PTAR Reactor de Membranas

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio” Región Capital Departamento de Procesos Químicos Mención: Tecnología y Diseño Trayecto II

Estudio y evaluación de diferentes alternativas tecnológicas, para la sustitución, mejoramiento y optimización de la Planta Tratamiento de Aguas Residuales del Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio” Región Capital.

Tutor Académico Juan González

Autores: Blanco génesis C.I: 21.119.584 Jaimes Carliany C.I: 20.413.598 Silva Eva C.I: 20.746.675 Tovar Heilyn C.I: 19.582.743 Vargas Cindy C.I: 22.666.479

Caracas, noviembre, 2013

Estudio y evaluación de diferentes alternativas tecnológicas, para la sustitución, mejoramiento y optimización de La Planta Tratamiento de Aguas Residuales del Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio” Región Capital.

Tutor Académico

Autores:

Juan González

Blanco génesis C.I: 21.119.584 Jaimes Carliany C.I: 20.413.598 Silva Eva C.I: 20.746.675 Tovar Heilyn C.I: 19.582.743 Vargas Cindy C.I: 22.666.479

RESUMEN

La presente investigación tuvo como objetivo central el estudio de nuevas alternativas tecnológicas para el sistema de tratamiento de aguas residuales del Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio” Región Capital, a través de investigaciones en lo que enmarca el tema de tratamiento de aguas residuales y la aplicación de avances tecnológicos en dicha planta, para ello se desarrolló el modelo de cálculo correspondiente a cada uno de los equipos seleccionados obteniendo como resultado que el efluente que es vertido a los cuerpos receptores cumplan los límites permisibles por la leyes ambientales en Venezuela.

INDICE INTRODUCCIÓN

1

CAPITULO I. DESCRIPCIÓN DE LA ALTERNATIVA SOCIOTECNOLÒGICA.

2

1.1. Descripción de la alternativa socio-tecnológica.

2

1.2. Caracterización Histórico- Cultural

4

1.3. Caracterización Ético-Política.

7

1.4. Caracterización Socio- Económica. CAPITULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y METODOLÓGICOS.

16 18

2.1. Fundamentos Teóricos.

18

2.2. Fundamentos Metodológicos.

35

CAPITULO III. CARACTERIZACION TECNICA

37

3.1. Descripción técnica del proceso y diagrama de flujo

37

3.2. Dimensionamiento de equipos seleccionados

37

3.3. Hoja de especificaciones de equipos.

57

3.4. Identificación de puntos de medición y control de variables de procesos 57 CAPÍTULO IV: CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL Y DE SEGURIDAD INDUSTRIAL.

62

4.1. Composición e impacto de las fuentes contaminantes

62

4.2. Formulación de medidas ambientales correctivas

78

4.3. Factores de seguridad industrial de proceso

78

CAPÍTULO V: ESTUDIO BASICO DE COSTOS DE EQUIPOS DIMENSIONADOS Y/O SUGERIDOS.

62

5.1. Costos de equipos dimensionados

62

CONCLUSIONES

86

RECOMENDACIONES

87

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

88

ANEXOS

89

INTRODUCCIÓN El tratamiento de aguas es el conjunto de operaciones unitarias de tipo químico, físico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las características no deseables del agua, bien sea natural, de abastecimiento, de proceso o residual. El siguiente proyecto plantea el estudio y evaluación de diferentes alternativas tecnológicas, que sean innovadoras y además preserven de manera más eficaz nuestro medio ambiente. Se sugieren la instalación de nuevos equipos para la sustitución, mejoramiento y optimización de la planta de tratamiento de aguas residuales del Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio” Región Capital. En la actualidad la planta mencionada anteriormente se encuentra operando de manera ineficiente, lo que genera un efluente contaminante según los valores permisibles en el decreto nacional N°5.021. Dicho agente contaminante es vertido en las adyacencias de la institución lo que genera tanto afectaciones sociales a nivel institucional como impacto ambiental que involucra a fauna y flora de nuestra nación, debido a que en las cercanías del plantel universitario se haya la comunidad de Caricuao, la cual alberga especies de fauna y flora relevantes para nuestro país. La contaminación generada por nuestra institución genera como incentivación la implementación de nuevos equipos, lo que disminuirá los daños causados al medio ambiente y a su vez saneara las relaciones sociales e institucionales de nuestra casa de estudios. En el presente proyecto se hace mención a la reseña histórica-cultural de la problemática planteada, los cálculos y estudios pertinentes para el análisis de las aguas residuales generadas por el IUT Región Capital, las normativas involucradas en la evaluación de los agentes contaminantes de la nación, como a su vez las recomendaciones y medidas correctivas en relación a dicho problema. Cabe destacar que una limitante importante para la realización de este proyecto fue la imposibilidad de visitar y hacer toma de muestras en la planta

anteriormente mencionada, debido a que gracias a la ubicación de la misma se encontraron muchos riesgos para el acceso de ésta; por lo tanto los análisis y/o muestras tomadas se hicieron en base al estudio previamente realizado por la Prof. Carmen García en su trabajo especial de grado “Estudio de alternativas para el sistema de tratamiento de aguas residuales del Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero palacio”(IUT-RC), el cual fue realizado en el año 2006.

CAPITULO

I.

DESCRIPCIÓN

DE

LA

ALTERNATIVA

SOCIO-

TECNOLÒGICA. 1.1. Descripción de la alternativa socio-tecnológica. En la actualidad la planta de tratamiento de aguas residuales del Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio”, no se encuentra trabajando de manera eficiente. El problema que genera el funcionamiento ineficiente de dicha planta es que las aguas allí estancadas no poseen las características ambientales legalmente deseadas, por lo que generan consecuencias perjudiciales al Instituto así como a poblaciones cercanas como lo es el sector de Caricuao- Caracas. Estos daños ambientales han generado en el instituto pérdidas de áreas terrenales poniendo en riesgo la seguridad de la población que transita a diario por dicha zona; a su vez en el sector de Caricuao ha causado daños ambientales no sólo al personal que transita a diario por dicho lugar, sino a la población animal que allí reside; tomando en cuenta que estas aguas afectan al Zoológico de Caricuao se deben tomar las prevenciones necesarias para la solución de dicha problemática, ya que se requiere preservar no sólo nuestro porvenir sino también nuestra fauna y flora involucrada. En el año 1975 se diseñó la primera propuesta de esta planta, la misma se mantuvo hasta el año 2006 cuando la Prof. Carmen García realizó mantenimiento al proceso, generando una nueva propuesta de diseño, la cual incluía nuevos equipos y la remodelación de los existentes; para ello efectuó una serie de análisis que la llevaron al funcionamiento adecuado de los equipos y la obtención de un efluente ambientalmente aceptable en las contemplaciones legales. Desde el año 2006 hasta la actualidad no se le ha realizado mantenimiento a dicha planta, por lo cual se encuentra nuevamente en condiciones defectuosas, lo que se genera la finalidad de este proyecto, la cual es implementar nuevas tecnologías que se adapten a los equipos ya existentes, debido a que se desea aprovechar al máximo el espacio asignado para ello. La tecnología a utilizar se adapta en su mayoría a la conservación del ambiente y de sus habitantes, la optimización consta de un pretratamiento realizado con una trampa de grasas, un tratamiento primario basado en

un tanque de homogenización al cual le será agregadas unas bacterias que ayudaran en el proceso biológico, un tratamiento secundario ejecutado por un Biorreactor de membranas y como tratamiento terciario se empleara una cámara de contacto aplicando hipoclorito de calcio como clorador para completar el la desinfección de dicha agua residual. Tanto la comunidad iuteista como la población del sector Caricuao, son beneficiarios primarios del tratamiento de estos efluentes, ya que para ambos las consecuencias ambientales disminuyen en gran manera; a su vez la nación se encuentra beneficiada con dicho proceso, debido a que la conservación del ambiente se debe llevar a cabo en todo el territorio nacional.

1.2. Caracterización Histórico- Cultural El Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio” Región Capital, ubicado en el Km 8 de la carretera Panamericana Caracas- Los Teques, se fundó el 6 de enero del año 1971, desde sus inicios el instituto no contaba con una planta de tratamiento y sus aguas servidas no tenían un a disposición final adecuada, esto conlleva al incumplimiento de los requerimientos establecidos en las normas ambientales sobre el vertimiento de efluentes a cuerpos de aguas y suelos, deteriorando gravemente estos recursos. Para ese momento, la institución estaba compuesta solo por el edificio central, se trabajaba con un pozo séptico que permitía darle a las aguas residuales un tratamiento antes de ser vertidas. En el año 1975 se realizó un proyecto en el cual se propuso un sistema de tratamiento de las aguas residuales, asumiendo que los efluentes producidos eran de tipo doméstico. Este sistema consistía de una planta de lodos activados por aireación extendida, desinfección con cloro y descarga libre aprovechando la topografía natural de la zona, pero sólo se llevó a cabo la construcción de las instalaciones principales que integrarían la planta de tratamiento. Diagrama de Flujo de la Planta de Tratamiento propuesta en 1975 (Fuente: IUT-REGIÓN CAPITAL, Estudios y Proyectos 1975).

Fotos de las instalaciones construidas de la planta para el Tratamiento de Aguas Residuales del IUT-RC propuesta en el año 1975 (Garcia, C. 2006)

Imagen 1

Imagen 2

Imagen 3

Imagen 4

Fotos de los pozos sépticos del IUT- RC

Pozo Séptico 1

Pozo Séptico 2

Para el año 1993 se realizó un proyecto referente a la evaluación de la misma con la finalidad de diseñar y recomendar el tipo de tratamiento más adecuado para los lodos producidos. En el año 2003 estudiantes del Departamento

de Procesos Químicos realizaron un trabajo especial de grado sobre la caracterización de las aguas residuales del instituto bajo la tutoría de las profesoras Ada López y Carmen García, obteniendo como conclusión que los efluentes generados por las diversas actividades del instituto y que son vertidos a los cuerpos receptores, superan los límites permisibles por la leyes ambientales en Venezuela.(Gonzales, V 2003) . Tres años más tarde la profesora Carmen García (2006) llevó a cabo un estudio de alternativas y diseño del sistema de tratamiento con la finalidad de solucionar el problema de contaminación ambiental. Para ello realizó las caracterizaciones y análisis del agua residual del IUT en los laboratorios de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela (UCV) obteniendo como resultado que dichas aguas estaban por encima de los limites aceptables por las leyes ambientales. Basada en sus datos concluyó que era posible realizar la construcción de una planta agregando nuevos equipos que permitirían un mejor tratamiento a esos efluentes líquidos (García, C. 2006) Diagrama del Sistema de Tratamiento propuesto para el IUT - RC “Dr. Federico Rivero Palacio” (Garcia. C, 2006)

Para ese año y aún en la actualidad, el edificio auxiliar de la institución vierte sus aguas servidas directamente a las áreas y terrenos adyacentes al

instituto, perjudicando las vías de comunicación internas y

urbanizaciones

cercanas ubicadas en la Parroquia Caricuao. Por otra parte, el edificio central vierte sus aguas servidas a 15 metros donde estaba ubicada la antigua sede de guardería. Debido a esto, en muchas ocasiones se ha visto afectado el cuerpo de agua receptor (Quebrada de Caricuao, ubicada en el Parque Zoológico de Caricuao). Cabe destacar que en la actualidad dicha planta aún se encuentra deteriorada y en completo abandono, de modo que su funcionamiento sólo es de manera artesanal y no hay operadores técnicos encargados ni tratamiento correspondiente a las aguas residuales del IUT. Por lo anteriormente expuesto, el fin principal de este proyecto es evaluar nuevas alternativas tecnologías que se ajusten a la planta de tratamiento del IUT RC, de manera que pueda operar y funcionar adecuadamente, logrando así dar mejoras no solo a la institución sino a las comunidades adyacentes. Esta propuesta a su vez se encuentra relacionada directamente con las carreras de Química y Construcción Civil, las cuales también se dictan en la institución, siendo de esta manera mucho más fácil sacar adelante un proyecto como este, debido al apoyo que se puede prestar entre las diversas especializaciones. Con la realización de esta propuesta se estará brindando mejoras al instituto, como por ejemplo poner en funcionamiento su propia planta de tratamientos de aguas. Además se estaría cumpliendo con las leyes correspondientes a los efluentes vertidos, solventando una gran problemática que ha surgido desde los inicios del IUT y que en la actualidad aún no se ha podido resolver; lo que ocasiona así un problema de salud pública y de contaminación ambiental puntual, sin embargo, debido al crecimiento de la población cada día que pasa ocurren emanaciones constantes de olores desagradables que hacen intolerable la permanencia en las oficinas y salones de clases ubicados en los edificios cercanos a estos pozos. También se puede mencionar que la guardería del instituto donde eran atendidos alrededor de 60 niños estaba situada a 15 metros del tanque séptico cercano al edificio principal, el cual ocasionó el traslado del personal que laboraba en el preescolar hacia otro sector (piso 2, sede central), siéndoles asignado un aula más pequeña y poco espaciosa, viéndose en la

obligación de disminuir el ingreso de niños llevándolos a un minino de sólo 30 alumnos anuales. Por tal razón se han perdido tradiciones que brindaba el instituto, como por ejemplo poder cuidar, atender y educar a los hijos del personal obrero, administrativo, profesores y estudiantes de la institución. Debido a la importancia que implica la conservación de los recursos naturales de nuestra nación, es necesario prestar atención a los pequeños por menores que presenta la institución en la actualidad, esto se puede realizar mediante la optimización de la planta ya existente. A su vez con la mejora de la planta en cuestión se estaría colaborando con la salud pública de las personas que se involucran directamente con la institución y sus alrededores.

1.3. Caracterización Ético-Política. Para la optimización de la planta de tratamiento de aguas residuales del instituto universitario tecnológico “Dr. Federico Rivero Palacio” región capital, ubicado en el kilómetro 8 de la carretera panamericana, se tomara en cuenta como basamento legal el engranaje a ciertas leyes y planes de la nación, los cuales

respaldan de manera sólida el proyecto y tienen cobertura nacional para su cumplimiento. A continuación se expone cada ley, especificando los artículos directamente relacionados con el desarrollo y ejecución del proyecto. En la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (1999), los artículos 127, 128 y 129 consagran de una manera novedosa y avanzada la obligación del Estado de proteger el medio ambiente como parte integrante de los llamados derechos de tercera generación, ya que su protección no sólo propende a favorecer a un grupo determinado en un momento específico, sino al colectivo, y a las generaciones presentes y futuras. En este sentido, el tratamiento adecuado de las aguas servidas es una obligación de ley, de modo que el proyecto debe ser garante de que los efluentes líquidos arrojados al medio ambiente tengan las condiciones aptas permisibles en cuanto a composición, para no ser destructores degenerativos del medio donde estos sean vertidos. El programa y los objetivos del Plan Nacional Simón Bolívar 2013-2019, planteado por el Gobierno para el período mencionado, responden a la consecución de “Independencia y Patria Socialista” como supremos objetivos. En el apartado numero V de los objetivos nacionales del plan directamente en los puntos 5.1, 5.2 y 5.3 y los sub- puntos adjuntos a estos se propone de manera detallada la contribución de la preservación del planeta para la salvación de la especie humana para esto se, menciona el impulso productivo eco-socialista, la protección de los recursos naturales, del patrimonio histórico cultural de Venezuela, mediante la apertura de foros participativos dentro de las sociedades calificadas para esto desde luego también se plantea la inserción de nuevas tecnologías para lograr fines de saneamientos a nivel ambiental, sabiendo que el procesamiento de las aguas es de índole indispensable para el cumplimiento de dichos objetivos se relacionan directamente estos principios estratégicos del plan nacional simón bolívar con la propuesta mencionada, de manera que al aplicar nuevas tecnologías a dicha planta contribuiremos con las directrices mencionadas del plan. A continuación se presenta una selección de los objetivos más relevantes vinculados con los aspectos ambientales el proyecto en el Plan Nacional Simón Bolívar 2013-2019:

OBJETIVOS NACIONALES (Plan Nacional Simón Bolívar 2013-2019): V-CONTRIBUIR CON LA PRESERVACIÓN DE LA VIDA EN EL PLANETA Y LA SALVACIÓN DE LA ESPECIE HUMANA. 5.1 Construir e impulsar el modelo económico Productivo eco-socialista, basado en una relación armónica entre el hombre y la naturaleza, que garantice el uso y aprovechamiento racional, óptimo y sostenible de los recursos naturales, respetando los procesos y ciclos de la naturaleza. 5.2 Proteger y defender la soberanía permanente del Estado sobre los recursos naturales para el beneficio supremo de nuestro Pueblo, que será su principal garante. 5.2.1. Promover acciones en el ámbito nacional e internacional para la protección y conservación de áreas estratégicas, entre otras: fuentes y reservorios de agua (superficial y subterránea), gestión integrada de cuencas hidrográficas, biodiversidad, gestión sostenible de mares y océanos y bosques. 5.2.1.1. Mantener liderazgo en las negociaciones internacionales multilaterales y regionales, relacionadas con los respectivos marcos jurídicos sectoriales ambientales. 5.2.1.2. Continuar impulsando el reconocimiento del acceso al agua como un derecho humano en todos los foros y ámbitos. 5.2.2. Desmontar y luchar contra los esquemas internacionales que promueven la mercantilización de la naturaleza, de los servicios ambientales y de los ecosistemas.

5.2.2.1. Activar alianzas estratégicas para la lucha contra la mercantilización de la naturaleza en todos los foros internacionales. 5.2.2.2. Impulsar el desarrollo de una visión desde la ALBA-TCP y la CELAC que permita fortalecer la defensa de los intereses regionales, con una visión propia desde el sur, en estos temas sensibles y estratégicos que constituyen formas nuevas de dominación y dependencia. 5.2.3.2. Defender los derechos territoriales y la soberanía del Estado venezolano en las negociaciones relacionadas con la administración de los espacios marinos y oceánicos, así como de la diversidad biológica marina más allá de la jurisdicción nacional. 5.3 Defender y proteger el patrimonio histórico y cultural venezolano y nuestro americano. En los objetivos estratégicos del plan (parte I) se menciona claramente el desarrollo de uso de plataformas tecnológicas nacionales que se planten para el cuidado de los recursos naturales, protegiendo el interés soberano de nuestra nación, con lo cual mejorando la calidad del efluente vertido de dicha planta, se dará mejor cuidado a las zonas de vertedero del mismo efluente contribuyendo al cuidado de un recurso natural.

OBJETIVOS ESTRATÉGICOS Y OBJETIVOS GENERALES I (Plan Nacional Simón Bolívar 2013-2019):

1.2.12.1. Garantizar el uso de los recursos naturales del país, de forma soberana, para la satisfacción de las demandas internas así como su uso en función de los más altos intereses nacionales. 1.2.12.3. Desarrollar la prospectiva, inventario integral sobre una plataforma tecnológica nacional así como la apropiación de técnicas para el aprovechamiento eficiente de los recursos naturales del país en función de sus intereses soberanos. En la gaceta oficial No.38.595, de la república bolivariana de Venezuela (LEY DEL AGUA) a lo largo de esta gaceta en su totalidad se plantea cuáles son los recursos que se poseen en Venezuela a nivel de agua se desglosan definiciones para cada término empleado, de modo de contribuir con el buen entendimiento del lector, en la misma señalan el buen uso, tratamiento y vertimiento del agua ya sea limpia o contaminada. A Continuación se citan los artículos que competen con el trabajo planteado, y se presenta una breve explicación de su vinculación directa al mismo. Capítulo III Del control y manejo de los cuerpos de agua (gaceta oficial No.38.595, de la república bolivariana de Venezuela (LEY DEL AGUA)) Formas de control y manejo Artículo 12. El control y manejo de los cuerpos de agua se realizará mediante: 1

La clasificación de los cuerpos de agua o sectores de éstos, atendiendo a su

2

calidad y usos actuales y potenciales. El establecimiento de rangos y límites máximos de elementos

3

contaminantes en los efluentes líquidos generados por fuentes puntuales. El establecimiento de condiciones y medidas para controlar el uso de

4

agroquímicos y otras fuentes de contaminación no puntuales. La elaboración y ejecución de programas maestros de control y manejo de los cuerpos de agua, donde se determinen las relaciones causa-efecto entre fuentes contaminantes y problemas de calidad de aguas, las alternativas para el control de los efluentes existentes y futuros, y las condiciones en que se permitirán sus vertidos, incluyendo los límites de descargas másicas

para cada fuente contaminante y las normas técnicas complementarias que se estimen necesarias para el control y manejo de los cuerpos de aguas. La clasificación de los cuerpos de agua y la aprobación de los programas maestros de control y manejo de los mismos, las cuales se podrán realizar conjunta o separadamente con los planes de gestión integral de las aguas en el ámbito de las cuencas hidrográficas. Obligaciones de los generadores de efluentes Artículo 13. Los generadores de efluentes líquidos deben adoptar las medidas necesarias para minimizar la cantidad y mejorar la calidad de sus descargas, de conformidad con las disposiciones establecidas de esta Ley y demás normativas que la desarrolle. Este instrumento legal establece, que tanto para el uso como para el verter de aguas se evalúa un rango permisible, abocándose según sea el caso y la ley aplicada al espacio geográfico donde se plantee el mismo. TÍTULO III DE LA PREVENCIÓN Y CONTROL DE LOS POSIBLES EFECTOS NEGATIVOS DE LAS AGUAS SOBRE LA POBLACIÓN Y SUS BIENES (gaceta oficial No.38.595, de la república bolivariana de Venezuela (LEY DEL AGUA)) Medidas para prevención y control Artículo 14.La prevención y control de los posibles efectos negativos de las aguas sobre la población y sus bienes se efectuará a través de: 1

Los planes de gestión integral de las aguas, así como en los planes de ordenación del territorio y de ordenación urbanística, insertándose los elementos y análisis involucrados en la gestión integral de riesgos, como proceso social e institucional de carácter permanente, concebidos de manera consciente, concertados y planificados para reducir los riesgos socio naturales y cronológicos en la sociedad.

2

La construcción, operación y mantenimiento de las obras e instalaciones necesarias. Es importante como nación tomar en cuenta los posibles

riesgos, a corto mediano o largo plazo para la humanidad al verter o tratar aguas por esos es necesario el buen uso de las tecnología consideradas para el tratamiento de las mismas antes de ser vertidas o reusadas. Violación de condiciones de vertido Artículo 124. Toda persona natural o jurídica, pública o privada, será sancionada con una multa de cincuenta unidades tributarias (50 U.T.) a cinco mil unidades tributarias (5.000 U.T.), si en contravención a lo dispuesto en esta Ley, su reglamento, en las normas técnicas sobre la materia realiza cualquiera de las siguientes actividades: 1

Establezca o mantenga en funcionamiento una instalación o realice una actividad capaz de degradar la calidad de las aguas, sin cumplir con los

2

límites de calidad de vertidos. Descargue, infiltre o inyecte en el suelo o subsuelo vertidos líquidos

3

contaminantes. Use sistemas de drenajes de aguas pluviales para la disposición de

4

afluentes líquidos contaminantes. Descargue residuos o material sólido a cuerpos de agua y a redes

5

cloacales. Disuelva afluentes con agua a objeto de cumplir con los parámetros

6

establecidos. Efectúe descargas submarinas de vertidos incumpliendo las normativas técnicas. Esto implica que legalmente si una planta de tratamiento no está en su

óptimo funcionamiento, y sus efluentes no están en los rangos comprendidos independientemente del factor de procedencia el ente que esté a cargo de dicho efluente será gravemente multado. NORMAS OFICIALES PARA LA CALIDAD DEL AGUA EN VENEZUELA. CAPITULO III (gaceta oficial No.38.595, de la República Bolivariana de Venezuela (LEY DEL AGUA)) Del control de los vertidos líquidos

Del el articulo No. 7 al 22 se plantea el modo de evaluar un efluente líquido que será seguidamente vertido, de acuerdo al lugar donde sea vertido se dispone de tablas con rangos de valores permisibles en algunos compuestos para su disposición final. La ley de agua es bastante explicita en todo lo relacionado a dicho recurso natural (el agua) más sin embargo para nuestros fines los mencionados son los avales para nuestra propuesta, pues menciona dicha ley los rangos permisibles de emisión de efluentes líquidos, a lo cual se debe apegar todo emisor para no ser sancionados legalmente, mejorando la planta ya existente con nueva tecnología estos niveles serán más adecuados por ende habrá cumplimiento cabal de dicha ley. En la Ley Orgánica del Ambiente, artículos 55 al 57, el legislador establece que esa gestión integral del agua, definida en la Ley de Aguas, debe estar orientada a asegurar su conservación, garantizando calidad, disponibilidad y cantidad para mantener sustentable el ciclo hidrológico y, en consecuencia, el Estado debe considerar como actividades que le son propias, hacer una clasificación de las aguas según su uso, determinar las actividades humanas capaces de degradar las aguas en sus fuentes, recorrido y represamiento, la reutilización de las aguas servidas, el tratamiento de las aguas contaminadas, la protección de las cuencas hidrográficas, y el uso adecuado de las tierras en las cuencas. Acometer estas actividades implica crear entes en la Administración Pública que atiendan esta materia, preparar personal profesional y asignarlo a esos entes, construir infraestructuras adecuadas, dotar y equipar esas dependencias, reglamentar su funcionamiento y definir políticas para enmarcar sus actuaciones. La consecuencia directa de estas actuaciones son restricciones en la conducta de los ciudadanos con respecto al recurso y limitaciones en su aprovechamiento. Por otra parte, en la Ley Orgánica para la Prestación de los Servicios de Agua Potable y Saneamiento (LOPSAPS) se señala (Artículo 3) que los servicios

serán prestados en consonancia con la preservación de la salud pública, el recurso hídrico y el ambiente, y que todos los ciudadanos deben tener acceso a la provisión de los servicios de agua potable y saneamiento, ampliándose este aspecto en el artículo 36, en el que se precisa que los servicios de agua potable y de saneamiento deberán ser prestados en condiciones que garanticen su calidad, generalidad y costo eficiente. Referente al control, y buen uso del agua como todo lo referido al medio ambiente y su degradación podemos encontrar otros instrumentos legales en Venezuela de directrices para engranar al buen trato de aguas residuales y el vertimiento de la misma; como por ejemplo: •

Ley Orgánica para la Prestación de los Servicios de Agua Potable y de

Saneamiento de fecha 20-11-01. Gaceta Oficial No. 5.568 del 31 de Diciembre de 2001. •

Decreto No. 883 de fecha 11-10-95, por el cual se dictan las Normas para

la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos. Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 5.021 Extraordinario del 18 de Diciembre de 1.995. Deroga los Decretos Nos. 2.221, 2.222, 2.223 y 2.224 de fecha 23-04-92, Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 4.418 Extraordinario del 27 de Abril de 1992. •

Ley Forestal de Suelos y de Aguas. Rige la conservación, fomento y

aprovechamiento de los recursos naturales que en ella se determinan y los productos que de ella se derivan. Gaceta Oficial de la •

República de Venezuela No. 997 Extraordinario del 08 de Enero de 1966.

(Véase Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 1.004 Extraordinario del 26 de Enero de 1966, donde se reimprime por error en el original). Resolución No. 078 de fecha 08-03-66, emanada del Ministerio de Agricultura y Cría, por la cual téngase por oficial la edición de la Ley Forestal de Suelos y de Aguas. Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 27.981 del 09 de Marzo de 1966.

1.4. Caracterización Socio- Económica. Contribuyendo a la soberanía económica, se propone la optimización de la planta de tratamiento del IUT. “Dr. Federico Rivero Palacio” Región Capital, requiere de la implementación de nuevas tecnologías en dicho proceso; ésta planta consta de una rejilla, un desarenador, un tanque de aeración, un tanque de sedimentación, un tanque de desinfección, un lecho de secado, un dosificador de cloro, disposición de sólidos, medidor de flujos, bombeos de lodos y tranquillas de distribución, estos datos se obtuvieron del Diagrama de Flujo de la Planta de Tratamiento propuesta en el año 1975;

Nuestra finalidad es realizar la

optimización de todos o la mayoría de los equipos de esta planta y se tiene como prioridad aprovechar las construcciones ya existentes para que la inversión económica no sea tan grande, logrando adaptar las nuevas tecnologías en dicha planta de tratamiento, para que de esa manera se pueda poner en funcionamiento y poder tratar los efluentes líquidos de la institución ya que por muchos años no han sido tratados. El impacto de dicha planta en nuestra institución es de alto grado, debido a que gracias a ella se les dará un tratamiento adecuado a los efluentes líquidos generados por la misma, para así cumplir con la normativa establecida por nuestra nación, que cuida la contaminación de los cuerpos receptores de aguas residuales, estipulando un rango máximo de contaminación al mismo. En la actualidad, los estudiantes de procesos químicos están en la capacidad del diseño y optimización de plantas de tratamiento de aguas, por ende pueden ser un aporte para la nación, ya que se estaría logrando de esta manera el desarrollo endógeno del país, porque el IUT específicamente cuenta con un personal profesional altamente calificado entre ellos los mismos estudiantes y profesores de las carreras de Construcción Civil, Química y Procesos Químicos para la construcción, operación y mantenimiento del sistema propuesto; Contribuyendo a la soberanía económica puede decirse que se ha tratado de buscar y seleccionar las tecnologías de manera que se puedan adaptar al sistema actual para que la inversión inicial sea mucho menor, también se tomo en cuenta que la nueva implementación sea de fácil

proceso de operación y que se le puedan realizar mantenimientos factibles y muy sencillos. De acuerdo a lo antes mencionado, la tecnología seleccionada para el tratamiento de las aguas residuales del instituto es la instalación de una trampa de grasas, para el tanque de homogenización se propone la agregación de las bacterias Septitrim micronutrientes, también constara de un Biorreactor de membranas que se encargara de la eliminación de los contaminantes organicos, y por ultimo una cámara de contacto desinfectante utilizando como clorador Hipoclorito de calcio. Aun cuando la propuesta posee un costo de inversión inicial, representa un proceso más sencillo de operar y mantener, asimismo soporta mejor los cambios que pueda presentarse en las características del afluente como función de las actividades desarrolladas en la institución. La inversión que se va hacer en esta planta es de aproximadamente (). Y las empresas relacionadas que con la adquisición de los productos a utilizar son: Tecnoquim C.A, IQA S.A,

CAPITULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y METODOLÓGICOS. 2.1. Fundamentos Teóricos. Se presenta a continuación los fundamentos teóricos más relevantes en lo que corresponde a al tratamiento de aguas residuales, cabe destacar que de las características mencionadas muchas no fueron posibles ser analizadas y sólo serán anexadas como parte teórica fundamental en lo que respecta el tratamiento de las aguas residuales domésticas. 

Aguas Residuales

La fracción líquida de los residuos generados por la comunidad se conoce como aguas residuales. Estas aguas son contaminadas durante los diferentes usos para los cuales han sido empleadas, tanto en residencias como en instituciones públicas y establecimientos comerciales e industriales. Pueden combinarse también con aguas subterráneas, superficiales y pluviales (Metcalf y Eddy, 1995). Las aguas residuales contienen materia orgánica que puede descomponerse generando gases malolientes y transportar numerosos microorganismos patógenos causantes de enfermedades; es por esto, que hay que evitar el estancamiento y acumulación de aguas residuales y darles el debido tratamiento con el objetivo final de proteger al medio ambiente empleando las medidas de acuerdo a las posibilidades económicas y sociales de la comunidad. Las aguas residuales recogidas en comunidades deben ser conducidas a cuerpos de agua receptores o al mismo terreno, esto debe llevarse a cabo aplicando los conocimientos científicos y de ingeniería sanitaria y basándose en las normas vigentes que regulan la calidad de las aguas tratadas para su posterior descarga al medio ambiente. Para esto, es necesario conocer qué contaminantes están presentes y en qué cantidad y conocer las necesidades de la comunidad. Las aguas residuales domésticas son el resultado de actividades cotidianas de las personas, normalmente no son tan complejas como las aguas residuales industriales, en donde pueden existir determinados compuestos tóxicos y peligrosos y en donde la cantidad y naturaleza de los vertidos es muy variada,

dependiendo del tipo de actividad, de la gestión de su consumo de agua y del grado de tratamiento que los vertidos reciben antes de su descarga. En el caso de las aguas residuales industriales, se requiere de información sobre la carga contaminante y el efecto de los procesos en los caudales de aguas residuales generadas. 

Parámetros de caracterización de aguas residuales

Los contaminantes en las aguas residuales son normalmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es práctico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas residuales. Las aguas residuales, también llamadas aguas negras, son una mezcla compleja que contiene agua mezclada con contaminantes orgánico e inorgánico. Tanto en suspensión como disueltos. La concentración de estos contaminantes normalmente es muy pequeña y se expresa en mg/L 

Características físicas del agua residual.

-Color: en las aguas residuales el color es causado por los sólidos suspendidos, coloides y sólidos disueltos. El color aparente es causado por los sólidos suspendidos mientras que el color verdadero es causado por los sólidos disueltos y coloides. -Olor y Sabor: Estos parámetros sin determinaciones organolépticas y subjetivas, para dichas observaciones no existen instrumentos de observación, ni registros, ni unidades de medida. Las aguas adquieren un sabor salado a partir de 300ppm de Cl- y un gusto salado y amargo con más de 450ppm de SO-4. El CO2 libre en el agua le da un gusto “picante”. Trazas de fenoles u otros compuestos le confiere un olor y sabor desagradable.

-Turbidez (NTU): Es la expresión de la propiedad óptica que causa que los rayos de luz sean dispersados y absorbidos en lugar de ser transmitidos en línea recta a través de la muestra. La turbidez en el agua puede ser causada por la presencia de partículas suspendidas y disueltas de gases, líquidos y sólidos tanto orgánicos como inorgánicos, con un ámbito de tamaños desde el coloidal hasta partículas macroscópicas. La eliminación de la turbiedad, se lleva a cabo mediante procesos de coagulación, floculación, asentamiento y filtración. -Temperatura (T, °C): Influye en la cantidad de oxígeno disuelto, el cual depende de la temperatura e influye en los procesos aerobios y en la intensidad de las reacciones químicas. La tasa de sedimentación de sólidos es mayor en aguas cálidas que en aguas frías, por el cambio de viscosidad. -Conductividad: es la propiedad de una sustancia para conducir con facilidad una corriente eléctrica. En el caso del agua se mide en microsiemens/centímetros y depende de la concentración, movilidad y valencias de los iones presentes, así como la temperatura. Es un indicador rápido y fácil de medir para detectar la presencia de sales disueltas en el agua, su límite es 2500 microS/cm -Dureza: es la concentración de compuestos minerales, en particular sales de magnesio y calcio. Son éstas las causantes de la dureza del agua, y el grado de dureza es directamente proporcional a la concentración de sales metálicas. La dureza es inherente a cada región, porque depende del tipo de rocas por donde fluya el agua que se va a consumir. Hay dos tipos de dureza: 1. Dureza temporal: La dureza temporal se produce por carbonatos y puede ser eliminada al hervir el agua o por la adición de cal (hidróxido de calcio). 2. Dureza permanente: Esta dureza no puede ser eliminada al hervir el agua mientras que la dureza no tiene efectos negativos para la salud y el medio ambiente, si provoca otros inconvenientes como el riesgo de que se rompa con mayor facilidad los electrodomésticos, peligro de obstrucción de

tuberías debido a la cal y la necesidad de utilizar más agua y jabón en la ducha diaria. El límite para aguas de consumo es de 300mg/l CaCo3. 

Características Químicas.

-pH: Medida de la concentración del ión hidrógeno en el agua, expresada como el logaritmo negativo de la concentración molar de ión hidrógeno. Es una medida estándar de la neutralidad de los líquidos. Permite predecir el tipo del tratamiento ya que influye directamente en los procesos biológicos involucrados, generalmente debe ser mantenido entre 6,5 y 8,5. 11 La medición debe indicar la temperatura a la cual fue hecha. -Nitrógeno Total (NT, Mg N/l): Comprende el contenido de varios compuestos: nitrógeno orgánico, amoniacal, nitritos y nitratos. Todas las anteriores son compuestos que se pueden convertir bioquímicamente y a su vez son componentes del ciclo del nitrógeno. Se denomina NTK, nitrógeno total Kjeldhal, al nitrógeno orgánico más el nitrógeno amoniacal. -Fosfatos (P, mg P/l): Las formas frecuentes en que se encuentra el fósforo en soluciones acuosas son ortofosfatos (PO4-3, HPO4-2, H2PO‾4 y H3PO4), polifosfatos (moléculas con dos o más átomos de fósforo) y fosfato orgánico. Son esenciales en el crecimiento de protistas y plantas. Debido a los crecimientos indeseables de algas que ocurren en aguas superficiales, existe marcado interés en removerlo de las aguas residuales. -Sulfatos: el ión sulfato SO4=, corresponde a sales moderadamente solubles a muy solubles, las aguas dulces contienen entre 2 y 250 ppm y el agua de mar alrededor de 3000 ppm; el agua pura se satura de SO4Ca a unas 1500 ppm, en cantidades bajas no perjudica seriamente. -Cloro libre: El cloro es un elemento químico gaseoso que por su carácter oxidante activo se utiliza para desinfectar las aguas de consumo. Su valor se mide en unidades de concentración (miligramos/litros) y no debe exceder de ciertos límites para evitar sabores desagradables o afecciones a la salud.

El cloro libre residual es la porción de cloro que permanece activo después de un periodo de contacto con el agua, y que sirve para asegurar la presencia de desinfectante durante el tiempo y el trayecto que debe recorrer el agua hasta su consumo, su límite en agua de consumo es 1 mg/l. -Grasas y aceites: Comprende las grasas (sólidas), aceites (líquidos) y las ceras, los cuales tienden a hidrolizarse para producir ácidos grasos y alcoholes. Son compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno que flotan en el agua residual, recubren las superficies con las cuales entran en contacto; interfieren con la actividad biológica, debido a que impiden la transferencia de oxígeno en el agua. -Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20 ,mg/l): Es la cantidad de oxígeno en miligramos requerida por los microorganismos para la oxidación bioquímica de la materia orgánica de un litro de agua residual, en determinadas condiciones (20°C) y durante un tiempo dado (5 días). Es el parámetro más ampliamente usado para diseñar unidades de tratamiento biológico, evaluar la eficiencia de los procesos de tratamiento y fijar las cargas permisibles en fuentes receptoras. -Demanda Química de Oxígeno (DQO, mg/l): Es la cantidad total de oxígeno en miligramos necesario para oxidar tanto la materia orgánica, degradable biológicamente, como el resto de la materia orgánica oxidable químicamente, en un litro de agua residual mediante un agente químico oxidante, por lo general dicromato de potasio, en un medio ácido y a altas temperatura. Para la oxidación se requiere la ayuda de un catalizador como el sulfato de plata. 

Tratamiento existente para aguas residuales domésticas

El proceso de autodepuración es inherente a los cuerpos de agua, ocurre gracias a la presencia de diversos microorganismos como bacterias y algas, que descomponen los desechos, metabolizándolos y transformándolos en sustancias simples tales como dióxido de carbono, nitrógeno, entre otros, además de ciertos microorganismos que absorben algunas sustancias inorgánicas. Es por esto que, al arrojar sustancias extrañas a los cuerpos de agua, si estas se encuentran dentro de ciertas concentraciones límites, se inicia el proceso

de autodepuración, este proceso se aplica a sustancias orgánicas como detergentes, fenoles, ciertas sustancias inorgánicas, entre otros. De lo contrario, si son vertidos que pasan las concentraciones límites para que el cuerpo de agua inicie el proceso de autodepuración natural, es necesario un tratamiento. El diseño eficiente y económico de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere de un cuidadoso estudio basado en aspectos, tales como: el caudal (m3/seg), el uso final del producto final (agua tratada), el área disponible para la instalación, la viabilidad económica, características meteorológicas (clima, precipitación). En tal sentido, teniendo en mente que la solución tecnológica más adecuada es aquella que optimiza la eficiencia técnica en la forma más simple y menos costosa, la tecnología debe hacer uso de los recursos humanos y materiales disponibles en el país. Asimismo, cabe señalar que la selección de los procesos y/o el tipo de planta serán diferentes dependiendo de cada caso específico. Sin embargo, de manera general el proceso usual del tratamiento de aguas residuales domésticas puede dividirse en las siguientes etapas: a) Pre-tratamiento. b) Tratamiento primario o físico. c) Tratamiento secundario o biológico d) Tratamiento terciario que normalmente implica una cloración.

a) Pre - tratamiento Esta etapa no afecta a la materia orgánica contenida en el agua residual. Se pretende con el pre-tratamiento la eliminación de materias gruesas, cuerpos gruesos y arenosos cuya presencia en el efluente perturbaría el tratamiento total y el funcionamiento eficiente de las maquinas, equipos e instalaciones de La estación depuradora.

En el pre-tratamiento se efectúa un desbaste (rejas) para la eliminación de las sustancias de tamaño excesivo y un tamizado para eliminar las partículas en suspensión. Un desarenado, para eliminar las arenas y sustancias sólidas densas en suspensión y un desengrasado para eliminar los aceites presentes en el agua residual así como elementos flotantes. Algunos pre-tratamientos existentes son: 1. Desbaste Esta operación consiste en hacer pasar el agua residual a través de una reja. De esta forma, el desbaste se clasifica según la separación entre los barrotes de la reja en: - Desbaste fino: con separación libre entre barrotes de 10-25 mm. - Desbaste grueso: con separación libre entre barrotes de 50-100 mm. En cuanto a los barrotes, estos han de tener unos espesores mínimos según sea: - Reja de gruesos: entre 12-25 mm. - Reja de finos: entre 6-12 mm. También tenemos que distinguir entre los tipos de limpieza de rejas igual para finos que para gruesos: - Rejas de limpieza manual -Rejas de limpieza automática

2. Desaceitado y desengrasador El objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos de tratamiento posteriores. El desaceitado consiste en una separación líquido-líquido, mientras que el desengrase es una separación sólido-líquido. En ambos casos se eliminan

mediante insuflación de aire, para desemulsionar las grasas y mejorar la flotabilidad. Se podría hacer esta separación en los decantadores primarios al ir provistos éstos de unas rasquetas superficiales de barrido, pero cuando el volumen de grasa es importante, estas rasquetas son insuficientes y la recogida es deficitaria. Si se hacen desengrasado y desarenado junto en un mismo recinto, es necesario crear una zona de tranguilización donde las grasas flotan y se acumulan en la superficie, evacuándose por vertedero o por barrido superficial, y las arenas sedimentan en el fondo y son eliminadas por uno de los métodos que desarrollamos en el apartado anterior.

B) Tratamiento primario El tratamiento primario que recibe las aguas residuales consiste principalmente en la remoción de sólidos suspendidos floculentos bien mediante sedimentación o floculación, en la neutralización de la acidez o alcalidad excesivas y en la remoción de compuestos inorgánicos mediante precipitación química. En algunos casos se puede utilizar la coagulación como auxiliar del proceso de sedimentación. Entre los principales procesos y operaciones de tratamiento primario están: 1. Desarenador El objetivo de esta operación es eliminar todas aquellas partículas de granulometría superior a 200 micras, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasión, y para evitar sobrecargas en las fases de tratamiento siguiente. Los desarenadores se diseñan para eliminar partículas de arenas de tamaño superior a 0,200 mm y peso específico medio 2,65, obteniéndose un porcentaje de

eliminación del 90%. Si el peso específico de la arena es bastante menor de 2,65, deben usarse velocidades de sedimentación inferiores a las anteriores. 2. Tanque de Homogenización. El tanque de homogenización consiste en un gran depósito de aguas residuales donde Se busca homogeneizar el flujo entrante, tanto en caudal como en composición. Dicho tanque asegura la entrada a la estación depuradora de un caudal constante, amortizando las variaciones de caudal durante el tiempo. Las principales ventajas que produce la homogeneización de los caudales son las siguientes: a) Mejora del tratamiento biológico, ya que eliminan o reducen las cargas de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se consigue estabilizar el pH. b) Mejora de la calidad del efluente y del rendimiento de los tanques de sedimentación secundaria al trabajar con cargas de sólidos constantes. c) Reducción de las superficies necesarias para la filtración del efluente, mejora de los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavado más uniformes. d) En el tratamiento químico, el amortiguamiento de las cargas aplicadas mejora el control de la dosificación de los reactivos y la fiabilidad del proceso. Aparte de la mejora de la mayoría de las operaciones y procesos de tratamiento, la homogeneización del caudal es una opción alternativa para incrementar el rendimiento, de las plantas de tratamiento que se encuentran sobrecargadas. 3. Bacterias Septitrim micronutrientes Las bacterias efectúan el proceso biológico de la degradación de la materia orgánica. Las bacterias disminuyen la DBO debido a que convierten la materia orgánica en gases (metano y dióxido de carbono). Septitrim micronutrientes, ha sido desarrollado para proveer a las bacterias los micronutrientes esenciales para garantizar su correcto metabolismo. Se desempeña adecuadamente en ambientes aerobicos y annaerobicos. Este producto controla la formación de espuma y cúmulos generados por la deficiencia en el contenido de nutrientes.

C) Tratamiento secundario Su finalidad es la reducción de la materia orgánica presente en las aguas residuales una vez superadas las fases de pre-tratamiento y tratamiento primario. El tratamiento secundario o biológico ha sido diseñado, tomando como ejemplo el proceso biológico de autodepuración, anteriormente mencionado, que ocurre naturalmente. La aplicación de éste en aguas servidas, previene la contaminación de los cuerpos de agua antes de ser descargadas. En estos procesos, la materia orgánica biodegradable de las aguas residuales domésticas actúa como nutriente de una población bacteriana a la cual se le proporciona oxígeno y condiciones controladas, en resumen, el tratamiento biológico es por tanto una oxidación de la materia orgánica biodegradable con participación de bacterias que se ejecuta para acelerar un proceso natural y evitar posteriormente la presencia de contaminantes y la ausencia de oxígeno en los cuerpos de agua. Para que la transformación biológica se haga efectiva y de manera eficiente, deben existir condiciones adecuadas para el crecimiento bacteriano, considerando temperatura (30-40°C), oxígeno disuelto, pH adecuado (6,5-8,0), salinidad (menor a 3.000 ppm). En estos procesos, actúan como sustancias inhibidoras las sustancias tóxicas, como metales pesados Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb y otros, así como cianuros, fenoles y aceites, por este motivo es necesario evitar la presencia de estos. La biomasa bacteriana puede estar soportada en un lecho fijo, como superficies inertes (rocas, escoria, material cerámico o plástico) o puede estar suspendida en el agua a tratar, siendo estos de lecho móvil o lecho fluidizado. En cada una de estas situaciones la concentración de oxígeno en el agua determina la existencia de bacterias aeróbicas, facultativas o aerobias. Los procesos aerobios con biomasa suspendida que más se aplican son los de lagunas aireadas y los de lodos activados que se describen a continuación: 1. Tanques de aireación Son embalses de agua servida que ocupan una gran superficie de terreno, por lo que se emplean cuando éste es un bien barato. El agua servida así dispuesta

se oxigena mediante aireadores superficiales o difusores sumergidos para generar oxidación bacteriana. Estos dispositivos crean una turbulencia que mantiene la materia en suspensión. El tiempo de residencia normal de este proceso es de 3 a 6 días, tiempo en que las bacterias poseen un crecimiento acelerado, dependiendo de las condiciones climáticas y suponiendo una aireación suficiente. La separación de sólidos de este tratamiento se logra por decantación que demora de 6 a 12 horas. La calidad del efluente de este proceso es inferior al de lodos activados, cuya diferencia fundamental es que en el primero no hay recirculación de lodos. 2. Biodiscos Los biodiscos son un sistema de tratamiento biológico secundario, para aguas residuales domesticas e industriales biodegradables, del tipo de crecimiento adherido o reactor de película fija. Las lamas o películas biológicas crecen sobre discos, en rotación a través del agua residual, montados sobre un eje horizontal. El proceso es muy similar al de lechos biopercoladores, con la película biológica en rotación dentro de agua residual sedimentada y dentro de la atmósfera para proveer oxígeno a los organismos. El agua residual fluye en sentido paralelo o perpendicular al eje horizontal de rotación, al pasar de una etapa a otra o de un tanque a otro. (Romero, Jairo, 1999) Entre los principales factores de influencia sobre el proceso se indican: características del agua residual, carga hidráulica, carga orgánica, velocidad rotacional de los discos, profundidad de sumergencia, tiempo de retención y temperatura del agua residual. (Romero Jairo, 1999). 3. Biorreactor de Membrana (MBR) Los biorreactores de membranas se pueden definir como la combinación de dos procesos básicos –degradación biológica y separación por membrana- en un proceso único en el que los sólidos en suspensión y microorganismos responsables de la biodegradación son separados del agua tratada, mediante una unidad de filtración por membrana. Membrana: Se puede definir como barreras físicas semipermeables que separan dos fases del flujo de entrada, impidiendo su íntimo contacto y restringiendo el

movimiento de las moléculas a través de ella de forma selectiva. Este proceso selectivo permite la separación de las sustancias contaminantes del agua, generando un efluente líquido depurado. Aunque dependerá del fabricante, las membranas, como ya se ha comentado, se agrupan en módulos, a su vez estos módulos se agrupan en lo que las empresas denominan cassettes y estos se juntan formando un tanque de membranas o varias vías de funcionamiento, necesarias para la limpieza de los mismos.

4. Sedimentación La separación de los sólidos por gravedad se basa en la diferencia que existe entre los pesos específicos del líquido que es la fase continua y el de las partículas, las cuales constituyen la fase discreta. Para que se produzca la separación entre el líquido y los sólidos pueden seguirse dos caminos: aquellas partículas que tienen un peso específico mayor que el del agua sedimentada, y que aquellas otras con un peso específico menor que el del agua flotante. Se puede pues utilizar la sedimentación o la flotación para separar del agua residual los sólidos en suspensión presentes en ella. Existe la sedimentación floculenta o llamada también sedimentación de partículas aglomerables. Se presentan cuando la velocidad de asentamiento de las partículas aumenta a medida que descienden hacia el fondo del tanque. Los aumentos en la velocidad de sedimentación se deben a que las partículas incrementan su tamaño por acción de la floculación que ocurre en el tanque. Esta floculación puede deberse a la acción de barrido que ejercen algunas partículas, o a corrientes de densidad o turbulencia. Asimismo, se tiene la sedimentación primaria, que es uno de los procesos más utilizados en los sistemas de tratamiento de aguas residuales, bien sea como tratamiento único, o bien como proceso de tratamiento anterior o previo al tratamiento biológico propiamente dicho. El objetivo fundamental de la sedimentación primaria es remover de las aguas residuales aquella fracción de los

sólidos que es sedimentable, además de la carga orgánica asociada con dichos sólidos. La base o criterio práctico de diseño es la carga superficial, la cual usualmente se expresa en términos de m3/día/m2 o m3/hr/m2, o sea el resultado de dividir el caudal en m3/día o m3/hr por la superficie total del tanque de sedimentación en metros cuadrados. Se recomienda que la carga superficial de un sedimentador primario para aguas residuales domésticas no exceda el valor de 24 m3/día/m2, cuando el caudal de tratamiento es inferior a 4000 m3/día. Si el caudal de aguas residuales a tratar es mucho mayor que 4000 m3/día, entonces es posible utilizar cargas superficiales del orden de los 30-32 m3/día/m2 y aun mayores. Para el diseño se debe considerar las zonas de entrada y de salida del tanque de sedimentación, la profundidad mínima que debe tener el tanque y sobre la forma y tamaño que este debe tener. Además es preciso recordar que las variaciones bruscas en la temperatura del agua, así como las características de cada agua residual pueden afectar considerablemente la eficiencia del tanque en la remoción de sólidos sedimentables. 5. Lechos de secado Los lechos de secado son dispositivos que eliminan una cantidad de agua suficiente de los lodos parael que el resto pueda manejarse como material sólido, con un contenido de humedad inferior al 70 %.La operación de un lecho de secado de arena es una función de: -La concentración de sólidos del lodo aplicado -Profundidad del lodo aplicado -Pérdidas de agua a través del sistema de drenaje -Grado y tipo de digestión suministrada -Tasa de evaporación (la cual es afectada por muchos factores ambientales) -Tipo de método de remoción usado, y

-Método de disposición última utilizado D) Tratamiento terciario 1. Desinfección La desinfección pretende la destrucción o inactivación de los microorganismos que puedan causarnos enfermedades, dado que el agua es uno de los principales medios por el que se transmiten. Los organismos causantes de enfermedades pueden ser bacterias, virus, protozoos y algunos otros. La desinfección se hace imprescindible para la protección de la salud pública, si el agua a tratar tiene como finalidad el consumo humano. En el caso de aguas residuales industriales, el objetivo puede ser no solo desactivar patógenos, sino cualquier otro organismo vivo, si lo que se pretende es reutilizar el agua. Para llevar a cabo la desinfección se pueden utilizar distintos tratamientos: Tratamiento físico (calor, radiación), ácidos o bases, etc. pero fundamentalmente se utilizan agentes oxidantes, entre los que cabe destacar el clásico Cl 2 y algunos de sus derivados, o bien procesos de oxidación avanzada (O3, fotocatálisis heterogénea), estos últimos estudiados en el capítulo correspondiente. La utilización de desinfectantes persigue tres finalidades: producir agua libre de patógenos u organismos vivos, evitar la producción de subproductos indeseables de la desinfección y mantener la calidad bacteriológica en la red conducción posterior. Los reactivos más utilizados son los siguientes: Desinfección con cloro (Cl2): Es el oxidante más ampliamente utilizado. Hay una serie de factores que influyen en el proceso: Naturaleza y concentración de organismos a destruir, sustancias disueltas o en suspensión en el agua así como la concentración de cloro y el tiempo de contacto utilizado. Las sustancias presentes en el agua influyen en gran medida en la cloración: En presencia de sustancias orgánicas, el poder desinfectante es menor. La presencia de amonio consume cloro (formación de cloraminas). El hierro y manganeso aumentan la demanda del mismo.

En este sentido, es importante realizar un estudio de la demanda del cloro (breakpoint) para determinar la dosis de cloro correcta para cada tipo de agua. Además de la dosis, es también importante el tiempo de contacto, de manera que el parámetro a utilizar es la expresión C·t: Concentración de desinfectante final en mg/l (C) y tiempo de exposición mínimo en minutos (t). Normalmente la expresión utilizada es Cn·t=constante, que para el cloro adopta valores entre 0.5 y sin embargo, uno de las principales desventajas de la utilización del cloro como desinfectante es la posibilidad de formación, aunque en cantidades muy reducidas, de compuestos como los trihalometanos. Tanto el hipoclorito de sodio y de calcio se han empleado en plantas de tratamiento muy pequeñas, tales como plantas prefabricadas donde la sencillez y seguridad eran mucho mas importantes que el costo. (Metcalf – Eddy, 1985). El Hipoclorito de calcio comercialmente puede encontrarse en forma seca o húmeda. El hipoclorito de calidad contiene por lo menos un 70 % de cloro disponible. En forma seca, se encuentra en gránulos o en polvo, tabletas comprimidas o pastillas ya que se disuelven fácilmente en agua y en las debidas condiciones de almacenaje son relativamente estables. Dado su potencial oxidante el hipoclorito cálcico debe guardarse en un local seco y frío, apartado de otros productos químicos en recipientes anticorrosivos (Metcalf – Eddy, 1985). El Hipoclorito sódico se puede encontrar en concentraciones de 1,5 al 15% siendo 3% la concentración usual máxima; por ello los costos de transporte pueden limitar su aplicación. La solución se descompone más fácilmente a mayores concentraciones y se ve afectada por la exposición a la luz y al calor, tiene por tanto, que guardarse en un lugar frío en un tanque resistente a la corrosión.(Metcalf – Eddy, 1985). El medio más satisfactorio para alimentar el hipoclorito de sodio o calcio se logra con bombas dosificadoras de poca capacidad.

2.2. Fundamentos Metodológicos.

Tabla. Características de las Aguas Residuales IUT-RC (2006). Promedios

Parámetros

TQ 15 Comp

TQ 20 Comp

TQ 27 Comp

TQ 15 Comp

TQ 20 Comp

TQ 27 Comp

pH* Conductividad Específica (μs/cm) Alcalinidad (mg CaCO3/l)

7,0 1085

7,87 698

7,97 724

7,0 1022

7,5 830

7,45 539

Ponderados 7,31 632

156

179

199

170

202

124

162

Caudal (l/s) Aceites y Grasas (mg/l) DBO (mg O2/l)

1,65 124

1,49 21

0,088 57

1,81 6972

1,49 221

0,11 193

3,32 1990

------

84

162

870

260

54

317

DQO (mg O2/l)

2100

180

700

3200

550

300

1573

Detergentes (mg/l) Fósforo Total (mg PO43—P/l) Nitrógeno Total (mg N/l) Sólidos Totales (mg/l) Sólidos Disueltos Totales (mg/l) Sólidos Suspendidos Totales (mg/l) Sólidos Totales Fijos (mg/l) Sólidos Disueltos Fijos (mg/l) Sólidos Suspendidos Fijos (mg/l) Sólidos Totales Volátiles (mg/l) Sólidos Disueltos Volátiles (mg/l) Sólidos Suspendidos Volátiles (mg/l) Sólidos Sedimentables (mg/l)

3,3

1,8

1,8

27

6

0,7

10

9,5

2,8

4,3

4,8

1,8

-----

5

92 1406 932 474 624 590 34 576 342 440 0

57 486 428 58 340 326 14 146 102 44 0

66 682 414 268 348 326 22 334 88 246 0

55 1094 880 214 570 550 20 524 330 194 0

52 660 544 116 322 318 4 338 226 112 0

3 404 388 16 254 250 4 150 138 12 0

63 921 702 219 468 450 18 402 252 201 0

CAPITULO III. CARACTERIZACION TECNICA 3.1. Descripción técnica del proceso y diagrama de flujo La propuesta que se llevara a cabo en este proyecto se encuentra enmarcada en un proceso ecológico, el cual consiste en la recolección de las aguas residuales derivadas de las instalaciones del Instituto Universitario “Dr. Federico Rivero Palacio” Región Capital, que llegarán hasta la trampa TG-101 encargada del control de grasas y aceites, evitando que estas sustancias influyan en el proceso biológico de degradación del resto de la materia orgánica. Seguidamente, el agua libre de grasas y sustancias inorgánicas, es enviada al tanque de homogenización TK-101, que tendrá la función de mantener un flujo de agua continuo en el tratamiento secundario. En esta etapa del proceso se agregarán (valor) de Septitrim Micronutrientes a la mezcla de agua residual, que aceleran el proceso biológico de degradación de la materia orgánica, regulariza el pH, estimula la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables. Desde el tanque de homogenización TK-101, un caudal de 345,6 m 3/dia de agua residual es conducido hacia el biorreactor de membranas BRM-101, donde se pone en contacto con la biomasa que lleva a cabo la remoción de la materia orgánica. Se obtiene 335,5 m3/dia de agua tratada por filtración, empleando la bomba P-101 que aplica vacío al cabezal conectado a las membranas de fibra hueca. Por el fondo del tanque se introducirá una corriente de 1334 m3/h de aire mediante difusores de burbuja gruesa para homogenizar el contenido del tanque, para satisfacer la necesidad de oxígeno, requerida por los microorganismos que se encargan de la biodegradación en el proceso, y para la propia limpieza de la membrana, gracias a la turbulencia generada por los difusores que desprende el material biológico alojado en la superficie de las membranas. Mientras que el agua filtrada es retirada, el lodo biológico permanece en el biorreactor. Con el fin de mantener la concentración del mismo de manera constante, se retiran 10.1 m3/día de lodo excedente, que será enviado al

sedimentador S-101, donde los sólidos sedimentables asentarán en el fondo del tanque mientras que liquido sobrenadante (agua clarificada) es enviada a la cámara de contacto D-101. Las aguas tratadas obtenidas a través de las membranas y el sedimentador, se dirigirán hacia la cámara de contacto D-101, donde se le aplicará una solución de hipoclorito de calcio para su desinfección. Esta operación tiene un tiempo estimado de 15 minutos, para asegurar una mezcla completa entre el hipoclorito de calcio y el agua tratada. El proceso descrito se alterna con un corto retrolavado, en el que se recircula parte del efluente mediante la bomba P-102, para forzar el paso del agua filtrada desde el interior al exterior de la membrana para limpiarla, expandiendo ligeramente los poros y eliminando algunas partículas que se pudiesen adherir a la superficie de la fibras de la misma. Los lodos generados en el proceso serán enviados al lecho de secado LS101, donde el agua que contienen se filtra, por efecto de la gravedad, a través de un lecho filtrante de arena y grava, y es recogida por ductos perforados para ser luego conducida al cuerpo receptor final. Otra parte del agua contenida en los lodos se evapora. Una vez seco, el lodo se retira y se dispone para ser tratado en otro proceso.

2.2. Cálculos de los equipos diseñados.

Dimensionamiento de la trampa de grasas. El diseño de la trampa de grasa se hace en función del caudal total de entrada al tanque y con un tiempo de retención del fluido de 15 minutos. Las dimensiones de estos tanques se especifican en la Gaceta Oficial N° 4.044 sobre Instalaciones Sanitarias en el Apéndice – figura 54: Se especifican valores para el Largo 1,20 m, ancho 1 m y alto 1,05 m (Carmen García, 2006). Con estos datos se procede a calcular el área superficial de la trampa de la siguiente forma: 1)

Vtg=Qent × tr

2)

Astg =

Vtg htg

Donde: Vtg: Volumen del tanque (m3). Qent: Caudal de entrada a la trampa de grasa (m3/dias). tr: Tiempo de retención del fluido en el tanque (dias). Astg : Área superficial del tanque (m2). htg : Altura de la trampa de grasa (m). Datos Qent: 343,6 m3/días tr= 15 min≡ 0,0104166 dias htg= 1,05 m m3 Vtg=343,6 ×0,0104166 dias=3,5791437 m3 dias

3,5791437 m3 Astg = =3.4087082m2 1,05 m

Dimensionamiento del Biorreactor de Membranas. Datos de partida Símbolo

Definición Unidades DATOS DE LA ALIMENTACIÓN QF Caudal del efluente m3/h DBOF DBO la alimentación inicial mg/L TF Temperatura de la alimentación ºC XVF Concentración de sólidos suspendidos mg/L volátiles en la alimentación DATOS SOBRE LA CALIDAD DEL EFLUENTE DBOE DBO en el efluente mg/L XVE Concentración de sólidos suspendidos mg/L volátiles en el efluente INFORMACIÓN PARA EL DISEÑO DEL BIORREACTOR V Volumen del reactor m3 TA Temperatura ambiente ºC P Presión barométrica mmHg XVA Concentración de sólidos suspendidos mg/L volátiles en el reactor Parámetros biocinéticos. Y K20 L/mghrs θ K20 Kd20 hr-1 θ Kd20 INFORMACIÓN SOBRE LA MEMBRANA Je Flujo de permeado L/ m2hrs AF Área de filtración m2

Valor 345.6 317 30 201

15 10

76.11 22 666 11000

0.73 0.017 1.03 0.075 1.05 10 31.6

Cálculo del Tiempo de Retención Hidráulica (TRH). Conociendo el volumen del tanque y el caudal a tratar, que entra en este, se puede calcular el tiempo de retención hidráulica de la siguiente forma:

TRH =

2)

V QF

Donde TRH: Tiempo de retención hidráulica (h) V: Volumen del reactor (m3) QF: Caudal del efluente (m3/h) 3

TRH =

3)

76,11 m =5.285 h 3 m 14,4 h

Cálculo de la carga másica (A/M) La carga másica (A/M) viene representada por el cociente entre la cantidad de DBO que se introduce en el sistema por día y la masa de microorganismos existentes en el reactor.

4)

DBOF A = M TRH ∙ X VA

Donde TRH: Tiempo de retención hidráulica (h) XVA: SSV en el reactor (mg/L) DBOF: DBO la alimentación inicial (mg/L)

A = M

317

mg L

5,285 h∙ 11.000

mg L

=5.452 ∙10−3 h−1 =0.131 d−1

Cálculo del DBO eliminado por día. Conociendo la calidad del agua que entra a la planta y la calidad del efluente requerido se calcula la cantidad de sustrato que debe ser eliminado.

DBOr =( DBO F−DBO E ) ∙ QF

5) Donde DBOr: DBO eliminado (kg/d)

DBOF: DBO en la alimentación inicial (mg/L) DBOE: DBO en el efluente (mg/L)

(

DBOr = 317

mg mg L kgDBO −15 ∙ 345600 =104.371 L L dia dia

)

Cálculo preliminar de la potencia requerida de aireación. La potencia requerida para la aireación solo se puede calcular en un paso posterior del proceso de diseño. Por tanto, esta constituye una estimación preliminar, por lo que más adelante se verificará, de no existir acuerdo con este valor, se seguirá un procedimiento iterativo hasta alcanzar una convergencia deseada. La regla de estimación rápida de la potencia establece que en las plantas de tratamiento biológico se consumen diariamente de 20 a 22 kgDBO rHP (se toma un valor intermedio de 21 kgDBO/hp), esto es:

6)

P=

DBOr =4,092 hp 21 kg/hp

Temperatura de operación en el reactor biológico. La ecuación de Arrhenius lleva a la conclusión de que la constante de velocidad biocinética k se dobla aproximadamente por cada aumento de 10ºC de la temperatura.

7)

K T =K 20 ∙θ

(T W −20)

W

En donde TW corresponde a la temperatura del agua residual en el reactor en ºC, por o que resulta importante estimar esta temperatura con el objeto de corregir la constante de velocidad K hasta condiciones reales de operación.

La estimación de TW se realiza estableciendo un balance térmico en el reactor. TA

TW

QF TF

QE TW

Sean: TF: Temperatura de la alimentación (ºC) TW: Temperatura del licor en el reactor y del efluente (ºC) TA: Temperatura ambiente (ºC) h: Coeficiente global de transferencia de calor entre el licor del reactor y el ambiente (kcal/h.m2.ºC) mF: Caudal másico de la alimentación. A: Superficie de transferencia de calor (m2) Cp: Calor especifico del agua a tratar (se toma igual a 1kcal/kg.ºC) El cambio entálpico en el afluente es:

8)

Q=m F ∙Cp ∙(T F −T W )

3

(

Q= QF

)

m kg s kcal ∙ 1000 3 ∙ 3600 ∙ 1 ∙(T F −T W ) s h kg ∙ s m

Q=( 3.6 ∙106 QF ) ∙(T F −T W ) Qf.: m3/s Las pérdidas de calor en el ambiente vienen dadas por: 9)

Q=h ∙ A ∙(T W −T A )

Por tanto en condiciones de equilibrio:

(3.6 ∙ 106 QF ) ∙ ( T F −T W )=h∙ A ∙(T W −T A ) El valor del coeficiente global de transferencia de calor, h, depende de muchas variables tales como la potencia de los aireadores, velocidad del viento, radiación solar, humedad relativa del aire y la geometría del tanque de aireación. Entre estas variables la mas significativa es la potencia requerida. Una aproximación rápida que suele utilizarse con frecuencia consiste en establecer la igualdad: 10)

h ∙ A=1134 ∙ P

Siendo 1134 kcal/hp.h.ºC la cantidad de calor liberada por 1 hp en una hora para un cambio de 1 ºC de temperatura. Gracias a esto se obtiene la ecuación: 11)

(3.6 ∙ 106 QF ) ∙ ( T F −T W )=1134 ∙ P ∙(T W −T A )

Despejando TW se obtiene: TW =

3.6∙ 106 QF ∙ T F + 1134 ∙ P ∙ T A 3.6∙ 106 QF +1134 ∙ P

6

TW =

−3

3.6∙ 10 ∙ 4 ∙ 10 ∙ 30 ° C +1134 ∙ 4,092 hp ∙ 22° C =27,772 ° C 3.6∙ 106 ∙ 4 ∙ 10−3 +1134 ∙ 4,092 hp

Se calculan los parámetros biocinéticos k, kd para la temperatura de operación del reactor. K T =K 20 ∙θ

12)

KdT =Kd 20 ∙ θd ( W

(T W −20 )

W

T W −20 )

=0.513

L mg ∙d

=2,63 d−1

Valor real de la concentración de DBO en el efluente:

13)

DB O E=

DB OF 1+ K TW ∙ X VA ∙ TRH

317 DB O E=

Necesidades de Oxígeno

mg L

L mg 1+0,513 ∙11.000 ∙ 0,22 d mg ∙ d L

=0,255

mg L

15)

kg O2 =QF ∙ ( 1−1,42Y ) ∙ ( DB O F−DB OE ) +1,42∙ K d TW ∙ X VA ∙V día

kg O2 L mg mg mg =345.600 ∙ (1−1,42∙ 0,73 ) ∙ 317 −0,255 +1,42 ∙2,63 d −1 ∙11.000 ∙ 76.110 L día d L L L

(

)

kg O2 kg =3123 día d

Potencia de aireación requerida. La potencia real puede evaluarse según:

16)

P=

ma ∙ W e R0

Donde: ma: masa de aire que se comprime por hora (kg/h) We: Trabajo en el eje del compreso (kcal/kg) R0: Rendimiento del compresor.

Calculo del flujo másico de aire. Capacidad de oxigenación por unidad de aireación, N=COreal. Este valor se evalúa a partir de datos del fabricante y corresponde a las condiciones de referencia (T = 20ºC, P =760 mmHg y oxígeno disuelto = 0). En consecuencia, el valor de la ordenada leído es igual a la capacidad de transferencia de oxígeno de referencia COref, este valor debe ser corregido para obtener COreal, bajo las condiciones de operación.

C Oreal β∙ C sm−C L =α 20 ∙ 1,024T −20 ∙ C Oref 9,2

17)

Donde Csm representa la concentración de oxígeno a saturación para el agua residual, en el punto de profundidad media del tanque de aireación: C sm=C ss ∙

18)

[

Pb O + t 2,066 42

]

Donde: Pb: Presión (kg/cm2) la profundidad a la que se introduce el aire, incluyendo un factor de seguridad correspondiente a la pérdida de carga en las tuberías del sistema. Teniendo en cuenta que la presión normal del aire (1.033 kgf/cm 2) corresponde a una columana de agua de 10,33 m, tendremos:

19)

( 10,33d m ∙1,033 ckgfm )+ ∆ h=1,276 ckgfm

Pb=Patm +

2

2

Siendo Pb: Presión atmosférica local 666 mmHg (0,905 kgf/cm2) d: Profundidad del punto de inyección ( 3 m) ∆h: Pérdidas de cargas en las tuberías de aire (0.014 kgf/cm2). (Gráfico xxx) Ot: % en mol de oxígeno en el gas que sale por la superficie del tanque Ot=

29)

)

B 1,1429−0,1429 B

B=

1−ϵ ( 1−ϵ ) +3,292

Para aplicar esta ecuación, se supone un valor preliminar del rendimiento de transferencia de oxígeno, ε. Generalmente este valor fluctúa entre 0,05≤ϵ≤0,17. Se

tomará un valor igual a 0,07, que posteriormente será verificado mediante un proceso iterativo. Obteniéndose: B=0,22

Ot=19,819 La concentración de saturación de oxígeno en la superficie puede estimarse como función del valor de Css a la presión normal, a partir de la ecuación: C ss =C s s

760

P−P v ∙ 760−Pv

Donde P: Presión barométrica (mmHg) Estos valores dependen de la temperatura de trabajo del biorreactor, por tanto se determinan interpolando los valores de las tablas siguientes: Tabla xxx. Presión de vapor de agua. Temperatura °C 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Temperatura °F 32.0 41.0 50.0 59.0 68.0 77.0 86.0 95.0 104.0

Pv (mmHg) 4.579 6.543 9.209 12.788 17.535 23.756 31.824 42.175 55.324

Tabla xxx. Valores de saturación de oxígeno para agua destilada, en condiciones normales (1 atm) Temperatura °C

Temperatura °F

O2 (mg/l)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

32.0 41.0 50.0 59.0 68.0 77.0 86.0 95.0 104.0

14.6 12.8 11.3 10.2 9.2 8.4 7.6 7.1 6.6

Pv: Presión de vapor del agua a temperatura de operación (mmHg) (obtenido por interpolación de la Tabla xxxxx) Pv =

23.756−31.824 ∙ ( 27.772−30 ) +31.824=28.229 mmHg 25−30

Css760: Concentración de saturación de oxígeno en la superficie a presión (mg/L) (obtenido por interpolación de la Tabla xxxxx) Css = 760

8.4−7.6 ∙ ( 27.722−30 ) +7.6=7.957 mg/ L 25−30

C ss =6.934

mg L

Con los valores obtenidos se determina la concentración de oxígeno a saturación Csm: C sm=6,934

[

]

mg 1,276 19,819 mg ∙ + =7.555 L 2,066 42 L

Capacidad de oxigenación por unidad de difusión de referencia, COref.

Los datos característicos de las unidades de difusión se presentan en el gráfico xxxxx que indican el porcentaje de transferencia de oxígeno por unidad, en función del caudal de aire Gs suministrado por unidad, los intervalos usados son de 7-28 m3/h.unidad para difusores de burbuja gruesa. Grafico xxx. Curvas de transferencia de oxígeno de los difusores de burbuja gruesa.

Tomado de: Hoja de especificación Difusor de Burbuja Gruesa PermaCap-5.

En base al equipo de difusión seleccionado, se establece un caudal de aire Gs de 16 ft3/h.unidad, del cual solo se transfiere 11% según el mismo gráfico. Entonces capacidad de oxigenación por unidad de difusión de referencia, CO ref, se estima como sigue: 3

C Oref =11 ∗Gs=0.1∗17

3

m m =2,99 h . unidad h∙unidad

Capacidad de oxigenación por unidad de aireación real, COreal.

C Oreal =C Oref ∙ α 20 ∙ 1,024T −20 ∙

C Oreal =1,741

β∙ C sm−C L 9,2

m3 h . unidad

Este valor se transforma a unidades de masa para obtener los kilogramos de oxígeno transferido por unidad, N. Se calcula a partir de la densidad del aire que es igual 1,29 kg/m2. N=C O real ∙ ρaire =2,246

kg h

Rendimiento de transferencia de oxígeno kg O2 (transferido) h∙unidad N ϵ= = kg O2 (suministrado ) ρaire ∙ Gs h∙unidad

2,246 ϵ=

kg h

kg m3 1,29 3 ∙ 27,184 h m

=0,064

Número de difusores. A partir del oxígeno requerido (kgO2/dia) y del valor N calculado se determina el número de unidades de aireación requerido. N ° unidades=

kg O2 /dia N

kg d N ° unidades= =57,92≈ 58 kg 24 h 2,246 ∙ h 1d 3123

Caudal total de aire suministrado.

Qaire =Gs∙N ° unidades m3 m3 ∙ 58=1575 h h

Qaire =27,184

Flujo másico de aire suministrado. ma=ρ aire ∙ Qaire kg m3 kg m a=1,29 3 ∙ 1575 =2031 h h m Calculo del trabajo del compresor, We. El trabajo en el eje vine dado por la ecuación que representa la compersión adibática reversible de un gas perfecto.

[ ( ) ]

P γ 1kmol W e= ∙ R∙T∙ 1− 2 γ −1 29 kg P1

(

)

γ −1 γ

=−7272

kcal kg

Siendo R la constante de los gases perfectos (1,987 kcal/kmol.ºC), γ la constante adiabática (relación entre calores específicos a presión y volumen constante, el valor de γ = 1,4 para el aire), P2 = Pb y P1 = Patm. El signo negativo en el resultado simplemente indica que se hace trabajo sobre el aire (compresión). Cálculo de la potencia requerida del compresor.

P=

ma ∙ W e =28,796 hp R0

Donde: ma: masa de aire que se comprime por hora (kg/h) We: Trabajo en el eje del compreso (kcal/kg) R0: Estimación del rendimiento del compresor 0 < R0