluminato de sodio – NaAlO
2
– difiere de los anteriores
descritos, en que tiene carácter alcalino en sus reacciones. Cuando se usa para
coagular aguas turbias o coloreadas, usualmente se dosifica junto con sufato de
aluminio.
Cloruro ferrico: Solución acuosa del compuesto químico correspondiente a la
formula química FeCl 3 . Se presenta en forma de líquido viscoso de color café
oscuro.
Posee un alto poder de formación de flóculos, característica que es utilizada para
diversas aplicaciones. Por ejemplo, es un eficiente coagulante en el tratamiento de
aguas residuales, aguas industriales y agua potable. Además, el cloruro férrico ha
sido utilizado por muchos años como un acondicionador de lodos, etapa previa a
la filtración.
A través de los años han surgido numerosas investigaciones que involucran este
tipo de tratamiento, para evaluar entre otros aspectos, la eficiencia del mismo al
tratar aguas provenientes de diferentes industrias.
Garrote y col. (1995) usaron el proceso de coagulación-floculación para el
tratamiento de un efluente de tenería; el coagulante usado fue cloruro férrico,
36
obtuvieron que dos ciclos del tratamiento redujeron significativamente la DQO,
logrando una eficiencia de remoción del 87 %, así mismo, se obtuvo un efluente
incoloro e inodoro.
Meza y col. (1996) demostraron que la utilización del permanganato de potasio
como coadyuvante de coagulación en combinación con sulfato de aluminio y
cloruro férrico en el tratamiento de vinazas tequileras. El KMnO 4 , al igual que en el
caso de los autores previamente citados, se utilizo diluido debido a que si se
agregaba en forma de cristales podría no disolverse por completo, generando
resultados confusos, debido al comportamiento inestable que podría suscitarse.
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En el año 2004, Song y col., usaron cloruro férrico y sulfato de aluminio como
DERE
coagulantes en el proceso físico-químico, para estudiar la efectividad de cada uno
de ellos como ayudante en la remoción de materia orgánica, así como de metales
como el cromo, para lo cual determinaron la dosis óptima de cada uno ajustando
el pH. Se obtuvieron mejores resultados con el coagulante cloruro férrico,
obteniendo una remoción del 40 % de DQO, 69 % de sólidos suspendidos y 86 %
de color.
Tassoula y col. (2007) trataron agua residual municipal a través de un tratamiento
terciario físico-químico de coagulación-floculación evaluando la eficiencia de
remoción de DQO, turbidez y fósforo. Se usaron como coagulantes sulfato de
aluminio y cloruro férrico. Los resultaron demostraron que una dosis de 0,5
mmoles/L de cloruro férrico logró una remoción de 50 % de DQO, entre 80 y 95 %
de fósforo y con una concentración de 0,1 mmoles/L de cloruro férrico se logró una
remoción de 50 % de turbidez. El cloruro férrico resultó más efectivo al tratar este
tipo de agua residual que el sulfato de aluminio, teniendo una diferencia de 12%
de remoción en cuanto a DQO.
Silva. (2012) tomó muestras de agua antes y después de ser utilizada para el
proceso de lavado de vehículos, se caracterizaron las muestras para saber que
parámetros estaban elevados. Luego se llevo a cabo un tratamiento de
37
coagulación con el uso de la prueba de jarra. Se utilizaron coagulantes
comerciales de fácil adquisición con la finalidad de realizar cuatro tipos de
tratamientos durante la fase experimental.
Los coagulantes seleccionados fueron sulfato de aluminio y cloruro férrico, con la
finalidad de determinar, cuál de ellos ofrece el mejor tratamiento, dichos
coagulantes han sido utilizados con éxito en investigaciones anteriores. A su vez
se decidió utilizar estos coagulantes en combinación con permanganato de
potasio, como coadyuvante de coagulación con la finalidad de obtener un proceso
de coagulación más estable, con una formación mayor de floculos y una fácil
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RE de aluminio en combinación con
Ssulfato
O
sulfato de aluminio
porCsíHsolo,
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permanganato de potasio, cloruro férrico por sí solo y cloruro férrico más
sedimentación. Silva realizo un total de cuatro tratamientos, en los cuales se utilizo
permanganato de potasio.
Silva (2012). Presento la mejor dosis de acuerdo a la eficiencia del tratamiento con
respecto a la remoción de color, turbidez y DQO, el tratamiento que produjo
mejores resultados fue cuando se utilizo 34 mg/L de cloruro férrico en combinación
con 0,4 mg/L de permanganato de potasio, obteniéndose una remoción de color
de 80%, de turbidez de 98,3% y de DQO de 82,3%.
- Procesos biológicos
Consiste en el uso de microorganismos a niveles controlados y de tipo específico
para provocar la descomposición de la materia orgánica presente en el agua a
tratar. Los tratamientos biológicos tienen como principal objeto la eliminación de la
materia orgánica de las aguas residuales.
Dentro de los tratamientos utilizados se podrían destacar, el tratamiento preliminar
y primario los cuales contemplan el uso de operaciones físicas para la remoción
de los sólidos contenidos en el agua residual siendo el tratamiento primario el que
abarca más afondo el tratamiento al agua ya que el tratamiento preliminar se
38
encarga de eliminar sólidos de gran tamaño que puedan estorbar el tratamiento
preliminar además de poder obstruir alguna bomba en el proceso, el tratamiento
secundario el cual emplea procesos biológicos y químicos y tiene por finalidad la
reducción del contenido de materia orgánica presente en el agua residual,
adicionalmente puede haber una reducción en el contenido de nutrientes
(nitrógeno y fósforo) por asimilación en el lodo producido y la oxidación del
nitrógeno amoniacal a nitritos y nitratos, el tratamiento terciario, emplean
combinación de las operaciones y procesos para remover cantidad de nutrientes
que no fueron removidos del todo en el tratamiento anterior.
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de tratamiento
2.2.5. Plantas de tratamiento de aguas residuales
Una planta
de aguas residuales es un sistema de ingeniería
sanitaria que recupera las características físico-químicas y biológicas del agua
residual a niveles preestablecidos para su reutilización o para su vertido, en dicho
proceso u otros. Estos criterios y parámetros están establecidos en la Norma para
la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o
efluentes líquidos publicada en la Gaceta Oficial 5021 de la República de
Venezuela.
El tratamiento de aguas residuales puede clasificarse según las etapas del
tratamiento en: preliminar, primario, secundario, y terciario (también conocido
como complementario) los cuales pueden contener una o varias unidades
dependiendo el caso que lo amerite, en la figura 2.2. se puede observar las
diferentes etapas presentes en una planta de tratamiento para aguas residuales
convencional en la cual el agua pasa por
3 etapas principales ( preliminar,
primaria y secundaria ), además este esquema posee un tratamiento para lodos
los cuales a pesar de que no pertenecen al tratamiento del agua en sí, está dentro
de la planta de tratamiento. Por último existe un tratamiento complementario o
terciario, el cual se usa cuando se necesita eliminar una serie de parámetros en el
agua proveniente de la etapa secundaria.
39
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Figura 2.2. Esquema general de
una
RE de tratamiento de aguas residuales
S planta
O
H
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domesticas (Perruolo, 1992).
- Tratamiento preliminar
Su finalidad es separar los sólidos grandes (más de 0,15 mm), arena y en algunos
casos la grasa, a fin de proteger y prolongar la vida de los equipos restantes de
planta, los cuales no están preparados para procesar partículas u objetos de esas
dimensiones, por lo tanto solo se requiere si existen estos elementos en el agua
residual a tratar o si los procesos siguientes cuentan con equipos que puedan ser
dañados por la presencia de partículas de gran tamaño en el influente. El
tratamiento preliminar generalmente consiste en rejas, canal de aproximación,
desarenadores y vertederos.
a) Rejas
Están formadas por un conjunto de barras de acero a través de las cuales pasa el
agua residual. La separación entre las barras se selecciona para retener rodos los
sólidos, cuya dimensión menor sea mayor a la separación entre las barras. Estas
poseen dos sistemas de mantenimiento.
40
Las rejas se pueden clasificar en: rejas de limpieza manual (figura 2.3) y rejas de
limpieza mecánica (figura 2.4), siendo las más recomendadas de limpieza manual.
S
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CHOS
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Figura 2.3. Reja de limpieza manual (Perruolo, 1992).
Figura 2.4. Reja de limpieza mecánica (Perruolo, 1992)
b) Desarenadores
Separan por gravedad las partículas más pesadas que el agua. En esta unidad de
tratamiento se desea que las partículas separadas sean de origen inorgánico o no
41
putrescibles, como arenas, semillas, cascaras de huevo y otros similares. Los
sólidos orgánicos, deben atravesar el desarenador preliminar y seguir a los
procesos siguientes. Los desarenadores pueden ser tanto de limpieza manual
como mecánica.
c) Desgrasadores
Separan por flotación la grasa presente en el agua residual. Se utiliza poco en
plantas de tratamiento donde el clima es tropical debido a que la temperatura del
agua residual no deja solidificar las grasas y, los detergentes usualmente las
S
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A
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RE el depósito de grasa en las tuberías
Sfactibles
O
procesadoras de carne,
en
laH
que
es
C
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E
D
e instalaciones, en este caso si se recomienda la instalación de trampas de grasa
mantienen emulsionadas. Puede darse casos de mataderos u otras instalaciones
figura 2.5. que impidan su descarga al sistema de alcantarillado. Esto es válido
también para el aceite lubricante de motores, el cual no debe ser descargado a las
cloacas.
2.2.5.1. Parámetros para el diseño del desgrasador
Para el diseño del desgrasador se utilizara la información de la norma sanitaria
4044 que establece lo siguiente:
Capitulo XXIX instalación de interceptores y separadores
Artículo 431: se instalaran separadores de aceite en el sistema de desague de
estaciones de servicio, talleres mecánicos de automóviles y otras edificaciones
donde, a juicio de la autoridad sanitaria competente, exista el peligro de introducir
aceite u otras materias inflamables al sistema cloacal, ya sea en forma accidental
o voluntaria. En el caso de estaciones de servicios de vehículos automotores, la
capacidad neta del separador de aceite estará en función del número de vehículos
a servir diariamente a razón de 175 litros para los tres primeros y 10 litros de
capacidad por cada vehículo adicional. La profundidad mínima de todos los
42
separadores de aceite será de 0,60 metros, contada a partir de la rasante de la
tubería de descarga.
V d (L): Volumen del desgrasador
C v : Cantidad de vehículos
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L d (m): Longitud del desgrasador
a d (m): Ancho del desgrasador
P d (m): Profundidad del desgrasador
V d (m3): Volumen del desgrasador
Figura 2.5. Trampa de grasa (Perruolo, 1992).
- Tratamiento primario
Se coloca para separar los sólidos sedimentables que pasaron a través del
desarenador. Como este se diseña para retener arena y otros materiales. En el
sedimentador primario figura 2.6. se decantan principalmente los sólidos
43
orgánicos. Los lodos que se extraen de esta unidad, deben ser tratados antes de
ser dispuestos, ya sea por desecación o incineración
ya que tienen un alto
contenido de materia orgánica biodegradable, así como microorganismo de agua
residual. En plantas pequeñas y medianas no suele utilizarse este tratamiento a
fin de ahorrar su construcción, operación y mantenimiento, lo que hace que el
tratamiento secundario se asuma su función directamente implementando
procesos biológicos más complejos o soluciones de diseño más elaboradas.
Puede ser utilizado un sistema sencillo tal como el tanque de Imhoff en el cual se
combina el tratamiento primario con el tratamiento de lodos. El tratamiento
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primario reduce entre un 50% y 70% los sólidos suspendidos y, entre un 25% y un
40% la DBO.
DERE
Figura 2.6. Sedimentador Primario (Perruolo, 1992).
a) Floculador
La floculación se refiere a la aglomeración de partículas coaguladas en partículas
floculentas; es el proceso por el cual, una vez desestabilizados los coloides, se
provee una mezcla suave de las partículas para incrementar la tasa de encuentros
o colisiones entre ellas sin romper o disturbar los agregados preformados.
(Romero, 2000)
44
La mezcla lenta para floculación puede efectuarse mecánicamente, usando
rotores de paletas, o hidráulicamente, como resultado del movimiento del agua.
Los floculadores hidráulicos más comunes son los de flujo horizontal y los de flujo
vertical. El floculador de flujo horizontal consiste en un tanque de concreto dividido
por tabiques, bafles o pantallas de concreto u otro material adecuado, dispuestos
en tal forma que el agua haga un recorrido de ida y vuelta alrededor de los
extremos libres de los tabiques. En el floculador de flujo vertical el agua fluye hacia
arriba y hacia abajo, por encima y por debajo de los tabiques, pantallas o bafles
que dividen el tanque. En general, los floculadores hidráulicos, con una velocidad
S
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E 2000)
S R(Romero,
O
curvas, proveen unaR
floculación
efectiva.
H
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E
D
de flujo apropiada y un número adecuado de bafles para asegurar suficientes
En los floculadores mecánicos se introduce potencia al agua para asegurar una
mezcla lenta mediante agitadores mecánicos. El tipo de agitador mecánico mas
utilizado es el de paletas, ya sean de eje horizontal o vertical, las cuales imparten
un movimiento rotatorio al agua así como cierta turbulencia interna.
2.2.5.2. Parámetros para el diseño del floculador
Q max (m3/s): Caudal máximo
t ret (s): Tiempo de retención
V f (m3): Volumen del floculador
L f (m): Largo del floculador
a f (m): Ancho del floculador
45
V f (m3): Volumen del floculador
a f (m): Ancho del floculador
A t (m2): Área transversal
a f (m): Ancho del floculador
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
h f (m): profundidad del floculador
DERE
A tp (m2): Área total de paletas
A t (m2): Área transversal
A p (m2): Área de cada paleta
A tp (m2): Área total de paletas
Nºp: Numero de paletas
L p (m): Largo de la paleta
h f (m): profundidad del floculador
L p (m): Largo de la paleta
46
A p (m2): Área de cada paleta
a p (m): Ancho de la paleta
a f (m): Ancho del floculador
a p (m): Ancho de la paleta
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
r 3 (m): Distancia entre el eje y la paleta 3
DERE
r 3 (m): Distancia entre el eje y la paleta 3
r 2 (m): Distancia entre el eje y la paleta 2
r 3 (m): Distancia entre el eje y la paleta 3
r 2 (m): Distancia entre el eje y la paleta 1
V c (m3): Volumen de cada celda
V f (m3): Volumen del floculador
Nºc: Numero de celdas
A p (m2): Área de cada paleta
a p (m): Ancho de la paleta
47
L p (m): Largo de la paleta
CD: Coeficiente de razonamiento de las paletas al moverse en el agua
k: Factor que relaciona la velocidad del agua y la velocidad con la que se mueven
las paletas
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
F f : Factor de forma
A p (m2): Área de cada paleta
DERE
r3 (m): sumatoria de la distancia de cada paleta al eje
V c (m3): Volumen de cada celda
b) Sedimentador
Es la operación por la cual se remueven las partículas solidas de una suspensión
mediante la fuerza de gravedad; en algunos casos se denomina clarificación o
espesamiento. Existen dos formas de sedimentación usadas en la purificación del
agua: sedimentación simple y sedimentacion después de coagulación y floculación
o ablandamiento.
La sedimentacion simple es generalmente un tratamiento primario para reducir la
carga de sólidos sedimentables antes de la coagulación; en esos casos se le
conoce como presedimentación. La sedimentacion después de la adición de
coagulantes y de la floculación se usa para remover los sólidos sedimentables que
han sido producidos por el tratamiento químico, como en el caso de remoción de
color y turbiedad o en el ablandamiento con cal.
La sedimentación ocurre de maneras diferentes, según la naturaleza de los
sólidos, su concentración y su grado de floculación.
48
En el agua se pueden encontrar partículas llamadas discretas, las cuales no
cambian su tamaño, forma o peso cuando se sedimentan, y partículas flocúlenlas
y precipitantes en las cuales la densidad y el volumen cambia a medida que ellas
se adhieren unas con otras mediante mecanismos de floculación, precipitación,
arrastre o barrido.
Sedimentación tipo 1: se refiere a la remoción de partículas discretas no
floculentas en una suspensión diluida. En estas condiciones se dice que la
sedimentación es no interferida y es función solamente de las propiedades del
fluido y de las características de la articula. Es el tipo de sedimentación que ocurre
S
O
D
A
V
R
E
S
E pesados inertes.
SdeRmateriales
O
como sería el caso R
de E
sedimentación
H
C
E
D
con partículas de características floculentas mínimas en suspensiones diluidas,
Sedimentación tipo 2: se refiere a la sedimentación de suspensiones diluidas de
partículas floculentas, en las cuales es necesario considerar las propiedades
floculentas de la suspensión junto con las características de asentamiento de las
partículas. Ocurre generalmente en el tratamiento de aguas residuales, dada la
naturaleza de los sólidos en ellas presentes, y en la purificación de aguas potables
cuando los sedimentadores
están precedidos de floculadores y coagulación.
Romero, 2000).
2.2.5.3. Parámetros para el diseño del sedimentador
Q max (m3/s): Caudal máximo
C s (m/s): Carga superficial
A s (m2): Área superficial
49
L sed (m): Longitud del sedimentador
a sed (m): Ancho del sedimentador
a sed (m): Ancho del sedimentador
A s (m2): Área superficial
DERE
A t (m2): Área transversal
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Q max (m3/s): Caudal máximo
V h (m/s): Velocidad horizontal
h h (m): Altura hidráulica
A t (m2): Área transversal
a sed (m): Ancho del sedimentador
Q max (m3/s): Caudal máximo
L v (m): Longitud del vertedero
C max (m/s): Carga máxima sobre el vertedero
L t (m): Longitud total del sedimentador
50
L sed (m): Longitud del sedimentador
Nt: Numero de tolvas a colocar
L t (m): Longitud total del sedimentador
a sed (m): Ancho del sedimentador
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
H v (m): Altura de agua sobre la cresta del vertedero
Q max (m3/s): Caudal máximo
C: coeficiente que depende del tipo de vertedero y su valor es 1,84
L v (m): Longitud del vertedero
L unat (m): Longitud de la tolva
L t (m): Longitud total del sedimentador
Nt: Numero de tolvas a colocar
X (m): Profundidad del fondo de la tolva
L unat (m): Longitud de la tolva
H a (m): Altura de la pantalla para colocar los agujeros
51
h h (m): Altura hidráulica
A to (m2): Área total de orificios
Q max (m3/s): Caudal máximo
V (m/s): Velocidad en los orificios
cca: Coeficiente de contracción de aéreas
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
A o (m2): Área de un agujero
(m): Diametro de un orificio
A o (m2): Área de un agujero
A to (m2): Área total de orificios
Nºorf: Numero de orificios
b) Bombas
La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de
un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un
fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado
de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes
velocidades.
Las bombas periféricas son también conocidas como bombas tipo turbina, de
vértice y regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio
de los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el
52
impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía No se debe confundir a las
bombas tipo difusor de pozo profundo, llamadas frecuentemente bombas turbinas
aunque no se asemeja en nada a la bomba periférica.
Las bombas centrifugas son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y
sale siguiendo una trayectoria periférica por la tangente.
Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se
aplican en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:
- Son aparatos giratorios.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
- No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy
sencillos.
DERE
- La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla.
- Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo
regulador.
- Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.
El diámetro de succión y descarga se calcularan mediante la tabla 2.3 de la norma
sanitaria Nº 4044.
2.2.5.4. Parámetros para el diseño de las Bombas
V t (m3): Volumen de la tanquilla
Q max (m3/s): Caudal máximo
t c (s): Tiempo de contacto
53
a t (m): Ancho de la tanquilla
L t (m): Longitud de la tanquilla
P (m): Profundidad de la tanquilla
V t (m3): Volumen de la tanquilla
H s (m): Altura máxima de succión
Ceb (m): Cota del eje de la bomba
Cnmt (m): Cota del nivel máximo en la tanquilla
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
H d (m): Altura de impulsión
Cnme (m): Cota del nivel máximo de agua en el estanque
Ceb (m): Cota del eje de la bomba
Q b (L/s): Caudal de bombeo
T ll (s): Tiempo de llenado del estanque
V (L): Volumen del estanque
Los diámetros de succión y descarga se determinaran mediante la tabla 2.3 donde
se obtienen con el caudal de bombeo según la Norma Sanitaria Nº 4044.
Tabla 2.3. Diámetros de las tuberías de impulsión de las bombas
Gasto por bombeo (L/s)
Hasta
Diámetro interior de la tubería
0,85
1,91 cm
(3/4”)
De
0,86
a
1,50
2,54 cm
(1”)
De
1,51
a
2,30
3,18 cm
(11/4”)
De
1,31
a
3,40
3,81 cm
(11/2”)
54
Tabla 2.3 Continuación
Gasto por bombeo (L/s)
Diámetro interior de la tubería
De
3,41
a
6,00
5,08 cm
(2”)
De
6,01
a
9,50
6,35 cm
(21/2”)
De
9,51
a
13,50
7,62 cm
(3”)
De
13,51
a
18,50
8,89 cm
(31/2”)
De
18,51
a
24,00
10,16 cm
(4”)
(Norma Sanitaria Nº 4044)
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
hf s (m): Perdida en la succión
JRS (m): Perdida de carga en la succión
lms (m): Longitud medida en la succión
les (m): Longitud equivalente en la succión
hf d (m): Perdida en la descarga
JRD (m): Perdida de carga en la descarga
lmd (m): Longitud medida en la descarga
led (m): Longitud equivalente en la descarga
hf d (m): Perdida en la descarga
hf s (m): Perdida en la succión
pcf (m): perdida de carga en el filtro
he (m): Perdida de carga debido a la contracción brusca en la tubería de succión
55
hv (m): Perdida de carga debido a la contracción brusca en la tubería de succión
hsal (m): Perdida de carga debido al ensanchamiento brusco en la tubería de
descarga
H (m): Carga dinámica total
H s (m): Altura máxima de succión
H d (m): Altura de impulsión
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
ERE
D
PB (HP): Potencia de la bomba
Q b (L/s): Caudal de bombeo
H (m): Carga dinámica total
ef: Eficiencia
PM (HP): Potencia del motor
PB (HP): Potencia de la bomba
b) Filtros
Generalmente se piensa de los filtros como de un tamiz o microcriba que atrapa el
material suspendido entre los granos del medio filtrante. Sin embargo, la acción de
colar, cribar o tamizar el agua es la menos importante en el proceso de filtración,
puesto que la mayoría de las partículas suspendidas pueden pasar fácilmente a
través de los espacios existentes entre los granos del medio filtrante.
El mecanismo por el cual un filtro retiene y remueve el material suspendido ha sido
explicado de distintas maneras por diferentes autores. Posiblemente el fenómeno
56
es el resultado de la acción conjunta de diferentes acciones físicas, químicas y
biológicas ocurrentes en el filtro con mayor o menor intensidad según el tipo de
filtro y la calidad del agua filtrada.
La filtración depende de una combinación compleja de mecanismos físicos y
químicos; en aguas de consumo la absorción juega el papel más importante ya
que a medida que el agua pasa a través del lecho del filtro las partículas
suspendidas hacen contacto y son absorbidas sobre la superficie de los granos del
medio o sobre material previamente depositado. Las fuerzas que atraen y retienen
las partículas sobre los granos son las mismas que en la coagulación y floculación
S
ADO
V
R
E
S
E
R
filtración. (Romero, R
ECHOS
DE 2000).
y, por lo tanto, es muy importante obtener una buena coagulación antes de la
En la actualidad, se utiliza el filtro rápido o americano, a este filtro no es necesario
someterlo a procesos de maduración. En su operación usan coagulantes, y
usualmente es suficiente un periodo de dos a tres minutos al iniciar el ciclo para
que el efluente este completamente claro.
Los filtros rápidos se pueden dividir en dos clases: filtros de presión y filtros de
gravedad. En las instalaciones industriales se utiliza casi siempre el primer tipo,
Pero cuando se manejan grandes volúmenes de agua se usa el de gravedad,
principalmente en el proceso de ablandamiento.
Los filtros de gravedad no se emplean en la industria tan extensamente como los
filtros de presión, son embargo, también se usan. Para las aplicaciones
industriales
generalmente se operan a 3 gpm/pie2. Recientemente se ha
aumentado la velocidad de filtrado como resultado de una mejor coagulación y
asentamiento.
Los filtros de presión en el tipo horizontal y vertical, los filtros están formados por
una coraza metálica cilíndrica con tapas abombadas que contienen una capa de
medio filtrante (arena o antracita) soportado por capas de grava, equipados con
los accesorios necesarios para llevar a efecto las operaciones de filtración,
57
retrolavado y en juague. Los filtros verticales varían de 30 cm a 30 m de diámetro,
y tienen capacidades de 2,5 a 235 gpm a una velocidad de filtración de 3 gal/pie2
de superficie filtrante. La altura de los filtros verticales usualmente es de 1,60 m.
en la parte cilíndrica, aunque ocasionalmente se usa 1,20 m. los filtros
horizontales tienen 2,5 metros de diámetro y su longitud varía entre 3,5 a 8,5 m y
tiene capacidades de 201 a 516 gpm.
2.2.5.5. Parámetros para el diseño de los filtros
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
A tf (m2): Área total de filtración
Q max (m/s): Caudal máximo
R f (m/s): Rata de filtración
A unf (m2): Área de un filtro
Q max (m/s): Caudal máximo
V l (m/s): Velocidad de lavado
Nf: Numero de filtros
A tf (m2): Área total de filtración
A unf (m2): Área de un filtro
A unf (m2): Área de un filtro
Nf: Numero de filtros
58
A tf (m2): Área total de filtración
(m): Diámetro del filtro
A unf (m2): Área de un filtro
A dis (m2): Área del distribuidor
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Q max (m/s): Caudal máximo
DERE
V (m/s): Velocidad máxima
(m): Diámetro del distribuidor
A dis (m2): Área del distribuidor
(m): Diámetro del ramal más largo
(m): Diámetro del filtro
At or (m2): Área total de los orificios
A tf (m2): Área total de filtración
(m): Diámetro de cada orificio
(m): Diámetro del ramal más largo
59
A unorf (m2): Área de un orificio
(m): Diámetro de cada orificio
N orf : Numero de orificios
A unorf (m2): Área de un orificio
At or (m2): Área total de los orificios
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
- Tratamiento secundario
El agua residual, después de pasar por los tratamientos preliminar y primario,
contiene aun un porcentaje alto de la materia orgánica original, lo cual no cumple
con las normas pertinentes, debido a esto se procede a pasarla por procesos
biológicos tales como reactores biológicos, lagunas de aireación, entre otros. En
dichos procesos, se transforma parte de la materia orgánica en flóculos orgánicos
(unidades de coagulación orgánica de gran volumen) y el resto, es oxidado a CO 2 ,
Agua y otros compuestos minerales. Los flóculos son separados mediante
sedimentadores llamados secundarios o clarificadores y, el lodo obtenido es
retornado al proceso secundario o enviado al tratamiento de lodos. (Perruolo,
1992).
Los tratamientos secundarios pueden clasificarse en: tratamiento con crecimiento
suspendido y tratamiento con crecimiento adherido tabla 2.4.
- Proceso de tratamiento con crecimiento suspendido: sucede cuando los
microorganismos están suspendidos en el agua a tratar. Entre estos tenemos:
Lodos activados, Lagunas aireadas y lagunas de estabilización. (Perruolo, 1992).
60
- Proceso de tratamiento con crecimiento adherido: en los cuales los
microorganismos están en su gran mayoría adheridos a la superficie de un medio
(piedra, arena, anillo o disco plástico y otros) y, el agua a tratar rodea y se mueve
sobre esta superficie. Entre estos procesos se tiene los filtros percoladores,
biodiscos y otros. (Perruolo, 1992).
Tabla 2.4. Tratamiento Secundario
Tipos
Sub - Tipos
Lodos activados
Variantes
Convencional 1
Aireación extendida
Zanja de oxidación
Otros
Mescla completa
Facultativas
Anaeróbicas
Facultativas
Maduración
Variantes
Normales
De alta rata
S
ADO
V
R
E
S
E
R
Crecimiento suspendido
OS aireadas
DERECHLagunas
Lagunas de
estabilización
Tipos
Sub - Tipos
Crecimiento adherido
Filtros percoladores
(Perruolo, 1992)
- Lodos activados convencionales: es un proceso de tratamiento secundario,
donde los microorganismos están suspendidos en el agua residual, formando lo
que se llama licor mezclado. Luego de actuar en el tanque de aereación, la
biomasa es casi totalmente separada en un sedimentador secundario, para ser
luego reciclada al tanque de aereación.
El proceso es aerobico y el oxigeno es suplido al tanque de aereación o reactor,
mediante la mezcla con aire.
Se llaman lodos activados convencionales, en este texto, cuando el reactor o
tanque de aereación, este totalmente mezclado y el proceso se ubica en la parte
superior de la fase logarítmica de la curva de crecimiento bacteriano; es decir, se
61
produce un crecimiento neto de la biomasa y por tanto debe extraerse
periódicamente el exceso. (Perruolo, 1992).
- Tratamiento terciario
Al salir del tratamiento secundario, al agua residual se le ha extraído o reducido su
contenido de sólidos grandes, arena y materia orgánica biodegradable (DBO). Sin
embargo, es posible que contenga concentraciones mayores a las exigidas por las
normas de cada país para algunos parámetros como nitrógeno (N), fosforo (P),
metales pesados (Hierro, plomo, mercurio, etc.), detergentes, biocidas e
S
O
D
A
V
R
E
S
E alcanzar niveles deseados. Dada la
concentraciones de estos compuestos
hasta
SR
O
H
C
E
R
E
variedad de D
estos, los tratamientos terciarios son muy diferentes y específicos
hidrocarburos. Los tratamientos terciarios tienen como finalidad reducir las
Uno de los más representativos, es el de la eliminación del nitrógeno (N) del agua
por medio de la nitrificación-desnitrificación. Los tratamientos terciarios pueden
clasificarse en: tratamiento físico, químico y biológico tabla 2.5.
Tabla 2.5. Tratamiento Terciario
Tipos
Biológicos
Físicos
Químicos
Sub - Tipos
Desinfección
Reducción del fósforo
Desnitrificación
Adsorción
Filtración
Oxidación
Precipitación
Control del pH
(Perruolo, 1992)
- Tratamiento complementario
El agua residual doméstica, contiene un gran número de microorganismos de
origen fecal Esta elevada concentración debe ser reducida para ser dispuestas,
para ello la norma N° 883 en su capítulo III, establece las características para el
62
control de vertidos de líquidos. Sin embargo, luego de los tratamientos antes
vistos, en la mayoría de los casos este valor es superado. Para reducir finalmente
los valores de microorganismos, se hace necesario el tratamiento complementario.
Usualmente, el tratamiento complementario se hace mediante la desinfección,
(eliminación de la flora bacteriana en el agua por medio de agentes químicos) pero
también pueden usarse lagunas de maduración. La desinfección puede hacerse
de diferentes maneras pero, la más utilizada es la desinfección mediante la adición
de cloro (cloración), debido a su bajo coste como reactivo.
S
O
D
A
V
R
E
S
S RE primarios, secundarios y terciarios,
O
Los lodos producidos
por
los
tratamientos
H
C
E
R
E
D
- Tratamiento de lodo
deben ser procesados a fin de reducir su alto contenido de materia orgánica
biodegradable y humedad tal como se muestra en la tabla 2.6. La materia orgánica
se reduce mediante un proceso biológico llamado genéricamente estabilización.
Para el proceso y disposición de los lodos se debe reducir el contenido de
humedad que ellos presentan, ya sea concentrando los lodos (espesadores) o
deshidratándolos (filtros, lechos de secados) tal como se observa en la tabla 2.7.
El tratamiento de lodos representa un alto porcentaje del costo del tratamiento
total debido a las normas existentes que regulan dichos tratamientos para su
disposición.
Tabla 2.6. Composición típica de los lodos crudos
Parámetro
Lodo primario (1)
Lodo activado
Sólidos Totales Secos (%ST)
2–5–8
0,83 – 1,16
Sólidos Volátiles (%ST)
65 – 65 – 80
59 – 88
Nitrógeno (N, %ST)
1,5 – 2,5 – 4
2,4 – 5
Fósforo (P 2 O 5 , %ST)
0,8 – 1,6 – 2,8
2,8 – 11
Potasio (K 2 O, %ST)
0 – 0,4 – 1
0,5 – 0,7
pH
5–6–8
6,5 – 8
Alcalinidad (mg/C a CO 3 )
500 – 600 – 1500
580 – 1100
Valor Energético, Kj/Kg
2300 – 25000 – 29000 18500 – 23000
(Perruolo, 1992)
63
Tabla 2.7. Procesado y disposición de lodos
Procesos
Espesamiento
Estabilización
- Digestión Anaeróbica
a) Digestión Normal
b) Digestión de Alta Rata
- Digestión Aeróbica
Deshidratación
- Filtros
- Lechos de Secado
Desecación con calor
Disposición Final
- Venta
- Riego
- Relleno
Finalidad
Reducción de Volumen
Reducción de masa
(Materia Orgánica)
Reducción de Volumen
Reducción de Masa y Volumen
S
Uso
Benéfico
O
D
A
V
R
E
S
CHOS RE Disposición Final
DERE
Disposición Final
(Perruolo, 1992)
2.3. Términos básicos
- Agua potable: Es toda agua que, empleada para la ingesta humana, no causa
daño a la salud y cumple con las disposiciones de valores recomendables o
máximo admisibles estéticos, organolépticos, físicos, químicos, biológicos y
microbiológicos. (Gaceta Oficial N° 5318, 1999).
- Aguas grises: Son aguas que contienen líquidos provenientes del lavado de
ropa, limpieza externa e interna de viviendas, enseres personales residuos
alimenticios, limpieza personal, de vehículos y utensilios. (Gaceta Oficial N° 5318,
1999).
- Aguas negras: Son las aguas que contienen excretas o han sido contaminadas
por ellas pudiendo contener otro tipo de contaminantes no industriales, cualquier
fuese su origen. (Gaceta Oficial N° 5318, 1999).
- Aguas residuales o servidas: Son las aguas procedentes de desechos
domésticos e industriales; incluso todas las aguas recolectadas en las viviendas o
64
edificaciones y conducidas hasta su exterior reciben la denominación de aguas
residuales. (Gaceta Oficial N° 5318, 1999).
- Aguas domésticas: son aquellas utilizadas con fines higiénicos (baños, cocinas,
lavanderías, etc.). Consisten básicamente en residuos humanos que llegan a las
redes de alcantarillado por medio de descargas de instalaciones hidráulicas de la
edificación también en residuos originados en establecimientos comerciales,
públicos y similares. (Cegarra, 2011).
- Aguas industriales: son líquidos generados en los procesos industriales.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Poseen características específicas, dependiendo del tipo de industria. (Cegarra,
2011).
-
E
R
E
D
Aguas de infiltración y caudal adicionales: las aguas de infiltración penetran
en el sistema de alcantarillado a través de los empalmes de las tuberías, paredes
de las tuberías defectuosas, tuberías de inspección y limpieza, etc. Hay también
aguas pluviales, que son descargadas por medio de varias fuentes, como canales,
drenajes y colectores de aguas de lluvias. (Cegarra, 2011).
- Aguas pluviales: son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades de
agua sobre el suelo. Parte de esta agua es drenada y otra escurre por la
superficie, arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos propios del suelo.
(Cegarra, 2011).
-
Bomba centrifuga: es una maquina cinética que transforma la energía
mecánica en energía hidráulica a través de una acción centrifuga.
- Caudal de bombeo: Es el volumen total impulsado por unidad de tiempo.
- Potencia del motor: es la potencia eléctrica de alimentación al motor.
-
Caudal: Volumen de agua que pasa por unidad de tiempo atreves de una
sección dada de una corriente o conducción. (www.corpocaldas.gov.co)
65
- Caudal de diseño: Es el caudal que se obtiene sumando el caudal máximo
horario del día máximo, los caudales correspondientes a la infiltración y
dividiéndolo por el coeficiente de utilización. (Gaceta Oficial N° 5318, 1999).
- Bacterias: Las bacterias son microorganismos unicelulares que presentan un
tamaño de unos pocos micrómetros y diversas formas. Las bacterias son los
organismos más abundantes del planeta, se encuentran en todos los hábitats
terrestres y acuáticos; crecen hasta en los más extremos como en los manantiales
de aguas calientes y ácidas, en desechos radioactivos, en las profundidades tanto
del mar como de la corteza terrestre. Algunas bacterias pueden incluso sobrevivir
S
O
D
A
V
R
E
S
REbacterianas en un gramo de tierra y un
O
encontrar en torno aR
40E
millones
deS
células
H
C
E
D
millón de células bacterianas en un mililitro de agua dulce. (Crites y
en las condiciones extremas del espacio exterior. Se estima que se pueden
Tchobanoglous., 2001).
- Microorganismos: El microorganismo también llamado microbio, es un ser vivo
que solo puede visualizarse con el microscopio. La ciencia que estudia a los
microorganismos es la microbiología. Son organismos dotados de individualidad
que presentan, a diferencia de las plantas y los animales, una organización
biológica elemental. (Crites y Tchobanoglous., 2001).
- Control de calidad del agua: El control de la calidad del agua es una actividad
sistemática y continua de supervisión de las diferentes fases de producción y
distribución del agua para consumo humano, según normas y programas
específicos, que deben ejecutar los organismos operadores. (Instituto de
acueductos y alcantarillados, 2003).
- Fuentes de agua: Son aquellos recursos hídricos utilizados como fuentes de
abastecimiento para los acueductos o sistemas de abastecimiento. Dichas
fuentes, se clasifican en superficiales: ríos, quebradas, embalses, etc. y
subterráneas: pozos, manantiales. (Instituto de acueductos y alcantarillados,
2003).
66
-
Aguas superficiales: Aguas superficiales son las que provienen de ríos,
quebradas, lagos, embalses, canales de irrigación, etc. Este tipo de aguas
generalmente está expuesto a contaminarse con relativa facilidad, por lo cual
deben ser tratadas y desinfectadas antes de distribuirlas a los consumidores.
(Instituto de acueductos y alcantarillados, 2003).
- Aguas subterráneas: Aguas subterráneas son las que provienen de pozos y
manantiales. Es esencial proteger estas fuentes contra la infiltración de cualquier
tipo de sustancias contaminantes, por lo cual la fuente subterránea debe estar lo
más alejada posible de cualquier fuente de contaminación como tanques sépticos,
S
ADO
V
R
E
S
E
R
S
de acueductos y alcantarillados,
2003).
DERECHO
letrinas, descargas de aguas residuales, drenajes de origen agrícola, etc. (Instituto
- Periodo de diseño: Es el tiempo para el cual el sistema es eficiente a un 100%,
ya sea por capacidad en la conducción del gasto deseado o por la resistencia
física de las instalaciones (Gaceta Oficial N° 5318, 1999).
2.4. Sistema de variables e indicadores
2.4.1 Definición nominal
Reciclaje para el agua de autolavados.
2.4.2 Definición conceptual
El diseño de sistemas de tratamiento para el reciclaje del agua es un proceso de
cálculos que toman en cuenta datos característicos como lo son el caudal del agua
a tratar, las características de la misma, parámetros deseados del efluente, entre
otros. Dando como resultado un sistema óptimo que sea eficiente y económico
67
2.4.3 Definición operacional
Estableciendo las consideraciones necesarias para la reutilización del agua, es
necesario analizar los distintos procesos presentes en la planta de tratamiento
tales como: determinación del caudal a tratar, la caracterización del efluente, el
diseño de las distintas etapas presentes en la planta, entre otros, tal como se
observa en la tabla 2.8. Con el fin de diseñar un sistema óptimo, eficiente y
económico para el reciclaje del agua en autolavados.
S
DERE
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
68
Tabla 2.8. Operacionalización de la variable
Reutilización del agua proveniente de los autolavados
Objetivo General: Diseñar un sistema de tratamiento para el reciclaje del agua
proveniente de efluentes en los Autolavados.
OBJETIVOS
VARIABLES
SUB-VARIABLES
INDICADORES
Características:
Caracterizar
el
- DBO
agua
residual
- DQO
proveniente de los
Agua
residual
- Alcalinidad
autolavados
en
- Grasas
proveniente
de
los
cuanto
a
los
- Hidrocarburos
siguientes
autolavados
- turbidez
parámetros:
- Dureza
físicos, químicos y
- Color
biológicos
- Turbidez
- Color
Factores físicos
Determinar
los
- Sólidos Totales
procesos físicos,
- DBO
químicos
y
- DQO
biológicos
que
Factores químicos
- pH
requiere el agua
- Alcalinidad
para
ser
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
reutilizada en el
proceso de lavado
de automóviles
Diseñar una planta
de tratamiento de
aguas residuales
para
su
reutilización en el
proceso de lavado
de carros
Factores
biológicos
- Hongos
- Bacterias
- Materia Orgánica
Planta para la
reutilización
del
agua provenientes
de los autolavados
de
tipo
CoagulaciónFloculación
- Caudal de diseño
(m3/s)
- Diámetro de las
tuberías (pulg)
- Desgrasador
- Floculador
- Sedimentador
- Tanquilla de
bombeo
- Filtros
- Profundidad (m)
- Longitud (m)
- Área (m2)
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
En esta etapa de la investigación se presenta el marco metodológico, el cual
explica detalladamente el tipo de procedimiento que se realiza para la recolección
de los datos, para procesar, evaluar e interpretar los resultados en el desarrollo de
este trabajo. Así como también lo relativo al diseño y tipo de investigación,
población y muestra y fases de la investigación.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
3.1. Tipo de investigación
DERE
Según Chávez, 1994; la tipificación de una investigación se establece de acuerdo
con el tipo de problema que se desea solucionar, los objetivos que se pretendan
lograr y la disponibilidad de recursos.
A su vez, Danhke 1989, establece que los estudios descriptivos buscan especificar
las propiedades, las características y los perfiles de grupos, procesos o un
fenómeno que se someta a un análisis, es decir: miden, evalúan, recolectan datos
sobre diversas variables, aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno.
Desde el punto de vista científico, describir es medir. En un estudio descriptivo se
selecciona
una
serie
de
variables
y
se
mide
cada
una
de
ellas
independientemente, para así describir lo que se investiga.
A partir de las definiciones anteriores, se establece que la presente investigación
es descriptiva, ya que se identifican una serie de elementos que permiten recopilar
la información necesaria al diseñar un sistema de tratamiento para el reciclaje del
agua en auto lavados, tales como: la caracterización física, química y biológica
entre las cuales están la DBO, DQO, Alcalinidad, Color, Grasas, Hidrocarburos,
turbidez, Dureza, Sólidos Totales, pH. La determinación de los diferentes procesos
necesarios para que el agua pueda ser reutilizada, además de las diferentes
dimensiones, volúmenes, caudales y áreas necesarias para el diseño de la planta.
69
3.2. Diseño de la investigación
El diseño señala al investigador lo que debe hacer para alcanzar sus objetivos de
estudio y para contestar las interrogantes del conocimiento que se ha planteado
(Hernández, Fernández y Baptista, 2003).
El diseño de la investigación señala lo que se debe hacer para alcanzar el objetivo
general y para contestar los objetivos específicos (ibídem, 2003).
Hernández, Fernández y Baptista, 2003; afirman que la investigación no
experimental, se realiza sin manipular deliberadamente las variables. Los
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
fenómenos se observan tal como se dan en su contexto natural, para después
analizarlos.
DERE
Según lo estipulado anteriormente, La investigación se clasifica como no
experimental debido que al tomar las muestras no se cambio ningún componente
del agua, se conservo en su ambiente natural para ser analizados y obtener la
caracterización física, química y biológica necesaria para lograr el diseño de dicha
planta.
Los diseños de investigación transeccional o transversal recolectan datos en un
solo momento, en un tiempo único. Su propósito es describir variables y analizar
su incidencia e interrelación en un momento dado (Hernández, Fernández y
Baptista, 2003).
En el caso de la investigación presentada, el diseño que mejor se ajusta es el
transeccional, ya que implica la recolección de datos en un solo momento,
describiendo las variables para dicho momento dado. Esto quiere decir que se
recolectaron
las
muestras
en
un
tiempo
determinado
para
realizar
la
caracterización física, química y biológica que arrojaron los datos necesarios para
el diseño de la planta de reciclaje.
70
3.3. Población
Según Tamayo y Tamayo (1994), la población es la totalidad del fenómeno a
estudiar, donde las unidades de población poseen una característica común, la
que se estudia y da origen a los datos de la investigación. En
este
trabajo
de
investigación se toma como población de estudio, los auto lavados presentes en
Maracaibo.
3.4. Muestra
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Según Tamayo y Tamayo, (1997), la muestra es el grupo de individuos que se
toma de la población, para estudiar un fenómeno estadístico. Por tanto, la muestra
DERE
es la que puede determinar la problemática ya que es capaz de generar los datos
con los cuales se identifican las fallas dentro del proceso.
Por otra parte según Hernández, Fernández y Batista (2006), el muestreo no
probabilístico intencional o de conveniencia, es aquel donde el investigador
selecciona directa o indirectamente la muestra a estudiar. El caso más frecuente
de este procedimiento es utilizar como muestra aquella que el investigador
considere de mas fácil acceso o que le sea más factible económicamente.
Tomando como referencia lo antes expuesto por Tamayo y Tamayo, y usando la
definición de Hernández, Fernández y Batista, el muestreo usado en esta
investigación se clasificó como no probabilístico intencional o de conveniencia, ya
que se decidió tomar como muestra un auto lavado ubicado en la ciudad de
Maracaibo, específicamente en la intersección de la prolongación de la
circunvalación #2 y la avenida fuerzas armadas por las siguientes razones:
- Ubicación céntrica entre el sitio donde se llevo a cabo la caracterización de las
muestras y los investigadores.
- Apoyo de la gerencia para realizar la investigación.
71
3.5. Técnicas de recopilación de datos
Según Tamayo y Tamayo, (1994), la técnica de recopilación de datos es la
expresión operativa del diseño de la investigación, la especificación completa de
cómo se hará la investigación. Mientras que Falcón y Herrera, (2005), se refieren
al respecto que “se entiende como técnicas, el procedimiento o forma particular de
obtener datos o información”. Es por esto que en el desarrollo de esta
investigación se utilizaron dos métodos de observación, la observación
documental y la observación directa.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
3.5.1. Observación documental
DERE
Según Tamayo y Tamayo (1998), la observación documental “consiste en la
consulta a fuentes bibliográficas y documentos que permitan adquirir la
información para llevar a cabo el desarrollo de la investigación”.
En el presente trabajo de investigación, se usaron para el diseño del sistema de
reciclaje de agua las Gacetas Oficiales Venezolanas 4044, 5318 y 5021, además
de las normas INOS y el “Standard Method” necesario en la caracterización del
agua.
3.5.2. Observación directa
Según Tamayo y Tamayo (1999), la observación directa es aquella en la cual el
investigador puede observar y recoger los datos mediante su propia observación.
En el presente trabajo de investigación se utilizo dicha técnica para la recopilación
de datos, en la cual se recolectaron muestras por parte de los investigadores en el
sitio de estudio durante un periodo de 8 días intercalados a diferentes horas, para
posteriormente ser analizadas en el centro del agua, organismo certificado para
realizar dicho análisis.
72
3.6. Procedimientos metodológicos
3.6.1. Agua residual: generalidades
El agua residual es de origen comercial producida por las actividades llevadas a
cabo en un autolavado, se tomaron ocho muestras en días intercalados
respectivamente en una botella plástica de 1,5 L y otra de vidrio de 0,25 L como lo
estipula la Norma Venezolana Covenin Nº 2709:2002 y fueron sometidas a
estudios físicos y químicos para su caracterización en el centro del agua ubicado
en frente a la facultad de agronomía en La Universidad del Zulia.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
ERE
D
Para la realización de los estudios se utilizo el método estándar para la evaluación
3.6.2 Caracterización del agua residual
de aguas y aguas residuales, los estudios a realizar a las muestras fueron los
siguientes: grasas, alcalinidad, DBO, DQO, turbidez, color, hidrocarburos, dureza y
pH.
- Aceites y grasas (5520-F) (5520-C)
Los aceites y las grasas viscosas presentes, asi como los sólidos, son separados
por filtración de la muestra liquida acidificada, mientras que los jabones metálicos
son hidrolizados por acidificación. Una vez separados de la solución, en el material
retenido en el filtro se realiza una extracción en un equipo Saxhlet, utilizando como
solvente éter de petróleo. La ganancia de peso en el frasco de extracción luego de
evaporar el solvente corresponde al contenido de aceites y grasas presentes en la
muestra.
- Alcalinidad (2320-B)
Se recomienda que se usen volúmenes de muestra que necesiten menos de 50
mL de la solución tituladora, pues se obtiene un punto final más preciso. Para
73
muestras de alcalinidad menor a 20 mg/L titular con el ácido sulfúrico estándar de
0.02 N.
- Alcalinidad total
Se agrega 0.1 mL de indicador anaranjado de metilo a una muestra adecuada
(50, 100 mL) contenida en un matraz erlenmeyer de 250 mL. Titular con solución
de ácido sulfúrico valorado 0.1 N hasta el viraje a color naranja salmón.
- Alcalinidad a la fenolftaleína
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Se agrega dos gotas del indicador de fenolftaleína a una muestra de volumen
DERE
adecuado (50, 100 mL) contenida en un matraz erlenmeyer de 250 mL.
- Color Real (2120-C)
Se limpian las celdas de absorción de 1cm con detergentes y se enjuaga con agua
destilada. Se curan dos veces con la muestra filtrada, se limpian las superficies
externas con papel y se llena la celda con la muestra filtrada. Se determinan los
valores de transmitancia (en porcentaje) en cada uno de los valores de longitud de
onda del rango visible indicados en la tabla 1, utilizando los diez ordinales
marcados con un asterisco, y los 30 valores si se desea mayor precisión. Se
regula el instrumento para que de una lectura de transmisión de 100% para el
blanco de agua destilada y se hacen todas las determinaciones en una banda
espectral estrecha.
- Demanda bioquímica de oxigeno (5210-B)
El método consiste en colocar una porción de muestra en una botella de cierre
hermético
e
incubarla
bajo
condiciones
específicas
durante
un
tiempo
determinado. El oxigeno disuelto (OD) se mide antes y después de la incubación y
en base a la diferencia obtenida se estima el valor de la DBO.
74
- Demanda química de oxigeno (5220-B)
La muestra se oxida con una cantidad conocida de dicromato de potasio en
exceso, en medio ácido y con catalizadores. El dicromato de potasio remanente es
determinado espectrofotométricamente a 600 nm.
- Detergentes (5540-C)
El principio de este método se basa en la formación de un par iónico extractable
en cloroformo de color azul por la reacción del azul de metileno catiónico y un
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
tensoactivo aniónico incluyendo al sulfonato de alquilbenceno lineal, otros
sulfonatos y ésteres de sulfonatos. La muestra se acidifica y se mezcla con una
DERE
disolución de azul de metileno. El par iónico hidrofóbico que se forma se extrae
con cloroformo. Los extractos de cloroformo son lavados con una disolución ácida
para remover los pares iónicos menos hidrófobos (con coeficientes de partición
bajos) que pueden formarse por sustancias que interfieren potencialmente. El
cloroformo retiene los pares iónicos altamente hidrófobos. La intensidad del color
azul presente en la fase orgánica se mide espectrofotómetricamente a una
longitud de onda de 652 nm y es proporcional a la cantidad de surfactantes
aniónicos presentes en la muestra.
- Dureza (2340-C)
El ensayo se realiza evaporando la muestra hasta sequedad, en un baño de vapor
y calentándola en una mufla a 550°C durante 15 min para obtener una oxidación
total de la materia orgánica. El residuo se disuelve en 20 mL de acido clorhídrico
1N, se neutraliza a pH 7 con hidróxido de sodio 1N y se diluye a 50 mL con agua
destilada; se enfría a temperatura ambiente y se continua con el procedimiento
general.
75
- Sólidos totales (2540-B)
Se lava la capsula de porcelana, se seca y luego se coloca en una mufla a 550°C
por una hora. Se enfría en un desecador por 30 minutos, se pesa y se repite el
ciclo de calentamiento y enfriamiento hasta obtener peso constante, Se transfiere
un volumen conocido de la muestra, a la capsula de evaporación y se evapora a
sequedad en un baño de vapor.
- Turbidez (2130-B)
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Se compara un rayo de luz que se hace pasar hacia arriba por la muestra con la
luz dispersada hacia arriba por las partículas suspendidas por la solución turbia, la
DERE
cual es iluminada lateralmente a 90°. La unidad de turbiedad, fue definida como “la
obstrucción optima de la luz, causada por una parte por millón de sílice en agua
destilada”.
1 unidad nefelometrica de turbiedad (NTU) = 7.5 ppm de S i O 2
- pH (4500)
La medición del pH es de suma importancia para la regulación de los diferentes
tratamientos. En las aguas a ser tratadas a través de procesos de coagulaciónfloculación, existe un pH óptimo en el cual se logra una mejor coagulación. En los
efluentes tratados se relaciona los valores de pH con los de alcalinidad para
conocer la calidad corrosiva o incrustante del agua. En el tratamiento de aguas
residuales es una práctica importante la neutralización de ácidos y bases.
3.6.3. Diseño de la planta tipo coagulación floculación
Se plantea una planta de tipo coagulación floculación conformada por un
tratamiento preliminar (desgrasador) y un tratamiento primario (floculador,
sedimentador y filtros), según la caracterización del agua residual, se
seleccionaron las unidades que conforman la planta de tratamiento.
76
3.6.3.1. Tratamiento preliminar
- Determinación del Caudal de diseño
En muchas oportunidades no es posible medir el caudal real de aguas residuales,
En esta investigación se estimara el caudal mediante dos métodos utilizando la
norma sanitaria, el primero estipula que el caudal estará en función del número de
equipo de lavado no automático y el segundo establece el caudal por puntos de
manguera de distintos diámetros en pulgadas. Se calcula el caudal por los dos
métodos y se elegirá el mayor de los dos.
S
O
D
A
V
R
E
S
Eedificaciones (estaciones para lavado
referido a las dotaciones C
deH
agua
paraR
las
S
O
E
R
E
D
de vehículos con equipo no automático), y se calculo con la ecuación 2.1.
Se estimo según la Norma Sanitaria 4044, capítulo VII, articulo 111.O el cual está
La Norma Sanitaria Nº 4044, Articulo 302 proporciona la información necesaria
para el cálculo del caudal por punto de manguera. El caudal se determino
mediante las tablas 2.1 y 2.2.
Unidades de gasto según el diámetro de alimentación
Diámetro del orificio de alimentación de
la pieza
Menor de 1,27 cm
(1/2”)
Menor de 1,91 cm
(3/4”)
Menor de 3,54 cm
(1”)
Menor de 3,18 cm
(1 ¼”)
Menor de 3,81 cm
(1 ½”)
Menor de 5,08 cm
(2”)
Menor de 6,35 cm
(2 ½”)
Menor de 7,62 cm
(3”)
(Norma Sanitaria Nº 4044)
Unidad de gasto
correspondiente
1
3
6
9
14
22
35
50
77
Gastos probables en función del número de unidades de gasto
Nº de unidades de gasto
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
(Norma Sanitaria Nº 4044)
Gasto probable piezas Gasto probable piezas
de tanque (L/s)
de válvula (L/s)
0,20
No hay
0,26
No hay
0,38
1,51
0,42
1,56
0,46
1,61
0,49
1,67
0,53
1,72
0,57
1,77
0,63
1,86
0,70
1,95
0,76
2,03
0,83
2,12
0,89
2,21
0,96
2,29
1,04
2,36
1,11
2,44
1,19
2,51
1,26
2,59
1,31
2,65
1,36
2,71
1,42
2,78
1,46
2,84
1,52
2,90
1,58
2,96
1,63
3,03
1,69
3,09
1,74
3,16
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
- Estimación del diámetro
Para determinar el diámetro de la tubería se utilizaron las ecuaciones 2.2, 2.3, 2.4
y 2.5. Se fijo una velocidad de 0,60 m/s.
78
a) Diseño del desgrasador
Para el diseño del desgrasador se utilizaran parámetros estipulados en la norma
sanitaria venezolana 4044.
S
O
D
A
V
R
E
S
RE
S
O
H
C
Se calcula mediante
laE
norma
que
establece que para los tres primeros vehículos
R
E
D
- Volumen del desgrasador
tendrán un volumen de 174 litros y 10 litros de capacidad para cada vehículo
adicional, como se determino en la ecuación 2.6.
- Profundidad de desgrasador
Se asumió la profundidad partiendo de lo estipulado en la norma 4044 en el
capitulo XXIX, Articulo 431.
- Longitud y ancho del desgrasador
Se determinaron mediante la ecuación 2.7.
79
3.6.3.2. Tratamiento primario
a) Diseño del floculador
Para el diseño del floculador se utilizaron ecuaciones y parámetros que se
presentan a continuación
- Tiempo de retención en el floculador
Se fijara por los investigadores apoyándose en los libros consultados
- Volumen del floculador
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Se determino mediante la ecuación 2.8.
DERE
- Dimensiones del floculador
Se calcularon mediante la ecuación 2.9 y la ecuación 2.10. En la cual la
profundidad del floculador se fijo igual al ancho.
- Área total de las paletas
Se considero para el diseño de las paletas que el área total de las paletas no debe
ser mayor del 15 al 20% de la sección transversal del tanque. Se determino
mediante la ecuación 2.11 y la ecuación 2.12.
80
- Área de cada paleta
Se calculo mediante la ecuación 2.13. Se fija el número de paletas a utilizar.
- Longitud de la paleta
Para este cálculo se considero que entre el nivel máximo del agua, el fondo y los
lados del floculador debe haber una separación con las paletas de 0,15m. y se
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
determino mediante la ecuación 2.14.
DERE
- Ancho de la paleta
Se determino mediante la ecuación 2.15.
-Distancia entre el eje y cada paleta
Cada distancia se determino mediante las ecuaciones 2.16, 2.17, 218 y 2.19.
81
- Volumen de cada celda
Para este cálculo se utilizo la ecuación 2.20.
- Área de cada paleta
Se determino mediante la ecuación 2.21.
DERE
- Factor de forma
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Se determino con la ecuación 2.22 y la ecuación 2.23. El factor K y el CD se
determinaron mediante textos.
- Gradiente de velocidad
Se seleccionaron los gradientes de 40, 30 y 20 s-1
b) Diseño del sedimentador
Para el diseño del sedimentador secundario se utilizaron las ecuaciones
necesarias para este tipo de sedimentador.
- Carga superficial
Se utilizo una carga superficial de 1,20 m3/m2 h.
82
- Área superficial
Se determino mediante la ecuación 2.24.
- Longitud del sedimentador
Se determino mediante la ecuación 2.25.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
- Ancho del sedimentadorCHOS
DERE
Se determino mediante la ecuación 2.26.
- Área transversal
Para calcular el área transversal se considero una velocidad horizontal de 0,50
cm/s y se determino mediante la ecuación 2.27.
- Altura hidráulica
Se determino mediante la ecuación 2.28.
83
- La carga máxima sobre el vertedero
Se determino mediante consultas de texto y será igual a 2,50 L/s m.
- Longitud del vertedero de salida
Se determino mediante la ecuación 2.29.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
- Si la longitud del vertedero es igual al ancho el vertedero tendrá forma
ERE
D
- Si la longitud del vertedero es mayor al ancho del vertedero el vertedero tendrá
rectangular y se ubicara a lo ancho del sedimentador.
forma de ] y se coloca a lo ancho y largo del sedimentador.
- Longitud total del sedimentador
Se determino mediante la ecuación 2.30.
- Numero de tolvas
Se determino mediante la ecuación 2.31.
- Altura sobre la cresta del vertedero
Se determino mediante la ecuación 2.32. El coeficiente C tiene un valor de 1,84.
84
- Longitud de una tolva
Se determino mediante la ecuación 2.33.
- Profundidad del fondo de la tolva
Se determino mediante la ecuación 2.34.
DERE
- Altura de la pantalla
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
La altura de la pantalla para colocar los agujeros se determinaron mediante la
ecuación 2.35.
- Área total de orificios
Se determino mediante la ecuación 2.36. Tomando en cuenta que la velocidad en
los orificios será de 0,15 m/s y el coeficiente de contracción de áreas es de 0,65.
- Área de un agujero
Se determino mediante la ecuación 2.37. Y se tomo en cuenta el diámetro del
agujero de 0,025 m.
85
- Numero de orificios
Se determino mediante la ecuación 2.38.
c) Diseño de las bombas
Para el diseño de las bombas se utilizaron una serie de ecuaciones y parámetros
necesarios para hallar la potencia de la misma.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
RE
E
D
Se determino mediante ecuación 2.39.
- Volumen de la tanquilla
- Dimensiones de la tanquilla
El ancho, la longitud y la profundidad serán iguales y se determinaron mediante la
ecuación 2.40.
- Boca de visita
La Boca de visita será de 0,60 m de ancho y de 0,60 m de largo. Para permitir el
paso del personal que realiza el mantenimiento.
- Altura máxima de succión
Se determino mediante la ecuación 2.41.
86
- Altura máxima de impulsión
Se determino utilizando la ecuación 2.42.
- Caudal de bombeo
Se determino con el volumen del tanque de almacenamiento y con un tiempo de
llenado de 4 horas según gaceta 4044. Mediante la ecuación 2.43.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
HOSy descarga
- Selección del diámetro
DEREdeCsucción
Se utilizo la norma sanitaria 4044. Tabla 2.3 y estos valores dependen del caudal
de bombeo.
Diámetros de las tuberías de impulsión de las bombas
Gasto por bombeo (L/s)
Hasta
Diámetro interior de la tubería
0,85
1,91 cm
(3/4”)
De
0,86
a
1,50
2,54 cm
(1”)
De
1,51
a
2,30
3,18 cm
(11/4”)
De
1,31
a
3,40
3,81 cm
(11/2”)
De
3,41
a
6,00
5,08 cm
(2”)
De
6,01
a
9,50
6,35 cm
(21/2”)
De
9,51
a
13,50
7,62 cm
(3”)
De
13,51
a
18,50
8,89 cm
(31/2”)
De
18,51
a
24,00
10,16 cm
(4”)
(Norma Sanitaria Nº 4044)
87
- Longitud equivalente por accesorios
Se determina la longitud equivalente por accesorios para la succión y para la
descarga mediante la norma 4044.
- Se calcula la perdida en la succión
Se determino mediante la ecuación 2.44.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
- Se calcula la perdida en la descarga
DERE
Se determino mediante la ecuación 2.45.
- Calculo de h f
Para calcular h f se utilizo la ecuación 2.46. Y se asumió el valor de la perdida de
carga en el filtro de 3 m.
- se calcula h’
Se determino mediante la ecuación 2.47.
- Carga dinámica total
Se determino mediante la ecuación 2.48.
88
- Potencia de la bomba
Para este cálculo se utilizo una eficiencia de 75% la potencia de la bomba se
determino mediante la ecuación 2.49.
- Potencia del motor
Se determino mediante la ecuación 2.50.
DERE
d) Diseño de los filtros
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Para el diseño de los filtros se utilizaron una serie de ecuaciones necesarias para
determinar todas las dimensiones.
- Área total de filtración
Para este cálculo se utilizo una rata de filtración de 120 m3/m2 día por ser filtros
rápidos. Y se determino mediante la ecuación 2.51.
- Área de un filtro
Para este cálculo se utilizo una velocidad de lavado de 0,01 m/s y se determino
mediante la ecuación 2.52.
89
- Numero de filtros
Se determino mediante la ecuación 2.53. Se escoge un número par.
- Área de un filtro
Se determino nuevamente el área de un filtro mediante la ecuación 2.54.
- Diámetro del filtro
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Se determino mediante la ecuación 2.55.
- Área del distribuidor
Para este cálculo utilizaremos la velocidad máxima de 1,6 m/s y se determino
mediante la ecuación 2.56.
- Diámetro del distribuidor
Se determino mediante la ecuación 2.57.
- Calculo diámetro del ramal más largo
Se determino mediante la ecuación 2.58.
90
- Área total de los orificios
Se determino mediante la ecuación 2.59.
- Diámetro de cada orificio
Se determino mediante la ecuación 2.60 el diámetro de cada orificio no puede ser
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
mayor que la mitad del diámetro de los ramales.
DERE
- Área de un orificio
Se determino mediante la ecuación 2.61.
- Numero de orificios
Se determinaron mediante la ecuación 2.62.
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
El presente capítulo consiste en analizar cada una de las fases que se realizaron
en el presente trabajo de grado para concluir con todos los objetivos de la
investigación, describiendo en cada una de ellas los resultados obtenidos.
4.1. Caracterización del agua residual
S
O
D
A
V
R
E
S
convertido en un requisito H
fundamental
debido a que estos varían mucho de
S RE
O
C
E
R
E
D
acuerdo a las particularidades de los procesos productivos de cada empresa. Por
La caracterización de los efluentes, particularmente los industriales, se ha
lo tanto, se realizo la caracterización tanto física como química del agua residual
generada durante el lavado de vehículos
Se caracterizó el agua residual proveniente del autolavado “The Cleaners”,
ubicado en la Av. Fuerzas armadas, con prolongación de la Circunvalación #2 E/S
Texaco. En la Tabla 4.1, se presentan los valores obtenidos en la caracterización,
comparados con los límites máximos o rangos permitidos según el decreto 883
(Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y
vertidos o efluentes líquidos) y la gaceta oficial N° 36.395 (Normas sanitarias de
calidad del agua potable).
Se pueden observar los estudios realizados al agua en la sección de anexos
desde el número 16 hasta el 26.
Tabla 4.1 Caracterización del agua residual proveniente de un autolavado.
Media
Desviación
Estándar
Aceites Minerales e Hidrocarburos,
mg/L
7,2
±2,8
Aceites y Grasas Vegetales, mg/L
27,3
Alcalinidad, mg/l como CaCO 3
88,5
PARAMETROS FISICO-QUIMICOS
DECRETO
883
20
Gaceta Oficial
36.395
*
± 11,9
150
*
± 4,8
*
*
Tabla4.1 Continuación
PARAMETROS FISICO-QUIMICOS
Media
Color Real, Unidades Pt-Co
Demanda Bioquímica de Oxigeno
(DBO), mg/L
Demanda Química de Oxigeno
(DQO), mg/L
1057,5
Desviación
Estándar
± 960,2
125,0
± 71,2
433,1
± 281,6
0,3
Detergentes, mg/L
DECRETO
883
*
Gaceta Oficial
36.395
25
350
*
900
*
± 0,1
8,0
*
*
*
*
*
*
500
Dureza Cálcica, mg/L como CaCO 3
Dureza Magnésica, mg/l como
CaCO 3
84,4
± 3,9
31,8
± 14,0
Dureza Total, mg/l como CaCO 3
116,1
± 12,9
1600DOS
A*
V
R
E
S
E
R
721,9
±
1106,8
CHOS
Ph
Sólidos Totales, mg/L
Turbidez, NTU
DERE
6,8
± 0,3
1544,1
± 1264,3
6–9
9
1000
10
- Los valores indicados con un (*), expresan que no existe valor establecido para
ese parámetro en la norma
Una vez realizado el estudio, la caracterización presento concentraciones medias
de DQO, alcalinidad y sólidos totales, de 433,1 mg/L, 88,5 mg/L, 1544,1 mg/L,
respectivamente, así como pH de 6,8 unidades. El color real, la turbidez y el DBO
presentaron valores de 1057,5 UC, 721,9 NTU y 125 mg/L respectivamente tabla
4.1.
Cabe destacar que en referencia a la concentraciones promedios de los
parámetros mencionados, debe indicarse que estas aguas residuales cumplieron
con los niveles máximos permisibles (Tabla 4.1) señalados en la normativa
venezolana vigente (Decreto 883) para descargar a redes cloacales, sin embargo,
se debe aplicar un tratamiento físico químico para adecuar el efluente y así poder
alcanzar la reutilización del agua residual, es decir, lograr aproximadamente los
parámetros del agua estipulados por la gaceta oficial N° 36.395 para el agua
potable.
Silva. (2012), al caracterizar el agua residual proveniente del lavado de vehículos
encontró un valor medio de pH de 7,9 unidades, similar al registrado en la
presente investigación. Por otro lado, la autora reporto concentraciones medias de
DQO, DBO y sólidos totales de 266,4 mg/L, 11,0 mg/L y 628,0 mg/L,
respectivamente, estos valores son inferiores al ser comparados con los obtenidos
en este estudio. Dichas diferencias pueden deberse a que la autora citada, utilizo
agua proveniente del lavado de vehículos pero sin pasar por el proceso de lavado
de chasis y motor, punto el cual en esta investigación si se toma.
4.2. Determinación de los procesos que requiere el agua para ser reutilizada
La determinación de las unidades que conforman la planta de tratamiento se
S
O
D
A
V
R
E
S
E de las unidades son: aceites y
SlaRselección
O
parámetros a tenerR
enEcuenta
para
H
C
E
D
grasas, DQO, color, turbidez y sólidos totales.
realizó mediante el análisis de la caracterización del agua. En este caso, los
La coagulación-floculación es un proceso físico-químico, en el cual las aguas
residuales, en distintas cantidades contienen material suspendido, y sólidos que
pueden sedimentar en reposo, o sólidos dispersados que no sedimentan con
facilidad. Una parte considerable de estos sólidos que no sedimentan pueden ser
coloides, los cuales son suspensiones estables que vuelven imposible su
sedimentación natural, y son responsables de la turbiedad y del color del agua. En
los coloides, cada partícula se encuentra estabilizada por una serie de cargas de
igual signo sobre su superficie, haciendo que se repelan dos partículas vecinas
como se repelen dos polos magnéticos.
Se seleccionó un proceso de coagulación floculación debido a que este garantiza
la disminución de los parámetros DQO, DBO, turbidez, color así como también,
parámetros como dureza total y alcalinidad, parámetros que rigen la presente
investigación; previo a esta unidad se colocó un desgrasador que garantizará la
eliminación de los aceites y grasas que contaminan el agua. Luego del proceso
físico-químico, el cual está acompañado de un sedimentador, se colocaron filtros
para garantizar la disminución de los sólidos totales que pudieran no haberse
eliminado en las unidades previas. Adicionalmente a la selección del tipo de
tratamiento que se debe llevar a cabo para la obtención de un efluente que pueda
ser reutilizado en el proceso de lavado de autos, se estableció el lugar más idóneo
para la implantación del sistema de tratamiento según el espacio físico disponible
en el autolavado en estudio. En el anexo 1 y 2 se muestra el plano de ubicación
donde se puede observar los sitios más relevantes cerca del autolavado y una
vista general de las unidades presentes en la planta.
4.3. Diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para su
reutilización en el proceso de lavado de autos.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
4.3.1. Tratamiento preliminar
DERE
El tratamiento preliminar consiste en el desgrasador, pero primeramente se debe
determinar el caudal de diseño con el cual se trabajará para el diseño de todas las
unidades que conforman la planta de tratamiento.
- Caudal de diseño
Para la determinación del caudal de diseño se tienen dos opciones: caudal según
dotación y caudal por punto de manguera.
- Caudal según dotación
La norma sanitaria Nº 4044, Articulo 111. O establece que la dotación para
estaciones de servicios estará en función del número de equipos de lavado, para
esquipo de lavado no automático el caudal medio será de 8000 L/día/equipo de
lavado.
Número de equipos = 19 equipos de lavado
- Caudal por punto de manguera
La norma sanitaria Nº 4044, Articulo 302 proporciona la información necesaria en
dos tablas, la tabla 2.1 que contiene el número de unidades de gasto según el
diámetro de alimentación y la tabla 2.2 en donde se encuentran los valores del
gasto probable en función del número de unidades de gasto.
Para este cálculo se entra en la tabla 2.1 con el diámetro de la tubería que en este
caso es de 1,27 cm (1/2”), luego se determina el número de unidades de gasto,
correspondiendo en este caso 1 unidad de gasto; posteriormente, el número de
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
unidades de gasto se multiplica por el número de puntos de manguera que se
tiene y con ese valor de unidades de gasto se entra en la tabla 2.2, en este caso,
DERE
se obtuvieron 48 unidades de gasto y se determino el caudal probable de 3,16 L/s.
Se tomó como caudal de diseño el mayor de los valores de caudal estimados,
estos son, por dotación y por punto de manguera, por lo tanto, el caudal de diseño
a utilizar es el correspondiente con el punto de manguera (3,16 L/s), por lo que el
diseño de las unidades se está realizando con el caudal máximo, de manera que,
al tener valores menores de caudal, la planta funcionará, igualmente, en forma
eficiente.
- Estimación del diámetro
Para determinar el diámetro se utilizo una velocidad de 0,60 m/s y una tramo de
tubería de 1 m.
Se utilizo tubería de PVC 0,10 m (4”) de diámetro ya que con este diámetro se
garantiza que funciona de manera eficiente. Esta tubería es la que lleva el efluente
del desgrasador hasta el floculador y luego del sedimentador hasta la tanquilla de
bombeo.
a) Desgrasador
El propósito de esta unidad es separar los aceites y grasas que contiene el agua
S
O
D
A
V
R
E
S
E estos se concentren en la superficie
livianos que el agua y por flotación
hacer
Rque
S
O
H
C
E
R
E
D libre de contaminantes en el fondo lista para ser dirigida a la
dejando el agua
residual de manera efectiva, aprovechando las propiedades que los hacen más
siguiente unidad.
- Volumen del desgrasador
El número de autos se obtuvo mediante información suministrada por el
encargado del autolavado el cual proporciono el número de autos máximos que se
han lavado en un día.
Número de autos lavados en un día de trabajo = 100 autos.
- Profundidad del desgrasador
Se asumió una profundidad de 1,5 m partiendo de lo estipulado en la Norma
Sanitaria que la profundidad mínima será de 0,60 m.
- Longitud y ancho del desgrasador
Las dimensiones y detalles de esta unidad se pueden observar en el plano 3,
separador de grasas.
4.3.2. Tratamiento primario
S
O
D
A
V
R
E
S
SseráRE
O
H
coagulante E
que
se C
utilizara
cloruro férrico en combinación
E
R
D
a) Coagulación
El
con
permanganato de potasio ya que este coagulante es uno de los más eficientes con
este tipo de agua residual, la dosis que se utilizara será la siguiente: 34 mg/L de
cloruro férrico en combinación con 0,4 mg/L de permanganato de potasio, ya que
con esta combinación se obtiene como resultado una remoción de color de 80%,
de turbidez de 98,3% y de DQO de 82,3%. (Silva, 2012)
Silva (2012) tomo muestras del efluente de un autolavado para aplicarle un
tratamiento con los coagulantes cloruro férrico y sulfato de aluminio. A su vez se
decidió utilizar estos coagulantes en combinación con permanganato de potasio,
como coadyuvante de coagulación con la finalidad de obtener un proceso de
coagulación más estable, con una formación mayor de floculos y una fácil
sedimentación. Realizo un total de cuatro tratamientos, en los cuales se utilizo
sulfato de aluminio por sí solo, sulfato de aluminio en combinación con
permanganato de potasio, cloruro férrico por sí solo y cloruro férrico más
permanganato de potasio. Obteniendo como resultado que el cloruro férrico en
combinación con permanganato de potasio fue el tratamiento más efectivo y logro
bajar los niveles de color en un 80%, de turbidez en un 98,3% y DQO en un
82,3%. La mejor dosis que se obtuvo de esta combinación fue 34 mg/L de cloruro
férrico en combinación con 0,4 mg/L de permanganato de potasio.
b) Diseño del floculador
Una vez introducido el coagulante, las partículas diminutas coaguladas son
puestas en contacto una con otra y con las demás partículas presentes, mediante
una agitación prolongada, floculación, durante la cual las partículas se aglomeran,
incrementan su tamaño y adquieren mayor densidad. De esta manera se logra que
las partículas se separen del líquido y logren decantar por gravedad. (Romero,
2000).
- Tiempo de retención
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
- Volumen del floculador
- Dimensiones del floculador
- Área total de las paletas
- Área de cada paleta
- Longitud de la paleta
- Ancho de la paleta
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
-Distancia entre el eje y cada paleta
- Volumen de cada celda
- Factor de forma
Las dimensiones y detalles de esta unidad se pueden observar en el plano 4, 5, 6,
7 y 8. Que corresponden a la vista de planta del floculador, corte longitudinal,
detalle de las paletas y corte transversal.
c) Diseño del sedimentador
la sedimentación generalmente es un tratamiento donde el efluente tiene un
tiempo de retención para lograr la decantación de las partículas floculentas y
reducir la carga de sólidos .está ubicado luego del floculador para remover los
sólidos sedimentables que han sido producidos por el tratamiento químico
S
ADO
V
R
E
S
E
R
sedimentables. (Romero,
2000)
HOS
DEREC
mediante la adición del coagulante y la agitación del mismo que logran coágulos
- Carga superficial
- Área superficial
- Ancho del sedimentador
- Longitud del sedimentador
- Área transversal
- Altura hidráulica
- Longitud del vertedero de salida
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Como la longitud del vertedero es menor que la del ancho del sedimentador se
colocara un vertedero de forma rectangular y estará ubicado a lo ancho del
sedimentador.
- Longitud total del sedimentador
- Numero de tolvas
- Altura sobre la cresta del vertedero
- Longitud de una tolva
- Ajustando la longitud total del sedimentador
- Profundidad del fondo de la tolva
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
- Altura de la pantalla
- Área total de orificios
- Área de un agujero
- Numero de orificios
Las dimensiones y detalles de esta unidad se pueden observar en el plano 8, 9 y
10. Que corresponden a vista de plan del sedimentador, corte longitudinal y corte
transversal.
d) Diseño de las bombas
- Volumen de la tanquilla
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
- Dimensiones de la tanquilla
DERE
- Ajustando el volumen
- Boca de visita
La Boca de visita será de 0,60 m de ancho y de 0,60 m de largo. Para permitir el
paso del personal que realiza el mantenimiento, según la norma 4044.
- Altura máxima de succión
- Altura máxima de impulsión
- Caudal de bombeo
- Selección del diámetro de succión y descarga
Para seleccionar estos diámetros se entra en la tabla 2.3 con el caudal de bombeo
y se determina el diámetro de descarga y el diámetro de succión será el inmediato
superior según norma 4044.
En nuestro caso se utilizo un diámetro de descarga de 3,81 cm (11/2”) y un
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
diámetro de succión de 5,08 cm (2”).
ERE
D
- Longitud equivalente por accesorios
Estas longitudes se determinaron utilizando la figura 28 de la Norma sanitaria Nº
4044 se entra con el tipo de accesorio y el diámetro interno en pulgadas. Las
longitudes equivalentes de esta investigación se muestran en la tabla 4.2.
Tabla 4.2 Longitud equivalente de succión y descarga
Accesorios Colocados
Codo
Tee
Val. Comp.
Val. Reten.
Pieza Colocada
Longitud Equivalente Longitud Equiv. Total
Succión Descarga Succión Descarga Succión Descarga
ø= 1 1/4"
ø= 1 "
ø= 1 1/4"
ø= 1 "
ø= 1 1/4"
ø= 1 "
1
7
1
0,9
1
6,63
0
2
2,3
1,6
0
3,2
1
3
0,25
0,15
0,25
0,45
1
1
2,6
2,5
2,6
2,5
TOTAL
3,85
12,45
- Se calcula la perdida en la succión
- Se calcula la perdida en la descarga
- Calculo de h f
- Se calcula h’
- Carga dinámica total
DERE
- Potencia de la bomba
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
- Potencia del motor
La función de las bombas es llevar el agua de la tanquilla de bombeo hasta los
filtros y luego al estanque de almacenamiento. Se han colocado dos bombas para
una mejor eficiencia de la planta, cuando una de ellas deje de funcionar se
utilizara la otra Las dimensiones y detalles se pueden observar en el plano 11, 12
y 13. Que corresponden a la vista de planta de la tanquilla de bombeo, corte
transversal y corte longitudinal.
e) Diseño de los filtros
Aunque un alto porcentaje de la turbidez, color y DBO son removidos con la
coagulación-floculación y la sedimentación, una cantidad de floculos pasa el
tanque de sedimentación y requiere su remoción. Para lograr esta remoción se
utiliza la filtración a través de medios porosos, generalmente dichos medios son
arena, antracita y grava. La filtración remueve el material suspendido, medido en
la pracica tales como turbudez, color y DBO. La remoción de microorganismos es
de gran importancia puesto que muchos de ellos son extremadamente resistentes
y sin embargo son removibles mediante la filtración. (Romero, 2000).
Silva (2012) realizo un tratamiento de filtración a una muestra de efluente de
autolavado luego de un tratamiento de coagulación-floculación utilizando cloruro
férrico en combinación con permanganato de potasio. Luego de la filtración se
analizo la muestra y se reporto una remoción elevada con la combinación de
cloruro férrico con permanganato de potasio y debido a que se logro una remoción
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
del 13,3% de la DQO y del 85,7% de la turbidez.
ERE
D
- Área total de filtración
- Área de un filtro
- Numero de filtros
- Área de un filtro
- Diámetro del filtro
- Área del distribuidor
- Diámetro del distribuidor
- Calculo diámetro del ramal más largo
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
- Área total de los orificios
- Diámetro de cada orificio
- Área de un orificio
- Numero de orificios
Las dimensiones de esta unidad se pueden observar en el plano 14 y 15. Que
corresponden a vista de planta de los filtros y detalles de un filtro.
e) Planos de referencia
los planos correspondientes a todo el diseño de la planta incluyendo ubicación en
el autolavado se muestra en la tabla 4.3
Tabla 4.3 Lista de planos
Plano
Numero de plano
Ubicación general
1
Ubicación planta de tratamiento
2
Planta y corte del desgrasador
3
Vista de planta del floculador
4
Corte longitudinal del floculador
5
Detalle de las paletas
6
Corte transversal del floculador
7
Vista de planta del sedimentador
8
Corte transversal del sedimentador
10
Vista de planta de la tanquilla de bombeo
11
Corte transversal de la tanquilla de bombeo
12
Corte longitudinal de la tanquilla de bombeo
13
Vista de planta de los filtros
14
Detalles de un filtro
15
S
O
D
A
V
R
E
S
Corte longitudinal del
sedimentador
9
S RE
O
H
C
E
R
E
D
RECOMENDACIONES
- A los entes responsables de la norma sanitaria implementar una normativa que
regule el consumo de agua en los autolavados y hacer los estudios necesarios
para obtener un valor más real de dotación establecida para autolavados ya que
esta se encuentra lejos del valor real.
- Realizar un análisis de precio unitario en el cual sea evalúe la factibilidad en la
instalación de la planta.
- Realizar un cronograma de mantenimiento en el cual se establezca la
periodicidad en la recolección de los lodos y en la floculación mantener la adición
del coagulante.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
- Utilizar el coagulante Cloruro Férrico en combinación con de potasio ya que es
uno de los más eficiente en este proceso.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS
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reutilización. Tercera Edición. Editorial McGraw-Hill,1995.
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Tchobanoglous.
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residuales
en
pequeñas
poblaciones. Mc Graw Hill, 2001.
Romero, Jairo. Purificación del Agua. Escuela Colombiana de Ingeniería,2000.
Perruolo, Tomas. Guía de Plantas tratamientos de Aguas Servidas, 1992.
Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
vertido o efluentes líquidos. Decreto 883. Gaceta Oficial No. 5021, 1995.
DERE
Normas Sanitarias, para Proyectos, Construcción, Reparación, Reforma y
Mantenimiento de Edificaciones. Nº 4044 Extraordinario, 1988.
Mavarez, Sara. Guia para la realización de un proyecto sanitario, 2007.
Tamayo y Tamayo, M. El diccionario de la investigación científica (2a edición).
Mexico: Editorial Limusa, 1994.
Tamayo y Tamayo, M. El Proceso de investigación científica: incluye glosario y
manual de evaluación de proyectos (3a edicion). Mexico: Editorial Limusa, 1994.
Rivas, Mijares. Tratamiento de Aguas Residuales. Segunda Edición. Ediciones
Vegas, 1978.