1. No category

Instituto P o lité c n ic o
N a c io n a l
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
Q U IM IC A E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEGRADACION
BIODISCOS DE
AEROBIA
A G U A S
EN
TRIA D E L PAPEL, P R E T R A T A D A S
ANAEROBIO
T
DE
E
LECHO
S
UN
REACTOR
B L A N C A S DE
LA
DE
INDUS­
EN U N REACTOR
FLUIDIFICADO.
I
S
Que para obtener el Título de
INGENIERO Q U I M I C O INDUSTRIAL
p r e s e n t a n :
F A T IM A N O EM I BRINDIS O L V E R A
RAFAEL O R IH U ELA G A R C IA
México, D. F.
19 9 3
I N S T I T U T O
P O L I T E C N I C O
E sc u e l a
I n g b n ib r ia
S upbrio r
de
Q u ím ic a
b
N A C I O N A L
I n d u st r ia s
E x t r ac tiv as
ucketaxu
0€
KOOCACIOM PUSUCA
MEXICO, D. F.# 1 7
d e m arzo d e
19 9 3
C
FATIMA NOEMI BRINDIS OLVERA
RAFAEL ORIHUELA GARCIA
Pasante de Ingeniero QUIMICO INDUSTRIAL
Presente:
Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted que, habiendo procedido a revisar el borrador
de la modalidad de titulación correspondiente, denominado ."PSGRADACIAN.AEftQBIA
JJ-N.REACTPR•DE BIODISCOS .DE AGUAS .BLANCASDE LA INDUSTRIA .PEI, .?£P£I,f.£H5TFAT4PA.S ,5fí..U.tí.REC­
TOR. ANAEROBIO.DE LECHO. FLUIDIFICADO".
encontramos que eJ citado trabajo y/o proyecto de tesis, reúne los requisitos para autorizar el Examen Pro­
fesional y proceder a su impresión según el caso, debiendo tomar en consideración las indicaciones y correo*
ciones que al respecto ae le hicieron.
Atentamente
JURADO
C
C.
..... _______ _-MINGUEZ
ING. LUIS EDUARDO ZEDILLO PONCE DE LEON
c.cp.— Expediente.
sh r.
DRA. MA.
G ING. J
GALINZOGA
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
“
f
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QLIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DIVISION D E SISTEMAS D E T I T U L A C I O N
T-047
S E C R F ^ A R IA
t O U C A C IO N P U B L IC A
México, d
Aí(íos) C
f
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Pasonte(9)
BRINDIS
OLVERA FATIMA NOEMI
ORIHUELA GARCIA RAFAEL
Mediante ia presente
C
Ing
se hoce
4 <je
marzo de 1992.
Carrera
Generación
I.Q .I.
1985-1990
l.Q .I.
1 9 8 5 -1 9 9 0
de su conocimierto que esta División acepta que el
DRA. MA, DEL CARMEN DURAN DOMINGUEZ.
!BO onentador
on ©I Tema de Tesis que propone(n) usted'es' desarrollar como prueba escrita en la opcion
T ESIS
título
y
Y E>Af'EJl ORAL C O LE C T IV A .
ba ,o el
contenido siguientes
"DEGRADACION AEROBIA EN UN REACTOR DE B I C D I S C O S
i
Á INDUST RIA
DEL
PA PEL,
DE AGUAS BLANCAS
DE
PRETRATADAS EN UN REACTOR ANAEROBIO DE LECHO
F LU ID IFIC A D O ."
RESUMEN
INTRODUCCION
I.-
MATERIALES
I I .-
EXPERIMENTACION
Y METODOS
I I I .-
EVALUACION DEL SIS TE MA
IV .-
CONCLUSIONES
B IB L I O G R A F I A
Se concedarfítajcj máximo de un año para
Y RECOMENDACIONES
Y ANEXOS
presentarlo a revisión por el Jurado
'J
*
DRA-MA. DEL CA^WfÑ DURAN DOMINGUEZ
EL PR O F E SO R O RIE N TA D O R
M.(/ í -=NAR£Y
MARTINEZ CRUZ.
EL JEFE DE LA D IV IS IO N
DE S IS T E M A S
DE T ITU L A C IO N
shr.
EL S U B O IR E C T O R A C A D E M IC O
RECONOCIMIENTOS
Los autores agradacen el apoyo financiero otorgado para la
realización de este proyecto al Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología (Proyecto Clave PVT/AI/NAL/87 3782), al Ministerio Federal
Alemán de Investigación y Tecnología (BMFT, Proyecto Clave 02-WA
146) , al Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente con
sede en Nairobi, Kenya (Proyecto Clave FP/2104-82-01), la Universidad
Nacional Autónoma de México a través del Programa de Ingeniería
Química Ambiental y Química Ambiental y al Ingeniero Ignacio Martínez
Martínez, de la fábrica Papelera Morelos S.A. de C.V. por su apoyo
para la realización de este proyecto.
Gracias:
Con infinito respeto, admiración
a los padres más maravi­
llosos que Dios me pudo haber
dado: Mati y Jorge.
y cariño
A mis hermanos: Edgar y Jorge Tulio
por su confianza, apoyo, respeto y
cariño.
A ti papá José por todo tu cariño.
A ti por enseñarme lo hermosa
que es la vida al caminarla a
tu lado, por la confianza,
amor, respeto y ternura.
A mis padres: Enrique y Guadalupe
Con el mejor recuerdo y gratitud
que siempre tendré de ellos, que
aunque ya no estén en presencia
siempre estarán en esencia y p r e ­
sentes en mi mente y mi corazón
Gracias, Papá y Mamá.
A mis hermanos:
Quique, Nacho, Pepe, Chucho,
Fernando, Enrique y en especial
a Martín para todos ellos gracias
por el apoyo y la confianza que
siempre me han demostrado y por
la unión que siempre hemos tenido
A ti Fátima por tu confianza y
comprensión que me has brinda­
do y por el amor que siempre
nos ha caracterizado para que
día a día nos encontremos más
unidos como pareja.
En forma muy especial queremos
agradecer a la Dra. Carmen Duran
de Bazúa por toda la confianza y
apoyo que nos ha brindado, para
que este trabajo se cumpliera en
su totalidad.
También queremos agradecer de
manera muy especial al M. en C.
Víctor M. Luna Pabello por toda
su ayuda incondicional para la
realización de este trabado y
por su amistad brindada.
A la Escuela Superior de Ingeniería
Química e Industrias Extractivas.
A el M. en C. Margarito Coronado
por su apoyo hacia nosotros para
este trabajo.
A la Ing. Alicia Ramos Torres y
al Ing. Alberto Chavarría por su
amistad y apoyo incondicional.
A todos los "Castores unidos"
de aquella gloriosa generación
nuestra por su amistad y con-fianza hacia cada uno de nos.
INDICE
R E S U M E N ........................................................
CAPITULO I .
INTRODUCCION
1.1
1.2
LEGISLACION AMBIENTAL APLICABLE
A LA INDUSTRIA DEL PAPEL.....................
3
PANORAMICA DE LA INDUSTRIA PAPELERA
EN MEXICO.....................................
6
SISTEMAS DE TRATAMIENTOS APLICABLES..........
13
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.4
CAPITULO II.
X
SISTEMAS DE ORGANISMOS FLOCULADOS
LAGUNAS DE OXIDACION..................
SISTEMAS DE BIOPELICULA...............
REMOCION DE COLOR.....................
OBJETIVOS Y METAS....................
21
27
30
37
TRATAMIENTO ANAEROBIO DE AGUAS BLANCAS
EN UN REACTOR DE LECHOFLUIDIFICADO
II. 1
INTRODUCCION...............................
40
II. 2
ARRANQUE...................................
42
II. 3
RESULTADOS YDISCUSION.......................
43
CAPITULO III. MATERIALES Y METODOS
III. 1
AGUAS RESIDUALES..........................
50
111.2
EQUIPO, REACTOR BIOLOGICOROTATORIO........
50
111.3
CORRIDA EXPERIMENTAL......................
63
111.4
CONDICIONES DE OPERACION..................
66
III. 5
E V A L U A C I O N E C O N O M I C A P R E L I M I N A R ..............
67
C A P I T U L O IV.
RESULTADOS Y DISCUSION
IV.
IV.2
1
RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL.........
71
EVALUACION ECONOMICA PRELIMINAR.............
83
IV.2.1 Evaluación técnico-económica de
una planta anaerobia-aerobia........
IV.2.2 Ahorros por concepto de pagos de
derechos de vertimientos de aguas
residuales...........................
IV.2.3 Ahorros por recirculación del agua
tratada al proceso...................
CAPITULO V.
83
98
102
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
V.l
CONCLUSIONES .................................
110
V.2
RECOMENDACIONES...............................
110
BIBLIOGRAFIA.......................................
112
APENDICE 1. METODOLOGIA ANALITICA.................
114
APENDICE 2. RESULTADOS EXPERIMENTALES.............
123
APENDICE 3. LEGISLACION AMBIENTAL PARA LA
INDUSTRIA DE LA CELULOSA Y EL PAPEL..
146
RESUMEN
En la industria papelera se generan aguas residuales, las cuales
se definen como: "filtrados (agua) obtenidos de una máquina formadora
de papel o de cartón".
Dichas aguas contienen cargas muy elevadas de material orgánico
e inorgánico, por lo cual es necesario un tratamiento a estos
efluentes para que pueda ser reutilizada, ya sea en el propio proceso
de fabricación o bien puedan ser desechadas a la alcantarilla sin
violar los parámetros estipulados por la Ley General del Equilibrio
Ecológico y la Protección al Medio Ambiente (NTE, 1988) .
El presente trabajo forma parte de un estudio global de
tratamiento biológico de estos efluentes. Este estudio incluye el
tratamiento en serie anaerobio-aerobio de las aguas blancas. La
primera parte, el pretratamiento anaerobio, se realizó en un reactor
de lecho fluidificado por investigadores del Centro de Investigación
y Estudios Avanzados del I.P.N. La segunda parte, el tratamiento
aerobio se hizo en un reactor de discos rotatorios y es el objeto de
este trabajo.
Las aguas blancas en estudio tienen, en promedio, 1900 mg de
materia orgánica disuelta medida como demanda química de oxígeno, 390
mg de material suspendido y un pH de 7.0
Las aguas pretratadas anaerobiamente en un reactor de lecho
fluidificado, se alimentaron a un reactor de biodiscos (rotatorio) a
escala laboratorio con una capacidad de 20 litros,
dividida en 5
cámaras o etapas, que tienen 4 discos de acrílico en cada una de las
cámaras, fijados por un eje conectado a un sistema de transmisión,
que gira a 36 rpm.
Para iniciar la experimentación se utilizaron las 5 cámaras,
teniendo como alimentación un bidón de 100 litros, durante un tiempo
de 20 días en recirculación. Esto se hizo con la finalidad de
aprovechar al máximo el agua que se tenía para este estudio y
favorecer la formación de la biopelícula sobre los discos del
reactor. Se evaluaron diariamente los contenidos de materia orgánica
disuelta del agua residual en tratamiento, medida como demanda
química de oxígeno, DQO, temperatura, oxígeno disuelto y el pH del
licor mezclado de cada una de las camaras. Cuando los valores de la
DQO tenían una variación alrededor del 10% se consideró que el
reactor estaba operando en un régimen permanente o pseudoestable.
I
Una vez alcanzado el régimen pseudoestable se empezó a operar el
reactor con solamente 3 cámaras, ya que los valores que se estuvieron
obteniendo indicaban que el reactor podía operar para este tipo de
efluente con solo 3 etapas, sin que hubiera alteración en alguno de
los parámetros antes indicados.
Se estudiaron dos
tiempos de
residencia hidráulica, 24 y 48 horas. En el períojio de régimen
permanente se determinaron demanda química de oxígeno,
demanda
bioquímica de oxígeno última, DBOu, pH, temperatura, oxígeno disuelto
y carbón orgánico total. En función de los resultados obtenidos de
los análisis fisicoquímicos, que fueron de 90% de remoción, medida
como DQO; de 95%, medida como DBOll y de 96%, medida como COT, se
realizó una evaluación económica preliminar considerando que se
instalara una planta de tratamiento anaerobio-aerobio en una fábrica
de papel tissue ubicada en el estado de Tlaxcala (zona 3 para la
Comisión Nacional del Agua).
Las bases del estudio económico de prefactibilidad fueron las de
una producción de papel de 100 T de papel con una generación de aguas
residuales de 2,500 m3/día. Esto hace que el sedimentador tenga una
capacidad de 5,000 m3 y los equipos accesorios tengan una capacidad
de 2,500 m3 y que los reactores anaerobio y aerobio tengan cada uno
la capacidad de 2,500 m 3 .
El costo total de la inversión sería de N$ 6'535,892 y
costos de operación serían de N$ l.30/m3 de agua en tratamiento.
los
Si se considera que la empresa debe cubrir a la Comisión
Nacional del Agua el pago mensual por concepto, tanto del uso de agua
fresca a proceso, como el de descarga de aguas residuales, es posible
evaluar los ahorros en estos rubros, primero, si el agua residual
cumple con los requerimientos de la CNA y, segundo, el ahorro de
costos por consumo de agua fresca si se recicla el 80% del agua
tratada a proceso.
Estos ahorros amortizarían la inversión inicial de la planta de
tratamiento de aguas y los costos de operación dando un lapso de 2.5
años para recuperar el capital, sin considerar el valor del dinero en
el tiempo.
II
CAPITULO I
INTRODUCCION
1.1
LEGISLACION AMBIENTAL APLICABLE A
LA INDUSTRIA DEL PAPEL
1.2
PANORAMICA DE LA INDUSTRIA PAPELERA
EN MEXICO
1.3
SISTEMAS DE TRATAMIENTO APLICABLES
1. SISTEMAS DE ORGANISMOS FLOCOLADOS
2. SISTEMAS DE BIOPELICULA
1.4
OBJETIVOS Y METAS
I N T R O D U C C I O N
A nadie escapa la importancia que tiene el agua como factor
para
la
supervivencia,
la
salud,
el
desarrollo
agrícola,
pecuario, municipal, industrial y turístico. Es por eso que en la
actualidad todos los pueblos de la tierra tienen una seria
preocupación por
conocer
sus
reservas,
su
renovación,
la
utilización que le dan y deberán darle en el futuro y, asimismo,
conocer la calidad del recurso.
En el presente siglo los
legisladores de todos los países, apoyados por sus técnicos,
discuten leyes y normas para su aprovechamiento y su conservación
pues se tiene ya una idea clara y definida de la importancia que
representa éste para la humanidad.
En la República Mexicana, el 70% de su superficie es árida o
semiárida y el desarrollo integral de la nación en su concepto
más amplio, dependerá en gran medida del manejo adecuado del
vital recurso.
La situación geográfica de los cuerpos de agua del país y su
distribución a lo largo del tiempo, plantean la necesidad de
realizar su manejo desde un enfoque regional, más que de división
política o sectorial; por lo tanto, es de suma importancia
conocer la situación actual de la explotación y sus posibles
consecuencias en su calidad y cantidad, con el fin de establecer
criterios de carácter científico para su utilización correcta y
racional en el corto, mediano y largo plazos.
Es por ello que hoy en día, el manejo del agua adquiere
mayor importancia en nuestro país ya que, independientemente de
las
características
físicas,
sociales
y
económicas
que
prevalecen, se reconoce que la disponibilidad del agua de calidad
adecuada para los diferentes usos, se torna cada vez más escasa;
al mismo tiempo, los ecosistemas acuáticos se deterioran, por lo
cual su conservación adquiere gran relevancia.
La contaminación del agua se genera por el desarrollo de las
actividades de la población, distinguiéndose la industria, por el
riesgo de incorporar materias tóxicas en los cuerpos de agua;
asimismo, no dejan de ser importantes fuentes de contaminación
las^ aguas
residuales generadas por los usos
domésticos y
agrícolas;
las primeras por su contenido de materias orgánicas y
1
microorganismos patógenos y las segundas por la presencia
compuestos tóxicos originados por la utilización inmoderada
fertilizantes, herbicidas y plaguicidas.
de
de
La buena planeación en el desarrollo y aprovechamiento de
recursos hidráulicos y en los trabajos de control de la
contaminación de los cuerpos de agua, requiere de la previa
identificación y caracterización de las principales demandas de
agua y descarga del país. Por tal motivo, siendo la industria uno
de los mayores consumidores de agua y una de las principales
fuentes de agua residual, en el año de 1974 la Secretaría de
Recursos Hidráulicos decidió iniciar un amplio estudio sobre las
demandas de agua, uso interno y descarga de aguas residuales en
los once principales sectores industriales del país.
Por lo anteriormente descrito,
la Dirección General de
Prevención
y
Control
de
la
Contaminación
Ambiental,
ha
establecido dos programas fundamentales que son: Vigilancia y
Monitoreo de la Calidad del Agua.
El primero permite vigilar y aplicar la legislación vigente
en materia de prevención y control de la contaminación ambiental,
con el fin de fijar las condiciones particulares de descarga de
acuerdo a los usos, capacidad de asimilación y dilución de los
cuerpos receptores de las descargas de aguas residuales.
El
segundo
permite
conocer
en
forma
sistemática
las
alteraciones de la calidad de los cuerpos en el tiempo y el
espacio, por medio de las determinaciones analíticas de los
parámetros
físicos,
químicos,
biológicos,
microbiológicos
y
especiales que sirven para sustentar sobre bases reales las
acciones y estrategias en la materia; así como llevar a cabo la
evaluación de su aplicación.
En trabaj os previos se han mencionado la importancia de la
industria de la celulosa y el papel en el rubro de contaminación
de acuíferos (Vázquez et al, 1991; Fernández, 1992).
2
1.1
LEG I S L A C I O N A M B I E N T A L A P L I C A B L E A L A I N D U S T R I A D EL PAPEL
En el apéndice 3 se presenta a la letra la norma vigente
para este giro industrial. Acuerdo por el que se expide la norma
técnica ecológica NTE-CCA-015/88,
que establece los límites
máximos permisibles y el procedimiento para la determinación de
contaminantes en las descargas de aguas residuales en cuerpos de
agua, provenientes de la industria de la celulosa y el papel.
Por ello, a continuación se presentan los
permisibles aplicable a este giro industrial.
límites máximos
En el Diario Oficial del 4 de agosto de 1988 se expidió la
norma técnica ecológica NTE-CCA-015-88, que establece los límites
máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas
residuales provenientes de la industria de la celulosa y el papel
ÍTabla 1-1). El 14 de diciembre de 1988 se expidió la norma
técnica ecológica NTE-CCA-024-88,
que establece los límites
máximos
permisibles
de
contaminantes
en
las
descargas
provenientes de la industria elaboradora de papel a partir de
celulosa virgen (Tabla 1-2) y la norma técnica ecológica NTE-CCA025-88,
que
establece
los
límites
máximos
permisibles
de
contaminantes en las descargas provenientes de la industria
elaboradora de pepel a partir de fibra celulósica reciclada
(Tabla 1-3).
A continuación se mostrarán por medio
tablas los límites máximos permisibles que
nuestro país.
de las siguientes
están rigiendo en
Estos límites máximos permisibles servirán para poder dar
una muestra de cómo están rigiendo las normas ecológicas de
nuestro país con respecto a los otros del mundo.
3
TABLA
1-1.
LIMITES
MAXIMOS
PERMISIBLES
PARA
DESCARGAS
PROVENIENTES DE LA INDUSTRIA DE CELULOSA Y PAPEL (NTE-CCA-015-88)
PARAMETROS
LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES
Promedio diario
Instantáneo
pH (unidades de pH ) ........
6-9
6-9
Demanda bioquímica de
oxígeno (mg/L)...............
200
240
Sólidos suspendidos
totales (mg/L)...............
200
240
8
8.2
50
60
Sólidos sedimentables
Grasas y aceites
(mg/L)
(mg/L).....
TABLA
1-2.
LIMITES
MAXIMOS
PERMISIBLES
PARA
PROVENIENTES DE LA INDUSTRIA ELABORADORA DE PAPEL A
CELULOSA VIRGEN (NTE-CCA-024-88)
PARAMETROS
DESCARGAS
PARTIR DE
LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES
Promedio diario
Instantáneo
pH (unidades de pH ) ........
6-9
6-9
Demanda bioquímica de
oxígeno (mg/L)...............
125
150
Sólidos suspendidos
totales (mg/L)...............
125
150
4
5
30
36
Sólidos sedimentables
Grasas y aceites
(mg/L).
(mg/L).....
4
TABLA
1-3.
LIMITES
MAXIMOS
PERMISIBLES
PARA
PROVENIENTES DE LA INDUSTRIA ELABORADORA DE PAPEL A
FIBRA CELULOSICA RECICLADA (NTE-CCA-025 -88)
PARAMETROS
dH
LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES
Promedio diario
Instantáneo
(unidades de p H ) .............. ......
Demanda bioquímica de
oxígeno (mg/L).
......... .......
Sólidos suspendidos
totales (mg/L).
.........
Sólidos sedimentables
Grasas y aceites.
DESCARGAS
PARTIR DE
(mg/L).
6-9
200
240
240
.......
.........
6-9
8
9.6
60
A continuación se presentan los datos técnicos relacionados
con este sector industrial.
5
1.2
PANORAMICA DE LA INDUSTRIA PAPELERA EN MEXICO
Para ubicar a esta rama
industrial de acuerdo a la
normatividad presentada, a continuación se da una panorámica de
este sector en México.
Las industrias elaboradoras de celulosa y papel pueden
clasificarse de acuerdo a la naturaleza de sus procesos e
instalaciones y en función de los productos manufacturados en:
a.- Industrias Integradas.Aquellas que a partir de madera,
bagazo de caña de azúcar o plantas (vegetales) anuales, realizan
las operaciones básicas de fabricación de pulpa en cualquiera de
sus variedades (mecánica, semiquímica o química); pueden contar o
no con líneas de blanqueado de la celulosa producida y,
finalmente, elaboran papel en cualquiera de sus variantes de
calidad y características.
b.- Industrias No Integradas.Su actividad industrial está
orientada a la fabricación de un producto,
fundamentalmente
celulosa o papel, en cualquiera de sus múltiples aceptaciones
pero no ambos.
La industria de la celulosa y el papel acusa los síntomas de
centralización tan característicos en nuestro país; en el Estado
de México y el Distrito Federal se localiza el 46% de la
capacidad efectiva de producción de celulosa y el 65% de la
producción de papel, lo que puntualiza la situación mencionada.
La industria de la celulosa y el papel se desarrolla en 14
estados de la República Mexicana existiendo 69 establecimientos:
7 de celulosa; 10 de papel y celulosa y 52 de papel (Fig. 1). Al
respecto destaca el Distrito Federal y el Estado de México con
34 establecimientos, como ya se mencionó en el párrafo anterior.
La
industria
del
papel
ha
mostrado
un
crecimiento
ininterrumpido en los últimos 10 años como se puede observar en
el cuadro 1, pasando de 2'062,000 toneladas en 1983, a casi
2'871,000 toneladas en 1990.
6
^
CE^UL05A
C 3 PAPEL
(7/
15";
celulosa y papel
(ia)
NUMERO DE I N D U S T R I A S
(, 6 9 )
L O C A L I Z £ - 1üM DE I N D U 5 T R T A S P R O D U C T O R A S DE C E L U L O S A Y P A P E L
FISURA 1
CUADRO 1
PRODUCCION TOTAL DE PAPEL EN MILES DE TONELADAS
CONCEPTO
AÑOS
1988
1989
1990
2 ,4 7 0
2 ,5 7 5
2 ,5 9 4
2 ,737
2 ,8 7 1
208
22
105
19
143
134
9 .3
0 .9
4 .2
0 .7
5 .5
4 .9
1984
1985
1986
2 ,06 2
2 ,2 4 0
2 ,4 4 8
V A R IA C IO N
76
17 8
V A R IA C IO N
%
3 .8
VO
00
1987
1983
P R O D U C C IO N
(SEDUE, 1988, C N I C P , 1991)
:
Respecto a la producción de celulosa, ésta se contrajo un 5.8% en 1986 con
respecto a 1985, recuperándose para el año de 1987. En dicho año, la producción
nacional de celulosa fue de 780,538 toneladas, repitiendo baja de producción en los
años de 1989 y 1990 (Cuadro 2).
8
CUADRO 2
PRODUCCION TOTAL DB CELULOSA EN MILES DE TONELADAS
(SEDUE, 1988, C N I C P , 1 9 9 1 )
AÑOS
CONCEPTO
1983
1984
1985
1986
1988
1987
1989
1990
801
820
773
781
809
799
772
VARIACION
12
41
19
- 47
8
28
- 10
- 27
VARIACION
%
1.6
5.4
- 5.8
1.0
3.6
- 1.2
- 3.4
to
760
PRODUCCION
En cuanto a producción, los estados de México, Veracruz y Querétaro sobresalen
con el 49.9% de la producción total del papel, correspondiente el 28.8% al primero
de ellos (Cuadro 3).
Por otra parte, en cuanto a producción de celulosa, los estados de Veracruz,
México, Chihuahua, Jalisco, Oaxaca y Michoacan aportan el 90.3% correspondiendo el
22.9% al estado de Veracruz.
La producción de celulosa y papel demandan grandes cantidades de agua a través
de sus diferentes procesos, destacando en la fabricación de celulosa las
operaciones de.- lavado y cribado, blanqueado y cribado, y secado con el 67.4% de
la demanda (Cuadros 5 y 6) .
9
CUADRO 3
PRODUCCION DE PAPEL POR GRUPOS Y POR ENTIDADES FEDERATIVAS Y SU PARTICIPACION RELATIVA RESPECTO
DEL TOTAL DE 1990 (SEDUE, 1988, CNICP, 1991)
(Toneladas métricas)
ESTADOS:
Escritura e
impresión
Vol
%
México
Querétaro
Veracruz
N v o . León
D.F.
Jalisco
San L . P .
Oaxaca
Chihuahua
Michoacán
Durango
Tlaxcala
Puebla
Morelos
Sonora
B.C. Norte
148,230
107,501
191,323
16,483
34,32
......
145,549
155,718
20,465
86,592
......
186
18,992
16.0
11.0
20.7
1.8
3.7
TOTAL
925,171
-------------------------------------
-------
15.7
16.8
2.2
9.4
-------------
2.1
-------------------
100
Vol
545,416
90,640
28,780
250,087
158,942
190,224
20,393
35.8
6.0
1.9
16.4
10.4
12.5
1.3
81,176
1,591
61,698
6,252
19,415
32,198
25,180
11,040
5.3
0.1
4.1
0.4
1.3
2.1
1.7
0.7
1'523,014
Vol
%
118,696
105,246
82.694
12,079
8,669
...........
9,000
%
Vol
30.8
27.3
21.5
3.1
2.3
--2.3
15,045
.....
-----------
12,383
7,491
...........
-----------
100
9.0
-----------
-------------------
13,998
3.7
385,032
10
-------
100
%
39.9
-------
--32.8
19.9
-------
--.....
34,650
Total
Especiales
Sanitario y
Facial
Empaque
.....
2,590
196
-------
-----------
-------------------
37,705
100
6.9
0.5
Vol
827,387
303,387
302,797
291,032
209,216
109,224
174,942
155,718
101,641
88,183
61,698
43,678
38,603
32,198
25,180
25,038
2'870,922
%
28.8
10.6
10.5
10.1
7.3
6.6
6.1
5.4
3.5
3.1
2.2
1.5
1.4
1.1
0.9
0.9
100
j
CUADRO 4
PRODUCCION DE CELULOSA POR GRUPOS Y POR ENTIDADES FEDERATIVAS Y SU PARTICIPACION RELATIVA DEL
TOTAL DE 1990 (SEDUE, 1988, CNICP, 1991)
(Toneladas métricas)
Estados:
Celulosa de
madera
Vol
%
Veracruz
Celulosa de
plantas anual
Vol
%
176,634
69.5
Pasta mecánica
de madera
Vol
%
Total
Vol
%
176,634
22.9
México
106,456
27.1
.....
---
.....
---
106,456
13.8
Chihuahua
122,614
31.3
.....
---
.....
---
122,614
15.9
33,264
8.5
77,384
30.5
.....
---
110,648
14.3
.....
---
86,098
68.4
86,098
11.1
.....
---
.....
---
94,820
12.3
---
39,798
31.6
74,575
9.7
125,896
100
771,845
100
Jalisco
---
Oaxaca
Mlchoacan
94,820
24.2
Durango
34,777
8.9
391,931
100
Total
254,018
11
100
CUADRO 5
DISTRIBUCION DE AGUA POR PROCESO
(Industria no Integrada - Fabricación de Celulosa)
DESCARGA
%
DEMANDA
%
PROCESO
Patio de madera
Cocedores
Lavado y cribado
Blanqueado
Cribado y secado
Caustificación
Evaporación y calderas
3.4
2 .0
43.5
34.5
2.2
3.5
8.5
3.8
2.4
17.6
23 .4
26 .4
8.9
1.4
(SEDUE,1988)
EVAPORACION
%
- - -
8.3
5.0
0.8
34.9
8.8
25.0
Nota; La suma de los porcentajes para cada concepto no dan el
100% debido a que se excluyen procesos
considerados
como
auxiliares o no representativos de este tipo de producción.
CUADRO 6
DISTRIBUCION DE AGUA POR PROCESO (SEDUE, 1988)
(Industria no Integrada - Fabricación de Celulosa)
PROCESO
Patio de madera
Fabricación de celulosa
Blanqueo
Desfibración
Caustificación
Evaporación y calderas
Máquinas de papel
DEMANDA
%
0.0
11.1
5.2
4.2
--56.0
DESCARGA
%
1.7
52.6
23.8
0.0
----6.0
En función de las características de las descargas líquidas
se
han
aplicado
sistemas
específicos
de
tratamiento.
A
continuación se presentan algunos
de
ellos,
principalmente
físicos y biológicos y fisicoquímicos para la remoción de color.
12
1 .3
S IS T E M A S D E T R A T A M IE N T O A P L IC A B L E S
El medio acuático es un complejo sistema de elementos
vivientes y elementos inertes. Posee características físicas,
químicas y biológicas tan interrelacionadas, que un cambio en
cualquiera de ellas suele ocasionar otros, en una intrincada red
de variables
relacionadas
entre
sí.
Frecuentemente
resulta
difícil identificar los factores que provocan la naturaleza de
estos cambios al sistema.
Por lo anterior y para simplificar el análisis de las
múltiples
influencias
sobre
el
factor
ambiental
agua, _^es
necesario identificar los cambios y sus tendencias de variación,
causas que los originan y efectos en el medio; para establecer
medidas ~ de prevención y control mediante los procedimientos
administrativos y legales implicados. Para lograr lo anterior,
resulta conveniente efectuar un estudio de las características de
calidad de un cuerpo de agua, llámese río, lago o estuario.
La naturaleza de un sistema acuático, lagunar, fluvial,
marino o de otro tipo es radicalmente influenciado por la
fisiografía y extensión de la zona de drenaje, los usos del
suelo, formaciones geológicas, características climatológicas e
hidrológicas.
También lo es por las características de la población urbana
o rural y de sus actividades socioeconómicas, las tendencias de
los movimientos
migratorios,
niveles
de vida,
fuentes
de
ocupación, infraestructura de servicios sanitarios y usos del
agua.
Por
lo anterior
es necesario
examinar y
evaluar
la
información que directa o indirectamente influye en la calidad
del agua.
FUENTES DE CONTAMINACION
De una manera general se pueden agrupar en
primitivas de contaminación:
Urbana
Industrial
Agrícola
Natural
13
4 las
fuentes
FUENTE URBANA.Las concentraciones urbanas de la población
constituyen la mayor fuente de contaminación del agua y es la más
difícil de manejar.
La inevitable proximidad de una ciudad a una
producá dos tipos de fuentes urbanas de contaminación:
corriente
Controlable
Incontrolable
Las
fuentes
controlables
están
representadas
por
el
alcantarillado que conduce al sistema de tratamiento o al sitio
de disposición final, la mayor parte de las aguas residuales
municipales producidas en la ciudad. La extensión a la cual sirve
el alcantarillado es una medida de la fuente controlable.
La fuente incontrolable la constituyen las aguas residuales
que llegan a los cuerpos receptores por otros conductos que no
siempre son alcantarillados.
Las fuentes incontrolables son
generalmente
intermitentes,
asociadas
con la
ocurrencia
de
lluvias, llegando las aguas pluviales a los cuerpos receptores a
través del drenaje pluvial y por otros conductos al escurrir por
las calles y avenidas.
FUENTE AGRICOLA.En
las
prácticas
agropecuarias,
los
fertilizantes y plaguicidas, cada vez más usados para incrementar
y mejorar la producción, son significativos contaminantes no solo
de los ecosistemas acuáticos, sino del ambiente en general.
El sobrepastoreo expone amplias áreas al efecto de la
erosión, las lluvias arrastran el material erosionado hacia los
cuerpos de agua, de la misma manera que residuos de fertilizantes
y plaguicidas, contaminando los cuerpos receptores.
FUENTE NATURAL.En un ^estricto sentido no existe ningún
cuerpo de agua sin algún nivel de contaminación,
aún en
territorio virgen; su contaminación procede de los arrastres
pluviales,
filtraciones subterráneas,
drenaje de pantanos y
marismas, y de la vida acuática.
Las
_ infiltraciones
subterráneas
contribuyen
a
la
contaminación^ por los arrastres de compuestos químicos producto
de la disolución de las formaciones geológicas.
14
El drenaje de
materia orgánica.
pantanos
contiene
altas
concentraciones
de
El ciclo natural de la vida acuática con sus
excreciones y
muerte de organismos, contamina el agua; crecimientos excesivos
de algunos organismos llegan a consumir el oxígeno disuelto;
otros son tóxicos o producen por su metabolismo sustancias
tóxicas.
Sin embargo, la cadena biológica acuática proporciona la
"mano de obra" esencial en los mecanismos de autopurificación y
constituye uno de los elementos más valiosos en la conservación
de los recursos hidráulicos.
FUENTE INDUSTRIAL.- Las aguas residuales, aún sujetas a un buen
control, por la magnitud de sus volúmenes y su variedad,
constituyen
un
gran
reto
para
su
manejo,
tratamiento
y
disposición.
Las aguas residuales industriales alcanzan los cuerpos
receptores
por
dos
medios
principales,
el
alcantarillado
municipal o sus propios sistemas de drenaje.
La prevención y control de la contaminación de los cuerpos
receptores, depende mucho del grado de control y eficiencia en el
manejo de los usos de agua en el interior de las industrias,
control que en muchos casos deberá ser severo debido al beneficio
que implica, por una parte el ahorro logrado en el reuso del agua
de los procesos y por otra parte, la recuperación de subproductos
contenidos en las aguas residuales.
Con lo que respecta a la industria del sector de la celulosa
y el papel las descargas son considerables tanto en volumen como
por los problemas que causan en los cuerpos receptores naturales.
No obstante, a la fecha no existen dispositivos de tratamiento
necesarios para acondicionar la calidad del agua de desecho antes
de su disposición final. Los parámetros contaminantes que son
objeto de mayor control en los efluentes industriales de esta
actividad
productiva,
son
los
sólidos
suspendidos
y
sedimentables, la materia orgánica biodegradable disuelta, medida
como demanda bioquímica de oxígeno, DBO y el color.
15
Los principales efectos de las descargas de aguas residuales
de esta industria son los siguientes:
a).- La fibra de celulosa, los almidones y otras formas de
materia orgánica presente en las descargas ocasionan incremento
en la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas del cuerpo
receptor, lo que puede generar deficiencias de oxígeno disuelto,
con sus consecuentes efectos adversos en la vida acuática y en la
estética del mismo.
b ) .- Las descargas residuales de estas industrias se caracterizan
con mucha frecuencia por un intenso color, lo que afecta por una
parte la calidad estética de los cuerpos receptores e interfiere
además con los procesos fotosintéticos en las aguas.
c).- El arrastre de materia inorgánica empleada en los procesos
de fabricación de celulosa y acondicionamiento del papel dan como
resultado un incremento en el contenido de sólidos inorgánicos de
las aguas, pudiendo también afectar a los organismos bénticos.
Los sistemas de colección de aguas residuales en las
fábricas de celulosa y papel varían en función a los procesos
básicos de producción empleados, pero la práctica más común es
descargar los desechos a diferentes colectores de acuerdo a su
localización; sin embargo, es posible combinar los efluentes y
conducirlos en un solo colector al sitio del tratamiento.
Un efluente que generalmente es segregado es el que acarrea
desechos ácidos de las secuencias de blanqueo y procesos ácidos
misceláneos,
tales como la producción de dióxido de cloro,
digestión y producción de aceite de bogol. Se emplean para este
efecto ductos anticorrosivos.
La máxima concentración de sólidos sedimentables permitida
por el reglamento está expresada volumétricamente y es de 1 mL/L,
en tanto que las concentraciones en las aguas residuales de la
industria de la celulosa y el papel pueden variar entre 1 y 40
mL/L.
El tratamiento primario
recomendado para
reducir
la
concentración de sólidos sedimentables a la norma antes citadas,
consiste básicamente de una unidad de rejillas y desarenadores
seguida de un sedimentador que puede requerir de ayudas químicas
en el proceso.
Por ello los mayores contaminantes
industria de la celulosa y el papel son:
16
que
conciernen
a
la
DBO, demanda bioquímica de oxígeno
DQO, demanda química de oxígeno
COLOR
SOLIDOS DISUELTOS
SOLIDOS SUSPENDIDOS
BACTERIAS COLIFORMES
CLASIFICACION DE DESECHOS EN LAS AGUAS RESIDUALES
Antes de ser descargados a un cuerpo receptor los desechos
urbanos, industriales, agrícolas y naturales pierden su identidad
mezclados en forma heterogénea. Sin embargo, en el proceso de
autopurificación son clasificados en varios tipos principales, a
saber:
1.
Orgánicos
2.
Microbianos
3.
Radiactivos
4.
Inorgánicos
5.
Térmicos
Tal clasificación es esencial en la definición
capacidad de asimilación de los cuerpos receptores.
de
la
DESECHOS ORGANICOS
Los desechos orgánicos constituyen el mayor problema de
contaminación. Algunos desechos vertidos por las fuentes urbanas
e industriales son de naturaleza inestable, sujeta a un proceso
de descomposición a mediano o largo plazo.
El interés sobre los desechos orgánicos se centra en la
capacidad que demandará de un cuerpo receptor para estabilizar
este
tipo
de
compuesto.
Lo
anterior
está
sujeto
a
la
concentración de oxígeno disuelto en él, siempre y cuando los
compuestos orgánicos sean oxidables en ese sistema biótico.
17
D E S E C H O S M IC R O B IA N O S
El interés primario de estos desechos se centra en la
generación de bacterias, virus y otros microorganismos patógenos
para el hombre. La mayor concentración la generan los desechos
urbanos y menor grado las industriales según las características
del mismo.
DESECHOS RADIACTIVOS
Los
desechos
radiactivos
generalmente
son
rígidamente
controlados en la fuente; sin embargo, el incremento del uso de
trazadores radiactivos en la industria y la investigación y el
peligro de derrames accidentales,
incrementa el
riesgo de
contaminación del agua por estos desechos.
DESECHOS INORGANICOS
Los desechos inorgánicos proceden de todas las fuentes,
están disueltos, suspendidos o en forma coloidal. A diferencia de
otros tipos, estos desechos son relativamente estables y no se
descomponen, precipitan o cambian, generalmente se sedimentan.
DESECHOS TERMICOS
La eliminación del calor como desecho está asociada con la
fuente industrial, en primer lugar con la producción de energía
eléctrica. Existen otras ramas industriales que requieren agua de
enfriamiento en sus procesos de manufactura y que la desechan
hacia
los
cuerpos
receptores,
frecuentemente a
elevadas
temperaturas ocasionando efectos adversos a la vida acuática.
Pudiendo observar lo descrito anteriormente, se concluye que
existe una gran variedad de formas de contaminar el agua y siendo
el agua un recurso no-renovable es recomendable aplicar un
sistema de tratamiento a las aguas residuales que se generan. Más
adelante se dan a conocer algunos tipos de tratamientos de aguas
residuales.
El
siguiente
diagrama
ejemplifica de
manera
esquemática la estrategia de depuración de las aguas residuales:
18
DIAGRAMA ESQUEMATICO DE LA ESTRATEGIA DE DEPURACION
DE LAS AGUAS RESIDUALES
BIOGAS
AAA
A A
A
MATERIAL EN SUSPENSION
Q
MATERIAL DISUELTO B1ODEGRADABLE
Los objetivos que se persiguen en el estudio del tratamiento
preliminar (o primario) del agua residual son los de evaluar los
principales procesos y operaciones unitarios,
así como las
funciones que realizan al aplicarlos al tratamiento preliminar
del agua residual. Estos son los que se indican en la tabla 1-4.
Se utilizan operaciones físicas
para la separación de
sólidos de tamaño grande, sólidos suspendidos y flotantes y de
grasas, así como para el bombeo del fango.
Esto significa que los materiales separados por los métodos
físicos
deben
estabilizarse antes
de disponer
de
ellos.
Generalmente son incinerados sí contienen substancias tóxicas que
no pueden ser químicamente estabilizadas o si no contienen esas
substancias tóxicas son secados y depositados en un confinamiento
controlado. Los gases resultantes deben ser inocuos antes de ser
arrojados a la atmósfera o estabilizados adecuadamente antes de
hacerlo.
Las substancias disueltas y coloides, que pueden ser química
o bioquímicamente precipitadas, deben ser colocadas en un reactor
para llevar a cabo esas reacciones de precipitación. Como la
precipitación bioquímica es de 1 a 10 órdenes de magnitud más
barata que la
precipitación química,siempre se
busca
la
utilización de
los sistemas biológicos de tratamiento.
Sin
embargo,
esta precipitación bioquímica solamente es posible
cuando esas substancias disueltas y coloides son biodegradables y
cuando,
además,
no hay substancias xenobióticas
o tóxicas
presentes que impiden a los sistemas biológicos "precipitar" ese
material disuelto biodegradable.
Finalmente,
los sólidos suspendidos generados
con esta
precipitación deben ser igualmente estabilizados y confinados
para evitar problemas posteriores de contaminación, ahora en el
medio sólido (suelo).
Cuando se usa sistemas biológicos de tratamiento,
casi
siempre quedan fracciones de material soluble no biodegradables
que deben ser separados por métodos químicos (absorción, osmosis
inversa, etc) que conllevan incluso tratamientos de desinfección
cuando permanecen organismos patógenos
en el agua
tratada
(ozonación,
cloración,
etc). Es
importante,
sin
embargo,
garantizar que esta desinfección no genere reacciones químicas
indeseables con substancias químicas no separadas.
19
TABLA 1-4. Operaciones y procesos unitarios utilizados en
el tratamiento preliminar de aguas residuales
(Metcalf-Eddy, 1981)
Función
Operaciones o procesos
Rejas y tamices
Eliminación por interceptación
de sólidos de gran tamaño
Desarenadores
Eliminación de arenas
Separadores y colectores de
grasa
Eliminación de sólidos
flotantes más ligeros, tales
como grasas, jabón, corcho,
madera, residuos vegetales,
etc
Floculación
Mejora de la sedimentación de
los sólidos suspendidos
Sedimentación
Eliminación de los sólidos
sedimentables y material
flotante
Flotación
Eliminación de grasas y
sólidos suspendidos finamente
divididos
Bombeo del fango
o lodo
Eliminación del fango del o
fondos de los tanques de
sedimentación. Bombeo del lodo
o fango entre diversos procesos
y operaciones
20
Por lo que respecta al tratamiento biológico en particular,
los objetivos que se persiguen, son la coagulación y eliminación
de coloides no sedimentables y la precipitación de la materia
disuelta. En el caso del agua residual doméstica, el principal
objetivo es reducir el contenido orgánico disuelto convirtiéndolo
en biomasa microbiana sedimentable y gas carbónico. Al tratar
agua que ha de ser utilizadas para fines agrícolas se pretenden
eliminar les nutrientes, tales como nitrógeno y fósforo, que son
capaces de estimular el crecimiento de las plantas acuáticas.
Para las aguas residuales industriales, la finalidad es eliminar
o reducir la concentración de los compuestos orgánicos e
inorgánicos. Dado que muchos de estos compuestos son tóxicos a
los microorganismos,
en algunos
casos puede
ser necesario
efectuar un pretratamiento. A continuación se presentan los
sistemas floculados y los de biopelícula que es como los
microorganismos
se encuentran en el medio acuático.
Estos
esquemas fueron tomados por el hombre para operar los sistemas de
tratamientos de aguas residuales. Los microorganismos pueden,
para ambos casos, tener metabolismos aerobios, facultativos o
anaerobios (Escárcega-Pliego y Pulido-Pérez, 1986).
1.3.1
SISTEMAS DE ORGANISMOS FLOCULADOS
LAGUNAS DE OXIDACION (LO)
El primer sistema floculado adoptado por la industria
papelera fue el de lagunas de oxidación. Este sistema fue creado
como respuesta a las necesidades de limitar el flujo de efluentes
a corrientes en períodos de bajo flujo en los ríos. Estas lagunas
proveen un ambiente para el crecimiento de organismos y así se
lleva a cabo la conversión biológica del material disuelto. Un
50-90% en la reducción de la DB05 es obtenida con una carga de
4.89 a 5.80*10-5 kg/m2/día con un tiempo de residencia hidraúlica
de 20 a 60 días. Este tipo de tratamiento tiene dos principales
ventajas, es capaz de amortiguar derrames accidentales de fuertes
desechos sin desajustarse y no presenta dispositivos mecánicos
con sus inherentes problemas de mantenimiento.
Un problema
potencial es la estratificación del desecho caliente que cruza la
superficie del depósito del agua.
Este puede simplificarse usando una barrera que causa que el
efluente entre al fondo de dicho depósito.
21
Cuando
se
utilizan
las
lagunas
de
oxidación
como
tratamiento, van normalmente precedidas por un sistema de alta
velocidad depurativa con el fin de producir la corriente que
cubra de modo más estricto los estándares de calidad del agua.
LAGUNAS AERADAS DE ESTABILIZACION (LAE)
La laguna aerada de estabilización (aerated stabilization
lagoons) es una extensión natural del concepto de las lagunas de
oxidación, la cual es capaz de incrementar la velocidad de
estabilización con el fin de incrementar la velocidad de aeración
por medios mecánicos y la adición de nutrimentos al sistema. Para
sistemas de alta velocidad es recomendable que los nutrimentos
sean adicionados en un intervalo de 100:5:1 como DB05:N:P. Esto
puede ser el límite superior para un sistema de lagunas aeradas
de estabilización. Se han reportado buenos resultados con 0.18 kg
de P y 1.73 kg de N por 45 kg de DB05 removido. A muchos
efluentes no se les adiciona fósforo y, como regla empírica, se
adiciona nitrógeno en una proporción de 50:1, DB05:N, para un
tiempo de residencia de 10 a 15 días. Los nutrimentos comunes
adicionados son amoníaco y acido fosfórico.
En la industria de pulpa y papel, un tiempo de residencia de
5 a 10 días es común, pero muchos sistemas tienen tiempos de
residencia hasta de 15 días. Con estos tiempos de residencia, las
eficiencias de remoción están normalmente en el intervalo de 80 a
90%, produciendo un efluente con una DB05 de alrededor de 30mg/L.
Para una
eficiencia mayor, es necesario mantener el nivel de
oxígeno disuelto residual en la laguna de 0.5ppm. Esto usualmente
requiere entradas de 1.1 a 1.3 kg de oxígeno por kg de DB05
removido. La mayoría de las instalaciones usan aeración mecánica
con aeradores, tanto de alta velocidad (directo) como de baja
velocidad (engranados) , que proveen esta entrada. Si las lagunas
tienen un fondo irregular o
profundo, un sistema de aeración
difuso
puede ser usado, pero
tales sistemas requieren fuentes
de alta potencia. Estos sistemas tienen pocos problemas. Un
aerador bien diseñado podrá disolver 2.43 a 3.04*10-2 kg/Watt/día
de oxígeno.
Un problema con un sistema de lagunas es la
generación de sólidos biológicos. Dado que la mayoría de los
sistemas no están equipados con un clarificador secundario no hay
generación de lodos. El menor aumento de material biológico
suspendido generado sale del sistema junto con el efluente. En el
22
diseño de un sistema LAE es importante conservar un régimen de
carga por debajo de 0.002 kg/m2/día con el fin de conservar los
sólidos biológicos suspendidos, generados en el intervalo de 0.1
a 0.2 kg por kg de DB05 removido.
A temperaturas desde 20 a 45°C no hay dificultades porque
los
microorganismos
son
digeridos
por
autólisis.
Esto
generalmente resulta en un efluente con sólidos suspendidos de
alrededor de 5 0 mg/L. Cuando la temperatura cae, se incrementa el
desperdicio biológico, del cual algo puede ser removido. Sin
embargo, estos sólidos no se asientan satisfactoriamente en
aparatos de clarificación convencionales ni son adecuadamente
removidos por aparatos convencionales de filtración mecánica. Es
posible la remoción de estos sólidos con una combinación de
coagulantes químicos y filtración mecánica, pero esto resulta muy
costoso. No obstante, una fábrica que elabora papel periódico
reporta buenos resultados con espesadores de flotación de aire y
un tazón centrífugo usando polímeros en cantidades de 15 a 20 kg.
Una planta de celulosa química reporta buenos resultados
empleando una combinación de laguna aerada y lodos activados en
donde la laguna tenía un tiempo de residencia de sólo un día,
seguida por una adición de polímero y clarificadores secundarios
equipados por flujo ascendente que recircula los lodos. Estos
sistemas, en la mayoría de los casos, constituyen un gran
problema debido a que los costos de capital y operación son
altos, además de la energía consumida, por lo que debe evaluarse
si puede utilizarse como tratamiento para este tipo de efluentes.
Por último, los lodos generados crean problemas en
suelos donde son arrojados por la presencia de los polímeros.
LODOS
ACTIVADOS
los
(LA)
En situaciones en las cuales el espacio es limitado o cuando
las
lagunas
aeradas
de
estabilización
no
satisfacen
los
requerimientos de sólidos suspendidos, una alternativa es el
proceso de lodos activados o una de sus modificaciones. Este
proceso fue tomado a partir del
tratamiento de efluentes
sanitarios. El proceso es una extensión lógica del sistema de LAE
en el cual la concentración de sólidos en la laguna es cambiada
del intervalo de 50-200 mg/L al de 200 a 5,000 mg/L y los sólidos
son separados en un clarificador secundario. El proceso involucra
23
oxidación controlada con un cultivo microbiano, principalmente de
bacterias. En una alta proporción del proceso, parte de las
bacterias son recuperadas y recirculadas. El tiempo de residencia
hidráulica es de 3 a 8 horas y el exceso de sólidos biológicos
que son producidos, son purgados en el fondo del clarificador
secundario.
Estos lodos biológicos crean un problema de eliminación de
sólidos, el cual es el mayor inconveniente del proceso. El lodo
es extremadamente difícil de desecar y generalmente puede ser
mezclado con lodo primario, corteza o cenizas, después de haber
desecado el lodo. El aumento de lodos generados varía de 0.5 a
0.75 kg por kg de DB05 removido.
El sistema de lodos activados es capaz de soportar excesos
de carga de 1.6
kg de DB05/m3 de volumen de aeración y puede
producir eficiencias de remoción de DB05 del orden de 80 a 90%.
Sin embargo, si la temperatura del efluente de la fábrica sube
alrededor de 38°C, requiere ser enfriado antes de enviarlo al
tratamiento. El corto tiempo de residencia y el pequeño volumen
del sistema hacen que el proceso sea
susceptible a transtornos,
después de lo cual pueden transcurrir 2 a 3 semanas antes de que
el sistema retorne a las condiciones óptimas de eficiencia. Estos
sistemas, por una extensa variedad de problemas, pueden conducir
a la generación
de lodos no-asentables,
los cuales se van
acumulando.
Estos
"abultamientos"
o
lodos
hinchados
son
extremadamente problemáticos ya que no pueden ser separados del
agua "tratada" por medio de sedimentadores y son asociados con la
presencia
de
organismos
filamentosos.
Los
clarificadores
secundarios son normalmente diseñados para una velocidad de
inundación de 24,450 litros/día/m2.
Para evitarlos problemas de precipitación asociados con
clarificadores de gravedad, como en el caso de lodos hinchados,
se usan la clarificación por flotación. En este sistema, los
sólidos suspendidos son atacados por pequeñas burbujas de gas (40
a 80 um) , permitiendo que suban a la superficie, en donde se
elimina la nata formada. El comportamiento es controlado por el
aumento del licor recirculado al clarificador.
El sistema de lodos
nutrimentos suplementarios
DB05:N:P.
activados requiere la adición de
en una relación de 100:5:1 como
24
Los requerimientos de oxígeno son del orden de 1 kg de
oxígeno por kg de DB05 removido, y ésto es normalmente dado por
aeradores de superficie. La primera planta para la industria del
papel fue instalada en 1953.
Dos modificaciones al proceso de lodos activados han sido
probadas en la industria: estabilización de contacto y aeración
extendida. Ningún sistema ha sido demostrado que sea superior al
proceso tradicional para la aplicación en efluentes de pulpa y
papel.
El principal problema para una aplicación extensa del
proceso de lodos activados son los altos costos de capital y
operación, los cuales son el doble que para lagunas aeradas en
muchos casos.
LODOS ACTIVADOS CON OXIGENO PURO
Con el descubrimiento de la presión del sistema de absorción
mediante oscilación de presión (tamiz molecular) para producir
oxígeno puro en pequeñas cantidades a un costo económico, se ha
renovado el interés en el sistema de lodos activados con oxígeno
puro. En este sistema, el tanque de aeración es con recirculación
y el oxígeno es producido y usado en forma gaseosa.
Tales plantas operan en niveles muy altos de sólidos
suspendidos en el licor mezclado (de 5,000 a 7,000 mg/L) y una
alta concentración de oxígeno disuelto, tan grande como 5ppm. El
sistema da una eficiencia de remoción (como DB05) de 87 a 97% con
niveles
de
materia
orgánica
remanente
en
el
efluente
frecuentemente menores de 30 mg/L (como DB05).
El proceso tiene varias ventajas: es ligeramente susceptible
a cambios bruscos de carga, el volumen de carga y el volumen del
tanque de aeración se reducen y hay un mejor asentamiento de
lodos.
ZANJAS O CANALES DE OXIDACION (CO)
El
tratamiento
mediante
canales
de
oxidación
es
esencialmente una extensión del proceso de lodos activados,
proporcionando aeración para un período de tiempo en exceso de 24
25
horas. Por economía y simplicidad, un terreno en canal es usado
como tanque de aeración y el aire es provisto por un rotor de
aeración montado horizontalmente o un aerador de cepillo. El
aerador de cepillo puede ser reemplazado por aeración jet. La
inundación del canal es clarificada y el lodo precipitado
regresado a la laguna de aeración. El sistema presenta una
excepcional habilidad para absorber cambios bruscos de carga sin
transtomos y es capaz de producir eficiencias de remoción (como
DB05) en el intervalo de 80 a 94%.
SISTEMAS DE BIOTRATAMIENTO EN DOS ESTADOS
Una
gran
variedad
de
posibilidades
existen
para
el
establecimiento de sistemas de biotratamiento. Algunas opciones
son:
lagunas
aeradas
en
dos
etapas,
lagunas
aeradas
de
estabilización seguidas
por albercas
de oxidación,
filtros
percoladores seguidos por lagunas aeradas de estabilización, etc.
En resumen, una gran variedad de opciones de biotratamiento
están disponibles y la mejor elección para una fábrica particular
dependerá de ciertos criterios, tales como:
1.-
Eficiencias de remoción de
(medida como DB05 y sólidos
materia orgánica
suspendidos)
biodegradable
2.- Requerimientos de mantenimiento
3.- Sensibilidad a condiciones climáticas
4.- Resistencia a cambios bruscos de condiciones de carga
5.- Requerimientos de energía
6.- Demanda de nutrimentos
7.- Producción de lodos
8.- Requerimientos de espacios
El sistema que clasifique en la mayoría de estos criterios
para las circunstancias de una fábrica en particular será la
mejor elección para esa fábrica. Concluyendo, las lagunas aeradas
26
de estabilización es el sistema más popular empleado en la
industria de pulpa y papel, en lo que a sistemas floculados
aerobios facultativos se refiere.
Todos estos
son sistemas
aerobios o facultativos.
Los
anaerobios no
serán presentados aquí ya que su uso en este giro
industrial es prácticamente inexistente, especialmente en México,
aunque ha habido estudios al respecto (Fernández, 1992) .
A continuación se presenta una descripción de los sistemas
de biopelícula, tanto aerobios como anaerobios.
1.3.2
SISTEMAS DE BIOPELICULA
En
los
sistemas
de
biopelícula,
los
microorganismos
responsables de la conversión de materia orgánica u otros
constituyentes en las aguas de desecho a gases y tejido celular,
crecen en forma de capa o película adherida a un material inerte
que sirve de soporte.
Los sistemas de películas adheridas se pueden
convenientemente divididos en dos tipos diferentes:
considerar
Sistemas estacionarios o de medio fijo y sistemas de medio
en movimiento. En ambos tipos de sistemas, el agua residual se
mueve en relación con la biopelícula y el soporte sólido al que
está adherida. En el primer caso, el agua residual pasa sobre el
medio estacionario y, en el segundo caso, el medio se mueve a
través del líquido.
REACTORES EMPACADOS DE LECHO FIJO
(RELF)
En términos de ingeniería, el sistema de medio fijo es un
reactor biológico de tres fases y lecho fijo, para poner en
contacto el gas, el líquido y los microorganismos. Se le conoce
en el contexto del tratamiento de aguas residuales por una serie
de nombres diferentes, siendo el más común el de rector empacado
27
de lecho fijo o "filtros percoladores", aún cuando el uso del
término de "filtro" no tiene nada en común con la operación
unitaria de ingeniería química de la filtración y origina,
frecuentemente,
una mala interpretación del mecanismo de la
purificación.
Estos reactores, tanto aerobios como anaerobios, se han
utilizado durante mucho
tiempo en el tratamiento de
aguas
residuales. Las dimensiones del lecho en el que se dispone el
medio sólido de soporte depende de la naturaleza del medio y de
la concentración y tipo del agua residual por tratar (Fernández,
1992) .
Han sido aplicados en la industria de pulpa y papel, pero la
experiencia ha demostrado que estos equipos presentan bajas
eficiencias de
remoción.Las eficiencias de remoción
están
normalmente en el intervalo del 50% ó menos, para los aerobios y
de 60-70% para los anaerobios, por lo que no cumplen con los
requerimientos de purificación del efluente. El descubrimiento de
medios plásticos para rellenar los reactores ha auxiliado a
vencer
algunas
de
las
deficiencias, pero
siguen
siendo
insuficientes.
En los sistemas de medios en movimiento, la biopelícula y el
medio sólido del soporte a la que está adherida, se mueven a
través del líquido que está bajo tratamiento. Los dos sistemas
principales que
utilizan este principio son los reactores de
lecho fluidificado y los reactores biológicos rotatorios.
REACTORES DE LECHO FLUIDIFICADO
(RLF)
Los reactores de lecho fluidificado o "fluidizados", como se
les conoce por la palabra "fluidized" en inglés,
se pueden
considerar como una combinación de los sistemas de crecimiento
adherido y de crecimiento en suspensión.
Se desarrolla una
biopelícula sobre un medio sólido de soporte que consiste de
partículas
suficientemente
pequeñas
para
ser mantenidas
en
suspensión por medio del flujo ascendente del líquido bajo
tratamiento.
La aplicación de los lechos fluidificados, hasta hace poco
tiempo,
se
limitaba
principalmente
a
procesos
anóxicos
o
anaerobios
(como la desnitrificación), debido
a
los
bajos
requerimientos de oxígeno disuelto del sistema.
28
R E A C T O R E S B IO L O G IC O S
R O T A T O R IO S
(R B R )
En los RBR se forma una biopelícula sobre un medio de
soporte parcialmente sumergido, que gira lentamente sobre un eje
horizontal dentro de un tanque a través del cual fluyen las aguas
residuales. La biopelícula se ve así expuesta sucesivamente a los
nutrimentos en las aguas residuales y el aire, según gira el
medio.
El medio de soporte se puede obtener con diversas
configuraciones como discos, construcción de retículas, tambores
o un recipiente de rejillas de alambre con medio plástico dentro.
El sistema está particularmente bien adaptado al tratamiento
de aguas residuales de pequeñas comunidades, pero se amplía cada
vez más su uso en el tratamiento de desechos industriales. Más
adelante se hablará en detalle de este tipo de sistemas.
En conclusión, las ventajas de los sistemas de biopelícula
sobre los sistemas floculados son:
**
No existen recirculaciones de biomasa
**
Presentan tiempos de residencia hidráulica significativamente
menores ya que los tiempos de retención de la biomasa son
muchísimo mayores (del orden del 10 al 20 veces más que los
de residencia hidráulica) y,
**
Además, presentan una mejor dinámica que la existente con
los sistemas floculados
El fenómeno de la transferencia de masa juega un papel
importante en los procesos de película adherida. En los sistemas
donde los crecimientos que se presentan están suspendidos en el
líquido, la cinética de las reacciones biológicas generalmente
cubren los efectos de la transferencia de masa debido al tamaño
relativamente pequeño de las partículas bacterianas floculantes.
En los sistemas de película adherida, la biopelícula es
gruesa y la difusión del sustrato ocurre solamente en una
dirección. Por esta razón, la resistencias a la transferencia de
masa que ocurre en la película líquida y en la biopelícula son
significativas y generalmente controlan el funcionamiento del
proceso.
29
Otro problema adicional de la mayor parte de los efluentes
líquidos industriales es la presencia de sustancias químicas
disueltas, que dan color. A continuación se dan someramente
algunos de los lineamientos seguidos en la industria de la pulpa
y el papel.
1.3.3
REMOCION DEL COLOR
El problema del efluente colorido en la industria de pulpa y
papel viene a partir de tres distintas operaciones: pulpeo
químico, blanqueo de la pulpa y producción de papel colorido. La
mayoría de los efluentes coloridos surgen a partir de las
operaciones de pulpeo y blanqueo. La operación de blanqueo
produce más carga de color que el pulpeo y la corriente de color
dominante en la planta de blanqueo es la etapa de extracción
cáustica. Para una fábrica representativa de Kraft blanqueado,
150 kg de color/T pueden ser generados. La fábrica de celulosa
aporta 32.5 kg/T y la planta de blanqueo 100 kg/T. El color
remanente,
17.5 kg/T es originado en el patio de madera,
recuperación, caustificación y en la fábrica de papel.
Existen dos alternativas acerca del problema de color:
control en la planta o tratamiento externo. Algunas de las
tecnologías internas que pueden ser aplicadas al problema
de
color son el concepto de efluente libre en
la fábrica, pulpeo con
oxígeno,
blanqueo
con oxígeno,
blanqueo
a contracorriente,
blanqueo con desplazamiento y prevención y control de derrames de
la fábrica.
Una gran variedad de coagulantes han sido probados por su
efectividad en la remoción de color tales como el alumbre,
sulfato férrico, cal, ácido sulfúrico, carbón, arcilla, carbón
activado,
sílica activada,
cloruro férrico, ácido fosfórico,
alúmina, silicatos y compuestos de bario.Se obtiene una buena
reducción del color
con varios de estos
coagulantes, pero el
costo del tratamiento químico es elevado. La mejor alternativa de
precipitación desde una perspectiva de costo parece ser el
tratamiento con cal, pero sigue presentándose el problema de la
disposición de los lodos.
30
P R O C E S O S Q U IM IC O S
EM PLEA D O S
Los procesos de coagulación y de floculación se emplean para
extraer del agua los sólidos que en ellas se encuentran
suspendidos siempre que su rapidez natural de asentamiento sea
demasiado baja para proporcionar clarificación efectiva.
La
clarificación del agua, el ablandamiento con cal, el espesamiento
del lodo y el desecamiento, dependen de una correcta aplicación
de las teorías de coagulación y floculación para que puedan
efectuarse con éxito.
El agua turbia contiene material suspendido, tanto sólidos
que pueden asentarse como partículas lo bastante grandes para
sedimentar en reposo como sólidos dispersos que no se asentaran
con facilidad. Una parte considerable de estos sólidos que no se
asientan pueden ser coloides.
Cada partícula se encuentran
estabilizadas
por
cargas
eléctricas
negativas
sobre
su
superficie, haciendo que repela las partículas vecinas, como se
repelen mutuamente dos polos magnéticos. Esto impide el choque
entre las partículas y que formen así masas mayores, llamados
flóculos.
La
coagulación
desestabiliza
estos
coloides
al
neutralizar las fuerzas que los mantienen separados. Esto se
logra, por lo general, añadiendo coagulantes químicos y aplicando
energía de mezclado. Las sustancias químicas de uso común son las
sales de aluminio, las sales de hierro y los polielectrolitos.
Estas sustancias químicas cancelan las cargas eléctricas
sobre la superficie del coloide, permitiendo que las partículas
coloidales
se aglomeren
formando
flóculos.
Estos
flóculos,
inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que
son capaces de asentarse. El proceso de desestabilización es la
coagulación (neutralización de la carga) y la etapa de formación
de flóculos es la floculación.
Las especies coloidales en aguas de desechos incluyen, sobre
todo, metales pesados y sustancias que dan color. Entre la gran
variedad de materiales
coloidales
en el agua,
existe una
distribución grande en el tamaño de las partículas. En la tabla
1-5 se muestra cómo el tamaño de la partícula afecta la tendencia
al asentamiento en aguas tranquilas.
31
T A B L A 1 -5
SEDIMENTACION DE PARTICULAS PEQUEÑAS
(The Nalco Water Handbook, 1989)
PARTICULA
Area de la
Superficie
(total)
Tamaño
Tiempo
de
asentam.
mm
mieras
Grava
10
10,000
3.140cm2
1 seg
Arena Gruesa
1
1, 000
31.400 cm2
10 seg
0.1
100
314.000cm2
125 seg
0.01
10
0 .314m2
108 min
0.001
1
3.14 0m2
180 h
Arena Fina
Limo
Bacterias
Materia Coloidal
0.0001
0.1
31.4m2
755 días
* Asentamiento para 1 m de claro
Los coloides siempre necesitan coagularse para alcanzar un
tamaño
efectivo y una
rapidez
de
asentamiento;
pero
aún
partículas mayores, que no son realmente coloidales y que se
asentarían si se les diera un tiempo suficiente, requieren de la
coagulación para formar un floculo mayor que se asiente con más
rapidez.
a) COAGULACION CON CAL
La cal es atractiva porque existe el sistema de recuperación
química de cal en un proceso Kraft.
32
El sistema de recuperación provee oportunidades tanto para
la cal usada como para la decoloración y la destrucción del color
removido por oxidación térmica
convencional.
Se han hecho
considerables esfuerzos en el área de la investigación para
mejorar este proceso.
Los lodos de cal y cuerpos de color que son producidos son
difíciles de desecar. Lo primero que se intentó para vencer este
problema fue el uso de enormes dosis de cal. Así, la porción de
cuerpos de color fue solamente una pequeña fracción del material
a ser desecado. En este proceso, la cal total que abastece la
fábrica es apagada y se
hace reaccionar con una corriente
de
volumen pequeño altamente colorido, generalmente el efluente de
la planta de blanqueo cáustico, con una concentración de 20,000
mg/L. La cal es asentada, desecada y usada para caustificar el
licor verde. Los cuerpos de color se disuelven en el licor blanco
y eventualmente encuentran su camino en el horno recuperador. La
corriente de desecho es descolorada haciéndola pasar a un
clarificador de carbonatación, donde la cal adicional es removida
por precipitación. Este
lodo fluye al
lavador de fangos
y
eventualmente al horno de
cal. Sin embargo, los gases generados
en
el
horno deben
ser
controlados
para
evitar problemas
ambientales atmosféricos.
El proceso de "cal masiva" se rige bajo una concesión de
demostración de la Agencia de Protección Ambiental de EEUUA.
(EPA) , reportando
un 94 a 95%
de remoción de color en
la
corriente tratada.
La incapacidadde tratar el efluente total es
un defecto del proceso.
Otra desventaja
es que el licor
de
cocción es
diluido (alrededor del 15%) , por lo que se necesita
un incremento en
la capacidad del equipo de recuperación y
preparación química.
En los procesos de tratamientos de cal se ha generalizado el
empleo de dosis de cal de alrededor de 100 mg/L. En un proceso,
el agua de desecho que proviene de la fábrica, después de remover
los desechos y arena, es bombeado en un clarificador donde la
cal, en una concentración aproximada de 100 mg/L, es adicionada
al influente del clarificador. La presencia de fibras finas en el
agua de desecho que proviene de la fábrica, acrecienta la
remoción de color. Alrededor de 60% de la cal, la mayoría de los
cuerpos de color y virtualmente todos los sólidos son asentados
en el fondo del clarificador. Para una sedimentación conveniente
de los materiales en el clarificador, éste se diseña para 58,680
litros/día/m2 lo cual es alrededor del doble de la capacidad
tradicional diseñada.
33
El lodo del clarificador primario es removido, espesado por
centrifugación y quemado en el horno de cal.
El líquido
sobrenadante del clarificador es tratado con dióxido de carbono
proveniente del gas de chimenea del horno de cal, que convierte
la cal soluble en la cal insoluble. La cal insoluble es bombeada
al tanque de almacenamiento
de
lodos
del proceso de
caustificación para la desecación en un filtro de lodos de cal y
después son quemados en el horno de cal. El horno está
sobrediseñado en un 25% para obtener capacidad para los lodos en
la remoción del color. El proceso es capaz de llevar a cabo
remociones de color del 85 al 93% del total del efluente de la
fábrica. Los lodos son desecados y quemados en el horno de cal.
Este proyecto produce un
lodo
extremadamente voluminoso
e
imposible de conglomerar.
b) COAGULACION CON ALUMBRE
El tratamiento con alumbre fue sugerido en varios estudios
desde que se ha utilizado para los requerimientos de decoloración
del agua potable. Los estudios de laboratorio han mostrado que es
posible remover el 89% del color con dosis de 30 mg/L para
efluentes del proceso Kraft a partir de madera blanda y 150 mg/L
en efluentes de madera dura.
La coagulación con aluminio ha sido usada a escala comercial
en la ex-URSS. El tratamiento consiste de neutralización, adición
de nutrimentos, tratamiento con lodos activados, coagulación con
alumbre, sedimentación,
filtración en arena,
tratamiento con
lagunas de purificación y reaeración.
En esta etapa de coagulación, el alumbre es usado en una
concentración de 3 0 mg/L de A1203 y floculante de poliacrilamida
en una concentración de 1 mg/L. El tiempo de residencia en el
clarificador es de 6 horas. El color del agua de desecho sin
tratar es de 1,000 unidades promedio y del efluente tratado es de
101 unidades, produciendo un 90% en la reducción del color.
La
coagulación con alumbre se ha usado también en los EEUUA. El
tratamiento
consiste
de
clarificación
primaria,
bioxidación
usando
oxígeno de
alta pureza,
sedimentación secundaria y,
finalmente, coagulación con alumbre y sedimentación. El lodo del
clarificador primario, el exceso de sólidos biológicos y el lodo
del alumbre son mezclados, espesados, filtrados a presión y
quemados en el horno (600°C).
34
Las cenizas^del horno, con alto contenido en A1203, se hacen
reaccionar con ácido sulfúrico para recuperar el aluminio como
sulfato de aluminio. La recuperación del alumbre es del 94%.
El color del efluente final es de 50 unidades APHA partiendo
de un color inicial de 800 a 1,200 unidades APHA en promedio, con
una remoción del 94% o más.
c) ABSORBENTES POLIMERICOS Y RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO
Si bien las resinas de intercambio iónico convencional no
han tenido éxito al probarlas técnicamente en la remoción del
color de efluentes provenientes del blanqueo de la pulpa después
de su regeneración con licores de proceso,
algunas resinas
especializadas han ofrecido resultados alentadores. Trabajos en
plantas
piloto han mostrado la
efectividad de
absorbentes
poliméricos sintéticos para la decoloración de los efluentes de
plantas que utilizan el proceso Kraft. Los sistemas de resinas
pueden ser usados en corrientes muy pobres en sólidos suspendidos
y libres, a partir de contaminantes, los cuales hacen la resina
no regenerable y son usualmente aplicadas a corrientes de pequeño
volumen. Alrededor del 85% de la
carga total de color de la
planta de blanqueo está contenida en los efluentes de las etapas
intermedia y última. Tanto el 90% del color y todos los fenoles
clorados tóxicos pueden ser removidos mediante el tratamiento con
resinas.
Todos estos sistemas se
se mencionó al inicio de
solamente métodos físicos de
aguas residuales generadas en
emplean en otros países pero, como
este trabajo, en México se usan
separación de contaminantes de las
este giro industrial.
Por ello, antes de seleccionar alguno o varios de ellos, es
necesario estudiar las aguas residuales que se generan en México
y que, en términos globales, dependen de la tecnología usada en
las principales plantas y, posteriormente, seleccionar el o los
sistemas idóneos para la condiciones predominantes en el país.
35
En el siguiente inciso se presentan los objetivos globales
de un proyecto que está dirigido a una industria no integrada, la
de fabricación de papel a partir de celulosa reciclada (a partir
de papel de desperdicio).
Se escogió ésta por considerársele la más simple y aquélla
cuyas aguas residuales son las que contienen los contaminantes
menos difíciles de eliminar empleando reacciones bioquímicas
(sistemas biológicos de biopelícula y floculados y aerobios y
anaerobios).
Una vez estudiada ésta, el siguiente paso será seleccionar
otra de las industrias no integradas cuyo proceso genere aguas
residuales más complejas que los anteriores pero menos que las de
las integradas y así sucesivamente hasta resolver la problemática
de todo este sector industrial en México.
36
1 .4
O B JE T IV O S Y METAS
Como corolario de este conocimento se planteó un proyecto
global para estudiar la degradación biológica de las aguas
residuales provenientes de una planta procesadora de papel
reciclado para producir papel sanitario y facial.
Los objetivos
siguientes:
y
metas
de
este proyecto
global
son
los
*
Caracterizar las aguas residuales provenientes de una planta
ubicada en el estado de Tlaxcala,
*
Estudiar
su
biodegradación
empleando
microorganismos
provenientes de la planta de tratamiento de aguas ubicada en la
UNAM simulando los sistemas, tanto de lagunas aereadas como
de
lodos activados,
*
Estudiar su biodegradación en un reactor anaerobio de lecho
empacado conectado con flujo ascendente,
*
Estudiar
aerobio,
su
biodegradación
en
un
reactor
de
biodiscos
*
Estudiar su biodegradación en un reactor anaerobio de lecho
fluidificado anaerobio de flujo ascendente y
*
Estudiar el mejor sistema anaerobio con el mejor sistema
aerobio conectados en serie para evaluar su capacidad depurativa
combinada.
Las metas:
*
Ofrecer un paquete de ingeniería conceptual a la empresa en
estudio para resolver la problemática de sus aguas residuales.
*
Evaluar a "grosso modo"
cúbico de agua residual.
el costo de
37
tratamiento por metro
Este trabajo forma parte de ese proyecto global y estudiará
el tratamiento de las aguas residuales de la planta en estudio
una vez que han sido pretratadas anaerobiamente en un reactor de
lecho fluidificado en un reactor aerobio de biodiscos.
En el siguiente capítulo se presenta de manera muy somera la
descripción del sistema anaerobio empleado y las características
de salida del efluente tratado.
38
C A P ITU L O I I
PRETRATAMIENTO ANAEROBIO DE AGUAS BLANCAS EN UN REACTOR DE LECHO
FLUIDIFICADO
2.1 INTRODUCCION
2.2 ARRANQUE
2.3 RESULTADOS Y DISCUSION
Como se mencionaba en el capítulo anterior, se inició un
estudio
a nivel laboratorio para tratar por métodos biológicos
las aguas blancas de la industria del papel, conocidas como aguas
blancas por su color.
En este
capítulo se presentan
los
resultados obtenidos de
la faseexperimental realizada en
un
reactor anaerobio de lecho fluidificado de 3.5 litros de volumen
total relleno con cascarilla de coco de malla 30-40 puesta en
fluidificación. Se trabajó a un tiempo de residencia hidráulica
de 2.7 días (basado en el volumen de lecho fluidificado) y a dos
concentraciones de materia orgánica (1000 y 2000 mg DQO/L). Los
resultados obtenido indican que el tratamiento anaerobio de estas
aguas residuales es técnicamente factible, aunque la eficiencia
de remoción de la carga orgánica, medida como demanda química de
oxígeno (DQO), no es mayor de 66%.
Otro resultado interesante encontrado en estos experimentos
fue la formación de un lecho de lodo en la parte superior del
lecho fluidificado. Este hecho replantea las investigaciones en
este tipo de reactor y con estos efluentes ya que será necesario
estudiar, en una etapa
posterior,
la capacidad depurativa del
lecho así como los mecanismos de su formación y actuación.
39
2 .1
INTRO DUCCION
Como ya se mencionaba en el primer capítulo, la industria
del papel genera cantidades muy considerables de efluentes
líquidos con contenidos de materia orgánica coloidal y disuelta
entre 3 y 6 veces mayores que los de los desagües domésticos, la
degradación de esta materia orgánica por métodos biológicos es
bastante menor que la de los desagües domésticos (Fernández et
al, 1987).
Se estudiaron a nivel de laboratorio diferentes sistemas
aerobios y anaerobios para tratar estos efluentes, conocidos como
aguas blancas porque tienen cantidades considerables de material
proveniente de las fibras blanqueadas de celulosa en forma
coloidal.
En la primera fase experimental fueron estudiados los
sistemas de lodos activados y de lagunas aeradas a escala de
laboratorio
(Qumtanar-Ferriz,
1993).
Estos
experimentos
permitieron observar que el sistema de lodos activados no
resultaba adecuado ya que la remoción de materia orgánica era de
5 3 % y el índice de sedimentación de los lodos no estaba en el
intervalo deseable para separarlos por medio de este proceso
físico. En el caso de las lagunas aeradas se encontró que, con
tiempos de residencia entre 10 y 20 días se podrá garantizar una
remoción de material orgánico disuelto, medido como demanda
química de oxígeno (DQO) entre 7 5 y 84% (Fernández et al, 1 9 9 0 ) .
Asimismo, se llevaron a cabo experimentos en un reactor
aerobio de discos rotatorios de 20L de volumen de trabajo
obteniendose
los
siguientes
resultados
altamente
positivos
(remoción
de
materia
orgánica
las
aguas
residuales)
(Vázquez et al, 1 9 9 1 ) .
Para los sistemas anaerobios se estudiaron,
tanto un
reactor de lecho empacado (Fernández-Villagómez, 1 9 9 2 ) , como uno
de lecho
fluidificado a escala laboratorio. Los
resultados
obtenidos para el primero fueron los siguientes:
Para los experimentos realizados en el reactor anaerobio
empacado de flujo ascendente de 8L de volumen de trabajo empacado
con "rizaaores" de cloruro de polivinilo, operando a 3 5 ° C . Se
emplearon tiempos de residencia hidráulica de 3 0 a 1 0 0 horas. Se
removió entre el 3 5 y 7 5 % de la materia orgánica medida como DQO
y entre el 5 0 y 7 0 % medida como D B O .
40
L a p r o d u c c ió n
de b io g á s
fu e
m uy b a j a ,
de
100
L / m 3 'd .
A continuación se presentan los resultados obtenidos durante
el tratamiento anaerobio en el reactor fluidificado ya que estos
fueron los efluentes usados como alimentación del reactor de
biodiscos objeto del presente estudio.
Para el reactor de lecho fluidificado es una columna de 3.4
cm de diámetro interno y 194 cm de altura con un volumen total de
3.5 litros.
Tiene una cámara de expansión en la parte superior para
controlar la elutriación (del latín elutum, elutriatum, arrastre)
o pérdida de sólidos en suspensión por arrastre a una altura
aproximada de 160 cm. El medio granular de soporte es cascarilla
de coco molida y clasificada (mallas 30-40). Contiene 1.2 litros
de volumen de lecho en reposo cuya expansión se controló para
alcanzar un volumen de lecho en fluidificación de 1.5 litros. La
recirculación continua para fluidificar el lecho es llevada a
cabo por una bomba peristáltica que la introduce por la parte
inferior del reactor. La alimentación es introducida en forma
intermitente,
también con una bomba peristáltica.
El biogás
generado y el efluente tratado es colectado por la parte
superior, enviando el biogás a un tambor lleno de solución salina
saturada y midiendo su producción por desplazamiento de volumen,
el reactor se mantiene a 32°C, ya que el conjunto reactor-bombaaccesorios opera en un cuarto de temperatura controlada.
41
2 .2
ARRAN QUE
Para arrancar el reactor,
siguiendo la metodología ya
probada para efluentes de la industria de la celulosa y el papel
(Poggx, 1984) , fue llenado con agua residual sintética, cuya
composición se presenta en la tabla 2-1. Fue cerrado y, por medio
de la bomba, se inoculó con 0.2 litros de una mezcla de estiércol
de vaca tamizado, lodos de una fosa séptica y lodos de una laguna
de tratamiento. El sistema se mantuvo con agua sintética hasta
alcanzar
un
régimen
anaerobio
estable.
La
temperatura
de
operación se fijó en 32°C. El tiempo de maduración fue de 20 días
y durante este período fueron necesarios varios ajustes de pH
usando una solución de carbonato de sodio para mantener un pH
neutro.
Se emplearon aguas blancas provenientes de una fábrica de
papel ubicada en el estado de Tlaxcala,
las
cuales eran
almacenadas en un cuarto frío a 4°C. Estas aguas tienen la
composición que se presenta en la tabla 2-1, y eran alimentadas
sin
ninguna
modificación.
El
influente
del
reactor
fue
gradualmente modificado introduciendo una proporción creciente de
aguas blancas hasta alcanzar 100% de aguas blancas de la
alimentación con objeto de adaptar el bioecosistema a este
influente. Después de los primeros 20 días, se inició el proceso
de establecimiento de un régimen metanogénico y una adaptación a
las aguas blancas alcanzando ambos en un lapso de 90 días. La
operación estable del reactor fue estudiada a un tiempo de
residencia hidráulica de 2.7 días basado en el volumen de lecho
fluificado. Se consideró que el reactor había alcanzado un
régimen permanente a ese tiempo de residencia
cuando las
variaciones de las demanda química de oxígeno (DQO) de las
muestras del efluente del reactor no excedieron de T10%.
Se midieron demanda química de oxígeno, demanda bioquímica
de oxígeno,
sólidos solubles,
pH,
alcalinidad,
sulfatos
y
composición (metano, nitrógeno, y dióxido de carbono) y cantidad
de biogás producido al menos tres veces por semana, siguiendo los
métodos estándar de análisis de aguas y aguas residuales (APHA,
1981), excepto para la carecterización del biogás.
Los gastos de alimentación, recirculación
gas se medían en forma diaria se registraron
diaria las alturas del lecho fluidificado en
lecho de lodos que se formó en la parte superior
42
y producción de
también en forma
operación y del
del reactor.
2 .3
RESULTADOS Y D IS C U S IO N
De los datos de caracterización de las aguas residuales
empleadas (tabla 2-1),
puede verse que el influente sintético
empleado para el arranque del reactor tenía una concentración de
materia orgánica mayor que la de las aguas blancas y que estas
últimas tienen una cantidad apreciable de materia en suspensión y
coloidal, Es interesante observar que la relación DBO/DQO de las
aguas blancas de papel tiene un valor bajo, lo que indica la
presencia de compuestos orgánicos recalcitrantes a la degradación
aerobia (Fernández et al, 1988).
Durante el período de arranque y adaptación (tabla 2-2) se
observó que la degradación de la materia orgánica por los
microorganismos anaerobios era relativamente baja. Cada etapa en
esta tabla corresponde a la substitución parcial del agua
sintética por el agua blanca en la alimentación.
La concentración
de sulfatos en las aguas blancas
es
importante y,
aunque presentó problemas
de
inhibición por
sulfuros en el proceso anaerobio empacado, dado que la relación
DQO/sulfatos
es algo
superior a 10 (Fernández,
1992),
en
experimentos previos en
este tipo de reactor se ha encontrado que
a estas relaciones no se observa inhibición por sulfuros (Poggi y
Medina, 1986).
Un resultado de esta fase experimental y que confirma
algunos
hallazgos
similares
anteriores
con
otros
efluentes
industriales reales, tales como las aguas de refino de azúcar, en
la formación de un lecho de lodos en la parte superior del
reactor de lecho fluidificado (Poggi, 1988) . La zona de lodos
granulares,
con
diámetro
entre
lmm y
3mm,
se
concentró
inmediatamente encima del lecho fluidificado y es probable que
contribuya también en el fenómeno de remoción de materia orgánica
(tabla 2-2). Una explicación probable del origen de este lecho de
lodos podría ser la nucleación de microorganismos alrededor de
las partículas de la materia orgánica coloidal, en este caso
celulosa, así como sobre otros materiales inorgánicos coloidales
de baja densidad presentes en el influente. Con ello, se tendría
un
reactor
híbrido
de
nuevo
tipo,
que
conjuntaría
características, tanto de uno de lecho fluidificado como de uno
de lecho de lodos (UASB en la denominación anglosajona usual).
Las bajas velocidades de recirculación, parecen permitir su
desarrollo y evitar la elutriación de los flóculos formados.
43
En estos experimentos, ese lecho de lodos alcanzaba la parte
baja de la cámara de
expansión.
El contenido de sólidos
suspendidos volátiles (SSV) y sólidos suspendidos fijos (SSF)
del licor del reactor a diferentes alturas del lecho de lodos se
muestra en la tabla 2-3. Puede verse que la concentración de
sólidos
suspendidos volátiles
(SSV)
en
la
zona
de
lodos
granulares casi triplica la correspondiente en la zona de lodos
floculados, coincidiendo con trabajos anteriores (Poggi, 1988).
Una nueva línea de investigación emerge de estos resultados,
ya que es deseable determinar en futuros
experimentos
la
importancia biológica (contribución a la degradación de sustrato)
y la importancia físico-química (retención y atrapamiento de los
sólidos
suspendidos del
influente
bruto,
posibilitando
su
hidrólisis y mayor degradación) de ese lecho de lodos.
Los
datos
obtenidos
cuando
el
sistema
se encontraba
trabajando con las aguas blancas en forma estable se presentan en
la tabla 2-2. La eficiencia de remoción de materia orgánica
soluble del sistema es baja, así como la generación de biogás.
Esto conduce a pensar que la ventaja de estos tipos de procesos
con aguas residuales de fábricas de papel deben orientarse al
hecho de obtener ahorros en consumo energético por aeración y
adición de nutrientes cuando se comparan con sistemas aerobios
convencionales y no tanto por el atractivo de la generación de
biogás combustible. La productividad de biogás puede aumentar si
se acelera el proceso, es decir, si se le opera a menores tiempos
de residencia hidráulica. Para tiempos de residencia menores? de
0.5 días
(basadoen volumen de lecho fluidificado en operación),
la productividad puede resultar atractiva, si es que se mantiene
en el reactor un régimen metanogénico en esas condiciones.
Los resultados de los experimentos realizados hasta aquí, a
reserva que el proceso puede acelerarse en futuras corridas y
algunas de las cuales están en desarrollo, pueden resumirse en
los siguientes párrafos:
El reactor anaerobio de lecho fluidificado demostró ser una
alternativa técnicamente factible para la depuración de aguas
blancas de fábricas de papel,
El proceso exhibe una eficiencia de remoción de materia
orgánica y sólidos suspendidos relativamente baja pero posee
algunos
atributos
ventajosos
frente
a
procesos
aerobios
convencionales,
tales como ahorro en energía de aeración y
adición de nutrientes,
44
- La inclusión de una etapa anaerobia en un futuro tren de
tratamiento, si bien aumenta ligeramente los costos de inversión
de la planta de tratamiento, ayuda a abatir sensiblemente los
gastos de operación. Efectivamente, las etapas posteriores al
lecho fluidificado sólo tendrán que soportar una carga orgánica
del orden de tan sólo el 35% de la carga original y,
- La formación y el rol de un lecho de lodos sobre el lecho
fluidificado permiten formular una
serie de hipótesis
que
necesitan
verificación.
Es
necesario
planear
nuevas
investigaciones enfocadas más bien a aspectos fundamentales y
destinadas a demostrar la participación de los lodos en la
degradación del sustrato y los mecanismos mediante los cuales
actúan.
Los
efluentes
caracterizados
en
la
tabla
2-1
fueron
almacenados en un cuarto frío (4°C) hasta reunir un volumen de
680 litros. En ese momento se inició el experimento con el
reactor aerobio de biodiscos que se presenta en los siguientes
capítulos.
45
TABLA 2-1. CARACTERISTICAS DE LOS INFLUENTES UTILIZADOS
(Fernández et al. 1988)
PARAMETRO
AGUA
RESIDUAL
SINTETICA*
DQO,TOTAL,mg/L
1
AGUAS BLANCAS
LOTES
2
3
4520
1940
2560
2064
DQO,SOLUBLE,mg/L
-
1360
1900
1331
DBO,TOTAL,mg/L
5 DIAS
7 DIAS
-
427
554
404
419
596
7.10
7.20
7.16
7.03
13.16
216
333
312
SOL. TOTALES TOTALES,
3772
1315
-
1287
"
TOTALES VOLATILES,
2446
650
-
595
"
SUSPENDIDOS FIJOS,
70
200
-
187
SUSPENDIDOS VOLATILES
mg/L
50
190
PH
582
ALCALINIDAD TOTAL,
mg CaC03/L
AC. ORGANICOS VOLATILES,
mg AC. ACETICO/L
179
916
398
916
-
146
-
-
FOSFORO COMO FOSFATO, mg/L -
1.7
-
-
SULFATOS, mg/L
* COMPOSICION DEL AGUA RESIDUAL SINTETICA : AZUCAR, 4 g/L; ACIDO
ACETICO GLACIAL, 0.5 g/L; BICARBONATO DE SODIO COMERCIAL, 0.2 g/L
CLORURO DE AMONIO, 1 g/L; AGUA CORRIENTE
46
TABLA 2-2. TRATAMIENTO ANAEROBIO DE AGUAS BLANCAS DE FABRICAS DE
PAPEL EN UN REACTOR DE LECHO FLUIDIFICADO A ESCALA DE
LABORATORIO (Fernández et al, 1988)
ACLIMATACION 0 ADAPTACION (1 A 5) Y OPERACION EN ESTADO ESTABLE
ETAPA
1
2
3
4
5 ESTADO ESTABLE
COMPOSICION ALIMENTACION
Agua residual sintética
%Volumen
70
60
50
40
20
Aguas blancas
%Volumen
30*
40*
50*
60*
80** 100
DURACION,semanas
2.0
1.7
1.0
1.0
1.0
GASTO ALIMENTACION,
L/d
0.58
0.57
0.58
0.40
GASTO DE RECIRCULACION,
L/d
144
144
144
77
47
RE-INOCULACION,
mL de inoculo pesado
al empezar etapa
200
200
200
200
200
0.52
100
-
0.45
-
0.45
-
TIEMPO DE RESIDENCIA, d
2.1
6.2
2.1
6.1
3.0
8.8
CARGA ORGANICA VOLUMETRICA
kg DQO/m3 d
(1)
1.87
(2)
0.64
1.78
0.60
1.69
0.58
1.02
0.35
1.11 0.46
0.38 0.16
0.76
0.26
DQO TOTAL
INFLUENTE, mg/L
EFLUENTE,
mg/L
EFICIENCIA, %
3740
845
77.4
3540
1840
48.0
3050
2560
16.1
2555
1584
38.0
2064
710
65.6
(1)
(2)
2.1
6.1
3930
1680
57.2
2.3
6.7
2 .7
7.8
2 .7
7.8
1249
912
27.0
CONTINUA
47
DBO, TOTAL mg/L
INFLUENTE,
5 DIAS 7 DIAS -
582
596
-
-
-
-
-
-
5 DIAS 7 DIAS -
-
-
-
220
235
EFICIENCIA % 5 DIAS 7 DIAS -
_
_
-
-
_
-
62 .2
60.6
114
105
150
-
0.69
0.25
-
0 .09
0.125
0.03
0 .04
4.3
95 .7
7.16
7.09
4.0
96.0
7. 03
7. 09
334
1782
312
1782
EFLUENTE,
PRODUCCION DE BIOGAS***
mL PTN/d
1004
788
RENDIMIENTO DE BIOGAS,
m3 PTN/kg DE DQO RE­
MOVIDO
690
_
93
-
PRODUCCION VOLUMETRICA DE BIOGAS, m3 PTN/m3 d
(1)
(2)
COMPOSICION DE BIOGAS****
%C02
%CH4
pH, INFLUENTE
EFLUENTE
ALCALINIDAD TOTAL, mg CaC03/L
INFLUENTE
EFLUENTE
ACIDOS ORGANICOS VOLATILES
mg Ac. ACETICO/L
INFLUENTE
EFLUENTE
ALTURA LECHOS, cm
FLUIDIFICADO
LECHO DE LODOS
(*)
(**)
(***)
{****)
(1)
(2)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
398
538
916
538
34
127
34
123
35
127
34
125
33
127
AGUA RESIDUAL, LOTE 2
AGUA RESIDUAL, LOTE 3
EXPRESADO A P=1 atm y T=273°K. NO SE CORRIGIO POR
PERDIDAS DE BIOGAS DISUELTO.
OBTENIDOS POR EL METODO DE LA JERINGA
BASADO SOBRE VOLUMEN DE LECHO FLUIDIFICADO EN OPERACION
BASADO SOBRE VOLUMEN TOTAL DEL REACTOR
48
TABLA 2-3. PKRFIL DE LODOS EN EL MANTO DE LODOS DEL REACTOR
ANAEROBIO DE LECHO FLUIDIFICADO (Fernández et al. 1988)
SALIDA
-1
-2 (+)
-3
-4
-5
-6
-7 (*)
ALTURA
cm
SOLIDOS, g/L
SSV
SSF
135
115
95
75
55
35
15
5 .72
3.97
4.29
8.95
9.56
-
5.24
-
2.30
2.51
6.91
6.98
-
APARIENCIA
FLOCULADOS
FLOCULADOS
FLOCULADOS
FLOCULADOS
FLOCULADOS
GRANULARES
-
(+ ) Alimentación
(*) Altura del lecho fluidificado en operación
INFLUENTE:^ AGUAS BLANCAS; LOTE 3 CORRIDA EN
(2.7/7.8 días) tiempo de residencia hidráulica
ESTADO
ESTABLE
Con estos resultados se consideró pertinente estudiar los
efluentes de los sistemas de lecho fluidificado anaerobio en un
reactor aerobio de biodiscos conectado en serie para obtener
efluentes
tratados
que
no
solamente
cumplan
con
los
requerimientos
de
la
ley
mexicana
sino
de
las
normas
internacionales.
49
C A P IT U L O
M A T E R IA L E S
Y
III
METODOS
3.1
AGUAS RESIDUALES
3.2
REACTOR DE BIODISCOS ROTATORIO
3.3
CORRIDA EXPERIMENTAL
3.4
CONDICIONES DE OPERACION
3 .5
EVALUACION ECONOMICA PRELIMINAR
3 .1
AGUAS
R E S ID U A L E S
Las aguas residuales que se usaron en este trabajo, como ya
se mencionó provienen del pretratamiento anaerobio de aguas
residuales de una
fábrica de papel.
Estas
se mantuvieron
almacenadas en recipientes de plástico cerrados en un cuartofrío
a 4°C. El tiempo, de almacén aproximado fue de 14 meses y se
realizó en bidones de cloruro de polívinilo.
Se llevaron a
bidones.
cabo análisis fisicoquímicos a cada uno de
los
Para ello se siguieron las metodologías de la APHA (1981).
La descripción de cada uno de los parámetros se presenta en
el apéndice 1.
3.2 EQUIPO:
REACTOR BIOLOGICO ROTATORIO
Los reactores biológicos rotatorios (RBR) o reactores de
biodiscos, están constituidos por discos o tambores de plástico
montados en una flecha horizontal y se encuentran colocados en
tanques de concreto, acero o fibra de vidrio
(Fig. 3-1). Los
discos o el tambor rotan lentamente y generalmente un 40% del
área superficial de éstos se encuentra sumergida en el agua de
desecho. Inmediatamente después del arranque del reactor, los
microorganismos, que se encuentran en forma natural en el agua de
desecho, empiezan a adherirse a las caras de los discos y
comienzan a multiplicarse hasta que toda la superficie inerte se
encuentra cubierta por una biopelícula con espesores de 1 a 4 mm.
La biomasa adherida contiene de 50,000 a 100,000 mg/L de sólidos
suspendidos. Si la biopelícula fuese arrancada de los discos y
dispersada en un licor mezclado, su concentración sería de 10,000
a 20,000 mg/L. Tal densidad de población microbiana permite altos
niveles de remoción de la materia orgánica disuelta en tiempos de
residencia hidráulica relativamente cortos.
50
Al rotar el material de soporte, la biopelícula es expuesta
al aire y ésta a su vez arrastra una película de agua en
tratamiento,
que escurre hacia abajo sobre la biopelícula,
absorbiendo
oxígeno
del
aire.
Los
microorganismos
de
la
biopelícula consumen este oxígeno disuelto y los materiales
orgánicos de la película de agua.
La biopelícula también consume materia orgánica y oxígeno
disuelto al encontrarse sumergida en el agua de desecho. El
oxígeno disuelto que no es consumido en la película de agua se
mezcla con los componentes del licor mezclado, lo que mantiene
una concentración determinada de oxígeno disuelto en el licor
mezclado (Fig. 3-2).
Los esfuerzos cortantes generados al volver a entrar la
biopelícula al agua y pasar a través de ella, causan que el
exceso de biomasa sea arrancada del medio de soporte y pase a
formar parte del licor mezclado. Este fenómeno mantiene una
población microbiana relativamente constante sobre los discos. El
mezclado generado por la rotación de los discos provoca que la
biomasa desprendida se mantenga en suspensión y el flujo de agua
se encarga de sacarla del sistema para, posteriormente, ser
separada del agua tratada en un sedimentador.
51
'1REN DE D ISCO S C U BIER T O S CON.
RECIPIENTE
FIGURA 3-1 DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UNA ETAPA DE UN REACTOR BIOLOGICO
ROTATORIO CON LA FLLCHA PARALELA AL SENTENTIDO DEL FLUJO
.absorción
02
Hrfiesorci^n
de
C02,H2S,N02
sustrato
orgánico
agua
de d e s e c h o
biopelícula
desprendimiento
de
biopelícula
m e d i o de
soporte
película
liquida
FIGURA 3-2
DIAGRAMA ESQUEMATICO DE LA PELICULA BIOLOGICA ACTIVA
FIJA.
La biopelícula del reactor biológico rotatorio es afelpada,
con muchos filamentos microscópicos que se proyectan hacia afuera
de la película adyacente al agua. La rugosidad de la biopelícula
no se debe a la presencia de microorganismos especiales, sino a
la acción de la rotación, que al hacer pasar la biomasa por el
agua y el aire del medio ambiente, propicia la formación de estos
filamentos. Este crecimiento filamentoso es más apreciable en las
etapas iniciales, donde el crecimiento de la biopelícula es más
alto. El mecanismo principal de desprendimiento de la biopelícula
en el reactor biológico rotatorio es, en general, por el esfuerzo
cortante hidráulico.
El crecimiento filamentoso está limitado por la resistencia
de la biopelícula al esfuerzo cortante causado por la rotación,
lo que provoca que el espesor de la película se autorregule. La
biomasa
es
arrancada
en
conglomerados
grandes
fácilmente
sedimentables.
La
rotación
del
medio
de
soporte
provee
turbulencia en la interfase de biomasa y agua de desecho, por lo
que el oxígeno disuelto y materia orgánica soluble pueden llegar
al interior de la biomasa, tanto por difusión como por el
mecanismo de mezclado.
El
reactor
biológico
rotatorio,
por
su
gran
área
superficial, requiere períodos cortos de contacto; puede manejar
gastos en un gran intervalo, que va desde los 3,800m3/día hasta
300,800m3/día. Las unidades comerciales sencillas tienen discos
de hasta 3.7mts. de diámetro y una longitud de la unidad de 7.6m
con hasta 9,290m2 de superficie por sección.
El nivel de tratamiento, como en otros sistemas biológicos,
dependen de la carga del sistema. Para aguas negras, con cargas
de 6 a 20 gDB05/m2 disco/día de una remoción de 90% (medida como
DB05) .
Entre 13 y 29°C no hay efectos apreciables de la temperatura
en el tratamiento de aguas residuales, aunque las eficiencias de
remoción sí cambian considerablemente. Para temperaturas menores
a 13°C la eficiencia de remoción baja considerablemente.
La naturaleza del agua de desecho, la cinética microbiana y
la difusión del oxígeno son los factores
que afectan
la
eficiencia al bajar la temperatura.
54
El uso de más etapas en lugar de menos tiene un efecto
estabilizador en la consistencia de la calidad de agua tratada,
ya que se tiene más capacidad amortiguadora para variaciones en
la composición de las aguas a tratar, lo que dará como efecto el
hacer mínimas
las desviaciones de promedio de
calidad de
tratamiento,
aunque debe haber un equilibrio con el costo
asociado a la presencia de más etapas (Luna-Pabello, 1990).
En el reactor biológico rotatorio no existe la necesidad de
recirculación del agua tratada ni de la biomasa, lo que hace al
sistema sencillo en su operación. El uso de motores eléctricos y
reductores estándar, así como sistemas de transmisión sencillos,
hacen que los requerimientos de energía sean bajos.
El tiempo de residencia de líquido es comparable al de un
reactor empacado, alrededor de 7 minutos para una etapa con un
conjunto de 50 discos, por ejemplo, pero con un requerimiento de
terreno de sólo el 10% del de un reactor empacado convencional
equivalente. Este efecto de intensificación es el resultado de la
densidad de la biomasa que se puede mantener sobre la superficie
del soporte. Se reporta dicha densidad como aproximadamente 200 g
(peso seco) por m2 de superficie del disco, que se considera que
tiene un efecto similar a una densidad de lodos de 40 a 60 kg/m3
en un sistema de lodos activados.
El
sistema
tiene
ventajas
sobre
otros
sistemas
de
tratamiento biológico en simplicidad de operación, bajo costo de
mantenimiento,
bajo
consumo de energía,
resistencia a las
variaciones del influente y ventajosas características de lodo
secundarios que sedimentan fácilmente.
Por otro lado, dada la concentración de biomasa activa en la
biopelícula,
los volúmenes tratados por unidad de área son
mayores y el espacio superficial ocupado por el sistema es
bastante menor. Esta característica resulta altamente deseable
cuando se tienen restricciones de área disponible para el
tratamiento o cuando se desea optimizar dicha área.
El sistema está particularmente bien adaptado al tratamiento
de aguas
residuales de pequeñas comunidades,
debido a la
capacidad volumétrica limitada (3,500 a 75,000 m3/día). Para el
caso de México, donde la mayoría de las plantas que genera gastos
volumétricos no muy grandes, resulta adecuado el uso de estos
sistemas. Una desventaja es que los cojinetes y las unidades de
impulsión requiere frecuente mantenimiento, a pesar de que las
mejoras en el diseño han minimizado los problemas con las fallas
en el eje y la transmisión.
55
Al igual que toda la ingeniería química, el diseño de
sistemas de tratamientos de aguas residuales se basa en criterios
que han surgido de la práctica y la experimentación.
Las
ecuaciones existentes son empíricas y desarrolladas a través del
análisis de datos
experimentales.
En particular,
para
los
reactores biológicos rotatorios existen algunos criterios de
diseño los cuales no están dados en forma definitiva por tratarse
de un proceso en donde los fenómenos de la microbiología y de la
bioquímica
no
han
podido
ser
entendidos
y
explicados
a
profundidad.
Así pues, todos los parámetros de diseño de los RBR's han
surgido y han sido seleccionados de acuerdo a experiencias
previas obtenidas en procesos similares. Por ejemplo, después de
estudiar diferentes sistemas de reactores de biodiscos,
la
revista Journal of Water Pollution Control Federation (tomado de
Escarcega-Pliego y Pulido-Pérez, 1986) recomienda algunos valores
para
ser
tomados
como
criterios
de
selección
para aguas
residuales de tipo doméstico (tabla 3-3).
El reactor empleado está diseñado y construido basándose en
la experiencia previa tenida por otros investigadores (Alvarez,
1986;
Escárcega-Pliego y Pulido-Pérez, 1986). Para el desarrollo
de este experimento el RBR usado tiene una relación área-volumen
de alrededor de 140 m2/m3
un volumen de trabajo de 20 L y 5
cámaras o etapas, con un diámetro para los discos de 30 cm,
operando con 4 discos por etapa.
El material elegido para los discos,
las mamparas de
separación y el sedimentador secundario fue acrílico y el del
recipiente del líquido por tratar fue lámina galvanizada. La
figura 3-4 muestra el RBR de 20 litros utilizado y la figura 3-5,
las diferentes partes que lo componen. Estas son presentadas en
la tabla 3-6.
56
TABLA 3-3. CRITERIOS DE DISEÑO PARA LOS REACTORES BIOLOGICOS
ROTATORIOS (SEGUN LA REVISTA JOURNAL OF WATER POLLUTION
CONTROL FEDERATION)
No. mínimo de etapas.............. ............ 04
% área sumergida.................. ............ 40
relación óptima
volumen/área superficial.........
influente con DB05
abajo de 3 00mg/L
carga hidráulica..................
para alcanzar un
efluente con DB05
de 15 a 30 mg/L
temperatura.......................
........... 13 a 32°C
flujo del tanque
de sedimentador...................
efluente
equipo para remoción
de sólidos........................
mecánicos para
sólidos
57
FIG 3-5 PARTE5 QUE INTEGRAN UN RBR EXPERIMENTAL
TA B LA 3 - 6
NUMERO
PARTES Y
E S P E C IF IC A C IO N E S DEL RBR E X P E R IM E N T A L
CANTIDAD
NOMBRE
1
20
disco
2
20
tornillo
prisionero
3
1
base
4
4
mampara
5
1
manguera
6
4
chumacera
7
1
estructura
8
1
sedimentador
9
1
motor
10
2
abrazadera
11
1
polea del motor
12
1
caja de
controles
13
2
bandas
14
1
polea del eje
del disco
60
El RBR está construido en forma de un cilindro hueco
horizontal, con el fin de evitar espacios en donde pudiera
ocurrir acumulación de biomasa y crear anaerobiosis en el
sistema.
La
base
del
reactor
se
subdividió
en
cinco
compartimientos de igual tamaño,
separados por mamparas de
acrílico. Las cámaras quedan intercomunicadas mediante un par de
ranuras laterales localizadas en la parte superior extrema de
cada mampara. Estas ranuras permiten el paso del líquido hacia la
siguiente cámara, cuando ésta ha llegado al nivel máximo de
capacidad, recibiendo como influente al efluente de la cámara
anterior. Una vez que el líquido en tratamiento ha pasado por las
cinco cámaras, es colocado en el sedimentador secundario de 18
litros de capacidad.
Para evitar el retromezclado entre cámaras y favorecer el
tratamiento secuencial del líquido suministrado, es necesario que
tenga una pendiente de inclinación negativa, aproximadamente
1.5“ .
Cada cámara tiene una capacidad aproximada de 2 litros,
cuenta con cuatro discos de acrílico de 0.3 m de diámetro,
montados en una flecha de acero inoxidable y en un sistema de
transmisión. La flecha que pone en movimiento a los discos está
accionada con un motor de 120 volts, corriente alterna, de 8
watts. Para garantizar que los discos se mantengan fijos sobre el
eje requiere de un tornillo "prisionero".
Dado que este equipo funciona ininterrumpidamente requiere
que los sistemas de las chumaceras operen con eficiencia. También
el sistema de rotación (motor, polea, control) deben trabajar sin
problemas. Esto implica un mantenimiento periódico cuidadoso y
eficaz.
El equipo fue construido por los talleres de la Facultad de
Ingeniería de la UNAM y, aunque el funcionamiento durante la fase
experimental fue bueno, es muy importante evitar las posibles
fallas
eléctricas ya que éstas pueden causar el desprendimiento
de la biopelícula y, por consecuencia, el rompimiento del régimen
pseudoestable.
61
El problema de reducir la contaminación que se produce en
las fábricas de pulpa y papel es uno de los más arduos con que se
tiene que enfrentar la industria. Dado que el reactor biológico
rotatorio constituye un equipo rentable por su eficiencia en la
purificación de efluentes de tipo carbonoso, en este trabajo se
estudió
la
degradación
aerobia
de
los
efluentes
líquidos
generados por la industria del papel después de un pretratamiento
anaerobio en un reactor de lecho fluidificado. En este estudio se
empleó un reactor biológico rotatorio a escala de laboratorio (20
litros de volumen de trabajo) , como ya se mencionó, con
el fin
de evaluar su comportamiento.
En la tabla 3-7 se describen las características físicas del
RBR-20 empleado.
Tabla 3-7
Características del reactor biológico rotatorio
(RBR-20) usado
VOLUMEN...................................
20 Litros
NUMERO DE CAMARAS.........................
5
NUMERO DISCOS/CAMARA......................
4
VELOCIDAD ROTACIONAL.....................
36 rpm
DIAMETRO DISCOS..........................
30 cm
% EVAPORACION............................
3.007
RELACION AREA/VOLUMEN....................
141.3 m2/m3
62
/
3 .3
C O RR ID A EXP E R IM E N TA L
El inicio de la corrida experimental, se empezó evaluando la
concentración (como DQO) en cada uno de los tanques (5 en total),
esto con la finalidad de una vez puesto en marcha el rector
biológico rotatorio se pudiera ir alimentando en forma secuencial
al reactor cada uno de los tanques en grado de
similitud de
concentración inicial de los influentes.
También se tuvo que
analizar antesde poder iniciar conla
corrida experimental en el reactor de
biodiscos, una serie de
determinaciones de la capacidad de cada una de las cámaras o
etapas, para poder obtener la capacidad hidráulica del reactor y
por consiguiente determinar la cantidad de agua evaporada con la
tapa del reactor cerrada. Estas evaluaciones se realizaron para
un tiempo de 24 horas, obteniendo los siguientes resultados:
Número de etapas:
5
rpm:
36
Volumen obtenido para cada etapa
Etapa 1=
4,300 mL
Etapa 2 =
4, 000 mL
Etapa 3=
3, 650 mL
Etapa 4 =
4, 000 mL
Etapa 5=
4, 000 mL
Obteniendo un volumen global d e :
Q= 19,950 mL
63
Con lo que respecta a la cantidad de agua evaporada en el
reactor biológico, evaluado a un tiempo de 24 horas se obtuvieron
los siguientes valores:
Etapa 1=
125 mL
Etapa 2 =
150 mL
Etapa 3=
100 mL
Etapa 4 =
125 mL
Etapa 5 =
100 mL
Con lo que se obtiene un volumen global de evaporación de el
agua en porcentaje de:
Agua evaporada=
600 mL
Obteniendo un porcentaje de evaporación de:
Agua evaporada=
3.0075%
Una vez determinado estos valores, se pudo calcular el valor
con la cual se tenía que alimentar al reactor, para poder obtener
un tiempo de residencia hidráulica de 24 horas, y mantener
alimentando con el influente en forma consecutiva por medio de
una bomba dosificadora, la cual se llegó a un valor de:
G=
1.38 mL/min
64
Para la caracterización de la concentración de DQO, se
tuvieron que realizar diferentes diluciones para poder encontrar
la concentración más adecuada al
influente que
se estaba
analizando. Estas diluciones fueron las siguientes:
1/10
1/20
5/10
10/10
Pudo observarse que, para estas diferentes pruebas,
se
encontró que la única relación que se ajustó al influente
analizado fue la relación 10/10,
ya que en las restantes
relaciones se obtenían valores muy bajos, indicando que las
concentraciones manejadas en cada una de las relaciones se
encontraban muy diluidas ya que en cada uno de los restantes
análisis se gastaba más sulfato ferroso amoniacal 0.IN con
respecto a la prueba que se corre como testigo.
Una vez obtenidos estos resultados previos, se inició la
corrida experimental utilizando las cinco cámaras o etapas del
reactor de^ biodiscos, con la cual se empezó a analizar cada uno
de los parámetros que a continuación se indicarán:
**
Demanda química de oxígeno (DQO)
**
Oxígeno disuelto (OD)
**
Temperatura
**
pH
En el apéndice 1, como se mencionaba, se indica cual fué el
procedimiento que se utilizó para su determinación analítica y el
equipo utilizado para cada uno de ellos.
65
3 .4
C O N D IC IO N ES DE O PERA C IO N
Se llevaron a cabo experimentos preliminares para definir
las condiciones de operación. Estas fueron las siguientes:
**
Tiempo de residencia hidráulica.... .... 4 8 horas
**
Temperatura de operación..........
**
Velocidad rotacional de los discos.
17-18 °C
La serie de corridas preliminares incluye el
velocidad rotacional de los discos y la óptima
concentraciones mínimas de oxígeno disuelto en las
de 2 mg02/L, ya que éste es el límite recomendado
un sistema aerobio.
estudio de la
que garantice
cámaras arriba
para asegurar
Para el tiempode residencia hidráulica
se operaron en dos
tiempos(24 y 48 horas) , empezando a operar a 24 horas y una vez
alcanzado el régimen permanente se decidió trabajar el reactor a
48 horas.
La
temperatura no se controló, sino
que se instaló
el
reactor
en
un
laboratorio
cuyas
condiciones
dieron
una
temperatura en el seno del líquido de acuerdo con la del medio
ambiente en el laboratorio.
Se alimentó el reactor con una concentración constante de
materia orgánica (medida como DQO) y, con el fin de observar el
alcance
del estado de régimen permanente, se analizaba este
parámetro cada dos días y se consideró que se tenía un estado
estable cuando las variaciones en el valor de la DQO fueron
aproximadamente de +10%.
A los pocos días de iniciada la operación, se comenzó a
formar la biopelícula biológica sobre las superficies de los
discos y paredes de las mamparas. En forma diaria se evaluaron el
pH, temperatura y oxígeno disuelto del licor mezclado. Esto fue
con la finalidad de observar si se tenían condiciones aerobias en
las cámaras del reactor y poder observar el momento en el que la
DQO no variara más del 10% para poder considerar el régimen
permanente o estable.
66
Una vez alcanzado el régimen permanente se
durante
la
experimentación
los
siguientes
fisicoquímicos:
registraron
parámetros
- Demanda química de oxígeno (DQO)
- Demanda bioquímica de oxígeno última (DBOu)
- Oxígeno disuelto (OD)
- Temperatura
- pH
- Carbón orgánico total (COT)
3.5
EVALUACION ECONOMICA PRELIMINAR
Para considerar que un sistema de tratamiento es rentable es
necesario efectuar, aún antes de instalar una planta piloto, un
estudio preliminar de costos. En este caso, dado que las plantas
que procesan celulosa reciclada para producir papel deben cumplir
con una normatividad dada, es importante cuantificar el costo de
instalación de una planta de tratamiento de aguas y con los
costos del agua usada cargados por la Comisión Nacional del Agua
(CNA, 1991a) evaluar el tiempo de recuperación. Para ello, la CNA
ha establecido tres parámetros de calidad del agua,
gasto
volumétrico con un factor a, material contaminante disuelto
medido como demanda química de oxígeno (DQO) con un factor b y
material contaminante en suspensión (SST) con un factor c.
El sistema que se usaría se presenta en la figura 3-8 y
consta
de
un
sedimentador
primario
para
separar
sólidos
suspendidos,
el reactor anaerobio de lecho fluidificado,
el
reactor aerobio de biodiscos y los equipos accesorios para
disposición del biogás y la biomasa generados. Se tendrá un
mechero para quemar el biogás y proporcionar agua caliente para
mantener el sistema anaerobio a régimen termofílico (25-35°C).
67
También se tendrá un sistema colector de sólidos primarios
que se reciclarán a la planta papelera y uno para los sólidos
secundarios (anaerobio y aerobio) que se usarán para mejorar
suelos una vez secados.
En el capítulo IV se presentan ya los resultados obtenidos
en este experimento, se discute sobre ellos y se presentan
algunas
recomendaciones
que
pueden
ser
útiles
para
los
experimentos a futuro.
La tabla 3-9 presenta la lista del equipo propuesto
TABLA 3-9
LISTA DE EQUIPO PROPUESTO
1.
Tanque sedimentador-alimentador al reactor de lecho
fluidificado
B-l
Bomba de alimentación al reactor de lecho fluidificado
B-2
Bomba auxiliar de alimentación
2.
Reactor de lecho fluidificado
3.
Quemador del biogás proveniente del reactor de lecho
fluidificado
4.
Reactor biológico rotatorio
B-3
5.
Bomba para extracción de los lodos
Tanque receptor del efluente generado en el reactor
biológico rotatorio
Si se considera una planta papelera que produzca 100 T de
p a p e l p o r día y que genere 2,500 m3 de aguas blancas por día, se
tendrá la necesidad de dimensionar el equipo para tratar estas
aguas.
68
En
la
t a b la
3 -1 0
se p re s e n ta n
T A B L A 3 -10 D IM E N S IO N E S
DE LO S
e s o s v o lú m e n e s .
E Q U IP O S
EN R E L A C IO N A L VOLUM EN
VOLUMEN DE TRABAJO
EQUIPO
Sedimentador primario
5,000 m3/2 días
Reactor de lecho
fluidificado
2,500 m3/d
Reactor biológico
rotatorio
2,500 m3/d
Sedimentador secundario
2,500 m3/d
Para el primer equipo aquí mencionado se determinó el costo
del equipo para un volumen de capacidad de 5,000 m 3 , debido a que
en
algunas
ocasiones
existen
programas
de
mantenimiento
preventivos o correctivos en las máquinas de papel, por lo tanto
los equipos anaerobio y aerobio tendrán un volumen de trabajo un
poco menor al de 2,500 m3/d. Esto da un lapso para corregir los
problemas que se tuvieran en fábrica y así no preocuparse por el
momento por la planta de tratamiento del agua ya que los equipos
cuentan con un volumen extra de trabajo.
En el siguiente capítulo se dan, tanto los resultados del
estudio experimental, como de la evaluación económica preliminar.
69
C A P IT U L O No I V
RESULTA D O S
LA
FASE
Y
D IS C U S IO N
4 .1
RESULTA D O S
DE
E X P E R IM E N T A L
4 .2
E V A L U A C IO N
E C O N O M IC A P R E L I M I N A R
4 .2 .1
E V A L U A C IO N T E C N IC O - E C O N O M IC A D E U N A
A N A E R O B IA - A E R O B I A
4 .2 .2
A H O RR O S PO R C O N C EPTO D E PA GO D E D E R E C H O S
V E R T IM IE N T O S D E A G U A S R E S ID U A L E S
4 .2 .3
AHORROS PO R
PRO CESO
R E C IR C U L A C IO N
DEL
PLA N TA
DE
AGUATRATADA A L
4.1
RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL
A lg o sum am ente im p o r t a n t e q u e ae o b s e r v ó a l i n i c i a r lo s
e x p e r im e n to s es q u e la s a g u a s r e s id u a le s p r e t r a t a d a s no t e n ía n
la s
c a r a c t e r ís t ic a s
q ue p o s e ía n
cuando
fuero n
a lm a c e n a d a s
( T a b l a 2-2 v e r s u s t a b l a 4 - 1 ) .
E l p r im e r p u n to im p o r t a n t e es e l c o n t e n id o
de o x íg e n o
d is u e lt o q ue es c e r o a l a s a lid a d e l r e a c t o r a n a e r o b io , m ie n t r a s
que en e l e f lu e n t e p r o v e n ie n t e d e l c u a r to f r ío se t ie n e un v a lo r
d e 5 .2 m g O D / L . E s t o s e c o r r o b o r a p o r e l h e c h o d e q u e l a m a t e r i a
o r g á n i c a d i s u e l t a s e r e d u j o d e a p r o x i m a d a m e n t e 700-1000 m g D Q O / L a
100 m g D Q O / L y d e 200 m g D B 0 7 / L a 35 m g D B O u / L , d u r a n t e e l p e r i o d o
d e a l m a c e n a m i e n t o ( c a s i 14 m e s e s ) e n e l c u a r t o f r í o a 4 ° C .
TA BLA
4-1
C A R A C T E R I Z A C IO N
DE
LO S
B ID O N E S
EMPLEADOS
IN F L U E N T E
OD(m g02/L)
B ID O N
DQO(m g/L)
A
1 2 4 .0 0
7 .5 1 7
1 7 .8
5 .1 0
B
100.00
7 . 086
1 7 .9
5 .3 5
C
88.00
7 .4 1 8
1 8 .1
5 .7 5
D
8 0 .2 0
8.222
1 8 .1
5 .3 0
E
7 5 2 .0 0
7 .5 7 3
1 8 .0
1 .3 8
F
1 1 6 .2 5
7 .3 0 4
1 8 .1
5 .6 6
pH
71
T(°C)
COMO
P u e d e o b s e r v a r s e en e s t a s e r i e d e r e s u l t a d o s q u e e n e l b i d ó n
5 e x is t ía n c o n d ic io n e s d if e r e n t e s a lo s o tr o s , lo c u a l c o n s e rv ó
l a s p r o p i e d a d e s q u e se t e n í a n a l a s a l i d a d e l r e a c t o r a n a e r o b i o
d e le c h o f l u i d i f i c a d o . P a ra lo s o t r o s b id o n e s e s c la r o q ue
e x i s t i ó d u r a n t e e l t ie m p o d e a lm a c e n a m ie n to
u n a d e g r a d a c ió n en
fo rm a n a t u r a l d e la m a t e r ia o r g á n ic a b io d e g r a d a b le re m a n e n te .
E s e v id e n t e q u e e n e s t o s e x p e r im e n to s s o la m e n te s e r e d u c ir á
l a p o c a m a t e r ia b io d e g r a d a b le re m a n e n te , p e r o l o im p o r t a n t e es
h a b e r c o r r o b o r a d o q u e u n a r e m o c ió n p o s t e r io r g a r a n t iz a
la
o b t e n c ió n d e e f lu e n t e s t r a t a d o s q u e c u m p la n c o n l a s n o rm a s
e c o ló g ic a s m e x ic a n a s y de o t r o s p a ís e s .
L a t a b l a 4-2 p r e s e n t a l o s r e s u l t a d o s p r o m e d i o o b t e n i d o s e n
e s t e t r a b a jo c o n lo s e f lu e n t e s de to d o s lo s b id o n e s , e x c e p to e l
b i d ó n 5, e n l a f a s e p s e u d o e s t a b l e d e o p e r a c i ó n d e l r e a c t o r ( t o d o s
lo s d a to s s e e n c u e n t r a n e n e l A p é n d ic e 2 ). E l lo s in d ic a n q ue
p r á c t ic a m e n t e y a n o q u e d ó m a t e r ia l b io d e g r a d a b le e n e s a s a g u a s
r e s id u a le s .
L a t a b l a 4-3 d a l o s d a t o s d e l a d e m a n d a b i o q u í m i c a ú l t i m a
o x íg e n o q u e , e n e s t e c a s o , d e s p u é s d e l u n d é c im o d ía y a no
v a lo r e s d e consum o de o x íg e n o . E s to s d a to s c o r r o b o r a n
o b te n id o s c o n
l a m e d ic ió n de dem anda q u ím ic a d e
o x íg e n o ,
l o s d e c a r b ó n o r g á n ic o t o t a l ( t a b la 4 - 4 ).
La t a b la
DB011 y C O T .
4-5 y 4-6 d a n l a s
r e la c io n e s
p r o m e d io
entre
de
d ió
lo s
a s í com o
DQO,
S i e s to s d a to s se e x t r a p o la n a la c o n c e n t r a c ió n o r ig in a l que
e l a g u a p r e t r a t a d a a n a e r o b ia m e n t e t e n ía e n e l m om ento de s e r
a l m a c e n a d a s e t i e n e n l o s d a t o s d e l a t a b l a -4-7.
E s to s d a to s in d ic a n u n a e x c e le n t e r e m o c ió n d e c o n t a m in a n t e s
d is u e lt o s de
la s a g u a s b la n c a s p r e t r a t a d a s a n a e r o b ia m e n te
y
s e g u id a s d e u n t r a t a m ie n t o a e r o b io .
P ara c o r r o b o r a r s i e l s is t e m a p o d r ía s e r r e n t a b le
p r e s e n t a a c o n t in u a c ió n u n a e v a lu a c ió n e c o n ó m ic a p r e l i m i n a r .
72
se
TA B L A 4-2
R E SU LT A D O S D E L O S E X P E R IM E N T O S D E D EG R A D A C IO N A E R O B IA D E AGUAS B LA N C A S
P R E T R A T A D A S A N A E R O B IA M E N T E
CO N TEN ID O D E L A M A T E R IA D I S U E L T A
(DQO)
DQO
V s T IE M P O D E L E X P E R IM E N T O
(m g / L )
T IE M P O
(d )
IN F L U E N T E
1
6 1 .5 0
6 0 .4 6
3 7 .7 0
6 9 .4 4
6
1 2 4 .9 9
9 6 .7 7
9 6 .7 7
8 0 .6 4
8
8 0 .0 9
7 6 .2 8
9 1 .5 3
3 8 .1 4
17
1 0 1 .5 6
93 .7 5
9 3 .7 5
8 5 .9 4
19
1 0 8 .5 3
93 .0 2
9 3 .0 2
9 3 .0 2
22
9 7 .8 3
9 0 .3 0
8 7 .8 3
9 0 .3 0
27
83 .3 3
6 8 .1 8
5 3 .0 3
6 0 .6 1
37
8 0 .9 9
5 2 .8 5
5 2 .8 5
4 4 .7 2
49
7 4 .2 6
6 5 .9 8
7 0 .3 5
9 3 .8 0
51
9 7 .6 5
6 9 .8 4
7 2 .0 3
8 2 .0 3
55
8 1 .8 4
6 6 .9 6
59 .5 2
5 9 .5 2
61
77 .2 5
5 7 .2 5
4 9 .6 1
4 9 .6 1
69
8 6 .6 1
8 6 .6 1
7 8 .7 4
7 0 .8 6
82
7 2 .0 0
7 2 .0 0
6 4 .0 0
6 4 .0 0
85
1 2 3 .0 7
9 6 .1 5
1 0 1 .5 3
1 1 5 .3 8
87
7 0 .2 3
7 0 .2 3
4 6 .8 7
4 9 .8 7
C o n d ic io n e s de o p e r a c ió n :
( 6r= 48 h ; rpm= 36 i A /V = 1 4 1 .3
m2/m 3;
73
1
en cad a
(D IA S )
e ta p a
2
T= 16 -18 °C ; pH= 8 . 1 )
3
F I G U R A
G R A F IC A
D Q O
4-2
G L O B A L T IE M P O
Vs D Q O
(m g / L )
140
120
100
80
60
40
20
0
1
6
8
17
19
22
27
37
49
51
55
61
T IE M P O (DIA S)
I N F L U E N T E
O
E T A P A
No.l
- ^^>4-
E T A P A
No,2
IS. E T A P A
No,3
T A B L A 4-3
L O S E X P E R IM E N T O S D E D EG R A D A C IO N A E R O B I A D E A G U A S
P R E T R A T A D A S A N A E R O B IA M E N T E
DEMANDA Q U IM IC A D E O X IG E N O ú l t i m a ,
DB011
(d )
IN F
1
O
0
0
(m g / L )
2
11
B LA N C A S
d í a s ___________________
% D EG RA D .
3
0
0
1
7 .7
2 4 .4
1 4 .0
2 0 .4
2
8.6
2 4 .4
1 4 .4
22.6
3
8 .7
2 7 .0
1 6 .4
2 4 .0
4
11.0
2 8 .5
1 8 .5
2 5 .9
5
11.0
3 1 .2
1 9 .5
27 .0
6
1 2 .4
3 2 .5
20.2
2 7 .8
7
1 5 .0
3 2 .6
21.0
2 8 .9
8
20.0
3 4 .0
2 1 .4
2 9 .6
9
3 4 .0
3 4 .1
2 1 .5
2 9 .7
10
3 4 .2
3 4 .1
2 1 .5
2 9 .7
11
3 4 .3
3 4 .2
21.6
2 9 .8
1 3 .1 2 %
75
F I G U R A
D B O
11
11
4-3
Vs T IE M P O
(m g 0 2 / L )
2
8.7
4
5
6
7
T IE M P O (DIA S)
I N F L U E N T E
□
E T A P A
N o A
□
E T A P A
No.2
M E T A P A
No.3
T A B L A 4-4
R E S U L T A D O S D E L O S E X P E R IM E N T O S D E D EG RA D A C IO N A E R O B IA D E A G U A S B LA N C A S
P R E T R A T A D A S A N A E R O B IA M E N T E
C O N T E N ID O D E CA RBO N O RG A N ICO T O T A L
P R O M E D IO D E L O S DATOS D E
CARBON O RG A N ICO T O T A L
ETAPAS
IN F L U E N T E
2 5 .7
m gC /L
E T A P A No
1
2 5 .2
m gC /L
E T A P A No
2
2 2 .8
m g C /L
E T A P A No
3
2 3 .4
m gC /L
77
T A B L A
C A R B O N
4 -4
O R G A N IC O
T O T A L
m g C / L
I N F L U E N T E
E T A P A
1
E T A P A
No. DE ETAPAS
2
E T A P A
3
T A B L A 4-5
R E L A C I O N O B T E N I D A EN L A E X P E R I M E N T A C I O N ENTRE COT;
DBOll;
R E L A C IO N E X P E R IM E N T A L E N T R E
DQO
D B O ll
COT
IN F L U E N T E
1:
0 .3 8 :
0 .2 9
E T A P A No 1
1:
0 .4 4 :
0 .3 3
E T A P A No 2
1:
0 .2 9 :
0 .3 1
E T A P A No 3
1:
0 .4 0 :
0 .3 2
ET A PA S
79
DQO
T A B L A 4-6
RESULTAD O S
P R O M ED IO D E L O S E X P E R IM E N T O S D E D E G R A D A C IO N A E R O B IA D E A GUAS
B LA N C A S P R E T R A T A D A S A N A E R O B IA M E N T E
_____________________________
CO T;
D B O ll;
DQO v e r s u s
C o n d ic io n e s
(0 r =
48 h ;
rpm =
36;
A /V=
ET A PA S
de o p e r a c ió n :
1 4 1 .3
m2/m 3;
T= 1 6 - 1 8 °C ;
pH= 8.1)
ETAPA S s
DQO
D B O ll
COT
IN F L U E N T E
8 9 .8 2
3 4 .3 0
2 6 .7
ET A P A No 1
7 7 .5 1
3 4 .2 0
2 5 .2
ET A P A No 2
7 3 .3 7
2 1 .6 0
22.8
ET A P A No 3
7 3 .3 5
2 9 .8 0
2 3 .4
E F IC IE N C IA
D E REM O C IO N
1 8 .3 %
1 3 .0 %
9 .0 %
80
F I G U R A
C O T; D B O
C O T
(m g C / L );
D B O
4-6
1 1 ; D Q O . Vs ETA PA S
1 1 {m g 0 2 / L );
D Q O
(m g 0 2 / L
U I N F L U E N T E
1
2
3
C.O.T.
25,7
25,2
22,8
23,4
D B O
34,3
34,2
21,6
29,8
89,82
77,51
73,37
73,35
D Q O
11
No. D E ETAPAS
TA B L A 4-7
DATO S D E D E G R A D A C IO N D E M A T E R IA D I S U E L T A C O N T E N ID A E N A G U A S R E S ID U A L E S
P R E T R A T A D A S A N A E R O B IA M E N T E Y P O S T E R IO R T R A T A M IE N T O A E R O B IO
C a r a c t e r ís t ic a s
*
In f lu e n t e *
E flu e n te
% D e g r a d a c ió n
DQO
752
73 .3 5
9 0 .2 5
D B O ll
6 0 2 **
2 9 .8 0
9 5 .0 5
COT
580
2 3 .4 0
9 5 .9 7
pH
7 .5 7 3
8.10
Los d a to s d e l b id ó n 5 de a g u a s b la n c a s p r e t r a t a d a s a n a e r o b ia m e n t e
* * DB07
82
4 .2
EV A LU A C IO N ECONOMICA P R E L IM IN A R
E s ta e v a lu a c ió n c o n s id e r á e l c o s to d e l e q u ip o , o p e r a c ió n y
m a n te n im ie n t o
y
s im u lt á n e a m e n t e ,
c u a n t if ic a r á
lo s
ahorros
o b te n id o s de no p a g a r p o r e l v e r t im ie n t o de a g u a s r e s id u a le s no
tr a ta d a s y/o de r e c ic la r p a r te d e l agua tr a ta d a nuevam ente a
proceso.
4 .2 .1
E V A L U A C IO N T E C N IC O - E C O N O M IC A D E U N A P L A N T A
A N A E R O B I A -A E R O B I A
P uede d e c ir s e q u e e n u n s is t e m a e n c o n t in u o , l a d e g r a d a c ió n
a n a e r o b i a r e m u e v e a p r o x i m a d a m e n t e e l 60% d e l a m a t e r i a o r g á n i c a
d i s u e l t a y l a d e g r a d a c i ó n a e r o b i a p u e d e r e m o v e r u n 90% d e l
rem anente.
Con b a s e e n e s t o se p ro c e d e a c o n t in u a c ió n a e s t im a r y
c a l c u l a r lo s e le m e n t o s más r e p r e s e n t a t iv o s d e l a s p a r t e s q u e
in t e g r a n t a n t o l a in v e r s ió n de c a p it a l f i j o com o e l c a p it a l de
t r a b a jo p a r a , p o s t e r io r m e n t e , r e a l i z a r e l a n á l i s i s e c o n ó m ic o d e l
c o n ju n t o d e d a t o s q u e c o n fo rm a n y d e t e r m in a n e l b a la n c e c o n t a b le
y e l e s ta d o d e p é r d id a s y g a n a n c ia s . P a ra d im e n s io n a r l a p la n t a ,
c o m o s e m e n s i o n ó e n e l c a p í t u l o 3, s e t o m ó c o m o e j e m p l o u n a
p la n t a
p ro cesa d o ra de p a p e l
t is s u e
a p a r t ir
de
c e lu lo s a
r e c ic la d a . Los d a to s de p r o d u c c ió n de ag u as r e s id u a le s .
Se to m a ro n de
u n a p la n t a u b ic a d a en A p iz a c o T la x c a la , q ue
p r o c e s a 100 T d e p a p e l y q u e g e n e r a 2500 m3 p o r d í a d e a g u a s
r e s id u a le s .
1.
S e d im e n t a c ió n
E l c o s t o de in v e r s ió n d e l s e d im e n ta d o r p r im a r io y d e l e q u ip o
a c c e s o r io s e c u n d a r io , se o b t u v ie r o n de l a s ig u ie n t e fo rm a :
La e m p resa D o r r O liv e r p r o p o r c io n ó
la
c o t iz a c ió n
del
s e d im e n t a d o r . E l m o d e lo q u e más s e a p e g o a l a s n e c e s id a d e s d e
o p e r a c ió n es e l q ue se d e s c r ib e a c o n t in u a c ió n :
M o d e lo
S-8
D iá m e tr o
30 m
L o n g it u d
4 m
83
El
costod e l
s e d im e n t a d o r ,
a n t e r i o r e s , e s , p a r a 1 993, d e :
con
la s
c a r a c t e r ís t ic a s
N$ 2 0 2 ,8 0 0
Tom ando en
c u e n ta q u e s e e m p le a r á n e q u ip o s a c c e s o r io s p a r a
l a d i s p o s i c i ó n d e l b io g á s y l a b io m a s a g e n e r a d o s s e c o n s id e r ó u n a
in v e r s ió n t o t a l de:
N$ 2 0 2 ,8 0 0
P or lo ta n to , la in v e r s ió n p a ra e s to s ru b ro s es de:
N$ 4 0 5 ,5 0 0
2.
C o s to de in v e r s ió n p a ra e l r e a c t o r de le c h o f lu id if ic a d o
La b a s e de c á lc u lo , p a r a l a d e t e r m in a c ió n de l a in v e r s ió n
n e c e s a r ia p a r a e s t e e q u ip o , fu é p r o p o r c io n a d a p o r e l I n s t it u t o de
I n g e n i e r í a d e l a UNñM y e s e l s i g u i e n t e :
P a r a u n r e a c t o r c o n u n v o l u m e n d e 2000 m3 e l c o s t o
i n v e r s i ó n e s d e $ 4 0 0 ,0 0 0 U S D , p o r l o t a n t o , s e t i e n e q u e p a r a
v o l u m e n d e r e a c t o r d e 2500 m3 e l c o s t o s e r á d e t e r m i n a d o
a c u e r d o c o n l a e c u a c ió n lo g a r ít m ic a c o n o c id a com o " la r e g la
f a c t o r e x p o n e n c i a l " (0 . 6 ) .
C o s to d e l e q u ip o
1
c a p a c id a d 1
= c o s t o d e l e q u i p o 2 [ ---------------- ]
c a p a c id a d 2
C l = $ 4 0 0 ,0 0 0 U S D
2500 m3
0 .6
[ ----------- ]
2000 m3
C l = $ 4 5 7 ,3 0 5 U S D ( N$ 3 .1 8 5 )
Cl = N $
1-456,516
84
0.6
de
un
de
del
( i)
T a m b ié n s e h i z o l a e v a lu a c ió n c o n s id e r a n d o q u e e x is t e l a
p o s i b i l i d a d d e i n s t a l a r t r e s r e a c t o r e s e n p a r a le l o c o n u n v o lu m e n
d e 834 m3 c a d a u n o , e n l u g a r d e c o n s i d e r a r u n s o l o r e a c t o r d e
v o l u m e n d e 2500 m 3 . A c o n t i n u a c i ó n s e h a c e l a e s t i m a c i ó n d e l a
in v e r s ió n de e s te ca so .
E m p le a n d o l a e c u a c ió n 1
834 m3 0 .6
C3 = $ 4 0 0 , 000 U S D [ ------------ ]
2000 m3
C3 = $ 2 3 6 ,6 6 9 U S D (N$ 3 .1 8 5 )
(3)
C3 = N$ 2 '2 6 1 ,3 7 3
E s c l a r o q u e l a s e g u n d a o p c i ó n d a u n i n c r e m e n t o d e l 55% c o n
r e s p e c t o a l a p r im e r a o p c ió n , p o r l o q u e l a e v a lu a c ió n e c o n ó m ic a
s e r e a l i z ó c o n s i d e r a n d o u n s o l o r e a c t o r c o n v o l u m e n d e 2500
m 3 / d ía .
3.
C o s to de in v e r s ió n p a ra u n r e a c t o r de b io d is c o s r o t a t o r io
La b a s e d e c á l c u l o q u e s e e m p le ó p a r a d e t e r m in a r l a
in v e r s ió n de e s t e e q u ip o fu é l a de u n r e a c t o r in s t a la d o en la
" P la n t a d e t r a t a m ie n t o d e a g u a s r e s i d u a le s " d e l a UNAM. E l c o s t o
d e e s t e r e a c t o r f u é , e n 1980, d e $ 5 0 ,0 0 0 U S D . P a r a a c t u a l i z a r l a
in f o r m a c ió n d e c o a to de a d q u is ic ió n d e l e q u ip o a v a lo r p r e s e n t e ,
se u t i l i z a n lo s v a lo r e s d e lo s ín d ic e s d e " M a r s h a ll & S w if t
E q u ip m e n t C o s t
In d e x " ,
reportad os
en la
r e v is t a
C h e m ic a l
E n g i n e e r i n g m e n s u a l (1981, 1 982, 1 9 9 2 ) . E n e l l o s s e e n c u e n t r a l a
v a r a c ió n de c o s to s p a ra d if e r e n t e s ru b ro s en la in d u s t r ia q u ím ic a
( t o m a n d o c o m o b a s e e l v a l o r d e 100 d e l a ñ o d e 1 9 2 6 ) . C o n s i d e r a n d o
q u e e l p r o y e c t o e s t á e n g lo b a d o d e n t r o d e l r u b r o d e l a i n d u s t r i a
de p ro c e s o , de a c u e rd o a la c la s if ic a c ió n de d ic h o ín d ic e y la
r e la c ió n s ig u ie n t e , e l c o s to p r e s e n t e se c a lc u la com o:
85
C o sto p re s e n te = C osto o r ig in a l
A ntes
e s t im a c ió n
f ó r m u la 1
v a lo r d e l ín d ic e p re s e n te
[ --------------] ...( 2 )
v a lo r d e l ín d ic e o r ig in a l
de a p l ic a r e s t a f ó r m u la ,
d e l c o s t o d e l e q u ip o p o r
es n e c e s a r io r e a liz a r una
e s c a la m ie n t o u t iliz a n d o la
2 ,5 0 0 m3
0 .6
C o s t o d e l e q u i p o 1= 5 0 ,0 0 0 U S D [ ------------ ]
9 2 .4 8 m3
C o s t o d e l e q u i p o 1= 3 6 1 ,4 9 8 U S D / p a r a 1980
EL v o lu m e n r e p o r t a d o d e l í n d i c e p a r a e l m es d e n o v ie m b r e de
1980 f u é d e 6 8 8 , m i e n t r a s q u e p a r a s e p t i e m b r e d e 1992 f u é d e
9 6 6 .1 , a c t u a l i z a n d o a s í e l c o s t o d e l e q u i p o , c o n l a e c u a c i ó n 2
9 6 6 .1
C o s t o p r e s e n t e = 3 6 1 ,4 9 8 U S D [ -------- ]
688
C o s t o p a r a 1993 = 5 0 7 ,6 2 0 .3 U S D (N$ 3 . 1 8 5 ) ( 1 . 0 4 )
C o s t o p a r a 1993 = N$ 1 ' 6 8 1 , 4 4 1 .4
d o n d e e l v a l o r 1 .0 4 r e p r e s e n t a
s e p t i e m b r e d e 1992 a e n e r o d e 1 9 9 3 .
la
in f la c ió n
que
hubo
de
E l d im e n s io n a m ie n t o d e l e q u ip o d e t r a t a m ie n t o e s e l m o s tra d o
s o b r e l a f i g u r a 3-8.
La in v e r s ió n f i j a
s e p r e s e n t a e n l a t a b l a 4-8
86
TABLA 4-8
INVERSION PIJA DEL PROYECTO
a) Activos fijos tangibles
U N ID A D
IN V E R S I O N
C O N C EPTO
1
S e d im e n ta d o r y
1
R e a c to r de
1
R e a c to r
G a sto s
le c h o
de
4 0 5 ,6 0 0
a c c e s o r io s
1 '4 5 6 , 5 1 6
f lu id if ic a d o
de b io d is c o s
T e rre n o
F le t e s ,
e q u ip o s
1 '6 8 1 , 4 4 1
r o ta to r io s
in s t a la c ió n
8 8 5 ,8 8 9
/I
3 5 ,4 3 5
/2
se g u ro s
e
im p u e s to s
/3
8 8 5 ,8 8 9
TO T A L
/I
/2
/3
R e p re s e n ta
in c lu y e e l
R e p re s e n ta
R e p re s e n ta
E sto s
T im m e rh a u s
5 '3 5 0 , 7 7 0
el
25 % d e l t o t a l d e ]
c o s to
c o s t o d e l e q u ip o a u x i l i a r
el
1 % del to ta l del
c o sto
el
25 % d e l t o t a l d e l
c o sto
p o rc e n ta je s
(1 9 8 6 ) .
(N $ )
s e to m a ro n
con
base
d e l e q u ip o .
En e s te ru b ro
se
d e l e q u ip o
d e l e q u ip o
en lo
e s ta b le c id o p o rP e te r s
y
b) Activos fijos intangibles
E ste
ru b ro
e s tá
in t e g r a d o
p o r:
P la n e a c ió n e in t e g r a c ió n d e l p ro y e c to
In g e n ie r ía d e l p ro y e c to
S u p e r v is ió n de l a c o n s tr u c c ió n
A d m in is tr a c ió n d e l p ro y e c to
G a s to s de p u e s ta en m a rch a
in v e r s ió n
En e l
f ija ,
c á lc u lo de e s t e ru b ro , s e
o b te n ie n d o u n c o s t o d e :
N$
c)
Im p r e v is to s
de
lo s
P ara e l
e q u ip o s :
c á lc u lo
de
e ste
c o n s id e r ó
el
10%
del
to ta l
de
la
del
c o a to
to ta l
6 5 3 ,5 8 9
ru b ro
se
N$ 531,533
88
c o n s id e r ó
el
15%
T A B L A 4-9
Monto total de la inversión
C O N C EPTO S
A c t iv o s f i j o s
A c t iv o s f i j o s
Im p r e v is t o s
IN V E R S IO N
t a n g ib le s
in t a n g ib le s
5 '3 5 Q , 7 7 0
6 5 3 ,5 8 9
5 3 1 ,5 3 3
TO TA L
L o s c o s to s de o p e r a c ió n
c á lc u l o p a r a l a d e t e r m in a c ió n
6 '5 3 5 , 8 9 2
se
de
p re s e n ta en
eso s c o s to s
89
la
se
t a b la 4 -1 0 ,
m u e s tra n en
y la s b a s e s de
l a t a b la 4 -1 1 .
TABLA 4-10
Presupuesto del coato de operación
P E R IO D O
2
1
C O N C EPTO
ANUAL
(N $ )
3
4
- 10
E le c t r ic id a d
1 2 3 ,0 3 1
1 2 3 ,0 3 1
1 2 3 ,0 3 1
1 2 3 ,0 3 1
M a n t e n im ie n to
2 6 1 ,4 3 6
2 6 1 ,4 3 6
2 6 1 ,4 3 6
2 6 1 ,4 3 6
6 5 ,3 5 9
6 5 ,3 5 9
6 5 ,3 5 9
6 5 ,3 5 9
6 5 0 ,0 4 5
6 5 0 ,0 4 5
6 5 0 ,0 4 5
6 5 0 ,0 4 5
9 0 ,7 2 0
9 0 ,7 2 0
9 0 ,7 2 0
9 0 ,7 2 0
1 '1 9 0 , 5 9 1
1 '1 9 0 , 5 9 1
1 '1 9 0 , 5 9 1
1 '1 9 0 ,5 9 1
S e g u ro s
e
im p u e s to s
D e p r e c ia c ió n
y
M ano
d ir e c ta
de
o b ra
C o s to
to ta l
C o s to
de
a m o r t iz a c ió n
d e o p e r a c ió n
(a n u a l)
o p e r a c ió n
(m 3 )
u n it a r io
1 .3 0
1 .3 0
90
1 .3 0
1 .3 0
T A B L A 4-11
B A S E S D E C A L C U L O P A R A D E T E R M I N A R LOS C O S T O S D E O P E R A C I O N
a)
Base
p ara
d e te r m in a r
N o . de
U n id a d e s
4
e n e rg ía
Carga
(HP)
M otores
20
140
0 .7 5 k W / H P
base
105kW
*
0 .6
C o sto
v a r ia b le
de
=
=
fa c tu r a c ió n
63 k W
2 4 h / d ía *
$
C o sto
60
140
105kW
3 0 d ía s / m e s
=
4 5 ,3 6 0 k W / m e s
P r e c i o d e l kW v a r i a b l e e n 1 9 9 2
c o n s id e r a n d o u n a i n f l a c i ó n a c u m u la d a
=
Carga t o t a l
(HP)
80
c o n e cta d a
D em anda
Cv
e lé c tr ic a
20
to ta l
*
de
Bombas
C arg a
63kW
c o sto
E q u ip o s
3
TO TA L
*
el
1 8 6 .84/kW
*
(1 6 6 .8 2 $/kW
d e l 12% p a ra
4 5 , 3 60kW /m es
= N$
e n p ro m e d io )
1993 e s d e $
8 ,4 7 5 .0 6
f ijo
P r e c io
de
kW
*
f ijo
Cf
=
63kW
2 8 .2 1 5
Ct
=
Cv
Ct
=
8 ,4 7 5 .0 6
en
1993
= N$
= N$
2 8 .2 1 5
1 ,7 7 7 .5 4
m es
+ Cf
+
1 ,7 7 7 .5 4
= N$
= N$
1 0 ,2 5 2 .6 0
1 2 3 ,0 3 1 .2 8
91
m es
anual
m es
1 8 S .8 4 / k W :
b)
B a s e p a r a d e t e r m i n a r el co s t o de la m a n o de obr a directa
E l n ú m e ro d e e m p le a d o s q u e s e n e c e s i t a r á n p a r a o p e r a r l o s e q u i p o s
s e r á n 6 o b r e r o s c a l i f i c a d o s d is t r i b u id o s en t r e s jo rn a d a s de 8 h o ra s y e l
s a l a r i o c o n s i d e r a d o a p a g a r a c a d a u n o d e e l l o s s e r á d e N$ 4 2 . 0 0 / d í a .
c)
año
d)
M a n te n im ie n t o
y
E l m a n te n im ie n to s e e s tim a
e s t o d a N$ 2 6 1 ,4 3 6
Seg u ro s
e
4 .0 %
de
la
in v e r s ió n
f 13a p o r
cad a
im p u e s to s
E s t i m a d o co m o e l
1% d e
r e s u l t a d o i g u a l a N$ 6 5 , 3 5 9
e)
co m o e l
D e p r e c ia c ió n
y
la
in v e r s ió n
f ija
por
cada
año,
dando
un
a m o r tiz a c ió n
E l a r t í c u l o 41 a l 45 d e l a L e y d e l I m p u e s t o s o b r e l a R e n t a s e ñ a l a q u e
e l e q u ip o d e s tin a d o a p r e v e n ir y c o n t r o l a r l a c o n ta m in a c ió n a m b ie n ta l en
c u m p lim ie n to de l a s d is p o s i c i o n e s l e g a l e s r e s p e c t i v a s s e l e s a p l i c a r á u n a
t a s a de d e p r e c ia c ió n y a m o r tiz a c ió n d e 3 5%. P a r a l a
e v a lu a c ió n de e s te
p r o y e c t o s e u t i l i z ó u n a t a s a d e d e p r e c i a c i ó n y a m o r t i z a c i ó n de 1 0 %.
(T a b la 4 - 1 2 ).
92
TABLA 4-12
In v e r s ió n
in ic ia l
(N $ )
CO N CEPTO
D e p r e c ia c ió n y a m o r t iz a c ió n
a n u a l e n N$
Tasa de
d e p r e c ia c ió n
anual
1
2
5 3 1 ,5 3 3 .5
5 3 1 ,5 3 3 .5
(% )
A c t iv o s f i j o s
T a n g ib le s
/ I
5 * 3 1 5 ,3 3 5
A c t iv o s f i j o s
In t a n g ib le s
6 5 3 ,5 8 9
Im p r e v is t o s
5 3 1 ,5 3 3
T o ta l
/ I
C o sto
10%
de
lo s
a c tiv o s
f ijo s
ta n g ib le s
m enos
5 3 1 ,5 3 3 .5
6 5 ,3 5 8 .9
6 5 ,3 5 8 .9
6 5 ,3 5 8 .9
5 3 ,1 5 3 .3
5 3 ,1 5 3 .3
5 3 ,1 5 3 .3
6 5 0 ,0 4 5 .7
6 5 0 ,0 4 5 .7
6 5 0 ,0 4 5 .7
6 '5 0 0 , 4 5 7
3-10
e l
93
c o s to
d el
te rre n o
tatos financieros
S í la em presa s o lic it a r a u n p réstam o p a ra c u b r ir la in v e r s ió n f i j a
>1 p r o y e c t o , o s e a , N$ 6 ' 5 3 5 , 8 9 2 .0 0 , d i c h o p r é s t a m o s e s o l i c i t a r í a a
. c io n a l F in a n c ie r a y a l B a n co d e C o m e r c io y s e h a r ía d e l a s ig u ie n t e
¡rm a:
N a f i n p r e s t a r í a e l 75% d e l a i n v e r s i ó n c o n l a t a s a C P P + 6 %
l u p o n i e n d o q u e s e a u n p r é s t a m o p r e f e r e n c i a l ! , d a n d o u n a t a s a d e 29%
i u a l , d o n d e e l v a l o r d e l C P P a n u a l e s d e l 2 3 % . E n l a t a b l a 4-13 s e
e s e n ta la a m o r tiz a c ió n que r e s u lt a r ía de e s te c r é d it o , e l c u a l se
t b r ir ía en 5 años.
B a n c o m e r p r e s t a r í a e l 5% d e l t o t a l d e l a i n v e r s i ó n f i j a ,
con una
.sa
i g u a l a CPP + 15%, r e s u l t a n d o a s í u n a t a s a a n u a l d e l 38%. E n l a s
. b l a s 4-14 y 4-15 s e p r e s e n t a l a a m o r t i z a c i ó n q u e r e s u l t a r í a d e e s t e
é d it o e l c u a l se c u b r ir ía en 5 años.
E l o t r o 2 0% s e r á a p o r t a d o p o r l a m i s m a
94
em presa.
TABLA 4-13
AMORTIZACION DEL CREDITO PROPORCIONADO POR NAFIN
F IN
A M O R T IZ A C IO N
ANUAL
N$
IN T E R E S E S
29% ANUAL
PAGO T O T A L
N$
SALD O
N$
1
9 8 0 ,3 8 4
1 '4 2 1 ,5 5 6
2 * 4 0 1 ,9 4 0
3 * 9 2 1 ,5 3 5
2
9 8 0 ,3 8 4
1 * 1 3 5 ,2 4 5
2 * 1 1 7 ,6 2 9
2 * 9 4 1 ,1 5 1
3
9 8 0 ,3 8 4
8 5 2 ,9 3 4
1 * 8 3 3 ,3 1 8
1 * 9 6 0 ,7 6 7
4
9 8 0 ,3 8 4
5 6 8 ,6 2 2
1 * 5 4 9 ,0 0 6
9 8 0 ,3 8 4
5
9 8 0 ,3 8 4
2 8 4 ,3 1 1
1 * 2 6 4 ,6 9 5
D E AÑ O
75% D E LA
IN V E R S IO N
N$
0
TOTAL
4 '9 0 1 ,9 1 9
PA GA D
0
8 * 0 4 9 ,6 4 9
95
0
T A B L A 4-14
AMORTIZACION DEL CREDITO PROPORCIONADO POR BANCOMER
F IN
D E AÑO
5% D E L A
IN V E R S IO N
N$
A M O R T IZ A C IO N
ANUAL
N$
IN T E R E S E S
29% ANUAL
1
6 5 ,3 5 9
2
TOTAL
N$
SA LD O
N$
9 4 ,7 7 0
1 6 0 ,1 2 9
2 6 1 ,4 3 6
6 5 ,3 5 9
7 5 ,8 1 6
1 4 1 ,1 7 5
1 9 6 ,0 7 7
3
6 5 ,3 5 9
5 6 ,8 6 2
122,221
1 3 0 ,7 1 8
4
6 5 ,3 5 9
3 7 ,9 0 8
1 0 3 ,2 6 7
5
6 5 ,3 5 9
1 8 ,9 5 4
8 4 ,3 1 3
0
TOTAL
PAGO
3 2 5 ,7 9 5
PA G A D O
6 1 1 ,1 0 5
96
6 5 ,3 5 9
0
T A B L A 4-15
TA BLA D EL
AÑO
PA GO A N U A L P A R A L O S DOS
N A F IN Y BAN CO M ER
PA GO T O T A L
N$
PA GO
PO R
PRESTAM O S
IN T E R E S E S
N$
6
PA GO
P O R A M O R T IZ A C IO N
N$
1
2 '5 6 2 ,0 6 9
1 '5 1 6 , 3 2
2
2 '2 5 8 , 8 0 4
1 '2 1 1 , 0 6 1
1 * 0 4 5 ,7 4 3
9 0 9 ,7 9 6
1 * 0 4 5 ,7 4 3
3
1 '9 5 5 ,5 3 9
1 * 0 4 5 ,7 4 3
4
1 '6 5 2 , 2 7 3
6 0 6 ,5 3 0
1 '0 4 5 ,7 4 3
5
1 * 3 4 9 ,0 0 8
3 0 3 ,2 6 5
1* 0 4 5 , 7 4 3
97
i
4 .2 .2
A H O R R O S P O R C O N C E P T O D E PAGO D E D E R E C H O D E
V E R T I M I E N T O D E AG U A S R E S I D U A L E S
P ara d e t e r m in a r e l im p o r te d e l d e r e c h o d e d e s c a r g a de ag u as
r e s id u a le s ,
e l c o n t r ib u y e n t e debe c o n s id e r a r lo s s ig u ie n t e s
aspectos:
E l im p o r te d e l pago t r im e s t r a l e s t á e n f u n c ió n de lo s
v o lú m e n e s d e a g u a r e s i d u a l d e s c a r g a d o s m e n s u a lm e n t e , a s í com o p o r
l a c a n t id a d de c o n ta m in a n te s d is u e lt o s
m e d id o s com o k g d e
d e m a n d a q u í m i c a d e o x í g e n o (DQO) y d e c o n t a m i n a n t e s s u s p e n d i d o s
m e d i d o s c o m o s ó l i d o s s u s p e n d i d o s t o t a l e s (S S T ) d e s c a r g a d o s p o r
e n c im a d e l a n o rm a t é c n i c a e c o ló g i c a y / o c o n d ic io n e s p a r t i c u l a r e s
de la descarga.
P ara d e t e r m in a r e l v o lu m e n de d e s c a r g a d e a g u a s r e s id u a le s ,
l o s c o n t r i b u y e n t e s c o n d e s c a r g a i g u a l o r r a y o r a l o s 3 ,0 0 0 m3
m e n s u a le s , d e b e r á n c o lo c a r m e d id o r e s t o t a liz a d o r e s o d e r e g is t r o
c o n t in u o o in t e r m it e n t e e n ca d a u n a de la s d e s c a r g a s de ag u a
r e s i d u a l . S i e l v o l u m e n m e n s u a l e s m e n o r a 3 ,0 0 0 m 3 , p o d r á n o p t a r
e n t r e p o n e r m e d id o r e s o e f e c t u a r c u a t r o a f o r o s c o n in t e r v a l o de
s e is h o ra s en u n d ía d e l m es, b a jo su r e s p o n s a b ilid a d .
P ara d e t e r m in a r l a m asa de c o n t a m in a n t e s , e l c o n t r ib u y e n t e
d e b e rá d e t e r m in a r e n p r im e r a
in s t a n c ia
la s
c o n c e n t r a c io n e s
p r o m e d i o d e DQO y S S T , e f e c t u a n d o u n e x a m e n d e p r u e b a s c o m p u e s t a s
que r e s u lt e n de l a m e z c la de 4 m u e s tra s in s t a n t á n e a s tom adas en
p e r í o d o s c o n t i n u o s d e 24 h o r a s , c o n u n a p e r i o d i c i d a d d e 6 h o r a s y
u n a f r e c u e n c ia m e n s u a l. E s to s a n á li s i s se a ju s t a r á n a la s norm a
que la S e d e s o l ha y a p u b lic a d o en e l D ia r io O f ic ia l de la
F e d e r a c ió n , d e a c u e r d o a lo d is p u e s t o e n l a L ey G e n e r a l d e l
E q u ilib r io
E c o ló g ic o
y la
P r o te c c ió n
a l A m b ie n te .
A la s
c o n c e n tr a c io n e s r e s u lt a n t e s se le s r e s t a r á n la s p e r m is ib le s
c o r r e s p o n d ie n t e s y e l r e s u lt a d o s e m u l t i p l i c a r á p o r e l v o lu m e n
descargado en e l m es.
L a s c o n c e n t r a c i o n e s m á x im a s p e r m i s i b l e s d e DQO y S S T , c u a n d o
no e x is t a norm a t é c n ic a e c o ló g ic a y/o c o n d ic io n e s p a r t ic u la r e s de
d e s c a r g a , a s í com o la s c u o t a s p o r z o n a d e d i s p o n i b i l i d a d , se
i n d i c a n e n l o s a r t í c u l o s 2 7 8 , 280 y 281 d e l a L e y F e d e r a l d e
D e re ch o s . Las c u o ta s a a p lic a r se a ju s t a n t r im e s t r a lm e n te y e l
m é t o d o p a r a a c t u a l i z a r s e p r e s e n t a e n e l a r t í c u l o l o . d e l a m is m a
le y .
98
t
L a L e y F e d e r a l d e D e r e c h o s (C N A , 1991b) p e r m i t e a l o s
c o n t r ib u y e n t e s o p t a r p o r p a g a r e s t e d e r e c h o c a lc u la d o m e d ia n t e e l
p r o c e d im ie n t o de a p lic a c ió n g e n e r a l cua n d o e l c o n t r ib u y e n t e
e f e c t ú a d e s c a r g a s m a y o r e s a 3 ,0 0 0 m3 e n u n m e s c a l e n d a r i o ; o b i e n
p o r e l p r o c e d im ie n t o s im p lif ic a d o , e l c u a l p r o c e d e cu a n d o e l
c o n t r ib u y e n t e d e s c a rg a ag u a s r e s id u a le s en c a n tid a d e s m enores o
i g u a l e s a 3 ,0 0 0 m3 e n u n m e s c a l e n d a r i o .
A c o n t in u a c ió n se p r e s e n ta
d e l im p o r te d e l d e r e c h o .
e l m étodo p a ra
la
d e t e r m in a c ió n
P r o c e d im ie n t o d e l c á lc u lo
1 .-
C o n c e n t r a c io n e s m e d id a s q u e e x c e d e n d e l a s p e r m i s i b l e s .
Se e s t im a n la s c o n c e n t r a c io n e s
e x ce d en la s p e r m is ib le s , en mg/L.
m e d id a s
de
DQO y
SST
que
C o n c e n t r a c ió n d e dem anda q u ím ic a d e o x íg e n o s o lu b le que
e x c e d e l a p e r m i s i b l e ( t o m a n d o e l v a l o r m á s a l t o d e l a t a b l a 2 -1 )
A l = DQO - DQO *
A l = 1 ,9 0 0 - 300
A l = 1 ,6 0 0 m g / L
C o n c e n t r a c ió n de s ó lid o s s u s p e n d id o s t o t a l e s
p e r m i s i b l e (sum a d e s ó l i d o s s u s p e n d id o s v o l á t i l e s
t a b l a 2 -1 ) :
que excede lo
y f ijo s de la
B1 = S S T - S S T *
B1 = 390 - 30
B1 = 360 m g / L
2 .- C á l c u l o d e l a m a s a d e c o n t a m i n a n t e s g r a v a b l e d e l a
de agua r e s id u a l.
descarga
E l c á lc u lo d e l a m asa g r a v a b le de c o n t a m in a n t e s q u e t ie n e l a
d e s c a rg a m e n su a l de ag uas r e s id u a le s , ta n to de dem anda q u ím ic a de
o x í g e n o (DQO) c o m o s ó l i d o s s u s p e n d i d o s t o t a l e s ( S S T ) , s e e f e c t ú a
e n d o s fa s e s s u c e s iv a s :
99
P r i m e r a f a s e : s e t r a n s f o r m a d e m g / L a kg/m 3 l o s v a l o r e s d e
la s
p r im e r a s
c o n c e n t r a c io n e s
m e d id a s
que
exceden
a
la s
p e r m i s i b l e s , u t i l i z a n d o l a s i g u i e n t e i d e n t i d a d : 1 m g / L = 0 .0 0 1
kg/m3.
La a p lic a c ió n de t a l e q u iv a le n c ia
s ig u ie n t e s c o n c e n t r a c io n e s e n kg/m3:
A’l =
A 'l =
0 .0 0 1 ( A l)
0 .0 0 1 (1 ,6 0 0 ) = 1 .6 0 0
B 'l =
B '1 =
0 .0 0 1 ( B l)
0 .0 0 1 (360) = 0 .3 6 0 kg/ m 3
p e r m it e
o b ten er
la s
kg/ m 3
S eg u n d a fa s e : se c a lc u la l a m asa de c o n ta m in a n te s g r a v a b le s
que t ie n e n la d e s ca rg a m e n su al de aguas r e s id u a le s , p o r co n ce p to
d e DQO y S S T , m u l t i p l i c a n d o l o s v a l o r e s d e l a s c o n c e n t r a c i o n e s
m e d id a s e n e x c e s o d e l a s p e r m i s i b l e s e n kg/m3 p o r e l v o lu m e n
t o t a l d e a g u a r e s i d u a l d e s c a r g a d o e n e l m e s (V) . E s t a v a l o r s e
d e t e r m in a d e u n a p la n t a u b ic a d a e n A p iz a c o , T la x c a la q u e p r o c e s a
100 T d e p a p e l y g e n e r a 2 ,5 0 0 m3 p o r d í a d e a g u a s r e s i d u a l e s .
M asa d e c o n t a m in a n t e s g r a v a b le s d e dem anda q u íc a d e o x íg e n o
(DQO) s o l u b l e e n k g :
A = A ' 1 (V)
A = (1 .6 0 0 k g / m 3 )
(7 5 ,0 0 0 m 3 / m e s ) = 1 2 0 ,0 0 0 k g / m e s
M asa de c o n t a m in a n t e s
t o t a l e s (S S T ) e n k g :
B = B ' l (V)
B = ( 0 .3 6 0 k g / m 3 )
3 .-
g r a v a b le s
de
s ó lid o s
s u s p e n d id o s
(7 5 ,0 0 0 m 3 / m e s ) = 2 7 ,0 0 0 k g / m e s
D e t e r m in a c ió n d e l v a lo r de lo s p a r á m e tr o s a , b y c
La d e t e r m in a c ió n de lo s v a lo r e s de lo s p a rá m e tro s a , b y c ,
s e r e a l i z a c o n b a s e e n e l a r t í c u l o 278, y a e p r e s e n t a n e n l a
t a b l a 4-16.
100
T A BLA
4-16.
D E T E R M IN A C IO N
DE
LO S
PARAM ETRO S
ZON AS
a,
b
y
c
(C N A ,
1991a)
P A R A M ET R O S
a
$/m3
b
$ / k g d e DQO
c
$/kg d e SST
Zona 1
400
260
460
Zona 2
100
65
115
Zona 3
40
26
46
Zona 4
20
13
23
4 .-
C á lc u lo d e l im p o r t e m e n s u a l
E l c á lc u lo d e l im p o r te m e n s u a l d e l d e r e c h o p o r l a d e s c a rg a
d e a g u a r e s i d u a l d e l a i n d u s t r i a , s e g ú n e l A r t . 278 d e l a L e y
F e d e r a l d e D e r e c h o s , es ig u a l a l a sum a de lo a t r e s s ig u ie n t e s
p a r á m e t r o s t o m a n d o e l A r t . 278 y c o n s i d e r a n d o q u e A p i z a c o ,
m u n ic ip io d e T l a x c a la (z o n a 3 ):
I = a V + bA + cB
I = (40 $ / m 3 ) ( 7 5 , 0 0 0 m 3 / m e s ) + (26 $ / k g d e D Q O ) (1 2 0 ,0 0 0 k g / m e s ) +
(46 $ / k g d e S S T ) ( 2 7 ,0 0 0 k g / m e s )
I = [ 3 ' 0 0 0 ,0 0 0 + 3 ' 1 2 0 ,0 0 0
+ 1 * 2 4 2 ,0 0 0 ] $ / m e s
I = $ 7 '3 6 2 ,000/mes y , p o r l o t a n t o , s e t i e n e q u e :
I = N$ 7 ,3 6 2 . 0 0 / m e s
I =
N$
7,362.00
(12)
=
N$ 88,3 4 4 / a n u a l
101
E sta
p o s ib ilid a d de a m o r tiz a r lo s c o s to s de l a p la n t a de
t r a t a m ie n t o c o n e l a h o r r o d e l p ag o de d e r e c h o s de d e s c a rg a e s tá
b a s a d a e n l a s t a r i f a s d e 1991 p e r o n o s e o b t u v i e r o n d a t o s
a c t u a l i z a d o s d e l a CNA p a r a e s t e r u b r o .
N$ = 8 8 , 3 4 4 .0 0 / A N U A L
P or e l l o , e l m onto com parado co n e l c o s to de l a p la n t a de
t r a t a m ie n t o n o r e s u lt a a t r a c t iv o . S in e m b arg o , u n a se g u n d a fo rm a
de in c e n t iv a r a la s em presas p a p e le r a s p a ra la in s t a la c ió n de
p la n t a s de t r a t a m ie n t o es la de r e c ic l a r p a r t e d e l ag u a t r a t a d a
a l p r o c e s o h a c ie n d o que se a h o r r e ag u a f r e s c a co n e l c o n s e c u e n te
a h o rro p o r pagos de a g u a . A c o n t in u a c ió n se p la n t e a e s ta
p o s i b i l i d a d ( F ig . 4 -7 ).
4 .2 .3
A horro p o r r e c ir c u la c ió n d e l agua
E l v o l u m e n a t r a t a r s e r á i g u a l a 7 5 ,0 0 0 m 3 / m e s , l o q u e
r e p r e s e n t a u n v o l u m e n a n u a l d e 9 1 2 ,5 0 0 m 3 . C o n s i d e r a n d o q u e s e
p o d r í a r e c i r c u l a r u n 80% d e l e f l u e n t e t r a t a d o , d a d o q u e e l o t r o
2 0 % se v a co n lo s lo d o s s e c u n d a r io s , se t e n d r ía :
A g u a r e c i r c u l a d a = 9 1 2 ,5 0 0 ( 0 .8 0 ) = 7 3 0 ,0 0 0 m 3 / a ñ o
T a r i f a p o r e l a g u a m u n i c i p a l = $ 3 ,8 0 0 /m 3
A h o r r o p o r r e c i r c u l a c i ó n = ( 7 3 0 ,0 0 0 m3) (3 .8 0 0 N$/m3)
= N$ 2 ' 7 7 4 , 0 0 0 / a ñ o
N$ 8 8 ,3 4 4 + N$ 2 ' 7 7 4 ,0 0 0 = N$ 2 ,8 6 2 ,3 4 4
E n l a t a b l a 4-17 s e p r e s e n t a n l o s r e s u l t a d o s e c o n ó m i c o s d e
o p e r a c ió n d e l s is t e m a a n a e r o b io - a e r o b io p a r a e l t r a t a m ie n t o de
la s ag u as b la n c a s g e n e ra d a s p o r e s ta in d u s t r ia no in t e g r a d a que
p r o c e s a 100 T / d í a d e p a p e l .
102
AGUO
N UEVO
LODOS CON IM
m ce m
a
ESTABILIZACION
f DISPOSICION
FIGURA 4-7. PROPUESTA DE RECIRCULACION DE AGUA
TRATADA A PROCESO
T A B L A 4-17
R E S U L T A D O S E C O N O M IC O S D E O P E R A C IO N D E L S I S T E M A P A R A E L T R A T A M IE N T O
D E L A S A G U A S B L A N C A S G EN E R A D A S PO R L A IN D U S T R IA D E L P A P E L
( A m o r t i z a c i ó n d e l o s c o s t o s d e c o n s t r u c c i ó n , a r r a n q u e , o p e r a c ió n y m a n t e n im ie n t o d e u n a p l a n t a
t r a t a m ie n t o a n a e r o b io - a e r o b io d e a g u a s b la n c a s d e l a i n d u s t r i a p a p e le r a p o r e l r e u s o d e a g u a )
C O N C EPTO
In g r e s o s
zona
de
P E R IO D O
3
ANUAL
(N $ )
4
5
6 -10
8 8 ,3 4 4
8 8 ,3 4 4
8 8 ,3 4 4
2 * 7 7 4 ,0 0 0
2 * 7 7 4 ,0 0 0
2 * 7 7 4 ,0 0 0
2 * 7 7 4 ,0 0 0
1 * 1 9 0 ,5 9 1
1 * 1 9 0 ,5 9 1
1 * 1 9 0 ,5 9 1
1 * 1 9 0 ,5 9 1
1 * 1 9 0 ,5 9 1
1 * 6 7 1 ,7 5 2
1 * 6 7 1 ,7 5 2
1 * 6 7 1 ,7 5 2
1 * 6 7 1 ,7 5 2
1 * 6 7 1 ,7 5 2
1
2
8 8 ,3 4 4
8 8 ,3 4 4
8 8 ,3 4 4
2 '7 7 4 , 000
2 '7 7 4 , 000
1 '1 9 0 , 5 9 1
1 '6 7 1 , 7 5 2
A
Por
d e re ch o
d e sca rg a
Por
r e c ir c u la c ió n
Eg re so s
C o sto s
de
o p e r a c ió n
U t ilid a d r e in v e r tid a a l
pago de lo s c o s to s de
c o n s tr u c c ió n y a rra n q u e
d e la p la n ta
G a sto s
f in a n c ie r o s
U t ilid a d
de
o p e r a c ió n
1 '5 1 6 ,3 2 6
1 5 5 ,4 2 6
1 * 2 1 1 ,0 6 1
9 0 9 ,7 9 6
6 0 6 ,5 3 0
3 0 3 ,2 6 5
4 6 0 ,6 9 1
7 6 1 ,9 5 6
1 * 0 6 5 ,2 2 2
1 * 3 6 8 ,4 8 7
0
1* 6 7 1 , 7 5 2
de
TABLA 4-18
TASA INTERNA DE RENDIMIENTO SIN GASTOS FINANCIEROS
105
TABLA 4-19
TASA INTERNA DE RETORNO INCLUYENDO GASTOS FINANCIEROS
P E R IO D O S
C O N C EPTO
0
1
2
A N U A LES M IL E S
3
4
N$
5
6-9
10
U T IL ID A D D E
O P E R A C IO N
0
1 5 5 .4 2
4 6 0 .6 9
7 6 7 .9 5
1 ,0 6 5
1 ,3 6 9
1 ,6 7 2
1 ,6 7 2
D E P R E C IA C IO N
0
6 5 0 .0 4
6 5 0 .0 4
6 5 0 .0 4
6 5 0 .0 4
6 5 0 .0 4
6 5 0 .0 4
6 5 0 .0 4
C R E D IT O
AL
IN IC IO
IN C R E M E N T O D E L A
IN V E R S IO N F I J A
A M O R T IZ A C IO N
C R E D IT O S
F L U JO N ETO
E F E C T IV O
T .I.R .
DE
5 ,2 2 9
0
0
0
0
0
0
0
- 6 ,5 3 6
0
0
0
0
0
0
35
1 ,0 4 6
1 ,0 4 6
0
0
6 6 9 .0 4
9 7 3 .0 4
DE
0
1 ,0 4 6
1 ,0 4 6
1 ,0 4 6
- 1 ,3 0 7
- 2 4 0 .5 4
6 4 .7 3
3 6 5 .9 9
3 8 .7 5 %
106
2 ,3 2 2
2 ,3 5 7
T A B L A 4-20
PERIODO DE RECUPERACION DE LA INVERSION A VALOR PRESENTE
AÑO
F L U JO
N ETO
0
- 6 ,5 3 5
1
2 ,3 2 2
2
FACTO R D E DESC U EN TO
28%
1
F L U JO
DESCO N TA D O
F L U JO D E E F E C T IV O
D ESCO N TA D O
A C U M U LA D O
- 6 ,5 3 5
- 6 ,5 3 5
0 .7 8 1
1 ,8 1 3
- 4 ,7 2 2
2 ,3 2 2
0 .6 1 0
1 ,4 1 6
- 3 ,3 0 6
3
2 ,3 2 2
0 .4 7 7
1 ,1 0 8
- 2 ,1 9 8
4
2 ,3 2 2
0 .3 7 3
866
- 1 ,3 3 2
5
2 ,3 2 2
0 .2 9 1
676
-656
6
2 ,3 2 2
0 .2 2 7
527
-1 2 9
7
2 ,3 2 2
0 .1 7 7
411
282
8
2 ,3 2 2
0 .1 3 9
323
605
P E R IO D O
DE
R E C U P E R A C IO N
6 .3 1
años
E l p e r io d o d e r e c u p e r a c ió n d e l a i n v e r s ió n s e c a l c u l o c o n l a s ig u ie n t e f ó r m u la :
(FA D)n-l
P R I V = N - l + ---------(FD) n
107
Donde:
N = A ñ o e n q u e c a m b ia d e s ig n o e l f l u j o a c u m u la d o d e s c o n t a d o
( F A D ) n - l = F l u j o d e e f e c t i v o d e s c o n t a d o d e a ñ o p r e v i o a "N"
TA BLA
C A LC U LO
VO LU M EN D E
P R O D U C C IO N (m 3 )
D EL
PUN TO D E
CO STO S
CO STO S F I J O S
(N $ )
4-21
E Q U IL IB R IO
V A R IA B L E S
(N $ )
9 1 2 ,5 0 0
1 ' 0 6 7 , 5 6 0 .7
1 2 3 ,0 3 1
C O STO U N IT A R IO
1 .1 7
0 .1 3
C O ST O T O T A L
(N $ )/ m 3
1.3
P R E C IO D E V EN T A
(N $ / m 3 )
¡
3.14
Cf
P .E . =
V - Cv
en donde:
C f = C ostos f ijo s
V
Cv
= P r e c io de v e n ta
(c o s to de a h o r r o q ue se t ie n e )
= C o sto s v a r ia b le s u n it a r io s
por lo tanto :
E l v o lu m e n d e a g u a r e s i d u a l t r a t a d a m ín im é i e c o n ó m ic a e n l a q u e l a p l a n t a a l c a n z a r á s u p u n t o d e
e q u i l i b r i o e s d e a l r e d e d o r d e 3 5 4 ,6 7 1 .3 m3
108
C A L C U L O
M IL E S
D E
D EL
P U N T O
D E
EQ U ILIB R IO
N $
M ILES D E m 3 /A N U A L
C O S T O S
FIJOS
+
C O S T O S
VAR.
*
I N G R E S O S
C A P IT U L O
C O N C L U S IO N E S
Y
V
R E C O M E N D A C IO N E S
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
D el
tr a b a jo
r e a liz a d o
en
e s ta
fa s e
del
p ro y e c to
puede
d e c ir s e
que:
1.
E l s is te m a
a n a e r o b io - a e r o b io d e t r a t a m ie n t o d e a g u a s b la n c a s d e
l a in d u s t r ia p a p e le r a q u e u s a
p a p e l r e c ic la d o que s e p ro p o n e en e s t e
t r a b a j o e s u n p r o c e s o t é c n i c a y e c o n ó m ic a m e n t e v i a b l e .
2.
L a e f i c i e n c i a d e r e m o c ió n d e c o n t a m in a n t e s
d is u e lt o s en la fa s e
a n a e r o b ia
es
de
60 %
a p r o x im a d a m e n t e
cuando
se
usa
un
re a c to r
a n a e r o b io d e le c h o
flu id ific a d o y e l
p u lim ie n t o a e r o b io
le da
una
e f i c i e n c i a a d i c i o n a l d e r e m o c ió n d e m a t e r i a l s o l u b l e
d e un 90% d e l a
c a r g a o r g á n ic a re m a n e n te .
E s to
h a ce que e l agua tr a ta d a te n g a
u n a c o m p o s ic ió n q u e c u m p le
c o n l a s n o r m a s té c n ic a s e c o ló g ic a s v ig e n t e s ,
t a n t o e n M é x ic o com o
en
o t r o s p a ís e s
(a p r o x im a d a m e n t e 70
m g D Q O / L , 3 0 m g D B O l l / L , 25
m gC O T/L,
pH d e 8 . 3 ) .
Es
im p o r ta n te
m e n c io n a r
que,
en
lo s
ú lt im o s
años, se
han
d e s a r r o lla d o a
n iv e l in d u s t r ia l
lo s s is te m a s
a n a e r o b io s
c o n o c id o s
com o r e a c t o r e s d e l e c h o d e l o d o s d e f l u j o a s c e n d e n t e , c u y a s s i g l a s e n
in g lé s son
" u p - f lo w a n a e r o b io s lu d g e b la n k e t "
(U A S B ) y q u e ,
p o r su
s i m p l i c i d a d y e c o n o m ía , p u e d e n
r e p r e s e n t a r u n a o p c ió n v i a b l e p a r a l a
f a s e a n a e r o b ia .
3.
En lo q ue r e s p e c ta
a l a p a r t e e c o n ó m ic a ,
s i se r e c ic la e l
80%
d el
a g u a t r a t a d a a p r o c e s o , l a i n v e r s i ó n s e r e c u p e r a r í a e n u n t ie m p o
de
d o s a ñ o s y m e d io . C o n s id e r a n d o
q ue s e lo g r a un f in a n c ia m ie n t o de
h a s ta
e l 80%
de
l a i n v e r s i o 'n
fija
y con
lo s
c a rg o s f in a n c ie r o s
c o r r e s p o n d ie n t e s , la r e n t a b ilid a d d e l
p r o y e c to b a jo e s t e esquem a
es
d e 3 8 .7 5 % . Tom an do e n c u e n t a e l v a l o r d e l d i n e r o , e s t e t ie m p o
d e 2 .5
a n o s s e e x t e n d e r í a h a s t a 6 .3 1 a n o s .
E l
v o lu m e n d e a g u a
la
p la n t a
a lc a n z a r á su
3 5 4 ,6 7 1 .3 m 3 /a ñ o .
P o r o tro
r e c ir c u la r e l
r e s i d u a l t r a t a d a m ín im a
e c o n ó m ic a e n l a
p u n to
de
e q u ilib r io es
de
a lr e d e d o r
la d o , d e s d e e l
agua tr a ta d a un
p u n to d e v i s t a e c o ló g ic o , s e t e n d r ía
c o n s id e r a b le a h o r ro de ag u a f r e s c a .
110
que
de
al
T a m b ié n , e l a h o r r o q u e r e p r e s e n t a r á n l a s c u o t a s q u e c o b r a l a
C o m is ió n N a c io n a l d e l A gua p o r lo s d e r e c h o s d e d e s c a r g a d e la s ag u a s
r e s id u a le s son u n ru b ro que debe to m arse en c u e n ta ya que es
a lt a m e n t e p r o b a b le q ue la s t a r if a s se in c r e m e n t e n .
U na d e la s r e c o m e n d a c io n e s q u e s e d a n p a r a e s t e a s p e c t o es h a c e r
u n e s t u d io de s e n s i b il i d a d e c o n ó m ic a .
P a ra f i n e s p r á c t ic o s d e l e m p r e s a r io e s r e c o m e n d a b le d e p r e c ia r e n
f o r m a a c e l e r a d a c o n u n a t a s a d e l 35% a p r o v e c h a n d o l a s f a c i l i d a d e s
o to r g a d a s e n l a L ey d e l Im p u e s to s o b re l a R e n ta .
Como
un
c o r o la r io
será
n e c e s a r io
hacer
un
e s t u d io
de
f a c t ib ilid a d co n ta n d o ya con la in g e n ie r ía b á s ic a y/o de d e t a lle p a ra
co rro b o ra r la v ia b ilid a d d e l p ro y ecto .
111
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TRABAJO,
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U N A M -COÑACYT-BMF T -ENE P .
FACULTAD DE QUIMICA, UNAM. MEXICO, D.F. MEXICO.
APENDICE
1
METODOS A N A L IT IC O S
Uno de lo s f a c t o r e s más c r í t i c o s so n la s t é c n ic a s de
a n á lis is a s e g u ir p a ra u na m u e s tra ya que de e s to d e p e n d erá to d o
lo dem ás d e u n e s t u d io de c o n t a m in a c ió n de a g u a s .
Los a n á lis is d e l agua en e l la b o r a t o r io se lle v a n a cabo p o r
m uchos m o t iv o s , e l más f r e c u e n t e es e l de a y u d a r a fo rm a r u n a
o p in ió n a c e r c a de lo a d e cu a d o d e l agu a de u n a b a s te c im ie n to p a ra
u n u s o d e t e r m in a d o . L os a n á l i s i s r u t in a r io s d e la b o r a t o r io p a r a
c o n t r o la r lo s p ro c e s o s y g a r a n t iz a r u n e f lu e n t e s a t is f a c t o r io en
to d o m om ento, p u e d e n c l a s i f ic a r s e e n :
**
A n á lis is f ís ic o s .S o n a q u e llo s q u e m id e n y r e g is t r a n
a q u e lla s p r o p ie d a d e s q ue p u d e n s e r d e t e c t a d a s p o r lo s s e n t id o s .
** A n á li s i s q u ím ic o s .S on lo s q u e d e t e r m in a n la s c a n t id a d e s de
m a te r ia o r g á n ic a e in o r g á n ic a que a f e c t a la c a lid a d d e l a g u a ,
p r o p o r c io n a n d o d a to s a c e r c a de c o n t a m in a c io n e s
en e l agua
r e s id u a l, lo c u a l es in d is p e n s a b le p a ra c o n t r o la r lo s p ro c e s o s de
t r a t a m ie n t o de a g u a s .
** A n á lis is b a c t e r io ló g ic o s .Son lo s que in d ic a n l a p r e s e n c ia
de b a c t e r ia s c a r a c t e r ís t ic a s de l a c o n t a m in a c ió n .
Los m a t e r ia le s y m étodos u t iliz a d o s p a ra e l a n á lis is de la s
ag u a s b la n c a s e n e l d e s a r r o llo de e s t e e x p e r im e n to , fu e r o n lo s
s ig u ie n t e s :
TEMPERATURA
(T°C)
E l co n cep to de te m p era tura se r e f ie r e
t e r m o d in á m ic a q u e d e t e r m in a l a e x is t e n c ia o
e q u i l i b r i o t é r m ic o e n t r e d o s o más s is t e m a s .
a la p r o p ie d a d
in e x is t e n c ia de
E s ta p r o p ie d a d e s d e g ra n im p o r t a n c ia p o r su in f lu e n c ia
n o t a b le e n la s c a r a t e r ís t ic a s f ís ic a s y b io q u ím ic a s de lo s
c u e r p o s de a g u a . De a h í d e r iv a l a im p o r t a n c ia de su d e t e r m in a c ió n
en c u a lq u ie r in t e n t o de e v a lu a r la c a lid a d de la s a g u a s .
114
La
tem p eratura
ju e g a
en
papel
fund a m ental
en
a u t o p u r if ic a c ió n de lo s d e s e c h o s b io d e g r a d a b le s ; a f e c t a n d o
r a p id e z de e s t a b iliz a c ió n de l a m a te r ia o r g á n ic a .
la
la
L a t e m p e r a t u r a f u e m e d id a c o n l a f i n a l i d a d d e c o n o c e r la s
c o n d ic io n e s a la s q u e t r a b a ja e l s is t e m a y q u e a f e c t a n a l
m e t a b o lis m o m ic r o b ia n o . L a t e m p e r a t u r a f u e m e d id a s ie m p r e a l
m e d ir s e e l o x íg e n o d is u e l t o y se u t i l i z ó u n m e d id o r "O xygen M e te r
Y S I " , M o d e lo 54, c o n u n e l e c t r o d o d e c a m p o s e n s i b l e .
O X IG E N O
D IS U E L T O
(O D )
F u e m e d id o c o n l a f i n a l i d a d d e c o n o c e r l a s c o n d ic io n e s
a e r o b io s is a la s q ue f u n c io n a e l s is t e m a . E l o x íg e n o d is u e lt o ,
m g 0 2 / L , f u e m e d i d o u s a n d o u n " O x y g e n M e t e r Y S I " , M o d e l o 54 y
e le c t r o d o
de cam po s e n s ib le
al
o x íg e n o
d is u e lt o
y a
te m p e r a tu r a d e l l i c o r m e z c la d o .
115
de
en
un
la
D E M A N D A BIOQUIMICA U L T I M A DE OXIGENO
(DBOu)
La p r u e b a a n a l í t i c a d e l a dem anda b io q u ím ic a de o x íg e n o
(DBO) e s u n a e s t i m a c i ó n d e l a c a n t i d a d d e o x í g e n o q u e s e r e q u i e r e
p a ra o x id a r l a m a te r ia o r g á n ic a de u na m u e s tra de aguas
r e s id u a le s , p o r m e d io d e u n a p o b la c ió n m ic r o b ia n a h e t e r o g é n e a .
E s t a p r u e b a es u n p r o c e d im ie n t o d e b io e n s a y o s q u e c o m p re n d e n l a
m e d id a
del
o x íg e n o
c o n s u m id o
por
lo s
o r g a n is m o s
v iv o s
( p r in c ip a lm e n t e b a c t e r ia s ) p a r a u t i l i z a r com o a lim e n t o l a m a t e r ia
o r g á n ic a p r e s e n te en un d e s e c h o en c o n d ic io n e s muy s im ila r e s a
la s n a t u r a le s . La d e g r a d a c ió n de l a m a t e r ia o r g á n ic a e f e c t u a d a
p o r lo s o r g a n is m o s a n t e s m e n c io n a d o s e n c o n d ic io n e s a e r o b ia s , es
lle v a d a h a s ta u n a o x id a c ió n c o m p le ta , es d e c ir , h a s ta b ió x id o de
c a r b o n o , a g u a y a m o n ía c o .
L a dem and a b io q u ím ic a d e o x íg e n o , DBOu, f u e d e t e r m in a d a c o n
la
f in a lid a d
de
conocer la
c a n tid a d
de m a te r ia
o r g á n ic a
b io d e g r a d a b le , m e d ia n te l a
m e d ic ió n d e l consum o de
o x íg e n o
d is u e lt o
que
r e a liz a n
lo s
m ic r o o r g a n is m o
en la
o x id a c ió n
b io q u ím ic a d e l a m a t e r ia o r g á n ic a . G e n e r a lm e n te e l p e r ío d o de
i n c u b a c i ó n m i c r o b i a n a e n e s t a p r u e b a e s d e c i n c o d í a s a 20° C .
Se c o n s id e r a q u e c in c o d ía s e s e l t ie m p o s u f i c i e n t e p a r a
m e t a b o liz a r u n s u s tr a to de f á c i l b io d e g r a d a c ió n . S in em bargo,
d ad o q u e e r a p o s ib le r e a l iz a r u n s e g u im ie n t o a d e c u a d o de e s t e
p a rá m e tro se m id ió , no a c in c o d ía s , s in o h a s ta que y a no hubo
consum o de o x íg e n o (g e n e ra d o e le c t r o q u ím ic a m e n t e ) . E s te v a lo r se
c o n o c e com o dem and a b io q u ím ic a ú lt i m a d e o x íg e n o , DBOu.
L a p r u e b a c o n s is t e e n c o lo c a r u n a m u e s t r a p r o b le m a e n u n
m a tr a z d e v o lu m e n d e t e r m in a d o y q u e s e d i l u y e c o n u n a s o l u c ió n
a c u o s a de n u t r ie n t e s . L os m a tr a c e s s e c o lo c a n e n u n a in c u b a d o r a
p o r u n la p s o d e f in id o . La c a n t id a d d e o x íg e n o r e q u e r id o p o r lo s
m ic r o b io s
para
c o n s u m ir l a
m a te r ia
o r g á n ic a
b io d e g r a d a b le
d is u e lt a
en la
m u e s tr a p r o b le m a ,
s e c a l c u l a m e d ia n t e
lo s
e le c t r o d o s q u e g e n e r a r o n e l o x íg e n o q ue se d is u e lv e e n e l a g u a e n
l a m u e s t r a a i s l a d a d e l m e d io a m b ie n t e d u r a n t e e l p e r ío d o d e
in c u b a c ió n . E s to es g r a f ic a d o de fo rm a a u t o m á t ic a en e l e q u ip o
u s a d o ( V o ith - S a p r o m a t, B-6 , R F A ) .
116
DEMANDA QUIMICA DE
OXIGENO
ÍDOO)
L a d e t e r m in a c ió n d e l a d e m and a q u ím ic a d e o x íg e n o (DQO ),
p r o p o r c io n a r á l a m e d id a d e l o x íg e n o q u e es e q u iv a le n t e a l a
p r o r c ió n de m a te r ia o r g á n ic a , p r e s e n te en l a m u e s tra de a g u a ,
c a p a z de o x id a r s e p o r p r o c e d im ie n t o s q u ím ic o s
( m e d ia n te u n
o x id a n t e f u e r t e ) .
U na d e la s p r in c ip a le s lim it a c io n e s de e s t a m e t o d o lo g ía es
su
in c a p a c id a d
para
d if e r e n c ia r
la
m a te r ia
o r g á n ic a
b io ló g ic a m e n t e o x id a b le de la in e r t e . Adem ás, n o p r o p o r c io n a u na
e v id e n c ia de la v e lo c id a d a l a c u a l e l m a t e r ia l b io ló g ic a m e n t e
a c t iv o se e s t a b iliz a r á en la s c o n d ic io n e s q ue e x is t e n en la
n a t u r a le z a .
Su m ayor v e n t a ja es la r a p id e z co n que se e f e c t ú a , ya que se
n e c e s i t a n 3 h o r a s co m o m á x im o p a r a s u v a l o r a c i ó n , e n l u g a r d e l o s
5 o más d ía s q u e s e r e q u ie r e n p a r a m e d ir l a d e m a n d a b io q u ím ic a d e
o x íg e n o (DB O ).
La dem anda q u ím ic a d e o x íg e n o es u n p a r á m e tr o im p o r t a n t e
r á p id o p a r a d e t e r m in a r e l g ra d o d e c o n t a m in a c ió n d e c o r r ie n t e s
aguas r e s id u a le s in d u s t r ia le s y p a ra e l c o n t r o l de la s p la n t a s
t r a t a m ie n t o e n a g u a s d e d e s e c h o . J u n t o c o n l a p r u e b a d e DBO,
DQO e s ú t i l p a r a i n d i c a r l a p r e s e n c i a d e s u s t a n c i a s t ó x i c a s y
s u s t a n c ia s o r g á n ic a s r e s is t e n t e s b io ló g ic a m e n t e .
y
y
de
la
de
E l m éto d o u t i l i z a d o p a r a l a d e t e r m in a c ió n de e s t e p a rá m e tro
f u é e l d e l d i c r o m a t o d e p o t a s i o (A P H A , 1 9 8 1 ) .
M E T O D O D E L D IC R O M A T O D E P O T A S I O
Se h a n p r o p u e s to v a r ia s s u s t a n c ia s p a r a l a d e t e r m in a c ió n de
l a DQO, p e r o se h a e n c o n t r a d o q u e e l d ic r o m a t o d e p o t a s io e s e l
más p r á c t ic o d e to d o s , y a q u e e s u n o x id a n t e p o t e n t e e n
s o lu c io n e s fu e r te m e n te á c id a s ; es ca p a z de o x id a r u n a a m p lia
v a r ie d a d d e s u s t a n c ia s o r g á n ic a s c a s i c o m p le ta m e n te a d ió x id o de
ca rb o n o y a g u a . A dem ás, es u n co m p u esto r e la t iv a m e n t e b a r a to y
p u e d e s e r o b te n id o en u n e le v a d o e s ta d o de p u r e z a .
117
E s te m éto d o se b a s a en que m uchos t ip o s de m a t e r ia o r g á n ic a
s o n d e s t r u id o s p o r u n a m e z c la d e á c id o s c r ó m ic o y s u lf ú r ic o e n
e b u l lic ió n . C o n s is t e
en
som eter
una m uestra
a
r e f lu jo ,
c o n t e n ie n d o m a t e r ia o r g á n ic a , c o n á c id o s u l f ú r i c o y d ic r o m a t o de
p o t a s io v a lo r a d o . D u ra n te e l p e r ío d o de r e f lu jo , l a m a te r ia
o x id a b le r e d u c e u n a c a n t id a d e q u iv a le n t e d e d ic r o m a t o
de
p o t a s io ; e l re m a n e n te es v a lo r a d o co n u n a s o lu c ió n de s u lf a t o
f e r r o s o a m o n ia c a l c o n c e n t r a d o y de c o n c e n t r a c ió n c o n o c id a . La
c a n t id a d d e d ic r o m a t o de p o t a s io r e d u c id o ( c a n t id a d d e d ic r o m a t o
de p o t a s io a g re g a d o m enos c a n t id a d d e d ic r o m a t o
de p o t a s io
r e s t a n t e ) es u n a m e d id a d e l a c a n t id a d d e m a t e r ia o r g á n ic a
o x id a b le .
E l io n fe r r o s o es u n a g e n te r e d u c t o r e x c e le n t e p a ra e l
d ic r o m a t o d e p o t a s io . Sus s o lu c io n e s se p r e p a r a n m e jo r c o n
s u lf a t o f e r r o s o a m o n ia c a l, e l c u a l s e o b t ie n e en fo rm a p u r a y
e s t a b le . En s o lu c ió n , s in e m b a rg o , com o c a s i to d a s la s s o lu c io n e s
de a g e n te s r e d u c t o r e s , e s le n t a m e n t e o x id a d o p o r e l o x íg e n o d e l
a ir e , p o r eso se r e q u ie r e que se v a lo r e cad a v e z que se u s e , e s to
s e h a c e c o n la s o l u c i ó n d e d i c r o m a t o d e p o t a s i o d e c o n c e n t r a c i ó n
c o n o c id a .
La r e a c c ió n e n t r e e l d ic r o m a to
f e r r o s o a m o n ia c a l e s com o s ig u e :
6
F e + + + C r 2 0 = 7 + 14 H+ ----------->
de
6
p o t a s io
y
el
s u lf a t o
F e + + + + 2 C r + + + + 7 H20
C ie r t o s io n e s in o r g á n ic o s r e d u c id o s p u e d e n s e r o x id a d o s e n
l a s c o n d i c i o n e s d e l a p r u e b a d e DQO y p o r c o n s i g u i e n t e , o c a s i o n a r
r e s u lt a d o s e r r ó n e a m e n t e a l t o s . L o s c lu r u r o s c a u s a n p r o b le m a s más
s e r io s , d e b id o a su c o n c e n t r a c ió n r e la t iv a m e n t e g ra n d e e n l a
m a y o r ía de la s a g u a s r e s id u a le s .
A fo rtu nad am ente e s ta in t e r f e r e n c ia se puede e lim in a r p o r la
a d ic ió n de s u lf a t o m e r c ú r ic o a la m u e s tra a n te s de l a a d ic ió n de
l o s o t r o s r e a c t i v o s . E l i o n m e r c ú r ic o s e c o m b in a c o n e l i o n
c lo r u r o p a r a fo rm a r c lo r u r o m e r c ú r ic o e s c a s a m e n te io n iz a d o .
118
La d e m a n d a q u ím ic a d e o x íg e n o s e m id e d e a c u e r d o a l m é to d o
508 d e l S t a n d a r d M e t h o d s y e s u n a m e d i d a d e l o x í g e n o e q u i v a l e n t e
a l c o n t e n id o d e m a t e r ia o r g á n ic a d e u n a m u e s tr a q u e e s s o m e tid a a
o x id a c ió n m e d ia n te u n a g e n t e q u ím ic o s e v e r o .
L a DQO s e e f e c t ú a c o n e l m é t o d o d e r e f l u j o c o n d í c r o m a t o e n
m a tra c e s c ilin d r ic o s co n r e f r ig e r a n t e s de a ir e y c a le n ta d o s en
una p a r r illa e lé c t r ic a .
R E A C T I V O S .-
- S o l u c i ó n a c u o s a d e d i c r o m a t o d e p o t a s i o 0 .2 5 N
- S u lf a t o de p la t a , c r is t a le s
- S o lu c ió n de s u lf a t o de p la t a en á c id o s u lf ú r ic o . E s ta se
prepara
d is o lv ie n d o
22 g r a m o s d e s u l f a t o d e p l a t a e n 4 k g d e
á c id o s u lf ú r ic o . La s o lu c ió n debe p r o te g e r s e de l a lu z
- A c id o s u l f ú r i c o c o n c e n t r a d o
- S o lu c ió n in d ic a d o r a de f e r r o ín a
- S o lu c ió n de s u lf a t o f e r r o s o a m o n ia c a l p a r a v a lo r a c ió n , e n
u n a c o n c e n t r a c i ó n a p r o x i m a d a 0 .0 5 N
- S u lf a t o m e r c ú r ic o
P R O C E D IM IE N T O .-
1. T r a ta m ie n to de la m u e s tra :
La m u e stra se d ilu y e con e l agua d e s t ila d a a una r e la c ió n
1 :5 0 y s e t o m a u n a a l í c u o t a d e 10 m L q u e s e c o l o c a e n e l m a t r a z
c i l i n d r i c o . S e a ñ a d e n a l m a t r a z 0 .2 g d e s u l f a t o m e r c ú r i c o ,
p e r l a s d e e b u l l i c i ó n y 5 m L d e d i c r o m a t o d e p o t a s i o 0 .2 5 N .
D e s p u é s d e c o l o c a r s e e l r e f r i g e r a n t e , s e a ñ a d e 15 m L d e s o l u c i ó n
d e s u lf a t o d e p la t a e n á c id o s u lf ú r ic o e n fo rm a le n t a y e n f r ia n d o
e l r e c ip ie n t e
constantem ente.
Se p r e p a r a adem ás u n b la n c o
u t i l i z a n d o a g u a d e s t ila d a com o m u e s t r a .
119
2. Reflujo:
Se c o lo c a n lo s m a tr a c e s e n p a r r i l l a e l é c t r i c a y s e m a n tie n e n
a r e f l u j o d u r a n t e 2 h o r a s y se e n f r ía n p o r m e d io d e u n v e n t i la d o r
p a ra a s í m a n te n e r e l r e f lu jo .
3. V a lo r a c ió n de l a m u e s tra d e sp u és d e l r e f lu jo :
Después de r e f lu jo ,
un a p a r t e d e l d ic r o m a to ya h a b ía
r e a c c io n a d o c o n l a m a t e r ia o r g á n ic a . E l e x c e s o d e d ic r o m a to se
v a l o r a d e l a s i g u i e n t e m a n e r a : S e a g r e g a n 40 m L d e a g u a d e s t i l a d a
y dos g o ta s de f e r r o ín a p re p a ra d a de a c u e rd o co n e l m étodo,
t it u lá n d o s e d espués la m u estra con una s o lu c ió n de s u lf a t o
f e r r o s o a m o n i a c a l 0 .0 5 N . C o m o p u n t o f i n a l d e l a v a l o r a c i ó n s e
tom a e l p r im e r c a m b io p e r c e p t i b le d e c o lo r a z u l v e r d o s o a c a f é
r o ] iz o .
4. C á lc u lo :
m g D Q O / L = (A-B) N * 8000/ mL d e m u s t r a
( f)
Donde :
A = v o lu m e n d e s u lf a t o f e r r o s o a m o n ia c a l g a s ta d o p a r a v a lo r a
e l b la n c o
B = v o lu m e n
v a lo r a r la m u estra
de
s u lf a t o
ferro so
a m o n ia c a l
g a s ta d o
para
N = n o r m a lid a d d e l s u lf a t o f e r r o s o a m o n ia c a l
f = f r a c c ió n v o lu m é t r ic a d e c im a l de l a m u e s tr a i n i c i a l e n l a
s o l u c i ó n d e l a c u a l s e t o m ó l a a l í c u o t a d e 10 m L p a r a l a
d e t e r m in a c ió n
120
CARBON ORGANICO TOTAL
(COT)
E ste
p ará m etro
fue
d e t e r m in a d o
e m p le a n d o
un
apa rato
c o n s t r u i d o p a r a m e d i r c a r b ó n o r g á n i c o c o n o c i d o c o m o T0 C0 R - 2
( M a ih a k ,
H am burgo,
RFA ),
el
cual
debe
de
en co n tra rse
c o rre c ta m e n te c a lib r a d o y o p e ra d o a la s s ig u ie n t e s c o n d ic io n e s :
T e m p e r a tu r a d e l h o r n o d e c o m b u s tió n :
8 0 0 °C
F lu jo v o lu m é tr ic o de la m u estra
a lim e n t a d a a l h o rn o :
40 m L / h
F lu jo v o lu m é tr ic o d e l a ir e de
c o m b u s t ió n a lim e n t a d o a l h o r n o :
24 L / h
Es muy im p o r ta n te que l a m u e s tra de agu a r e s id u a l se a
f ilt r a d a p a r a e v it a r p o s ib le s ta p o n e s de m a te r ia o r g á n ic a o de
m a te r ia c o lo id a l, co n l a c u a l se d a r ía e l ca s o de v a lo r e s
e r r ó n e o s d u r a n t e l a s le c t u r a s e n e l a p a r a t o TOCOR-2.
A c o n t in u a c ió n se in d ic a l a
e s t e t ip o d e e q u ip o :
1. - E ncender
a n a liz a d o r .
la
fuen te
form a de r e a liz a r e l a n a lis is
p r in c ip a l
y
la
fu e n te
de
poder
en
del
2 . - E n c e n d e r l a bom ba d e l a g u a d e e n f r ia m ie n t o o p r im ie n d o e l
b o tó n a z u l d e l e q u ip o c o n a lim e n t a c ió n d e a g u a d e l a tom a de
la
l l a v e t e n i é n d o l a a b i e r t a h a s t a q u e p e r m a n e z c a e s t e m is m o b o t ó n
e n c e n d id o s in l a n e c e s id a d d e o p r im ir .
3 .- D e j a r q u e s e e s t a b i l i c e
8 0 0 °C.
el
e q u ip o h a s ta u n a te m p e r a tu r a de
121
4 .- E n c e n d e r l a b o m b a
de a lim e n t a c ió n , p r e s io n a n d o e l
b o tó n
b la n c o d e l e q u ip o c o n
la a lim e n t a c ió n
d e l agua cero
(agua
b id e s t ila d a o d e s t ila d a con
u n v a lo r de pH
i g u a l a 3 .0
l a c u a l co n e s t a s o lu c ió n a ju s t a l a le c t u r a a c e r o . Se d e ja que
s e e s t a b i l i c e y d e s a l o j e e l C02 c o n t e n i d o e n l a s m a n g u e r a s . S i
e s te v a lo r no a ju s ta ac e ro se debe de a ju s t a r con e l t o r n illo
cero.
S i n o s e p u e d e p o r q u e e l v a l o r e s a r r i b a d e 1 .5 p p m d e
ca rb ó n e l a p a ra to n e c e s it a c a lib r a c ió n con u n e s p e c ia lis t a .
5 .- S e p r o c e d e
prueba esto es
de agua d e s t ila d
agua con la que
a a l im e n t a r c a m b ia n d o d e a g u a c e r o a a g u a d e
(3 m L . d e á c i d o a c é t i c o 0 .1 N a f o r a d o a u n l i t r o
a o b i d e s t i l a d a , p r o c u r a n d o u t i l i z a r d e l a m is m a
s e e m p le ó e n e l a g u a c e r o ) .
L a l e c t u r a t e ó r i c a d e b e r á s e r d e 7 .2 p p m y c o n e s t e v a l o r s e
d e b e o b s e r v a r e l p o r c e n t a je de e r r o r o b te n id o c o n e s t a s o lu c ió n ,
p a r a cua n d o se e s t é n y a o b te n ie n d o lo s v a lo r e s d e la s m u e s tra s
que se e s té n a n a liz a n d o .
6 .Se c a m b ia
a n a liz a n d o .
el
agua
de
prueba
por
la
m uestra
que
se
esté
7 .- U n a v e z
t e r m in a d o
el
a n á lis is
de
la s
m uestras,
es
r e c o m e n d a b le
d e ja r e l a p a r a t o e n c e n d id o c o n u n a a lim e n t a c ió n
d e l agua c e ro , e s to es con la f in a lid a d de no d e ja r que e n tre en
e l e q u ip o c a r b ó n o r g á n ic o y t e n e r lo e s t a b iliz a d o .
NOTA: T o d a a g u a q u e
e s t e e q u ip o d e b e r á
r e c o m ie n d a c e n t r if u g
e s te , y deberá te n e r
sea in t r o d u c id a p a ra o b te n e r una le c t u r a en
e s ta r lib r e de tod o t ip o de p a r t íc u la s , se
a r l a o f i l t r a r l a p a r a t e n e r l a s e g u r id a d de
u n p H e n t r e 3 .0 y 3 . 5 .
122
a 3 .5 ) ,
A P E N D IC E
D u r a n te l a c a r a c t e r iz a c ió n d e ca d a u n o d e lo s b id o n e s q u e
c o n t e n ía n e l e f lu e n t e que se e s ta b a n a n a liz a n d o , s e e n c o n tr ó que
s o la m e n te e n u n o de lo a b id o n e s n o e x i s t i ó a lt e r a c ió n a lg u n a en
n i n g u n a d e s u s p r o p i e d a d e s d u r a n t e s u a l m a c e n a m i e n t o d e 14 m e s e s
a p r o x im a d a m e n t e , t e n ie n d o e n l o s r e s t a n t e s b id o n e s u n a a l t e r a c i ó n
e n to d a s s u s p r o p ie d a d e s c o n r e s p e c to a l e f lu e n t e o b te n id o
d u r a n te e l e s t u d io r e a liz a d o a n te r io r m e n te en u n r e a c t o r de le c h o
f lu i d i f i c a d o , o b te n ie n d o lo s s ig u ie n t e s r e s u lt a d o s q ue se d an a
c o n t in u a c ió n e n l a s ig u ie n t e t a b la A - la .
R E S U L T A D O S D E L A S C A R A C T E R I Z A C I O N E S E N C A D A UN O D E L O S B ID O N E S
P r im e r a m e n t e s e r e a l i z ó u n a c a r a c t e r i z a c i ó n d e e s t a s a g u a s
TABLA A - la
C A R A C T E R I Z A C I O N D E L A S AG U A S B L A N C A S P R E T R A T A D A S A N A E R O B IA M E N T E
V A L O R E S P R O M E D IO
C A R A C T E R IS T IC A S
DQO ( m g / L ) ................. ..........................................................................
8 9 .8 9 2 4
D B O u ( m g / L ) .............. ..........................................................................
3 4 .5
p H ............................................ ..........................................................................
7 .7 0 8
T e m p e r a t u r a ( ° C ) ..........................................................................
1 7 .9
( m g 0 2 / L ) ............................................
5 .2
O x íg e n o d i s u e l t o
E l v o lu m e n d is p o n ib le
a p r o x i m a d a m e n t e 600 L .
de aguas
123
b la n c a s
p retratad a s
era
de
P o r e l l o y , d ad o q u e se u s ó u n t ie m p o d e r e s id e n c ia
h i d r á u l i c a d e 48 h , s e u s a r o n s o l a m e n t e t r e s d e l a s c i n c o e t a p a s .
Las dos v a r ia b le s u s a d a s p a r a s e g u ir l a d e g r a d a c ió n de m a te r ia
o r g á n ic a fu e r o n :
*+
D em anda B io q u ím ic a d e O x íg e n o ú lt im a
**
C a rb ó n O r g á n ic o T o t a l
(DBOu).
(CO T).
Se c o n t in u ó c o n e l a n á lis is de cad a u n o d e lo s p a rá m e tro s ,
y a q ue c o n lo s v a lo r e s o b te n id o s se a p r e c ia b a q u e se e s ta b a
t r a b a ja n d o e n r é g im e n p e r m a n e n te .
A c o n t in u a c ió n se m o s tra rá la s e r ie de d a to s o v a lo r e s
o b te n id o s d u r a n t e to d a l a c o r r id a e x p e r im e n t a l, o b te n ie n d o lo s
s ig u ie n t e s
v a lo r e s
p r o m e d io y u n a
s e r ie
de
g r á f ic a s
del
c o m p o r ta m ie n to d e l r e a c t o r b io l ó g i c o r o t a t o r io d e b io d is c o s .
124
T A B L A A -2 a
R E S U L T A D O S O B T E N ID O S E N L A C O R R ID A E X P E R I M E N T A L PARA UN T IE M P O D E
R E S I D E N C I A H I D R A U L I C A D E 4 8 H O RAS
CAM ARA
DQO
(m g 0 2 /L)
I N F L U E N T E . . 8 9 .8 2 1
DBOu
(mg 0 2 / L )
COT
(m g/L)
34 .3
25 . 7
7 .7 0 8
5 .2 0
1 7 .9
pH
OD
T
(m g0 2 /L) ( ° C )
1
........................
7 7 .5 3 4
3 4 .2
25 .2
8
.398
7 .5 9
1 7 .8
2
...........................
7 3 .3 6 5
21.6
22
.8
8
. 547
7 . 05
1 7 .8
3 ........................... . 7 3 .3 5 1
29 . 8
23 .4
8
. 594
8
. 5 17
1 7 .9
DQO =
D em anda Q u ím ic a d e O x íg e n o
DBOu=
D em anda B io q u ím ic a d e O x íg e n o ú lt im a
COT =
C a rb ó n O r g á n ic o T o t a l
pH
=
P o t e n c ia l H id r o g e n o
OD
=
O x íg e n o D is u e lt o
T
T em peratu ra
A c o n t in u a c ió n se p r e s e n ta la s t a b la s de r e s u lt a d o s
e v a lu a c ió n de ca d a u n o de lo s p a rá m e tro s e s t u d ia d o s .
NOTA:
En e s te tr a b a jo no
d is u e lt o s y s u s p e n d id o s .
s e d e t e r m in o
125
la
c a n t id a d
de
la
de s ó lid o s
TABLA A-X
R E S U L T A D O S D E L A E V A L U A C IO N D E C O N T E N ID O D E M A T E R I A L
I N F L U E N T E M E D ID O COMO D Q 0 ( m g 0 2 / L ) v e r s u s T I E M P O ( d í a s )
R E L A C IO N
T IE M P O
(d )
E X P E R IM E N T A L
IN F L U E N T E
1
6 1 .5 0
6
1 2 4 .9 9
8
8 0 .0 9
17
1 0 1 .5 6
19
1 0 8 .5 2
22
97 . 82
27
8 3 .3 3
37
8 0 .9 9
49
7 4 .2 6
51
9 7 .6 5
55
8 1 .5 4
61
77 .2 5
69
8 6 .6 1
82
7 2 .0 0
85
1 2 3 .0 7
87
7 0 .3 1
126
D IS U E L T O
EN TRE:
EN
EL
G R A F I C A
C O N C EN T R A C IO N
D Q O
A-1
D EL IN FLU EN TE
( m g / L )
140
120
100
80
60
40
20
0
1
6
8
17
19
22
27
37
49
51
55
T IE M P O (DIA S)
61
69
80
82
85
87
TA BLA A - 2
R E SU L T A D O S DE L A EV A LU A C IO N PRO M ED IO D E L pH
ETAPAS
PH
IN F L U E N T E
7.708
E T A P A No 1
8.398
E T A P A No 2
8.547
E T A P A No 3
8.594
128
G R A F I C A A-2
p H
V s
E T A P A S
p H
ETA PA S
TABLA A - 3
RESULTADOS DE LA EVALUACION DE CONTENIDO DE MATERIAL DISUELTO EN LA
ETAPA 1 MEDIDO COMO DQ0(mg02/L) versus TIEMPO (días)
RELACION EXPERIMENTAL ENTRE:
ETAPA 1
TIEMPO
1
60.46
6
96.76
8
76.27
17
93.74
19
93.02
22
90.30
27
68.18
37
52.85
49
65.98
51
69.84
55
66.96
61
57.25
69
86.61
82
72.00
85
96.15
87
70.31
13 0
G R A F I C A A-3
C O N C E N T R A C I O N
E -1
( T i e m p o
V s
D Q O )
D Q O (m g/L)
120
1 0 0
8 0
6 0
4 0
20
0
1
6
8
1 7
1 9
2 2
2 7
3 7
4 9
T I E M P O
5 1
5 5
(DIAS)
6 1
6 9
8 0
8 2
8 5
8 7
TABLA A - 4
RESULTADOS DE LA EVALUACION DE CONTENIDO DE MATERIAL DISUELTO EN LA
ETAPA 2 MEDIDO COMO DQO (mg02/L) versus TIEMPO ( d í a s )
RELACION EXPERIMENTAL ENTRE:
ETAPA 2
TIEMPO
1
37.69
6
96.76
8
91.53
17
93.74
19
93.02
22
87.82
27
53.03
37
53.85
49
70.35
51
72.03
55
59.52
61
49.61
69
78.74
82
64.00
85
101.53
87
46.87
132
;
G R A F I C A A-4
C O N C E N T R A C I O N
E - 2
( T i e m p o
V s
D Q O )
D Q O (m g/L)
1 2 0
1 0 0
8 0
6 0
4 0
2 0
0
1
6
8
1 7
1 9
2 2
2 7
3 7
4 9
T I E M P O
5 1
5 5
(DIAS)
6 1
6 9
8 0
8 2
8 5
8 7
TABLA A-5
RESULTADOS DE LA EVALUACION DE CONTENIDO DE MATERIAL DISUELTO EN LA
ETAPA 3 MEDIDO COMO DQO (mg02/L) versus TIEMPO (días)
RELACION EXPERIMENTAL ENTRE:
ETAPA 3
TIEMPO
1
69.44
6
80.64
8
38.13
17
85.93
19
93.02
22
90.30
27
60.60
37
44.72
49
93.80
51
82.03
55
59.52
61
49.61
69
70.86
82
64.00
85
115.38
87
49.87
1 3 4
G R A F I C A A-5
C O N C E N T R A C I O N
E - 3
( T i e m p o
V s
D Q O )
D Q O (m g/L)
20 0
1 5 0
100
5 0
0
1
6
8
1 7
1 9
2 2
2 7
3 7
4 9
T I E M P O
5 1
5 5
(DIAS)
6 1
6 9
8 0
8 2
8 5
8 7
RESULTADOS DE LA GRAFICA A - 6
PORCENTAJE DE REMOCION POR SEMANAS
CONDICIONES DE OPERACION:
{9r= 48h; rpm= 36; A/V= 141.3 m2/m3; T= 16-18°C; pH= 8.1)
PRIMERA SEMANA
% DE REMOCION
ETAPAS
0.00
INFLUENTE
ETAPA NO 1
10.78
ETAPA No 2
13.41
ETAPA No 3
22.97
SEGUNDA SEMANA
% DE REMOCION
ETAPAS
0.00
INFLUENTE
ETAPA NO 1
20.02
ETAPA No 2
22.57
ETAPA No 3
14.44
136
RESULTADOS DE LA GRAFICA A - 6
PORCENTAJE DE REMOCION POR SEMANAS
CONDICIONES DE OPERACION:
(0r= 48h; rpm= 36; A/V= 141.3 m2/m3; T= 16-18°C; pH= 8.1)
TERCERA SEMANA
% DE REMOCION
ETAPAS
0.00
INFLUENTE
ETAPA No 1
10.10
ETAPA NO 2
19.75
ETAPA No 3
19.75
CUARTA SEMANA
% DE REMOCION
ETAPAS
0.00
INFLUENTE
ETAPA No 1
13.91
ETAPA No 2
18.15
ETAPA No 3
16.09
137
G R A F I C A A-6
P O R C E N T A J E
%
D E
R O M O C I O N
versus
S E M A N A S
D E R E M O C IO N
I N F L U E N T E
E T A P A
N o
1
E T A P A
ETAPAS
Ll S E M A N A 1 □
SEMANA 2
N o
2
E T A P A
N o
3
G R A F I C A A-6a
G R A F I C A
%
D E
%
R E M O C I O N
V s
E T A P A S
D E R E M O C IO N
2 5
20
1 5
1 0
■hvrt IItIH
Á,í>ÉÁíL„
5
v*' i/
jr
-
iiyiríi ii'm'. ^<i mu m il i u r
0
TIEM PO (SEM ANAS)
/— •—i
'
____________________
... /v, '
"
•
/
□
*’
% >/• » j ' " " ,
^ '
ETAPA No/2XjETAPAiNo.3
's ,v
'
RESULTADOS DE LA GRAFICA A - 7
PERIODO DE PRE-REGIMEN
TIEMPO
RELACION EXPERIMENTAL ENTRE:
DQO (mg02/L)
(d)
INF
1
2
3
1
61.50
60.46
37.69
69.44
6
124.99
96.76
96.76
80.64
8
80.09
76.27
91.53
38.13
17
101.56
93.74
93.74
85.93
19
108.52
93.02
93.02
93 .02
140
G R A F I C A A-7
G R A F I C A
D E L
P R E - R E G I M E N
D Q O (m g/L)
............... --My.„m„MV nn,^ _ ' s V**s -\- '-"' * ->
Á
140
1 2 0
1 0 0
/
■íí'í í
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1
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;.
......-^-— ,........................................................................... ------ —••
h ^ w w "«■x
,
Y %— — —
;,*
'''
......
80
60
40
2 0
0
6
17
8
19
T I E M P O (DIAS)
UlNFLUENTE
□
E T A P A No,1 □
E T A P A No.2 B
ETA P A . No.3
RESULTADOS DE LA GRAFICA A - 8
PERIODO DE REGIMEN
RELACION
TIEMPO
(d)
EXPERIMENTAL ENTRE:
D Q O (mg02/L)
INF
1
2
3
19
108
52
93.02
93.02
93.02
22
97
82
90.30
87 . 82
90.30
27
83
33
68.18
53.03
60.60
37
80
99
52.85
52.85
44.72
49
74
26
65.28
70.35
93.80
51
97
65
69.84
72.03
82.03
55
81
84
66.96
59 . 5 2
59.52
61
77
25
57.2 5
49 . 6 1
49.61
69
84
48
78.74
7 0 . 86
78.74
80
86
61
86.61
78.74
70.74
1 4 2
G R A F I C A A-8
G R A F I C A
D E L
R E G I M E N
D Q O (m g/L)
19
22
27
37
49
51
55
61
69
80
T I E M P O (DIAS)
□
in fluente
□
ETAPA N
o
.1 □
E T A P A No.2 1 | E T A P A No.3
I
RESULTADOS DE LA GRAFICA A-9
PERIODO DE POST-REGIMEN
RELACION
TIEMPO
( d)
EXPERIMENTAL ENTRE:
DQO <mg02/L)
INF
1
2
3
80
80.61
86.61
78.74
78.74
82
7 2 . 00
72.00
64.00
64.00
85
1 2 3 . 07
96.15
101.53
115.38
87
70.31
70.31
46.87
49.87
144
G R A F I C A A-9
G R A F I C A
D E L
P O S T - R E G I M E N
1 4 0
1 2 0
1 0 0
8 0
6 0
4 0
2 0
0
8 2
8 5
T I E M P O (DIAS)
¡U i N F L U E N T E
Ü E T A P A No.1
U
eTAPA
N
o
.2
APENDICE 3
L E G I S L A C I O N A M B I E N T A L A P L I C A B L E A L A I N D U S T R I A DEL PAPEL
A continuación se presenta a la l e t r a la norma vigente para
este g iro in d u s t r ia l:
ACUERDO POR EL QUE QUE SE EXPIDE LA NORMA TECNICA ECOLOGICA
NTE-CCA-015/88, QUE ESTABLECE LOS LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES Y
EL PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACION DE CONTAMINANTES EN LAS
DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES EN CUERPOS DE AGUA, PROVENIENTES DE
LA INDUSTRIA DE LA CELULOSA Y EL PAPEL.
Que l a Ley General del E q u ilib r io Ecológico y l a Pro tección
a l Ambiente,
estab lece que todas
la s
descargas de aguas
re s id u a le s en r ío s ,
cuencas, vasos,
aguas marinas y demás
depósitos o co rrie n te s de aguas, deberán s a t is fa c e r la s normas
té cn icas
ecológicas
que
establezcan
lo s
lím ite s
máximos
perm isib les de contaminantes en dichas descargas, a f in de
asegurar una c a lid a d del agua s a t is f a c t o r ia para e l b ie n e star de
la población y e l e q u ilib r io ecológico.
Que para p re ve n ir e l d e te rio ro ecológico en la s p rin c ip a le s
cuencas h id ro ló g ica s del p a ís, se requ iere c o n tro la r, entre
o tra s, la s descargas de aguas re sid u ale s del se cto r in d u s t r ia l.
Que la in d u s tria de l a celu lo sa y e l papel, genera desechos
orgánicos e inorgánicos mezclados con aguas excedentes de lo s
procesos de producción, a s í como aguas de s e r v ic io , la s cuales,
al
ser descargadas en lo s cuerpos de agua m odifican la s
c a r a c t e r ís t ic a s fisico q u ím icas y b io ló g ic a s n a tu ra le s de estos
cuerpos,
disminuyendo
en
consecuencia
su
capacidad
de
autodepuración.
Que por e l
tip o y l a
cantidad de contaminantes que
c a ra c te riz a n a la s aguas re sid u ale s de la in d u s tria de la
c e lu lo s a y e l papel, sus descargas a lo s cuerpos de agua, además
de im pedir o lim it a r su uso, producen efe cto s adversos en lo s
ecosistem as, por lo que es necesario f i j a r lo s lím ite s máximos
p e rm isib le s, se estudiaron la s p o s ib ilid a d e s té cn ica s de remoción
de contaminantes que genera esta in d u s tria , de acuerdo con la s
ex p erien cias nacionales y la
b ib lio g r a f ía in te rn a c io n a l a l
respecto. Asimismo,
se consideró l a f a c t ib ilid a d té c n ic a y
económica de instrum entar procesos de depuración por p arte de lo s
responsables de la s descargas y la e fe c tiv id a d de estos procesos
en e l co n tro l de la s fuentes generadoras.
146
Que es p o sib le no rebasar lo s lím ite s máximos p erm isibles
fija d o s por l a in d u s tria de la c e lu lo s a y e l papel,
con
d ife re n te s sistemas de tratam iento, que den resu ltad o s s im ila re s
a
lo s que se obtienen con l a a p lic a c ió n
de lo s sig u ien tes
procesos: Pretratam ien to , sedimentación y tratam ien to b io ló g ic o .
Que en l a determ inación de lo s lím ite s
máximos p erm isibles
de descarga p a rtic ip a n l a S e c r e ta r ía de A g ric u ltu ra
y Recursos
H id rá u lic o s .
En m érito de
s ig u ie n te :
lo
a n te rio r ,
he
tenido
a
b ien d ic t a r
el
A C U E R D O .
ARTICULO lo .- Se expide l a norma té c n ic a eco ló g ica NTE-CCA015/88, que esta b lece lo s lím ite s máximos p e rm isib le s y e l
procedimiento para la determ inación de contaminantes en la s
descargas de aguas re s id u a le s , provenientes de la in d u s tria de la
ce lu lo s a y e l p a p e l.
ARTICULO 2o.- E sta norma té c n ic a eco ló g ica es de orden pú b lico e
in te ré s s o c ia l a s í como de observancia para l a in d u s tria de la
ce lu lo s a y e l papel, que descargue aguas re s id u a le s en r ío s ,
cuencas, vasos, aguas marinas y demás depósitos o c o rrie n te s de
agua.
ARTICULO 3o.Para
lo s
e fe cto s
de estas
normas
té cn ica s
eco ló gicas se consideran la s d e fin ic io n e s contenidas en la Ley
General del E q u ilib r io Ecoló g ico y l a P ro tecció n a l Ambiente, y
la s s ig u ie n te s :
AGUAS RESIDUALES:
A qu ellas que provienen de lo s procesos de
ex tracció n , transform ación, generación de bienes de consumo o de
sus a c tiv id a d e s y s e r v ic io s complementarios.
CUERPOS DE AGUAS: Aquellos que se encuentran contenidos en r ío s ,
cuencas,
cauces, vasos,
aguas marinas y demás depósitos o
c o rrie n te s de agua que puedan r e c i b i r descargas re s id u a le s .
DESCARGA: Acción de v e r t e r aguas re s id u a le s
agua.
147
en algún cuerpo de
ARTICULO 4o.- Los lím ite s máximos p erm isibles de contaminantes en
la s descargas de aguas re s id u a le s , provenientes de la in d u s tria
de l a ce lu lo s a y e l papel, son lo s
que se establecen en la
ta b la s ig u ie n te .
LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES
Instantáneo
Promedio d ia r io
PARAMETRO
pH (unidades de p H ).................
6 - 9
6 - 9
Demanda bioquím ica de
oxígeno (mg/L)...........................
200
240
Só lid os suspendidos
to ta le s (mg/L)...........................
200
240
Só lidos sedimentables (m l/ L ).
8
8.2
50
60
Grasas y a c e ite s
(mg/L)..........
ARTICULO 5o.Además de lo s
parámetros
in clu id o s
en la s
condiciones p a rtic u la r e s
s ig u ie n te s :
a n te rio re s ,
serán
de descarga lo s
Temperatura
Color
A lc a lin id a d
M etales
Só lid os d is u e lto s
Fenoles
Demanda química de oxígeno
S u lf it o s
pesados
ARTICULO 6o.- E l procedimiento para la obtención de lo s va lo re s
promedio d ia r io de contaminantes en la s descargas de aguas
re s id u a le s , se harán mediante e l a n á lis is de muestras compuestas
que re s u lta n de la mezcla de muestra instantáneas tomadas de
acuerdo a la ta b la s ig u ie n te :
Horas por d ía que opera
e l proceso generador de
l a descarga
8
12
24
148
In te r v a lo en tre toma
muestras instantáneas
(horas)
3
3
4
ARTICULO 7o.- Los lím ite s máximos p e rm isib le s de coliform es
to ta le s ,
medidos
como número más probable
por
cada
100
m i l i l i t r o s , en la s descargas de aguas re s id u a le s provenientes de
l a in d u s tria de l a celu lo sa y e l papel, considerando la s aguas de
s e r v ic io son:
a) 10,000 como lím it e promedio d ia r io y 20,000 como lím ite
instantáneo, cuando se perm ita e l escu rrim iento lib r e de la s
aguas re s id u a le s de s e r v ic io o su descarga a un cuerpo de agua,
mezcladas o no con la s aguas re s id u a le s del proceso in d u s t r ia l.
b) S in lím ite s , en e l caso de que la s aguas re sid u a le s de
s e r v ic io s se descarguen separadamente y e l proceso para su
depuración prevea su i n f i l t r a c i ó n en terren os de manera que no se
cause un e fe cto adverso en lo s cuerpos de agua.
ARTICULO 8o.- Los métodos de prueba que se a p lic a rá n para
determ inar lo s va lo re s de lo s lím ite s máximos p erm isib les de
contaminantes en la s descargas de aguas re s id u a le s de la
in d u s tria de l a ce lu lo sa y e l papel, son lo s contenidos en la s
normas o f i c i a l e s mexicanas s ig u ie n te s :
NOM-AA-3-1980
Aguas re s id u a le s
N0M-AA-5-198Q
Aguas--Determinación de grasas y a c e it e s -Método de ex tracció n sox hlet.
NOM-AA-7-1980
Aguas--Determinación de l a tem peraturaMétodo v is u a l con termómetro.
NOM-AA-8-1980
Aguas--Determinación de pH— Método
po ten cio m étrico .
NOM-AA-14-1980
Cuerpos recep to re s— Muestreo.
NOM-AA-28-1981
Determ inación de demanda bioquím ica de
oxígeno— Método de incubación por
d ilu c io n e s .
NOM-AA-30-1981
A n á lis is de agua--Demanda química de oxígenoMétodo de r e f lu jo del dicromato.
N O M - A A - 34-1 9 8 1
Determinación de s ó lid o s en agua
g ra v im é tric o .
149
Muestreo.
Método
NOM-AA-42-1981
A n á lis is de aguas--Determinación del número
más probable de coliform es to ta le s y
f e c a le s .- -Método de tubos m ú ltip le s de
fermentación.
NOM-AA-50-1978
Determinación de fenoles en agua--Método
espectrofotom étrico de la b ip ir in a
4 -a m in o a n tip irin a .
NOM-AA-51-1981
A n á lis is de agua--Determinación de metales-Método espectrofotom étrico de absorción
atómica.
150