Determinación de las condiciones de operación y diseño del proceso coagulación floculación para el tratamiento de vinazas de Cartavio Rum Company S A C

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. g. Q. uí. m ica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. de. In. DETERMINACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN Y DISEÑO DEL PROCESO COAGULACIÓN FLOCULACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE VINAZAS DE CARTAVIO RUM COMPANY S.A.C.. io te. ca. TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO QUÍMICO. AUTORES:. Br. CARHUAS PEREZ, WALTER DAVID. Bi. bl. Br. VELASQUEZ GUTIERREZ, DANIEL JAIR. ASESOR: Mg. Ing. ROSA ELIZABETH NOMBERTO TORRES. TRUJILLO – PERU 2018. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. m ica. JURADO CALIFICADOR. ______________________________. In. g. Q. Presidente. uí. Dr. Jorge Enrique Flores Franco. de. ______________________________ Dr. Percy Aguilar Rojas. Bi. bl. io te. ca. Secretario. ______________________________ Mg. Rosa E. Nomberto Torres Asesor. I Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo determinar las condiciones de operación (pH, concentración de coagulante y concentración inicial de vinaza) del proceso coagulación floculación aplicado al tratamiento de vinazas (subproducto de la producción de alcohol. m ica. etílico) para obtener la máxima remoción de DQO. Se utilizó vinaza proporcionada por la empresa Cartavio Rum Company S.A.C., se utilizó [FeCl3] como coagulante.. uí. Este estudio se realizó en cuatro etapas, en la primera se determinó el mejor agente. g. Q. acondicionante de pH comparando las remociones con [NaOH] y [Ca(OH)2], en la segunda la muestra se sometió a dosis de 3 y 7 g/L [FeCl3]; 10 000, 15 000 y 20 000 mg/L DQO y pH de. In. 5, 6, 7, 8 y 9 para determinar la influencia de estas condiciones respecto a la remoción, en la tercera etapa se amplió el rango de análisis a 10 000, 15 000, 20 000, 25 000 y 45 000 mg/L. de. DQO y dosis de 1, 2, 3, 4 y 5 g/L [FeCl3] para determinar qué condición garantiza la mayor remoción, en la cuarta y última etapa se estudió el comportamiento de la formación de lodos. io te. ca. y la evaluación económica que implicaría aplicar el proceso.. La máxima remoción lograda fue 36,5 % de DQO con las siguientes condiciones:. bl. concentración de 3 g/L [FeCl3], 20 000 mg/L DQO y pH 6 regulado por NaOH. A manera de estimar los costos de insumos a escala industrial en base a las pruebas se determinó que el. Bi. consumo de [FeCl3] fue de 3 kg/m3 y de [NaOH] fue de 0,8 kg/m3, representando un costo por aditivos de US$ 1,97/m3 y un costo total de tratamiento (operación) de US$ 4,48/m3. Según el volumen anual de producción de vinaza estimado de 3 960 m3 al año, el costo total estimado fue de US$ 17 731. Palabras Claves: Coagulación, floculación, prueba de jarras, remoción, DQO, tratamiento.. II Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. SUMMARY. The objective of this work is to determine the operating conditions (pH, coagulant concentration and initial concentration of vinasse) of the flocculation coagulation process applied to the treatment of vinasses (byproduct of the production of ethyl alcohol) to obtain. S.A.C. was used, [FeCl3] was used as a coagulant.. m ica. the maximum COD removal. Vinasse provided by the company Cartavio Rum Company. uí. This study was conducted in four stages, in the first the best pH conditioning agent was. g. Q. determined comparing the removals with [NaOH] and [Ca(OH) 2], in the second the sample was subjected to doses of 3 and 7 g/L [FeCl3]; 10 000, 15 000 and 20 000 mg/L COD and pH. In. of 5, 6, 7, 8 and 9 to determine the influence of these conditions with respect to the removal, in the third stage the analysis range was extended to 10 000, 15 000, 20 000, 25 000 and 45. de. 000 mg/L COD and doses of 1, 2, 3, 4 and 5 g/L [FeCl3] to determine which condition guarantees the greatest removal, in the fourth and last stage the behavior of the sludge. io te. ca. formation was studied and the economic evaluation that would imply applying the process.. The maximum removal achieved was 36,5 % COD with the following conditions:. bl. concentration of 3 g/L [FeCl3], 20 000 mg/L COD and pH 6 regulated by NaOH. In order to. Bi. estimate the costs of inputs on an industrial scale based on the tests, it was determined that the consumption of [FeCl3] was 3 kg/m3 and [NaOH] was 0,8 kg/m3, representing a cost for additives of US$ 1,97/m3 and a total treatment cost (operation) of US$ 4,48/m3. According to the annual volume of estimated vinasse production of 3 960 m3 per year, the total estimated cost was US$ 17 731. Key Words: Coagulation, flocculation, jar test, removal, COD, treatment.. III Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. ÍNDICE DE CONTENIDOS. Página JURADO CALIFICADOR ……………………………………………………………….... I. m ica. RESUMEN …………………………………………………………………………….…… II SUMMARY ………………………………………………………………..……….….…... III ÍNDICE DE CONTENIDOS …………………………………………...……………….... IV. uí. ÍNDICE DE TABLAS ………………………………………………………...…...….… VIII ÍNDICE DE FIGURAS ……………………………………………………..………..….... IX. g. Q. ÍNDICE DE ANEXOS ……………………………………………………………………. XI. In. CAPÍTULO I …………………………………………………………………………......… 1 INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………....... 1. de. 1.1. Realidad problemática ……………………………………………………………… 1 1.2. Antecedentes ……………………………………………………………………...... 3 1.3. Marco teórico…………………………………………………………………..…… 5. ca. 1.3.1. Obtención de etanol en Cartavio Rum Company S.A.C. …………………… 5. io te. 1.3.2. Vinaza ……………………………………………………………………...... 7 1.3.3. Parámetros fisicoquímicos representativos ……………………………..….... 9 1.3.3.1. Demanda química de oxígeno ……………………………………..... 9. bl. 1.3.3.2. Demanda bioquímica de oxígeno ………………………………….... 9 1.3.3.3. Sólidos suspendidos totales ………………………………………... 10. Bi. 1.3.3.4. pH …………………………………………...………………...…… 10. 1.3.4. Coagulación/floculación como tratamiento del efluente vinaza …………… 11 1.3.4.1 Coagulación ……………………………………………………..….. 15 1.3.4.2. Floculación ………………………………………………..…...…... 21. 1.4. Problema …………………………………………………………………………... 23 1.5. Hipótesis ……………………………………………………………………….….. 23 1.6. Objetivos…………………………………………………………………………... 23. IV Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. 1.6.1. Objetivo general…………………………………………………………. 23 1.6.2. Objetivo específico …………………………………………………...…. 23 CAPÍTULO II …………………………………………………………………………..…. 24 MATERIALES Y MÉTODOS …………………………………………………..…... 24. m ica. 2.1. Equipos y materiales …………………………………………………………..….. 24 2.2. Insumos químicos ……………………………………………………………..…... 24 2.3. Objeto de estudio ………………………………………………..…………...…..... 24 2.4. Métodos ………………………………………………………...…………...…….. 25. uí. 2.4.1. Caracterización de la vinaza …………………………………………….….. 25 2.4.2. Prueba de jarras ………………………………………………….……...….. 26. g. Q. 2.4.3. Coagulantes y oxidantes ……………………………………………...…….. 26 2.5. Condiciones de operación …………………………………………………..…….. 26 2.5.1. Etapa previa. Determinación del agente acondicionante de pH ……………. 27. In. 2.5.2. Etapa 1. Interacción de los parámetros en la remoción de DQO ………..…. 28 2.5.3. Etapa 2. Efecto de la concentración de vinaza inicial ………………...……. 28. de. 2.5.4. Etapa 2. Efecto de la concentración de [FeCl 3] ……………………..….…... 28 2.5.5. Etapa posterior. Concentración de lodos ……………………………..…….. 28 2.5.6. Etapa posterior. Costo operativo del proceso …………………………..…... 29. ca. 2.6. Diseño de la investigación …………………………………………………..….…. 29. io te. 2.6.1. Etapa previa. Determinación del agente acondicionante de pH ……..….….. 29 2.6.1.1. [Ca(OH)2] como regulador de pH ……………………………..….... 29 2.6.1.2. [NaOH] como regulador de pH ...……………………………….…. 30. bl. 2.6.2. Etapa 1. Interacción de los parámetros en la remoción de DQO ……..……. 31 2.6.3. Etapa 2. Efecto de la concentración de vinaza inicial ………………...……. 32. Bi. 2.6.4. Etapa 2. Efecto de la concentración de [FeCl3] …………………………...... 32 2.6.5. Etapa posterior. Concentración de lodos ……………………………..….…. 34. 2.7. Análisis de la investigación ………………………………………………...……... 35 2.7.1. Análisis de varianza (ANOVA) ………………………………………..…... 35 2.7.2. Prueba de Tukey ……………………………………………………...…….. 36 2.8. Recopilación de información y preparación inicial de muestras ……………...…... 37 2.8.1. Preparación del material de estudio …………………………………..……. 37 2.8.2. Preparación del cloruro férrico en solución: [FeCl3] .…………………..….. 39 V Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. 2.8.3. Preparación soluciones para prueba de jarras ………………………..…….. 39 2.8.3.1. Determinación de la remoción …………………………...………… 40 2.9. Cronograma de ejecución ………………………………………………...……….. 41 CAPÍTULO III ………………………………………………………………………...….. 42. m ica. RESULTADOS ……………………………………………………………………….. 42 3.1. Etapa previa. Determinación del agente acondicionante de pH ………………..…. 42 3.2. Etapa 1. Interacción de los parámetros en la remoción de DQO ………..……..…. 45 3.3. Etapa 2. Efecto de la concentración de vinaza inicial …………………………..… 48. uí. 3.4. Etapa 2. Efecto de la concentración de [FeCl3] …………………………..………. 51 3.5. Etapa posterior. Concentración de lodos …………………………………….…… 55. g. Q. 3.6. Etapa posterior. Costo operativo del proceso …………………………………..…. 58. In. CAPÍTULO IV ……………………………………………………………………...…….. 61 DISCUSIONES …………………………………………………………….………... 61. de. 4.1. Etapa previa. Determinación del agente acondicionante de pH ………………..…. 61 4.2. Etapa 1. Interacción de los parámetros en la remoción de DQO ………..……..…. 61 4.3. Etapa 2. Efecto de la concentración de vinaza inicial …………………………..… 63. ca. 4.4. Etapa 2. Efecto de la concentración de [FeCl3] …………………………..………. 64. io te. 4.5. Etapa posterior. Concentración de lodos …………………………………….…… 65. bl. 4.6. Etapa posterior. Costo operativo del proceso …………………………………..…. 65. Bi. CAPÍTULO V ……………………………………………………………………...…..….. 66 CONCLUSIONES ……………………………………………………………………. 66. CAPÍTULO VI …………………………………………………………………...……..… 68 RECOMENDACIONES ……………………………………………………………... 68 CAPÍTULO VII …………………………………………………………………...…...….. 69 VI Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. REFERENCIAS BILIOGRÁFICAS ………………………………………………... 69 CAPÍTULO VIII …………………………………………………………………….....…. 75. Bi. bl. io te. ca. de. In. g. Q. uí. m ica. ANEXOS …………………………………………………………………………...…. 75. VII Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. ÍNDICE DE TABLAS. Página Tabla 1. Parámetros exigidos para descargas de aguas residuales industriales ……….…..…. 2 Tabla 2. Características fisicoquímicas de vinaza de melaza ……………………………...… 8. m ica. Tabla 3. Clasificación de tipos de coagulantes ………………………………………..…… 16 Tabla 4. Reacciones del hierro (III) en solución acuosa ………………………………….... 17 Tabla 5. Tipos de floculante ……………………………………………………………...… 22 Tabla 6. Etapas de investigación ………………………………………………………….... 26. uí. Tabla 7. Nomenclatura de las variables …………………………………………………...... 29 Tabla 8. Matriz de experimentos con [Ca(OH) 2] como regulador de pH ………………...... 30. g. Q. Tabla 9. Matriz de experimentos con [NaOH] como regulador de pH ………………..…… 31 Tabla 10. Matriz de experimentos para determinación de condiciones de operación …..….. 32 Tabla 11. Matriz de experimentos para vinaza inicial ………………………………...……. 33. In. Tabla 12. Matriz de experimentos con valores de [FeCl3] ……………………………...….. 33 Tabla 13. Matriz de experimentos para el ratio de lodos ……………………………..……. 34. de. Tabla 14. Parámetro de caracterización fisicoquímico inicial …………………………..…. 37 Tabla 15. Resultados de la caracterización inicial de la vinaza cruda ………………..……. 37 Tabla 16. Preparación del material de estudio ………………………………………..……. 38. ca. Tabla 17. Volumen de dosificación de [FeCl3] ……………………………………..……… 39. io te. Tabla 18. Resultado de experimentos con [Ca(OH)2] como regulador de pH …………..…. 43 Tabla 19. Resultado de experimentos con [NaOH] como regulador de pH ……………..…. 43 Tabla 20. Resultados de remoción para el diseño A×B×C = 30 y 2 repeticiones ………..… 45. bl. Tabla 21. Resultado de experimentos para concentración de vinaza inicial ……………..… 48 Tabla 22. Resultados de experimentos para la concentración de [FeCl3] ………………..… 52. Bi. Tabla 23. Ratio de lodos obtenido ……………………………………………………...….. 56 Tabla 24. Condiciones de operación de planta ………………………………………..….… 59 Tabla 25. Gastos proyectados anuales de operación en el tratamiento de vinaza ……..…… 60. VIII Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. ÍNDICE DE FIGURAS. Página Figura 1. Alambique de cobre ..……………..…………………………………….……...….. 6 Figura 2. Columnas de destilación multipresión APC ………………………………………. 7. m ica. Figura 3. Efecto Tyndall: dispersión de la luz por las partículas coloidales ……………..… 12 Figura 4. Movimiento browniano: La trayectoria de las partículas coloidales es. zigzagueante, debido a los choques con las moléculas de disolvente …………………….... 12 Figura 5. Doble capa difusa de una partícula coloidal …………………...……………..….. 13. uí. Figura 6. Proceso de coagulación ………………………………………………………...… 15 Figura 7. Vinaza sobre un agitador mecánico …………………………………………..….. 25. g. Q. Figura 8. Cronograma de ejecución de pruebas 2016 ……………………………….…..…. 41 Figura 9. ANOVA para la determinación del agente acondicionante de pH con intervalo de confianza de 95 % ……………………………………………………...…. 44. In. Figura 10. Reporte de significancia individual para el agente regulador y variación de pH con intervalo de confianza del 95 % …………………………………..….. 44. de. Figura 11. ANOVA para la interacción de los parámetros con intervalo de confianza de 95 % ………………………………………………………………………….. 46 Figura 12. Reporte de significancia individual para la interacción de los. ca. parámetros en la remoción del DQO para un intervalo de confianza del 95 % …...……..… 47. io te. Figura 13. Reporte de significancia agrupado para la interacción de los parámetros con intervalo de confianza del 95 % ………………………………………….... 47 Figura 14. ANOVA para la concentración de vinaza inicial con intervalo. bl. de confianza de 95 % …………………………………………………………………..….... 48 Figura 15. Efecto de la concentración inicial de vinaza vs la remoción de. Bi. DQO, se muestran los resultados de variabilidad de cada uno de los puntos……………..... 49 Figura 16. Comparación múltiple de Tukey para la elección de la vinaza inicial con un intervalo de confianza del 95 % ……………………………………………..……... 50 Figura 17. Intervalos de confianza simultáneos para la elección de la vinaza inicial con un intervalo de confianza del 95 % ....………………………………………..… 51 Figura 18. ANOVA para la concentración de [FeCl3] con intervalo de confianza de 95 % .. 52 Figura 19. Efecto de la concentración de [FeCl3] vs la remoción de DQO,se muestran los resultados de variabilidad de cada uno de los puntos ……………….....….…. 53 IX. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. Figura 20. Comparación múltiple de Tukey para la concentración de [FeCl3] con un intervalo de confianza del 95 % …………………………………………………………..... 54 Figura 21. Intervalos de confianza simultáneos para la concentración de [FeCl3] con un intervalo de confianza del 95 % ……………………………………………………….... 55 Figura 22. Análisis de varianza con intervalo de confianza de 95 % para evaluar el efecto sobre el ratio de lodos ……………………………………………………………….. 57. m ica. Figura 23. Reporte de significancia individual para la interacción de los parámetros en el ratio de lodos para un intervalo de confianza del 95 % ………………..…………...… 57. Bi. bl. io te. ca. de. In. g. Q. uí. Figura 24. Efecto de la concentración inicial del ratio de lodos vs la remoción de DQO ..... 58. X Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. ÍNDICE DE ANEXOS. ANEXO 1. Memoria de cálculo de concentración inicial de vinaza ……………….…….... 76 ANEXO 2. Memoria de cálculo de concentración inicial de vinaza …………………...….. 79 ANEXO 3. Resultados de laboratorio NKAP S.R.L. ………………………………………. 82. m ica. ANEXO 4. Informe de resultados de laboratorio SAG …………………………………….. 96 ANEXO 5. Fotografías de la parte experimental ………………………………………....... 99 ANEXO 6. Valor de la distribución de Fisher ………………………………………..…... 101 ANEXO 7. Valor de la distribución de Turkey ………………………………………..….. 103. Bi. bl. io te. ca. de. In. g. Q. uí. ANEXO 8. Procedimiento para prueba de jarras ………………………………………… 105. XI Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN. m ica. 1.1. Realidad Problemática. Dentro de la industria del ron de caña de azúcar existe un proceso de fermentación seguido. uí. por una destilación, donde la melaza fermentada es alimentada a una columna de destilación. g. Q. para obtener por el tope de la columna alcohol etílico como producto principal y en los fondos un residuo líquido de color oscuro denominado vinaza el cual contiene una relación. In. promedio de 90 % de agua y 10 % de sólidos. (FAO, 1998).. La vinaza es un residuo contaminante por su elevada carga orgánica, sales minerales, altos. de. contenidos de DBO (demanda bioquímica de oxigeno), DQO (demanda química de oxigeno). ca. y turbidez además de pH ácido. (Vlyssides et al., 1988) Sin ningún tratamiento previo puede generar la contaminación de aguas superficiales y subterráneas implicando riesgos a la salud. io te. de la población, alteraciones en la producción agrícola y muerte de la flora y fauna de. bl. ecosistemas. (Robles y Villalobos, 2009). Bi. El DECRETO SUPREMO Nº 021 – 2009 – VIVIENDA, donde se aprueban Valores Máximos Admisibles (VMA) de las descargas de aguas residuales no domésticas en el sistema de alcantarillado sanitario, se crea con el objetivo de regular el vertimiento estableciendo parámetros según el tipo de efluente generado. Debido a esta exigencia legal obliga a que las empresas productoras de residuos con cargas contaminantes, realicen un tratamiento adecuado a su efluente antes de su descarga.. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. Una de ellas es Cartavio Rum Company S.A.C. (CRC en adelante) empresa dedicada a la producción de bebidas alcohólicas mediante la destilación de fermentados de melaza, quien lleva investigando desde el año 2015 procesos de mejora para que de manera rápida y económica permitan la reducción de la carga contaminante de la vinaza cumpliendo los VMA. m ica. los cuales se muestran en la Tabla 1 y verter sus efluentes tratados cumpliendo los requisitos legales.. Tabla 1.. uí. Parámetros exigidos para descargas de agua residuales industriales.. de. In. g. Q. VMA para descargas Parámetro Unidad Expresión al sistema de alcantarillado DBO5 Demandad Bioquímica de Oxigeno (DBO) mg/L 500 mg/L DQO Demanda Química de Oxigeno (DQO) 1 000 mg/L SST Sólidos Suspendidos Totales (S.S.T) 500 mg/L AyG Aceites y Grasas (A y G) 100 Fuente. Adaptado de Decreto Supremo N° 021 – 2009 – VIVIENDA. Ministerio. ca. de Vivienda Construcción y Saneamiento.. En el 2015 CRC inició estudios para el tratamiento de la vinaza generada en su alambique de. io te. producción de alcohol etílico, utilizando un bioreactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) con lodos activados granulados como medio digestor. En esta investigación se logró. bl. reducir el 28 % de DQO, sin embargo, esto no es suficiente, ya que la descarga del efluente. Bi. aún lleva una elevada concentración en materia orgánica y un color intenso. (Merino y Valderrama, 2017). El siguiente trabajo tomó las condiciones de la vinaza a la salida del reactor UASB descrito en el párrafo anterior y se aplicó un proceso fisicoquímico de coagulación floculación (en adelante CF) como tratamiento posterior.. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. La CF es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados para crear una atracción entre las partículas en suspensión, por medio de la adición de los coagulantes químicos y la. m ica. aplicación de la energía de mezclado. Estas sustancias químicas anulan las cargas eléctricas de la superficie del coloide permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando. uí. flóculos. (Avila, 2000). g. Q. 1.2. Antecedentes. La vinaza se ha tratado de varias formas con el fin de darle diferentes usos. Por ejemplo, a. In. nivel agrícola se utiliza en compostaje, como fertilizante líquido en la fabricación de proteína celular y como alimento para animales; sin embargo, presenta algunos problemas ya sea por. de. tiempos de residencia elevados, inversiones altas o dificultades de operación. (Dávila, 2008). ca. Hay una serie de procesos disponibles para el tratamiento de agua y aguas residuales, tales. io te. como productos químicos de coagulación floculación, electrocoagulación, electroflotación, precipitación, sedimentación, extracción, evaporación, filtración con membrana, adsorción. bl. sobre carbón activado, intercambio iónico, oxidación y oxidación avanzada, incineración,. Bi. biodegradación y tratamiento electroquímico. (Martínez, 2007) Sin embargo, los tratamientos completos de las aguas residuales por lo general requieren de pasos y es a menudo apropiado combinar más de un método de tratamiento y purificación para lograr la máxima eficiencia.. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. Se han aplicado métodos de tratamiento biológicos y fisicoquímicos a la vinaza con el objetivo de disminuir el contenido de materia orgánica (MO en adelante) y color. La aplicación de procesos biológicos ha permitido alcanzar eficiencias de remoción del orden del 70 y 80% de MO y color respectivamente, sin embargo, estas aún son altas luego del. m ica. tratamiento. (Zayas, 2010) Esto se debe a que la vinaza tratada aún contiene compuestos recalcitrantes orgánicos: poliaromáticos, polifenólicos, productos de lignina, taninos y ácidos. uí. húmicos. (Narkis y Rebhun, 1975 y 1977; Edwards y Amirtharajarah, 1985). g. Q. El proceso CF consiste en desestabilizar las partículas coloidales que se encuentran en suspensión para favorecer su aglomeración, en consecuencia, se eliminan las materias en suspensión estables; eliminando la turbiedad y la concentración de las materias orgánicas.. In. (Andía, 2000). de. Meza (1996) estudió la CF aplicada a los efluentes provenientes de un reactor anaerobio que. ca. trata vinaza de tequila, determinando la dosis efectiva de floculantes para eliminar MO y el color. Las pruebas se realizaron a nivel de laboratorio en un equipo de jarras, con ayuda de. io te. floculantes como: sulfato de aluminio [Al2(SO4)3], cloruro férrico [FeCl3], Colfloc y permanganato de potasio [KMnO4], variando la dosis del coagulante y el pH de la vinaza.. bl. Los resultados demostraron que el sulfato de aluminio con una concentración de 2,5 g/L. Bi. resulta ser el más conveniente por ser el más económico y por alcanzar eficiencias de remoción del 70 % en color y 37 % en DQO a pH 6.. De manera similar Zayas (2007) estudió el tratamiento fisicoquímico de CF aplicado a efluentes de vinaza de la industria del ron de caña de azúcar provenientes de un tratamiento anaerobio, utilizando como coagulante sulfato de aluminio, cloruro férrico, entre otros de. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. forma individual. De acuerdo a sus resultados experimentales concluyeron que el floculante más adecuado es el cloruro férrico utilizando una dosis 20 g/L obteniendo eficiencias de remoción del 99,8 % en color y turbidez y 75,2 % en DQO a pH de 8,4.. m ica. Para el presente trabajo, se propuso como el floculante más adecuado para la eliminación de color y materia orgánica: el cloruro férrico, debido a que se ha obtenido eficiencias de. uí. remoción del 98,4 % en color, 99,2 % en turbidez y 65 % en DQO. (Zayas, 2010).. g. Q. Considerando la combinación de métodos aplicados al tratamiento de la vinaza influye en la eficiencia de remoción de MO y color, el presente trabajo analiza el proceso de CF como un. In. post tratamiento de la vinaza a la descarga de un reactor anaerobio tipo UASB en CRC.. de. 1.3. Marco Teórico. ca. 1.3.1. Obtención del etanol en Cartavio Rum Company S.A.C.. io te. La empresa CRC cuenta con un alambique (ver figura 1) para la producción de alcohol etílico. bl. al 64 % en volumen en lotes de 1 m3 con capacidad diaria de 4 lotes.. Bi. El principio de este proceso es separar por diferencias de punto de ebullición el alcohol que contiene el mosto fermentado, los vapores de alcohol etílico concentrado se condensan y se retiran por la parte superior, mientras que la vinaza remanente se almacena en la retorta del alambique y se descarga por la parte inferior a razón de 2,5 m3/lote, luego se almacena en un tanque y previamente enfriado se diluye con agua y se elimina eventualmente a una acequia de regadío.. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) io te. ca. de. In. g. Q. uí. m ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 1. Alambique de cobre. Fuente. Cortesía de CRC.. bl. CRC también cuenta con dos columnas de destilación multipresión APC las cuales tienen. Bi. capacidad de 7 m3/día y 14 m3/día de alcohol etílico al 96 % volumen. El alcohol concentrado se retira por la parte superior y la vinaza se descarga por la parte inferior a razón de 11,5 m3/h aproximadamente.. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) de. In. g. Q. uí. m ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ca. Figura 2. Columnas de destilación multipresión APC.. io te. Fuente. Cortesía de CRC.. 1.3.2. Vinaza. bl. La vinaza es un residuo contaminante por su elevada carga orgánica, sales minerales, altos. Bi. contenidos de DBO, DQO y turbidez además de pH ácido (Vlyssides et al., 1988). Se muestra. en la Tabla 2 la caracterización de la vinaza producida en CRC.. Las características y composición de la vinaza dependen de la materia prima usada en la producción de alcohol, es decir del sustrato empleado en la fermentación en este caso melaza;. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. tipo y eficiencia de la fermentación y destilación; y de las variedades y maduración de la caña. (García A., 2006). Tabla 2. Características fisicoquímicas de vinaza de melaza. Símbolo. Unidad. CE. mS/cm. -. Unid Pt Co. SV. mg/L. 1,33. pH. -. Unid pH. 4,35. Temperatura. T. °C. 23,8. Color*. Sólidos Suspendidos Totales. TSS. 30. mg/L. 18 283,33. mg/L. 31 040. TSS. mg/L. 49 325,03. SSS. mg/L. 0,5. -. NTU. 12 646. In. Sólidos volátiles*. 62,06. m ica. Conductividad. Valor. uí. Parámetro. -. g/cm3. 1,05. CaCO3. mg/L. 890. P. mg/L. 22,93. HEM. mg/L. 186,33. Cl-. mg/L. 12 394,66. CNT. mg/L. < 0,01. Demanda Bioquímica de Oxigeno. DBO. mg/L. 51 997,2. Demanda Química de Oxigeno. DQO. mg/L. 95 674,8. Materia Orgánica Suelos*. MO. mg/L. 128 786,68. Sulfatos. SO42-. mg/L. 9 372,56. N. mg/L. 172,31. g. Q. Sólidos Disueltos Totales Sólidos Totales Sólidos Sedimentables* Turbidez* Densidad*. Fosforo Total*. Cloruros. bl. io te. Cianuro Total. ca. Aceites y Grasas* AS. de. Acidez Total*. Bi. Nitrógeno Total*. Numeración de Coliformes Totales. NMP/100 mL. < 1,8. Numeración de coliformes Fecales. NMP/100 mL. < 1,8. Mohos y Levaduras*. UFC /mL. <1. (*) Los métodos indicados no han sido acreditados por el Indecopi – SNA. Fuente. Informe de ensayo laboratorio NKAP S.R.L. T-708-L213-CRC de la vinaza caracterizada de Cartavio Rum Company S.A.C.. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. Las vinazas de los hidrolizados de residuos de caña de azúcar tienen pH ácido, presentan alto contenido de sólidos disueltos (3 400 – 3 700 mg/L) y suspendidos (3 800 – 5 300 mg/L). Las concentraciones de DQO varían de 35 000 a 42 300 mg/L, mientras que para la DBO5 se. 1.3.3. Parámetros fisicoquímicos representativos. Demanda química de oxígeno. g. Q. uí. 1.3.3.1.. m ica. encontraron valores que van desde 17 000 hasta 22 000 mg/L. (Zuñiga y Gandini, 2002). La demanda química de oxígeno (DQO) corresponde al volumen de oxigeno requerido para oxidar la fracción orgánica de una muestra susceptible de oxidación al. In. dicromato o permanganato (oxidación fuerte) en medio ácido, la cantidad de oxidante. O2/L. (SETTE, 2003).. de. consumida se expresa en términos de su equivalencia en oxígeno y se expresa en mg. ca. A menudo se prefiere el método DQO para análisis diarios para procesos de tratamientos de agua residuales, es más reproducible debido a que oxida tanto la. io te. materia orgánica como la inorgánica y requiere poco tiempo para su medición.. bl. (HANNA INSTRUMENTS, 2015). Demanda bioquímica de oxígeno. Bi. 1.3.3.2.. La medición de la demanda bioquímica de oxígeno representa concentración de materia orgánica biodegradable, y se calcula a partir de la disminución de la concentración de oxígeno disuelto, después de incubar una muestra durante un determinado periodo de tiempo (habitualmente 5 días conociéndose como DBO 5) en. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. una botella herméticamente cerrada a temperatura controlada. La medida debe hacerse en la oscuridad, no permitiendo que la luz penetre en la muestra para evitar para evitar la producción fotosintética de oxígeno, y manteniendo un pH entre 7 y 7,5. Se expresa en mg O2/L (DOMENECH y PERAL, 2006). m ica. El oxígeno disuelto de la muestra se mide antes y después del período de 5 días de incubación, y se calcula la DBO5 como la diferencia entre las mediciones inicial y final. El método DBO5 puede considerarse como un test más "natural" para. uí. determinar el oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica. (HANNA. Sólidos suspendidos totales. In. 1.3.3.3.. g. Q. INSTRUMENTS, 2015). Corresponde a la cantidad de material (sólidos) que es retenido después de realizar la. de. filtración de un volumen de agua, estando constituidos por sólidos sedimentables,. ca. sólidos en suspensión y sólidos coloidales. Se pasa una muestra bien mezclada por un filtro estándar y el residuo contenido en el mismo se seca a un peso constante de 103 -. io te. 105 °C Es importante como indicador puesto que su presencia disminuye el paso de la luz a través de agua evitando su actividad fotosintética en las corrientes, importante. Bi. bl. para la producción de oxígeno. (RAMOS, 2003). 1.3.3.4.. pH. El pH nos muestra la concentración de iones hidrógenos de una solución y se define matemáticamente como: pH   log( H 3O  ) . La escala de pH determina lo ácida o básica que es una solución o sustancia, entre un valor de 0 a 14. Para el presente. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. trabajo se utilizó la medida potenciométrica basada en la diferencia de potencial existente entre un electrodo de vidrio indicador y otro de referencia sumergidos en una misma solución. Esta diferencia de potencial es una función lineal del pH de esta.. m ica. (HANNA INSTRUMENTS, 2015). 1.3.4. Coagulación / floculación como tratamiento del efluente vinaza. uí. La CF está compuesta de dos etapas, la primera consiste en desestabilizar las partículas. g. Q. coloidales que se encuentran en suspensión, para favorecer su aglomeración; en consecuencia, se eliminan las materias en suspensión estables. La segunda etapa tiene por objeto permitir el contacto entre los flóculos, la mezcla debe ser suficiente para crear. In. diferencias de velocidad del agua dentro de la unidad, pero no muy grande, ya que los. de. flóculos corren el riesgo de romperse. (ÁVILA, 2000).. ca. Este proceso es utilizado para la remoción de turbiedad, color, sustancias productoras de sabores y olores, materia orgánica y microorganismos. La turbiedad y el color del agua son. io te. principalmente causados por partículas muy pequeñas, llamadas partículas coloidales.. bl. Estas partículas poseen normalmente una carga eléctrica negativa, son estables y no. Bi. sedimentan con rapidez. No pueden eliminarse de una suspensión mediante filtración común, si no con el uso de ultrafiltración, mediante membranas especializadas y algunas de ellas por centrifugación. Los coloides no son visibles bajo un microscopio ordinario, pero pueden visualizarse cuando un rayo de luz pasa por la suspensión, como resultado de la sensación que produce el conjunto de todos los rayos difractados por las partículas coloidales denominado efecto Tyndall. (Scholz, 2016). 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) uí. m ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. g. Q. Figura 3. Efecto Tyndall: dispersión de la luz por las partículas coloidales. Fuente. Adaptado de Jimenez y Macarulla, 1984.. Las partículas coloidales se mueven continuamente con una trayectoria irregular,. In. movimiento denominado browniano (Figura 4). De este movimiento depende en parte, la. de. estabilidad de la disolución evitando la sedimentación de las partículas por acción de la. Bi. bl. io te. ca. gravedad.. Figura 4. Movimiento browniano: La trayectoria de las partículas coloidales es zigzagueante, debido a los choques con las moléculas de disolvente. Fuente. Adaptado de Jiménez y Macarulla, 1984. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. Existe una tendencia natural para que los coloides se coagulen y precipiten. A veces, esta tendencia es contrarrestada por la repulsión mutua de las partículas o por la fuerte atracción entre las partículas y el medio en el cual están dispersos (generalmente agua). Si estos. m ica. efectos son fuertes y la coagulación no ocurre, se dice que la suspensión es estable.. La teoría de doble capa explica esta estabilidad de los coloides, es llamada así debido a como se modela la superficie intermedia entre la partícula coloidal y el seno del líquido como se. uí. muestra en la Figura 5. Los iones que se adhieren fuertemente a la partícula y se desplazan. g. Q. con ella, forman la capa adherida o comprimida, mientras que los iones que se adhieren débilmente constituyen la capa difusa, por lo tanto, hay un gradiente o potencial electrostático entre la superficie de la partícula y la solución, llamado “Potencial Zeta”, esta. Bi. bl. io te. ca. de. In. distribución se observa en la Figura 5. (Andia, 2000). Figura 5. Doble capa difusa de una partícula coloidal. Fuente. Tomado de Barrenechea, 2004.. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. La coagulación se produce por compresión de la capa difusa que rodea a las partículas coloidales. Concentraciones elevadas de electrolito en la disolución dan elevadas concentraciones de contraiones en la capa difusa. El volumen de la capa difusa necesario para mantener el electro neutralidad baja y, por tanto, el espesor de la capa difusa se reduce.. m ica. (Aguilar, 2002). El potencial Z que se establece entre la carga negativa externa de las partículas coloidales. uí. (micelas) y la carga positiva del seno del fluido dispersante próximo a la partícula (la doble. dificultad de coagulación del mismo.. g. Q. capa eléctrica), es una medida de la estabilidad del coloide e indican la mayor o menor. In. Debido a la existencia del potencial zeta y esta doble capa aparece el fenómeno de la repulsión electrostática entre cargas de igual signo, de modo que todo ello fortalece la. de. estabilidad del sistema, las mismas que impiden la aproximación de las partículas a una. ca. distancia suficiente como para que las fuerzas atractivas de Van der Waals entren en acción y agrupen los coloides. La función del coagulante es reducir o eliminar dicho potencial.. io te. (Nieves, 2011). bl. La energía necesaria para producir la desestabilización química de las partículas coloidales. Bi. que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados, se da por medio de la adición cargas positivas (los coagulantes químicos) y una fuerza de mezclado.. En la figura 6 se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas eléctricas de la superficie del coloide permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando flóculos. (Andia, 2000). 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) g. Q. uí. m ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. In. Figura 6. Proceso de coagulación.. Coagulación. ca. 1.3.4.1.. de. Fuente. Tomado de Andia, 2000.. io te. Definido como la acción de aglomerar partículas coloidales, por adición de sustancias coagulantes, debido a la desestabilización por compresión de las dobles capas eléctricas. Bi. bl. que rodean las partículas coloidales. (Nieves, 2011). 1.3.4.1.1.. Tipos de coagulantes. En la tabla 3 se muestran dos grupos: inorgánicos y orgánicos. El uso de cada uno de los coagulantes a escala industrial se evalúa de manera que se establezcan el mejor valor de remoción y al costo más bajo posible.. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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 3. Clasificación de tipos de coagulantes. Inorgánicos. Orgánicos Polímeros de origen.  Sulfato de aluminio hidratado. . Microbiológico.  Aluminato sódico. . Natural como planta, algas o animales. m ica. Sales de aluminio.  Cloruro de aluminio Sales de hierro  Sulfato ferroso. uí.  Sulfato férrico. Otros  Cal. Mecanismos de la Coagulación. de. 1.3.4.1.2.. In. Fuente. Adaptado de Aguilar, 2002.. g. Q.  Cloruro férrico. ca. En disolución acuosa los cationes metálicos [Al3+] y [Fe3+] tienen características comunes. Cuando estas sales se disuelven en agua, el ión metálico (Me) se hidrata. io te. coordinándose con 6 moléculas de agua [Me(H2O)63+], el mismo que se comportan como ácido débil; es decir, donador de protones. El ión acuometálico puede. bl. hidrolizarse y formar especies monoméricas y poliméricas cuya formación depende. Bi. altamente del pH. En general las reacciones de hidrólisis de los metales trivalente se puedan representar como: (Aguilar, 2002). xMe3  yH 2O  Mex OH y. ( 3 x  y ).  yH . (1). 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. Las reacciones de hidrólisis que tienen lugar con el ion férrico hidratado son:. [ Fe( H 2O) 6 ]3.  H 2O . [ Fe( H 2O)5 (OH )]2.  H 3O .  H 2O . (2). m ica. [ Fe( H 2O) 4 (OH ) 2 ]  H 3O . Si una sal de hierro (III) está presente en una concentración menor que la solubilidad del hidróxido metálico, el metal formará monómeros, dímeros y quizás pequeños. uí. complejos poliméricos de hidróxido metálico, además del ion acuoso-metálico libre. En. g. Q. la tabla 4 se presentan algunas de las reacciones que ocurren para el hierro en solución. In. acuosa.. Tabla 4.. Reacciones del hierro(III) en solución acuosa.. ca. de. 2− + 𝐻3 𝑂+ a. 𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)3+ 6 + 𝐻2 𝑂 = 𝐹𝑒(𝐻2 𝑂 )5 (𝑂𝐻) + b. 𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)5 (𝑂𝐻)2+ + 𝐻2 𝑂 = 𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)4 (𝑂𝐻)+ 2 + 𝐻3 𝑂 𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)4 (𝑂𝐻)+ + 𝐻2 𝑂 = 𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)3 (𝑂𝐻)3 + 𝐻3 𝑂+ c. d. 𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)5 (𝑂𝐻)2+ + 𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)5 (𝑂𝐻)2+ = 𝐹𝑒2 (𝐻2 𝑂)8 (𝑂𝐻)4+ 2 + 2 𝐻2 𝑂. io te. Fuente. Modificado de Tratamiento de agua para consumo humano, Plantas de filtración rápida. Centro panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias. bl. del ambiente. Lima, 2004.. Bi. Las reacciones a y c son de ácidos – base, donde el ion acuoso de hierro actúa como ácido y el agua actúa como base. La reacción se produce entre dos monómeros para formar un dímero. (Barrenechea, 2004) A continuación, se muestran otras reacciones del cloruro férrico en el agua: 1) Efecto de alcalinidad:. 2FeCl 3  Ca( HCO3 ) 2   3CaCl2  2Fe(OH )3  6CO2. (3) 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. 2) Efecto al utilizar cal:. 2FeCl3  3Ca(OH ) 2   3CaCl2  2Fe(OH )3. (4). m ica. 3) Efecto de utilizar aluminato sódico:. Factores que influyen en la Coagulación. g. Q. 1.3.4.1.3.. (5). uí. 3NaAlO2  FeCl 3  6H 2O   3 Al (OH )3  Fe(OH )3 3NaCl. In. a) pH:. de. El pH es una medida de la actividad del ion hidrógeno en una solución, y es igual a:. (6). io te. ca. pH   log{ H  }. El pH es la variable más importante en la etapa de coagulación, para cada tipo de agua. bl. a tratar existe un rango óptimo donde la velocidad de coagulación se efectúa rápidamente, esto debido a que está en función de la naturaleza de los iones, de la. Bi. alcalinidad del agua y al tipo de coagulante a ser utilizado; si la coagulación se realiza fuera del rango de pH óptimo entonces requerirá aumentar la dosis del coagulante; aumentando su consumo. (Andía, 2000) Es necesario anotar que los iones acuosos-metálicos de hierro no solo reaccionan con el agua sino también con la alcalinidad como muestra las ecuaciones 7 y 8. Esta favorece que la reacción se produzca. (Barrenechea, 2004). Existe una tendencia positiva de la 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. influencia del pH en la remoción de DQO, esto debido a que ocurre la siguiente reacción al adicionar NaOH o cal como modificadores de pH.. m ica. FeCl 3  3NaOH  3NaCl  Fe(OH)3. 2FeCl 3  3Ca(OH ) 2  3CaCl2  2Fe(OH )3. (7). (8). g. Q. generando hidróxido férrico [Fe(OH)3].. uí. El aumento de pH promueve la reacción se desarrolle hacia el lado derecho y. La formación de un sistema coloidal de [Fe(OH) 3] propicia a la unión de estas, así las. In. partículas coloidales dan lugar a la formación de coágulos, los cuales al aumentar su. de. peso floculan por acción de la fuerza de gravedad. (Tapia y Mamani, 2010). io te. ca. b) Sales disueltas. Las características del agua que influyen en la eficiencia del proceso son la concentración de coloides (medida normalmente mediante la cantidad de turbiedad o. bl. color presente en el agua), la alcalinidad, el pH, el tamaño de las partículas y la. Bi. temperatura. (Barrenechea, 2004). Estas causan una modificación del rango de pH óptimo, del tiempo requerido para la floculación, de la cantidad de coagulantes y de la cantidad residual del coagulante dentro del efluente. (Andía, 2000). 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. c) Temperatura del Agua. Barrenechea en 2004 hace referencia de investigaciones donde se revisa la influencia de este factor en un grupo de plantas de tratamiento de Chicago y establecieron dos. m ica. regiones de variaciones muy marcadas, una entre 0 y 10 °C y la segunda entre 10 y 40 °C.. uí. En la primera zona se encontró que conforme el agua se acercaba a los 0 °C, la. g. Q. remoción de turbiedad se dificulta. Este fenómeno podría deberse al efecto de ordenamiento de su estructura previo a su solidificación o formación de hielo, impidiendo el acercamiento de las partículas para su desestabilización al anularse el. In. movimiento browniano.. de. En el rango de 10 a 40 °C se encontró que la eficiencia era cada vez mejor al aumentar. ca. la temperatura porque se incrementaba la tasa de colisiones entre las partículas. La variación de 1 °C en la temperatura del agua conduce a la formación de corrientes de. io te. densidad (variación de la densidad del agua) de diferentes grados que afectan a la energía cinética de las partículas en suspensión, por lo que la coagulación se hace más. bl. lenta; temperaturas muy elevadas desfavorecen igualmente a la coagulación. (Andía,. Bi. 2000). d) Dosis de coagulante. La selección del coagulante y la cantidad óptima de aplicación se determina mediante los ensayos de prueba de jarras. (Andía, 2000) La cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la coagulación, así:. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. . Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula, la formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto, la turbiedad residual es elevada. Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula, conduce. m ica. . a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto, la turbiedad residual es. 1.3.4.2.. Floculación. g. Q. uí. igualmente elevada.. In. Definido como la formación de flóculos como consecuencias de la unión de partículas en la coagulación mediante un proceso mecánico, químico o mecanoquímico. Esto. de. debido a la desestabilización de partículas coloidales por la adición de polímeros y. ca. posterior formación de puentes partículas-polímero-partícula. (Nieves, 2011). Tipos de floculación. io te. 1.3.4.2.1.. bl. Después que el agua es coagulada es necesario lograr la aglomeración de los. Bi. microflóculos; para que esto suceda se produce primero la floculación pericinética luego la floculación ortocinética. (Andía, 2000). a). Floculación Pericinética. Está producido por el movimiento natural de las moléculas del agua y está inducida por la energía térmica, este movimiento es conocido como el movimiento browniano.. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la 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. b). Floculación Ortocinética. Se basa en las colisiones de las partículas debido al movimiento del agua, el que es inducido por una energía exterior a la masa de agua y que puede ser de origen mecánico o hidráulico.. Tipos de Floculantes. m ica. 1.3.4.2.2.. Según la tabla 5, existen de 3 tipos de floculante según su carácter iónico.. uí. Tabla 5.. g. Q. Tipos de floculante. Tipos. Descripción. Polímeros no iónicos. Poliacrilamidas de peso molecular muy elevado. Polielectricos. In. Copolimeros de actrilato-acrilamida. aniónicos Polielectricos. Polietilenamina o clorhidrato de polivinilamonio. de. catiónicos. io te. ca. Fuente. Adaptado de Muñoz, 2013.. 1.3.4.2.3.. Parámetros en la Floculación. bl. En este proceso influyen aspectos químicos y físicos tales como la el tamaño y. Bi. densidad del flóculo, el pH, número de colisiones entre microfóculos, tiempo de retención en la unidad de floculación y la floculación ortocinética: el grado de agitación mecánico o hidráulico proporcionado para la formación de los flóculos. (Andía, 2010). 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.4. Problema. ¿Es posible determinar las condiciones de operación del proceso de CF (pH, concentración de [FeCl3] y concentración inicial de la solución de vinaza) que logren la. m ica. máxima remoción de DQO en la vinaza generada por la empresa Cartavio Rum Company S.A.C?. g. Q. uí. 1.5. Hipótesis. Es posible determinar las condiciones de operación del proceso CF que logren la máxima remoción de DQO de la vinaza de Cartavio Rum Company S.A.C. mediante. In. pruebas de jarras y análisis estadístico ANOVA.. de. 1.6. Objetivo. Determinar el pH, concentración de [FeCl3] y concentración inicial de vinaza del. io te. . ca. 1.6.1. Objetivo General. bl. proceso CF que permitan obtener la máxima remoción de DQO.. Bi. 1.6.2. Objetivos Específicos. . Caracterizar la vinaza de la empresa CRC.. . Realizar prueba de jarras para determinar las condiciones de operación y el análisis ANOVA de los resultados obtenidos.. . Estimar el costo operativo del tratamiento a partir de los resultados obtenidos.. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.