FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
¨ REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA PROVENIENTE DEL PROCESO DE PELAMBRE UTILIZANDO MICRO- NANO BURBUJAS EN LA
CURTIEMBRE SAN PEDRO, ATE VITARTE, LIMA, 2016¨
TESIS PARA OBTENER EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERA AMBIENTAL
AUTORA:
AGUILAR VASQUEZ, GISELLY DAYAN (ORCID: 0000-0002-6463-3208)
ASESOR:
DR. ING. VALVERDE FLORES JHONNY WILFREDO (ORCID: 0000-0003-2526-112X)
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
Tratamiento y gestión de los residuos
LIMA – PERÚ 2016-II
ii
PAGINA DEL JURADO
TÍTULO: “Remoción de materia orgánica proveniente del proceso de pelambre utilizando micro- nano burbujas en la curtiembre San Pedro, Ate Vitarte, lima, 2016”.
AUTORA: Giselly Dayan Aguilar Vásquez
Dr. Ing. Valverde Flores, Jhonny PRESIDENTE
Dr. Valdiviezo Gonzales, Lorgio SECRETARIO
Dr. Munive Cerron, Ruben VOCAL
iii
AGRADECIMIENTO
Un agradecimiento a todas las personas que hicieron posible el desarrollo de esta investigación.
En especial al Ing. Jhonny Valverde por sus atenciones, orientaciones, asesorías y el seguimiento que dio al avance de este proyecto.
Un agradecimiento singular a la empresa de curtiembre San Pedro y al Sr. Gerardo que me permitió desarrollar mi investigación dentro de su instalación.
A mi enamorado Juan Hinostroza por acompañarme en cada paso que he dado y por su apoyo indispensable.
iv DEDICATORIA
A mis padres Héctor, Aguilar Ricaldes y María del Socorro Vásquez Machuca por ser mi gran inspiración y el pilar fundamental en todo lo que he logrado, tanto en mi educación, como en la vida, por su incondicional apoyo que me han brindado en este largo proceso.
Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos.
v
DECLARACION DE AUTENTICIDAD
Yo Giselly Dayan Aguilar Vasquez, con DNI Nº 70662648, a efecto de cumplir con las disposiciones vigentes consideradas en el Reglamento de Grados y Títulos de la Universidad César Vallejo, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Ambiental, declaro bajo juramento que toda la documentación que acompaño es veraz y auténtica.
Así mismo, declaro también bajo juramento que todos los datos e información que se presenta en la presente tesis son auténticos y veraces.
En tal sentido asumo la responsabilidad que corresponda ante cualquier falsedad, ocultamiento u omisión tanto de los documentos como de información aportada por lo cual me someto a lo dispuesto en las normas académicas de la Universidad César Vallejo.
Lima, Diciembre del 2016
vi
PRESENTACION
Señores miembros del Jurado:
En cumplimiento de grados y títulos de la Universidad Cesar Vallejo presento ante ustedesla investigación: “Remoción de materia orgánica proveniente del proceso de pelambre utilizando micro- nanoburbujas de aire en la curtiembre San Pedro, Ate Vitarte, Lima, 2016”. La misma que someto a vuestra consideración y espero que cumplan con los requisitos de aprobación para obtener el título profesional de Ingeniera Ambiental.
vii RESUMEN
El objetivo de la presente investigación fue remover la materia orgánica expresada en (DBO5 y DQO) proveniente del proceso de pelambre, además de determinar las condiciones físico-químicas del efluente del pelambre antes de aplicar el tratamiento de micro-nanoburbujas de aire, así como, las propiedades físicas y químicas aplicando el tratamiento de micro-nanoburbujas de aire.
Las muestras del efluente del proceso de pelambre fueron llevadas al laboratorio EQUAS para su análisis respectivo. Los resultados del pre-test resultaron 30 700 mg/L de Demanda Química de Oxigeno (DQO), 13 815 mg/L Demanda Biológica de Oxigeno (DBO5), 45 150 mg/L Sólidos Totales Suspendidos (STS) y 110,460 mg/L de Sulfuros, además se tomaron parámetros de campo la cual resultaron de 9,46 de pH, 1200 UNT de Turbidez, 19,6 ºC de Temperatura, 0,13 mg O2 /L de Oxígeno Disuelto y 27,5 µS/cm de Conductividad Eléctrica. Se utilizaron concentraciones de 200, 400 y 800 mL del efluente denominado M1, M2 y M3 respectivamente. Los resultados del laboratorio para la M1 fueron: 1381 mg/L de DBO5, 8 873 mg/L de DQO, 2 120 mg/L de STS, 33 y 210 mg/L de sulfuro. Los análisis de campo fueron:
pH 6, Turbidez 943 UNT, Temperatura 20,1 ºC, Oxígeno Disuelto 6,16 O2 /L, Conductividad Eléctrica 50,7 µS/cm. Los resultados de laboratorio para M2 fueron 2 111 mg/L de DBO5, 4 673 mg/L DQO, 1 576 mg/L STS y 45, 090 mg/L, los resultados de campo fueron: pH 7, Turbidez 108 UNT, temperatura 20 ºC, Oxígeno disuelto 3,7 O2 /L, y Conductividad eléctrica 42,3 µS/cm. Por último, los resultados del laboratorio de la M3 fueron: 3 907 mg/L de DBO5, 8 683 mg/L de DQO, 1784mg/L de STS y 73,153 mg/L de Sulfuros y los resultados de campo fueron: pH 9, turbidez 1126 UNT, temperatura 20 ºC, Oxígeno Disuelto 0,21 O2 /L y Conductividad Eléctrica 35,8 µS/cm. Finalmente se analizó el diámetro de la micro-nano burbuja resultando 7 µm.
Palabras Clave: Micro-nanoburbuja, efluente, pelambre, materia orgánica, sulfuros, solidos totales suspendidos.
viii ABSTRACT
The objective of this research was to remove the organic matter, expressed in BOD5 and COD, from the pellet process, in addition to determining the physical-chemical conditions of the pelt effluent before applying the air micro-nanobubble treatment, as well as the physical and chemical properties applying the air micro-nanobubble treatment.
The effluent samples from the lining process were taken to the EQUAS laboratory for their respective analysis. The pre-test results were 30,700 mg/L of Chemical Oxygen Demand (COD), 13,815 mg/L Biological Oxygen Demand (BOD5), 45,150 mg/L Total Suspended Solids (STS) and 110,460 mg/L of Sulfides, in addition field parameters were taken which resulted in 9.46 pH, 1200 NTU of Turbidity, 19.6 ºC of Temperature, 0.13 mg O2/L of Dissolved Oxygen and 27.5 µS/cm of Conductivity Electrical Concentrations of 200, 400 and 800 mL of the effluent called M1, M2 and M3 respectively were used. The laboratory results for M1 were: 1,381 mg/L of BOD5, 8,873 mg/L of COD, 2,120 mg/L of STS, 33 and 210 mg/L of sulfur. The field analyzes were: pH 6, Turbidity 943 UNT, Temperature 20.1 ºC, Dissolved Oxygen 6.16 O2/L, Electrical Conductivity 50.7 µS/cm. The laboratory results for M2 were 2 111 mg/L BOD5, 4 673 mg/L COD, 1 576 mg/L STS and 45, 090 mg/L, the field results were: pH 7, Turbidity 108 UNT, temperature 20 ºC, Dissolved oxygen 3.7 O2/L, and Electrical conductivity 42.3 µS/cm. Finally, the laboratory results of M3 were: 3,907 mg/L of BOD5, 8,683 mg/L of COD, 1784mg/L of STS and 73,153 mg/L of Sulfides and the field results were: pH 9, turbidity 1126 UNT, temperature 20 ºC, Dissolved Oxygen 0.21 O2/L and Electrical Conductivity 35.8 µS/cm. Finally, the diameter of the micro-nano bubble was analyzed, resulting in 7 µm.
Keywords: Micro-nanobubble, effluent, fur, organic matter, sulfides, total suspended solids.
ix
INDICE
PAGINA DEL JURADO ... ii
AGRADECIMIENTO ... iii
DEDICATORIA ... iv
DECLARACION DE AUTENTICIDAD ... v
PRESENTACION ... vi
RESUMEN ... vii
ABSTRACT ... viii
I. INTRODUCCIÓN ... 1
1.1. Realidad Problemática ... 1
1.2. Trabajos Previos ... 2
1.3. Teorías Relacionadas al Tema ... 6
1.3.1. Aguas Residuales ... 6
1.3.2. Sistemas de tratamiento de aguas industriales ... 7
1.3.3. Proceso de curtiembre ... 10
1.3.4. Efluentes de pelambre ... 13
1.3.5. Parámetros a analizar en los efluentes de pelambre ... 13
1.3.6. Normativa ... 14
1.3.7. Nanotecnología ... 16
1.3.8. Micro-Nano Burbuja ... 17
1.3.9. Características de las Micro-Nano burbujas ... 17
1.3.10. Aplicaciones de las micro nano burbujas ... 19
1.4. Formulación del Problema ... 21
1.4.1. Problema General ... 21
1.4.2. Problemas Específicos ... 21
x
1.5. Justificación del Estudio ... 21
1.6. Hipótesis ... 22
1.6.1. Hipótesis General: ... 22
1.6.2. Hipótesis Especificas ... 22
1.7. Objetivos ... 22
1.7.1. Objetivo General ... 22
1.7.2. Objetivos Específicos ... 22
II. MÉTODO ... 23
2.1. Tipo y Diseño de la investigación ... 23
2.1.1. Tipo de Estudio: ... 23
2.1.2. Diseño de Investigación ... 23
2.2. Variables y Operacionalización... 23
2.2.1. Variables ... 23
2.2.2. Operacionalización de variables ... 24
2.3. Población, muestra y muestreo ... 26
2.3.1. Población ... 26
2.3.2. Muestra. ... 26
2.3.3. Muestreo ... 26
2.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos, validez y confiabilidad 26 2.4.1. Técnicas ... 26
2.4.2. Instrumentos ... 27
2.4.3. Validación y confiabilidad ... 29
2.5. Métodos de análisis de datos ... 29
2.6. Aspectos éticos ... 29
III. RESULTADOS ... 30
xi
IV. DISCUSIÓN ... 59
V. CONCLUSIONES ... 61
VI. RECOMENDACIONES ... 62
VII. REFERENCIAS ... 63
ANEXOS ... 67
ANEXO N° 1: Ficha de Registro de Campo. ... 67
ANEXO N° 2: Guía de observación. ... 68
ANEXO N° 3: Ficha de Registro de parametros. ... 69
ANEXO N° 4: Validación de instrumentos Nº1 ... 70
ANEXO N° 5: Validación de instrumentos Nº2 ... 70
ANEXO N° 6: Validación de Instrumento Nº3 ... 71
ANEXO Nº 7: Matriz de consistencia ... 71
xii
LISTA DE FIGURAS
Fig. 1: Proceso de producción del cuero 12 .
Fig. 2: Interacción de las micro-nano burbujas con la materia orgánica. 19 Fig. 3: Equipo Generador de Micro-Nano Burbuja 20 Fig. 4: Diseño del Generador de micro-nano burbuja 28
Fig. 5: Proceso de pelambre. 30
Fig. 6: Recepción de las muestras. 31
Fig. 7: Toma de la Temperatura. 31
Fig. 8: Determinación de los parámetros de campo. 32
Fig. 9: Determinación del Oxígeno Disuelto. 33
Fig. 10: Generación de la micro-nano burbuja. 35
Fig. 11: Muestra de Micro-nano burbuja. 35
Fig. 12: Efluente del pelambre en los vasos precipitados en concentraciones
diferentes 36
Fig. 13: Aplicación del tratamiento con Micro-nano burbujas. 37 Fig. 14: Muestras conservadas para analizar en el laboratorio 38 Fig. 15: Determinación de la Muestra de micro-nano burbuja 39 Fig. 16: Determinación del tamaño de micro-nano burbuja. 40 Fig. 17: Visualización de la micro-nano burbuja. 41
Fig. 18: Análisis del DBO5 de los efluentes de pelambre para el pre-test y post-test 46
Fig. 19: Análisis del DQO en los efluentes de pelambre del pre-test y post-test
xiii
47
Fig. 20: Análisis de Solidos totales suspendidos (STS) en los efluentes en pelambre
para el pre-test y post-test. 48
Fig. 21: Análisis de Sulfuro en los efluentes de pelambre para del pre-test y post-
test. 49
Fig. 22: Análisis del pH en los efluentes de pelambre del pre-test y post-test. 50 Fig. 23: Análisis de la Turbidez en los efluentes de pelambre del pre-test y post –
test 51
Fig. 24: Análisis de la Temperatura en los efluentes de pelambre del pre-test y post-
test. 52
Fig. 25: Análisis del Oxígeno Disuelto en los efluentes de pelambre del pre-test y
post-test. 53
Fig. 26: Análisis de la Conductividad Eléctrica en los efluentes de pelambre del pre-
test y post-test. 54
xiv
LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Límites Máximos Permisibles en la industria de Curtiembre. 15 Tabla 2: valores máximos admisibles (VMA) para descarga al alcantarillado.16
Tabla 3: Parámetros de campo del Pre-Test. 32
Tabla 4: Conservantes utilizados para los parámetros de DBO y Sulfuro. 33 Tabla 5: Resultado del laboratorio de la muestra inicial 34 Tabla 6: Volumen de muestra y micro-nano burbujas 36 Tabla 7: Parámetros de campo de las tres muestras. 37 Tabla 8: Resultados obtenidos del laboratorio. 38 Tabla 9: Resultados de los datos obtenidos en el laboratorio. 40
1 I. INTRODUCCIÓN
1.1. Realidad Problemática
En el Perú, hace varios años las industrias dedicadas a Curtiembre vienen desarrollando sus actividades, principalmente en las ciudades de Trujillo, Arequipa y Lima. La mayoría de empresas dedicadas a este rubro operan de manera informal, infringiendo las leyes correspondientes. En materia económica gozan con mayor ventaja competitiva y en materia ambiental son las industrias que emiten sus efluentes con alto contenido de carga contaminante a los diferentes cuerpos receptores como ríos, mares, etc., además de causar daños a las personas, animales y plantas.
La curtiembre San Pedro está ubicada en un sector clave en el distrito de Ate Vitarte por desarrollarse diversas actividades económicas, industriales, comercio, y otras. Las curtiembres dentro de sus procesos productivos tienen dos etapas importantes: el proceso de pelambre y curtido. Sin embargo, esta investigación se enfocó solo a la etapa de pelambre. Aquí se evidenció el consumo de agua de la curtiembre de 9 m3, 8kg de productos químicos (sulfuro de sodio, cal apagada) y efluentes que salen del proceso, los cuales son altamente contaminantes; ya que contienen materia orgánica en cantidades elevadas de sulfuro, cloruro y cromo, que en muchos casos son descargados al medio ambiente sin tratamientos previos. Es por ello, la preocupación de buscar alternativas y tomar acciones que disminuyan los impactos causados.
En la presente investigación se aplicó la técnica de micro-nano burbujas. Este es un tratamiento innovador y ecológico el cual busca contrarrestar y/o disminuir la concentración de contaminantes presentes en los efluentes del proceso de pelambre (materia orgánica, sulfuros, DBO5 y DQO) en la curtiembre San Pedro.
2 1.2. Trabajos Previos
En la actualidad existen diversas investigaciones que se han realizado sobre el tratamiento de los efluentes de pelambre, con la finalidad de contrarrestar o disminuir los efectos negativos que éste produce al medio ambiente, entre ellos tenemos a:
Según Muñoz e Hidalgo (2002), en su investigación “Tratamientos primarios de los efluentes de pelambre y curtido” menciona que las aguas residuales provenientes del proceso de pelambre contienen niveles altos de material orgánico disuelto, sólidos suspendidos, enzimas proteolíticas grasa, sales, bactericidas, cal y sulfuros, los cuales son arrojados al medio ambiente sin tratamiento previo. La investigación tiene como objetivo elaborar un plan para tratamiento de los efluentes de pelambre, para ello diseño 4 etapas las cuales en la primera etapa de busca separar los sólidos en suspensión por consiguiente comparan la sedimentación primaria y el tamizado. En la segunda etapa, se realizó la coagulación- floculación para desestabilizar las cargas de los coloides y mediante coagulantes formar flóculos. En la tercera etapa se busca remover los flóculos formados comparando su eficiencia entre la sedimentación secundaria y la flotación.
Por último, se realiza la filtración como etapa final del tratamiento; logró demostrar mediante los experimentos realizados que la sedimentación es la más eficiente para Las concentraciones de sólidos suspendidos totales y volátiles, la DQO, sulfuros y cloruros. La remoción fue mayor con la sedimentación secundaria ya que la flotación no funcionó en este caso porque las partículas coaguladas son demasiado pesadas como para flotar y no es necesaria la filtración como última etapa ya que la remoción de sólidos fue observada en las etapas preliminares (alrededor del 90%).
Según Fuquene, et al (2011), en su investigación “Optimización del uso del agua en la etapa de pelambre en un proceso de curtido que permita la mejor calidad del cuero final y el menor impacto ambiental” demostró que el pelambre enzimático no cumple con las características de calidad, su objetivo está basado en establecer una producción de cuero con mayor
3
calidad a través de técnicas que ayuden a optimizar la reutilización del agua y evitar que el impacto sea significativo, concluyó que este proceso para ser optimo va a depender de las de primera etapas, es decir, lavado y remojo en un 100%. Además el pelambre mixto mejora sus características mezclando enzimas y el sulfuro de sodio, como tratamiento propuso 4 etapas: el tamizado usando mallas 60, la oxidación mediante el peróxido de hidrogeno con hidroxicloruro de aluminio, la coagulación y finalmente la sedimentación a través de un polímero catiónico con la finalidad de reducir el consumo del agua y poder reusarla sin que disminuya la calidad del proceso de pelambre.
Según Tayupanda (2010), en su investigación “Diseño de un sistema de tratamiento de agua residual del proceso de pelambre para su reutilización, Curtiembres Pieles Puma” explica que las aguas usadas en el proceso de pelambre son arrojadas al rio, dañando severamente el ecosistema del lugar, su gran cantidad de componentes químicos altera el medio, su objetivo es diseñar un sistema de reutilización de agua de pelambre, para ello clasificó sus etapas utilizando solo los efluentes del pelambre. La recuperación de tratamiento comprende la extracción de partículas las cuales son almacenadas y usadas otra vez. La cantidad de agua ubicada representa 3980 mg/L de DQO, que corresponde a una remoción del 91%.
Según Peñafiel y Cerón (2011), en su investigación “Estudio de un sistema físico químico a escala prototipo de tratamiento de aguas residuales provenientes de una curtiembre” menciona que los efluentes de curtiembre están afectando la salud de las poblaciones aledañas, así como el deterioro de los ecosistemas. Su objetivo principal es desarrollar un sistema físico- químico para el tratamiento de aguas residuales cuya aplicación sea factible para una empresa curtidora. El tratamiento físico-químico propuesto en este trabajo de investigación se basa en mezclar los efluentes de pelambre y curtido en condiciones controladas de pH para remover el sulfuro en forma
4
de gas sulfhídrico del primero y precipitar el cromo del segundo en forma de hidróxido de cromo, pues debido a las características de dichos efluentes (principalmente el pH) se logra la neutralización de los mismos sin la necesidad de agregar químicos externos al proceso. Se concluyó que los efluentes de pelambre y curtido presentan una remoción de sulfuro y cromo superior al 98% luego de una sedimentación de los lodos de proceso de alrededor de 6 días, sin embargo, todavía presenta concentraciones elevadas de materia orgánica y sólidos por lo que se puede.
Según Salas (2005), en su investigación “eliminación de sulfuros por oxidación en el tratamiento del agua residual de una curtiembre” demostró la capacidad de remoción de sulfuros en los efluentes de pelambre por oxidación con oxígeno, se utilizó sulfato de manganeso (3,2 mg MnSO4 /mg S-2 (catalizador ), previo se utilizó una malla de 0,5 mm para remover los sólidos en suspensión, y un tanque de aireación el cual sirvió para oxidar los sulfuros. Al cabo de 6 horas se comparó la cantidad de sulfuros con los Límites Máximos Permisibles (LMP), y se demostró que estaba muy cerca a lo establecido con sulfuro = 5 mg/L, en un primer análisis se determinó que la concentración de sulfuro fue de 470 mg/L y este se redujo a 5 mg/L, es decir la oxidación del sulfuro fue de 98,9%.
Según Gavilanes (2011), en su investigación “Estudio de un pelambre reductor-oxidante” propone como alternativa reducir la cantidad de contaminantes que se encuentran en los efluentes de proceso de pelambre el óxido reductor. Se mezcló el pelambre reductor con sulfuro y el pelambre oxidante con agua oxigenada (peróxido de hidrogeno), como resultado se obtiene la baja cantidad de cal y sulfuro. Por lo tanto, la carga de partículas contaminantes en los baños residuales fue mínima. El depilado con peróxido de hidrogeno fue el más apropiado que con sulfuro y cal, consiguiendo que el depilado sea superior al clásico.
Según Villegas (2006), es su investigación “evaluación comparativa de los parámetros físico-químicos sanitarios, de los efluentes de dos
5
procesos de depilado (uno con tecnología más limpia y otro con tecnología convencional), en una industria tenera” menciona que uno de los procesos que ocasiona mayor contaminación es el depilado, con el fin de relacionar la cantidad de contaminantes de los efluentes en una curtiembre, se usaron dos métodos distintos para depilar: el proceso tradicional y el proceso guardapelo que usa una tecnología más pulcra. Para el método tradicional se usó el método de cal el cual se usa el hidróxido de calcio Ca(OH)2, el método del encalado el cual se sumerge a la piel en un licor depilador alcalino, el método de cal-sulfuroso, en otras oportunidades se utilizan productos auxiliares como tenso activos, biosidas, aminas y enzimas entre otros, con la finalidad de mejorar el proceso, pero el uso de estos compuestos es muy perjudicial. Para el método con restauración de pelo se utilizó el método de “pintar”, aplicando manualmente un licor depilador llamado “pintura” a la superficie de la carne de la piel, hasta disminuir las raíces del pelo, retirando el pelo de un jalón. Actualmente no se usa mucho ya que es un proceso muy pausado. El pelo se puede restaurar evitando que éste se destruya y bajando así los índices de contaminación tanto de la demanda de oxígeno como las partículas suspendidas y disueltas. Se concluyó que utilizando el depilado con restauración de pelo, los sólidos totales disminuyen en un 47,94 % respecto al proceso actual de depilado, además se llegó a la deducción que existe diferencia significativa en los niveles de contaminación de los efluentes de tenería cuando se utilizan dos procesos distintos para rasurar, bajando dichos niveles entre 26,8% a 49,02% cuando se utiliza el proceso con tecnología más limpia para rasurar, denominado proceso de depilado con restauración de pelo, quedando así comprobada la hipótesis propuesta en el trabajo.
Según Altaner (2009), en su investigación “Descripción y Análisis Comparativo de los Sistemas de Tratamiento de RIL en la Industria de Alimentos en Valdivia”, menciona que estableció nuevas tecnologías en cinco platas diferentes utilizando la micro burbujas para remover los contaminantes presentes en la industria alimenticia, además de otros
6
métodos como sistema físico – químico (coagulantes, floculantes, equipos de flotación). Sin embargo, solo en algunas usan el tratamiento secundario, sólo dos implementaron un sistema biológico (lombrifiltro). El tratamiento terciario (desinfección) era utilizado por una sola industria que emitía sus efluentes a los cuerpos naturales. Al usar las micro burbujas hace que este tratamiento sea más eficiente que mediante la flotación y floculación con una mayor presión permitiendo de la eliminación de aceites y grasas, sólidos no retenidos y sólidos suspendidos contenidos en el RIL, mediante la flotación y floculación con microburbujas de aire 30 – 40% DBO5, los parámetros están por debajo de lo que exige la norma para sus cargas de efluente. Entre los datos monitoreados, es interesante mencionar los aceites y grasas ya que, éste es uno de los parámetros, donde mejor se ve la efectividad del sistema de tratamientos de RIL; los valores registrados de eliminación fueron menores a 15 mg/L, notoriamente más bajo que el valor que exige la norma (150 mg/L) con una eficiencia del 91 %.
1.3. Teorías Relacionadas al Tema
1.3.1. Aguas Residuales
Para la Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA 2012, p. 2-3), las aguas residuales son un tipo de agua que han sido alteradas o modificadas sus características físicas químicas y biológicas por actividades que el hombre ha desempeñado y por la calidad necesitan un tratamiento previo para poder verterlos a un cuerpo natural, descargarlo al alcantarillado o para ser reusadas.
Menciona también que existen 3 tipos de aguas residuales y estas son:
• Aguas residuales industriales:
Son las aguas residuales con altas concentraciones de contaminantes que se descargan de las actividades económicas del proceso productivo de las industrias como: minera, energética, ganadería, agroindustrial, entre otras.
• Aguas residuales domésticas:
7
Es desarrollada por actividades diarias del hombre tales como de origen comercial. En su mayoría son desechos fisiológicos, los cuales deben ser dispuestos adecuadamente.
• Aguas residuales municipales: Son aquellas aguas residuales domésticas que pueden estar mezcladas con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de origen industrial previamente tratadas, para ser admitidas en los sistemas de alcantarillado de tipo combinado.
1.3.2. Sistemas de tratamiento de aguas industriales
Para Rojas (2002) El Tratamiento de las aguas industriales tiene como finalidad disminuir la cantidad de materiales contaminantes para descargarlo al ambiente, podemos mencionar que existen 4 procesos:
tratamiento primario, secundario, terciario y fisicoquímico.
• Tratamiento Primario o Físico:
En este proceso se tiene como prioridad la remoción de sólidos suspendidos, metales pesados, coloides, grasas y aceites, entre ellos tenemos:
Cribado: Conocido también como desbrozo, tiene como finalidad reducir la materia orgánica en suspensión. El tamaño de las rejillas dependerá del objeto de estudio. Las materias sólidas recogidas son clasificadas en finos y muy gruesos, las rejillas para materias sólidas generalmente son de 5mm o menor a ellos. Pueden ser metálicas de acero, placas o chapas de acero perforados, removiendo entre 5 y un 25% de sólidos en suspensión, las mallas para materia gruesa oscilan entre los 4 y 9 cm, en otros casos se usan trituradoras. Los productos recogidos se destruyen bien por incineración, o se tratan por procesos de digestión anaerobia, o se dirigen directamente al vertedero.
Coagulación-Floculación: Este proceso está basado en dos etapas: la primera es la coagulación, tiene como finalidad
8
desestabilizar los coloides, es decir eliminar la doble capa eléctrica que lo caracteriza, en la segunda etapa tiene como objetivo aglomerarlos mediante la atracción de las partículas se logra por el uso de floculantes. Sedimentación: Esta operación busca que las partículas desciendan en el fondo por acción de la gravedad, hace que sea una partícula más densa y su velocidad de ascenso aumente. En ocasiones a este proceso se le denomina decantación, en las aguas industriales se suelen encontrar sólidos poco densos, por lo que es necesario, para hacer más eficaz la operación, llevar a cabo una coagulación-floculación previa, las principales características de partículas que sedimentadas resaltan el tamaño, forma, concentración, densidad, etc.
Filtración: La finalidad de este proceso es retener el material en suspensión, haciendo pasar en agua por un medio poroso como lecho de arena, que están superpuestas en diferentes capaz de tamaños distintos, siendo la más pequeña entre 0.15 y 0.3 mm. En aguas industriales el material filtrante mas usado de Tierra de Diatomeas. Flotación: Para Santoyo (2005) se generan burbujas de aire con la finalidad de llevar a la superficie las partículas presentes en el efluente, el cual serán arrastradas y sacadas del sistema, este proceso es más efectivo para aquellas partículas con densidad parecida al agua como las emulsiones, aceites y grasas.
• Tratamiento Secundario o Biológico:
Para Santoyo (2005) estos tratamientos están basado en la depuración de materia orgánica mediante el uso de microorganismos, principalmente bacterias. A continuación, se mencionan algunos sistemas de tratamiento biológico:
Biodegradación: Su objetivo es eliminar la materia orgánica, materia suspendida, coloides, DBO5 presentes en los efluentes industriales, para ello, se realiza la aclimatación del microorganismo
9
en el sustrato. Primero se busca la eliminación rápida producida por el atrapamiento de material suspendido dentro de flóculos biológicos, por adsorción físico-química en el flóculo biológico para eliminar material coloidal y finalmente la adsorción biológica para materia orgánica insoluble. Este proceso puede ser:
- Aerobio: En este proceso la materia orgánica se degrada transformándose en dióxido de carbono, y en minerales oxidadas, los tratamientos más usados son: biocilindros, filtros verdes, filtros percoladores, lechos de turba, lagunaje y biodiscos.
- Anaerobio: Franken (2012), indica que en este proceso la materia orgánica se descompone por la acción de bacterias, se convierten en metano y dióxido de carbono (proceso aeróbico), como producto final del proceso anaeróbico resultan los lodos de digestión (compuestos no degradables y biomasa) y el biogás.
Lagunajes: Consiste en depurar aguas residuales en esqtanques impermeables con ayuda de microorganismos de algas o plantas acuáticas. Se busca fomentar la mejora biológica de lagunas artificiales, siendo altamente aerobias, generalmente, especies tales como Daphnia y Rotifera ayudan al tratamiento removiendo partículas finas, muchos casos son colonizadas por una especie de cañas llamados macrophytes nativos.
Lodos activados: Se fundamenta en la utilización de microorganismos (sobretodo bacterias heterótrofas facultativas), que crecen en el agua residual, convirtiendo la materia orgánica disuelta en productos más simples. Se usa el óxido disuelto y se promueve el crecimiento de microorganismos a través de diversos mecanismos con la finalidad de remover la materia orgánica, además puede atrapar partículas de material.
Cultivos Fijos: Proceso que mezclan los sólidos de los efluentes con fuentes de carbón (paja, viruta de madera, etc), con la finalidad que
10
las bacterias la digieran y produzcan calor, este proceso puede eliminar ciertos microorganismos.
• Tratamiento Terciario o Químico:
Este tratamiento busca eliminar los contaminantes no deseados, mejorando la calidad del agua, y descargarlas a los diferentes cuerpos receptores.
Cloración: Es la aplicación de cloro para desinfectar el agua, su composición logra que se destruya la flora bacteriana.
Ozonificación: Es la aplicación del ozono como desinfectante, básicamente se utiliza para potabilizar el agua, es capaz de oxidar mediante dos mecanismos de acción, por radicales libres o por oxidación directa mediante ozono molecular.
Radiación UV: Es la aplicación de la luz ultravioleta (UV) para la desinfección de las aguas industriales, es uno de los procesos para la destrucción de los microorganismos, este sistema transmite energía electromagnética al ADN del microorganismo, cuando hace contacto con la radiación UV genera una descarga, destruyendo las paredes de organismo.
1.3.3. Proceso de curtiembre
La cadena productiva del cuero tiene su inicio en la etapa de recepción de las pieles crudas, que llegan transportadas desde frigoríficos, sigue por la etapa de la ribera, curtido hasta obtener el producto final.
Para Méndez et al. (2007, p.65-66) hace una breve descripción de cada etapa productiva del cuero:
a. Ribera
En esta etapa se prepara al cuero para el curtido, utilizando los insumos adecuados el proceso de transformación de piel. Esta etapa está compuesta de 5 pasos, los mencionaremos a continuación:
11
• Remojo: busca hidratar la piel, eliminar toxinas como sales y elementos que se encuentran en esta etapa.
• Pelambre: proceso por el cual se elimina el pelo usando productos químicos como cal y sulfuro de sodio, prepara al cuero para la curtición.
• Lavado de pelambre: en este proceso se limpian los restos producidos por el proceso de pelambre
• Descarnado: Se eliminan tanto las grasas naturales como los tejidos conjuntivos, este proceso es primordial para las etapas posteriores hasta el curtido.
• Dividido: se busca dividir la piel en retazos de regular tamaño con la finalidad de hacer más fácil el trabajo.
b. Curtido
• Desencalado: proceso donde eliminar la cal presente a través del lavado para posteriormente aplicar productos neutralizantes como ácidos orgánicos tamponados, ácido sulfoftálico y melazas azúcares.
• Purga enzimática: busca eliminar restos en la piel como queratina y la grasa natural, además limpia la flor y le brinda mayor elasticidad.
• Piquelado: prepara la piel químicamente para el proceso de curtido, utilizando principalmente ácido fórmico y sulfúrico, los que se enlazan con el grupo carboxílico, permitiendo la difusión de la piel hacia el interior de la misma evitando que se fije en las capas externas del colágeno.
• El curtido: consiste en estabilizar la estructura de colágeno.
Adicionalmente, se usa diversos productos químicos, siendo el cromo el más importante.
12 Figura 1: Proceso de producción del cuero
Fuente: Producción más limpia en la industria de curtiembre, 2007
13 1.3.4. Efluentes de pelambre
El efluente para Grefa, G. (2012), es un “líquido proveniente de un proceso de tratamiento, proceso productivo o de una actividad” (p. 27).
Tayupanda, J. (2010) menciona que “el efluente del proceso de pelambre se presenta como un fango acuoso de color marrón, olor penetrante y temperatura por encima a la de ambiente, con alto contenido de solidos sedimentables, grasas, proteínas, alto DBO y sulfuro” (p. 18).
1.3.5. Parámetros a analizar en los efluentes de pelambre
Villegas (2006, p. 17) hace una breve descripción de los parámetros más importantes usados en el proceso de pelambre y son: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), Demanda Química de Oxígeno (DQO), sólidos suspendidos, sólidos totales, cromo, sulfuro, nitrógeno, flujo volumétrico, pH y alcalinidad.
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)
La DBO5, es la cantidad de oxígeno que necesitan las bacterias para estabilizar la materia orgánica, esta expresada en mg/L, bajo condiciones aeróbicas en un intervalo de tiempo específico, normalmente dentro de 5 días y a 20 °C de temperatura, por estas condiciones se le denomina a esta (DBO5).
Demanda Química de Oxigeno (DQO)
La DQO expresada en mg/L, es la cantidad de oxígeno que se requiere para la oxidación de la materia orgánica e inorgánica que puede ser o no biodegradable encontrada en el efluente. La DBO5 y DQO indica el grado de contaminación de un desecho y la presencia de sustancias resistentes a la biodegradación. Este método brinda resultados en horas.
14 Potencial de Hidrogeno (pH)
Es el grado de acidez o basicidad de un efluente. El cual se puede clasificar como acida, básica o neutra en una escala numérica que va de 0 a 14.
Sólidos en suspensión (SS)
Los sólidos en suspensión se expresan en mg/L, es la cantidad de material insoluble presentes en el agua residual, al no tratar de manera adecuada los lodos pueden generar obstrucción cuando son descargados y son clasificados en semi-coloidales y semisólidos.
Solidos sedimentables:
Se expresa en mg/L, Estos sólidos son visibles generalmente cuando están en reposo en un medio líquido o suspensión cuando ya se ha tomado la muestra, forma una película que no permite oxigenación del área y en consecuencia muerte de la vida acuática.
Temperatura
Es una magnitud escalar que sistematiza la noción de frio o caliente.
Se expresa como escala Celsius (ºC). Es el grado de agitación de las moléculas en los cuerpos, es importante saber la temperatura de un efluente ya que de eso depende las condiciones de vida en el medio acuático.
1.3.6. Normativa
El proceso de curtiembre tiene diferentes etapas y en cada una de ellas se genera gran cantidad de residuos contaminantes, siendo vertidos a diferentes cuerpos receptores. Para ello, se han establecido normas para regular los parámetros y evitar dicha contaminación, en el rubro de las industrias por curtiembre tenemos a los Límites Máximos Permisibles (LMP) y Valores Máximos Admisibles (VMA)
15
• Límites máximos permisibles de parámetros contaminantes de la industria curtiembre, según el Decreto Supremo N° 003 – 2002 – PRODUCE.
Tabla 1: Límites Máximos Permisibles en la industria de Curtiembre.
Parámetros
Límites Máximos Permisibles de efluentes
Para alcantarillado
Para aguas superficiales
pH 6,5 – 9,5 5,0 – 8,5
Temperatura (ºC) 35 35
Solidos Suspendidos (mg/L) 1000 50
Aceites y Grasas (mg/L) 100 25
DBO5 1000 50
DQO 2500 250
Sulfuros (mg/L) 10 1
Cromo VI (mg/L) 0,5 0,3
Cromo total (mg/L) 5 2,5
N – NH4 (mg/L) 50 20
Fuente: D.S. Nº 003 – 2002- PRODUCE.
• Valores Máximos Admisibles (VMA) de las descargas no domesticas en el sistema de alcantarillado sanitario D.S. N°
021-2009-VIVIENDA
Según el Art. 3° define a los (VMA) Como aquellas descargas producidas por actividad comercial o industrial, no doméstico que son descargados al alcantarillado. Si las concentraciones superan los valores permitidos causan daño inmediato o de forma progresiva a la infraestructura e instalaciones sanitarias y equipos además de tener influencias en los tratamientos de aguas residuales.
16
Tabla 2: Valores máximos admisibles (VMA) para descarga al alcantarillado.
PARAMETROS
EXPRESION
VMA PARA DESCARGAS AL SISTEMA DE ALCANTARILLADO (mg/L) Demanda química de
oxigeno (DBO) DBO5 500
Demanda química de
Oxigeno(DQO) DQO 1000
Solidos Suspendidos
Totales (S.S.T) S.S.T. 500
Aceites y Grasas (A y G)
A Y G 100
Fuente: D.S. 021-2009-VIVIENDA.
1.3.7. Nanotecnología
La nanotecnología se refiere básicamente al diseño, caracterización, producción y uso de sistemas y tecnologías a escala manométrica, en la actualidad es aplicable en diversos campos como: en la medicina, industrias, ambientales, etc., para darnos una idea un virus tiene un tamaño entre 20 y 200 nanómetros, esta es la escala aproximada en la que la nanotecnología realiza sus investigaciones, con el fin de incrementar el desarrollo y control de estructuras de tamaños por debajo de 100nm.
17 1.3.8. Micro-Nano Burbuja
En la mayoría de los estudios que describe a las Microburbujas (MB) y nanoburbujas (NBs), Takahashi, M. (2007) menciona que las micro/nano burbujas poseen características que los hacen especiales en relación con las burbujas ordinarias o convencionales (macro- burbujas) debido a su reducido diámetro. Algunas de las ventajas de las NB son su alta área específica (área de superficie por volumen) y el alto estancamiento en la fase líquida, que aumentan la disolución gas, además tienen una superficie eléctricamente cargada, observando radicales libres con el colapso de las micro burbujas (p.
1343-1347).
Serizawa et. al (2003) menciona que tanto las micro burbujas como las macro burbujas poseen diámetros totalmente diferentes y su límite va a depender del comportamiento de cada una, en particular de las micro burbujas, con su relación a sus propiedades dinámicas de fluidos y aspectos físico-químicos.
Para Tsuge (2014), la aplicación de las micro burbujas (MBs) va a depender de su tamaño, es decir, si la gama se encuentra entre 10 y 40 µm estudia las actividades fisiológicas en los organismos vivos.
1.3.9. Características de las Micro-Nano burbujas
• Longevidad y estabilidad
Estudios han demostrado que las micro- nano burbujas pueden permanecer en el agua durante días y su longevidad en el agua aumenta con el tiempo de residencia del oxígeno de agua, al hacerlo permite tener cualquier interacción sea aeróbico o anaeróbico, la estabilidad de las nano burbujas es un equilibrio de las fuerzan van der Wall, de la atracción eléctrica y la fuerza de doble capa.
18
• Superficie de carga negativa
Takahashi observó a las MBs cargadas negativamente que suben en zigzag con un potencial zeta promedio de ζ entre -30 y -40 mV independiente del diámetro de la burbuja.
• Velocidad lenta de Asenso
Para Takahashi (2005) La velocidad de ascenso de una MB depende de las propiedades físicas de los líquidos. La MB de 100 mm de diámetro, número de Reynolds es casi 1, y su forma es esférica. Tales MBs comportan como esferas de fluidos (limpios) o esferas sólidas (impuros). El aumento de la velocidad se determina a partir de la ecuación de Stokes (p. 109). Representa la siguiente fórmula:
U= pgd2/18 µ
Dónde
- U: velocidad de ascenso.
- p: densidad del líquido.
- g: aceleración de la gravedad.
- d: diámetro de la burbuja.
- µ es la viscosidad del líquido.
• La alta presión en el interior MBs (efecto de auto-compresión) Usando la ecuación de Young-Laplace, la presión en una burbuja (ΔP), se calcula:
ΔP = 4σ /d
Debido a la disminución de tamaño de la burbuja, la presión en la burbuja aumenta. Con la disminución de tamaño de la burbuja, la presión parcial de componente de gas disuelto, es decir, la fuerza motriz de disolución, aumenta y el gas se disuelve fácilmente.
19
1.3.10. Aplicaciones de las micro nano burbujas
Industriales: Las micro-nano burbujas son aplicables en las siguientes industrias: petroquímica, textil, metalúrgica, alimenticia, láctea, frigoríficos, papelera, biomédica, farmacéutica, química, curtiembres, lavandería, entre otras. La finalidad de su aplicación en las industrias mencionadas se basa en el mejoramiento de la calidad del agua tratando sus efluentes.
Ambientales: Basado en mejorar y conservar la calidad de muchos ecosistemas acuáticos como lagos, manglares, humedales, lagunas, estanques, etc., a través del tratamiento con esta tecnología.
Exploración primaria: Aplicado en diversos sectores como agricultura, apicultura, acuicultura, porcicultura, con el objetivo de tratar, mejorar y en el mayor de los casos reutilizar estas aguas que son utilizadas en el proceso de producción de cada una de las actividades mencionadas líneas arriba.
Acción de las micro-nano burbujas sobre la materia orgánica:
(Tsuge, 2014) una de las características de las micro-nano burbujas es su velocidad lenta y su movimiento ondulatorio de ascenso. Esto le permite acceder a todos los lugares de un recipiente donde está depositado el efluente, la materia orgánica se adhiere a la capa externa de la micro-nano burbuja por diferencias de iones, las lleva hacia la superficie y explota formando iones radicales (OH-) el cual va a desintegrar a la materia orgánica.
Fig. 2: interacción de las micro-nano burbujas con la materia orgánica.
Fuente: Elaboración propia.
20 La Cavitación:
Es la agitación de un cuerpo de agua, gas con aire, que al producir una especie de ondas se va a provocar la generación de burbujas, éstas aumentan su tamaño y son arrastradas hacia la zona donde haya mayor presión hasta colapsar. Lo que se busca con este tipo de métodos para generar micro-nano burbujas es el rompimiento de estas burbujas para reducir su tamaño (Balcázar, 2013)
Para la presente investigación se utilizará el equipo generador de microburbujas patentado por el Dr. Jhonny Valverde Flores. Este equipo ayudará al tratamiento del efluente de pelambre y la reducción de materia orgánica, así como de otros contaminantes presentes en el efluente.
Este equipo está basado en la combinación de dos técnicas: flujo turbulento y el principio de Venturi, generando micro-nano burbujas de 1-7 µm de diámetro. El flujo mínimo del agua para generar micro- nano burbujas es de 4, 67 L/min y la presión del aire es de 90 PSI.
Fig. 3: Equipo Generador de Micro-Nano Burbuja.
21 1.4. Formulación del Problema
1.4.1. Problema General
¿En qué medida la aplicación de Micro-Nano burbujas de aire removerán de materia orgánica expresada en DBO5 y DQO proveniente del proceso de pelambre en la curtiembre San Pedro?
1.4.2. Problemas Específicos
• ¿En qué cantidad disminuye las propiedades físicas presentes en los efluentes del proceso de pelambre?
• ¿En qué medida mejoran las propiedades Químicas presentes en los efluentes del proceso de pelambre?
1.5. Justificación del Estudio
Esta investigación se justifica porque al aplicar las Micro-Nano burbujas de aire disminuyen o contrarrestan la contaminación producida por el proceso de pelambre en la industria de curtiembre. Siendo el sulfuro uno de los principales contaminantes en los efluentes, ésto viene siendo un problema que está afectando a los diferentes ecosistemas y cuerpos receptores, de aquí que surge la necesidad de reducir los impactos que se puedan generar.
Además, será una alternativa de solución para disminuir las concentraciones que sus efluentes descargados a los diferentes cuerpos receptores por parte de las empresas dedicadas al rubro de curtiembres.
Existen investigaciones las cuales mencionan que este tipo de técnicas de nano burbujas es muy eficiente para tratar todo tipo de efluentes, además de ser una tecnología amigable con el ambiente, el efluente se logra recuperar cumpliendo con los Valores Máximos Admisibles permisibles (VMA) para su reutilización.
22 1.6. Hipótesis
1.6.1. Hipótesis General:
La materia orgánica expresada en (DBO5 y DQO) proveniente del proceso de pelambre disminuye con la utilización de Micro-Nano burbujas de aire en la curtiembre San Pedro, Ate Vitarte.
1.6.2. Hipótesis Especificas
• Las concentraciones de las propiedades físicas del efluente de pelambre mejoran con la aplicación de micro - nano burbujas de aire.
• Las concentraciones de las propiedades químicas del efluente de pelambre mejoran con la aplicación de micro-nano burbujas de aire.
1.7. Objetivos
1.7.1. Objetivo General
Remover la materia orgánica expresada en DBO5 y DQO proveniente del proceso de pelambre en curtiembre San Pedro utilizando Micro- Nano burbujas de aire.
1.7.2. Objetivos Específicos
• Determinar en qué medida las concentraciones de las propiedades físicas presentes en el efluente del proceso de pelambre mejoran después del tratamiento de las micro-nano burbujas de aire.
• Determinar en qué medida las concentraciones de las propiedades químicas presentes en el efluente del proceso de pelambre mejoran después del tratamiento de las micro-nano burbujas de aire.
23
II. MÉTODO
2.1. Tipo y Diseño de la investigación
2.1.1. Tipo de Estudio:
El tipo de estudio es experimental, ya que se utilizó la experimentación como un método de investigación para determinar si las micro-nano burbujas de aire remueven los contaminantes presentes en el efluente del proceso de pelambre.
2.1.2. Diseño de Investigación
El diseño de la investigación fue Pre-experimental ya que primero se realizó una medición previa al efluente del pelambre (Pre test), enseguida se aplicaron las micro-nano burbujas de aire para el tratamiento del efluente, y finalmente se realizó una nueva medición para determinar la remoción de los contaminantes (post test).
G: O₁-X -O₂ Dónde:
O₁: Pre test de los efluentes.
X: Tratamiento de Micro-nano burbujas de aire.
O₂: Post test de los efluentes.
G: Grupo.
2.2. Variables y Operacionalización
2.2.1. Variables
▪ Variable Independiente x: Aplicación de las micro-nano Burbujas de aire.
▪ Variable Dependiente y: Remoción del efluente del proceso de pelambre.
24 2.2.2. Operacionalización de variables
Fuente: Elaboración propia.
VARIABLE DEFINICIÓN CONCEPTUAL
DEFINICIÓN OPERACIONAL DIMENSIONES INDICADORES ESCALA DE MEDICIÓN
Micro/Nano Burbujas de aire
Son burbujas en tamaño manométricos, poseen carga negativa debido al
aumento en la
concentración de iones,
aplicable para
tratamiento de agua ya que tiene la capacidad de permanecer por largos periodos de tiempo, captura los sólidos suspendidos en el líquido llevándolos a la superficie.
Las Micro-Nano Burbujas tienen como objetivo tratar los efluentes de pelambre. El desarrollo de la variable comprende la evaluación de las características físicas de las
micro-nano burbujas. Características Físicas
Tiempo de tratamiento (s)
Razón
Diámetro de la Micro-nano burbuja (µm)
Intervalo Presión del gas
/aire (atm)
Razón Flujo del agua
(L/min) Razón
25 Fuente: Elaboración propia.
VARIABLE DEFINICIÓN CONCEPTUAL
DEFINICIÓN OPERACIONAL DIMENSIONES INDICADORES ESCALA DE MEDICIÓN
Remoción de materia orgánica en
efluentes de
pelambre.
Es la cantidad removida de materia orgánica presente en efluente del
proceso de
pelambre,
evaluado a través de la Demanda Biológica de
Oxigeno y
Demanda Química de Oxígeno.
Consiste en analizar las concentraciones de las propiedades físicas y químicas del efluente que sale de proceso de
pelambre de curtiembre. Propiedades Físicas
pH Intervalo
Temperatura ( °C)
Intervalo
Turbidez Razón
Solidos totales en suspensión (SST)
Razón
Propiedades Químicas
DQO Nominal
DBO5 Nominal
Sulfuros Razón
26 2.3. Población, muestra y muestreo
2.3.1. Población
La población está compuesta por las aguas de efluente del proceso de pelambre en la curtiembre San Pedro, Ate Vitarte.
2.3.2. Muestra.
La muestra es de 20 L de las aguas de efluente del proceso de pelambre en la curtiembre San Pedro, Ate Vitarte.
Unidad de análisis
Es 1 Litro de las aguas de efluente del proceso de pelambre en la curtiembre San Pedro, Ate Vitarte.
2.3.3. Muestreo
- Técnica de muestreo: Probabilístico - Tipo de Muestreo: Aleatorio simple.
2.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos, validez y confiabilidad
2.4.1. Técnicas
Se realizaron 4 técnicas para la recolección de datos, los cuales son los siguientes:
1. Análisis inicial al efluente del proceso de pelambre.
2. Tratamiento con las micronano burbujas de aire.
3. Análisis final al efluente del proceso de pelambre.
4. Análisis de la remoción de contaminantes.
27 2.4.2. Instrumentos
N° ETAPAS FUENTES TECNICAS INSTRUMENTOS RESULTADOS
1
Análisis inicial al efluente del proceso de pelambre.
- efluente del proceso de pelambre de Curtiembre San Pedro
- Laboratorio
Observación Hoja de campo Concentración inicial de cada parámetro analizado presente en el efluente antes del tratamiento.
2
Tratamiento con las
micronano burbujas Laboratorio
Experimentac ión
Formato de
parámetros.
Determinacion de las características de las micronano burbujas.
3 4
Análisis final al efluente
del proceso de pelambre. Laboratorio
Observación Formato de parámetros
Concentración final de cada parámetro analizado presente en el efluente después del tratamiento.
4
Análisis de la remoción de contaminantes.
Procesamiento de datos obtenidos
Análisis de documentos
Formato de
eficiencia
Se determinará
estadísticamente que los objetivos planteados se cumplieron, además del % de remoción presente en los efluentes de pelambre.
28 Fig. 4: Diseño del Generador de micro-nano burbuja.
29 2.4.3. Validación y confiabilidad
Los instrumentos utilizados en la presente investigación fueron validados por tres jueces expertos:
- Dr. Lorgio Valdiviezo Gonzales - Dr. Juan Julio Ordoñez Gálvez - Ing. Víctor Lizárraga gamarra
En total se tiene tres fichas validadas en los anexos, los cuales son:
- Anexo N°4: Validación de instrumento N° 1.
- Anexo N° 5: Validación de instrumento N° 2.
- Anexo N° 6: Validación de Instrumento N° 3.
2.5. Métodos de análisis de datos
Los datos obtenidos, pasaron por un proceso de análisis a través de las herramientas para procesamiento de datos a través de Excel y SPSS v22, análisis de laboratorio y análisis comparativo con las normativas aplicables.
El diseño experimental se ajusta a las exigencias de la técnica de muestreo aleatorio al azar consistente en 3 concentraciones y 3 repeticiones para DBO5
y DQO. Por lo tanto, el modelo matemático estadístico del diseño será:
La prueba de las diferencias significativas se determinó mediante el análisis ANOVA.
2.6. Aspectos éticos
La muestra brindada por la curtiembre San Pedro fue utilizada netamente para el desarrollo de la investigación y no fueron utilizados con otros fines.
Los resultados obtenidos del pre y post tratamiento de los efluentes de pelambre aplicando las nano burbujas no fueron alterados ni modificados para la conveniencia de la presente investigación. El tratamiento con las nano burbujas se aplicó para disminuir la concentración de contaminantes presentes en los efluentes del proceso de pelambre con la finalidad de preservar los recursos naturales.
30 III.
RESULTADOS
Procedimiento:
- Recepción de la Muestra
Una vez culminado el proceso de productivo dentro de los bombos en la curtiembre San Pedro, primero se realizó la toma de muestra del efluente proveniente del proceso de pelambre (contenido de cal, agua y sulfuro).
Fig. 5: Proceso de pelambre
Fuente: Curtiembre San Pedro, 2016.
Se tomaron 7 litros de muestra en recipientes de polipropileno adecuados de 1 litros. Se tomó la temperatura del efluente el cual fue de 19,6 ºC y se almacenaron en un cooler para preservar las muestras a 4 ºC de temperatura.
31 Fig. 6: Recepción de las muestras.
Fuente: Curtiembre San Pedro, 2016.
Fig. 7: Toma de la Temperatura.
Fuente: Curtiembre San Pedro, 2016.
- Pre-Tratamiento
Enseguida se utilizaron 2 litros de la muestra para determinar los parámetros de campo o parámetros físicos, para ello se utilizó el multi-parámetro y turbidímetro.
32
Tabla 3: Parámetros de campo del Pre-Test.
Parámetros Unidad
Muestra Inicial
pH 9,46
Turbidez UNT 1200
Temperatura °C 19,6
Oxígeno Disuelto O2/L 0,13
Conductividad Eléctrica µS/cm 27,5
Fuente: Elaboración Propia.
Interpretación: El pH de la muestra inicial fue de 9,46, la turbidez fue de 1200 UNT, la temperatura fue de 19,6 ºC, el oxígeno disuelto de 0,13 O2/L y por último la conductividad eléctrica fue de 27,5 uS/cm. Todas estas muestras fueron tomadas con el multiparámetro.
Posteriormente los sólidos en suspensión sedimentaron en un tiempo aproximado de 15 minutos. La muestra se colocó en 3 vasos precipitados de 1 litro de volumen en tres concentraciones diferentes para realizar el tratamiento con micro–nano burbujas.
Fig. 8: Determinación de los parámetros de campo.
Fuente: Laboratorio de edafología UCV, 2016.
33
Fig. 9: Determinación del Oxígeno Disuelto.
Fuente: Laboratorio de edafología UCV, 7 de diciembre del 2016.
Luego se utilizaron 2 Litros de muestra inicial para determinar los parámetros químicos tales como DBO5, DQO, STS y Sulfuros y llevarlos al laboratorio EQUAS, para ello previamente se utilizaron conservantes los cuales se especifican en la siguiente tabla.
Tabla 4: Conservantes utilizados para los parámetros de DBO5 y Sulfuro.
PARAMETRO CONSERVANTE CANTIDAD
DBO5 H2SO4 5 mL
Sulfuro Acetato de Zinc 4 gotas
NaOH 4 gotas
Fuente: Elaboración Propia.
34
Interpretación: Para conservar las muestras que se analizaron se usó 5mL H2SO4 para DBO5 y para la conservación de sulfuro se requirieron 4gotas de Acetato de Zinc y 4 gotas de NaOH.
Tabla 5: Resultado del laboratorio de la muestra inicial PARAMETRO Unidad Muestra Inicial
DBO5 mg/L 13 815
DQO mg/L 30 700
STS mg/L 45 150
Sulfuros mg/L 110,460
Fuente: Elaboración propia.
Interpretación: En la tabla de resultados obtenidos en el laboratorio de la muestra inicial se puede observar que la DBO5 fue de 13 815 mg/L, DQO 30700 mg/L, los STS de 45 150 mg/L y por último los sulfuros de 110,460mg/L.
- Tratamiento
Se realizó la generación de las micro-nano burbujas adecuando a las condiciones precisas que se requieren para las mismas, considerando la presión del gas que fue de 90 PSI y el flujo del agua 4, 67 L/min y se colocó la muestra de micro-nano burbujas en un vaso precipitado de 2L.
35
Fig. 10: Generación de las micro-nano burbujas.
Fuente: Laboratorio de Edafología-UCV, 2016.
Fig. 11: Muestra de Micro-nano burbujas.
Fuente: Laboratorio de Edafología-UCV, 2016.
36
Para realizar el tratamiento primero se esperó que los sólidos en suspensión sedimenten en un tiempo aproximado de 15 minutos. Enseguida se colocó la muestra en 3 vasos precipitados de 2 litros con 3 concentraciones diferentes para realizar el tratamiento con micro–nano burbujas.
Tabla 6: Volumen de muestra y micro-nano burbujas.
Cantidad Unidad Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3
Muestra mL. 200 400 800
Micro-nano burbujas mL. 1800 1600 1200
Total L. 2 2 2
Fuente: Elaboración propia.
Interpretación: En la tabla se puede observar las concentraciones del efluente de pelambre, para la M1 fue de 200 ml, la muestra 2 de 400 y la cantidad de micro-nano burbujas para la M1 fue de 1800 ml, M2 1600 ml y la muestra 3 1200 ml, para llegar a la capacidad máxima del vaso precipitado que fue de 2 L.
Fig. 12: Efluente del pelambre en los vasos precipitados en concentraciones diferentes
Fuente: Laboratorio de Edafología-UCV, 2016.
37
Se aplicó el tratamiento con micro-nano burbujas en las proporciones mencionadas se esperó una hora aproximadamente para ver la acción.
Fig. 13: Aplicación del tratamiento con Micro-nano burbujas.
Fuente: Laboratorio de Edafología-UCV, 2016.
Tabla 7: Parámetros de campo de las tres muestras.
Parámetros Unidad Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3
pH 6 7 9
Turbidez UNT 943 108 1126
Temperatura °C 20,1 20 20
Oxígeno Disuelto O2/L 6,16 3,7 0,21
Conductividad Eléctrica µS/cm 50,7 42,3 35,8
Fuente: Elaboración propia.
Interpretación: La tabla detalla los resultados de las 3 muestras con diferentes concentraciones 200mL, 400mL y 800 mL para la Muestra 1, Muestra 2 y Muestra 3 respectivamente, con micro-nano burbujas. Los resultados de la Muestra 1 fueron: pH 6, Turbidez 943 UNT, Temperatura 20,1
°C, Oxígeno Disuelto 6,16 O2/L, y Conductividad Eléctrica 50,7 µS/cm. Para
38
la muestra 2 fueron: pH 7, Turbidez 108 UNT, Temperatura 20 °C, Oxígeno Disuelto 3,7 O2/L y Conductividad Eléctrica 42,3 µS/cm. Para la muestra 3 pH 9, Turbidez 1126 UNT, Temperatura 20 °C, Oxígeno Disuelto 0,21 O2/L, Conductividad Eléctrica 35,8 µS/cm.
Se colocaron en recipientes adecuados para analizar en laboratorio acreditado con sus respectivos conservantes.
Fig. 14: Muestras conservadas para analizar en el laboratorio. Fuente:
Laboratorio de Edafología-UCV, 2016.
Tabla 8: Resultados obtenidos del laboratorio.
Fuente: Elaboración propia.
Parámetros Unidad Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3
DBO5 mg/L 13 815 1381 2 111
DQO mg/L 30 700 8 873 4 673
STS mg/L 45 150 2 120 1576
Sulfuros mg/L 110,460 33,210 45,090
39
Interpretación: La tabla detalla los resultados de las tres muestras con diferentes concentraciones 200mL, 400mL y 800 mL para (Muestra 1, Muestra 2 y Muestra 3) respectivamente. Los resultados de la muestra 1 fueron: DBO5 13 815 mg/L, DQO 30 700 mg/L, STS 45 150 mg/L y sulfuros 110,460 mg/L. Los resultados de la muestra 2 fueron: DBO5 1381 mg/L, DQO 8 873, STS 2 120 mg/L y Sulfuros 33,210 mg/L. Los resultados de la muestra 3 fueron DBO5 2 111 mg/L, DQO 4 673 mg/L, STS 576 mg/L y Sulfuros 45,090 mg/L.
Además, se tomaron parámetros como pH y Conductividad eléctrica con ayuda del multiparametro.
Fig. 15: Determinación de la Muestra de micro-nano burbujas.
Fuente: Laboratorio de Edafología de la UCV, 7 de diciembre 2016.
40
Tabla 9: Resultados de los datos obtenidos en el laboratorio.
Fuente: Elaboración propia.
Interpretación: La tabla muestra los datos obtenidos como pH 7.58, conductividad eléctrica 1102 µS/cm y el tamaño promedio de la burbuja 7 µm.
El tamaño de la micro-nano burbuja fue de 7 µm, la técnica que se usó para distinguir las micro-nano burbujas del medio fue el teñido de la muestra con tinta vegetal color celeste y mediante un gotero se colocó en placas Petri y para la medición usó un microscopio óptico trinocular con el software denominado SDK.
Fig. 16: Determinación del tamaño de micro-nano burbuja.
Fuente: Laboratorio, 2016.
Datos Micro-nano burbuja
pH 7.58
Conductividad Eléctrica 1102 µS/cm Tamaño promedio de
burbuja
7 µm
41
Fig. 17: Visualización de la micro-nano burbuja Fuente: Fuente: Laboratorio, 2016.
Velocidad lenta de Ascenso de la micro-nano burbuja
Formula: U= pgd2/18 µ
Datos:
U = X
p = 998.2 kg/m3 g = 9.8 m/s2 d = 7 x 10 -6 m µ = 1.005x10-3 m2 /s Remplazando:
