Uso de la simulación para evaluar el proceso de tratamiento de los efluentes industriales

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA. en ier ía. Qu. ím. ica. ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA. In g. USO DE LA SIMULACION PARA EVALUAR EL PROCESO DE TRATAMIENTO DE LOS EFLUENTES INDUSTRIALES. de. PROYECTO DE TESIS. Autor: Alcina Chavez Lezma Asesor: Dr. Luis Moncada Albitres. Bi. bli. ot. ec. a. Para Optar el Titulo de Ingeniero Químico. TRUJILLO – PERU 2011 II 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. ica. UN T. JURADO CALIFICADOR. en ier ía. Qu. ím. --------------------------------------------Msc .Manuel Vera Herrera Presidente. -------------------------------------------Dr. Luis Moncada Albitres Asesor. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. ------------------------------------------Ing. Walter Moreno Eustaquio Secretario. III 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. UN T. DEDICATORIA. Qu. ím. ica. A Dios por estar conmigo en Cada momento de mi vida, Por darme la fortaleza Para seguir adelante y hacerme La persona que quiere que el sea.. de. In g. en ier ía. A mi difunto padre, por que se que le hubiese gustado ver que alcance mis metas.. Bi. bli. ot. ec. a. A todas las buenas personas Que me rodean y me brindan Su apoyo desinteresado para Hacer cumplir este objetivo.. IV 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. UN T. AGRADECIMIENTO. Esta tesis de pregrado, 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. ica. 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. ím. soporte muy fuerte en momentos difíciles.. Qu. 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.. en ier ía. 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 me brindan su apoyo necesario para seguir adelante.. In g. Agradecer también a mi asesor de tesis Dr. Luis Orlando Moncada Albitres por. Bi. bli. ot. ec. a. de. su apoyo desinteresado para hacer cumplir este propósito.. V 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. UN T. INDICE. Dedicatoria. III. Agradecimientos. V. Índice. VI. ica. Resumen. I. INTRODUCCIÓN 1.1. Qu. ím. Abstract. VIII IX. 1. ANTECEDENTES Y SITUACIÓN ACTUAL DE LA SIMULACION DE PROCESOS. MARCO CONCEPTUAL DEL TRABAJO. 1.2.1. en ier ía. 1.2. DESCRIPCION DEL SIMULADOR. 3 5 5. OBJETIVO. II.. MATERIAL Y METODOS. 8. 2.1. MATERIAL DE ESTUDIO. 8. 2.2. METODOLOGÍA SEGUIDA PARA LA ELABORACIÓN. 8. In g. 1.3. 7. Revisión bibliográfica. 8. 2.2.1.1 Legislación Ambiental en el Perú. 9. Bi. bli. ot. ec. a. 2.2.1. de. DEL TRABAJO. Constitución Política del Perú.. 9. Código del Medio Ambiente y los Recursos Naturales.. 9. Ley Nº 28245, Ley Marco del Sistema Nacional de Gestión Ambiental.. 9. Ley General de Aguas.. 9. Decreto Supremo Nº 028-60 “Reglamento de Desagües Industriales”.. 10. VI 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. 2.2.2. Obtención de información primaria y secundaria en la fuente. 12. COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA PLANTA DE 12. UN T. BARROS ACTIVADOS. DESCRIPCION DE LA PLANTA REAL A SIMULARSE. 13. EXPERIENCIA PREVIA. 14. DESARROLLO DE LA SIMULACION DE LA ETAPA DE. ím. ica. TRATAMIENTO. RESULTADOS. 3.1. RESULTADOS OBTENIDOS. IV.. DISCUSION. V.. PROPUESTA. VI.. CONCLUSIONES. VII.. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. In g. en ier ía. Qu. III.. 15. 17 17. 26. 27. 29. Bi. bli. ot. ec. a. de. 28. VII 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. RESUMEN. UN T. USO DE LA SIMULACION PARA EVALUAR EL PROCESO DE TRATAMIENTO DE LOS EFLUENTES INDUSTRIALES 30 p.. ica. Autor: Br. Alcina Chavez Lezma Asesor: Dr. Luis Orlando Moncada Albitres. ím. En el presente trabajo se analiza la posibilidad de la utilización de. Qu. Simuladores de Plantas de Tratamiento, como herramienta para el diseño y/o verificación de sistemas de tratamiento biológico de efluentes. en ier ía. industriales. La simulación de la planta se realiza sobre la base de los componentes principales que aportan a la DBO del efluente y su cinética de degradación. Los resultados obtenidos, sobre la aplicación del simulador a una planta existente de tratamiento según la técnica de. In g. barros activados, demuestran que puede existir un buen grado de acercamiento entre la planta real y la estimación, si son seleccionados. de. correctamente los parámetros que definen la operación. Información adicional como parámetros de calidad ambiental del efluente tratado y. ot. ec. a. costos asociados a dicho tratamiento completan el análisis efectuado.. Bi. bli. PALABRAS-CLAVES: Simuladores, Efluentes Líquidos, Tratamiento Biológico, Diseño, Costos.. VIII 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. UN T. ABSTRACT. In the present work explores the possibility of using Simulators Treatment. ica. 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. ím. basis of the major components that contribute to the BOD of the effluent. Qu. and its degradation kinetics. The results, on the simulator's application to an existent treatment plant that use activated sludge technique, show that. en ier ía. there may be a good grade of approach between the real plant results and the estimated results, if are selected correctly the parameters that define the operation. Additional information as environmental quality parameters. In g. of treated effluent and associated costs completing the assessment.. Bi. bli. ot. ec. a. Costs.. de. KEY WORDS: Simulators, Effluent Liquids, Biological Treatment, Design,. IX 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. I. INTRODUCCIÓN. UN T. 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. problemática en los últimos años se ha venido utilizando técnicas de cálculo con la ayuda del computador. Estas técnicas se basan en el uso. ica. de diversos lenguajes de programación, a través de los cuales se. ím. resuelven los balances; es decir, se realiza la simulación del proceso. Por otra parte, en la actualidad es de suma importancia cuidar el. Qu. medio ambiente, ya que en los últimos tiempos se ha venido deteriorando, esto trae como consecuencia un desequilibrio en el mismo que trae consigo una disminución de los recursos naturales que tanto aprecia el. en ier ía. ser humano.. El agua es uno de los recursos naturales que no se escapa a esta realidad, siendo probablemente el recurso natural más importante del mundo, ya que sin éste, no podría existir la vida y la industria no. In g. funcionaría. Es así como se ha puesto énfasis enfrentar tal problemática, 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. de. aguas industriales a ser desechadas o reutilizadas.. a. El tratamiento del agua es definido como: “el proceso de naturaleza. ec. físico-química y biológica, mediante el cual se eliminan una serie de sustancias y microorganismos que implican riesgo para el consumo o le. ot. comunican un aspecto o cualidad organoléptica no deseables, y la. Bi. bli. transforma en un agua apta para consumir”. Los objetivos que se pretenden 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/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Reducir al máximo la contaminación y sus efectos. seres vivos que en el viven. Garantizar el desarrollo urbano e industrial.. UN T. Asegurar la protección del medio ambiente y de los. Dada la importancia de predecir el correcto funcionamiento de los. ica. sistemas de tratamiento biológico de efluentes líquidos de alta carga orgánica y el correcto ajuste de los parámetros correspondientes cuando. ím. la misma se va de la operación por la presencia de cargas picos, es que. Qu. se utilizan en la actualidad los simuladores.. Este tipo de herramientas permiten al usuario diseñar o verificar plantas de tratamiento o acondicionamiento de un efluente y además. en ier ía. contar con información económica asociada a las mismas. Lógicamente estos programas son de estimación ya que muchos de sus módulos no presentan procedimientos rigurosos, sin embargo se continúa trabajando en la actualidad para que así lo sea.. In g. En general estos simuladores son de fácil acceso para los usuarios 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. de. podrá posteriormente definir componentes que intervienen en el tratamiento y parámetros de funcionamiento de los equipos principales,. a. seleccionar procedimientos iterativos con un máximo en el número de. ec. iteraciones previsto. La convergencia o divergencia del procedimiento dependerá. que. todos. los. parámetros. intervinientes. hayan. sido. ot. correctamente fijados o seleccionados, en el último caso existirá un. bli. mensaje con el error asociado a la no convergencia del caso. De todas. Bi. 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/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.1 USO DEL AGUA EN LA INDUSTRIA La industria precisa el agua para múltiples aplicaciones, para. UN T. calentar y para enfriar, para producir vapor de agua o como disolvente, como materia prima o para limpiar. La mayor parte, después de su uso, se elimina devolviéndola nuevamente a la naturaleza. Estos vertidos, a veces. se tratan, pero otras el agua residual industrial vuelve al ciclo del agua sin. ica. tratarla adecuadamente. La calidad del agua de muchos ríos del mundo. se está deteriorando y está afectando negativamente al medio ambiente. ím. acuático por los vertidos industriales de metales pesados, sustancias químicas o materia orgánica (ONU, p. 277). También se puede producir. Qu. una contaminación indirecta: residuos sólidos pueden llevar agua contaminada u otros líquidos, el lixiviado, que se acaban filtrando al terreno y contaminando acuíferos si los residuos no se aíslan. en ier ía. adecuadamente (ONU, p. 281).. Los mayores consumidores de agua para la industria en el año 2000 fueron: EE.UU. 220,7 km³; China 162 km³; Federación Rusa 48,7 km³; India 35,2 km³; Alemania 32 km³; Canadá 31,6 km³ y Francia 29,8 km³. En. In g. los países de habla hispana, España 6,6 km³; México 4,3 km³; Chile 3,2 km³ y Argentina 2,8 km³ (ONU, p. 300 - 302).. de. En algunos países desarrollados y sobre todo en Asia Oriental y en el África subsahariana, el consumo industrial de agua puede superar. a. ampliamente al doméstico (OTAKI, p. 85 - 91). El agua es utilizada para. ec. la generación de energía eléctrica. La hidroelectricidad es la que se obtiene a través de la energía hidráulica. La energía hidroeléctrica se. ot. produce cuando el agua embalsada previamente en una presa cae por. bli. gravedad en una central hidroeléctrica, haciendo girar en dicho proceso. Bi. una turbina engranada a un alternador de energía eléctrica. Este tipo de energía es de bajo coste, no produce contaminación, y es renovable.. -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/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El agua es fundamental para varios procesos industriales y maquinarias, como la turbina de vapor, el intercambiador de calor, y procedentes. de. procesos. industriales. UN T. también su uso como disolvente químico. El vertido de aguas residuales causan. varios. tipos. de. contaminación como: la contaminación hídrica causada por descargas de solutos y la contaminación térmica causada por la descarga del. ica. refrigerante.. ím. Otra de las aplicaciones industriales es el agua presurizada, la cual se emplea en equipos de hidrodemolición, en máquinas de corte con. Qu. chorro de agua, y también se utiliza en pistolas de agua con alta presión para cortar de forma eficaz y precisa varios materiales como acero, hormigón, hormigón armado, cerámica, etc. El agua a presión también se. en ier ía. usa para evitar el recalentamiento de maquinaria como las sierras eléctricas o entre elementos sometidos a un intenso rozamiento.. In g. 1.2 TIPOS DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES La gran variedad de procesos industriales genera un amplio abanico de efluentes, que requiere en cada caso una investigación individual y. de. frecuentemente un proceso de tratamiento específico. Además es necesario conocer el sistema de producción de la. a. industria en concreto y los sistemas de organización de los procesos. ec. involucrados. Hay cuatro tipos de efluentes industriales a considerar:. Bi. bli. ot. 1. Efluentes de los procesos generales de fabricación. La mayoría de procesos aumentan la contaminación de los efluentes por el contacto que tienen con gases, líquidos o sólidos. Los efluentes pueden ser continuos o intermitentes. Algunos sólo se producen algunos. meses. agroalimentaria).. al. año. (campañas. Generalmente. la. en. producción. la es. industria regular,. produciendo flujos de contaminantes conocidos. Sin embargo. -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/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. para determinados sectores (química sintética, farmacéutica, constantemente.. UN T. etc.) es muy dificultoso analizar los efluentes ya que cambian. 2. Efluentes específicos. Algunos efluentes son separados de corrientes específicas del proceso tal es el caso: amonio de plantas de carbón.. ica. Baños de electroplatinado, sosa cáustica gastada, licores de. la industria alimentaria.. Qu. Efluentes tóxicos y concentrados.. ím. Condensados de la producción de papel, líquidos madres de. en ier ía. 3. Efluentes procedentes de servicios generales.. 4. Efluentes intermitentes. No deben olvidarse y pueden provenir de vertidos accidentales de productos, durante su manejo o. In g. almacenamiento.. 1.2.1 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 las características. a. de ella influyen en la calidad de los alimentos.. ec. Los solutos que se encuentran en el agua, tales como las sales y los. azucares, afectan las propiedades físicas del agua y también alteran el. ot. punto de ebullición y de congelación del agua. Un mol de sacarosa. bli. (azúcar) aumenta el punto de ebullición del agua a 0.52 °C, y un mol de. Bi. cloruro de sodio aumenta el punto de ebullición a 1.04 °C a la vez que disminuye del mismo modo el punto de congelamiento del agua.. Los. solutos del agua también afectan la actividad de esta, y a su vez afectan muchas reacciones químicas y el crecimiento de microorganismos en 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/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. alimentos. Se denomina actividad del agua a la relación que existe entre la presión de vapor de la solución y la presión de vapor de agua pura.. UN T. 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. ím. el tiempo de expiración de los alimentos.. ica. los alimentos, también existen otros factores como son la preservación y. Otro factor crítico en el procesamiento de alimentos es la dureza del. Qu. agua, ya que esta puede afectar drásticamente la calidad de un producto a la vez que ejerce un papel en las condiciones de salubridad. La dureza del agua mide la concentración de compuestos minerales que hay en una. en ier ía. determinada cantidad de agua, especialmente carbonato de calcio y magnesio. La dureza del agua se clasifica en: Agua blanda,. 17 mg/l. Moderadamente dura, 180 mg/l. In g. Agua dura,. 120 mg/l. La dureza del agua puede ser alterada o tratada mediante el uso de. 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 procesamiento de alimentos. Por ejemplo, el agua dura impide la producción eficaz de. a. bebidas cristalinas. La dureza del agua también afecta la salubridad; de. ec. hecho, cuando la dureza aumenta, el agua pierde su efectividad. bli. ot. desinfectante. Algunos métodos populares utilizados en la cocción de alimentos. Bi. son: la ebullición, la cocción al vapor, y hervir a fuego lento. Estos procedimientos culinarios requieren la inmersión de los alimentos en el agua cuando esta se encuentra en su estado líquido o de vapor. -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/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3 ANALISIS DE LOS VERTIDOS.. UN T. Es uno de los puntos claves a la hora de plantear un tratamiento de. vertidos, ya que una correcta determinación de las características físicoquímicas de los mismos, hará más efectivo el tratamiento seleccionado posteriormente. La elección de los laboratorios y de los métodos de. ica. análisis es fundamental para conseguir el objetivo de la caracterización. ím. del vertido.. A la hora de conocer la carga contaminante de los efluentes industriales. Qu. es necesario recurrir al análisis físico-químico más o menos exhaustivo, según los casos de los mismos. Los contaminantes en las aguas industriales son normalmente una mezcla compleja de compuestos. en ier ía. orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni práctico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de los efluentes industriales. Por las razones anteriores se han desarrollado una serie de métodos empíricos para evaluación de la concentración de contaminantes en. In g. aguas, cuya aplicación no requiere un conocimiento completo de la composición química específica de las aguas consideradas. Los métodos normalizados más importantes para análisis de aguas se dividen en:. de. Determinación de parámetros físico-químicos: turbidez, color, olor, sólidos totales, Dureza total, Dureza Cálcica, Alcalinidad, entre. a. otros.. ec. Determinación de contaminantes inorgánicos específicos: metales, aniones.. Bi. bli. ot. Determinación de contaminantes orgánicos: DQO, DBO, COT.. -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/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.4 TRATAMIENTOS DE EFLUENTES.. UN T. Los vertidos industriales debido a su gran diversidad necesitan un estudio propio de cada industria y por lo tanto procesos de tratamiento diferenciados para cada una de ellas.. Los posibles contaminantes que pueden presentarse en los efluentes. ica. industriales y los métodos de tratamiento que se pueden aplicar en cada caso, son los siguientes:. ím. Elementos insolubles separables físicamente con o sin floculación. Se incluyen en este grupo tanto las materias grasas (grasas,. Qu. hidrocarburos, aceites, etc.) como los posibles sólidos en suspensión (arenas, óxidos, hidróxidos).. Elementos separables por precipitación. En este caso encontramos. en ier ía. los metales como Fe, Cu, Ni, Cr, etc., y aniones como su sulfatos, fosfatos, fluoruros, etc.. Ácidos y bases. Como ácido clorhídrico, sulfúrico, y bases como hidróxido sódico que deben previamente neutralizarse. Elementos. que. necesitar. reacciones. de. oxidación. In g. reducción.. pueden. Como cianuros, cromo hexavalente, sulfuros, cloro, etc.. de. Elementos orgánicos tratables biológicamente. En este grupo se incluiría todos los elementos biodegradables como azúcares, proteínas, fenoles, etc.. a. Elementos que pueden eliminarse por intercambio iónico. Entre. ec. estos se encuentran los radionucleidos y las sales.. ot. Elementos separables por desgasificación o "stripping". Como. Bi. bli. ácido sulfhídrico, amoniaco, etc.. -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/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.5 SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR LODOS ACTIVADOS. UN T. El lodo activado es un proceso de tratamiento por el cual el agua. residual y el lodo biológico (microorganismos) son mezclados y. aireados en un tanque denominado reactor. Los flóculos biológicos formados en este proceso se sedimentan en un tanque de. ica. sedimentación, lugar del cual son recirculados nuevamente al tanque aireador o reactor.. ím. En el proceso de lodos activados los microorganismos son. Qu. completamente mezclados con la materia orgánica en el agua residual de manera que ésta les sirve de sustrato alimenticio. Es importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos. en ier ía. 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.. activados:. In g. Elementos básicos de las instalaciones del proceso de lodos. Tanque de aireación. Estructura donde el desagüe y los. de. microorganismos (incluyendo retorno de los lodos activados) son mezclados.. a. Tanque sedimentador. El desagüe mezclado procedente del. ec. tanque es sedimentado separando los sólidos suspendidos. ot. (lodos activados), obteniéndose un desagüe tratado clarificado.. Bi. bli. Equipo de inyección de oxígeno. Para activar las bacterias heterotróficas. Sistema de retorno de lodos. El propósito de este sistema es el de mantener una alta concentración de microorganismos en el tanque de aireación.. -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/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Una gran parte de sólidos biológicos sedimentables son. UN T. retornados al tanque de aireación. Exceso de lodos y su disposición. El exceso de lodos, debido al. crecimiento bacteriano en el tanque de aireación, son. ica. eliminados, tratados y dispuestos. ím. 1.6 ANTECEDENTES Y SITUACIÓN ACTUAL DE LA SIMULACIÓN DE. Qu. PROCESOS. A través de los años ha aumentado progresivamente el deterioro que ha venido sufriendo el medio ambiente, afectándose por ésta. en ier ía. problemática todos los recursos naturales. El agua es uno de los recursos 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 énfasis enfrentar tal problemática, y para ello se han tomado medidas. In g. 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. ec. a. asegurar un desarrollo urbano e industrial sustentable (Winkler, 1999). Por otra parte, se tiene la necesidad de evaluar y diseñar. ot. eficientemente los sistemas de tratamientos de efluentes líquidos, que. bli. conjuntamente con la disponibilidad en la actualidad de computadores. Bi. 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 áreas de investigación de las universidades, ya que a través de ello se. - 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/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. dispone de una herramienta rápida y confiable para el estudio y optimización de procesos en diferentes áreas de la industria (Petrides et. UN T. al., 2002).. El uso de herramientas dirigidas al Diseño de Procesos Asistido por el Computador (DPAC) ha venido siendo utilizadas con éxito desde el. ica. principio de los años 60, con aplicaciones específicas en la industria. química y petroquímica en el diseño y optimización de procesos. ím. integrados. Estos beneficios son igualmente extensibles en aplicaciones para procesos dirigidos al tratamiento de emisiones atmosféricas, de. Qu. efluentes líquidos, industria farmacéutica, etc. (Petrides et al., 1994) En la actualidad se disponen de una gran cantidad de programas. en ier ía. comerciales para la simulación de procesos dirigidos a la industria química y petroquímica, tales como HYSYS (Hyprotech, Ltd/AEA Engineering Software), ChemCad (Chemstations, Inc.), Aspen Plus (Aspen Technology, Inc.), etc., sólo por mencionar algunos (Rouf et al.,. In g. 2001).. Sin embargo, esta lista resulta limitada en el caso de programas de simulación para procesos no convencionales, como es el caso de. de. procesos para el tratamiento de efluentes líquidos.. a. En tal sentido, la empresa Intelligen Inc. (USA), ha desarrollado un. ec. programa de simulación bajo un enfoque modular secuencial con una estructura accesible a los usuarios y adaptable a sus necesidades, con la. ot. finalidad de simular los procesos industriales continuos y por lotes, pero la. bli. mayor utilidad de dicho programa es la posibilidad de aplicarlo a procesos. Bi. biotecnológicos tal como en los sistemas de tratamiento de efluentes líquidos, así mismo, este programa da la posibilidad de efectuar los cálculos de emisiones y efluentes a la vez que permita realizar la. - 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/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. evaluación económica del proceso propuesto, permitiendo evaluar. 1.2. UN T. diferentes alternativas de solución.. MARCO CONCEPTUAL DEL TRABAJO. ica. 1.2.1 DESCRIPCION DEL SIMULADOR. ím. El simulador de Plantas de Tratamiento de Efluentes Industriales SuperPro Designer v5.1 de Intelligen Inc. (USA), es un simulador de. Qu. procesos de carácter ambiental vinculado con el acondicionamiento de los efluentes líquidos, gaseosos y sólidos producidos en las distintas. en ier ía. industrias de proceso.. 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,. In g. densidad, caudales totales e individuales por componente), una salida con los costos de los equipos principales, un análisis global de costos asociados al sistema de tratamiento, una salida con el impacto ambiental. de. de las corrientes que ingresan y egresan del sistema y un análisis de. a. factibilidad económica de la alternativa planteada.. ec. Posee un banco de datos de propiedades fundamentales (básicas y. ambientales) de 350 componentes, las propiedades derivadas de las. ot. mismas son calculadas cuando la simulación lo requiere. Existe la. bli. posibilidad además de la incorporación de nuevos componentes a la base. Bi. de datos o de modificar las propiedades relacionadas a los existentes. De manera general los modelos de las diferentes operaciones vinculadas a los sistemas de tratamiento comprenden:. - 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/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. -. Reactores químicos y biológicos, con las distintas variantes de operación, entre los cuales podemos citar: reactor aeróbico,. UN T. anaerobio, percolador, fermentador, sistemas de neutralización, incineración, digestor anaerobio, entre otros.. 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. hidrociclones,. fases. y. destilación,. componentes,. como. absorción/desorción,. ím. -. ica. -. ciclones. e. extracción,. decantadores, clarificadores, espesadores, flotación y separadores. Qu. de grasas y aceites. Secadores, distintos tipos.. -. Equipos de intercambio térmico, intercambiadores, condensadores. en ier ía. -. y evaporadores. -. Equipos de impulsión de gases y líquidos.. -. Tanques de almacenamiento y operación (ecualizador). Para el caso especifico del tratamiento de efluentes líquidos. In g. provenientes de industrias alimenticias, con características de alta carga orgánica (DBO), es posible seleccionar unidades como barros activados y. de. lecho percolador, con equipos complementarios de la operación tales como clarificador, separador de grasas, tanque ecualizador, filtros y secaderos de barros generados. Si el efluente en estudio tuviera otro tipo. a. de características, se podrían seleccionar otras operaciones vinculadas al. ot. ec. tratamiento de las mismas. Los pasos a seguir en la simulación de cualquier sistema de. bli. tratamiento implican, selección de los equipos principales intervinientes y. Bi. 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. Especificación de componentes presentes en las corrientes que ingresan indicando concentración o caudal másico. - 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/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. individual, presión y temperatura. Selección de modelos de operación de los equipos que forman parte del sistema de tratamiento y parámetros. UN T. 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. ica. esto se procede a llevar a cabo la etapa de cálculo, que en general. transcurre en escasos minutos o segundos dependiendo de la. ím. complejidad del sistema planteado. En el caso de que este último sea matemáticamente divergente se produce una interrupción en la ejecución. Qu. por exceder el número máximo de iteraciones previstas. Los archivos generados pueden ser leídos en forma de texto o en formato de planilla. 1.3. OBJETIVO. en ier ía. de cálculo.. El objetivo del presente trabajo fue desarrollar un diagrama de flujo. In g. del proceso de tratamiento de efluentes mediante lodos activados y luego simular el proceso de tratamiento de efluentes para determinar las condiciones de operación en cada unidad para obtener los mejores. de. parámetros de operación, los cuales nos lleven a obtener los resultados. II.. MATERIAL Y METODOS. ot. ec. a. deseados en la operación real de la planta de tratamiento.. Bi. bli. 2.1 MATERIAL DE ESTUDIO Se tomó como material de estudio los efluentes líquidos de. mataderos y plantas procesadoras de carne, las cuales según la bibliografía tienen la siguiente composición promedio. - 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/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Cantidad mg/l. DBO. 993. SST. 656. Grasa. 736. Otros. 157. ica. Componente. UN T. Tabla Nº 2.1: Concentraciones de contaminantes en residuos líquidos de mataderos y fabricas procesadoras de carne.. ím. Agua. Para fines de diseño del proceso y la simulación del mismo, la DBO lo. Qu. denominamos como Biomasa y los SST son la proteína ya que está compuesta por residuos de carne, y el rubro otros está compuesto por. en ier ía. residuos de envases (celulosa) y asumiendo un caudal de efluente de 2.78 L/s, se tiene la siguiente tabla. In g. Tabla Nº 2.1: 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. 10000. Bi. bli. ot. ec. a. de. Componente. - 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/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2. METODOLOGÍA SEGUIDA PARA LA ELABORACIÓN DEL. UN T. TRABAJO Para el cumplimiento de los objetivos planteados y que sustentan el desarrollo del presente trabajo, se consideraron las siguientes etapas:. ica. 1. Revisión bibliográfica. 2. Obtención de información primaria en la fuente, sobre el proceso. ím. productivo.. 3. Elaboración del diagrama de flujo del proceso.. Qu. 4. Simulación del Proceso 2.2.1 Revisión bibliográfica. en ier ía. La revisión bibliográfica consistió en la adquisición de información relacionada con: Las diferentes industrias y los efluentes que generan; información general sobre los principales contaminantes de los efluentes y las concentraciones máximas permitidas según el contaminante en los efluentes.. In g. Así mismo se hizo la revisión sobre las normas gubernamentales. de. dadas para los efluentes industriales. 2.2.1.1 Legislación Ambiental en el Perú. a. Constitución Política del Perú.. ec. La Constitución Política del Perú de 1993 contiene en el Capítulo II: Del Ambiente y los Recursos Naturales, la definición de los. Bi. bli. ot. principios y la política nacional sobre los aspectos referidos al ambiente. 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.. - 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/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Código del Medio Ambiente y los Recursos Naturales. El Código del Medio Ambiente y los Recursos Naturales (Decreto. UN T. Legislativo No 613 del 07 de septiembre de 1990) señala en el. Artículo I del Título Preliminar, que “Toda persona tiene derecho irrenunciable a gozar de un ambiente saludable, así como el deber de conservar dicho ambiente, precisando que es obligación del. ím. compatible con la dignidad humana”.. ica. Estado mantener la calidad de vida de las personas a un nivel. Ley Nº 28245, Ley Marco del Sistema Nacional de Gestión. Qu. Ambiental.. La Ley tiene por objeto asegurar el más eficaz cumplimiento de los objetivos ambientales de las entidades públicas; fortalecer los. en ier ía. 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 funciones y de asegurar que se evite en el ejercicio de ellas. In g. superposiciones, omisiones, duplicidad, vacíos o conflictos. Estándares de Calidad Ambiental-ECAs 2008 y Ley General de. de. Aguas.. La Ley General de Aguas, promulgada por D.L. N° 17752, y sus. ec. a. Reglamentos legislan sobre la materia dentro del ámbito nacional. Según la ley, no existe propiedad privada de las aguas, ni derechos. Bi. bli. ot. adquiridos sobre ellas. El uso justificado y racional del agua sólo puede ser otorgado en armonía con el interés social y el desarrollo del país. El Estado formula la política que rige su utilización y preservación.. - 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/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El Artículo 57 establece “Ningún vertimiento de residuos sólidos, líquidos o gaseosos podrá ser efectuado en las aguas marítimas o Sanitaria”.. UN T. terrestres del país sin la previa autorización de la Autoridad. Los Estándares de Calidad Ambiental ECAs, decretados por el del Ambiente,. MINAM,. mediantre. RM.. Nª 002-. ica. Ministerio. 2008/MINAM establece de manera estricta y clara los tipos de. ím. calidad de agua que debe existir en un espacio de acuerdo a las. Qu. actividades que se realizan en su entorno. Decreto Supremo Nº 028-60 “Reglamento de Desagües Industriales”.. en ier ía. En el Artículo 3º señala:. Bajo ninguna circunstancia será permitido descargar en las redes públicas de desagües los siguientes residuos: Basuras o restos de comida.. b). Gasolina y solventes industriales.. c) d). In g. a). Barros y arenas. Alquitranes, materiales bituminosos y viscosos. Pegamentos y cementos.. f). Plumas, huesos, trapos e hilachas.. g). Trozos de metal, vidrios, madera, cerámica y. Bi. bli. ot. ec. a. de. e). materiales similares capaces de producir atoros.. h). Gases peligrosos para la vida y la salud.. i). Productos residuales del petróleo.. j). Aquellos que pueden ser tóxicos o convertirse en tales al mezclarse con los ácidos naturales del líquido cloacal, cianuros, fenoles, arseniatos, etc.. - 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/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. k). Aquellos que sean corrosivos e incrustantes o que puedan convertirse en tales al reaccionar con los. l). UN T. gases y ácidos naturales de los líquidos cloacales.. Aquellos que contengan en elevada concentración sulfatos y sulfitos.. m). Aquellos que sean radiactivos en condiciones y reglamentos internacionales.. Aquellos que contengan iones de metales pesados.. ím. n). ica. concentraciones superiores a los establecidos por los. Qu. Artículo 4º:. No se aceptará en ningún caso el ingreso directo a las redes públicas de desagüe de:. en ier ía. a) Las aguas de lavado de pisos de talleres y fábricas. b) Las aguas sobrantes de la construcción civil. c) Substancias volátiles.. d) Minerales precipitables o solubles.. In g. 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.. a. Artículo 5º. ec. Todo residuo industrial que ingrese a las redes públicas de. Bi. bli. ot. 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 desagüe. c) Los líquidos grasos que ingresen al colector, deberán tener una concentración menor de 0,1 g./L., en peso.. - 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/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. d) Las substancias inflamables que ingresen al desagüe deben tener un punto de ignición superior a los 90 °C y. UN T. 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 capacidad donde sean neutralizados. D.B.O.. (Demanda. Bioquímica. sobrepasará las 1,000 p.p.m.. de. Oxígeno),. no. ím. f) La. ica. fuertemente alcalinas, deberán tener tanques de suficiente. g) Los sólidos sedimentables no tendrán concentración mayor. Obtención de información primaria y secundaria en la. fuente. en ier ía. 2.2.2. Qu. a 8.5 mL./L./h. (mililitros/Litro/hora).. COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA PLANTA DE BARROS ACTIVADOS. Una planta tipo de barros activados con recirculación consistirá de. In g. una base de aireación donde se ponen en contacto, un tiempo suficiente, biomasa y sustrato con el oxígeno disuelto proveniente de los sistemas de aireación, obteniéndose la degradación del sustrato. de. por medio de un cultivo bacteriano disperso en forma de flóculos presentes en el medio. El ingreso al mismo consiste de carga fresca y. a. recirculante. Un tanque de sedimentación secundario, completa la. ec. operación, encargado de la separación de la salida del reactor biológico, en dos corrientes: el sobrenadante como efluente tratado y. Bi. bli. ot. el fondo como barro de recirculación. Una parte de estos se purga con el objeto de mantener constante la. concentración bacteriana y se derivan a la unidad de tratamiento respectiva para luego pasar a disposición final.. - 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/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DESCRIPCION DE LA PLANTA REAL A SIMULARSE La Planta, de la cual provienen los efluentes, realiza el. UN T. procesamiento de huevos de aves de corral, con las siguientes etapas:. lavado, desinfección y secado, rotura y separación de cáscara,. separación yema-clara, pasteurización, incorporación de aditivos (azúcar, sal y saborizantes) y envasado final. Con un procesamiento. ica. de 1.000.000 huevos diarios.. máquinas. lavadoras. de. huevos,. ím. Los efluentes líquidos generados provienen principalmente de las limpieza. de. equipos. y. del. Qu. establecimiento. Estos desagües, junto con los cloacales de baños y vestuarios del personal (que representan un 3% del total) son derivados a una colectora principal desde la cual pasan a la planta de. en ier ía. tratamiento. Previo a su ingreso al sistema de degradación biológica, son expuestos a un tratamiento primario (rejas y desengrasador). El efluente generado tiene flujo de 18 m3/h con una DBO promedio de 2.100. mg/l,. debida. principalmente. a. la. presencia. de. altas. concentraciones de proteínas y en menor grado de glucosa, por lo cual. In g. estos serían los compuestos principales a degradar. La Planta de tratamiento contigua a la de procesamiento, consiste. de. de una cámara de rejas de 1,80 m de largo por 0,80 m de ancho y por 0,60 m de profundidad, las rejas tienen una inclinación de 45º, con una. a. velocidad de pasaje de 0,60 m/s y una retención de 40 l/m3. La. ec. siguiente cámara es una desengrasadora de 3,90 m de largo por 2,30 m de ancho y por 1,60 m de profundidad, con un tiempo de residencia. ot. de 45 minutos (eficiencia de remoción del 70%). La cámara de. bli. aireación es de 1120 m3 (20 m de largo por 20 m de ancho por 2,80 m. Bi. de. profundidad). y. el. sedimentador. secundario,. colocado. a. continuación, es de 100 m3 (10 m de largo por 2 m de ancho y por 5 m de profundidad). Completan el tratamiento un conjunto de playas de secado de 300 m2 de superficie total y una cámara de cloración. - 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/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. destinada al acondicionamiento final del efluente tratado, con dimensiones de 6 m de largo por 2 m de ancho y por 1,10 m de. UN T. profundidad.. EXPERIENCIA PREVIA. ica. Dadas las características del simulador utilizado que no permite el ingreso del contenido de materia orgánica total sin discriminar. ím. componentes, fue necesario asignar esa cantidad a las proteínas y a la glucosa presentes en la corriente. Dado que además se desconocía. Qu. la proporción proteína/glucosa en el efluente líquido se debieron realizar corridas previas para verificar la influencia de tal relación en la. en ier ía. carga final obtenida. Se utilizaron cuatro relaciones expresadas como porcentaje del total de carga contaminante o DBO presente, como se muestra en la Tabla 1:. Tabla 1: Distintas relaciones de Proteína y Glucosa en los casos. In g. estudiados. Caso. B. C. D. 100/0. 95/05. 90/10. 85/15. de. Relación %Proteína /Glucosa. A. Se tomó como punto de partida un sistema de barros activados. ec. a. compuesto por un mezclador de corrientes: fresca y reciclo de barros, la base de aireación, el tanque clarificador (sedimentador. ot. secundario) y un divisor de corrientes: purga y reciclo de barros. Bi. bli. (cuyo esquema se muestra en la Figura Nº1) En el caso del tanque de aireación se utilizó el modelo de degradación de Monod vinculado a sistemas donde el factor limitante del crecimiento es el sustrato. En el sedimentador se fijó inicialmente un tiempo de residencia en 2 horas.. - 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/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Los resultados obtenidos muestran que el sistema de tratamiento descripto anteriormente, se comporta de manera similar frente a una. UN T. DBO inicial de 2100 mg/l y repartida en las cuatro relaciones antes. mencionadas, tomando como parámetro de verificación la demanda biológica de oxígeno de la corriente final, la que oscila entre 18,1 mg/l y 15,7 mg/l (variación relativa porcentual de 1,33%), valores. DE. LA SIMULACION. DE. LA ETAPA DE. ím. DESARROLLO. ica. inferiores a los 50mg/l fijados en la reglamentación vigente.. Qu. TRATAMIENTO. El sistema básico es el correspondiente al planteado en las pruebas. Figura 1: Esquema del Tratamiento según Barros Activados.. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. con distintas relaciones proteína/glucosa (ver Figura 1).. - 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/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Componentes a degradarse: Proteína, Glucosa y Grasa con datos. UN T. asociados de coeficientes estequiométricos y cinética de degradación. El simulador utiliza una expresión general de degradación con un término de sustrato, un término de oxígeno y un término de biomasa, relacionados. por medio de una constante de velocidad máxima. Dentro del término de. ica. sustrato se seleccionó el modelo de Monod, para la constante de velocidad máxima se tuvo en cuenta su dependencia con la temperatura.. Degradación de la Glucosa: C6H12O6. 2. + 0,30 H2O + 0,40 Biomasa. en ier ía. Degradación de Proteínas o grasas: CH1,80O0,50N0,20. Qu. ím. Ecuaciones que rigen la degradación de los componentes:. 0,30 CO2 + 0,30 H2O + 0,40 Biomasa. (1). (2). Decaimiento de la biomasa:. (3). In g. Las constantes de velocidad de reacción y constante media de. de. saturación son recuperadas de la base de datos.. a. Sedimentador Secundario:. ec. Tipo de Tanque: rectangular, Profundidad: 5m, Relación largo/ancho: 10/2, Tiempo de residencia: 2h, Número de unidades: 1, Concentración. bli. ot. de partículas: 5.000 mg/l en fondo.. Bi. Mezclador de flujo: Mezclador de efluente fresco y reciclo de barros.. - 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/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. Divisor de corrientes: Divide la salida de barros del sedimentador secundario en una Purga y un. Reciclo a la base de aireación. Porcentaje de purga de barros 40% (se. probaron distintos porcentajes con el objeto de cerrar correctamente el. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Qu. ím. ica. balance de materia).. - 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/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. III. RESULTADOS. 3.1 RESULTADOS OBTENIDOS. ica. Las siguientes tablas, obtenidas de la salida de la simulación,. ím. brindan información sobre corrientes, equipos y costos asociados.. En la Tabla 1 es posible observar la información de las distintas. Qu. corrientes involucradas y definidas según la nomenclatura de la Figura 1. Básicamente esta información consiste en los caudales másicos y. en ier ía. 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).. In g. Dado que en este caso no se está trabajando con componentes volátiles las corrientes de emisión en la base de aireación y el sedimentador son cero. La tabla resulta ser una herramienta útil para. de. verificar con qué margen de error cerró el balance de materia, luego del. Bi. bli. ot. ec. a. procedimiento iterativo.. - 26 -. 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) UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 1 Balances individuales y Totales en las distintas corrientes. °C bar g/l. 25.0 1.0 1000.1. 25.0 1.0 957.0. 25.0 1.0 762.3. 25.0 1.0 762.7. ría. TEMP PRES DENSITY. Qu. STREAM PROPERTIES. ím. ica. STREAM REPORT ================================================================================================== STREAM NAME S-101 S-102 S-106 S-105 S-108 S-109 S-110 SOURCE INPUT M-101 CL-101 AEB-101 CL-101 FS-101 FA-101 DESTINATION M-101 AEB-101 OUTPUT CL-101 FS-101 M-101 OUTPUT ==============================================================================================================. 25.0 1.0 763.7. 25.0 1.0 763.7. 25.0 1.0 763.7. COMPONENT FLOWRATES (kg/h averaged) 0.0409 8.9774 0.0264 0.0008 0.0024 0.0000 0.0000 0.2275 15973.5891. nie. 12.2461 1.7169 7.8970 1.0001 3.0005 0.0000 0.0000 30.0435 21054.8039. ge. 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 3.0000 0.0000 0.0000 30.0000 18000.0000. 20.4513 11.8388 13.1878 0.0010 0.0032 0.0000 0.0000 0.3000 21064.9259. 20.4101 2.8614 13.1617 0.0002 0.0008 0.0000 0.0000 0.0725 5091.3399. In. Biomass Carb. Dioxide Deadbiomass Fats Glucose Nitrogen Oxygen Proteins Water. 12.2461 1.7169 7.8970 0.0001 0.0005 0.0000 0.0000 0.0435 3054.8039. 8.1640 1.1446 5.2647 0.0001 0.0003 0.0000 0.0000 0.0290 2036.5359. Bi. bli. ot. ec. a. de. ================================================================================================== TOTAL (kg/h) 18034.0000 21110.7080 15982.8644 21110.7080 5127.8466 3076.7080 2 0 5 1 . 1 3 8 6 TOTAL (m3/h) 18.0314 22.0601 20.9654 27.6798 6.7144 4.0286 2.6857 ==================================================================================================. 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/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La siguiente tabla (Tabla 2) muestra la información correspondiente a las corrientes entradas y salidas netas del sistema las que han sido. UN T. llevadas a información de impacto ambiental evaluada como contribución. de cada componente a parámetros característicos que definen las. corrientes, tales como Carbono Orgánico Total (TOC), Demanda Química. de Oxígeno (DQO), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), N2 (total,. ica. amoniacal y de nitratos-nitritos), fósforo y sólidos presentes. Esta salida permite verificar la magnitud de los parámetros mencionados anteriormente. ím. en las corrientes finales: efluente tratado y barros purgados del sistema. En el primer caso la información se utilizó para verificar si la misma cumplía. Qu. con el objetivo planteado, esto es que la DBO final fuera menor que 50mg/lt, tal como se señaló anteriormente.. en ier ía. Tabla 2 Parámetros de Calidad Ambiental. In g. ENVIRONMENTAL IMPACT REPORT LUMPED ENVIRONMENTAL STREAM PROPERTIES Section ==================================================== STREAM NAME S-101 S-106 S-110 SOURCE INPUT CL-101 FS-101 DESTINATION M-101 OUTPUT OUTPUT ==================================================== STREAM PROPERTIES °C bar. de. TEMP PRES. Bi. bli. ot. ec. a. TOC COD ThOD BODu BOD5 TKN NH3 NO3/NO2 TP TS mg TSS mg VSS mg DVSS mg TDS mg VDS mg DVDS mg. mg C/l mg O/l mg O/l mg O/l mg O/l mg N/l mg N/l mg N/l mg P/l Slds/l Slds/l Slds/l Slds/l Slds/l Slds/l Slds/l. 25.0 1.0. 25.0 1.0. 920.1 3360.7 3360.7 3024.3 2109.0 189.7 189.7 0.0 33.3 1830.1 0.0 0.0 0.0 1830.1 1830.1 1830.1. 6.9 25.8 25.8 23.7 16.2 1.6 1.6 0.0 0.3 14.2 3.2 2.9 2.9 11.0 11.0 11.0. 28. 25.0 1.0 2429.7 9119.9 9119.9 8390.2 5705.4 571.2 571.2 0.0 100.0 5110.9 5000.0 4500.0 4500.0 10.9 10.9 10.9. 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/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Las tablas a continuación se refieren a la evaluación económica de la planta de tratamiento, en sus distintos items. Resta aclarar que para dicha. UN T. evaluación se consideraron procedimientos y factores de estimación de costos que el simulador tiene asignados en su base de datos para plantas. de este tipo. En algunos casos se puede observar factores ligeramente aspectos vinculados al ítem en cuestión.. ica. superiores a los normales pero ello obedece a que se cubren todos los. ím. En la Tabla 3 se indican las capacidades de los equipos principales y precio FOB de los mismos en dólares estadounidenses, de acuerdo a los. Qu. materiales que el simulador fija en cada caso, los costos recuperados de la base de datos correspondiente y realizando la estimación de acuerdo a un costo de referencia para una dada capacidad. El 20% que aparece al final. en ier ía. corresponde a los equipos menores utilizados como por ejemplo el sistema de bombeo de efluente ingresante y de barros de purga y reciclo. Se observa un valor demasiado elevado para la unidad de aireación que no se condice con los que actualmente se trabajan en otros países.. In g. Tabla 3. Especificación de equipos principales y precio FOB.. Aeration Basin Total Vol.. = 1114.29. m^3. ec CL-101. Clarifier Area = 20.00 m^2. ot. 1/0. AEB-101. a. 1/0. de. MAJOR EQUIPMENT SPECIFICATION AND FOB COST (1996 prices) =========================================================================== Quantity/ Description Unit Cost Cost Stand-by ($) ($) ---------------------------------------------------------------------------. M-101. bli. 1/0. FS-101. Flow Splitter Throughput = 5.12 m3/h. 1228000. 32000. 32000 0. 0. 0. 0. Bi. 1/0. 2-Stream Mixer Throughput = 18.03 m3/h. 1228000. Cost of Unlisted Equipment315000 20.0 % of Total ========================================================================= TOTAL EQUIPMENT PURCHASE COST1575000 ==========================================================================. 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/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En la Tabla 4 aparecen los costos directos calculados según un porcentaje del costo total de los equipos intervinientes (Método de Factor),. UN T. los costos indirectos calculados de igual manera y los costos totales (TPC) como suma de los dos anteriores más los honorarios del contratista y las. contingencias tomadas como un 10% del TPC. Se observa en algunos. casos porcentajes demasiado elevados para este tipo de plantas como es. ím. ica. el caso de las cañerías de proceso e instrumentación.. Qu. Tabla 4. Estimación del capital fijo.. FIXED CAPITAL ESTIMATE SUMMARY (1996 prices) =========================================================================== A. (physical cost). en ier ía. TOTAL PLANT DIRECT COST (TPDC). (PC). unlisted) X PC) X PC) X PC) X PC) X PC) X PC) X PC). $. 1575000 158000 551000 630000 47000 158000 709000 236000 630000. In g. 1. Equipment Purchase Cost 2. Installation (summed over all units, inc. 3. Process Piping (0.35 4. Instrumentation (0.40 5. Insulation (0.03 6. Electrical (0.10 7. Buildings (0.45 8. Yard Improvement (0.15 9. Auxiliary Facilities (0.40 ----------------------- TPDC = 4694000. de. B. TOTAL PLANT INDIRECT COST (TPIC) (0.25 X (0.35 X. TPDC) TPDC). 1174000 1643000. ec. a. 10. Engineering 11. Construction ----------------------- TPIC = 2817000. C. TOTAL PLANT COST (TPDC + TPIC). ot. 12. Contractor's fee. bli. 13. Contingency --------------------- (12+13) =. TPC. =. (0.05 X TPC). 7511000 376000. (0.10 X TPC). 751000. Bi. 1127000. ========================================================================= D. DIRECT FIXED CAPITAL (DFC) TPC + 12 + 13 =8638000 ===========================================================================. 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/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En la Tabla 5 se contabiliza el consumo de energía (aireadores,. Tabla 5. Requerimiento de Servicios. UN T. sistema de bombeo) y el costo asociado al mismo.. en ier ía. Qu. ím. ica. UTILITY REQUIREMENTS (1996 prices) ========================================================================== ELECTRICITY (10.0 ¢/kWh) -------------------------------------------------------------------------- Process Step Power Annual Amount Cost Name ( kW ) ( kWh ) ( $/yr ) -------------------------------------------------------------------------AEB-101 43.7 345946 35000 CL-101 0.6 5001 1000 Unlisted Equipment ( 5.0% of total ) 2000 General Load (5.0% of total ) 2000 -------------------------------------------------------------------------- SUBTOTAL 40000 ========================================================================== TOTAL 40000 ==========================================================================. La última tabla (Tabla 6) muestra los costos operativos totales anuales, en los mismos se incluyen ítems tales como elementos de. In g. mantenimiento, seguros, impuestos, gastos de organización y seguridad, calculados aplicando un factor sobre el Capital Fijo Directo. De la misma forma se calculan los items vinculados a la mano de obra: operación,. de. mantenimiento, supervisión, laboratorio, etc. Los resultados son Costo. Bi. bli. ot. ec. a. Operativo Anual incluyendo Depreciación y no incluyéndola.. 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/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 6. Evaluación económica de la alternativa planteada. 1. DFC-DEPENDENT ITEMS (DFC = $ all (0.01 (0.02 (0.05. $. units) X DFC) X DFC) X DFC). 2. LABOR-DEPENDENT ITEMS. X X X X. Qu. (0.40 (0.20 (0.10 (0.15. (6174 h X 18.0 $/h) (summed over all units) (a+b)) (a+b)) a) a). en ier ía. a. Operating labor b. Maintenance labor c. Fringe benefits d. Supervision e. Operating supplies f. Laboratory --------------------30800. 821000 64000 86000 173000 432000. ica. over. 8638000). ím. Depreci ation ial Maintena (summed Insurance nce Mater Taxes Local Factory Expense --------------------1576000. UN T. ANNUAL OPERATING COST (1996 prices) =========================================================================. 3. ADMINISTRATION AND OVERHEAD EXPENSE (0.6 X (a+b+c)) 4. UTILITIES. 111000 64000 70000 35000 11000 17000. 147000 40000. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. ========================================================================== TOTAL ANNUAL OPERATING COST Including Depreciation 2071000 Excluding Depreciation 1250000 =======================================================================. 32. 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. DISCUSION. UN T. IV.. ica. Los resultados obtenidos en los equipos muestran la siguiente. ím. información:. - Cámara de aireación: Tiempo de residencia: 51,74 horas, Tiempo de. Qu. retención celular: 98,33 horas, Potencia de aireadores: 43,68 Kw. - Sedimentador Secundario: Area Superficial: 20 m2, Tiempo de. en ier ía. Residencia: 3,61 horas, Caudal de reciclo: 6710 l/h, Purga de Barros: 2680 l/h.. - Eficiencia del tratamiento:. DQO Entrada =3.360 mg/l, DQO Salida =26 mg/l.. In g. DBO Entrada =2.100 mg/l, DQO Salida =16 mg/l, C = 99%. Los resultados de la evaluación económica de esta alternativa de tratamiento indican una estimación del Costo de Capital de U$S. de. 8.600.000, el que incluye U$S 1.600.000 de costo de equipamiento, U$S 1.200.000 Costos de Ingeniería y U$S 1.600.000 en Construcción. Siendo. a. el Costo Operativo Anual Total de U$S 1.250.000 (los valores son Dólares. Bi. bli. ot. ec. estadounidenses a 1996).. 33. 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/.

(42) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. V. PROPUESTA. ica. El programa que se propone, es la base para implementar un sistema de modelamiento y simulación para plantas de tratamiento de. ím. efluentes industriales, lo cual nos permita obtener los mejores parámetros. Qu. de operación desde los puntos de vista técnico y económico. Conociendo los mejores parámetros de operación se podrá controlar la. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. operación de la plante para obtener los resultados óptimos.. 34. 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/.

(43) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. VI. CONCLUSIONES. Existen algunas dificultades para asignar correctamente la cinética. ica. de degradación de los compuestos involucrados y asignados a la Demanda Biológica de Oxígeno, en su totalidad.. ím. El Banco de datos de propiedades de compuestos no es completamente riguroso, en ciertos casos se asignan propiedades. Qu. medias, motivo por el cual el cálculo que se realice en balances de materia es solo aproximado.. en ier ía. Siendo por lo tanto una herramienta estimativa de la capacidad operativa de la Planta.. De los resultados obtenidos en la verificación de una Planta existente se puede concluir que, según datos del simulador SuperPro Designer, las dimensiones de la misma son adecuadas. In g. para lograr una reducción de la DBO inicial superior al 99%. Finalmente la operación posterior de la Planta de tratamiento, lograría esa DBO final si se mantuvieran parámetros tales como. de. tiempos de residencia, sedimentación efectiva, minimización de bacterias filamentosas (no floculantes), caudales de reciclo y purga, etc.. a. Respecto a los costos informados por el simulador se debe aclarar. ec. que con los valores recuperados de la base de datos, sin ningún. ot. tipo de corrección, los mismos no resultan totalmente realistas. Bi. bli. respecto a los valores con que se trabaja en nuestro país.. 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/.