Uso de la simulación para evaluar el proceso de tratamiento de efluentes industriales en la industria procesadora de carnes

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(1)BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. RA D. O. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RA D. O. JURADO CALIFICADOR. IT AL. DE. PO. SG. --------------------------------------------Dr. Guillermo Evangelista Benites Presidente. BI. BL I. O. TE CA. DI G. --------------------------------------------Ms. Percy Aguilar Rojas Miembro. --------------------------------------------Dr. Luís Moncada Albitres Miembro. 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RA D. O. DATOS DEL AUTOR. :. Carlos Gabriel Mego Armas. Correo Electrónico. :. [email protected]. SG. Nombre. :. 985223836. IT AL. Teléfono. DE. PO. [email protected]. :. Ingeniero Químico. BI. BL I. O. TE CA. DI G. Profesión. 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. O. DEDICATORIA. PO. SG. RA D. A mis padres, José Mego y Elva Armas; y a mi familia que gracias a su esfuerzo y aliento constante me dieron una oportunidad más para continuar con mis estudios.. DI G. IT AL. DE. A mi gran amigo Luís Moncada, gracias a él este trabajo se hizo posible.. BL I. O. TE CA. A todos aquellos amigos que con su talento hicieron posible este trabajo.. BI. En memoria de mi padre.. 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RA D. O. AGRADECIMIENTO. SG. Esta tesis de maestría, si bien ha requerido de esfuerzo y mucha dedicación por parte del autor y su asesor de tesis, no hubiese sido posible su finalización sin la. PO. cooperación desinteresada de todas y cada una de las personas que aportaron con una idea para desarrollar este trabajo y muchas de las cuales han sido un. DE. soporte muy fuerte en momentos difíciles.. IT AL. Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi periodo de estudio.. DI G. camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el. Agradecer hoy y siempre a mi familia porque se preocupan de mi bienestar, y. BI. BL I. O. TE CA. me dan la fortaleza necesaria para seguir adelante.. 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE. Dedicatoria. IV. Agradecimientos. V. Índice. VI. O. Resumen. I.. RA D. Abstract INTRODUCCIÓN. VIII IX 1 2. 1.2 Situación actual y problemática de las aguas residuales. 4. PO. SG. 1.1 Antecedentes y situación actual de la simulación de procesos 1.3 Marco teórico del trabajo. 5 5. 1.3.2 Descripción de la generación de aguas residuales en un. 6. DE. 1.3.1 El agua en el procesamiento de alimentos matadero. IT AL. 1.3.3 Caracterización de aguas residuales de un matadero y una 8. 1.3.5 Métodos de los tratamientos de aguas residuales. 10. 1.3.6 Cinética del crecimiento microbiano: Ecuación de Monod. 13. 1.3.7 Descripción del simulador Super Pro Designer v6.0. 14. procesadora de carnes. DI G. 1.3.4 Sistema de tratamiento de aguas residuales por lodos. 9. TE CA. activados. 1.4 Objetivos. 17 17. O. 1.1.1 Objetivo general. 17. BL I. 1.4.2 Objetivos específicos. 18. 2.1 Material de estudio. 18. 2.2 Datos de estudio y condiciones de operación. 18. 2.3 Metodología seguida para la elaboración del trabajo. 20. BI. II. MATERIALES Y METODOS. 2.3.1 Revisión bibliográfica. 20. 2.3.2 Obtención de información primaria sobre el proceso de. 24. tratamiento. 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3.3 Elaboración del diagrama de flujo a simularse. 24 27. III. RESULTADOS. 30. 3.1 Resultados obtenidos. 30. IV. DISCUSIÓN. 39. O. 2.4 Simulación del proceso. RA D. V. PROPUESTA VI. CONCLUSIONES VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 42 43 44. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. ANEXOS. 41. 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN USO DE LA SIMULACIÓN PARA EVALUAR EL PROCESO DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES EN LA INDUSTRIA PROCESADORA DE CARNES. RA D. O. Autor: Br. Carlos Gabriel Mego Armas Asesor: Dr. Luís Orlando Moncada Albitres. En el presente trabajo se analiza la posibilidad de la utilización de. SG. Simuladores de Plantas de Tratamiento, como herramienta para el diseño. PO. y/o verificación de sistemas de tratamiento fisicoquímico y biológico de efluentes industriales. La simulación de la planta se realiza sobre la base. DE. de los componentes principales que aportan a la DBO del efluente y su cinética de degradación. Los resultados obtenidos, sobre la aplicación del. IT AL. simulador a una planta de tratamiento según la técnica de barros activados, demuestran que la simulación es una herramienta útil en el. DI G. diseño y/o verificación de plantas de tratamiento, si son seleccionados. TE CA. correctamente los parámetros que definen la operación. Información adicional como parámetros de calidad ambiental del efluente tratado y. BL I. O. costos asociados a dicho tratamiento completan el análisis efectuado.. BI. PALABRAS-CLAVES: Simuladores, Efluentes Líquidos, Tratamiento Biológico, Diseño, Costos.. 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. O. In the present work explores the possibility of using Simulators Treatment. RA D. Plants, as a tool for the design and/or verification of biological treatment systems of industrial effluents. The simulation of the plant is done on the. SG. basis of the major components that contribute to the BOD of the effluent. PO. and its degradation kinetics. The results, on the simulator's application to an treatment plant that use activated sludge technique, show that. DE. simulation is an useful tool on treatment plant’s design and/or simulation, if are selected correctly the parameters that define the operation. Additional. IT AL. information as environmental quality parameters of treated effluent and. TE CA. DI G. associated costs completing the assessment.. KEY WORDS: Simulators, Effluent Liquids, Biological Treatment, Design,. BI. BL I. O. Costs.. 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I. INTRODUCCIÓN. En la industria existen procesos en los cuales se hace difícil calcular los balances de masa y de energía de forma manual, para resolver tal. O. tarea en los últimos años se ha venido utilizando técnicas de cálculo con. RA D. la ayuda del computador. Estas técnicas se basan en el uso de diversos lenguajes de programación, a través de los cuales se resuelven los. SG. balances; es decir, se realiza la simulación del proceso.. PO. Por otra parte, en la actualidad es de suma importancia cuidar el medio ambiente, ya que en los últimos tiempos se ha venido deteriorando, esto trae como consecuencia un desequilibrio en el mismo que trae. DE. consigo una disminución de los recursos naturales que aprecia el ser. IT AL. humano.. El agua es uno de los recursos naturales que no se escapa a esta. DI G. realidad, siendo probablemente el recurso natural más importante del mundo, ya que sin éste, no podría existir la vida y la industria no funcionaría. Es así como se ha puesto énfasis en frenar tal problemática,. TE CA. y para ello se ha tomado medidas concretas, una de ellas es la creación de plantas de tratamiento para reducir el nivel de contaminación de las. O. aguas industriales a ser desechadas o reutilizadas.. BL I. El tratamiento del agua es definido como: “el proceso de naturaleza. físico-química y biológica, mediante el cual se elimina una serie de. BI. sustancias y microorganismos que implican riesgo para el consumo o impiden su reutilización y la transforma en un agua apta para el uso necesario”. Los objetivos que se persiguen con el uso de plantas de tratamiento de aguas son los siguientes:. 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . Reducir al máximo la contaminación y sus efectos.. . Asegurar la protección del medio ambiente y de los seres vivos que en el viven.. . Garantizar el desarrollo urbano e industrial.. O. Dada la importancia de predecir el correcto funcionamiento de los. RA D. sistemas de tratamiento biológico de efluentes líquidos de alta carga orgánica y el correcto ajuste de los parámetros correspondientes cuando. SG. la misma se va de la operación por la presencia de cargas picos, es que. PO. se utilizan en la actualidad los simuladores.. Este tipo de herramientas permiten al usuario diseñar o verificar. DE. plantas de tratamiento o acondicionamiento de un efluente y además contar con información económica asociada a las mismas, así mismo. IT AL. como el impacto ambiental que ocasionarían los efluente tratados. Lógicamente estos programas son de estimación ya que muchos de sus módulos no presentan procedimientos rigurosos, sin embargo se continúa. DI G. trabajando en la actualidad para que así lo sea. En general estos simuladores son de fácil acceso para los usuarios. TE CA. y tienen una interface gráfica que permite “construir” la planta que se va a diseñar o verificar. Por medio de pantallas que se van seleccionando se podrá posteriormente definir componentes que intervienen en el. O. tratamiento y parámetros de funcionamiento de los equipos principales,. BL I. seleccionar procedimientos iterativos con un máximo en el número de iteraciones previsto. La convergencia o divergencia del procedimiento. BI. dependerá. que. todos. los. parámetros. intervinientes. hayan. sido. correctamente fijados o seleccionados, en el último caso existirá un mensaje con el error asociado a la no convergencia del caso. De todas formas siempre se cuenta con un “sistema experto” que va guiando en la carga de datos al sistema de modo tal que no permite la entrada de especificaciones fuera del intervalo preestablecido por el simulador.. 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.1 ANTECEDENTES Y SITUACIÓN ACTUAL DE LA SIMULACIÓN DE PROCESOS A través de los años ha aumentado progresivamente el deterioro que ha. venido. sufriendo. el. medio. ambiente,. afectándose. por. ésta. O. problemática todos los recursos naturales. El agua es uno de los recursos. RA D. naturales que no se escapa a esta realidad, siendo probablemente el recurso natural más importante del mundo, ya que sin éste ya no podría existir la vida y la industria no funcionaría. Es así como se ha puesto. SG. énfasis en frenar tal problemática, y para ello se han tomado medidas. PO. concretas, una de ellas es la creación de plantas de tratamiento de los efluentes líquidos para reducir el nivel de contaminación de las aguas industriales a ser desechadas o reutilizadas. Con estos sistemas de. DE. tratamiento se pretende reducir al máximo la contaminación y sus efectos, asegurar la protección del medio ambiente y de los seres vivos, y. IT AL. asegurar un desarrollo urbano e industrial sustentable (Winkler, 1999).. DI G. Por otra parte, se tiene la necesidad de evaluar y diseñar eficientemente los sistemas de tratamientos de efluentes líquidos, que conjuntamente con la disponibilidad en la actualidad de computadores. TE CA. más eficientes en el manejo de un gran número de cálculos, presenta la posibilidad de desarrollar programas de simulación de procesos, por lo que este tipo de trabajos son hoy día de gran importancia dentro de las. O. áreas de investigación de las universidades, ya que a través de ello se. BL I. dispone de una herramienta rápida y confiable para el estudio y. BI. optimización de procesos en diferentes áreas de la industria. El uso de herramientas dirigidas al Diseño de Procesos Asistido por. el Computador (DPAC) ha venido siendo utilizadas con éxito desde el principio de los años 60, con aplicaciones específicas en la industria química y petroquímica en el diseño y optimización de procesos integrados. Estos beneficios son igualmente extensibles en aplicaciones. 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. para procesos dirigidos al tratamiento de emisiones atmosféricas, de efluentes líquidos, industria farmacéutica, etc. En la actualidad se disponen de una gran cantidad de programas comerciales para la simulación de procesos dirigidos a la industria. O. química y petroquímica, tales como HYSYS (Hyprotech, Ltd/AEA. RA D. Engineering Software), ChemCad (Chemstations, Inc.), Aspen Plus (Aspen Technology, Inc.), etc., sólo por mencionar algunos.. SG. Sin embargo, esta lista resulta limitada en el caso de programas de. PO. simulación para procesos no convencionales, como es el caso de procesos para el tratamiento de efluentes líquidos.. DE. En tal sentido, la empresa Intelligen Inc. (USA), ha desarrollado un programa de simulación bajo un enfoque modular secuencial con una. IT AL. estructura accesible a los usuarios y adaptable a sus necesidades, con la finalidad de simular los procesos industriales continuos y por lotes, pero la. DI G. mayor utilidad de dicho programa es la posibilidad de aplicarlo a procesos biotecnológicos tal como en los sistemas de tratamiento de efluentes líquidos, así mismo, este programa da la posibilidad de efectuar los. TE CA. cálculos de emisiones y efluentes a la vez que permita realizar la evaluación económica del proceso propuesto, permitiendo evaluar. O. diferentes alternativas de solución. ACTUAL. Y PROBLEMÁTICA DE LAS. AGUAS. BL I. 1.2 SITUACIÓN. BI. RESIDUALES Actualmente uno de los problemas que más preocupa a la. humanidad es la gran cantidad de aguas residuales que son vertidas indiscriminadamente a los cuerpos de agua naturales (ríos, mar, etc.) sin ningún tipo de tratamiento, como consecuencia durante los últimos años se han venido desarrollando métodos de tratamiento de aguas residuales. 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. que involucran microorganismos, debido a que estos son relativamente económicos, eficientes y no generan subproductos contaminantes. El método de tratamiento de aguas residuales mediante lodos activados se desarrolló por primera vez en Inglaterra en el año 1914 y. O. actualmente es el método estándar de tratamiento de aguas residuales en. RA D. los países desarrollados, tiene como objetivo la remoción de materia. SG. orgánica, en términos de DBO, de las aguas residuales.. PO. 1.3 MARCO TEÓRICO DEL TRABAJO. 1.3.1 El agua en el procesamiento de alimentos. DE. El agua desempeña un papel crucial en la tecnología de alimentos. El agua es básica en el procesamiento de alimentos y. IT AL. las características de ella influyen en la calidad de los alimentos. Los solutos que se encuentran en el agua, tales como las. DI G. sales y los azucares, afectan las propiedades físicas del agua y también alteran el punto de ebullición y de congelación del agua. Un mol de sacarosa (azúcar) aumenta el punto de ebullición del agua en. TE CA. 0,52 °C, y un mol de cloruro de sodio aumenta el punto de ebullición en 1,04 °C a la vez que disminuye del mismo modo el punto de congelamiento del agua. Los solutos del agua también afectan la. O. actividad de esta, y a su vez afectan muchas reacciones químicas y. BL I. el crecimiento de microorganismos en los alimentos. Se denomina. BI. actividad del agua a la relación que existe entre la presión de vapor de la solución y la presión de vapor de agua pura. Los solutos en el agua disminuyen la actividad acuosa, y es importante conocer esta información debido a que la mayoría del crecimiento bacteriano cesa cuando existen niveles bajos de actividad acuosa. El crecimiento de microbios no es el único factor que afecta la seguridad de los. 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. alimentos, también existen otros factores como son la preservación y el tiempo de expiración de los alimentos. Otro factor crítico en el procesamiento de alimentos es la dureza del agua, ya que esta puede afectar drásticamente la calidad. O. de un producto a la vez que ejerce un papel en las condiciones de. RA D. salubridad. La dureza del agua mide la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de. SG. agua, especialmente carbonato de calcio y magnesio.. La dureza del agua puede ser alterada o tratada mediante el. PO. uso de un sistema químico de intercambio iónico. El nivel de pH del agua se ve alterado por su dureza, jugando un papel crítico en el. DE. procesamiento de alimentos. Por ejemplo, el agua dura impide la producción eficaz de bebidas cristalinas. La dureza del agua. IT AL. también afecta la salubridad; de hecho, cuando la dureza aumenta, el agua pierde su efectividad desinfectante.. DI G. Algunos métodos populares utilizados en la cocción de alimentos son: la ebullición, la cocción al vapor, y hervir a fuego lento. Estos procedimientos culinarios requieren la inmersión de los. TE CA. alimentos en el agua cuando esta se encuentra en su estado líquido o de vapor.. O. 1.3.2 Descripción de la generación de aguas residuales en un. BI. BL I. matadero En los mataderos, los animales antes de ser beneficiados,. son bañados para retirarles del cuerpo el polvo y las excretas. La sangre se recolecta independientemente y no debe descargarse junto con el agua residual. Una vez desangrado, el animal pasa a ser coloca en agua caliente para eliminar el pelambre, en donde se obtiene agua con residuos de pelos y pequeñas cantidades de. 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. grasa. Las vísceras blancas se limpian en la sección de procesamiento, en donde se producen aguas contaminadas con excrementos y mucosas. Finalmente es animal es pesado y expedido.. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. RA D. generación de aguas residuales en un matadero.. O. En la figura N° 01 se observa el diagrama de flujo de la. Figura N° 01: Diagrama de flujo de la generación de aguas residuales en un matadero.. 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3.3 Caracterización de aguas residuales de un matadero y una procesadora de carnes En general, los efluentes tienen altas temperaturas y contienen elementos patógenos, además de altas concentraciones. O. de compuestos orgánicos y nitrógeno. La relación promedio de usa para el diseño de sistemas de tratamiento.. RA D. DQO:DBO5:N en un matadero es de 12:4:1. Esta información se. SG. La sangre es el principal contaminante, aportando una DQO. PO. total de 375,000 mg/l y una elevada cantidad de nitrógeno, con una relación carbono/nitrógeno del orden de 3:4. Se estima que entre. DE. un 15% - 20% de la sangre va a parar a los vertidos finales. Proteínas y grasas son el principal componente de la carga. IT AL. orgánica presente en las aguas de lavado, encontrándose otras sustancias como la heparina y sales biliares. También contienen. DI G. hidratos de carbono como glucosa y celulosa, y generalmente detergentes y desinfectantes. Cabe destacar que estas corrientes presentan un contenido de microorganismos patógenos importante.. TE CA. Se estima que entre el 25% - 55% del total de la carga contaminante medida en DBO5, son arrastradas por las aguas de. limpieza (Díaz, S.O.; Impacto ambiental ocasionado por la industria de. BI. BL I. O. alimentos; Alimentos; 19(3); 49-57; 1994.). En la tabla N° 01 se muestra una composición típica de las. aguas de un matadero y una procesadora de carnes.. 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Procesadora de Carnes. mg/l. mg/l. DBO. 7000. 993. DQO. 11950. ---. SST. 1100. Grasa. 114. Glucosa. ---. Agua. 9,4 m3/ton. 656 736. SG. Componente. O. Matadero. RA D. Tabla Nº 01: Concentraciones de contaminantes en residuos líquidos de mataderos y fabricas procesadoras de carne.. 157. 7,5 m3/ton. PO. Fuente: Mediciones hechas por INTEC Chile. DE. 1.3.4 Sistema de tratamiento de aguas residuales por lodos. IT AL. activados. El lodo activado es un proceso de tratamiento por el cual el agua residual y el lodo biológico (microorganismos) son mezclados. DI G. y aireados en un tanque denominado reactor. Los flóculos biológicos formados en este proceso se sedimentan en un tanque. TE CA. de sedimentación, con la ayuda de un floculante, lugar del cual son recirculados. nuevamente. al. reactor.. En el proceso de lodos activados los microorganismos son. O. completamente mezclados con la materia orgánica en el agua. BL I. residual de manera que ésta les sirve de sustrato alimenticio. Es. BI. importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos superficiales o sopladores sumergidos, los cuales tiene doble función 1) producir mezcla completa y 2) agregar oxígeno al medio. para. que. el. proceso. se. desarrolle.. Elementos básicos de las instalaciones del proceso de lodos activados:. 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Tanque de aireación (reactor). Estructura donde la biomasa (lodos) y los microorganismos (incluyendo retorno de los lodos activados) son mezclados.  Tanque sedimentador (clarificador). El lodo mezclado. O. procedente del tanque es sedimentado separando los. RA D. sólidos suspendidos (lodos activados), obteniéndose un agua tratada.. Sistema de retorno de lodos. El propósito de este sistema es. el de. mantener. una. SG. . alta. concentración. de. PO. microorganismos en el reactor. Una gran parte de sólidos biológicos sedimentables son retornados al tanque de. DE. aireación..  Exceso de lodos y su disposición. El exceso de lodos,. IT AL. debido al crecimiento bacteriano en el tanque de aireación, son eliminados, tratados y dispuestos.. DI G. 1.3.5 Métodos de los tratamientos de aguas residuales Una planta de tratamiento para efluentes de procesadoras. TE CA. de carne, requiere ser diseñada para remover los niveles contaminantes de parámetros, tales como: DBO5, aceites y grasas,. sólidos suspendidos, DQO y microorganismos patógenos, entre. BI. BL I. O. otros.. Lo más recomendable es diseñar un sistema de tratamiento. que considere un pre-tratamiento (rejas y trampas de grasas), un tratamiento primario (físico o fisicoquímico) y un tratamiento secundario (biológico). Sin embargo, la solución que cada planta adopte, podrá sufrir variaciones en función de las cargas contaminantes,. concentración,. programas. de. prevención. existentes, etc.. 10. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. A continuación, se describe brevemente los procesos de tratamientos que pueden utilizarse para la industria de la carne:. O. Pre-tratamiento. RA D. Es la primera operación a que se someten los residuos líquidos. Consiste en retener los sólidos y grasas que arrastra el agua y que podrían, por su tamaño y características, entorpecer el. PO. SG. normal funcionamiento de las plantas de tratamiento.. Rejas: Dispositivo con aberturas de tamaño uniforme, donde quedan retenidas las partículas gruesas del efluente. El paso libre. DE. entre barras debe retener los sólidos gruesos y dejar pasar los finos. Los principales parámetros de diseño son: tipo de residuo a. IT AL. tratar, flujo de descarga, paso libre entre barras, volumen de sólidos retenidos y pérdida de carga. En cuanto a la elección del. DI G. sistema de limpieza de las rejas, ésta debe efectuarse en función de la importancia de la planta de tratamiento, de la naturaleza del. TE CA. vertido a tratar, y por supuesto, de las disponibilidades económicas. Trampas de grasas: Consisten en un estanque rectangular, en el cual la sustancia grasa es empujada hacia la superficie y atrapada. BL I. O. por un baffle.. BI. Tratamiento primario Consiste en la remoción de una cantidad importante de los sólidos. suspendidos, contenidos en las aguas residuales,. mediante procesos físicos y/o químicos.. 11. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Estanque homogenizador: Requiere de un estanque con aireador, que tenga una capacidad aproximada de un 60% del flujo diario, donde caudales punta, pH y temperaturas son homogeneizados, resultando un efluente de características uniformes.. O. Flotación: Se utiliza para remover sólidos suspendidos y grasas. RA D. remanentes; tiene mayor eficiencia que las rejas y las trampas. La eficiencia se puede aumentar agregando floculantes químicos (aluminio, sales de fierro, etc.). El lodo de la flotación tiene un alto. SG. contenido de proteínas y grasas y puede ser usado para alimento. PO. de animales, después de pasteurizarlo o ser procesado en una. Tratamiento secundario. DE. planta recuperadora.. IT AL. El propósito de un tratamiento biológico es la eliminación de la materia orgánica biodegradable presente en los residuos. DI G. líquidos. Consiste en la oxidación biológica de los sólidos suspendidos remanentes y de los sólidos orgánicos disueltos,. TE CA. medida como una reducción en la DBO5 del efluente. Para escoger un sistema de tratamiento secundario,. dependerá de un gran número de factores, entre los que podemos. O. mencionar: requerimientos del efluente (estándares de descarga),. BL I. sistema de pre-tratamiento escogido, la disponibilidad del terreno,. BI. regulaciones ambientales locales y factibilidad económica de una planta de proceso. Tratamiento anaeróbico: Los efluentes provenientes de la industria de la carne pueden ser tratados en lagunas o reactores cerrados. Este tipo de tratamiento requiere poco espacio, tiene un bajo costo. 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de operación y genera biogás, que puede ser reutilizado en el proceso productivo o comercializado. Tratamiento aeróbico: Todos los métodos de tratamiento aeróbico existentes pueden ser aplicados a los efluentes de la industria de la. O. carne: lodos activados, lagunas aireadas, filtros de goteo o. RA D. contactores biológicos rotatorios.. ecuaciones. que. rigen. degradación. de. los. DE. componentes en masa son: Degradación de la Glucosa:. la. PO. Las. SG. 1.3.6 Estequiometria y cinética del crecimiento microbiano. IT AL. C6H12O6 0,30 CO2 + 0,30 H2O + 0,40 Biomasa. DI G. Degradación de Proteínas o grasas: CH1,80O0,50N0,20  0,30 CO2 + 0,30 H2O + 0,40 Biomasa. TE CA. Decaimiento de la biomasa: Biomasa Biomasa muerta. O. Las constantes de velocidad de reacción y constante media de. BI. BL I. saturación son recuperadas de la base de datos del programa. Aunque existen muchas leyes para la velocidad de crecimiento de células, es decir:. células  sustrato  máscélulas  producto. 13. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La expresión que más se usa es la ecuación de Monod para el crecimiento exponencial:. rg  C c. O. En donde rg es la velocidad de crecimiento celular, d/L.s, CC. RA D. es la concentración de células, g/L y µ es la velocidad de crecimiento específica, s-1.. SG. La velocidad de crecimiento celular específica se puede expresar como:. PO. S Ks  S. DE.    max. Para facilitar el uso del simulador, S=CC, en donde µmax es la. IT AL. velocidad de reacción de crecimiento específica máxima, s-1, Ks es la constante de Monod, g/L, y S es la concentración del sustrato (H.. DI G. Scott Fogler, Ed. 2001-p. 396). De los datos bibliográficos, para la degradación de la. TE CA. biomasa Ks = 5 ppm. Con esta constante de velocidad para degradar la biomasa se considera un tiempo de residencia de 6 horas en el reactor R-1, con lo cual se calcula el volumen del. BL I. O. reactor (www.intelligente.com ).. BI. 1.3.7 Descripción del simulador El simulador de Plantas de Tratamiento de Efluentes Industriales SuperPro Designer v6.0 de Intelligen Inc. (USA), es un simulador de procesos de carácter ambiental vinculado con el acondicionamiento de los efluentes líquidos, gaseosos y sólidos producidos en las distintas industrias de proceso.. 14. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Incluye un balance de materia global de la planta con la posibilidad de. un balance térmico,. distintos. modelos que. representan las etapas de tratamiento de un efluente en particular, una salida con las corrientes intervinientes y sus parámetros asociados (presión, temperatura, densidad, caudales totales e. O. individuales por componente), una salida con los costos de los. RA D. equipos principales, un análisis global de costos asociados al sistema de tratamiento, una salida con el impacto ambiental de las corrientes que ingresan y egresan del sistema y un análisis de. PO. SG. factibilidad económica de la alternativa planteada.. Posee un banco de datos de propiedades fundamentales (básicas y ambientales) de 350 componentes, las propiedades. DE. derivadas de las mismas son calculadas cuando la simulación lo requiere. Existe la posibilidad además de la incorporación de. IT AL. nuevos componentes a la base de datos o de modificar las. De. DI G. propiedades relacionadas a los existentes. manera. general. los. modelos. de. las. diferentes. TE CA. operaciones vinculadas a los sistemas de tratamiento comprenden:  Reactores químicos y biológicos, con las distintas variantes. BL I. O. de operación, entre los cuales podemos citar: reactor aeróbico, anaerobio, percolador, fermentador, sistemas de neutralización, incineración, digestor anaerobio, entre otros.. BI.  Columnas de separación (cromatográficas y de intercambio iónico)..  Micro y ultra filtración, ósmosis inversa, distintos tipos de filtros sólido/gas/líquido y precipitador electrostático.  Separadores de fases y componentes, como ciclones e hidrociclones, destilación, absorción/desorción, extracción,. 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. decantadores,. clarificadores,. espesadores,. flotación. y. separadores de grasas y aceites.  Secadores, distintos tipos.  Equipos. de. intercambio. térmico,. intercambiadores,.  Equipos de impulsión de gases y líquidos.. O. condensadores y evaporadores.. RA D.  Tanques de almacenamiento y operación (ecualizador).. SG. Para el caso especifico del tratamiento de efluentes líquidos provenientes de industrias alimenticias, con características de alta. PO. carga orgánica (DBO), es posible seleccionar unidades como barros activados y lecho percolador, con equipos complementarios. DE. de la operación tales como clarificador, separador de grasas, tanque ecualizador, filtros y secaderos de barros generados. Si el. IT AL. efluente en estudio tuviera otro tipo de características, se podrían seleccionar otras operaciones vinculadas al tratamiento de las. DI G. mismas.. Los pasos a seguir en la simulación de cualquier sistema de tratamiento. implican,. selección. de. los. equipos. principales. TE CA. intervinientes y definición de las entradas y salidas netas al sistema, interconexión entre equipos por medio de corrientes internas, todas estas operaciones se realizan a modo gráfico.. O. Especificación de componentes presentes en las corrientes que. BL I. ingresan indicando concentración o caudal másico individual,. BI. presión y temperatura. Selección de modelos de operación de los equipos que forman parte del sistema de tratamiento y parámetros asociados al mismo. Estos últimos se podrán recuperar de la base de datos o modificarlos de acuerdo a la disponibilidad de los mismos. En todos los casos se permite el cálculo de posibles emisiones de componentes volátiles en las áreas expuestas de los equipos. Terminado esto se procede a llevar a cabo la etapa de. 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. cálculo, que en general transcurre en escasos minutos o segundos dependiendo de la complejidad del sistema planteado. En el caso de que este último sea matemáticamente divergente se produce una interrupción en la ejecución por exceder el número máximo de iteraciones previstas. Los archivos generados pueden ser leídos en. RA D. O. forma de texto o en formato de PDF.. SG. 1.4 OBJETIVO. 1.4.1 Objetivo general. PO. El objetivo del presente trabajo es desarrollar un diagrama de flujo del proceso de tratamiento de efluentes mediante lodos activados y luego. DE. simular el proceso de tratamiento de efluentes para determinar las condiciones de operación en cada unidad y obtener los mejores. IT AL. parámetros de operación.. DI G. 1.4.2 Objetivos específicos.  Reducir al mínimo los contaminantes presentes en el agua residual, DBO5 < 25 ppm, a fin de minimizar el impacto hacia. TE CA. el ambiente..  Aplicar la simulación en el diseño y análisis de plantas de tratamiento de aguas residuales. residuales provenientes de una procesadora de carnes.. BI. BL I. O.  Evaluar las condiciones de operación para las aguas. 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. II.. MATERIALES Y METODOS. 2.1 MATERIAL DE ESTUDIO Se tomó como material de estudio los efluentes líquidos de una composición promedio de la tabla N° 01. DATOS Y CONDICIONES DE OPERACIÓN. SG. 2.2. RA D. O. planta procesadora de carne, las cuales según la bibliografía tiene la. PO. Las condiciones de operación de los equipos como las dimensiones, parámetros de operación, capacidad de trabajo, etc. son calculados por el. DE. programa en forma directamente proporcional al caudal de ingreso.. IT AL. Efluente. Tabla Nº 01: Concentraciones de contaminantes en residuos líquidos en. DI G. una planta procesadora de carne.. Cantidad mg/l. DBO. 993. SST. 656. Grasa. 736. Glucosa. 157. Agua. 7,5 m3/ton. Fuente: Mediciones hechas por INTEC Chile. BI. BL I. O. TE CA. Componente. Para fines de diseño del proceso y la simulación del mismo, la DBO lo denominamos como Biomasa y los SST como proteína, ya que está compuesta por residuos de carne,. y asumiendo una producción de. 32,026 Ton de carne por día, tenemos un caudal de efluente de 2,78 L/s por lo que la tabla N°1 se convierte en lo siguiente:. 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla Nº 02: Concentraciones de contaminantes en residuos líquidos de mataderos y fabricas procesadoras de carne. Cantidad kg/h. Biomasa. 9,93. Proteínas. 6,56. Grasa. 7,36. Glucosa. 1,57. Agua. 10008 ~ 10000. SG. RA D. O. Componente. PO. Mezcladores. La capacidad de los mezcladores M-1 y M-2 el programa lo define. DE. en forma directamente proporcional con el caudal de ingreso.. IT AL. Reactor. Tiempo de Residencia: 6 h (variable). . Volumen: Proporción directa con el tiempo de. DI G. . residencia.. . Sistema Adiabático. TE CA. . Presión de trabajo: 1 atm. BI. BL I. O. Clarificador.  Tiempo de residencia: 2,25 h.  Capacidad de Sólidos: 121,51 Km/m2-día  Energía: 0,61 Kw  Viscosidad de Líquido: 1 Cp. 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3. METODOLOGÍA SEGUIDA PARA LA ELABORACIÓN DEL TRABAJO Para el cumplimiento de los objetivos planteados y que sustentan el desarrollo del presente trabajo, se consideraron las. RA D. O. siguientes etapas: 1. Revisión bibliográfica. 2. Obtención de información primaria en el proceso de. SG. tratamiento. PO. 3. Elaboración del diagrama de flujo del proceso a simularse. 2.3.1 Revisión bibliográfica. DE. 4. Simulación del Proceso. IT AL. La revisión bibliográfica consistió en la adquisición de información relacionada con: Las diferentes industrias y los. DI G. efluentes que generan; información general sobre los principales contaminantes de los efluentes. y las concentraciones máximas. TE CA. permitidas según el contaminante en los efluentes. Así. mismo. se. hizo. la. revisión. sobre. las. normas. O. gubernamentales dadas para los efluentes industriales.. BI. BL I. 2.3.1.1 Legislación Ambiental en el Perú. Constitución Política del Perú La Constitución Política del Perú de 1993 contiene en el Capítulo II: Del Ambiente y los Recursos Naturales, la definición de los principios y la política nacional sobre los aspectos referidos al ambiente.. 20. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En su Artículo 2º establece que es derecho fundamental de la persona el gozar de un ambiente equilibrado y adecuado para el desarrollo de su vida.. RA D. O. Código del Medio Ambiente y los Recursos Naturales. El Código del Medio Ambiente y los Recursos Naturales (Decreto Legislativo N° 613 del 07 de septiembre de 1990) señala. SG. en el Artículo I del Título Preliminar, que “Toda persona tiene. PO. derecho irrenunciable a gozar de un ambiente saludable, así como el deber de conservar dicho ambiente, precisando que es. DE. obligación del Estado mantener la calidad de vida de las personas. IT AL. a un nivel compatible con la dignidad humana”.. Ley Nº 28245, Ley Marco del Sistema Nacional de Gestión. DI G. Ambiental. La Ley tiene por objeto asegurar el más eficaz cumplimiento de los objetivos ambientales de las entidades públicas; fortalecer. TE CA. los mecanismos de transectorialidad en la gestión ambiental y a las entidades sectoriales, regionales y locales en el ejercicio de sus atribuciones ambientales a fin de garantizar que cumplan con sus. O. funciones y de asegurar que se evite en el ejercicio de ellas. BI. BL I. superposiciones, omisiones, duplicidad, vacíos o conflictos. Estándares de Calidad Ambiental-ECAs Los Estándares de Calidad Ambiental ECAs, decretados por el Ministerio del Ambiente, MINAM, mediante RM. N° 0022008/MINAM establece de manera estricta y clara los tipos de. 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. calidad de agua que debe existir en un espacio de acuerdo a las actividades que se realizan en su entorno. Decreto Supremo Nº 028-60 “Reglamento de Desagües. O. Industriales”. RA D. En el Artículo 3º señala:. Bajo ninguna circunstancia será permitido descargar en las. PO. SG. redes públicas de desagües los siguientes residuos: Basuras o restos de comida.. b). Gasolinas y solventes industriales.. c). Barros y arenas.. d). Alquitranes, materiales bituminosos y viscosos.. e). Pegamentos y cementos.. f). Plumas, huesos, trapos e hilachas.. g). Trozos de. DI G. IT AL. DE. a). metal, vidrios, madera, cerámica y. materiales similares capaces de producir atoros.. h). Productos residuales del petróleo.. TE CA. i). Gases peligrosos para la vida y la salud.. j). Aquellos que pueden ser tóxicos o convertirse en. BI. BL I. O. tales al mezclarse con los ácidos naturales del líquido. k). cloacal, cianuros, fenoles, arseniatos, etc.. Aquellos que sean corrosivos e incrustantes o que puedan convertirse en tales al reaccionar con los gases y ácidos naturales de los líquidos cloacales.. l). Aquellos que contengan en elevada concentración sulfatos y sulfitos.. m). Aquellos que sean radiactivos en condiciones y concentraciones superiores a los establecidos por los reglamentos internacionales.. 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. n). Aquellos que contengan iones de metales pesados.. Artículo 4º: No se aceptará en ningún caso el ingreso directo a las redes públicas de desagüe de:. O. a) Las aguas de lavado de pisos de talleres y fábricas.. RA D. b) Las aguas sobrantes de la construcción civil. c) Substancias volátiles. d) Minerales precipitables o solubles.. PO. SG. e) Los residuos de camales, caballerizas, establos y similares. Al efecto los interesados deberán instalar los dispositivos necesarios para evitar los ingresos directos, consistentes en. DE. trampas, retenedores y otros.. IT AL. Artículo 5º. Todo residuo industrial que ingrese a las redes públicas de. DI G. desagüe deberá cumplir sin excepción, con las siguientes normas: a) Temperatura que no sobrepase de los 35 °C. b) Los vapores deberán ser condensados para ingresar al. TE CA. desagüe.. c) Los líquidos grasos que ingresen al colector, deberán tener una concentración menor de 0,1 g/L., en peso.. BI. BL I. O. d) Las substancias inflamables que ingresen al desagüe deben tener un punto de ignición superior a los 90 °C y concentración inferior a 1 g/L. e) El pH deberá estar comprendido entre 5,0 y 8,5. Las industrias que evacuen los ácidos minerales o substancias fuertemente alcalinas, deberán tener tanques de suficiente capacidad donde sean neutralizados. f) La. D.B.O.. (Demanda. Bioquímica. de. Oxígeno),. no. sobrepasará las 1,000 p.p.m.. 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. g) Los sólidos sedimentables no tendrán concentración mayor a 8,5 mL/L/h. (mililitros/Litro/hora). 2.3.2. Obtención de información primaria en el proceso de. O. tratamiento. RA D. Componentes principales de una planta de barros activados. Una planta tipo de barros activados con recirculación consistirá. SG. de una base de aireación (reactor) donde se pone en contacto, un proveniente. de. los. sistemas. PO. tiempo suficiente, biomasa y sustrato con el oxígeno disuelto de. aireación,. obteniéndose. la. degradación del sustrato por medio de un cultivo bacteriano disperso. DE. en forma de flóculos presentes en el medio. El ingreso al mismo consiste de carga fresca y recirculante. Un tanque de sedimentación. IT AL. secundario, completa la operación, encargado de la separación de la salida del reactor biológico, en dos corrientes: el sobrenadante como. DI G. efluente tratado y el fondo como barro de recirculación. El sobrenadante pasará a un filtro en donde se reducirá la concentración. TE CA. de los sólidos totales suspendidos, SST. Una parte del lodo del fondo retornará al proceso para. mantener constante la concentración bacteriana; mientras que la otra. O. parte pasará a una faja de filtración para reducir la humedad del. BL I. mismo, finalmente pasará a disposición final.. BI. 2.3.3 Diagrama de flujo del proceso El sistema básico es el correspondiente al planteado en las pruebas y consta de los siguientes equipos:. 24. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Mezclador, M-1, MX-101  Reactor, R-1  Clarificador, C-1  Filtro, F-1  Divisor de corrientes, DF-1. RA D. O.  Faja de Filtración, FF-1. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. En la figura N° 01 se muestra el diagrama de flujo.. 25. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) BL IO TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG RA DO. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. BI. Figura N° 01: Esquema del tratamiento según Barros Activados.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.4 Simulación del proceso. 2.4.1 Pasos para simular El primer y más importante paso para la simulación es la. O. identificación de los componentes presentes, o en su defecto los. RA D. más representativos. En nuestro caso, se identificó a los siguientes. . Proteína (SST). . Grasa. . Glucosa. . Agua. PO. Biomasa (DBO). DE. . SG. componentes.. IT AL. Estos componentes son cargados al programa de la base de datos que posee, se elige la opción TASK, luego EDIT PURE. BI. BL I. O. TE CA. DI G. COMPONENTS y se selecciona a los componentes involucrados.. Fig N°02: Selección de los componentes dentro del programa. 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Seguidamente, se construye el diagrama de flujo del proceso seleccionando los equipos involucrados dentro del proceso de tratamiento.. En. el. programa. se. elige. la. opción. UNIT. DI G. IT AL. DE. PO. SG. RA D. O. PROCEDURES.. Fig N° 03: Selección de los equipos involucrados en el proceso. TE CA. Luego, para cargar las características de cada corriente y. condiciones de operación de los equipos se hace doble click dentro de la corriente y/o equipo interesado, en el caso del reactor, se. O. cargo la estequiometria de las reacciones que se llevan a cabo. BI. BL I. dentro de él (Sección 1.3.6).. 28. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) PO. SG. RA D. O. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DE. Fig N° 04: Selección de las condiciones de operación y características de. IT AL. las corrientes y/o equipos. Finalmente, una vez que se tiene identificado a todos los componentes del efluente y se ha establecido las condiciones de. DI G. operación así como las reacciones que se llevan a cabo en el proceso, se realiza la simulación, pudiendo cambiar una y otra vez los datos de la composición del afluente, obteniendo resultados para finalmente realizar. BI. BL I. O. TE CA. el análisis de los mismos.. 29. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. III. RESULTADOS. 3.1 RESULTADOS OBTENIDOS Inicialmente el sistema se simuló para una carga de Biomasa de. RA D. O. 9,93 Kg/h, en donde se obtuvo un resultado de DBO5 igual a 12,5 ppm, sin embargo en el caso que la carga de Biomasa aumente se realizó iteraciones para conocer el límite máximo de carga de Biomasa que. SG. soporta el sistema a fin de no sobrepasar la concentración de 25 ppm como DBO5 establecida dentro de los objetivos. Los resultados fueron los. PO. siguientes:. DBO5 ppm. Kg/h. entrada. 9,93. DBO5 ppm. SST ppm. SST ppm. salida. entrada. salida. 3277,88. 12,48. 990. 5,193. 30. 5546,75. 15,37. 2986,8. 11,42. 60. 8922,114. 24,28. 5956,66. 20,27. 70. 10042,99. 27,33. 6942,87. 23,10. TE CA. DI G. IT AL. Biomasa. DE. Tabla N° 3.1: Valores de DBO5 vs Biomasa de entrada. La simulación de la planta de tratamiento con un retorno de lodo de 65% (y no de 70% como se viene trabajando) y una carga de Biomasa de. O. 70 Kg/h (para el último caso de la Tabla N° 3.1) permite obtener una. BI. BL I. DBO5 final de 23,41 ppm. Las siguientes tablas, obtenidas de la salida de la simulación,. brindan información sobre corrientes, equipos y costos asociados. En la Tabla N° 3.2 es posible observar la información de las distintas corrientes involucradas y definidas según la nomenclatura de la Figura N° 01. Básicamente esta información consiste en los caudales másicos y. 30. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. volumétricos individuales (de cada componente original y de aquellos generados por reacciones de degradación) y totales, de las corrientes que se fijaron (ingresantes), y de aquellas consecuencia del cálculo (internas y de salida).. O. Dado que en este caso no se está trabajando con componentes. RA D. volátiles las corrientes de emisión en la base de aireación y el sedimentador son cero. La tabla resulta ser una herramienta útil para verificar con qué margen de error cerró el balance de materia, luego del. PO. SG. procedimiento iterativo.. En el Anexo N°01 se muestran los resultados completos del balance. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. de masa.. 31. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. BI. BL IO TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG RA DO. Tabla N° 3.2: Balances individuales y totales en las distintas corrientes. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/. …Continúa.

(42) BI. BL IO TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG RA DO. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/. … Continúa.

(43) BI. BL IO TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG RA DO. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(44) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La Tabla N° 3.3 muestra la información correspondiente a las corrientes entradas y salidas netas del sistema las que han sido llevadas a información de impacto ambiental evaluada como contribución de cada componente a parámetros característicos que definen las corrientes, tales como Carbono Orgánico Total (COT), Demanda Química de Oxígeno. O. (DQO), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), N2 (total, amoniacal y. RA D. de nitratos-nitritos), fósforo y sólidos presentes. Esta salida permite verificar la magnitud de los parámetros mencionados anteriormente en las corrientes finales: efluente tratado (efluente) y barros purgados del. SG. sistema (lodo). En el primer caso la información se utilizó para verificar si. PO. la misma cumplía con el objetivo planteado, esto es que la DBO final fuera menor que 25 mg/L, tal como se señaló anteriormente.. DE. En el Anexo N° 02 se muestran los resultados completos para el. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. reporte de impacto ambiental de las diferentes corrientes del proceso.. 35. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(45) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. RA D. O. Tabla N° 3.3: Características de calidad ambiental de las diferentes corrientes en el proceso. …Continúa. 36. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(46) BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. RA D. O. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. …Continúa. 37. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(47) TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. RA D. O. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. O. En el Anexo N° 03, se presentan los resultados de la Evaluación. BL I. Económica. Así mismo en el Anexo N° 04 se muestran los resultados de la evaluación de costos por equipo y en el Anexo N° 05 se muestra el. BI. reporte de emisiones atmosféricas.. 38. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(48) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. IV.. DISCUSION. Los resultados obtenidos en los equipos se están reportando usando el “punto” como separador de decimales, sin embargo en las tablas de resumen se muestra a la “coma” como separador de decimales (de. RA D. O. acuerdo al sistema internacional).  Cámara de aireación:. SG. o Tiempo de residencia: 6 horas o Capacidad: 113,7 m3. PO. o Nivel de flujo: 85 % o Nivel Mínimo: 15%. DE. o Nivel Máximo: 90 %  Clarificador:. IT AL. o Área Superficial: 12,8 m2. DI G. o Tiempo de Residencia: 2,25 h  Eficiencia del tratamiento: o DBO5 (entrada): 3277,88 ppm. TE CA. o DBO5 (efluentes): 12,48 ppm. La Tabla N° 3.1 nos dice que se ha cumplido con el objetivo. O. planteado al obtener una DBO5 final menor a 25 ppm. Sin embargo. BL I. también observamos que el sistema soporta una carga máxima de 60 Kg/h de biomasa con lo cual se obtiene una DBO5 ~ 25 ppm, si la carga. BI. aumenta a 70 Kg/h obtendremos una DBO de 27,33 ppm con lo cual estaremos fuera del objetivo fijado. Para reducir la DBO5 y continuar con una carga de biomasa de 70. Kg/h, una opción para bajar la DBO5 es reducir el flujo de retorno de lodos de 70% a 65%, con lo cual se obtiene 23,41ppm de DBO5, por debajo del. 39. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(49) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. objetivo fijado. Con esto se demuestra la que la simulación sirve para elegir las mejores condiciones de operación con las cuales debe trabajar el sistema para obtener los resultados requeridos. La Tabla N° 3.3 nos muestras las propiedades de cada corriente a. O. la salida de los equipos en el proceso, con lo cual se puede observar o. RA D. hacer algún cambio para obtener un mejor resultado. El reporte de impacto ambiental nos permite verificar la calidad del efluente, en nuestro caso este reporte nos indica el cumplimiento de nuestro objetivo reducir la. PO. SG. concentración de la DBO5.. El reporte económico, Anexo N° 03, se refiere a la evaluación económica de la planta de tratamiento, en sus distintos items. Resta. DE. aclarar que para dicha evaluación se consideraron procedimientos y factores de estimación de costos que el simulador tiene asignados en su. IT AL. base de datos para plantas de este tipo. En algunos casos se puede observar factores ligeramente superiores a los normales pero ello. DI G. obedece a que se cubren todos los aspectos vinculados al ítem en cuestión. Sin embargo esta sección no amerita un análisis exhaustivo. TE CA. debido a que no está dentro de los objetivos planteados. La simulación de este proceso también nos dá un reporte de. calidad de emisiones, Anexo N° 05, en nuestro caso dicho reporte no. BI. BL I. O. tiene datos debido a la no presencia de compuestos volátiles.. 40. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(50) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. V. PROPUESTA. O. La simulación hecha para una planta de tratamiento de aguas. RA D. residuales, mediante lodos activados, es el principal paso para la implementación de la misma, con la cual se puede elegir los mejores parámetros de operación para la implementación de la planta. Con esta. SG. simulación se puede diseñar o verificar una Planta de Tratamiento de. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. Aguas Residuales, mediante lodos activados en un sistema aerobio.. 41. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(51) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. VI. CONCLUSIONES  La simulación de procesos es una herramienta fundamental en el diseño de sistemas de tratamiento debido a la facilidad de. O. encontrar las mejores condiciones de operación.. RA D.  Hay algunas dificultades para asignar correctamente la cinética de degradación de los compuestos involucrados y asignados a la. SG. Demanda Biológica de Oxígeno, en su totalidad.. PO.  El Banco de datos de propiedades de los compuestos no es completamente riguroso, en ciertos casos se asignan propiedades. DE. medias, motivo por el cual el cálculo que se realice en balances de materia es solo aproximado. Siendo por lo tanto una herramienta. IT AL. estimativa de la capacidad operativa de la Planta.  Respecto a los costos informados por el simulador se debe aclarar. DI G. que con los valores recuperados de la base de datos, sin ningún tipo de corrección, los mismos no resultan totalmente realistas. BI. BL I. O. TE CA. respecto a los valores con que se trabaja en nuestro país.. 42. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(52) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. VII.. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. Chapman, S., Fortran 90/95 for Scientists and Engineers, 1era edición. McGraw-Hill, USA (1998). Inc.,. User. Guide. for. Super. Pro. Designer. and. RA D. EnviroProDesigner v4.7, USA (2001).. v6.0. O. Intelligen,. ONU, 2º Informe de Naciones Unidas sobre Desarrollo Recursos Hídricos. PO. SG. en el Mundo, 2005. OTAKI, Y., OTAKI, M., & YAMADA, T., “Attempt to Establish an Industrial Water. Consumption. Distribution. Model”,. Journal. of. Water. and. DE. Environment Technology, Vol. 6, No. 2, pp.85-91, 2008.. IT AL. Ramalho, R., Wastewater treatment process, 1 era edición. Academia. DI G. Press, Québec, Canada (1977).. Rivas, G., Tratamiento de aguas residuales, 2° edición., Ediciones Vega,. TE CA. Caracas, Venezuela (1978).. Winkler, M., Tratamiento biológico de aguas de desecho, 2° edición.,. O. Limusa, México, D.F, México (1999).. BL I. H. Scott Fogler, Elemento de la Ingeniería de las Reacciones Químicas,. BI. 3era Edición, Pearson Educación, México 2001. 43. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(53) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ANEXOS Anexo N° 01: Reporte del Balance de Masa Anexo N° 02: Reporte de Impacto Ambiental. RA D. Anexo N° 04: Reporte de Costos por Equipo. O. Anexo N° 03: Reporte de Evaluación Económica. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. Anexo N° 05: Reporte de Emisiones. 44. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(54) PO. SG. RA D. O. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. Anexo N° 01: Reporte del Balance de Masa. 45. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(55) BI. BL I. O. TE CA. DI G. IT AL. DE. PO. SG. RA D. O. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 46. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.




