UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL CONTAMINACIÓN Y REMEDIACIÓN DE AGUA ANÁLISIS DE CONTAMINACIÓN EN EL AGUA EN EL PROCESO DE FABRICACIÓN DE PINTURAS Docente: Sonia Yucra Cruz Integrantes: Cruz Rios Giampier Donovan 20190727 Layme Morales Jesus 20190736 Mendoza Mamani Kiara Isabel 20192245 Meza Camargo Daniela Candelaria AREQUIPA, PERÚ 2021 20190737 Índice Resumen......................................................................................................................... 1 Capítulo I ....................................................................................................................... 2 1. Introducción ..................................................................................................... 2 2. Planteamiento del problema ............................................................................. 2 3. Objetivos de investigación ............................................................................... 3 3.1. Objetivo general ........................................................................................... 3 3.2. Objetivo específico....................................................................................... 3 4. Justificación, importancia y limitaciones de la investigación .......................... 3 4.1. Importancia de la Investigación ................................................................... 3 4.2. Justificación de la Investigación .................................................................. 4 4.3. Limitaciones de la Investigación .................................................................. 5 5. Estado del arte .................................................................................................. 5 Investigaciones consultadas ................................................................................... 5 Capitulo II: Marco teórico ............................................................................................. 6 1. Definición Agua ............................................................................................... 6 2. Contaminación de agua .................................................................................... 6 3. Planta de tratamiento de aguas residuales industriales..................................... 6 4. Definición de Pinturas ...................................................................................... 6 4.1. Clasificación ................................................................................................. 7 4.2. Componentes ................................................................................................ 7 5. Efluente y Afluente Industrial .......................................................................... 9 6. Proceso de elaboración de pinturas .................................................................. 9 6.1. Almacenamiento......................................................................................... 10 6.2. Dispersión................................................................................................... 10 6.3. Molido y dilución. ...................................................................................... 10 6.4. Mezclado. ................................................................................................... 10 6.5. Ajuste de propiedades. ............................................................................... 10 6.6. Envasado y embalaje. ................................................................................. 10 6.7. Limpieza. .................................................................................................... 10 7. Residuos y Contaminantes de la industria de pintura .................................... 11 7.1. Residuos Líquidos ...................................................................................... 11 7.1.1. Parámetros fisicoquímicos ...................................................................... 11 7.2. Residuos Solidos ........................................................................................ 13 7.3. Emisiones atmosféricas .............................................................................. 13 8. Marco normativo ............................................................................................ 14 Capitulo III. Metodología de la investigación ............................................................. 14 1. Diseño de la Investigación ............................................................................. 14 1.1. Variables: ................................................................................................... 14 1.2. Recolección de datos .................................................................................. 14 2. De los métodos a emplear por objetivo específico ......................................... 15 2.1. Establecer los contaminantes en la producción de pinturas. ...................... 15 2.2. Definir los parámetros fisicoquímicos en la producción de pinturas. ........ 15 2.3. Establecer los métodos de tratamiento para aguas residuales en la producción de pinturas. .................................................................................................... 16 3. Técnicas e Instrumentos ................................................................................. 16 3.1. Técnica cuantitativa.................................................................................... 16 3.2. Técnica cualitativa...................................................................................... 16 4. Materiales ....................................................................................................... 16 4.1. Toma de muestras: ..................................................................................... 16 4.2. Análisis de muestra .................................................................................... 16 5. Estadística....................................................................................................... 16 Capitulo IV Resultados ................................................................................................ 17 1. Diagrama de flujo del proceso de producción de pinturas y otros ................. 17 2. Diagrama de flujo del área de limpieza en la producción de pinturas ........... 18 Bibliografía .................................................................................................................. 19 Anexos ......................................................................................................................... 20 Cuadro 1: Matriz de consistencia ............................................................................. 20 Índice de Anexos Anexo 1: Pinturas FARBA .......................................................................................... 21 Anexo 2: Instalaciones de pintura FARBA ................................................................. 21 Anexo 3: Ingreso a instalaciones ................................................................................. 22 Anexo 4: Área de elaboración del producto ................................................................ 22 Anexo 5: Agua de red almacenada para precalentarse ................................................ 23 Anexo 6: Termas solares como fuente de energía ....................................................... 23 Anexo 7: Termas solares.............................................................................................. 24 Anexo 8: Caldero a gas ................................................................................................ 24 Anexo 9: Bomba para transportar el agua hacia la 2da Planta .................................... 25 Anexo 10: Máquina mezcladora .................................................................................. 25 Anexo 11: Máquina mezcladora .................................................................................. 26 Anexo 12: Vista de la 2da Planta ................................................................................. 26 Anexo 13: Tanque de almacenamiento - 2da Planta.................................................... 27 Anexo 14: Lugar de envasado...................................................................................... 27 Anexo 15: Producto envasado y almacenado .............................................................. 28 Anexo 16: Tabla de colores de Farba .......................................................................... 28 Anexo 17: Residuos sólidos y líquidos – 1er Pozo de Sedimentación ........................ 29 Anexo 18: 2do Pozo de Sedimentación ....................................................................... 29 Anexo 19: 3er Pozo de sedimentación de contaminantes ............................................ 30 Resumen Las aguas residuales y su tratamiento son un tema de gran importancia al saber que en los últimos años el agua viene siendo afectada por el incremento del cambio climático y aumento de la temperatura provocando sequías. La industria de pinturas es una de las industrias que genera grandes cantidades de aguas residuales al fabricar volúmenes de pinturas base agua, base aceite, epóxidos, productos para madera, resinas, entre otras. Estos productos en su mayoría contienen componentes tóxicos que no solo dañan a la calidad del agua y el medio ambiente sino que también afectan la salud pública. Por consecuente la implementación y uso de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) es de sumo interés para aprovechar el agua tratada en sectores como la agricultura, y disminuir el impacto que generan las industrias en el recurso del agua. Capítulo I 1. Introducción En Perú es uno de los países altamente vulnerables ante los efectos del cambio climático, problema que viene aumentando desde hace años y con soluciones poco prácticas con un elevado costo de implementación para su disminución. Este problema trae consigo una serie de impactos en los recursos naturales, principalmente en el agua. La contaminación de aguas en el Perú es un problema latente que altera la calidad natural de este recurso, donde el grado de contaminación presente aumenta en la medida en que se desarrollan más las ciudades. Entre las causas de contaminación se tiene dos tipos, las naturales y las antropogénicas; las primeras se caracterizan por la reacción química en los suelos en zonas volcánicas o formación cuaternaria donde existe la presencia de algunos metales y metaloides como el hierro; y las segundas se caracterizan por un manejo adecuado de fuentes emisoras de contaminantes por sectores. De esta forma se ve deteriorada la calidad del agua siendo indispensable la búsqueda de soluciones al ser un recurso de primera necesidad para los seres vivos y configuración del ecosistema. Una de las fuentes emisoras de contaminantes que deterioran la calidad del agua y no se tiene muy en cuenta es el sector de pinturas. Los efluentes contaminantes originarios en industrias de pinturas y barnices proceden fundamentalmente de operaciones de limpieza de equipos y tanques de almacenamiento así como de la fabricación de resinas y otros productos; la destilación de solventes y aguas de laboratorio. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), se ha determinado que las pinturas son una de las principales fuentes de contaminación de plomo en el mundo. Hoy en día contar con una planta de tratamiento de aguas residuales es un requisito para la preservación del recurso hídrico del cuidado del medio ambiente y el funcionamiento de sostenible de la sociedad, ya que las PTARs brindan beneficios no solo a la empresa a nivel de reducción de costos sino que al medio ambiente al reutilizar esta agua para otros sectores como la agricultura y la ganadería. De esa forma en ese trabajo es indispensable proponer el diseño de una planta de tratamiento para aguas residuales en la producción de pinturas a base de agua esto evita poner en riesgo la salud humana y disminuye la contaminación de agua y de ecosistemas como la flora y fauna ya que con el proceso de tratamiento del agua se es capaz de eliminar bacterias, virus y sustancias que podrían contaminar en gran medida los ecosistemas y provocar enfermedades. Por consiguiente es fundamental reconocer que para la fabricación de pinturas se usan componentes que contaminan en gran medida la calidad del agua y de los ecosistemas, y para disminuirlo y minimizar este impacto es óptimo implementar una planta de tratamiento de agua residual (PTAR) de esa forma la empresa es más consciente de su impacto y responsable del contaminante que genera tratándolo. 2. Planteamiento del problema Las pinturas tienen como propósito proteger todo tipo de estructuras y superficies de las inclemencias del tiempo y proporciona una mayor estética visual. La industria de pinturas se ha desarrollado con el paso de los años generando un nivel competitivo mayor y por lo mismo el aumento de plantas de producción, siendo necesario un control pleno en la industria de pinturas que abarcan todo su proceso desde la fabricación hasta el envasado. La industria de pintura que estamos analizando es FARBA dedicada a la producción de pintura en base de agua en mayor medida. Las pinturas basadas en agua tienen como disolvente principal al agua, y están compuestos de pigmentos, cargas, resina y aditivos (secantes, biocidas, basificantes). A través de los años y con los avances tecnológicos y amplio conocimiento en el medio ambiente, se han identificado las características y efectos de muchos compuestos que en un inicio parecían una buena idea para su uso como materia prima en pinturas y que sin embargo es perjudicial para el medio ambiente y la salud de las personas. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), se ha determinado que las pinturas son una de las principales fuentes de contaminación de plomo en el mundo. La industria de pintura genera sustancias contaminantes que se pueden clasificar en 3 categorías: líquidas (acuosos y orgánicos), sólidas (polvos, envases y contenedores, lodos, entre otros) y atmosféricos (material particulado en suspensión, compuestos orgánicos volátiles, entre otros). De no usarse métodos para el control de contaminantes en efluentes como tratamientos fisicoquímicos y biológicos genera que los residuos se impregnen en el ecosistema y dañen a la diversidad de flora y fauna así como un recurso esencial que es el agua. Por ello es importante reconocer que para la fabricación de pinturas se usan componentes que contaminan en gran medida al medio ambiente y de no implementarlas PTARs se estaría asegurando una degradación inminente. Ya que de no tomar decisiones claves y puntuales ante esta problemática se continuará afectando la calidad del recurso hídrico, ecosistemas, medio ambiente, salud pública y no se continuará con la búsqueda de un desarrollo sostenible y una economía circular. 3. Objetivos de investigación 3.1. Objetivo general • Proponer el diseño de una planta de tratamiento para aguas residuales en la producción de pinturas. 3.2. Objetivo específico • • • Establecer los contaminantes en la producción de pinturas. Definir los parámetros fisicoquímicos en la producción de pinturas. Establecer los métodos de tratamiento para aguas residuales en la producción de pinturas. 4. Justificación, importancia y limitaciones de la investigación 4.1. Importancia de la Investigación La industria de pinturas produce grandes volúmenes de pinturas base agua, base aceite, epóxidos, productos para madera, resinas, entre otras. Estos productos en su mayoría contienen componentes tóxicos que no solo dañan a la calidad del agua y el medio ambiente si no que también afectan la salud pública. Es ahí donde radica la importancia de estudiar qué componentes se usan en la industria de pinturas y en qué medida dañan a la calidad del agua mediante las aguas residuales. Ya que la disposición y tratamiento de los contaminantes actualmente se maneja de forma inadecuada lo cual genera grandes problemas medioambientales, y de no contarse con un sistema de control y prevención de generación de contaminantes no se podrá saber su efecto y la forma en que se debe controlar para generar una mayor información en la toma de acciones de prevención y disminución de estos mismos contaminantes. 4.2. Justificación de la Investigación Las aguas residuales y su tratamiento son un tema de gran importancia al saber que en los últimos años el agua viene siendo afectada por el incremento del cambio climático y por tanto aumento de la temperatura que genera sequías. Es por ello que contar con una planta de tratamiento de aguas residuales en la industria de pinturas es necesario para contribuir al cuidado del agua tratando estas aguas residuales que vienen contaminadas por metales pesados y con una alta demanda bioquímica de oxígeno (DBO). 4.2.1. Justificación técnica Las actividades programadas en el trabajo de investigación se basan en la medición de parámetros fisicoquímicos en la compañía Farba, una industria de pinturas. Se cuenta con los instrumentos necesarios para el muestreo de agua óptimo, como el medidor multiparámetro que realiza mediciones de pH, conductividad eléctrica, salinidad, oxígeno disuelto (OD) y temperatura. Por otro lado las muestras obtenidas se llevarán a analizar en laboratorio previamente ya cotizado, para obtener la información necesaria sobre la concentración de contaminantes en el agua residual de la fábrica y posterior toma de decisiones adecuada sobre el sitio potencialmente contaminado. 4.2.2. Justificación económica Todo el proceso y operación que se lleva a cabo en una industria genera agua residual. En la industria de pinturas esta agua residual contiene valores altos de metales pesados y DBO afectando a la calidad del agua, por ello contar con una planta de tratamiento de aguas residuales es indispensable. La industria FARBA al fabricar pinturas a base de agua nos facilita la implementación de un tratamiento de aguas residuales, y la optimización en procesos de remediación, al no contar con niveles altos de metales pesados permite optar por una sustitución de materia primas orgánicas a nivel de pigmentos que son los que contaminan en mayor medida. Ayudando de esa forma a que demás industrias implementen este tratamiento de forma óptima, sencilla y sin mayor gasto económico. 4.2.3. Justificación social Las plantas de tratamiento de aguas residuales son sistemas de limpieza que ofrecen el saneamiento adecuado de aguas residuales para que éstas puedan ser reutilizadas o depositadas al ambiente. La implementación de estas plantas tiene un impacto positivo en la sociedad ya que disminuye la producción de lodos de desecho considerablemente y en consecuencia la incidencia de enfermedades por virus y bacterias como las gastrointestinales. Dentro de la industria se genera un medio ambiente limpio que fomenta a mayor actividad productiva y por tanto mayor crecimiento económico, y la empresa tiene un mayor posicionamiento en el mercado al tener una buena imagen de principios de sustentabilidad. De la misma forma también cumplen con los estándares de calidad en descargas de agua en áreas naturales y el agua tratada se puede usar en actividades como la agricultura y ganadería reduciendo así los costos de transporte de líquidos y el impuesto por consumo de agua. 4.2.4. Justificación ambiental La implementación y uso de estas PTARs trae consigo beneficios medioambientales ya que reutilizar el agua se ha vuelto una necesidad ante la escasez inminente de este recurso. Es por ello que implementarlo en la industria de pinturas beneficiaría considerablemente generando una atmósfera de equilibrio entre las actividades antropológicas y el entorno medioambiental para de esa forma elevar la calidad de vida de habitantes y vida en general. 4.3. Limitaciones de la Investigación La principal limitación en nuestra investigación es que no se cuentan con estudios recientes de cómo la industria de pinturas afecta a la calidad de agua, sobre todo las pinturas a base de agua ya que en teoría estas son las que contaminan en menor medida justamente porque su materia principal es el agua, sin embargo los residuos líquidos que se generan en este proceso de fabricación presentan niveles altos de DQO por la presencia de sustancias orgánicas utilizadas como solventes en los productos y contienen restos de metales pesados provenientes de los pigmentos utilizados. No obstante no es posible comparar investigaciones en Arequipa o de manera general en el Perú por la falta de información e investigación específicamente en este punto. 5. Estado del arte En este apartado se detallan las investigaciones previas que se han llevado a cabo sobre la contaminación y remediación de aguas en el uso de pinturas. Investigaciones consultadas • GUIA PARA EL CONTROL Y PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACION INDUSTRIAL “INDUSTRIA ELABORADORA DE PINTURAS”. Según el estudio realizado por La comisión Nacional de Medio Ambiente-Santiago (1998) Los residuos líquidos se generan principalmente en los procesos de fabricación de pinturas en base agua, producto fundamentalmente de la operación de lavado de equipos. Estos residuos presentan generalmente altos niveles de DQO, debido a la presencia de sustancias orgánicas utilizadas preferentemente como solventes, preservantes y otros (por ejemplo: estirenos, acetonas, xilenos, bencenos, fenoles, etc.) en los productos; además, contienen restos de metales pesados provenientes de los pigmentos utilizados. • DISEÑO DE UN PROTOCOLO PARA EL CONTROL, PREVENCIÓN Y TRATAMIENTO DE CONTAMINANTES GENERADOS POR UNA INDUSTRIA DE PINTURAS. De acuerdo con la investigación ejecutada por Pamela Rodas (2016) La metodología y el equipamiento técnico de los diferentes procesos varían enormemente en función de los diversos tamaños y estructuras de las empresas y gamas de productos. • PINTURAS, BARNICES y AFINES: Composición, formulación y caracterización. Conforme esta investigación desarrollada por Vicente (2020) todos los disolventes favorecen la humectación por lo que resulta conveniente añadir una parte al principio de la mezcla. En el caso de que se utilicen varios disolventes en la fórmula, se debe escoger aquel que sea menos volátil o el que tenga una mayor proporción en la fórmula con el fin de compensar el que se evapora por calentamiento. En cuanto a los aditivos, se deben incluir aquellos que favorezcan la acción dispersora, como los humectantes y dispersantes. • PINTURA AL AGUA. Concorde el informe expuesto por Mariona (2017) La pintura al agua para los interiores, no necesitará de la resistencia y dureza de la pintura al agua para exteriores. Tanto para interiores y exteriores, existen diversas gamas de pintura al agua, que varían en la calidad de sus acabados, su adherencia, su lavabilidad. Así que es bueno que antes de lanzarnos a comprar examinemos primero las opciones con las que contamos. Capitulo II: Marco teórico 1. Definición Agua El agua es una sustancia que se compone por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno (H2O) y se puede encontrar en estado sólido (hielo), gaseoso (vapor) y líquido (agua). Las propiedades físicas y químicas del agua son muy importantes para la supervivencia de los ecosistemas. Tres cuartas partes del planeta están cubiertas de agua, en su mayoría es salada, siendo solo el 2,5 por ciento agua dulce. En nuestro planeta el agua circula de manera natural gracias al sol, formando parte de los distintos elementos de la hidrosfera: atmósfera, océanos, ríos, lagos, agua subterránea, hielo y nieve. Esto es lo que conocemos como ciclo natural del agua. 2. Contaminación de agua Existen más de 70 mil sustancias conocidas como contaminantes cuyo vertido en mares y océanos suponen una de las principales causas de contaminación en el agua. Esto supone poner en peligro un recurso muy valioso para la vida en el planeta no solo de las personas, sino también de miles de especies que viven en él. El agua se contamina a través de los medicamentos que tiramos por el retrete o el aceite que vertemos por el fregadero. Los residuos que se arrojan al mar o los ríos son otro ejemplos. También lo son los micro plásticos, cuyas concentraciones en el mar están aumentando de manera acelerada. Y es que cada año, 8 millones de plásticos acaban en el mar alterando la vida de los ecosistemas que viven en ellos, según datos de la ONU. 3. Planta de tratamiento de aguas residuales industriales Las aguas residuales industriales, si no son convenientemente tratadas antes de su vertido, pueden contener compuestos tóxicos, compuestos difíciles de degradar, tener un pH alejado de la neutralidad, etc. En función de la contaminación que presenten, variarán los procesos necesarios para su correcto tratamiento. La Planta para tratamiento de aguas residuales industriales, es la unidad más compacta del mercado, con tecnología de punta para garantizar la calidad del agua tratada. Está diseñada en materiales compuestos como Acero y Fibras de Vidrio para ofrecer alta resistencia mecánica. Es compacta, sencilla, robusta, fácil de operar y reducido mantenimiento. 4. Definición de Pinturas La pintura liquida está constituida por sólidos particulados y dispersados muy finamente en un fluido al que se denomina vehículo. Asu vez este se forma a partir de una sustancia aglutinante que forma una película dispuesta en un solvente o mezcla de solventes que posteriormente se incorporan aditivos y plastificantes. (Giudice, C.; Pereyra, A.; 2009). 4.1.Clasificación Las pinturas poseen una gama de productos muy amplia como barnices, lacas, pinturas marinas, de construcción, automotrices, industriales, anticorrosivos, impermeables, etc. Pero estos se agrupan principalmente en dos. Pinturas en base a agua (látex) y pinturas a base de solventes (aceites). Pinturas a base de agua. Compuestas por agua, pigmentos, extensores de tiempo de secado (sustancias secantes), agentes dispersantes preservantes, amoniaco o aminas, agentes espumantes y resina. El proceso se empieza con la adición de agua, amoniaco y agentes dispersantes a un tanque de premezcla, y se añaden los pigmentos y agentes extensores. Luego de la premezcla, el material pasa a través de una molienda, esto dependiendo al tipo de pigmento, ahí ocurre la dispersión y posteriormente se transfiere a un estanque de mezclamiento con agitación. Se incorporan las resinas, plastificantes, preservantes y antiespumantes y finalmente la emulsión de resina. Agregando el agua para finalizar con una consistencia adecuada. Luego de mezclar todos los ingredientes, el producto obtenido es filtrado para remover pigmentos no dispersos (mayores a 10 µm), siendo posteriormente envasado en tarros y embalado. Normalmente sólo los esmaltes en base agua pasan por equipos de molienda; los látex y pastas se dispersan y terminan en estanques de mezclamiento. Pinturas a base de solventes. Las pinturas basadas en solventes incluyen un solvente, pigmentos, resinas, sustancias secantes y agentes plastificantes. Los pasos en la elaboración de pinturas cuyo vehículo es un solvente son similares a los descritos anteriormente. Inicialmente, se mezclan los pigmentos, resinas y agentes secantes en un mezclador de alta velocidad, seguidos de los solventes y agentes plastificantes. Una vez que se ha completado la mezcla, el material se transfiere a un segundo estanque de mezclamiento, en donde se adicionan tintes y solventes. Una vez obtenida la consistencia deseada, la pintura se filtra, envasa y almacena. 4.2.Componentes La composición genérica se basa en: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ Pigmentos Cargas Ligante o resina Disolvente Aditivos 4.2.1. Pigmentos. Compuestos Orgánicos o inorgánicos cuya misión es proporcionar a la pintura color y poder de cubrición. Los pigmentos son opacos tanto en estado seco como húmedo. (Carbonell, 2009) Compuesto por partículas muy pequeñas de sólidos, producido para agregarle a la pintura y su película propiedades específicas. Muy diferente a los colorantes, este último se disuelve y otorga color, no tiene propiedades de cubrición. Pigmentos Inorgánicos. Constituidos por minerales y sintéticos. Los pigmentos inorgánicos imparten en general, entre otras propiedades, color, opacidad, resistencia al calor y a la acción de la intemperie. Tienen un precio relativamente bajo en relación con otros componentes de las pinturas. Pigmentos orgánicos. Los pigmentos orgánicos más frecuentemente empleados son en la actualidad de origen sintético; conducen, entre otras propiedades generales, a películas fuertemente coloreadas, con reducido poder cubriente, variable resistencia al calor, a la acción de la intemperie y a los agentes químicos. Tienen un costo generalmente elevado en términos comparativos. De acuerdo con Giudice, C.; Pereyra, A; los pigmentos modifican las características del flujo de la pintura y la adhesión especifica y la cohesión, reducen el brillo e incrementan la permeabilidad de la película seca. 4.2.2. Carga. De naturaleza inorgánica y composición química variada, tienen propiedades igualmente variadas. Esto a su vez influye en las propiedades del producto final, por ello es importante su selección y control de calidad. Las cargas naturales son las más abundantes en la composición de pinturas y recubrimientos; luego de la extracción, se someten a un proceso de molienda que en función del tamaño de la partícula permiten clasificarlas en grandes (superior a 250 μm), medianas (entre 50 y 250 μm), finas (entre 10 y 50 μm) y pequeñas o extrafinas (inferior a 10 μm). Cargas derivadas de carbono. La calcita es un carbonato de calcio natural tiene una morfología nodular; densidad 2.7 g.cm3; pH en suspensión de 8-10; índice de refracción, 1.59: diámetro medio 2 a 3 um. También puede encontrarse de forma sintética o carbonato de calcio precipitado que es más puro que el natural pero con las mismas propiedades excepto que el tamaño es más fino 0.06 um. Cargas derivadas de silicatos. El talco es químicamente un silicato de magnesio natural (fórmula: 2MgO4SiO2Mg (OH)2; densidad: 2,7- 3,5 g.cm3; pH en suspensión, usualmente entre 8,5 y 9,5; índice de refracción, entre 1,54 y 1,59; índice de absorción de aceite, entre 32 y 37 ml/100 g). Estos a su vez presentan una alta distribución de tamaño de partícula entre 5 a 40 um y por ende la absorción de aceites también es variada desde 30 para las más grandes y 50 ml/100 g para las finas. 4.2.3. Resina o Ligante. Son sustancias cuya acción es mantener unidas las partículas sólidas, pigmentos y cargas, una vez la pintura está seca. Según el tipo de resina utilizada la pintura tendrá unas características de secado y resistencias determinadas. La terminología en el campo de las pinturas y recubrimientos es variada y por ello no debe extrañar encontrar indistintamente los términos resina, ligante, polímero, entre otros. (Carbonell, 2009) 4.2.4. Disolvente. El disolvente es la materia prima de mayor proporción en las pinturas. Existen dos tipos de disolventes, el agua y otros productos de naturaleza orgánica cuya misión es la de dar a la pintura una viscosidad óptima según el método de aplicación que debe utilizarse. Los disolventes se utilizan además para solubilizar las resinas y regular la velocidad de evaporación. La utilización de disolventes que no disuelven al ligante es frecuente en la formulación de pinturas en este caso se les nombra como cosolventes. 4.2.5. Aditivos. Son sustancias que se emplean para facilitar el proceso de fabricación de la pintura, aportar unas características concretas a la pintura seca, crear las condiciones adecuadas para que el secado se produzca de forma correcta y para estabilizar la pintura en el período de almacenamiento. Estos aditivos se dosifican en pequeñas cantidades. Los aditivos secantes permiten controlar la velocidad de secado. Normalmente se utilizan sales orgánicas de elementos metálicos (cobalto, manganeso, plomo, calcio, zinc, hierro, vanadio, cerio y zirconio). Los plastificantes, por su parte, proporcionan flexibilidad y adherencia a los recubrimientos de superficie. Se clasifican en: aceites vegetales no secantes (derivados del aceite de ricino), monómeros de alto punto de ebullición (ftalatos) y polímeros resinosos de bajo peso molecular (poliéster). 5. Efluente y Afluente Industrial Los Efluentes industriales son aquellos generados por el proceso de producción de cualquier planta de procesamiento industrial, ya sea cementos, ladrillera, curtiembre, minería. Terminado su producción se crea un flujo de desecho que no vuelve a servir para el proceso de producción, por tal motivo se desecha para su posterior tratamiento en una planta de tratamiento de aguas residuales industriales. El afluente industrial es el flujo de agua o insumos que se necesitan para el inicio de producción de cualquier planta de procesamiento industrial, ya sea cementos, ladrillera, curtiembre, minería. Se establece un rango, caudal, calidad y propiedades específicas que aporten al proceso de producción y no afecte las propiedades del producto a elaborar. 6. Proceso de elaboración de pinturas La metodología y el equipamiento técnico de los diferentes procesos varían enormemente en función de los diversos tamaños y estructuras de las empresas y gamas de productos. Por tanto, solo se podrán definir los procesos de un modo muy general. A continuación se describen de forma resumida las etapas que constituyen el proceso de elaboración de pinturas y barnices: según la fundación entorno. 6.1.Almacenamiento Se suministran y almacenan materias primas líquidas y sólidas, como disolventes orgánicos, ligantes, cargas, pigmentos, aditivos, entre otros. Los materiales se pesan y dosifican de acuerdo con la formulación. El almacenamiento también entra en juego para el producto terminado. 6.2.Dispersión. En esta fase se homogenizan disolventes, resinas y los aditivos que ayuden a dispersar y estabilizar la pintura, posteriormente se añaden en agitación los pigmentos y cargas y se efectúa una dispersión a alta velocidad con el fin de romper los agregados de pigmentos y cargas. 6.3.Molido y dilución. Este proceso es empleado en algunas ocasiones y se utiliza cuando el producto obtenido en la fase anterior no tiene un tamaño de partícula homogéneo o suficientemente pequeño para obtener las características que se desean. En este caso se procede a una molturación en molinos, generalmente de perlas. La pasta molida se completa, siempre en agitación, con el resto de los componentes de la fórmula. Los productos se deben añadir uno a uno para evitar posibles reacciones entre ellos. 6.4.Mezclado. En esta operación se procede a adicionar otros aditivos de fórmula como biocidas, espesantes, basificantes los cuales se adicionan en función de su formulación. Asimismo, aquí se procede a adicionar los tintes para proporcionar el color deseado. 6.5.Ajuste de propiedades. Es el último paso en la elaboración de una pintura, consiste en proporcionar a la pintura fabricada un aspecto de fluidez homogéneo en todas las fabricaciones y que se ajuste a las necesidades de aplicación de la misma. 6.6.Envasado y embalaje. Según fundación Entorno, finalmente los productos se envasan en una planta envasadora en recipientes adecuados; se etiquetan; y como punto final de todo el proceso, los productos acabados se preparan para su envío (por ejemplo, se embalan en cajas de cartón y se paletizan). 6.7.Limpieza. Según la fundación Entorno, cada una de las unidades y tuberías deberá limpiarse y aclararse completamente con cierta regularidad, especialmente entre la producción de lotes diferentes. Según los casos, los productos de limpieza deberán ser, bien agua, bien disolventes orgánicos. La limpieza después de la producción de lacas en polvo ha de ser especialmente minuciosa. Esto es aún más importante cuando se producen diferentes tipos de lacas, a causa de su incompatibilidad entre sí. 7. Residuos y Contaminantes de la industria de pintura Las sustancias contaminantes se pueden clasificar en tres categorías: líquidas (acuosos y orgánicos), sólidas (polvos, envases y contenedores, lodos, entre otros) y atmosféricos (material particulado en suspensión, compuestos orgánicos volátiles, entre otros). 7.1.Residuos Líquidos Este tipo de residuos se debe principalmente al lavado de los equipos de producción (molinos de dispersión, reactores para la fabricación de resinas, etc.) de almacenamiento (tanques y bolsas de concentrado, de adelgazamiento, de tratamientos para el control de la contaminación, entre otros) y de transporte de materia prima y productos terminados (tuberías bombas entre otros). Estos residuos líquidos, los que conforman junto con los contaminantes atmosféricos el mayor problema en la emisión en la industria de la pintura, presentan sustancias orgánicas, metales pesados y productos de naturaleza variada (fosfatos, sulfatos, entre otros). Los ensayos, usualmente implementados para caracterizar los residuos líquidos, determinan generalmente en forma potenciométrica los valores del pH, sólidos totales, sólidos sedimentables, sólidos suspendidos, turbidez; color, olor, DQO y DBO. Otras determinaciones frecuentes incluyen el nitrógeno total, nitrógeno amoniacal, nitrógeno orgánico, sustancias solubles en éter etílico, hidrocarburos totales, cationes pesados (cromo total, níquel, zinc, cadmio, mercurio, cobre, plomo, entre otros), fósforo total, sustancias fenólicas, sulfuros, entre otros. Para los principales parámetros fisicoquímicos es importante considerar los límites máximos permisibles para este sector de la industria, al igual que los estándares de calidad ambiental que deberán ser analizados en caso el efluente termine en un cuerpo de agua. 7.1.1. Parámetros fisicoquímicos Potencial de Hidrógeno (pH). El pH indica la acidez o alcalinidad, indicando una medida de la actividad del potencial de iones de hidrógeno (H +). Las mediciones de pH se ejecutan en una escala de 0 a 14, con 7.0 considerado neutro. Las soluciones con un pH inferior a 7.0 se consideran ácidos. Las soluciones con un pH por encima de 7.0, hasta 14.0 se consideran bases o alcalinos. Un agua con un pH bajo corrosiva podría causar un daño prematuro de tuberías de metal, y asociado a problemas estéticos tales como un sabor metálico o amargo, manchas en la ropa, y la característica de coloración “azul-verde” en tuberías y desagües. Un agua con un pH > 8.5 podría indicar que el agua alcalina. Puede presentar problemas de incrustaciones por dureza, aunque no representa un riesgo para la salud, pero puede causar problemas estéticos. Turbidez. La turbidez del agua es una propiedad óptica que provoca que la luz se disperse y absorba, en lugar de ser transmitida. La dispersión de la luz que atraviesa un líquido es provocada principalmente por los sólidos suspendidos. A mayor turbidez, mayor será la luz dispersa. La turbidez es un indicador y no dará resultados acerca de un contaminante en específico. Sin embargo, brinda información valiosa acerca del grado de contaminación general de una muestra de agua. Color y Olor. Propiedades organolépticas que se relacionan con la cantidad de solidos suspendidos en el agua, ambas propiedades pueden indicar calidad del agua y servir para percibir de forma rápida si existiera algún contaminante en el cuerpo de agua. DQO. La demanda química de oxígeno determina la cantidad de OD requerida para oxidar la materia orgánica en una muestra por medio de un agente químico, como el dicromato de potasio. La DQO es el único método utilizado para medir la cantidad de residuos industriales en el agua, que no puede ser medido por DBO, siendo un análisis indispensable en plantas de tratamiento de agua y efluentes. Además, es muy utilizado para fines operativos debido a la rapidez en la obtención de resultados, en comparación con DBO. DBO. La demanda bioquímica de oxígeno determina la cantidad de oxígeno disuelto (OD) consumida por los microorganismos para descomponer (en condiciones aeróbicas) la materia orgánica presente en una muestra durante un período de tiempo y temperatura específicos. Entre mayor sea la DBO en un cuerpo de agua dado, menor es el oxígeno disponible para las formas de vida acuática y, en general, es un indicador para evaluar la carga orgánica liberada a los recursos hídricos o para verificar la eficiencia de un sistema de tratamiento de aguas residuales, al comparar la DBO de las aguas residuales sin tratar y el efluente final. 7.1.2. Sólidos totales. Es la materia sólida que está suspendida, disuelta, o asentada en un líquido, tal como el agua, las aguas residuales, la leche, y que permanecen luego de la evaporación y secado de una muestra. Solidos Sedimentables. Es parte de los sólidos totales que por su peso y densidad pueden sedimentarse en el agua. También se define como los sólidos que se quedan atrapados en un filtro tras pasar el agua por ese medio, estos representan material de mayor tamaño. Solidos disueltos. Son el residuo que queda después de evaporar una muestra de agua previamente filtrada a través de un elemento de fibra de vidrio con abertura de 1.5 micras. El agua se evapora y el residuo se lleva hasta 180°C. El resultado se reporta en mg/L. 7.1.3. Elementos Tóxicos Plomo. El plomo se ha utilizado ampliamente en la fabricación de tuberías y materiales de soldadura, pigmentos para pinturas, etc; al ser un material muy blando, y aunque se prohibió al descubrir que se bioacumulaba en el cuerpo humano, provocando problemas en el cerebro y el sistema nervioso, problemas de fertilidad en hombres, daño en los riñones y un incremento de la presión sanguínea, entre otros. Cromo. El cromo, como el cadmio, se usa en una gran cantidad de industrias, especialmente las que usan pigmentos y las que lo usan como aditivo, como es el caso de la industria peletera y de los plásticos. Llega al agua, por lo tanto, a través de su vertido a los ríos, además de a través del aire por combustión y después por la lluvia. El cromo puede causar problemas en la piel y respiratorios, así como daños en el hígado y el sistema inmunológico, entre otros, cuando se altera y se transforma en Cromo VI. Mercurio. El mercurio es un elemento altamente toxico para la salud humana, se puede encontrar en industrias como el papel, instrumental médico, cementeras, tratamiento de desechos, vertederos, cremación y pinturas. Por su gran liposolubilidad se difunde a los tejidos atravesando fácilmente la barrera hematoencefálica y la placenta. Cadmio. El cadmio es un material usado en la industria para la fabricación de pigmentos que se usan en el textil, el galvanizado de metales, las pinturas, las artes gráficas y el papel, de baterías de níquel-cadmio o de plásticos como el PVC, y también es un subproducto resultante de la fundición de plomo y zinc en la industria minera. El cadmio está considerado un cancerígeno, ataca fundamentalmente a los riñones, donde perjudica el sistema de filtración y provoca que se excreten proteínas esenciales y azúcares. Esto puede desembocar en fracturas de huesos, daños al sistema inmunológico y nervioso y problemas de fertilidad, entre otros. 7.2.Residuos Solidos Estos tipos de residuos se componen principalmente de por las materias primas remanentes en sus envases originales después de ser vaciados para su posterior uso, productos fuera de especificación, materiales vencidos y deteriorados, derrames por descargas accidentales, material de limpieza, cartuchos de los equipos de filtrado que retienen partículas extrañas y la fracción de pigmentos mal dispersados y tapas y recipientes dañados o con defectos de fabricación para el envasado de los productos finales. 7.3.Emisiones atmosféricas Las emisiones atmosféricas están conformadas por sustancias que alteran la composición del aire. Estas están identificadas fundamentalmente por los compuestos orgánicos volátiles provenientes de la evaporación de los disolventes y diluyentes empleados en la elaboración de vehículos de las pinturas, ya sea en la etapa del propio proceso (tanques agitados para la preparación de los vehículos a cielo abierto) o bien en la correspondiente a la limpieza (recipientes de almacenamiento o decantación empleados en una etapa previa al tratamiento de recuperación). El principal efecto de los solventes usualmente empleados en la elaboración de pinturas es la transformación de la materia orgánica por absorción mientras que los clorados producen cloro atómico que destruye la capa de ozono. 8. Marco normativo o RESOLUCIÓN DIRECTORAL Nº 039-2017-INACAL/DN Aprueban Normas Técnicas Peruanas en su versión 2017 de pinturas y barnices, pinturas y productos afines y explosivos y accesorios de voladura. o LEY Nº 31182 LEY QUE PROTEGE LA SALUD E INTEGRIDAD FÍSICA DE LAS PERSONAS DEL CONTENIDO DE PLOMO EN PINTURAS Y OTROS MATERIALES DE REVESTIMIENTO. o 04247/2014-CR – Propone Ley que regula el uso de pinturas con plomo en instalaciones de cuidado y entretenimiento de menores, establecimientos educativos y de salud. o Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Agua. Decreto Supremo N° 0042017-MINAM. o Ley Modelo y Guía para la Regulación de la pintura con plomo. ONU. Capitulo III. Metodología de la investigación 1. Diseño de la Investigación El diseño metodológico contará con variables dependientes e independientes que se usan en la recolección de datos, la medición y el análisis de datos. 1.1.Variables: Variables independientes o Flujo volumétrico de producción de pinturas en base agua (litro/día) o Flujo de residuos líquidos (litro/día) o Flujo de residuos sólidos (kg/día) Variables dependientes o Áreas de almacenamiento o Cantidad de residuos generados por proceso 1.2.Recolección de datos A. Campo de estudio Universo: La compañía de estudio es Farba, fabricantes y comercializadora de pinturas, bases, selladores y texturas, desde hace más de 20 años, la que cuenta con dos líneas de producción: En base a agua caliente y en base a agua fría, ambas generan residuos sólidos y líquidos Muestra: Los análisis se tomarán de la planta de producción en Agua fría, donde se encuentran las pinturas; con un solo proceso de producción al ser clasificada en base agua.El punto exacto de monitoreo será el efluente del último tanque de sedimentación antes de que ingrese a la red de alcantarillado. Tiempo y espacio El proyecto se inició el viernes 20 de mayo, con la visita técnica a la fábrica Farba, donde se explicó cuáles son los procesos que se siguen para lograr la obtención de pinturas, en qué procesos se generan más residuos y qué tratamientos tienen estos residuos. Se planea una siguiente visita técnica el viernes 3 de junio para la obtención de muestras que serán enviadas a laboratorio para su análisis y determinación de contaminación y para el análisis fisicoquímico. B. La Medición. Se planea la ejecución de dos muestras compuestas; la primera será tomada para la determinación de contaminación y la segunda para la evaluación de parámetros fisicoquímicos, ambas con el fin de la obtención de los niveles de contaminación en un rango de horas adecuado que evite desequilibrios ocasionados por el inicio y fin del proceso de fabricación de pinturas, tomando en cuenta el caudal de salida y los componentes para la producción. C. Análisis de datos. Con la obtención de los resultados obtenidos en laboratorio se procederá con el análisis de datos, mediante el uso de Excel, Microsoft Office, una vez obtenidos valores como los residuos generados y sus flujos, en función de un tiempo definido se comenzará con el diseño de una planta de tratamiento, este proceso será solo descriptivo. 2. De los métodos a emplear por objetivo específico 2.1.Establecer los contaminantes en la producción de pinturas. Para la determinación de contaminantes, se establecerán cuáles son las entradas y salidas en la producción de pintura, incluyendo cantidades en función al tiempo dependiendo del insumo usado; de este modo se produjo un diagrama de flujo producido en Miro fabricado con datos que la empresa proporcionó, que indica el proceso de fabricación de pintura donde se observa los insumos que podrían causar contaminación, una vez obtenida esta información se procede con el muestreo que será enviado a laboratorio para definir los niveles de contaminación. 2.2.Definir los parámetros fisicoquímicos en la producción de pinturas. Para la correcta interpretación de un análisis de agua es requerido conocer sus parámetros fisicoquímicos, para ello se ve en necesidad la obtención de un multiparámetro portátil que servirá para obtener información de temperatura, pH, Conductividad eléctrica y oxígeno disuelto, el que será usado en una muestra obtenida en el punto final de vertimiento de la fábrica antes de que se una con la red de alcantarillado. 2.3.Establecer los métodos de tratamiento para aguas residuales en la producción de pinturas. Con los conocimientos previos de los parámetros fisicoquímicos y los niveles de contaminación obtenidos de los resultados de laboratorio se procederá con el diseño de una planta de tratamiento en base de los niveles de contaminación que excedan 3. Técnicas e Instrumentos 3.1.Técnica cuantitativa Se desarrolla este tipo de técnica al momento de realizar el análisis de muestra propio de la producción, para ello se busca determinar la presencia y cuantificar la cantidad de dos variables cuantitativas principales, DQO, plomo, pH, conductividad eléctrica; los instrumentos que se usarán dependen de cada variable cuantitativa y de su legislación pertinente. 3.2.Técnica cualitativa Para la técnica cualitativa se busca la evaluación de características físicas del efluente, obtenidas del lavado de los tanques de producción o pailas y de las máquinas mezcladoras. Las principales variables cualitativas son el olor y el color. 4. Materiales 4.1.Toma de muestras: Envases ▪ Frascos de vidrio Instrumentos ▪ ▪ Multiparámetro portátil Cronómetro Equipos de protección personal ▪ ▪ ▪ Guantes Casco Zapatos de seguridad 4.2.Análisis de muestra ▪ ▪ ▪ Laboratorio Buffer Equipo de cómputo 5. Estadística Se utilizarán programas de Office, como Excel para el análisis de datos, al ser necesario para obtener resultados y pasar a su respectiva interpretación. Capitulo IV Resultados 1. Diagrama de flujo del proceso de producción de pinturas y otros Elaboración: Propia 2. Diagrama de flujo del área de limpieza en la producción de pinturas Elaboración: Propia Bibliografía Alonso, J. (2020) PINTURAS, BARNICES y AFINES: Composición, formulación y caracterización. Universidad Politécnica de Madrid Obtenido de: https://oa.upm.es/39501/1/Pinturas_barnices_y_afines_2020.pdf CARBONELL, J (2009). Pinturas y recubrimientos, Introducción a su tecnología. Madrid: Diaz de Santos. CONAM (1998) Guía para el control y prevención de la contaminación industrial - Industria elaboradora de pinturas. Obtenido de: http://www.ingenieroambiental.com/4014/pinturas.pdf DAR (2017) Calidad del agua en el Perú. Retos y aportes para una gestión sostenible en aguas residuales – Lima. Obtenido de: https://www.dar.org.pe/archivos/publicacion/176_aguasresiduales.pdf Farba (2020) Pinturas, base imprimante, sellador acrilico, recubrimientos | Arequipa. Obtenido de:https://pinturasfarba.com/ Fundación Entorno (1998) Informe medioambiental del sector de pinturas y barnices. Obtenido de: https://studylib.es/doc/5447086/informe-medioambiental-del-sector-pinturas-ybarnices. Gonzales, M; Salinas, A (2016) Propuesta de mejora del proceso productivo en la fábrica de pinturas ALCOR S.A.S. Obtenido de: https://repository.uamerica.edu.co/bitstream/20.500.11839/443/1/6111574-2016-2IQ.pdf GIUDICE, C. y PEREYRA, A. (2009). Tecnología de pinturas y recubrimientos. Buenos Aires: Edutecne. HANNA® instruments México. (2019, March 29). HANNA® Instruments México. Obtenido de: https://hannainst.com.mx/boletines/que-es-laturbidez/#:~:text=La%20turbidez%20del%20agua%20es,mayor%20ser%C3%A1%2 0la%20luz%20dispersa. Pérez, R. (2020). Sólidos disueltos totales (TDS). Carbotecnia. Obtenido https://www.carbotecnia.info/aprendizaje/quimica-del-agua/solidos-disueltostotales-tds/ de: Pintorist (2017) Pintura al Agua. Obtenido de: https://www.pintorist.es/articulos/pintura-alagua-a167# Rodas, L (2016) Diseño de un protocolo para el control, prevención y tratamiento de contaminantes generados por una industria de pinturas en el área de producción base agua, base aceite y laboratorio. Universidad de San Carlos de Guatemala. Obtenido de: http://www.repositorio.usac.edu.gt/4308/1/Luc%C3%ADa%20Pamela%20Rodas%2 0Rodr%C3%ADguez.pdf 20 Anexos Cuadro 1: Matriz de consistencia Problema Objetivos Hipótesis Variables Indicadores La industria de pintura genera sustancias contaminantes que se pueden clasificar en 3 categorías: líquidas (acuosos y orgánicos), sólidas (polvos, envases y contenedores, lodos, entre otros) y atmosféricos (material particulado en suspensión, compuestos orgánicos volátiles, entre otros). De no usarse métodos para el control de contaminantes en efluentes como tratamientos fisicoquímicos y biológicos genera que los residuos se impregnen en el ecosistema y dañen a la diversidad de flora y fauna así como un recurso esencial que es el agua. Objetivo general Proponer el diseño de una planta de tratamiento para aguas residuales en la producción de pinturas. Objetivo específico Establecer los contaminantes en la producción de pinturas. Definir los parámetros fisicoquímicos en la producción de pinturas. Establecer los métodos de tratamiento para aguas residuales en la producción de pinturas. De no implementar las PTARs se estaría asegurando una degradación inminente. Variables independientes Flujo de residuos líquidos (litro/día) Flujo de residuos sólidos (kg/día). Para las variables independientes. Cantidad de residuos líquidos y sólidos producidos por día. Cantidad de producto producido por día. Fuente: Elaboración propia Variables dependientes Áreas de almacenamiento Cantidad de residuos generados por proceso. Para las variables dependientes. Dimensiones de las lagunas de sedimentación Cantidad de insumos usados para producción por día. Dimensiones de la fábrica. 21 Anexo 1: Pinturas FARBA Fuente: Elaboración Propia Anexo 2: Instalaciones de pintura FARBA Fuente: Elaboración propia 22 Anexo 3: Ingreso a instalaciones Fuente: Elaboración Propia Anexo 4: Área de elaboración del producto Fuente: Elaboración propia 23 Anexo 5: Agua de red almacenada para precalentarse Fuente: Elaboración propia Anexo 6: Termas solares como fuente de energía Fuente: Elaboración propia 24 Anexo 7: Termas solares Fuente: Elaboración propia Anexo 8: Caldero a gas Fuente: Elaboración propia 25 Anexo 9: Bomba para transportar el agua hacia la 2da Planta Fuente: Elaboración propia Anexo 10: Máquina mezcladora Fuente: Elaboración propia 26 Anexo 11: Máquina mezcladora Fuente: Elaboración propia Anexo 12: Vista de la 2da Planta Fuente: Elaboración propia 27 Anexo 13: Tanque de almacenamiento - 2da Planta Fuente: Elaboración propia Anexo 14: Lugar de envasado Fuente: Elaboración propia 28 Anexo 15: Producto envasado y almacenado Fuente: Elaboración propia Anexo 16: Tabla de colores de Farba Fuente: Elaboración propia 29 Anexo 17: Residuos sólidos y líquidos – 1er Pozo de Sedimentación Fuente: Elaboración propia Anexo 18: 2do Pozo de Sedimentación Fuente: Elaboración propia 30 Anexo 19: 3er Pozo de sedimentación de contaminantes Fuente: Elaboración propia Anexo 20: Conexión al desagüe – Caudal máximo Fuente: Elaboración propia 31 Anexo 21: Salida de Campo Fuente: Elaboración propia
