supervision de productos químicos para

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA
DE MEXICO.
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES
CUAUTITLAN.
―SUPERVISION DE PRODUCTOS QUÍMICOS PARA
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES‖
TRABAJO PROFESIONAL.
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA.
PRESENTA:
MARTIN ARTURO LÒPEZ MARTÌNEZ.
ASESOR:
MARÍA DEL PILAR ZEPEDA MORENO.
CUAUTITLAN IZCALLI, ESTADO DE MEXICO 2010.
ÍNDICE
Introducción
1. Generalidades------------------------------------------------------------- 5
1.1 Productos Químicos para Tratamientos de Aguas------------------------ 5
1.1.1 Aguas residuales industriales---------------------------------------------- 5
1.2 Antecedentes de la Empresa------------------------------------------------- 6
1.3 Historia de la Empresa------------------------------------------------------- 7
1.4 Que es lo que Desempeña la Empresa QUEISA------------------------- 8
1.4.1 Productos para la industria de tratamientos de aguas residuales----- 8
1.4.2 La necesidad de usar coagulantes y floculantes------------------------ 9
1.4.3 Información sobre seguridad---------------------------------------------- 9
1.4.4 Información sobre el bombeo--------------------------------------------- 10
1.5 Visión--------------------------------------------------------------------------- 10
1.5.1 Misión------------------------------------------------------------------------ 10
1.6 Organigrama de la Empresa------------------------------------------------- 11
2. Desempeño Laboral----------------------------------------------------- 12
2.1 Coagulación – Floculación-------------------------------------------------- 16
2.1.1 La coagulación- floculación se aplica en situaciones específicas---- 20
2.2 Coagulación------------------------------------------------------------------- 21
2.3 Floculación-------------------------------------------------------------------- 27
2.3.1 Aplicaciones de la coagulación y floculación-------------------------- 29
2.3.2 Condiciones de operación y equipo-------------------------------------- 32
2.3.3 Unidades de mezcla rápida------------------------------------------------ 34
2.3.4 Floculadores----------------------------------------------------------------- 34
2.3.5 Floculadores mecánicos---------------------------------------------------- 35
2
2.4 Nutriente Para Bacterias FEED 50----------------------------------------- 36
2.4.1 Bacterias que limpian el agua-------------------------------------------- 38
2.4.2 Proceso de depuración----------------------------------------------------- 38
2.4.3 Aireación-------------------------------------------------------------------- 46
Análisis y Discusión-------------------------------------------------------------- 49
Recomendaciones----------------------------------------------------------------- 50
Conclusiones----------------------------------------------------------------------- 51
Glosario----------------------------------------------------------------------------- 52
Símbolos--------------------------------------------------------------------------- 54
Bibliografía------------------------------------------------------------------------ 55
3
INTRODUCCIÒN
En la actualidad resulta muy importante para nosotros los trabajadores, de la empresa
QUEISA, conocer la forma de cómo debe manejarse los productos químicos que utilizamos
para el tratamiento de aguas residuales, ya que día a día constamos de realizar pruebas de
laboratorio, esto lo hacemos con el fin de tener un mejor producto de calidad en cuanto a
polímeros.
Los polímeros que manejamos son primordiales para las empresas que tienen planta
tratadora de agua, nuestra función es dar le una explicación de beneficios que trae nuestro
producto, claro también un buen mantenimiento con respecto a su planta tratadora de agua.
El desarrollo y el conocimiento de los trabajadores han ido aumentando. Actualmente las
empresas se han visto en la necesidad de actualizarse, obteniendo una planta tratadora de
agua, evitando acciones contaminantes y manteniendo el equilibrio ecológico con procesos
limpios, por el bien tuyo y de la humanidad.
Como podemos ver los recursos se agotan, el ambiente se destruye, disminuyen y
desaparecen ríos, lagos y lagunas, se contaminan con los desechos industriales y, por
consiguiente, agotan la flora marina; todo esto porque el ser humano no tiene un sentido de
alta responsabilidad ante su entorno.
Dentro de las industrias altamente contaminantes en el país tenemos la cementera, la
química, la papelera, la fundidora, cristalera, etcétera.
Para lograr el equilibrio ambiental debemos proteger el agua, ya que es una herramienta útil
para que todos podamos subsistir.
Si bien nosotros los trabajadores formamos parte de la actividad química, tratamos de
utilizar al máximo procesos tecnológicos limpios, que nos ayudan a mantener hoy en día
60% de agua tratable esperando llegar a tener el 90% de agua tratable. Debe evitarse, hasta
donde sea posible, el empleo de sustancias toxicas en el agua, como puede ser la cal, el
colorante que contiene el cartón etc.
Para hacer cumplir nuestros objetivos es necesario comprometernos en acatar ciertas reglas
de seguridad e higiene durante el desarrollo que se pretende realizar proyectos en todas las
empresas que son obtener su propia planta tratadora de agua, de lo contrario si no se
realizaran nos veríamos en serios problemas ya que el agua es vital para nuestro entorno
que nos rodea.
4
1. GENERALIDADES
1.1. Productos Químicos Para Tratamientos de Aguas.
1.1.1. Aguas Residuales Industriales.
Al hablar de aguas residuales industriales se pueden identificar diferentes características en
cuanto a caudal, efecto contaminante, posibles tratamientos y recuperación de materias
primas, productos y subproductos útiles que dependerán de los diferentes orígenes.
Los efectos tóxicos de los contaminantes afectan, no solo a hombres y animales, sino a toda
la biodiversidad del entorno.
Según sus características, las aguas residuales industriales se dividen en 3 categorías:
Físicas, Químicas y Biológicas. Las primeras se determinan por: Sólidos totales,
Temperaturas, Color, Olor, Turbidez y Densidad. Las características químicas se refieren a
la materia orgánica e inorgánica presente en las mismas. En cuanto a las biológicas se
deben considerar los organismos que se hallan en las aguas.
El tratamiento de estas aguas permite modificar características Físicas, Químicas o
Biológicas de cualquier residuo, de modo tal que se eliminen las propiedades nocivas, se
reduzca su volumen o simplemente se lleve el agua a niveles susceptibles de recuperación.
De igual forma existen tratamientos Físicos, Biológicos y Químicos que pueden ser
aplicados al agua residual de las industrias para libelarlas de sus agentes contaminantes.
Métodos Físicos: Se sirven de una fase liquida y de otra solida que retiene los
contaminantes. Este tipo de proceso se puede retener sólidos mediante filtrado por rejillas
más o menos gruesas, tamizado por mallas de diferentes grosores. Otro tipo de métodos
utilizan las diferentes densidades de los materiales del agua residual: retirada por flotación
o sedimentación cuando el contaminante pesa más que el agua.
Métodos Químicos: Se utilizan cuando los contaminantes son demasiados finos se basan
en la utilización de sales metálicas de elevada carga normalmente de hierro, aluminio o
silicio que neutralizan las cargas aglomerándolos en floculó separándose del agua limpia
superficial.
Métodos Biológicos: El procedimiento se basa en la eliminación de la materia orgánica y
otros nutrientes como nitrógeno o fosforo presentes en las aguas como sólidos no
sedimentables, mediante la acción de microorganismos. Se busca en ellos una floculación
de las partículas en suspensión.
5
1.2. Antecedentes de la Empresa
Químicos y Equipos Industriales QUEISA S.A de C.V.
RFC QEI070606PVO.
AV. Morelos N. 93
San José el Vidrio Nicolás Romero Edo. MEX.
C.P. 54449.
FIGURA 1. Mapa de ubicación de la empresa QUEISA.
6
1.3. Historia de la Empresa QUEISA
QUEISA, S.A de C.V., es una empresa 100% mexicana, fundada en 2001 con el propósito
de distribuir productos químicos en el mercado mexicano.
Como se puede ver es una empresa Pyme, pero gracias al gran esfuerzo que ejercen cada
uno del personal que labora dentro de ella, se han consagrado a ser una de las empresas
fuertes en la rama de tratamientos de aguas residuales.
Las principales industrias a las que nos dirigimos son: Cartoneras, Tintas, Pinturas, Agentes
de Limpieza, Plásticos y Otros.
Entre nuestros principales clientes se encuentran empresas como: Smurfit Kappa los Reyes,
Química San José, Belmay, IFF, IEQSA, entre otros. La empresa cubre las áreas
industriales más importantes en cuanto a las papeleras del estado de México, a través de
nuestros representantes.
Nuestra compañía no cuenta con la certificación en ISO- 9002, ISO- 9001, QS-9000.
La importancia de la calidad, servicio, eficiencia, seguridad industrial e higiene y medio
ambiente, se han mantenido con gran énfasis, buscando aplicar un criterio común en todas
instalaciones así como un proceso de mejora continua.
El grupo responde a las necesidades de sus clientes sin dejar de ayudarlos a controlar todos
los componentes de sus proyectos medioambiente, le permite ofrecer herramientas de
tratamiento y de control.
La empresa se compromete cada vez más en un enfoque de desarrollo sostenible que toma
simultáneamente en cuenta la protección del medio ambiente, la responsabilidad social de
la empresa y la obligación de rentabilidad. QUEISA les propone soluciones tecnológicas
sin dejar de preservar su rentabilidad. El grupo propone, por ejemplo, herramientas variadas
de optimización de la gestión de las aguas industriales y fuera del sitio.
La adquisición de conocimientos para garantizar la calidad ya sea de tratamientos de aguas
residuales o de medioambiente, es una de las misiones clave de la investigación que realiza
QUEISA. En este campo vinculado a la gestión de riesgos, debemos adelantarnos
constantemente con el objeto de garantizar una mejor reactividad y seguridad a nuestros
clientes.
Necesitamos también cuidar que la planificación de las inversiones a largo plazo sea
apropiada. Conocer y comprender el impacto potencial sobre nuestras actividades de
comercialización de nuevos compuestos químicos, identificar y transferir nuevas técnicas
analíticas que nos permitan ser más rápidos y más precisos, así como poder ofrecer recursos
alternativos de agua en donde los recursos son limitados o de mediocre calidad.
7
1.4. Que es lo que Desempeña la Empresa QUEISA.
1.4.1 Productos para la Industria de Tratamiento de Aguas Residuales.
QUEISA cuenta con un renglón completo de productos para solucionar los problemas de
acondicionamiento en Aguas Residuales. Nuestro renglón incluye varios productos
alcalinos y de tipo disolventes. Pueden usarse estos productos para la limpieza del agua que
se está recirculando dentro de los estanques como son; el estanque primario y el secundario
esto se hace de forma continua.
Estos productos son formulaciones propietarias que contienen diversas cantidades de
dispersantès iónicos, no dañan ni son corrosivos. Ningún de estos productos contienen
cloruro, debido a que no son corrosivos, tienen un manejo muy aceptable ya que se pueden
hacer pruebas de laboratorio sin ningún riesgo.
Esta información interna trata de 3 productos de polímeros para el acondicionamiento de
las aguas residuales: LC-555, (es un polímero Cationico, que neutraliza las cargas que se
encuentran en el agua) ARC-620, (es un polímero Anionico, que aglomera y consigo atrapa
las partículas que se encuentran en el agua) y el FEDD50, (es un producto que se le conoce
como nutriente para bacterias).
LC-555: Es un producto o un polímero Cationico de bajo peso molecular sobre las
partículas coloidales. En la figura 2 se puede observar el almacenamiento del material.
Figura 2. Almacenamiento del polimero cationico LC-555.
ARC-620: Es un producto o un polímero Aniónico de alto peso molecular esto con lleva a
ser un floculante para aglomerar las partículas o coloides que se encuentran en el agua.
8
FEDD-50: Es un producto que se le conoce como nutriente para bacterias, esta operación se
lleva mediante el estanque de aeración para bacterias ya que si no se les proporciona el
nutriente tienden a morir muy fácil por eso se requiere de un extremo cuidado en cada fase
para no eliminarlas. En la figura 3 se observa el almacenamiento de material.
Figura 3. Almacenamiento del nutriente para bacterias.
1.4.2 La Necesidad de Utilizar Coagulantes y Floculantes
Una de las principales razones para utilizar estos 3 productos es mantener el agua tratada
con un pH (potencia hidrogeno que es el grado de acidez o basicidad que tiene una
sustancia, rango del pH 0 al 6.9 es acido, 7 es neutro y del 7.9 al 14 es básico todas las
sales), estable o apropiado. El pH del agua es importante ya que se utiliza el 70% como
reciclacion para estar operando y no tener la necesidad de tirarla por el drenaje, el otro 30%
es suministrado al agua tratada para que el agua no tenga malos olores.
Es esencial remover el agua de la sección para lograr que funcione eficientemente la
máquina de papel. El acondicionamiento puede causar problemas, como el mal olor,
retención de lodos y saturación de agua.
El tratamiento debe ser continuo y debe mantenerse la concentración del producto al nivel
recomendado durante su proceso ya que si no, esto llevaría mayores cantidades de coloides
que serian muy difíciles de separar una vez ya trasvasados a los estanques de lodos.
1.4.3 Información Sobre Seguridad
Los trabajadores que manejen cualquiera de estos productos deben de usar gafas y guantes.
Si el producto cae en la piel lávese con agua. En caso de que penetre en los ojos, enjuague
cuidadosamente con agua limpia durante 15 minutos. Es importante observa las
precauciones que aparecen en las etiquetas sobre seguridad del material.
9
1.4.4 Información Sobre el Bombeo
Deben usarse bombas dosificadoras, ya que el producto puede volverse muy viscoso o se
puede solidificar a temperaturas (50°C) (véase en la figura 4).
Figura 4. Bombas dosificadoras Milton Roy.
1.5. Misión y Visión
Ser la empresa química líder y rentable en el mercado que genera valor para sus clientes,
proveedores, empleados y accionistas: una empresa innovadora capaz de mantener un
crecimiento sostenido en ventas, eficiencia y rentabilidad.
1.5.1 Misión
Somos una empresa dedicada a la fabricación y comercialización de productos químicos
que agregan valor a nuestras materias primas básicas polímeros y coagulantes. A través de
cadenas productivas que generan resultados de negocios superiores y que actúan dentro de
un marco de responsabilidad empresarial.
Nos enfocamos a los sectores de mayor potencial de crecimiento y rentabilidad en el
mercado, comprometidos con los valores y principios que contribuyan al crecimiento, la
eficiencia y rentabilidad de QUEISA, a través de la satisfacción de las necesidades de
nuestros clientes y proveedores. Mejoramos e innovamos continuamente la calidad de
nuestros procesos, productivos y servicios.
10
1.6. Organigrama de la empresa QUEISA
Gerente General
Alberto Rodríguez Bello
Secretaria Ejecutiva
Margarita Vega
Gerente de
producción
Gerente de Admón. y
finanzas
Francisco Javier
Rivas Granados
Dora Isela Sosa Peña
Gerente de recursos humanos
Erick Sánchez Martínez
Departamento de sueldos y
salarios
Ricardo Soto Morales
Supervisor de
Producción
Martin Arturo
López Martínez
Departamento de
contabilidad
Alma Lilia Ferreira Ortiz
Departamento de relaciones
laborales
Ismael Carrillo Ojeda
Jefe de
almacén
Laboratorio de análisis
Lola Almaraz Peralta
Carlos
Alvarado
Zúñiga
11
2. Desempeño Laboral
La función que desempeño dentro de la empresa QUEISA (Químicos y Equipos
Industriales S.A de C.V.) es la de SUPERVISOR DEL PRODUCTO QUIMICO PARA
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.
Prácticamente hablare de 3 productos los cuales son: El Coagulante que tiene como nombre
LC-555, Floculante que tiene como nombre AR-620 y el Nutriente para Bacterias que tiene
como nombre FEEDD 50. En la figura 5, 6,7 muestran los químicos que se utilizan dentro
de la empresa.
Figura 5. Producto N. 1 polímero anionico LC-555.
Figura 6. Producto N.2 floculante AR-620.
12
Figura 7. Producto N.3 nutriente para bacteria FEEDD 50.
De los 3 productos que están mencionados mi función es realizar la supervisión de cada
uno de estos, proporcionándoles a los trabajadores las porciones con que deben ser
preparados cada uno de estos productos ( véase en la figura 8,9,10,11) se lleva un chequeo
por intervalos de 20 minutos aproximadamente, las preparaciones que se realizan en cada
contenedor es de 1000 litros una vez checando el producto en sus determinados intervalos,
se lleva una inspección para ver que el producto que está siendo preparado no sufra ninguna
reacción química durante su preparación.
Figura8. Preparación del colorante para el producto LC-555.
13
Figura 9. Se le añade el colorante al contenedor.
Figura 10. Preparación del polímero en polvo.
Figura 11. Se le añade el polímero al contenedor y posterior mente el agitador hace el
mezclado con el agua.
14
Una vez que el producto está realizado se someten a pruebas de jarras, la cual consiste en,
tomar muestras de aguas residuales industriales (Fig. 12).
Figura 12. Uso frecuente en la prueba de jarras.
Hasta aquí se está llevando una explicación de cada uno de los productos, ahora tenemos
que adentrarnos más a fondo en cuanto al Tratamiento Químico que realiza cada uno de
estos, la explicación del LC-555 que es el Coagulante y del AR-620 que es Floculante, son
materiales que se tienen que explicar al mismo tiempo por que cuando se le agrega el
coagulante se toma un intervalo aproximadamente de 5 minutos para añadirle la porción de
floculante.
15
2.1 Coagulación – Floculación
Los procesos de coagulación y floculación se emplean para extraer del agua los sólidos que
en ella 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 la coagulación y la floculación para que puedan
efectuarse con éxito.
En la figura 13 se puede observar un muestreado para la clarificación de agua superficial, el
agua cruda turbia contiene material suspendido, tanto sólidos que pueden asentarse como
partículas lo bastante grandes que se asientan en reposo, o sólidos dispersados que no se
asentaran con facilidad. Una parte considerable de estos sólidos que no se asientan pueden
ser coloides. Este muestreado intermitente es empleado para obtener muestras intermitentes
o proporcionales del agua turbia.
Figura 13. Muestreado intermitente.
Cada partícula se encuentra estabilizada por cargas eléctricas negativas sobre su superficie,
haciendo que repele las partículas vecinas, (como se repelen mutuamente dos polos
magnéticos). Ya que estos impiden el choque de las partículas y que formen así masas
mayores, llamados flóculos, las partículas no se asientan. La coagulación desestabiliza estos
coloides al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados. Estos se logran, por lo
general, realizando un análisis de agua (Fig. 14). Las sustancias químicas de uso común
son: sales de aluminio, sales de hierro y los polielectrolitos.
16
Figura 14. Análisis del agua de abastecimiento y descarga de desechos.
Estas sustancias químicas cancelan las cargas eléctricas sobre la superficie del coloide,
permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando flòculos. Estos flòculos,
inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de
asentarse. El proceso de desestabilización es la coagulación (neutralización de la carga); la
etapa de formación de flòculos es la floculación.
Los términos de coagulación y floculación son con frecuencia intercambiados; sin embargo,
cuando se les consideran como dos mecanismos distintos pueden conducir a un mejor
entendimiento de la clarificación y la desecación.
Aun cuando ambos procesos son esencialmente diferentes (en la coagulación se agregan
sustancias químicas y la floculación se presenta por efectos puramente físicos), casi
siempre se encuentran asociados; es por ello que se representan como una sola unidad
temática (Fig. 15). Sin embargo se analizaran con detalle cada uno de ellos.
17
Figura 15. Etapas previas de concentración para dar la sensibilidad requerida en los
análisis del agua.
Mediante la Coagulación – Floculación se remueve del 80 al 90% del total de la materia
suspendida, del 40 al 70% de DBO,(demanda biológica de oxigeno) del 30 al 60% de DQO,
(demanda química de oxigeno) y del 50 al 90% de bacterias, con respecto a la cantidad de
sólidos coloidales presentes en el agua residual.
Las demandas bioquímica y química de oxígeno presentaron un patrón de variación en el
tiempo que fue semejante, siendo la relación entre estos parámetros alrededor de veinte
veces mayor para la DQO respecto a la DBO5, lo que podría ser un indicativo de que una
parte considerable de la materia oxidable en el agua es de naturaleza no biodegradable.
La respuesta a la variación de dosis del coagulante adicionado al agua se analizó también
en condiciones de turbidez inicial y variable dadas en el bordo, Las Figuras 16a, 16b,16c y
16d muestran que los perfiles de eliminación de turbidez tienen cierta similitud de
comportamiento al suministrar sulfato de aluminio y cloruro férrico para valores de
turbidez inicial de 2100 y 2200 respectivamente, sin embargo para el cloruro férrico se
observa cierta reestabilización con dosis superiores a 110 x 10-5 mol/l, siendo mayor la
cantidad de cloruro férrico necesaria para alcanzar valores semejantes de turbidez residual.
Para una turbidez inicial, la disminución en la turbidez residual presentada por el sulfato
férrico es brusca al acercarse a la dosis óptima.
18
Figura 16. Variación de la turbidez, color, temperatura, pH, parámetros microbiológicos,
DBO y DQO para el agua almacenada en el bordo del ejido ―Tres Barrancas‖.
19
2.1.1 La Coagulación – Floculación se aplica en situaciones específicas
- Como pretratamiento o como ayuda del tratamiento primario con el fin de aumentar la
eficiencia de los procesos subsecuentes mediante la eliminación de la materia coloidal.
- Cuando los componentes del agua residual no son biodegradables.
- Si se desea garantizar la sedimentación de los sólidos suspendidos y coloidales.
- Cuando el agua residual contiene gran cantidad de compuestos tóxicos.
- Si los reactivos para el tratamiento están disponibles a bajo costo.
La Coagulación – Floculación se realiza en dos etapas. En la figura 17 se muestra la
primera etapa de (Coagulación), las fuerzas interpartìcula son reducidas o anuladas por la
adición de reactivos como sales de aluminio, de fierro, de calcio, o algunos polielectrólitos;
en la segunda etapa floculación, las colisiones entre las partículas favorecen la formación
de floculós grandes.
Figura 17. Obtención y preparación del producto.
(a) Coagulación: la adición de coagulante neutraliza las cargas de las partículas y
comprimen la nube que rodea a los coloides de tal forma que se pueden aglomerar
con un alto grado de mezclado en una muestra de agua turbia. (Fig. 18).
20
Figura 18. Cantidad de coagulante mezclado.
(b) Floculación: Las partículas que se forman entre los coloides aglomerados forman
floculos de mayor tamaño susceptibles de sedimentar, se debe llevar a cabo con una
velocidad baja de agitación de 10 a 15 rpm, por ejemplo se examina la muestra de
un intervalo de tiempo establecido. (Fig. 19).
Figura 19. Floculación de coloides.
2.2 Coagulación
Los sólidos coloidales suspendidos en el agua presentan una carga electrostática sobre su
superficie, que provoca la repulsión entre las partículas y les impide agruparse para forma
sólidos conglomerados de mayor tamaño (Fig. 20). La coagulación consiste en añadir
compuestos químicos al agua para reducir las fuerzas de tensión que apartan a los sólidos
suspendidos entre sí.
21
Es el tratamiento esencial para la eliminación de sólidos suspendidos (orgánicos,
inorgánicos o biológicos), finamente divididos, los cuales, debido a su tamaño ( ≤ 10µm),
no sedimentan por acción de la gravedad, lo hacen en forma muy lenta, o no pueden ser
detenidos por filtros de arena. Después de 5 a 10 minutos de asentamiento se examina y
prueba el sobrenadante y puede registrarse la naturaleza y el volumen del floculo.
Figura 20. Sólidos sedimentados.
Las especies coloidales halladas en agua cruda y en agua de desecho incluyen arcillas,
sílice, hierro y otros metales pesados, color y sólidos orgánicos, como los residuos de
organismos muertos. Los coloides también pueden producirse en los procesos de
precipitación, como el ablandamiento con cal. La figura 21 muestra una grafica en función
al comportamiento de la sedimentación.
Figura 21. Comportamiento del tiempo de sedimentación.
22
Muestra como el tamaño de la partícula afecta la tendencia al asentamiento en agua
tranquila. En la figura 22 se muestran los coloides siempre necesitan coagulantes para
alcanzar un tamaño efectivo y una rapidez de asentamiento; pero aun partículas mayores,
que no son realmente coloides 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.
Cuando en una planta de tratamiento no se dispone de tiempo suficiente para extraer los
sólidos suspendidos, la coagulación y la floculación puede provocar su crecimiento y
asentarse con la suficiente rapidez para superar las limitaciones del diseño de la planta.
Los coloides se clasifican en hidrofobicos (adversos al agua) e hidrofilicos (afines al agua).
Los coloides hidrofilicos reaccionan con el agua; las sustancias que producen el color son
hidrofilicas. De importancia en el tratamiento del agua es que los coloides hidrofilicos
pueden reaccionar químicamente con el coagulante y floculante usado en el proceso de
tratamiento (Fig. 23). Así, los coloides hidrofilicos requieren mayor cantidad de coagulante
que los hidrofobicos, que no reaccionan químicamente con el coagulante. Se llega al
asentamiento cuando las partículas se encuentran tan próximas una a otras, la compactación
se efectúa naturalmente, aunque de manera lenta, por gravedad y por deshidratación.
Figura 22. Asentamiento de las partículas por gravedad y por deshidratación.
Para coloides en fuentes de agua natural con un pH de 5 a 8, el potencial zeta se encuentra
entre -14 y -30 mili volts; cuando más negativo sea el numero, tanto mayor será la carga de
la partícula. A medida que disminuye el potencial zeta, las partículas pueden aproximarse
cada vez mas aumentando la posibilidad de una colisión.
En un sistema convencional de clarificación, los coagulantes proporcionan las cargas
positivas para reducir la magnitud del potencial zeta que es aun ligeramente negativo, de
manera que por lo general no se requiere que la carga sea neutralizada por completo.
23
Figura 23. Llenado del matraz aforado con coagulante y floculante.
Si se añade demasiado coagulante, la superficie de la partícula volverá a dispersarse.
Pueden necesitarse coagulantes en sistema de tratamiento de agua con pH alto. Como se
muestra en la figura 24, caso del ablandamiento con cal. Las partículas de carbonato de
calcio también portan una carga negativa y pueden ser útiles coagulantes cationicos para
reducir la dureza residual coloidal.
Figura 24. Se añade coagulante con gran energía para dispérsalo en el agua.
La coagulación y la floculación de materiales distintos al limo y al color, que son los
objetivos comunes de un programa de clarificación del agua, se analizan sobre procesos de
precipitación. Indirectamente de los datos obtenidos se han empleado con éxito para
controlar las dosis de coagulante en las plantas. Sin embargo, las lecturas por si solas no
son confiables para seleccionar el mejor coagulante.
Los resultados obtenidos en la prueba de la jarra, continúan siendo los mejores para
seleccionar al coagulante. Para complementar la adición del coagulante se requiere del
mezclado para destruir la estabilidad del sistema coloidal (Fig. 25). Para que las partículas
se aglomeren deben chocar, y el mezclado promueve la colisión.
24
El movimiento caótico comunicado a las partículas pequeñas al ser bombardeadas por las
moléculas individuales de agua, está siempre presente como una fuerza mezcladora natural.
Figura 25. El floculante se añade durante los últimos segundos de mezclado.
Un mezclado de gran intensidad, que distribuya al coagulante y promueva colisiones
rápidas, es de lo más efectivo. También son importantes en la coagulación la frecuencia y el
número de colisiones entre las partículas. En la tabla 2.3 se muestra el tamaño de las
partículas y sólidos, como la arcilla, o el reciclado de sólidos previamente asentados, para
aumentar el número de colisiones entre las partículas.
TABLA 2.3 TIEMPO DE SEDIMENTACION EN FUNCION DEL TAMAÑO
HIDRAULICO DE LAS PARTICULAS.
Descripción
Dimensiones
mm
Volumen Hidráulico
mm/s
Tiempo de Sedimentación
(1m)
Coloidal
2*10-4
7*10-6
Arcilla fina
5*10-4
1.7*10-4
Arcilla
2.7*10-3
Limo fino
5*10-3
1.7*10-2
4 a 18 horas
Limo grueso
2.7*10-2
0.5 – 1.7
10 a 30 minutos
5*10-3
4 años
0.5 a 2 meses
2 días
Arena media
0.5
50
20 segundos
Arena gruesa
1.0
100
10 segundos
25
En esta etapa se realiza un mezclado rápido para dispersar el coagulante y favorecer el
contacto con el agua (Fig. 26). Los reactivos que se utilizan incluyen iones metálicos de
aluminio y fierro, los cuales se hidrolizan rápidamente formando precipitados insolubles.
Estos dos emplea tanto en el tratamiento primario como en el terciario, forma un floculo
muy denso y fácilmente sedimentable. Sin embargo, otros coagulantes presentan
desventajas: como el alumbre (Al2 (SO4)3), que incrementa los sulfatos en el agua y
forman floculos mas difíciles de sedimentar, o el hierro, que aumenta la concentración de
cloruros en el agua y causa problemas a pH ácidos.
Figura 26. Mezclado rápido para dispersar el coagulante y favorecer el contacto con los
lodos.
Los polielectrolitos son moléculas de cadena larga con la capacidad de formar puentes y
neutralizar los diferentes potenciales existentes entre las partículas floculadas. Existen
varios tipos de polielectrolitos: los de carga positiva, los de carga negativa y los neutros.
Generalmente se usan dosis de 0.5 al 1 mg/l aun para efluentes metálicos. El exceso de
estos materiales puede dañar mas la calidad del agua en comparación con los beneficios
empleando dosis más pequeñas.
Entre la gran variedad de materiales coloidales en el agua, existe una distribución grande en
el tamaño de las partículas.
La mayoría de las observaciones indican que los contaminantes eliminados por coagulación
son aquellos que poseen un alto peso molecular. Por ello se prefiere la coagulación –
floculación para remover el color, sólidos suspendidos, material coloidal y
microorganismos.
El empleo de la coagulación ha adquirido recientemente mucha importancia como
pretratamiento para la adsorción en carbón activado de compuestos organoclorados. Para la
eliminación de la materia orgánica se emplea tanto la cal como el sulfato de aluminio con
rendimientos comparables.
26
2.3 Floculación
El proceso de floculación consiste en la aglomeración de partículas coloidales suspendidas,
por medio de un mezclado físico o con ayuda de un coagulante químico, para formar
floculos de mayor tamaño capaces de ser separados por procesos subsecuentes como
sedimentación o filtración. Una vez que se le adiciona el coagulante y el floculante el
crecimiento de la partícula se debe a la neutralización de la carga. (Fig. 27).
Figura 27. Neutralización de la carga.
Puede ser que el floculo formado por la aglomeración de varios coloides no sea lo bastante
grande como para asentarse o desecarse con la rapidez deseada. Un floculante reúne
partículas floculadas en una red, formando puentes de una superficie a otra y enlazando las
partículas individuales en aglomerados, como el alumbre, las sales de hierro y los
polímeros de peso molecular alto los cuales son floculantes comunes (Fig. 28). La
floculación es estimada por un mezclado lento que junta poco a poco los floculos; un
mezclado demasiado intenso los rompe y raramente se vuelve a formar en su tamaño y
fuerza óptimos. La floculación no solo incrementa el tamaño de las partículas del floculo,
sino que también afecta su naturaleza física. Los lodos, cuando han sido floculados,
muestran un asentamiento con mayor rapidez sobre capas de arena y en el equipo mecánico
de desecamiento, en virtud de la estructura menos gelatinosa de los floculos (Fig.29).
27
Figura 28. Formación de flóculos más grandes y fácilmente asentables.
Dentro del proceso de floculación. Se puede distinguir aquel donde solo se involucra el
mezclado de partículas que no requieren reactivos coagulantes, de aquel que consiste en la
adición de reactivos seguida de un mezclado.
Aún cuando inicialmente no haya sólidos suspendidos en el agua, los coagulantes metálicos
forman floculos que enredan a los coloides desestabilizados. Sin embargo, los lodos
voluminosos producidos por la adición de coagulantes metálicos crean problemas de
disposición, por lo que de ordinario difícilmente pueden desecarse. Los coagulantes
metálicos son muy sensibles al pH y a la alcalinidad, si el pH no está dentro del intervalo
adecuado, la clarificación es pobre y pueden solubilizarse el hierro o el aluminio y generar
problemas al usuario del agua. Cuando menor sea la dosis de coagulante, tanto mayor será
la sensibilidad del floculo a cambios en el pH.
Figura 29. Se muestra el asentamiento de partícula fina.
28
La introducción de sílice activa, mejora considerablemente el desempeño del alumbre y de
las sales de hierro como coagulantes en la clarificación del agua. Así como el desarrollo
subsecuente de diversos polímeros orgánicos, denominados polielectrolitos.
La floculación se basa en la colisión y aglomeración de las partículas que muestran la
dispersión fina de los sólidos, sean estas de origen natural o producto de la precipitación
química o de la coagulación (Fig. 30). Las colisiones entre partículas coloidales, condición
necesaria y previa a la aglomeración, pueden ocurrir por el movimiento Browniano, o bien
al incluir el movimiento por medios mecánicos o hidráulicos. El caso es conocido como
floculación.
La rapidez y el grado de agregación de las partículas dependen principalmente del número
y tamaño de estas, de la rapidez de choque, de la capacidad de la partícula para adherirse a
otra y del tiempo y grado de mezclado (gradiente de velocidad).
Los polímeros floculantes, a diferencia de los coagulantes, no son adecuados para la
neutralización, a diferencia de las sales inorgánicas, los polímeros no producen floculos
voluminosos, gelatinosos. En las aplicaciones donde la adición de sólidos mejora los
resultados, pueden ser necesarios coagulantes inorgánicos o arcillas para complementar el
uso de los polímeros. A diferencia de los coagulantes metálicos, los polímeros no afectan al
pH, ni su desempeño es sensible al pH del agua tratada.
Algunos compuestos inorgánicos pueden ser polimerizados en agua para formar polímeros
floculantes inorgánicos. La sílice activa se vuelve coloidal y entonces comienza a
polimerizarse lentamente. Después de 15 a 30 minutos, la solución es diluida entre 0.5 y
1.0% deteniendo la polimerización, aunque este procedimiento de preparación es
complicado, es un floculante muy efectivo para auxiliar al tratamiento mediante alumbre
para eliminar el color y mejorar la blandura de las aguas que contienen materia orgánica,
como algunas de las aguas coloreadas.
2.3.1 Aplicaciones de la Coagulación y Floculación
Una muestra de agua turbia colocada en un cilindro graduado se separa en dos capas, la de
los sólidos asentables y la de los sólidos coloidales, en la clarificación del agua cruda casi
siempre se usa un coagulante, ya que debe eliminarse la neblina coloidal para producir la
baja turbidez requerida por la mayoría de los procesos que emplean agua. En la
clarificación de las aguas de desecho solo se necesita un coagulante cuando los sólidos
suspendidos crean un problema para satisfacer los lineamientos respecto a los efluentes;
aquí es necesario un floculante para acelerar la velocidad del asentamiento (Fig. 31).
29
Figura 30. Se ilustra el agua turbia, que muestra la dispersión fina de partículas solidas.
Se emplean dos tipos de pruebas de laboratorio para seleccionar el mejor producto químico
y aproximarse a la dosis requerida para la clarificación: (1) prueba de jarras y (2) la prueba
del cilindro. Se emplea la prueba de la jarra cuando el contenido de sólidos suspendidos en
la corriente que deberá clarificarse es menor que 5000 mg/l aproximadamente. La
clarificación del agua cruda, el asentamiento de sólidos biológicos y la mayor parte de las
corrientes primarias de desecho se encuentran en esta categoría. Se emplean la prueba del
cilindro en corrientes de lodo pesado donde los sólidos suspendidos exceden los 5000 mg/l.
Los desechos provenientes del tratamiento del carbón y de los minerales, y el lodo
resultante de una clarificación primaria, son ejemplo de lechadas pesadas.
Figura 31. Selección del producto para lograr una mayor clarificación en el agua.
La prueba de la jarra simula los tipos de mezclado y las condiciones de asentamiento que se
encuentran en una planta clarificadora. La unidad de laboratorio para efectuar estas pruebas
permite que se corran simultáneamente hasta seis pruebas (Fig. 32). El probador tiene un
motor de velocidad variable que permite controlar la energía del mezclado en las jarras.
30
Figura 32. Dosificación de los dos productos.
Los resultados de la clarificación son sensibles a la dosificación del producto químico, a la
energía y a la duración del mezclado, se muestra una sucesión típica en la prueba de la
jarra, donde se elimina una neblina coloidal. En la figura 33 observamos una comparación
de los productos para establecer el mejor en cuanto asentamiento de sólidos.
Puede ser de corta duración, menor de un minuto, Si es necesario se añade un polímero
floculante durante los últimos minutos de mezclado rápido, en el periodo del mezclado
lento que sigue, se forman floculos hasta que son tan grandes que los esfuerzos cortantes
superan finalmente a las fuerzas de enlace, desintegrando el floculo.
Esto limita el tamaño del floculo, después de un mezclado lento durante un tiempo optimo,
el cual se encuentra después de algunas repetidas pruebas ( de ordinario de 5 a 20 minutos),
se deja asentar las jarras de 5 a 10 minutos. Se efectúan pruebas en jarras, colocadas una al
lado de la otra; ellas contienen distintos productos químicos, o con diferentes dosis de la
misma sustancia. Se compara entre ellas la velocidad de asentamiento de los floculos, la
claridad final o los sólidos suspendidos, y el volumen del lodo producido (cuando este se
puede medir). Aun cuando la claridad puede juzgarse a simple vista, la medida estándar
más precisa se lleva a cabo con el turbidimetro, otras pruebas de calidad, como el pH, la
DBO, el color y las metales solubles, se llevan a cabo en aguas asentada para establecer las
normas de desempeño.
31
Figura 33. Comparación de los productos.
La prueba del cilindro, diseñada para determinar cual rápidamente se asienta los sólidos,
emplean un cilindro graduado de 500ml con tapón, cronómetro y equipo para dosificar las
sustancias químicas que se evaluaran. La muestra de lechada se coloca en el cilindro, se
añade el producto químico y se invierte cuidadosamente varias veces en el cilindro. El
mezclado es mucho menos intenso que en la prueba de la jarra, puesto que los sólidos se
encuentran en mayores niveles de concentración, de modo que puedan presentarse
colisiones frecuentes a esta energía menor de mezclado (Fig. 34). Al efectuarse pruebas con
distintas dosis de coagulante y floculantes, comparando las velocidades de asentamiento
pueden seleccionarse los productos químicos más efectivos (Fig. 35).
2.3.2 Condiciones de Operación y Equipo
El proceso de coagulación – floculación sirve para comprender el proceso para diseñar las
unidades de tratamiento. En realidad, la selección de los reactivos y sus dosis, así como la
determinación de las condiciones físicas deben efectuarse en el laboratorio, mediante la
prueba de jarras, con pruebas piloto y con base en la experiencia, dependiendo
principalmente del tipo de agua a ser tratada. Además, el diseño de las unidades debe ser
flexible ante las variaciones en gasto y características del agua residual.
32
Figura 34. Pruebas de lodos después del tratamiento químico.
El sistema de coagulación – floculación puede llevarse a cabo en una sola unidad o en
unidades separadas. Cualquiera que sea el caso, la coagulación se lleva a cabo usando una
unidad de mezcla rápida diseñada para crear gradientes de 300 o mayores, con un tiempo de
retención de 15 a 60 segundos. El coagulante puede ser alimentado en forma mecánica –
por vertederos, peleando o agregando cubetadas, o en forma neumática.
Figura 35. A medida que se aglomeran se restringe su velocidad de asentamiento y
aumenta el volumen del lodo.
Si la floculación se realiza en una unidad independiente, la velocidad en los conductores
debe ser de 0.15 a 0.3 m/s para evitar que se rompa el floculo. La agitación necesaria para
el proceso se induce por medios mecánicos, como paletas, o neumáticos, como difusores de
aire. El tiempo requerido para la floculación depende de las características del agua tratada:
en efluentes de plantas de tratamientos de aguas residuales va de 5 a 30 minutos (Fig. 36).
Tanto para la coagulación como la floculación se obtienen mejores resultados cuando se
utilizan unidades en paralelo que una unidad grande.
33
2.3.3 Unidades de Mezcla Rápida
Como ya se dijo, las unidades de mezcla rápida se diseñan para crear gradientes de
velocidad de 300 o mayores. Hay varias formas de efectuar la mezcla rápida: mezcladores
hidráulicos en tuberías, tanques con impulsores de alta velocidad, tanques aireados
(desarenados) y salto hidráulico en canales.
La función de estas unidades es lograr que la mezcla de los reactivos con el agua residual
sea lo más homogénea posible y que se consiga en tiempos reducidos.
Figura 36. En la etapa final, la compactación o compresión se vuelve muy lenta.
2.3.4 Floculadores
Son aquellos donde se induce turbulencia al agua mediante un flujo gravitacional y el uso
de elementos fijos (deflectores). No requieren de partes mecánicas o móviles, ni de fuentes
de energía. Son los deflectores los que permiten cambios en la dirección del flujo y
provocan la agitación suave del líquido. En este tipo de floculadores se usan valores altos y
un tiempo de retención relativamente corto para producir los floculos.
Una ventaja de los floculadores hidráulicos radica en la disminución de costos por carecer,
como ya dijimos, de partes mecánicas o móviles. Su principal desventaja es que no se
pueden controlar las variaciones de caudal, de temperatura ni de las características de agua
residual. Por consiguiente, presentan poca flexibilidad en su operación.
Una desventaja potencial es la producción de una nata en la superficie del agua debido al
efecto de flotación producido por la emersión de las burbujas, especialmente cuando no se
cuenta con equipo de remoción de natas. Es importante tener en cuenta que para el valor
promedio por debajo de 100, la burbuja debe tener un diámetro de 0.08 mm, valor que
requiere el empleo de difusores porosos muy finos. Sin embargo, estos son susceptibles de
taparse fácilmente. Para burbujas de diámetro de 0.4 y 2.00 mm, los gradientes de
velocidad son de 500 y 2000 s-1, respectivamente, valores más altos están fuera del rango
recomendado para la floculación.
34
2.3.5 Floculadores Mecánicos
Los floculadores mecánicos se diseñan para homogeneizar los niveles de energía en el
agua. Como resultado de la distribución de la energía, los floculos que se forman son más
uniformes (Fig. 37). Si los esfuerzos cortantes son muy grandes, los floculadores se pueden
desagregar. La principal ventaja de los floculadores mecánicos es su mayor flexibilidad de
operación.
Los floculadores mecánicos se agrupan en dos categorías: oscilatorios y rotatorios.
Oscilatorios: El tipo de oscilatorios se caracteriza porque sus partes móviles describen
trayectorias ascendentes y descendentes, este tipo de movimiento es adecuado si se requiere
una floculación ligera. La velocidad del agua dentro del reactor es baja, por lo menos habrá
una sedimentación de sólidos dentro del mismo. Rotatorio: Hay dos tipos de, los de paleta y
los de turbina.
Figura 37. Floculador Mecánico.
Las paletas axiales se montan en un brazo radial de acero y son paralelas al eje de rotación.
Las radiales son perpendiculares al eje y se montan directamente sobre este. Las unidades
verticales usan un cojinete sumergido instalado en el fondo del tanque para mejorar la
estabilidad del disco. Los ejes de las unidades horizontales son montadas en pedestales de
1.5 a 4.8 m.
35
Tanto las unidades de paletas axiales como las de paletas radiales están provistas de un
mecanismo que varía de la velocidad periférica de las paletas. El intervalo recomendado de
dicha velocidad es de 0.3 a 0.9 m/s; sin embargo, en la práctica, el intervalo es de 0.2 m/s a
1.2 m/s.
Para lograr mejores condiciones de mezclado, las paletas se montan en un mecanismo
rotatorio y se instalan deflectores en el tanque. Este arreglo evita que existan espacios
muertos pues la energía aplicada al agua se aboca en sí, no al desplazamiento del agua.
Floculador de Turbina: estos han tenido una gran aceptación en años recientes. La turbina
consiste en un disco circular de acero atravesado por cuchillas del mismo material y
montado en un eje central. Las cuchillas son paralelas al eje de rotación del disco. Las
turbinas pueden montarse vertical u horizontal, el intervalo para la velocidad preferida es de
0.6 a 1.2 m/s, aunque puede alcanzar 1.5 m/s. Se pueden usar velocidades muy bajas para
floculó con tendencia a romperse, las turbinas están provistas con motores que permiten
variar la velocidad, por lo que es posible la operación bajo diferentes condiciones
(Temperaturas, Concentración, Caudal).
A pesar de este tipo de floculador puede generar un valor de G mayor al necesario para la
floculación, es muy conveniente el agua y, por lo tanto, proporcionar una buena velocidad
de circulación.
2.4 Nutriente para Bacterias FEDD-50
La función que tiene estas materias son varios elementos minerales que son esenciales para
el metabolismo de materia orgánica por microorganismos. Todos excepto Nitrógeno y
Fosforo están presentes en una cantidad suficiente en el agua. Una excepción es el proceso
del agua residual generada de agua desionizada, hierro y otros nutrientes pueden ser
deficientes en este caso.
El agua de drenaje provee una dieta microbiana balanceada, pero muchos desechos
industriales (refresco, pulpa y papel, etc.) no contienen suficiente nitrógeno y fosforo y
requieren su adición como un suplemento.
La cantidad de nitrógeno requerido para una efectiva síntesis de DBO removida y
microbiana ha sido sujeto de estudio. Estudios han indicado un requerimiento de nitrógeno
de 4.3 kg N/100 kg DBO removida y fosforo de 0.6 kg P/100 kg DBO removida. Esto
representa un promedio de valores derivado del tratamiento de varios desechos industriales
nitrógeno-suplemento. Cuando el nitrógeno es insuficiente, el montón de material celular
sintetizado por unidad de materia orgánica removida eleva una acumulación de
polisacáridos. En algún punto las condiciones nitrógeno-limitantes estimulara el
crecimiento filamentoso.
36
No todos los compuestos de nitrógeno están disponibles por síntesis. El amoniaco es la
forma disponible, y otros compuestos de nitrógeno deben ser convertidos en amoniaco.
El fosforo puede ser dosificado como acido fosfórico en plantas más grandes, en muchos
casos en lagunas de aeración tratando aguas residuales de pulpa y papel, no se ha
adicionado nitrógeno y fosforo, pero el tiempo de retención ha aumentado.
Una de las causas más comunes de la aglomeración filamentosa en aguas residuales es la
insuficiencia de nitrógeno y fosforo. Existen numerosos ejemplos, particularmente en la
industria de la pulpa y el papel, en donde algunas aglomeraciones filamentosas han
resultado de la insuficiencia de nitrógeno. La restauración del nitrógeno adecuado, restauro
un lodo floculado dentro de tres etapas del mismo. Estudios en un molino de pulpa
indicaron una concentración mínima de NH3-N en el efluente de 1.5 mg/l a favor del buen
crecimiento.
Otros estudios indican que una más alta concentración de amoniaco puede ser requerida en
algunos casos. La concentración mínima de fosforo soluble en el efluente de 0.5 mg/l ha
sido requerida para el buen crecimiento.
Las propiedades de asentamiento de los lodos respectivos indicaron que el sistema de
oxigeno proporciono el mejor asentamiento de lodos, mientras que el sistema con
insuficiente oxigeno disuelto, demostró una severa aglomeración de filamentosas.
Se puede añadir cloro o peróxido de hidrogeno para el retorno de lodo o de la base de
aeración para reducir la aglomeración. El peróxido de3 hidrogeno es selectivo para algunos
tipos de filamentos. La dosis de peróxido de hidrogeno está en el orden de 20 a
50 mg/l. La dosis de cloro puede variar de 9 a 10 lb por día.
Si el tiempo de retención hidráulica excede 8 horas, la cloración debe ser aplicada
directamente a la base de la aeración. Desde que los filamentos muestran un alto potencial
zeta negativo, pueden ser floculos por la adición de polielectrolitos cationicos.
El funcionamiento de la planta de tratamiento es por degradación biológica, es decir, por
bacterias, su funcionamiento es totalmente automático, debido a la delicada condición de
vida de las bacterias y su necesidad de oxigeno a través de la aireación, se cuenta con un
generador de energía eléctrica exclusivamente para la planta. La capacidad instalada de la
planta permite no solo dar tratamiento al agua residual de la compañía sino además a
clientes externos.
Contamos con laguna de aireación que mide 115 metros de largo, 26 de ancho y 6 metros
de altura. Su capacidad es de 16,510 m3, esto permite ofrecer servicios de tratamiento a
otras empresas, responsabilizado y garantizado que los efluentes que van a dar al rio
cumplan como tal, y que cumplan niveles corporativos con el fin de no dejar pasar nada que
contamine.
37
El servicio a externos tiene también sus exigencias y restricciones debido a que las
bacterias pueden verse afectadas si pone al acido, grasas, combustibles o cualquier producto
altamente contaminante.
Para dar servicio a otras empresas se realiza un análisis a una muestra del agua a tratar y
dependiendo del resultado se da o no ese servicio ya que sus bacterias pueden ser como
comúnmente se le llaman bacterias carnívoras que se comen entre ella y tendríamos que
llevar un proceso de depuración para que no se coman entre ellas.
2.4.1 Bacterias que Limpian el Agua
Por tratarse de un tratamiento biológico a base de bacterias, se requiere de extremo cuidado
en cada fase para no eliminarlas, las bacterias que se emplean son rotíferos, amebas de
degradación biológicas, muchos ciliados pedunculados y ciliados libres y flagelados en
menor cantidad, son bacterias especiales que se adquieren o se cultivan.
Para vivir, estas bacterias requieren de acido fosfórico, urea perlada y oxigeno, los primeros
se les adicionan y el ultimo se añade por medio de aireadores, los cuales toman el agua de
abajo y la lanzan hacia arriba. Esto hace que el agua tome aire de las superficies y lo lleve
hacia dentro de la laguna, proporcionándoles el oxigeno necesario para mantener un buen
estado a las bacterias es necesario un control riguroso que informe cuantas hay, que tipo de
bacterias están desarrollándose, edad y crecimiento. Se hacen análisis físicos químicos
constantes para poder corroborar que los nutrientes estén en el estándar. Todo lleva una
medida, y depende de factores como el DBO (demanda bioquímica de oxigeno), DQO
(demanda química de oxigeno), pH (mide el grado de acidez del agua), SST o sólidos
suspendidos totales (miden la cantidad de biomasa en el agua), turbidez, el oxigeno y las
dosificaciones de nutrientes.
2.4.2 Proceso de Depuración
Este inicia mediante un sistema de tuberías que conduce el agua que llega desde la planta
de producción, a la planta de tratamiento. El tanque de homogenización es el que recibe el
agua proveniente de las diferentes maquinas de la planta de producción.
El siguiente paso es el clarificador primario. Este es parte de un tratamiento primario el cual
hace la primera remoción. Se le dosifican polímeros para que haga la floculación o
separación de sólidos y solo deje el agua clarificada (Fig. 38).
38
Figura 38. Clarificador primario.
Para poder efectuar el proceso de recolección se inyecta aire al tanque de clarificador,
proceso micro burbujas que suben verticalmente llevando al lodo a flote (Fig. 39).
Una vez que esta la pulpa o el lodo a flote y en el fondo el agua clarificada se retira la
pulpa. Para retirar la pulpa el clarificador cuenta con una paleta o cuchara en forma
circular.
Este saca la pulpa del centro y succiona el exceso de agua que lleva, la pulpa es separada y
enviada a un deposito donde se le extrae el agua, que lleva por medio de un proceso de
centrifugado, de esta forma se obtiene un sedimento casi seco que se emplea en un relleno
sanitario como material de cobertura para las terrazas y se vende a una empresa para
producir pasta de cuadernos.
39
Figura 39. Recolección de las aguas servidas de los centros poblados de la región.
Del clarificador primario el agua es enviada a su tratamiento secundario, es ahí donde se
encuentran las bacterias que permiten degradar la materia orgánica e inorgánica.
Esto se realiza en la laguna de aireación. Esta cuenta con instalación de ventilación de gran
capacidad. Son estos aparatos llamados aireadores los que se encargan de remover
constantemente el agua de abajo hacia arriba, procurando llevar oxigeno a las bacterias de
la laguna de aireación y pasa el agua a un clarificador secundario en donde se clarifica por
sedimentación. Esta ultima el lodo que hace la degradación sedimenta, convirtiéndolo en
biomasa, y es retornado a la laguna de aireación durante las 24 horas del día para que las
bacterias terminen su crecimiento.
A este proceso se le llama retorno de los lodos activados, este clarificador secundario
invierte el proceso del primer lodo que se va hacia abajo y el agua queda en la superficie;
aquí el agua se encuentra en la fase final con un nivel de calidad (Fig.40).
Es un proceso de lodo activo en donde los millones de organismos microscópicos tienen
como tarea fundamental comer. Cuando no están comiendo no están trabajando. Hay
trabajadores superiores y trabajadores regulares. La diferencia principal son los filtros de
prueba que se utilizan, estos para su capacidad de sedimentar (Fig. 41).
40
Figura 40. Evaluación completa del filtrado al vacio en el desecamiento de lodos.
La palabra microorganismo abarca los diversos y variados tipos de organismos encontrados
en las aguas residuales. Un operador puede identificar como formadores de flóculos
unicelulares y como filamentos, así como formas animales multicelulares de protozoos y
rotíferos. Bajo sus respectivas condiciones optimas, ambos organismos unicelulares pueden
reproducirse por división de células, a veces con una frecuencia de cada veinte minutos,
alcanzando así una tasa de crecimiento muy rápida.
En el lodo activo, los trabajadores superiores son el tipo de organismos formadores de
flóculos que tienen la capacidad, bajo las condiciones adecuadas, de aglomerarse y formar
un flóculo gelatinoso que tenga suficiente peso para sedimentar. El flóculo formado o lodo,
se caracteriza por tener un índice volumétrico de lodo en un rango de 80-150, una lectura
de cinco minutos es el medidor de sedimentación de 40-60%.
Figura 41. Se le añade lodo al filtro de prueba que ha sido colectado.
41
Este material de lodo es realmente muy bueno para la eliminación del DBO. Sin embargo,
debido a su peso extremadamente ligero, no sedimenta rápidamente y se elimina fácilmente
en un clarificador final, excepto durante periodos largos de estancamiento (Fig. 42).
Como se puede ver en la figura 43 el clarificador secundario filtra una segunda
sedimentación, esto se hace con la ayuda del coagulante y el floculante para tener un fluido
de líquido más rápido y una masa de lodo más compacta.
Figura 42. Después de un tiempo determinado, continúa fluyendo el líquido.
Figura 43. Clarificador secundario.
42
El estanque de proceso, que puede ser construido de diversos materiales (hormigón armado,
metal, fibra de vidrio, etc.), es donde ocurre la depuración de las aguas servidas e incluye
las etapas que se indican, una tras otra, con flujos gravitacionales entre sí (Fig. 44).
Figura 44. Carga sobre vertedero.
Etapa 1: El agua cruda entra a la planta a través de Tanques periféricos para el proceso de
aeración de la materia orgánica suspendida, en cuyo extremo se ubica una reja estática de
paso libre 50 mm, que permite atrapar las materias gruesas.
Figura 45. Tanques periféricos para el proceso de aeración.
Etapa 2: El agua, libre de sólidos gruesos, ingresa al primer compartimento que
corresponde al de aireación. En él se desarrolla una población de bacterias que se alimentan
de la materia orgánica, transformándola en productos no contaminantes.
43
Figura 46. Clarificador de aireación rectangular.
Etapa 3: Continúa la sedimentación que cumple la función de separar por decantación los
sólidos suspendidos que floculan en la etapa de aireación. El agua clarificada sale del
sedimentador por la zona superior. Los lodos acumulados en el fondo son retornados a la
aireación para mantener una alta población microbiana.
Figura 47. Tanques Sedimentadores.
Etapa 4: El agua clarificada pasa gravitacionalmente al compartimento de desinfección,
donde se elimina el remanente de bacterias y virus, diseñados para separar partículas en
suspensión, grasas y aceites de las aguas residuales utilizando el aire disuelto en el agua
como medio de transportes de estos contaminantes.
44
Figura 48. Sistema de filtración de aguas residuales.
Etapa 5
A medida que transcurre la operación se generan lodos en exceso que son desviados hacia
el compartimento de espesado y digestión aeróbica donde son acumulados y estabilizados.
El lodo digerido puede ser retirado luego fuera de la planta de tratamiento, pudiendo
disponerse en botaderos autorizados.
Figura 49. Tanque diseñado para separar los lodos del agua.
Estas etapas son importantes para llevar a cabo la clarificación del agua mediante los
procesos.
45
2.4.3 Aireación
En la aireación debe ponerse en contacto el agua cruda con el aire, con el propósito de
modificar la concentración de sustancias volátiles contenidas en ella, la aireación se
recomienda en los siguientes casos:
o
Transferir oxígeno al agua y aumentar con ello el
oxígeno disuelto.
o
Disminuir la concentración de dióxido de carbono
(CO2).
o
Disminuir la concentración de sulfuro de hidrógeno
(H2S).
o
o
o
Remover el metano (CH4).
Oxidar hierro (Fe) y manganeso (Mn).
Remover compuestos orgánicos volátiles (COV).
La aplicabilidad de los diferentes tipos de aireadores y su dosificación, deben ser
determinadas preferiblemente a través de ensayos, controlarse el tiempo de aireación y la
eficiencia de remoción. Aquí es donde se lleva a cabo el proceso de tratamiento
propiamente dicho: alimentando a los organismos presentes en el tanque con la materia
orgánica que tiene el agua residual aumentando en número y tamaño. (Fig. 50).
Figura 50. Proceso de Tratamiento.
46
Las bandejas de coque consisten en una serie de superficies de 0.5 a 2 m2 (por cada 100 m3
de capacidad) con un lecho de coque de espesor de 0.15 a 0.3 m. conformado por partículas
de 0.05 a 0.15 m. sobre las cuales se vierte el agua cruda a una carga máxima de 100
m3/m2.día. Tal que se genere una capa de aproximadamente 0.15 m. Lo que allí se genera
es una caída del agua de bandeja a bandeja y por ende una aireación con la añadida
capacidad del carbón para absorber y adsorber químicos.
Habrá una pérdida de sólidos si:
1. La tasa de eliminación (el retorno mas los residuos) no es suficientemente alta para
eliminar todos los sólidos del suministro, o
2. Si el flujo de salida a través del clarificador excede el tiempo de detención necesario
para la sedimentación de los sólidos, o
3. Si sube un punto en el cual indique una sedimentación baja, o
4. Si no se llevan a cabo practicas de residuos intencionales adecuados, o
5. Si la concentración aumenta por encima del límite de carga de los sólidos del
clarificador.
Las mejores condiciones de sedimentación ocurrirán cuando:
1. Los sólidos o las partículas del floculó sedimentan con una velocidad adecuada para
proporcionar una buena clarificación y concentración en flujos diarios pico.
2. La operación a una relación con valores bajos de un BOD.
3. La eliminación se lleve a cabo por un programa para cuidar la tasa de crecimiento
conforme se acumula el lodo.
Descripción de la Función del Clarificador
Los clarificadores finales desempeñan varias funciones simultáneamente:
Clarificación: Cualquier solido que escape de la separación reducida de la calidad del
efluente de acuerdo a la medición del DBO y a los sólidos suspendidos en esa corriente. Por
eso es importante operar un clarificador de tal manera que pueda eliminar la mayor
cantidad posible de lodo.
Sedimentador: Desde un punto de vista operativo, se obtendrán los mejores sólidos,
cuando las propiedades de sedimentación del suministro de los sólidos sea tal que la tensión
de la superficie se rompa rápidamente, permitiendo la sedimentación de los sólidos
(Fig.51). Este fenómeno ocurre cuando los sólidos biológicos no son ni muy jóvenes ni
muy viejos, puede sedimentar demasiado rápido y reducir el choque necesario de las
partículas para la captura de los sólidos diluidos o finos en la región superior del tanque.
Espesamiento o Concentración: La concentración de los sólidos en el desbordamiento o
retorno, afectan directamente el nivel de la concentración en el aireador.
47
Figura 51.Tanque de aeración.
Las cargas toxicas se definen como los elementos o compuestos que entran a la planta de
tratamiento con una concentración suficiente para matar a las poblaciones de
microorganismos residentes. Cargas toxicas típicas son los cianuros y metales pesados
como el cromo, descargados de industrias procesadoras de metales. Probablemente para
tratar con este tipo de residuos es la dilución y mantener todo el lodo posible en el aereador,
otro método es el de contener los residuos en alguna instalación auxiliar y suministrarlos
gradualmente al proceso o desviar los residuos por un conjunto de unidades o varios
arreglos de derivaciones. Las condiciones anaeróbicas se desarrollan cuando no hay un DO
que se pueda medir. La mayoría de los operadores tratan de mantener un nivel de DO en el
licor de mezcla de 1.0-2.0 mg/l y también mantener un nivel de DO en el tanque de
sedimentación de carga 0.5 mg/l para asegurar condiciones aeróbicas. Algunas plantas
mostraron que la producción intencional de condiciones anaeróbicas temporales pueden
curar una parte del despojamiento filamentoso y también los problemas de desnitrificacion.
El oxigeno es necesario tanto para la síntesis como para la oxidación, como se describió
antes. Se suministra el oxigeno molecular (O2) forzando aire en la mezcla del tanque de
aeración, utilizando varios tipos de equipos de difusión. Si se mantiene constante el
suministro del aire, se aumentaría o reduciría el DO conforme aumenta la temperatura, el
oxigeno se transfiere del aire al agua por un proceso de difusión, donde la presión de la
temperatura y la turbulencia son los factores principales en la tasa de transferencia.
Conforme aumenta la temperatura del aire, las moléculas de aire se expanden y se vuelven
menos densas, así que un pie cubico de aire calienta contendrá menos oxigeno que un pie
cubico de aire frio. De la misma forma, conforme sube la humedad, un cierto volumen
determinado de aire contendrá menos oxigeno. Por lo tanto, si el operador no aumenta la
entrada de aire bajo cualquiera de estas condiciones, puede esperar una caída del DO en el
aereador.
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ANALISIS Y DISCUSION
De acuerdo a lo que se ha visto dentro de la empresa QUEISA, puedo decir que es una
pequeña empresa conocida como (PYME) , de acuerdo a esto es una empresa que se
preocupa principalmente por su personal que se encuentra laborando dentro de ella, así
mismo tiende a preocuparse por el medio ambiente, ya que la contaminación del agua
representa una problemática que ha existido desde siempre; la gran diferencia en relación
con lo que ocurría hace un par de siglos es que la población era menor, las industrias pocas
y, por lo tanto, los desechos que llegaban a lagos y ríos, eran escasos.
Otro punto importante es la responsabilidad que desempeña cada una de las personas que
laboran, ya que son conceptos que forman parte de una cultura productiva basada en la
inteligencia, que no se trata simplemente de perseguir la ruta de otros, sino de percatarse
que la salud del entorno es fundamental para sustentar la operación positiva y rentable
como empresa. Creemos que es fundamental crear una conciencia ambiental en todos los
mexicanos; pero para ello es importante que todos estemos informados sobre la
contaminación que acechan entre ríos y lagos principalmente. No se puede crear conciencia
sin proporcionar información sobre el tema que nos preocupa que es el medio ambiente.
El valor de la comunicación radica en lo que hacemos, no solo en aquellos que decimos,
debemos como personas descubrir las virtudes de la transparencia y el comportamiento
ético hacia el interior de la empresa. La comunicación sola, no resuelve problemas, el logro
de una comunicación estratégica es el resultado de una buena actuación gerencial. Para
nosotros han sido realmente sorprendentes los resultados. Luego de implementar todas las
medidas recomendadas en cuanto al medio ambiente y hemos mejorado cada uno de los
procesos con dedicación y esfuerzo. Una triste realidad es que todavía no contamos con las
certificaciones correspondientes como las empresas grandes y lo más triste es que de nada
sirve que uno haga la función que le corresponde si los altos mandos gerenciales no toman
decisiones que puedan fortalecer más y más o día con día.
Como puede una empresa pequeña sobrevivir a los monstruos que le hacen competencia,
pues la única manera es reinventarse y buscar alternativas, tanto en su calidad en el servicio
como en su funcionamiento grupal. Pero desgraciadamente nosotros nos preocupamos por
el medio ambiente cuando otros, debido a la realización de malos manejos de materiales
toxico de los desechos industriales son muy contaminantes, ya que en la mayoría de los
casos no tienen idea de cuánto efecto provocan el mal manejo de un material altamente
contaminante, pero a ellos no les importa si la suciedad de los ríos es muy contaminada, lo
que les preocupa es que su empresa salga productiva en cuanto a producción, y lo raro es
que no buscan alternativas para combatir la contaminación de ríos y lagos.
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RECOMENDACIONES
La empresa QUEISA debe ser coeficiente, compartir sus operaciones con el medio
ambiente y diseñar productos que no lo perjudiquen.
Para seguir enumerando beneficios sabemos que la publicidad es costosa y para las
pequeñas y medianas empresas sería necesario darse a conocer en cuanto el producto que
manejamos con calidad en el servicio y proporcionar todas las herramientas necesarias al
cliente para obtener beneficios y confianza.
El segundo paso es definir valores específicos a impulsar. Esto debe formar parte de un
código de conducta que se aplica a la hora de formar decisiones. El medio ambiente de
trabajo debe ser justo y equitativo, el recurso humano es clave, también las condiciones
laborales y la seguridad de los empleados son importantes.
La honestidad con los clientes es primordial, además de precios justos cadena producción
integral, competencia real y respeto a prioridad de clientes, proveedores y empleados,
cuyos gustos y preferencias se hacen cada día más sofisticados y exigen que las empresas
tengan productos reciclables, saludables, mercadeos de manera ética, etiquetado correcto, y
por supuesto lo más elemental: un excelente servicio al cliente.
Por quienes debemos velar para que no tengan las óptimas condiciones, y desarrollo para
incrementar su productividad y atraer los mejores talentos a la empresa. Con quienes
debemos fomentar una relación optima y transparente para que sea duradera, se reduzcan
costos de transacción y responda mejor a nuestras necesidades.
Es a quienes estamos impactando con nuestras actividades positiva o negativamente, en la
manera que logremos crear sinergias y alianzas con nuestro desarrollo.
Debemos respetar y podemos empezar con mejorar el uso de nuestros insumos para reducir
costos en la empresa y desechos industriales. En esta área debemos aplicar el concepto de
eco eficiencia (económica y ecológica).
De qué sirve que una empresa regale libros a una escuela si sus colaboradores están
mal capacitados, o de que sirve que una empresa done para limpiar un lago si su
fábrica está contaminando los ríos.
Pero la idea es que haya una actitud de cambio integral por parte de la empresa. No se trata
de regalar dinero, sino de crear alianzas estratégicas a lo interno con los empleados, y a lo
externo con la comunidad para irla desarrollando.
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CONCLUSIONES
Tiene la finalidad de proporcionarles cada uno de las etapas que se emplean para poder
operar una planta tratadora de aguas residuales. Típicamente existen dos formas generales
de tratar las aguas residuales. Una de ellas consiste en dejar que las aguas residuales se
asienten en el fondo de los estanques, permitiendo que el material sólido se deposite en el
fondo. Después se trata la corriente superior de residuos con sustancias químicas para
reducir el número de contaminantes dañinos presentes. El segundo método más común
consiste en utilizar la población bacteriana para degradar la materia orgánica. Este método,
conocido como tratamiento de lodos activados, requiere el abastecimiento de oxígeno a los
microbios de las aguas residuales para realzar su metabolismo.
Los pasos básicos para el tratamiento de aguas residuales incluyen:
1.
Pretratamiento—remoción física de objetos grandes.
2.
Deposición primaria—sedimentación por gravedad de las partículas sólidas
y contaminantes adheridos.
3.
Tratamiento secundario—digestión biológico usando lodos activados o
filtros de goteo que fomentan el crecimiento de microorganismos.
4.
Tratamiento terciario – tratamiento químico (por ejemplo, precipitación,
desinfección). También puede utilizarse para realizar los pasos del tratamiento
primario.
QUEISA, a pesar que es una pequeña empresa (PYME), se preocupa día con día para ser
una empresa emprendedora, claro no olvidar que se preocupa del medio ambiente y de sus
trabajadores. En QUEISA, la importancia cada vez es mayor, del medio ambiente a causa
de las exigencias de las industrias, por ello es que cada uno de los trabajadores tienden a
realizarse desafíos, lo cual implica que día a día tienen que innovar, construir, responder
expectativas y mejorar las unidades que tienen como riesgo, considerando también el medio
ambiente.
Este trabajo está escrito para aquellos que desean aprender del pasado, a disfrutar del
presente y a prepararse en forma más adecuada para el futuro que se aproxima que es el
agua. Dar ánimos a todos aquellos que buscan revitalizar su pensamiento, así como volver a
evaluar sus valores y aceptar el reto de ser todo lo que pueden ser para dejar huella en el tan
demandante mundo de hoy.
Pensar es el trabajo más duro que existe, es por eso que muy pocas personas lo
realizan. Proporcionar productos químicos, equipos y servicios industriales para obtener la
mejor operación en las plantas de tratamiento de aguas a nivel mundial. Ayudando a la
mejora de la producción de todas las industrias.
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GLOSARIO
Término
Adsorción
Significación de la palabra
Adherir, o pegarse, en una superficie. Como las partículas de comida se
Adhiere a una membrana celular.
Absorción
Capacidad de ser incorporado. Similar a una esponja succionando agua.
Asimilar
Incorporar. Como cuando se come la comida.
Coloidal
Los sólidos extremadamente finos en las aguas residuales, que no
Sedimentan.
Conversión
El cambio de una sustancia a la otra. Conforme la comida cambia a
Crecimiento celular o a un dióxido de carbono.
Crecimiento Una etapa del crecimiento en donde la comida comienza a limitar el
Crecimiento celular.
Endógeno
Interno o crecimiento interno. Este término normalmente implica una
Etapa en la que ocurre la muerte de la célula.
Enzima
Una cantidad química utilizada como catalizador que tiene la habilidad
Para atraer y recolectar la comida.
Filamentos
Un tipo de organismos que tiene una forma de cordón, denominado
Crecimiento filamentoso.
Floculo
La formación de aglomeraciones conforme se permite el choque o
Aglomeración de las células y otros materiales.
Microorganismos Pequeños organismos que requieren un microscopio para ser vistos.
Oxidación
La combinación de los compuestos elementales con oxigeno para formar
Un nuevo compuesto, un espacio de la relación metabólica.
Particulado Sólidos suspendibles libres.
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Prueba de Jarras
Un dispositivo de control de planta.
Floculador Mecánico
Eje Vertical Tipo se utiliza en plantas de tratamiento para agitar.
Clarificadores primario: Es la masa de sólidos en suspensión que trata el decantador por m² de
Superficie y por unidad de tiempo (kg / m²/h). Tomar los valores
Máximos si la punta de carga es de larga duración.
Clarificadores secundarios: Se procesa una segunda sedimentación para separar lodos.
Carga sobre vertedero: Se define como el caudal de agua tratado por metro lineal de
Vertedero (m3/ ml*h). Su correcto Dimensionamiento evita los
Arrastres de sólidos por efecto de la velocidad de salida.
Tanques sedimentadores: Son equipos que se utilizan principalmente para la remisión de
Turbidez del agua y partículas finalmente suspendidas.
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SIMBOLOS
Termino
Significación de la palabra
BOD Demanda Bioquímica de Oxigeno: una medida de la materia orgánica en
Aguas residuales. La cantidad de oxigeno utilizado por los
Microorganismos durante la oxidación.
DO
Oxigeno disuelto: una medida del oxigeno disuelto en el agua expresada
En miligramos por litro.
F
Comida: representa el BOD.
M
Microorganismos: representa la mezcla y la parte en relación con los
Sólidos.
F/M
Una relación entre la cantidad de comida y la cantidad de organismos. Se
Usa para controlar el proceso de lodo activo.
MLSS Sólidos suspendidos,
CRT Tiempo de residencia de las células: la cantidad de tiempo en días que un
Organismo promedio permanece en el proceso, también denominado edad
Del lodo.
SVI
Índice del volumen de lodo: una prueba de sedimentación para medir la
Cantidad del lodo.
VF
Volumen de lodo: una prueba de sedimentación utilizando un medidor de
Sedimentación de dos litros para medir la calidad del lodo expresada como
Porcentaje y relacionada con el tiempo (o sea, 80% en cinco minutos o 30%
En 30 minutos). También utilizado para determinar la tasa de sedimentación.
TR
Tasa de respiración: el peso del oxigeno utilizado por el peso total de un
Determinado momento.
Mg/1 Miligramos por litro: expresa el peso por volumen utilizado.
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BIBLIOGRAFIAS
LIBRO: Manual del agua, Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones.
EDITORIAL: McGraw-HILL
EDITOR: Frank N. Kemmer
John McCallion
NALCO CHEMICAL COMPANY.
LIBRO: Métodos de tratamientos de aguas: de la disposición irresponsable a las
descarga cero.
EDITORIAL: Tecno Ambiental.
EDITOR: Hugo Barrera, Ministro de Medio Ambiente.
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