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Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Valparaíso – Chile
Factibilidad Técnica y Económica de Alternativas de
Tratamiento para Reducir la Materia Orgánica de los
RILES de BASF Chile S. A., Planta Quintero
Patricia Alejandra Arancibia Martínez
Memoria de Titulación para Optar al Título de Ingeniero Civil
Químico
Dra. Lorna Guerrero Saldes
Dr. Mario Ollino Órdenes
Diciembre de 2010
DEDICATORIA Pág. 2
A mi tata,
Oscar Martínez E.,
A quien siempre recordaré
Con Amor y Admiración
AGRADECIMIENTOS Pág. 3
AGRADECIMIENTOS
Primero, agradezco a Jehová por darme la vida y la capacidad de terminar este proyecto.
Agradezco a mi madre por estar siempre a mi lado y por los sacrificios que ha hecho para
apoyarme.
Agradezco a mi familia, por estar siempre pendiente de mis progresos.
Agradezco a mis amigos por ser lo que son.
Agradezco a los profesores guía por su orientación.
Agradezco a Federico Santa María por fundar esta Institución de la cual estoy muy orgullosa
de egresar.
RESUMEN Pág. 4
RESUMEN
La planta Quintero de BASF Chile S.A., se dedica principalmente a la elaboración de
productos químicos tales como poliestireno expandible, resinas y dispersiones poliméricas.
Todos sus procesos son llevados a cabo en reactores de régimen batch. El agua de lavado de
dichos reactores converge actualmente, de manera intermitente, a los ecualizadores de la
planta de tratamiento de residuos industriales líquidos (RILES) de la instalación (PTR), donde
se aplica floculación como único método de depuración. El efluente de la PTR se une aguas
abajo con el efluente de la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS) y el agua de
rechazo de la planta de ósmosis inversa, constituyendo el efluente de la fábrica.
BASF está conectada al sistema de recolección de ESVAL, empresa sanitaria de la
región de Valparaíso, por lo que debe cumplir con el acuerdo firmado y entregar una carga
orgánica en sus aguas residuales no superior a los 600 [mg/l] de DBO5. Sin embargo, en
ciertas circunstancias los muestreos revelan que este valor es sobrepasado, acarreando, además
del costo por tratamiento, costo por remuestreo, multas y cartas de amonestación, lo que puede
amenazar el normal funcionamiento de la planta. Por lo anterior, el objetivo principal de este
estudio es estudiar y evaluar distintas alternativas de tratamiento para los RILES de BASF,
Quintero, para reducir la materia orgánica en ellos, la cual se mide a través de la DBO5.
En este estudio se realizó un diagnóstico de la generación de RILES por cada punto
emisor, mediante el cual se determinó, entre otros parámetros, que el caudal promedio del
efluente de la PTR está en 148 [m3/d], con una DQO soluble promedio de 1.586 [mg/l].
Además, el efluente de la fábrica se calculó en 240 [m3/d] promedio, con una DQO soluble
promedio de 1.160 [mg/l]. Este diagnóstico se realizo mediante el monitoreo de 2 semanas
consecutivas de producción de las cuales se tomaron los primeros cuatro días de cada una, en
total ocho días de muestreo.
Por otro lado, se aplicó oxidación química con H2O2 en relación H2O2/DQO de 1/1 y
1/10 a las aguas provenientes de las plantas Dispersiones y Palatal, obteniéndose resultados no
concluyentes mediante análisis de DQO debido a la acción del peróxido residual en las
muestras. Al RIL efluente de la PTR se aplicó oxidación avanzada por los métodos de
fotocatálisis heterogénea y fotólisis UV/H2O2, adsorción con carbón activado de cuesco de
durazno y tratamiento conjunto con aguas servidas mediante lodos activados. La fotocatálisis
heterogénea arrojó resultados variables e insuficientes, presentando en la mejor corrida un
58% de reducción de la DQO, con ZnO como catalizador; la fotolisis UV/ H2O2 presentó
resultados no superiores al 50% de reducción de la DQO, presentando la mejor corrida en
ausencia de H2O2 y luz de 254 [nm] como fuente de fotones; la columna de carbón activo se
operó en continuo para determinar los parámetros de transferencia de materia utilizables en el
escalamiento del proceso, luego a lo cual se escaló una columna de 2 [m] de largo y 0,86 [m]
de diámetro mediante el modelo BDST (Bed Depth Service Time) obteniéndose un tiempo de
agotamiento de la columna de 1,5 [h], lo que genera problemas operacionales y altos costos de
insumos y disposición de residuos sólidos. Los resultados obtenidos concluyeron en la
descontinuación de estas pruebas.
La única alternativa que resultó factible y que cumple con los objetivos es el
tratamiento mediante lodos activados en conjunto con las aguas servidas de la fábrica; las
mezclas utilizadas en las pruebas estaban compuestas en un 90% por RIL tratado en la PTR y
en un 10% por aguas servidas de la fábrica. Se operó una planta a nivel laboratorio que se
monitoreó hasta reducir el TRH a 24 [h]. Esto logró reducir en un 82% la DQO soluble,
RESUMEN Pág. 5
obteniéndose, además, en el efluente del tratamiento valores de DBO5 soluble que no superan
los 80 [mg/l] cuando la materia suspendida se mantuvo alrededor de los 50 [mg/l]. La
concentración de microorganismos en el estanque de aireación se mantuvo alrededor de los
1.500 [mgSSV/l].
Se revisó las dimensiones de la actual PTAS, la cual consta con un biorreactor de 113
[m3] y se llegó a la conclusión de que efectivamente se puede tratar 90 [m
3/d] de RIL de la
PTR, es decir, un 61% del total generado, mezclados con los 23 [m3/d] promedio de aguas
servidas, a un TRH de 24 [h] haciendo modificaciones en el sistema de transporte de fluidos y
cambiando el soplador de aire de la planta para cumplir con la nueva carga orgánica; este
caudal tratado por lodos activados, al unirse al 39% restante y a las otras aguas, sitúa los
valores de DBO5 total alrededor de los 280 [mg/l], lo cual es inferior a la norma y muy inferior
al acuerdo firmado, permitiendo minimizar el costo por tratamiento. Y disposición. Los costos
de inversión son cercanos a los CLP$4.800.000 y los costos operativos, en los que se
considera solo el consumo eléctrico de los equipos, son de aproximadamente CLP$500.000
mensuales. No existen dificultades técnicas en las instalaciones para llevar a cabo esta
alternativa, ya que se dispone de espacio para las conexiones necesarias.
También se propone reestudiar el funcionamiento de la planta con tal de revisar la
posibilidad de tratar el 100% del RIL de PTR por lodos activados, lo que requiere reducir el
TRH a 15 [h]. Por la programación con la empresa, no se monitoreó la planta piloto hasta
lograr dicho valor, pero la literatura indica que el TRH de diseño para el tratamiento por lodos
activados es menor a 8 [h] para aguas servidas en este tipo de planta, por lo cual es razonable
estudiar esta alternativa. Para esto se calcula un costo de inversión de aproximadamente
CLP$6.500.000 y un costo mensual de operación que bordearía los CLP$800.000.
ÍNDICE Pág. 6
ÍNDICE DE CONTENIDOS
AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................................... 3
RESUMEN .............................................................................................................................................................. 4
ÍNDICE DE CONTENIDOS .................................................................................................................................. 6
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................................ 9
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................................................ 10
1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... 12
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO .............................................................. 14
2.1. ACTIVIDADES DE LA PLANTA BASF QUINTERO ...................................................................... 14 2.2. NORMATIVA CHILENA APLICABLE A BASF CHILE S.A. PLANTA QUINTERO .................... 15 2.3. COMPORTAMIENTO HISTÓRICO DE LA CARGA ORGÁNICA EN BASF CHILE PLANTA
QUINTERO ....................................................................................................................................................... 17 2.4. GENERACIÓN DE RILES ................................................................................................................. 19 2.5. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE RILES DE BASF QUINTERO ....... 20 2.6. CAUDALES INVOLUCRADOS ........................................................................................................ 23 2.7. RELACIÓN DQO/DBO5 EN EL EFLUENTE A ESVAL, VALORES SOLUBLES .......................... 25
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO ............................................................ 29
3.1. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS .................................................................. 29 3.1.1. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 29 3.1.2. DESCRIPCIÓN ............................................................................................................................... 29 3.1.3. PARÁMETROS DE CONTROL ...................................................................................................... 31
3.1.3.1. Reciclo y Purga de Lodo ....................................................................................................................... 33 3.1.3.2. Sistema de Aireación ............................................................................................................................ 34 3.1.3.3. pH ......................................................................................................................................................... 34
3.1.4. ANTECEDENTES OPERATIVOS ................................................................................................... 34 3.2. ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO ...................................................................................... 35
3.2.1. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 35 3.2.2. FUNDAMENTOS DE LA ADSORCIÓN ......................................................................................... 36
3.2.2.1. Isoterma de Freundlich.......................................................................................................................... 36 3.2.2.2. Modelos de Concentración en Lechos Fijos .......................................................................................... 37 3.2.2.3. Capacidad de Adsorción de Agotamiento en Lecho Fijo ...................................................................... 38
3.2.3. ANTECEDENTES TEÓRICOS ....................................................................................................... 40 3.2.3.1. Modelo Lineal ....................................................................................................................................... 40 3.2.3.2. Modelo de Adams y Bohart .................................................................................................................. 41 3.2.3.3. Modelo BDST (Bed Depth Service Time) ............................................................................................ 42 3.2.3.4. Modelo de Yoon y Nelson .................................................................................................................... 43
3.3. OXIDACIÓN QUÍMICA .................................................................................................................... 43 3.3.1. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 43 3.3.2. DESCRIPCIÓN ............................................................................................................................... 43 3.3.3. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 44
3.4. OXIDACIÓN AVANZADA ............................................................................................................... 44 3.4.1. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 44 3.4.2. DESCRIPCIÓN ............................................................................................................................... 44 3.4.3. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 45
3.4.3.1. FOTÓLISIS UV/H2O2 .......................................................................................................................... 45 3.4.3.2. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA .................................................................................................. 45
4. PARTE EXPERIMENTAL ........................................................................................................................ 47
4.1. DETERMINACIÓN DE LA GENERACIÓN DE RILES ................................................................... 47 4.1.1. CAUDAL Y MASA ........................................................................................................................... 47
4.1.1.1. MEDICIÓN DE CAUDAL DIARIO .................................................................................................... 47 4.1.1.1.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 47
ÍNDICE Pág. 7
4.1.1.1.2. MÉTODO ........................................................................................................................................ 47 4.1.1.2. CARGA ORGÁNICA........................................................................................................................... 48
4.1.1.2.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 48 4.1.1.2.2. MÉTODO ........................................................................................................................................ 48
4.2. PRUEBAS DE TRATABILIDAD ....................................................................................................... 50 4.2.1. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS .................................................................. 50
4.2.1.1. Determinación de la Biodegradabilidad Máxima (Ensayo Aerobio) ..................................................... 50 4.2.1.1.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 50 4.2.1.1.2. Soporte para Reactores .................................................................................................................... 50 4.2.1.1.3. Reactor Aerobio Batch..................................................................................................................... 52 4.2.1.1.4. Bombas de Aire ............................................................................................................................... 53 4.2.1.1.5. MÉTODO ........................................................................................................................................ 53
4.2.1.2. Reactor Piloto En Flujo Continuo ......................................................................................................... 54 4.2.1.2.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 54 4.2.1.2.2. MÉTODOS ...................................................................................................................................... 58
4.2.1.2.2.1. Preparación del Afluente .......................................................................................................... 58 4.2.1.2.2.2. Puesta en Marcha ...................................................................................................................... 58 4.2.1.2.2.3. Seguimiento en Flujo Continuo ................................................................................................ 58 4.2.1.2.2.4. Tratamiento de RIL con Distinta Carga Diaria ......................................................................... 61
4.2.1.3. Ensayo de Sedimentación ..................................................................................................................... 61 4.2.1.3.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 61 4.2.1.3.2. MÉTODO ........................................................................................................................................ 61
4.2.1.3.2.1. Generación de Datos ................................................................................................................. 61 4.2.1.3.2.2. Cálculo del Área del Sedimentador .......................................................................................... 62
4.2.2. ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO..................................................................................... 63 4.2.2.1. Isoterma de Adsorción .......................................................................................................................... 63
4.2.2.1.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 63 4.2.2.1.2. MÉTODO ........................................................................................................................................ 63
4.2.2.2. Filtro de Arena ...................................................................................................................................... 64 4.2.2.2.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 64
4.2.2.2.1.1. Preparación de la Arena de Filtración ....................................................................................... 64 4.2.2.2.1.2. Equipo de Filtración ................................................................................................................. 64
4.2.2.2.2. MÉTODOS ...................................................................................................................................... 65 4.2.2.2.2.1. Preparación de la Arena de Filtración ....................................................................................... 65 4.2.2.2.2.2. Equipo de Filtración ................................................................................................................. 66
4.2.2.3. Columna de Carbón Activado Granular ................................................................................................ 66 4.2.2.3.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 67
4.2.2.3.1.1. Caracterización del Carbón Activado ....................................................................................... 67 4.2.2.3.1.2. Columna de Adsorción ............................................................................................................. 67
4.2.2.3.2. MÉTODOS ...................................................................................................................................... 68 4.2.2.3.2.1. Caracterización del Carbón Activado ....................................................................................... 68 4.2.2.3.2.2. Columna de Adsorción ............................................................................................................. 68
4.2.2.4. Sistema de Adsorción............................................................................................................................ 70 4.2.2.4.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 70 4.2.2.4.2. MÉTODOS ...................................................................................................................................... 71
4.2.2.4.2.1. Armado del Sistema de Adsorción ........................................................................................... 71 4.2.2.4.2.2. Lavado Inicial del Filtro de Arena ............................................................................................ 74 4.2.2.4.2.3. Lavado Inicial de la Columna de Carbón .................................................................................. 74 4.2.2.4.2.4. Filtración del RIL ..................................................................................................................... 75 4.2.2.4.2.5. Adsorción de Materia Orgánica ................................................................................................ 75
4.2.3. OXIDACIÓN QUÍMICA ................................................................................................................. 76 4.2.3.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 76 4.2.3.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 76
4.2.4. OXIDACIÓN AVANZADA .............................................................................................................. 76 4.2.4.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 76 4.2.4.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 77
4.2.4.2.1. Armado del Reactor ......................................................................................................................... 77 4.2.4.2.2. Oxidación Batch .............................................................................................................................. 78
4.3. ANÁLISIS DE MUESTRA ................................................................................................................. 79 4.3.1. DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO ........................................................................................... 79
4.3.1.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 79 4.3.1.2. MÉTODO ............................................................................................................................................. 79
4.3.1.2.1. Dilución de Muestra ........................................................................................................................ 79 4.3.1.2.2. Medición de DQO en Rango Medio (0-1500 [mg/l])....................................................................... 80
ÍNDICE Pág. 8
4.3.1.2.3. Medición de DQO en Rango Alto (0-15000 [mg/l]) ........................................................................ 80 4.3.2. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A 5 DÍAS (DBO5) ....................................................... 81
4.3.2.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 81 4.3.2.2. MÉTODO ............................................................................................................................................. 82
4.3.3. SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES ............................................................................................ 82 4.3.3.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 82 4.3.3.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 83
4.3.3.2.1. Preparación del Disco de Fibra de Vidrio ........................................................................................ 83 4.3.3.2.2. Procedimiento de Análisis ............................................................................................................... 83 4.3.3.2.3. Expresión de Resultados .................................................................................................................. 84
4.3.4. SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES ........................................................................................ 84 4.3.4.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 84 4.3.4.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 86
4.3.4.2.1. Procedimiento de Análisis: .............................................................................................................. 86 4.3.4.2.2. Expresión de Resultados .................................................................................................................. 87
4.3.5. pH ................................................................................................................................................... 87 4.3.5.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 87 4.3.5.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 87
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................................................. 89
5.1. GENERACIÓN DE RILES ................................................................................................................. 89 5.2. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS .................................................................. 94
5.2.1. DETERMINACIÓN DE LA BIODEGRADABILIDAD MÁXIMA ................................................... 94 5.2.2. REACTOR PILOTO EN FLUJO CONTINUO ................................................................................ 96
5.2.2.1. Comportamiento del Sistema ................................................................................................................ 96 5.2.2.2. Resultados de Aplicación Diaria ........................................................................................................... 98 5.2.2.3. Resultados del Ensayo de Sedimentación ........................................................................................... 101
5.3. SISTEMA DE ADSORCIÓN EN LECHO FIJO ............................................................................... 101 5.3.1. ISOTERMA DE ADSORCIÓN ...................................................................................................... 103 5.3.2. CURVA DE RUPTURA ................................................................................................................. 104 5.3.3. CAÍDA DE PRESIÓN ................................................................................................................... 106
5.4. OXIDACIÓN QUÍMICA .................................................................................................................. 107 5.5. OXIDACIÓN AVANZADA ............................................................................................................. 108
5.5.1. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA ............................................................................................ 108 5.5.2. FOTÓLISIS UV/H202 .................................................................................................................... 110
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA .................................................................................................................... 112
6.1. LODOS ACTIVADOS ...................................................................................................................... 112 6.2. CARBÓN ACTIVADO ..................................................................................................................... 123 6.3. OXIDACIÓN QUÍMICA Y OXIDACIÓN AVANZADA ................................................................ 125
7. ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA TRATAMIENTO POR LODOS ACTIVADOS....................... 127
8. CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 129
9. RECOMENDACIONES ........................................................................................................................... 131
10. REFERENCIAS ........................................................................................................................................ 133
ANEXOS .............................................................................................................................................................. 135
ANEXO A: GLOSARIO .................................................................................................................................. 136 ANEXO B: TEST DE NORMALIDAD APLICADO A LA DBO5 HISTÓRICA ............................................ 139 ANEXO C: ESTADO DE MEDIDORES ........................................................................................................ 141
ÍNDICE Pág. 9
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2-1: Producción de BASF (Quintero) para el año 2009 según planta ........................................................... 15 Tabla 2-2: Límites máximos permitidos para el efluente de BASF Chile planta Quintero (4) ............................... 16 Tabla 2-3: Principales equipos de la planta de tratamiento de RILES para BASF Quintero .................................. 21 Tabla 2-4: Caudales desde Enero a Agosto del año 2010 en la planta BASF Quintero .......................................... 23 Tabla 2-5: Parámetros que miden la materia orgánica soluble entre enero y agosto del 2010 (9) .......................... 27 Tabla 2-6: Ordenamiento de datos y cálculos para test de normalidad – Elaboración Propia ................................ 28 Tabla 3-1: Ejemplos de reactores de lodos activados y eficiencia en la degradación de la DBO5 .......................... 31 Tabla 4-1: Envases utilizados para muestreo y volumen de muestra según día. ..................................................... 48 Tabla 5-1: Caudal diario medido durante muestreo de dos semanas ...................................................................... 89 Tabla 5-2: Resultados de DQO soluble para cada punto muestreado. .................................................................... 90 Tabla 5-3: Cálculo de porcentaje de agua retornada por deshidratación de lodos en la PTR ................................. 92 Tabla 5-4: Eficiencia de remoción de DQO soluble de la PTR .............................................................................. 92 Tabla 5-5: Caudales convergentes a ESVAL, parámetros de carga orgánica ......................................................... 94 Tabla 5-6: DQO [mg/l] medida en ensayo de biodegradabilidad aerobia ............................................................... 95 Tabla 5-7: Resultados de la degradación aerobia cambiando diariamente el afluente ............................................ 99 Tabla 5-8: Resultados de la DBO5 soluble medida en efluente de piloto aerobio y relación con la DQO soluble100 Tabla 5-9: Altura de la interfaz lodo-clarificado en el tiempo para el líquido de mezcla del reactor aerobio. ..... 101 Tabla 5-10: Granulometría del carbón activo de cuesco de durazno .................................................................... 102 Tabla 5-11: Datos para cálculo de isoterma de adsorción ..................................................................................... 103 Tabla 5-12: Resultados para la columna de adsorción .......................................................................................... 104 Tabla 5-13: Cálculos para la regresión lineal del modelo BDST .......................................................................... 104 Tabla 5-14: Valores de regresión BDST para columna de adsorción ................................................................... 106 Tabla 5-15: Resultados de oxidación con peróxido de una muestra del pozo de PALATAL ............................... 108 Tabla 5-16: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando TiO2/UV(380 [nm]) y variando aire, en ausencia
de H2O2 ........................................................................................................................................................ 109 Tabla 5-17: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando TiO2/UV(380 [nm]) y variando dosis de H2O2, en
ausencia de aire ........................................................................................................................................... 109 Tabla 5-18: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO/UV(380 [nm]) y variando dosis de H2O2, en
ausencia de aire ........................................................................................................................................... 109 Tabla 5-19: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO, variando longitud de onda de luz UV ...... 110 Tabla 5-20: Resultados de fotocatálisis heterogénea para TiO2 y ZnO, con Luz UV de 380 [nm], sin adición de
aire, sin adición de peróxido........................................................................................................................ 110 Tabla 5-21: Resultados de fotólisis con UV de 254 [nm] y H2O2 ......................................................................... 111 Tabla 6-1: Datos de simulación del efluente de BASF tratado por lodos activados durante monitoreo de RILES
..................................................................................................................................................................... 113 Tabla 6-2: Valores para caudales y SSV con TRH de 24 [h] mezclando todo el RIL con aguas servidas ........... 116 Tabla 6-3: Valores para caudales y SSV con TRH de 15 [h] mezclando todo el RIL con aguas servidas ........... 119 Tabla 6-4: Valores para caudales y SSV con TRH de 24 [h] mezclando 90 [m
3/d] de RIL de PTR con aguas
servidas ........................................................................................................................................................ 119 Tabla 6-5: Valores estimados para la DBO5 total en el efluente de fábrica con tratamiento parcial de los RILES de
PTR mediante lodos activados .................................................................................................................... 121 Tabla 7-1: Inversión en tratamiento parcial de efluente de PTR en lodos activados ............................................ 128 Tabla 7-2: Costo operacional de tratamiento parcial del efluente de PTR en lodos activados ............................. 128 Tabla 7-3: Inversión en tratamiento total del efluente de PTR en lodos activados ............................................... 128 Tabla 7-4: Costo operacional de tratamiento total del efluente de PTR en lodos activados ................................. 128
ÍNDICE Pág. 10
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2-1: DBO5 medida en el efluente de la planta Quintero de BASF Chile S.A. (6) ....................................... 18 Figura 2-2: Distribución de la DBO5 entre Junio de 2008 y Diciembre de 2009 (6). ............................................. 19 Figura 2-3: Fotografía de estanques ecualizadores en operación ............................................................................ 21 Figura 2-4: Fotografía de equipos floculadores ...................................................................................................... 22 Figura 2-5: Sistema de deshidratación de lodos de la PTR ..................................................................................... 22 Figura 2-6: Diagrama del sistema de riles, desde su generación a su disposición final. ......................................... 24 Figura 2-7: Gráfico de los caudales expuestos en la Tabla 2-4 ............................................................................... 25 Figura 2-8: Resultado entregado por ANAM a una muestra de efluente de la planta BASF Quintero.(8) ............. 26 Figura 3-1: Esquema general de tratamiento de aguas por lodos activados - Elaboración propia .......................... 31 Figura 3-2: Acanalamiento en un sedimentador secundario compacto (11) ........................................................... 32 Figura 3-3: Esquema de la PTAS de BASF Chile, Quintero - Elaboración propia ................................................. 35 Figura 3-4: Isotermas experimentales para la biosorción de cromo con cuescos de aceituna para 25 y 60 [°C] (14)
....................................................................................................................................................................... 37 Figura 3-5: Esquema representativo del perfil de concentración de adsorbato en un lecho fijo (13). .................... 38 Figura 3-6: Perfil de concentración a la salida del lecho fijo de adsorción respecto del tiempo (13). .................... 39 Figura 4-1: Programación del monitoreo por puntos de muestreo .......................................................................... 49 Figura 4-2: Estructura principal del soporte para ensayo aerobio – Elaboración propia ........................................ 51 Figura 4-3: Vista superior del soporte para ensayo aerobio (pieza A) – Elaboración propia .................................. 51 Figura 4-4: Soporte de reactores para ensayo de biodegradabilidad (Fotografía) ................................................... 52 Figura 4-5: Esquema del reactor aerobio utilizado en el ensayo ............................................................................. 53 Figura 4-6: Dibujo de la estructura de acrílico del reactor aerobio continuo .......................................................... 55 Figura 4-7: Reactor piloto de lodos activados antes de comenzar las pruebas ....................................................... 56 Figura 4-8: Reactor piloto de lodos activados (Fotografía de pruebas hidráulicas) ................................................ 57 Figura 4-9: Reactor piloto de lodos activados (Fotografía de difusores de aire del biorreactor) ............................ 57 Figura 4-10: Piloto de lodos activados en operación continua (Fotografía del biorreactor y sedimentador) .......... 59 Figura 4-11: Piloto de lodos activados en operación (Fotografía del reflujo de lodos) .......................................... 60 Figura 4-12: Planta piloto de lodos activados en operación continua (Fotografía de vista frontal) ........................ 60 Figura 4-13: Dibujo de filtro de arena – Elaboración propia .................................................................................. 66 Figura 4-14: Set de tamices para granulometría utilizado. ...................................................................................... 67 Figura 4-15: Estructura de la columna de adsorción por GAG – Elaboración propia ............................................. 69 Figura 4-16: Vista lateral bypass de la bomba para el sistema de adsorción .......................................................... 72 Figura 4-17: Vista frontal del sistema de adsorción – Elaboración propia ............................................................. 73 Figura 4-18: Sistema de adsorción para operación continua (Fotografía frontal) ................................................... 74 Figura 4-19: Diagrama del fotorreactor utilizado para oxidación avanzada – Elaboración propia ......................... 78 Figura 4-20: Estufa de secado regulable a 105 [°C] ............................................................................................... 85 Figura 4-21: Mufla regulable a 550 [°C] ................................................................................................................ 85 Figura 4-22: Balanza analítica ................................................................................................................................ 86 Figura 4-23: Medidor de pH ................................................................................................................................... 88 Figura 5-1: Dimensiones de un floculador de la PTR ............................................................................................. 91 Figura 5-2: Gráfico de aportes de carga orgánica diaria a la PTR .......................................................................... 93 Figura 5-3: Biodegradabilidad aerobia para R2 (100% RIL) y R3 (90% RIL y 10% AS) – Elaboración propia. . 95 Figura 5-4: pH del ensayo de biodegradabilidad en sistema aerobio para R2 (100% RIL) y R3 (90% RIL y 10%
AS) – Elaboración propia. ............................................................................................................................. 96 Figura 5-5: Degradación de DQO soluble durante seguimiento de piloto aerobio ................................................. 97 Figura 5-6: Evolución de pH en reactor piloto de lodos activados – Elaboración propia. ...................................... 98 Figura 5-7: Lodo voluminoso en piloto de lodos activados (Fotografía del sedimentador secundario) ................. 99 Figura 5-8: Comportamiento del pH durante el muestreo en piloto aerobio ......................................................... 100 Figura 5-9: Efecto de la filtración del RIL en el sistema de adsorción ................................................................. 102 Figura 5-10: Isoterma de adsorción para carbono activo a 20 [°C]....................................................................... 103 Figura 5-11: Curvas de ruptura a distintas concentraciones de afluente ............................................................... 105 Figura 5-12: Parámetros de regresión para BDST ................................................................................................ 105 Figura 5-13: Remoción de DQO con UV/H2O2 – Elaboración propia. ................................................................. 111 Figura 6-1: Actual distribución de caudales que componen el efluente de fábrica ............................................... 112 Figura 6-2: Distribución de caudales necesaria para tratar el 100% de efluente de PTR ...................................... 113 Figura 6-3: Esquema de la planta de lodos activados ........................................................................................... 114
ÍNDICE Pág. 11
Figura 6-4: Determinación gráfica de tu para TRH = 24 [h] ................................................................................. 117 Figura 6-5: Distribución de caudales con tratamiento parcial de los RILES de PTR mediante lodos activados en la
actual PTAS ................................................................................................................................................ 122 Figura 6-6: Comportamiento de la DQO a la salida del sistema de adsorción. ..................................................... 124
1 INTRODUCCIÓN Pág. 12
1. INTRODUCCIÓN
El ser humano, a través de la evolución como sociedad ha ido tomando conciencia del
medio que lo rodea. Diferentes estudios revelan que se están agotando los recursos no
renovables y algunos que eran considerados como renovables ya no lo son. La velocidad a la
cual se está contaminando el planeta supera con creces a la velocidad de recuperación o
limpieza del medio por métodos naturales. Es por esto, que la mayoría de los países están
tomando medidas para reparar el daño que se ha hecho al medio ambiente desde que el ser
humano está la Tierra.
Las medidas que mayor poder tienen, son las medidas legales. Es por esto que se han
implementado leyes, normas y reglamentos para limitar las emisiones contaminantes de cada
recurso. El recurso hidrológico es uno de los recursos que ha tomado fuerza en los últimos
años en el marco legal, implementando normas que limitan la calidad de los efluentes de las
fuentes emisoras. La mayor contaminación de aguas es producto del desarrollo de la industria,
por lo cual en Chile se ha restringido con fuerza sus emisiones de residuos líquidos. Entre la
normativa para la medición de calidad del agua y vertido se encuentran el D.S. 90 y el D.S.
609.
La planta BASF ubicada en Camino Quintero, perteneciente a BASF CHILE S.A., se
subdivide en tres plantas que involucran procesos químicos. En éstas se producen adhesivos
industriales, resinas de poliéster, y poliestireno expandible, principalmente.
Todos los procesos se realizan en reactores agitados batch (específicos para cada
planta), los cuales son lavados interiormente cuando cambian las especificaciones del producto
a procesar. La planta Palatal genera distintas resinas utilizando los mismos reactores; de igual
manera, la planta Dispersiones produce distintos adhesivos utilizando siempre los mismos
reactores. El agua de lavado de los reactores de cada planta, además del agua utilizada de
forma constante en la planta Styropor en la síntesis del poliestireno, constituyen los residuos
industriales líquidos (RILES) que son tratados en la planta de tratamiento de RILES (PTR) de
BASF y finalmente dispuestos en el alcantarillado de propiedad de ESVAL.
Por esta razón, el efluente debe cumplir con lo especificado en el D.S. 609 modificado.
En la Tabla Nº 4, del punto 4 de dicho decreto, se especifica que la DBO5 del efluente a
1 INTRODUCCIÓN Pág. 13
ESVAL no debe superar las 300 [mg/l]. Por otra parte, ESVAL ofrece una tarifa por el
tratamiento de las aguas con DBO5 superiores a 300 [mg/l] con límite máximo de 600 [mg/l].
Sin embargo, los efluentes de la PTR en ciertas ocasiones, por distintas razones, presentan
valores sobre los 600 [mg/l], lo que representa un problema para la empresa, ya que implica
costos por remuestreo, cartas de amonestación y finalmente, multas.
Si bien estos residuos son tratados en la planta de tratamiento, se puede observar que
el valor de la DBO5, medida en el autocontrol exigido por ESVAL a BASF, tiene una gran
variabilidad y rango. Este autocontrol debe realizarse dos veces por mes mediante un
laboratorio externo a BASF.
Por tanto, el objetivo general de este estudio es evaluar cinco alternativas de
tratamiento para resolver el problema de bajar la carga orgánica del efluente de planta y
reducir su variabilidad.
Entre los objetivos específicos se pueden nombrar los siguientes:
- Diagnóstico de la generación de RILES.
- Determinar la biodegradabilidad aerobia máxima del RIL tratado en la PTR.
- Seguimiento y estabilización de una planta de lodos activados a nivel de laboratorio
hasta conseguir un tiempo de residencia en el biorreactor de 24 [h] para una mezcla
de RIL tratado en la PTR y aguas servidas, donde el RIL tratado constituyó el 90%
de la mezcla y las aguas servidas el 10%.
- Determinación del tiempo de agotamiento de un sistema de adsorción por carbón
activado granular (CAG) en lecho fijo.
- Determinación de la remoción de carga orgánica mediante oxidación química en
los puntos de generación, es decir, antes de ingresar a la PTR.
- Determinación de la remoción de carga orgánica en el RIL tratado en la PTR
mediante Oxidación Avanzada, aplicando Fotólisis UV y Fotocatálisis
Heterogénea.
- Análisis de factibilidad técnica de cada alternativa.
- Estimación de costos para la mejor alternativa
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 14
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO
2.1. ACTIVIDADES DE LA PLANTA BASF QUINTERO
Los productos generados en BASF son principalmente adhesivos, resinas y poliestireno
expandible. A continuación se entrega una breve descripción de las líneas de producción y
algunos productos.
Adhesivos
o Polímeros sensibles a la presión: BASF ofrece dispersiones acrílicas (Acronal®) y
UV-HotMelts-Acrílicos (AcResin®) para la fabricación de etiquetas de papel,
poliolefinas, PVC, etc. y cintas de embalaje, industriales, medicinales, etc.
o Polímeros para adhesivos industriales: Con las dispersiones acrílicas (Acronal®) y
poliuretánicas (Luphen®) y de otras bases químicas se pueden fabricar adhesivos
amigables con el medio ambiente que se encuentran en aplicaciones tales como
adhesivos de embalaje, etiquetado en húmedo, envases flexibles, laminación de
cartón impreso, laminación 3D de madera, adhesivos en barra, etc.
o Otras aplicaciones: Las dispersiones poliméricas Acronal® tienen distintas
aplicaciones incluso en la construcción (1).
Resinas
o Palatal P 98 T: Resina de poliéster ortoftálica / diciclopentadieno, tixotrópica, de
baja viscosidad y reactividad media, especialmente desarrollada para aplicaciones
donde se requiere una rápida humectación de las fibras de vidrio y un rápido
desmolde. Ideal para aplicaciones con cargas minerales.
o Palatal A 430: Resina epoxiviniléster sobre la base de bisfenol A, de reactividad y
viscosidad media. Apropiada para la fabricación de piezas reforzadas con fibras de
vidrio que requieran excelente resistencia química. Los laminados presentan muy
buena resistencia térmica y alta resistencia a grandes cargas mecánicas dinámicas
(2).
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 15
Poliestireno Expandible
o Styropor® es un poliestireno expandible que contiene un agente expansivo. Se
obtiene mediante un procedimiento de polimerización del monoestireno con
adición de pentano. Los plásticos celulares fabricados a base de Styropor poseen
una estructura formada por millones de finas células rellenas de aire. Para los
sectores de la construcción, embalaje y fabricación de artículos de primera
necesidad. Styropor® F tiene aplicación en el sector de la construcción, para
embalajes y fabricación de artículos de primera necesidad con acabado ignífugo,
mientras que Styropor® P se aplica en los sectores de la construcción, embalaje y
fabricación de artículos de primera necesidad(3).
La Tabla 2-1 muestra los datos de producción del año 2009 para cada planta.
Tabla 2-1: Producción de BASF (Quintero) para el año 2009 según planta
Fuente: Elaboración propia
Planta Producción [ton]
PALATAL 3.434
STYROPOR 14.441
DISPERSIONES 13.118
TOTAL 30.993
2.2. NORMATIVA CHILENA APLICABLE A BASF CHILE S.A.
PLANTA QUINTERO
La planta Quintero de BASF Chile utiliza agua proveniente de un canal de regadío
como agua de servicio. Esta agua es utilizada para enfriamiento de chaquetas, en un sistema de
reciclo con torres de enfriamiento, y para lavado de equipos, camiones y pisos en general.
El agua utilizada en lavado de equipos, pisos y camiones es tratada en la Planta de
Tratamiento de Riles de la fábrica (PTR) y mezclada con otras aguas para constituir el efluente
de BASF Quintero.
Existe una planta elevadora que envía el efluente de la fábrica a la planta de
tratamiento de ESVAL. Esto determina que la instalación debe cumplir con la Tabla Nº 4, del
punto 4 del D.S. 609 Of. 98 de la República de Chile, el cual ha sido modificado por última
vez el año 2004, publicado en el Diario Oficial el día 08 de Septiembre del mismo año.
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 16
La Tabla 2-2 está tomada de la publicación del D.O. y establece los “Límites máximos
permitidos para descargas de efluentes que se efectúan a redes de alcantarillado que cuenten
con plantas de tratamiento de aguas servidas”
Tabla 2-2: Límites máximos permitidos para el efluente de BASF Chile planta Quintero (4)
PARÁMETROS UNIDAD EXPRESIÓN LIMITE MÁXIMO
PERMITIDO
Aceites y grasas mg/l A y G 150
Aluminio mg/l Al 10
Arsénico mg/l As 0,5
Boro mg/l B 4
Cadmio mg/l Cd 0,5
Cianuro mg/l CN- 1
Cobre mg/l Cu 3
Cromo hexavalente mg/l Cr+6
0,5
Cromo total mg/l Cr 10
Hidrocarburos totales mg/l HC 20
Manganeso mg/l Mn 4
Mercurio mg/l Hg 0,02
Níquel mg/l Ni 4
pH Unidad pH 5,5-9,0
Plomo mg/l Pb 1
Poder espumógeno mm PE 7
Sólidos Sedimentables ml/l 1 h S.D. 20
Sulfatos mg/l SO4-2
1.000
Sulfuros mg/l S-2
5
Temperatura ºC Tº 35
Zinc mg/l Zn 5
DBO5 mg/l DBO5 300
Fósforo mg/l P 10-15
Nitrógeno amoniacal mg/l NH4+ 80
Sólidos Suspendidos Totales mg/l S.S. 300
Además, la norma establece la autorización para que este tipo de instalación entregue
valores sobre lo normado según acuerde con la empresa sanitaria a la que descargan los
RILES, como sigue (5):
“4.4 Los establecimientos industriales que descarguen su efluente en una red de
alcantarillado que cuente con planta de tratamiento de aguas servidas autorizada para
aplicar cargo tarifario, podrán solicitar al prestador de servicios sanitarios de quien reciben
el servicio de recolección de aguas servidas, autorización para descargar efluentes con una
concentración media diaria superior a los valores máximos permitidos en la Tabla Nº4,
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 17
respecto de los contaminantes DBO5, fósforo, nitrógeno amoniacal y sólidos suspendidos
totales. […] Si el prestador accediere a esta solicitud, deberá celebrarse por escrito un
convenio […] que contendrá, sin perjuicio de lo que las partes libremente convengan, la
expresa mención del límite máximo de concentración admisible para cada uno de los
contaminantes sometidos a tolerancia.”
En base a esto, la planta de BASF Chile ubicada en Quintero tiene un límite de DBO5
de 600 [mg/l] en sus descargas al alcantarillado de ESVAL.
2.3. COMPORTAMIENTO HISTÓRICO DE LA CARGA ORGÁNICA
EN BASF CHILE PLANTA QUINTERO
La Figura 2-1 muestra el comportamiento de la DBO5 medida para el efluente desde
junio del 2008, fecha en la cual dejó de funcionar la planta AGRO, hasta diciembre de 2009.
Desde el término del funcionamiento de AGRO, la planta conserva la misma configuración1.
Se ha destacado con una línea naranja el límite establecido por la norma, 300 [mg/l].
Sobre este valor, ESVAL aplica un costo de tratamiento. Sin embargo, dicha empresa exige
que las aguas no superen los 600 [mg/l], limite destacado con la línea roja. Cuando este límite
es superado, BASF recibe multa y cartas de amonestación que ponen en riesgo la continuidad
de las operaciones de la planta. Se puede observar que el 50% de los datos supera el límite
normado y un 14% de ellos supera los 600 [mg/l] exigidos por ESVAL. Esto requiere, por lo
tanto, una modificación en el proceso de tratamiento.
Para poder obtener información útil de los datos de DBO5 muestreados, se ha revisado
la normalidad de ellos. El ANEXO contiene los datos ordenados y los detalles del Test
aplicado.
1 El remuestreo se realiza si alguno de los parámetros monitoreados en el autocontrol se encuentra fuera del rango
normado, con tal de entregar a ESVAL dos monitoreos que cumplan la norma, tal como se exige.
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 18
Figura 2-1: DBO5 medida en el efluente de la planta Quintero de BASF Chile S.A. (6)
Los principales parámetros que entregan estos datos son:
X = 356 [mg/l] (media muestral)
S = 183 [mg/l] (desviación estándar muestral)
N = 42 (número de datos medidos)
MAXD = 0,182 (diferencia entre la frecuencia acumulada y la
probabilidad acumulada normal)
Se aplicó el Test de Lilliefors con N=42 y significancia de 0,05; la MAXD permitida fue
de 0,137. Por lo tanto, se rechaza la hipótesis de normalidad para los datos. A raíz de esto, no
se puede utilizar esta información como base para modelar procesos ni predecir
comportamiento.
Esto resulta más evidente al obtener el histograma de frecuencias, según se muestra en
la Figura 2-2. En esta figura también se puede observar que un 14,3% de los datos
muestreados superan incluso el acuerdo existente con ESVAL.
0
150
300
450
600
750
900
jun
-08
jul-
08
ago
-08
sep
-08
oct
-08
no
v-0
8
dic
-08
ene-
09
feb
-09
mar
-09
abr-
09
may
-09
jul-
09
ago
-09
sep
-09
oct
-09
no
v-0
9
dic
-09
DB
O5
[mg/l
]
mes de muestreo
Primer Muestreo Segundo Muestreo Remuestreo
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 19
Figura 2-2: Distribución de la DBO5 entre Junio de 2008 y Diciembre de 2009 (6). Se puede observar que
en un 14,3% de los monitoreos de autocontrol realizados durante este periodo se ha sobrepasado el límite
máximo permitido por ESVAL para la DBO5, que es de 600 [mg/l].
Es necesario entonces, obtener datos actualizados y útiles para este fin. Dichos datos se
han generado en la parte experimental de esta memoria.
2.4. GENERACIÓN DE RILES
Se pueden identificar 10 puntos generadores de RILES en la planta BASF. Estos son:
1. Planta PALATAL
2. Planta STYROPOR
3. Planta DISPERSIONES
4. Laboratorio de Control de Calidad
5. Laboratorio de Desarrollo
6. Despacho de productos de DISPERSIONES
7. Lavado de camiones
8. Lavado de pisos y sacos en la PTR
9. Agua de sellos de los trituradores de cada ecualizador.
10. Agua de rechazo de la Planta de Ósmosis
19,0%
31,0%
16,7%
14,3%
4,8%
9,5%
2,4% 2,4%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
100 250 350 450 550 650 750 850
Fre
cuen
cia
rela
tiv
a
marca DBO5 [mg/l]
600
14,3%
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 20
Sin embargo, los primeros 9 puntos envían sus residuos a la Planta de Tratamiento de
Riles (PTR) y además esto se efectúa de manera intermitente, generando así el problema de la
variabilidad del afluente a PTR. El agua de rechazo de ósmosis no ingresa a la PTR, sino que
se une al efluente de ésta aguas abajo.
Existen muy pocos datos acerca del aporte de carga orgánica de cada uno de estos
puntos, ya que se muestreó en origen una vez el año 2008 y una vez el año 2009. Por lo tanto,
fue necesario hacer un seguimiento de los puntos con tal de considerar una posible solución
antes de que sus riles lleguen a la PTR, disminuyendo así el caudal total a tratar. Además es
necesario tener un perfil de los residuos líquidos de la planta completa debido a que éste no
existe, y esto conlleva a un desconocimiento del porqué la DBO5 supera en ocasiones las 600
[mg/l] en circunstancias que la planta produce la misma gama de productos todos los meses.
En esta memoria se generan datos de carga orgánica, medida principalmente a través de la
DQO, y se registran valores de caudales para cada punto generador.
2.5. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE
RILES DE BASF QUINTERO
Cada uno de los puntos generadores de residuos líquidos dentro de la planta, converge
finalmente en dos ecualizadores, de los cuales sólo se utiliza uno a la vez. Desde el
ecualizador que está lleno y mezclado, se alimentan dos floculadores ajustando el pH entre 6,5
y 7,2. Una vez inspeccionado visualmente el sobrenadante de la floculación, se descarga a un
estanque pulmón, desde donde se envía a la planta elevadora, mezclándose aguas abajo con el
agua de rechazo de la Planta de Ósmosis, los efluentes de la PTAS (planta de tratamiento de
aguas servidas de BASF), el agua del Polvorín y los condensados de la caldera.
Los lodos generados en la floculación se llevan a un espesador, que envía el clarificado
de vuelta a los ecualizadores y los lodos a unos big-bag, que son unos sacos cúbicos de
material flexible, por cuyas paredes filtra el agua del lodo, cayendo por gravedad a canaletas
que convergen a una cámara y finalmente a los ecualizadores. Cuando deja de escurrir agua, se
montan varios big-bag, unos sobre otros con tal que escurran mayor cantidad de agua hacia las
canaletas por presión entre sí.
El lodo resultante de esta deshidratación se dispone como residuo sólido no peligroso.
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 21
La PTR, que actualmente es operada por la empresa ECORILES S.A., se compone
principalmente de los equipos indicados en la Tabla 2-1.
Tabla 2-3: Principales equipos de la planta de tratamiento de RILES para BASF Quintero
Equipo Descripción Capacidad [m3]
Configuración
Geométrica
E-770A ECUALIZADOR 250 CÚBICA
E-770B ECUALIZADOR 250 CÚBICA
E-773 ESTANQUE PULMÓN 30 CÚBICA
R-770 FLOCULADOR 38 CÓNICA - CILÍNDRICA
R-771 FLOCULADOR 38 CÓNICA - CILÍNDRICA
R-772 ESPESADOR 10 CÚBICA
Todos los procesos son del tipo batch.
Las imágenes de la Figura 2-3 a la Figura 2-5 fueron tomadas durante el estudio y
corresponden a las instalaciones de la actual planta de tratamiento de RILES de Basf Quintero.
Se puede observar en la Figura 2-3 que uno de los ecualizadores está lleno y el otro
vacío. Al que está lleno (derecha) se realiza el Test de Jarras y corresponde a la alimentación
de los floculadores, mientras que el ecualizador vacío (izquierda) recibe los RILES del día.
Ambos ecualizadores se alternan a medida que uno se llena el otro se vacía.
Figura 2-3: Fotografía de estanques ecualizadores en operación
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 22
Figura 2-4: Fotografía de equipos floculadores
Figura 2-5: Sistema de deshidratación de lodos de la PTR
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 23
Para establecer el procedimiento de muestreo, se debe identificar los puntos mediante
los cuales realizar el seguimiento de la planta. Los puntos en los cuales se ha medido la DQO
en este estudio son 9 y se muestran en la Figura 2-6, en forma de rombo.
2.6. CAUDALES INVOLUCRADOS
La Tabla 2-4 resume los caudales mensuales registrados por los medidores instalados a
través de la planta Quintero de BASF Chile S.A. para los meses de Enero a Agosto del año
2010.
Tabla 2-4: Caudales desde Enero a Agosto del año 2010 en la planta BASF Quintero
(7)
La Figura 2-7 grafica los datos de cada punto respecto del efluente. Se puede observar
el mayor aporte lo realiza la PTR, seguido del agua de Rechazo de ósmosis y la PTS. Dichos
caudales son estables comparados con los otros que varían según la estación.
A partir de esta información podría suponerse poca variabilidad de la carga orgánica en
el efluente, cosa que ya se ha demostrado, en realidad no se cumple.
Esta contradicción, se debe, principalmente, al desconocimiento de la distribución
diaria del agua generada, que puede ser responsable de las variaciones en la DBO5 por tener
mezclas muy distintas entre un día y otro, ya que los puntos generadores no están coordinados
entre si y descargan de forma intermitente, sin un patrón fijo.
Por lo tanto, en esta memoria, se generan datos diarios de caudal en el balance de
masa, con tal de establecer los principales responsables de la variación de la materia orgánica
en el efluente.
ENE.
[m3]
FEB.
[m3]
MAR.
[m3]
ABR.
[m3]
MAY.
[m3]
JUN.
[m3]
JUL.
[m3]
AGO.
[m3]
PTAS 544 559 1.035 1.063 796 485 554 585
POLVORÍN 661 387 189 8 7 209 6 150
PTR 2.280 2.525 2.054 2.243 1.487 1.428 1.766 1.839
RECH. OSM. 1.454 1.228 1.221 1.349 1.143 1.126 1.370 1.595
OTRAS 1095 97 702 1.110 1.382 1.133 1.403 1.233
A ESVAL 6.034 4.796 5.201 5.773 4.815 4.381 5.099 5.402
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 24
Figura 2-6: Diagrama del sistema de riles, desde su generación a su disposición final.
Fuente: Elaboración Propia
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 25
Figura 2-7: Gráfico de los caudales expuestos en la Tabla 2-4
2.7. RELACIÓN DQO/DBO5 EN EL EFLUENTE A ESVAL, VALORES
SOLUBLES
Generalmente, se puede realizar una estimación de la DBO5 en un 50% del valor de la
DQO que presenta una muestra. Sin embargo, cada vez que se hay un problema en el valor de
la DBO5, se presenta la DBO5 soluble con un valor excesivo. Un ejemplo de ello se muestra en
la Figura 2-8, donde la DBO5 soluble alcanza el 94% de la DBO5 medida.
En base a esto, si se logra minimizar el valor de la DBO5 soluble, se minimiza también
el valor normado. Sin embargo, el test de DBO5 es difícil de realizar en laboratorio por los días
que demora en estar listo, el espacio utilizado, el control de la temperatura y el número de
diluciones que hay que realizar a la muestra para obtener un valor dentro del rango. Además la
lectura y análisis de datos emplea un tiempo significativamente mayor que el test de DQO.
-
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
EN
ER
O
FE
BR
ER
O
MA
RZ
O
AB
RIL
MA
YO
JUN
IO
JUL
IO
AG
OS
TO
RIL
[m
3/m
es]
Mes de 2010
PTAS
POLVORIN
PTR
RECH. OSM.
OTRAS
MEDIDOR ESVAL
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 26
Todas estas consideraciones son la base para realizar los análisis en el laboratorio de la
universidad2 y no encargándolos a un laboratorio externo.
Figura 2-8: Resultado entregado por ANAM a una muestra de efluente de la planta BASF Quintero.(8)
Debido a esto, es útil analizar la relación existente entre la DQO soluble y la DBO5
soluble de las muestras obtenidas del efluente de la planta BASF Quintero.
La Tabla 2-5 contiene los datos referidos para distintos meses del año 2010.
2 Universidad Técnica Federico Santa María – Casa Central – Valparaíso
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 27
Tabla 2-5: Parámetros que miden la materia orgánica soluble entre enero y agosto del 2010 (9)
MES DBO5SOL
[mg/l]
DQOSOL
[mg/l] R
ENERO 246 453 0,54
148 217 0,68
FEBRERO 237 572 0,41
323 687 0,47
MARZO 166 396 0,42
467 852 0,55
ABRIL
227 547 0,41
624 1190 0,52
358 638 0,56
MAYO 227 435 0,52
150 439 0,34
JUNIO 211 608 0,35
207 570 0,36
JULIO 250 460 0,54
168 518 0,32
AGOSTO 204 353 0,58
345 640 0,54
Donde R se define de la siguiente forma:
]/[
]/[_5
lmgDQO
lmgDBOR
SOLUBLE
SOLUBLE (Ec. 1)
A partir de estos datos se puede analizar la normalidad de R, ordenando los datos y
calculando los parámetros necesarios para aplicar el test de normalidad, según se ha hecho a
través de la Tabla 2-6.
Aplicando la tabla de Lilliefors con una significancia del 0,05 se aprueba la hipótesis
de normalidad para los datos analizados.
2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 28
Tabla 2-6: Ordenamiento de datos y cálculos para test de normalidad – Elaboración Propia
ni R Fi Ac. Z Prob. Ac. (Z)
1 0,32 0,06 - 1,55 0,06 0,2%
2 0,34 0,12 - 1,35 0,09 2,9%
3 0,35 0,18 -1,25 0,11 7,1%
4 0,36 0,24 -1,15 0,12 11,1%
5 0,41 0,29 -0,66 0,25 4,0%
6 0,41 0,35 -0,66 0,25 9,8%
7 0,42 0,41 -0,56 0,29 12,5%
8 0,47 0,47 -0,07 0,47 0,2%
9 0,52 0,53 0,42 0,66 13,4%
10 0,52 0,59 0,42 0,66 7,5%
11 0,54 0,65 0,62 0,73 8,5%
12 0,54 0,71 0,62 0,73 2,6%
13 0,54 0,76 0,62 0,73 3,2%
14 0,55 0,82 0,72 0,76 6,0%
15 0,56 0,88 0,82 0,79 8,9%
16 0,58 0,94 1,01 0,84 9,7%
17 0,68 1,00 2,00 0,98 2,3%
Los parámetros para este conjunto de datos son los siguientes:
X = 0,48
S = 0,10
N = 17
MAXD = 0,134
Además, según distribución t-student, se puede establecer con un 95% de confianza
que la media poblacional de R se encuentra entre 0,42 y 0,523. Por lo tanto, se puede confiar
en una estimación de la DBO5 soluble a partir del valor obtenido para la DQO soluble en el
efluente de la planta BASF Quintero.
3 Para las estimaciones de la DBO5 soluble a partir de la DQO soluble se utilizó el límite superior, es decir, 0.52
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 29
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO
Las aguas residuales de BASF Quintero son tratadas por floculación como tratamiento
primario, lo que reduce todos los contaminantes presentes en ella, excepto una baja fracción
que no flocula. Por lo tanto, el objetivo de las alternativas propuestas es solo degradar la
materia orgánica que no ha sido removida en el tratamiento primario, constituida
principalmente por compuestos solubles.
Se han realizado pruebas a nivel laboratorio en distintos puntos del sistema con tal de
atacar el problema. Las pruebas realizadas se describen en la sección 4.2 de manera detallada.
A continuación se entregan las consideraciones en las cuales se basan éstas.
3.1. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS
3.1.1. OBJETIVO
En este estudio se realizan ensayos aerobios para efluente de la PTR y una mezcla de
éste con aguas servidas. Además se monitoreó un reactor aerobio continuo escala laboratorio
con lodos provenientes de la actual PTAS hasta un tiempo de residencia hidráulico (TRH) de
24 [h].
3.1.2. DESCRIPCIÓN
La eliminación de la materia orgánica se consigue mediante la acción de una variedad
de microorganismos aerobios que la convierten en productos de combustión con menor
demanda de oxígeno, como CO2, y tejido celular. Debido a que el tejido celular es levemente
más denso que el agua, se puede eliminar la biomasa por decantación. Además, la separación
del tejido celular del agua tratada es fundamental, pues al ser materia orgánica constituye parte
de la DBO5 medida del efluente.
Para una óptima degradación de la materia orgánica, se deben cumplir los
requerimientos biológicos y ambientales de los microorganismos, como son los nutrientes
celulares, la temperatura y el pH.
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 30
De esta manera, según los tipos de microorganismos presentes en el líquido de mezcla,
existirá un pH y temperatura óptimos para la degradación. La mayoría de las bacterias no
toleran pH inferiores a 4,0 ni superiores a 9,5, situando el pH óptimo para el crecimiento entre
6,5 y 7,5 (10).
Para asegurar el crecimiento microbiano se debe proporcionar un tiempo de
permanencia en el sistema suficiente para que se reproduzcan. Este tiempo está relacionado
con la tasa de crecimiento, que está íntimamente ligada a la velocidad de degradación de la
materia orgánica. A través del control de las condiciones ambientales se puede estabilizar el
sistema por medio de la tasa de crecimiento.
El diseño del proceso se basa principalmente en la cinética de crecimiento y
degradación del sustrato, como en cualquier reactor biológico.
El sistema de lodos activados considera principalmente dos procesos que ocurren de
manera consecutiva:
1. Degradación de materia orgánica adicionando oxígeno al líquido de mezcla que
contiene el RIL y los microorganismos. El oxígeno generalmente se
proporciona mediante difusores de aire.
2. Separación de los microorganismos del agua residual mediante decantación de
los lodos generados.
La Figura 3-1 representa el sistema general de lodos activados. En ella se puede
observar que el agua residual se mezcla con microorganismos y aire en el biorreactor, donde
ocurre la degradación. Posterior a esto, la mezcla llega a un sedimentador, conocido como
Sedimentador Secundario, donde los microorganismos decantan como un lodo concentrado
que sale por el fondo. Los lodos son devueltos a la cámara de aireación y el exceso de biomasa
se retira para su secado y disposición como residuo sólido. Los lodos retirados del sistema son
conocidos como lodos purgados.
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 31
Figura 3-1: Esquema general de tratamiento de aguas por lodos activados - Elaboración propia
Actualmente existen muchas modificaciones al proceso original. La Tabla 3-1 cita algunos de
ellos.
Tabla 3-1: Ejemplos de reactores de lodos activados y eficiencia en la degradación de la DBO5
(10)
Modificación del Proceso Modelo de Flujo Sistema de Aireación
Eficiencia de
Eliminación
de DBO, %
Convencional Flujo en pistón Difusores de aire,
aireadores mecánicos 85-95
Reactor de mezcla completa Agitado,
mezcla completa
Difusores de aire,
aireadores mecánicos 85-95
Aireación con alimentación
modificada Flujo en pistón Difusores de aire 85-95
Contacto y Estabilización Flujo en pistón Difusores de aire,
aireadores mecánicos 80-90
3.1.3. PARÁMETROS DE CONTROL
El objetivo del control de una planta de lodos activados es obtener un efluente que
cumpla con los objetivos para los cuales se ha diseñado. Existen distintos problemas que
pueden surgir en la operación del sistema. Algunos de los problemas más frecuentes se
detallan a continuación:
Lodo Voluminoso (Bulking): las distintas condiciones que se generan en un
biorreactor puede favorecer la proliferación de microorganismos filamentosos
dentro del biorreactor. Cuando estos microorganismos se depositan en el
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 32
sedimentador secundario, generan estructuras que atrapan los flóculos formados
por los microorganismos que poseen buena sedimentabilidad. Esto impide el
retorno de los lodos desde el fondo del sedimentador secundario al biorreactor,
generando acanalamientos como el de la Figura 3-2 cuando el sedimentador es
compacto. Además se suma el desprendimiento de flóculos hacia el efluente,
disminuyendo drásticamente su calidad.
Figura 3-2: Acanalamiento en un sedimentador secundario compacto (11)
Espuma: la presencia de espuma es normal en el biorreactor. Sin embargo, bajo
ciertas condiciones la espuma se puede volver excesiva y generar problemas
operacionales como ser trasladada a otros sitios de la planta por el viento,
generar malos olores, tapar los deflectores del sedimentador secundario y
arrastrar microorganismos al efluente. Uno de los tipos de microorganismos
responsables de espuma desfavorable son los de la familia Nocardia. Lo normal
es una capa de espuma de 5 a 8 [cm] de altura. (12)
Lodo Ascendente: se produce como consecuencia de la desnitrificación en el
fondo del sedimentador, mediante la cual se generan burbujas de N2 que quedan
atrapadas en el seno de los flóculos, provocando una disminución de la
densidad de estos y por lo tanto su ascenso. Al ascender, los flóculos son
arrastrados al efluente.
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 33
Para evitar estos y otros problemas, se pueden identificar los siguientes parámetros
como fundamentales para el control del proceso:
3.1.3.1. Reciclo y Purga de Lodo
A través del reciclo de lodos desde el sedimentador secundario al biorreactor y la purga
de estos, se puede controlar la población de microorganismos existentes en el biorreactor de
manera de favorecer los microorganismos que forman flóculos de buena sedimentabilidad.
Se puede observar que al aumentar la edad del lodo mejora la sedimentabilidad de los
flóculos biológicos, donde la edad del lodo se conoce como tiempo medio de retención celular
y se define como la razón entre la masa de microorganismos en el biorreactor y la masa de
microorganismos que sale del sistema como purga, asumiendo que no hay microorganismos
en el efluente:
(Ec. 2)
Donde:
: Tiempo de retención celular medio [d]
: Volumen del biorreactor o cámara de aireación [m3]
: Concentración de microorganismos en el biorreactor [kgSSV/m3]
: Caudal de purga de lodos [m3]
: Concentración de microorganismos en la purga de lodos [kgSSV/m3]
Sin embargo, a medida que aumenta el tiempo de retención celular las condiciones
anaerobias en los lodos de fondo del sedimentador favorece la desnitrificación provocando la
flotación de flóculos y el arrastre de ellos al efluente.
También se puede observar que las bajas concentraciones de sustrato en el biorreactor
favorecen la proliferación de microorganismos filamentosos. Uno de los parámetros que
permiten el control de este punto es la razón F/M y se define a continuación.
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 34
(Ec. 3)
Donde S0 es la concentración de sustrato en el afluente, es el tiempo de residencia en
el biorreactor y X es la concentración de microorganismos en el líquido de mezcla. Para
disminuir la formación de fango voluminoso se puede disminuir F/A a un valor que favorezca
el crecimiento de microorganismos floculentos.
3.1.3.2. Sistema de Aireación
Se debe contar con un sistema de aireación con la capacidad mínima necesaria para
mantener una concentración de oxígeno disuelto de 2 [mg/l]. Una deficiencia en la
transferencia de oxígeno puede incurrir en la formación de lodos voluminosos
Sin embargo, el exceso de aireación en el biorreactor puede generar un espesor de
espuma tal que favorezca la proliferación de Nocardia. Además, el exceso de turbulencia en el
biorreactor puede cortar los flóculos, disminuyendo su velocidad de sedimentación.
3.1.3.3. pH
El pH en el efluente es uno de los parámetros indicativos de la salud de los
microorganismos. Se deben realizar pruebas previas para establecer cuáles son las condiciones
de pH óptimas para la degradación del agua residual y procurar que se mantenga relativamente
constante con el proceso. Si existe una variación importante en el pH se pone en riesgo la
salud microbiana, por lo tanto se deberá corregir para evitar la muerte celular y el subsecuente
deterioro del efluente.
3.1.4. ANTECEDENTES OPERATIVOS
El proceso de lodos activados fue desarrollado en Inglaterra en 1914 por Ardern y
Lockett y su nombre se deriva de la producción de una masa microbiana activada capaz de
reducir los residuos por vía aerobia. A lo largo del tiempo se han diseñado modificaciones al
proceso principal según los requerimientos de caudal y carga contaminante.
Actualmente, la planta Quintero de BASF Chile S.A. cuenta con una planta de lodos
activados de modelo ECOJET-300, una planta compacta que airea intermitentemente y retorna
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 35
los lodos mediante inyección de aire desde el fondo de los sedimentadores. Esta planta es
conocida como ECOSISTEM y corresponde la Planta De Aguas Servidas de la fábrica
(PTAS). A ella llegan las aguas de los baños, camarines y casino de la instalación. Tiene
capacidad para 113 [m3/día], mientras que su afluente promedio para el año 2010 bordea los
23 [m3/día], por lo que resulta interesante analizar la factibilidad de utilizar este equipo para el
tratamiento de los RILES de la PTR como tratamiento secundario.
La Figura 3-3 presenta un esquema del proceso. Las aguas servidas ingresan a una
serie de cuatro estanques aireados por difusores, tras lo cual sedimentan en dos
sedimentadores, generando el efluente. Desde el fondo de los sedimentadores se retornan los
lodos mediante tuberías de inyección de aire.
Figura 3-3: Esquema de la PTAS de BASF Chile, Quintero - Elaboración propia
3.2. ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO
3.2.1. OBJETIVO
El objetivo es determinar la efectividad del carbón activado en la remoción de materia
orgánica del RIL efluente de PTR, es decir, el sobrenadante de floculación, con tal de evaluar
la construcción de un filtro a presión de lecho fijo como continuación de la actual planta de
Aguas Servidas
Efluente
FLUJO DE AGUAS SERVIDAS
TANQUES DE AIREACION
SEDIMENTADORES
FLUJO DE LODOS
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 36
tratamiento. Se pretende determinar la adsorción de contaminante por unidad de masa de
carbón contenida en el filtro, así como el tiempo de servicio o agotamiento del filtro.
3.2.2. FUNDAMENTOS DE LA ADSORCIÓN
El proceso de adsorción líquido-sólido consiste, en términos sencillos, en la captación
de sustancias solubles (adsorbatos) presentes en una solución por la superficie de un sólido
(adsorbente). La separación se produce debido a que diferencias de peso molecular o de
polaridad dan lugar a que algunas moléculas se adhieren más fuertemente a la superficie que
otras. En muchos casos el componente que se adsorbe (adsorbato) se fija tan fuertemente que
permite una separación completa de dicho componente desde un fluido sin apenas adsorción
de otros componentes. La mayor parte de los adsorbentes son materiales altamente porosos y
la adsorción tiene lugar fundamentalmente en el interior de las partículas sobre las paredes de
los poros en puntos específicos. Algunos materiales adsorbentes tienen áreas de transferencias
de hasta 2000 [m2/g](13).
El nivel de actividad de la adsorción se basa en la concentración de la sustancia en el
agua, la temperatura y la polaridad de la sustancia. La capacidad de adsorción de un sistema se
puede determinar calculando la “isoterma de adsorción”. La fórmula utilizada para el análisis
de los datos experimentales en este estudio es la relación de Freundlich, aunque existen
también otras relaciones válidas.
3.2.2.1. Isoterma de Freundlich
Esta isoterma se basa en consideraciones experimentales (10) y es la siguiente:
neC
m
x 1
* (Ec. 4)
Donde:
m
x : Cantidad adsorbida por peso unitario de adsorbente en equilibrio [mg/g]
eC : Concentración de equilibrio del adsorbato en la solución [mg/l]
n, : Constantes empíricas.
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 37
La Figura 3-4 entrega algunas isotermas obtenidas de manera experimental en la
biosorción de cromo con cuesco de aceituna.
Figura 3-4: Isotermas experimentales para la biosorción de cromo con cuescos de aceituna para 25 y 60
[°C] (14)
Para encontrar las constantes y n , se realizan ensayos batch según se describe en
4.2.2.1, procedimiento que consiste en agitar una muestra con una cantidad de adsorbato
determinada y una masa determinada de adsorbente hasta el equilibrio, midiendo la cantidad
de adsorbato en equilibrio. La cantidad de adsorbato contenida en el carbón activado se
obtiene por diferencia entre el inicio y el equilibrio de la muestra de RIL. Las constantes se
determinan gráficamente ajustando los datos con la siguiente expresión:
eCLogn
Logm
xLog *
1
(Ec. 5)
La adsorción puede llevarse en lecho fluidizado, lecho móvil, lecho fijo o estanques
agitados según las necesidades existentes. En el presente trabajo se estudia la adsorción con
carbón activado granular (CAG) en lecho fijo.
3.2.2.2. Modelos de Concentración en Lechos Fijos
En la adsorción en lecho fijo las concentraciones en la fase fluida y en la fase sólida
varían con el tiempo y la posición en el lecho. Al principio la mayor parte de la transferencia
de materia tiene lugar cerca de la entrada del lecho, donde el fluido se pone en contacto con
adsorbente fresco. La parte del lecho donde se produce la transferencia de compuestos desde la
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 38
fase fluida a la superficie del sólido se conoce como “zona de transferencia de masa” (ZTM) y
va migrando en sentido co-corriente con el fluido a medida que el lecho se va saturando. Si al
comienzo el sólido no contiene adsorbato, la concentración en el fluido disminuye
exponencialmente con la distancia hasta prácticamente cero antes de alcanzar el extremo final
del lecho.
Las curvas características generalmente se grafican con C/C0 como parámetro
adimensional, donde C es la concentración de adsorbato en la solución, para un tiempo ti y un
largo L. El perfil de C/C0 para distintos tiempos en el lecho se puede apreciar en la Figura 3-5,
siendo L T la longitud total del lecho(13):
Figura 3-5: Esquema representativo del perfil de concentración de adsorbato en un lecho fijo (13).
Si al comienzo el sólido no contiene adsorbato, la concentración en el fluido disminuye
exponencialmente con la distancia hasta prácticamente cero antes de alcanzar el extremo final
del lecho, por lo tanto, la razón C/C0, a la salida del lecho varía en el tiempo a medida que el
carbón se satura. La Figura 3-6, que tiene forma de “S”, se conoce como curva de ruptura y
muestra la concentración en el tiempo para la salida de un lecho, es decir, C(t,LT) (13). Desde
un punto de vista práctico, el lecho se considerará saturado en el tiempo para el cual C alcance
entre el 90% y 95% de C0.
3.2.2.3. Capacidad de Adsorción de Agotamiento en Lecho Fijo
En la práctica, la capacidad de adsorción de agotamiento real, es un porcentaje de la
capacidad teórica de adsorción x/m obtenida a partir de la isoterma. Este valor es determinado
principalmente del coeficiente de transferencia de masa, el cual depende a su vez
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 39
principalmente de las propiedades del carbón y la velocidad superficial del sistema de
adsorción, definiendo velocidad superficial de la siguiente manera:
LTRANSVERSA
SArea
CaudalV (Ec. 6)
Figura 3-6: Perfil de concentración a la salida del lecho fijo de adsorción respecto del tiempo (13).
Para poder realizar un escalamiento de un piloto de laboratorio a un filtro de planta, es
necesario mantener constantes los parámetros de velocidad superficial y tamaño de partícula
del lecho filtrante.
La ecuación para el balance de masa para adsorción continua en lecho fijo, se tiene a
continuación:
)(**** dCCVoCVot
WdLA
(Ec. 7)
Reordenada según:
L
CVo
t
WA
** (Ec. 8)
Donde:
C : Concentración del adsorbato en el fluido para un tiempo t y un largo de
lecho L.
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 40
W : Concentración de adsorbato en el adsorbente (en este caso: carbón
activo), x/m
A : Densidad aparente del lecho adsorbente.
V0 : Velocidad superficial o de filtración
Por otra parte, la transferencia de masa entre el fluido y el sólido puede describirse a
través de un coeficiente global de transferencia de masa de la siguiente manera:
)(*** ecA CCaKt
W
(Ec. 9)
Donde Ce es la concentración de adsorbato en el fluido que estaría en equilibrio con el
sólido en el sistema y a es el área de transferencia de masa por longitud de lecho. Ahora bien,
si se incluye la relación de equilibrio se puede llegar a la siguiente expresión:
n
cA WCaKt
W 1***
(Ec. 10)
Existen resoluciones para este sistema de ecuaciones basadas en distintas suposiciones,
como que la isoterma es lineal o irreversible. Sin embargo, lo más efectivo es aplicar modelos
matemáticos experimentales que se han desarrollado para distintas condiciones del balance de
masa.
3.2.3. ANTECEDENTES TEÓRICOS
Existen distintos modelos matemáticos que predicen el tiempo de servicio de un
adsorbente en lecho fijo a través de su curva de ruptura experimental. A continuación se
describen algunos modelos y las consideraciones tomadas.
3.2.3.1. Modelo Lineal
Este modelo se basa en la consideración de que Ci permanece constante y que la
concentración a la salida del lecho, varia linealmente entre 0 y Cr. Se puede asumir que la
capacidad real de adsorción de agotamiento Wr, es un valor aproximado entre el 25 y el 50%
de la capacidad de adsorción de agotamiento teórica, x/m, obtenida a través de la isoterma de
adsorción experimental cuando se ingresa con Ci en la abscisa. Se utiliza principalmente en
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 41
remoción de materia orgánica en columnas de carbón activado granular (CAG). Esta relación
no considera el coeficiente de transferencia de materia como un valor dependiente de la
velocidad lineal del flujo.
Una vez estimada Wr, el tiempo de agotamiento se puede estimar a través de la
siguiente relación:
c
rri
c
rr
M
tCCQ
M
XW
2 (Ec. 11)
Donde:
Xr : masa de materia orgánica adsorbida en la columna de CAG [g]
Mc : masa de carbón de la columna [g]
Q : caudal a tratar [l/min]
Ci : concentración de materia orgánica a la entrada de la columna [g/l]
Cr : Concentración de materia orgánica en el efluente al producirse el
agotamiento [g/l]
tr : tiempo transcurrido hasta el agotamiento [min]
3.2.3.2. Modelo de Adams y Bohart
La ecuación fundamental de este modelo fue establecida por Adams y Bohart en 1920
y se utilizó originalmente para sistemas gas-sólido. Sin embargo se ha utilizado a través del
tiempo para describir otros sistemas. El modelo supone que la velocidad de sorción es
proporcional a la capacidad residual del sólido y a la concentración de la especie retenida (14).
A través del balance de masa se puede llegar a la siguiente ecuación para describir la curva de
ruptura:
(Ec. 12)
Donde :
kAB : es la constante cinética [l/mg·min]
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 42
N0 : es la capacidad de sorción volumetría máxima [mg/l]
V : es la velocidad de flujo lineal [cm/min]
Z : es la altura de la columna en [cm]
t : tiempo transcurrido [min]
Sin embargo, esta relación se utiliza generalmente de manera simplificada para C/Ci
inferiores a 0,15 por la complejidad del ajuste de los datos con tal de encontrar kAB y N0. De
este modo la ecuación se reduce a:
(Ec. 13)
3.2.3.3. Modelo BDST (Bed Depth Service Time)
Este modelo predice la relación entre la altura de relleno, Z, y el tiempo de servicio o
ruptura para una columna de lecho fijo. El desarrollo de este método es a partir del modelo
establecido en 1920 por Bohart y Adams y aplicado por Thomas en 1944 en el estudio de
adsorción con zeolitas (14).
La relación la establece Hutchins en 1973 a partir de los resultados obtenidos por los
investigadores antes nombrados.
(Ec. 14)
Donde :
: es la constante cinética en [l/mg·min]
N0 : es la capacidad de sorción volumetría máxima [mg/l]
V : es la velocidad de flujo lineal [cm/min]
Z : es la altura de la columna [cm]
tr : tiempo transcurrido [min]
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 43
El tiempo de ruptura, tr, es el necesario para que se alcance una determinada
concentración de adsorbato en el efluente, C. Si se representan los datos graficando tr respecto
de
, se puede obtener Ka y Z. Se requiere experimentar con una columna de Z
conocido y V controlado, tomando muestras a la salida de ésta en distintos intervalos de
tiempo.
3.2.3.4. Modelo de Yoon y Nelson
Propuesto en 1984, es un modelo relativamente simple dirigido a la adsorción de
vapores o gases en carbón activo. Este modelo asume que la velocidad con la que disminuye la
probabilidad de adsorción para cada molécula de adsorbato es proporcional a la probabilidad
de adsorción del adsorbato y la probabilidad de que no se adsorba el adsorbente. No requiere
de datos relativos a las características del adsorbato, tipo de adsorbente o propiedades físicas
del lecho (14). Como se puede observar es un modelo probabilístico. Debido a que su objetivo
no es la aplicación para fluidos líquidos, no se considera en este estudio.
3.3. OXIDACIÓN QUÍMICA
3.3.1. OBJETIVO
El objetivo de este método es degradar la materia orgánica reduciendo la demanda de
oxígeno mediante la adición de este elemento químicamente al residuo líquido. Se utilizó
como agente oxidante H2O2. Estas pruebas se aplicaron a los RILES de las plantas
Dispersiones y Palatal con tal de analizar la factibilidad de tratarlos antes de ingresar a la PTR.
3.3.2. DESCRIPCIÓN
El peróxido de hidrógeno, también conocido como agua oxigenada es un agente
altamente oxidante, que se autodegrada, dependiendo de su concentración y temperatura, a O2
y agua.
Los métodos utilizados son principalmente oxidación mediante reactores agitados en
puntos de generación con alta carga orgánica y en el efluente de la PTR. Las pruebas se
realizaron a temperatura ambiente, con distintas concentraciones de reactivo y los resultados
se midieron a distintos tiempos de reacción.
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 44
3.3.3. ANTECEDENTES
La activación moderada del H2O2 puede lograrse a través de catalizadores un álcali, O3
o algún ácido mineral, cuando se requiere para oxidar materia orgánica. La planta Palatal tiene
un pH promedio de 3 en sus aguas de lavado, lo cual implica presencia significativa de H+. Sin
embargo, el H2O2 sin catalizador es utilizado principalmente para remover la DQO/DBO
proveniente de tiosulfatos, sulfuros o sulfitos.
3.4. OXIDACIÓN AVANZADA
3.4.1. OBJETIVO
El objetivo es determinar la curva de degradación de la DQO en el tiempo y establecer
la viabilidad del método aplicado. En el Laboratorio de Fotoquímica de la Universidad
Técnica Federico Santa María se han estudiado estos métodos para oxidar la carga orgánica de
distintos compuestos que resisten otros tratamientos, como antibióticos, surfactantes,
colorantes y arsénico, obteniéndose resultados satisfactorios.
Los estudios involucran tiempos de reacción y el desarrollo de reactores para oxidación
avanzada con luz UV y ozono, entre otros.
3.4.2. DESCRIPCIÓN
Se han aplicado dos métodos al efluente de PTR. Cada muestra tratada tiene menos de
24 [h] desde el muestreo hasta la realización de la experiencia. Los métodos aplicados fueron:
Oxidación vía Fotocatálisis Heterogénea
Fotólisis UV/H2O2
Se aplicaron distintas dosis de peróxido para los tratamientos, como así distinto rango
de luz UV y catalizador.
Todas las experiencias se desarrollaron en reactores tubulares empacados con anillos
raschig recubiertos con catalizador adherido.
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 45
3.4.3. ANTECEDENTES
3.4.3.1. FOTÓLISIS UV/H2O2
La fotólisis con H2O2 es una variación de la oxidación química directa, utilizándose luz
UV como catalizador de activación del peróxido. La conversión del H2O2 a radical hidroxilo
tiene un rendimiento cuántico casi unitario (0,98 a 254 [nm]), y produce casi
cuantitativamente dos radicales OHpor cada molécula de H2O2(15).
El uso de UV/peróxido ofrece grandes ventajas: el oxidante es comercialmente muy
accesible, es térmicamente estable y puede almacenarse en el lugar (con los recaudos
necesarios). Como posee solubilidad infinita en agua, no existen problemas de transferencia de
masa asociados a gases, como en el caso del ozono. La inversión de capital es mínima y la
operación es simple.
Las reacciones involucradas en este método son:
OH· + H2O2 → HO2• + H2O (Ec. 15)
HO2• + H2O2 → OH• + H2O + O2 (Ec. 16)
2 HO2• → H2O2 + O2 (Ec. 17)
HO2• + OH• → H2O + O2 (Ec. 18)
3.4.3.2. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA
La primera publicación sobre este proceso de degradación de contaminantes se debe a
Carey y aparece en 1976. En una primera etapa con escasas publicaciones, aproximadamente
entre 1976 y 1985, sólo unos pocos grupos científicos trabajaron en el tema. A finales de los
80, llegó a considerarse al proceso fotocatalítico como un posible método universal para la
degradación de contaminantes orgánicos. Sin embargo, tras una serie de estudios de resultados
contradictorios, actualmente no se cree que el proceso de fotocatálisis pueda ser algo
universal, pero en cambio se han identificado aplicaciones específicas y concretas en las que la
3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 46
tecnología, desarrollada adecuadamente, puede resultar viable y competitiva, particularmente
para contaminantes refractarios a procesos convencionales.
La fotocatálisis heterogénea es un proceso que se basa en la absorción de fotones por
un sólido semiconductor. Los fotones deben tener energía suficiente, igual o superior a la
requerida para el desprendimiento de un electrón de la banda de valencia del catalizador hacia
la banda de conducción. La fotocatálisis puede ser definida como la aceleración de una foto-
reacción mediante la presencia de un catalizador (16).
Los electrones excitados son transferidos hacia la especie reducible, generando un par
electrón-hueco ( ) en la capa de valencia, a la vez que el catalizador acepta electrones de
la especie oxidable que ocupará los huecos; de esta manera el flujo neto de electrones será
nulo y el catalizador permanecerá teóricamente inalterado.
El hueco producido en la capa de valencia es capaz de producir radicales OH· según
OH- + h
+ OH· (Ec. 19)
El radical hidroxilo OH· es un poderoso agente oxidante, pero no se genera fácilmente
en soluciones. Su potencial estándar de reducción ε0 es de 2,0 [V] para la reacción:
OH· + e- OH
- (Ec. 20)
Los radicales OH· generados por la radiación UV y TiO2 como catalizador son capaces
de mineralizar rápida y completamente compuestos orgánicos o tóxicos hasta dióxido de
carbono, agua y ácidos minerales (17). Además, si se utiliza un ambiente aerobio, se puede
obtener también la aceptación de electrones por parte del oxígeno diatómico según sigue:
O2 + e- O2·
- (Ec. 21)
Los fotocatalizadores más investigados hasta el momento son los óxidos metálicos
semiconductores de banda ancha y, particularmente, el TiO2, el cual presenta una elevada
estabilidad química que lo hace apto para trabajar en un amplio rango de pH, al mismo tiempo
que es capaz de producir transiciones electrónicas por absorción de luz en el ultravioleta
cercano (UV-A). En este estudio se ha considerado como catalizadores TiO2 y ZnO, ambos
soportados en anillos raschig de vidrio pyrex.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 47
4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1. DETERMINACIÓN DE LA GENERACIÓN DE RILES
4.1.1. CAUDAL Y MASA
4.1.1.1. MEDICIÓN DE CAUDAL DIARIO
4.1.1.1.1. MATERIALES
EPP´s
Reloj simple
4.1.1.1.2. MÉTODO
Se programó un muestreo consistente en cuatro días consecutivos durante dos semanas
consecutivas de producción. El muestreo se realizó desde el día lunes al jueves de cada
semana con tal de medir controladamente.
El día lunes de cada secuencia de muestreo, a las 8:30 am, se comienza a llenar el
ecualizador 1, que se encuentra vacío. A la misma hora, se toman los estados de los medidores
de todos los puntos de generación de agua residual. A las 8:30 del día martes, se mueve la
válvula con tal de parar el llenado del ecualizador 1 desviando el flujo de RIL al ecualizador 2.
En ese momento se anotan los estados de los medidores involucrados. En el transcurso del día
martes (segundo día de muestreo) se llena el ecualizador 2 y se flocula lo acumulado en el
ecualizador 1. Esto se repite todos los días, terminando el día viernes con la toma de los
estados a las 8:30 am y la floculación de los RILES acumulados durante el día jueves. El día
viernes se toma muestras del ecualizador que se está floculando, del sobrenadante de
floculación y del efluente BASF Quintero. Las muestras compuestas de cada día se envían al
día siguiente por la mañana al laboratorio.
La siguiente semana se repite el método con tal de tener datos de dos semanas
consecutivas. No es factible realizar esta labor por 14 [d] consecutivos por restricciones de
personal y transporte de muestras, por lo que se tienen datos para 8 [d]. Es necesario acumular
todos los RILES de un mismo día en un ecualizador para tener datos diarios de generación, ya
que los procesos son intermitentes y generalmente aguas de un día de producción terminan
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 48
mezcladas con las del día anterior o siguiente, generando errores al efectuar el balance de
masa.
4.1.1.2. CARGA ORGÁNICA
4.1.1.2.1. MATERIALES
Para la toma de muestras, se usaron distintos tipos de envases según el punto
muestreado y los análisis que se requieren, siendo mayor el caudal requerido de efluente de
PTR (punto 7) porque es el que se alimentó a la planta piloto de lodos activados. La Tabla 4-1
muestra los materiales usados, además de los EPP’s.
Tabla 4-1: Envases utilizados para muestreo y volumen de muestra según día.
DÍA PUNTO VOLUMEN
MUESTRA ENVASE
Martes a sábado PTAS 1 [l] Botella 1 [l]
Lunes a viernes 1-6 1 [l] Botella 1 [l]
Martes a sábado 8 y 9 1 [l] Botella 1 [l]
Martes a viernes 5:30 a.m. 7 5 [l] Bidón 5 [l]
Viernes desde 8:30 a.m. a sábado 7 20 [l] Bidón 20 [l]
4.1.1.2.2. MÉTODO
Se tomaron muestras cada 3 [h], equivalentes a un octavo de la muestra diaria. Esto se
realiza para tener una muestra compuesta simple de cada día. No se realizó muestreo horario
por restricción de recurso humano para tales fines, ya que los operadores que tomaron las
muestras tienen otras labores cotidianamente, situación que no permite que se dediquen todo el
turno a caminar por la planta tomando muestras.
Para la transparencia de la información y evitar las confusiones, se entregó a los
operadores una planificación que incluye la hora de cada actividad y los puntos que
corresponde muestrear. La Figura 4-1 muestra la programación entregada a los operadores. Se
midió la DQO soluble a cada muestra llevada al laboratorio según 4.3.1.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 49
Figura 4-1: Programación del monitoreo por puntos de muestreo
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 50
4.2. PRUEBAS DE TRATABILIDAD
4.2.1. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS
4.2.1.1. Determinación de la Biodegradabilidad Máxima (Ensayo Aerobio)
Los ensayos de biodegradabilidad aerobia, miden la capacidad de un RIL de ser
degradado mediante la acción de microorganismos aerobios, es decir, que utilizan oxígeno
para alimentarse, descomponiendo por este método, la materia orgánica presente en el RIL a
tratar.
Para estos ensayos se utilizó microorganismos propios del sistema de tratamiento de
aguas servidas de BASF – Quintero. Estos microorganismos se extrajeron desde la
recirculación de lodos de la planta ECOSISTEM de lodos activados que actualmente opera
como PTAS.
Se trató dos muestras: una compuesta de RIL tratado en la PTR al 100% y la otra
compuesta en un 90% de este RIL y 10% de aguas servidas de la PTAS. Por motivos
operacionales, para ambos casos se supuso que la muestra contiene los nutrientes necesarios
para el desarrollo de los microorganismos, considerando también la naturaleza de las aguas
tratadas.
4.2.1.1.1. MATERIALES
4.2.1.1.2. Soporte para Reactores
Consiste en un soporte de madera con orificios en su parte superior para instalar los
reactores. La cubierta superior del soporte se cubrió con una capa de silicona líquida que evita
la humidificación de la madera durante los ensayos, ya sea por derrame y otras circunstancias.
En principio el soporte se diseñó para realizar pruebas para 3 composiciones de RIL y
un blanco, todas en duplicado, sin embargo sólo se realizaron ensayos para 2 composiciones
de RIL, por lo cual se utilizaron solo 6 de los 8 orificios.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 51
La Figura 4-2 y la Figura 4-3 muestran la configuración.
Figura 4-2: Estructura principal del soporte para ensayo aerobio – Elaboración propia
Figura 4-3: Vista superior del soporte para ensayo aerobio (pieza A) – Elaboración propia
Las medidas de las piezas se detallan a continuación:
Tabla A:
Los círculos son de 6 [cm] de diámetro.
Total largo: 49 [cm]
Total ancho: 27 [cm]
Tablas B:
Largo: 27 [cm]
Ancho: 25 [cm]
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 52
Tabla C:
Largo: 49 [cm]
Ancho: 10 [cm]
A continuación se muestra el soporte utilizado.
Figura 4-4: Soporte de reactores para ensayo de biodegradabilidad (Fotografía)
4.2.1.1.3. Reactor Aerobio Batch
En cada orificio se ha instalado un reactor, el cual es una botella de vidrio de 700 [ml]
a la cual se ha retirado el fondo. La botella se instala invertida, con el cuello hacia abajo. El
cuello de cada botella se conecta mediante una manguera inserta en un tapón de goma a una
bomba de aire. En el extremo superior de la manguera, que está dentro de la botella se ha
dispuesto un difusor de aire de piedra porosa.
La Figura 4-5 muestra un esquema de un reactor4:
4 Cada reactor se tapó con una lámina de aluminio delgada sobrepuesta, con tal de evitar la evaporación y la
salida de los microorganismos al estallar las burbujas de la espuma generada.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 53
Figura 4-5: Esquema del reactor aerobio utilizado en el ensayo
4.2.1.1.4. Bombas de Aire
La función es proporcionar aire a cada reactor para que los microorganismos realicen
la degradación por oxidación de la materia orgánica. Se usaron bombas de pecera.
4.2.1.1.5. MÉTODO
Se mide los SSV del lodo (según 4.3.4)
Se agrega a todos los reactores el mismo volumen de lodo (especificado en 5.2.1).
Se afora a 450 [ml] dos reactores (R1-A y R1-B) con agua potable, los cuales sirven de
blanco.
Se afora a 450 [ml] dos reactores (R2-A y R2-B) con RIL.
Se afora a 450 [ml] dos reactores (R3-A y R3-B) con mezcla de RIL y aguas servidas
en relación 90/10.
Se mide DQO y DQO soluble (según 4.3.1) de todos los reactores, desde el tiempo 0,
diariamente, hasta que se logre la biodegradación máxima estable de la DQO.
Se mide pH (según 4.3.5) a todos los reactores desde el tiempo 0, diariamente hasta
que se logre la biodegradación máxima estable de la DQO.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 54
4.2.1.2. Reactor Piloto En Flujo Continuo
4.2.1.2.1. MATERIALES
1 bomba peristáltica MasterFlex® L/S de cabezal Nº 70 – 14
1 manguera MasterFlex® de diámetro Nº 70 – 14 de 15 [cm] de largo
2 adaptadores plásticos para manguera de agua
1 [m] de manguera plástica de agua de ¼ [in]
1 [m] de manguera de goma de agua de ½ [in]
1 llave de paso para manguera de ½ [in] de polipropileno
2 uniones HE PVC hidráulico
1 tubo de vidrio de 7 [mm] de diámetro y 50 [cm] de largo
1 tubo de vidrio de 7 [mm] de diámetro y 15 [cm] de largo
9 tapones de goma del Nº 3
9 difusores de aire de piedra porosa
2 bidones de 60 [l]
1 [m] de manguera para bomba de acuario
5 bombas de acuario
15 tee para manguera de acuario
1 anti-retorno para manguera de acuario
1 timer análogo de 24 [h], 10 A. Resolución: 15 [min]
1 timer análogo de 3 [min], 10 A. Resolución: 1 [s]
Estructura de acrílico de reactor aerobio, de 5 [mm] de espesor (Figura 4-6)
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 55
Figura 4-6: Dibujo de la estructura de acrílico del reactor aerobio continuo
Desde la Figura 4-7 a la Figura 4-9 se muestran algunas fotografías del equipo.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 56
Figura 4-7: Reactor piloto de lodos activados antes de comenzar las pruebas
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 57
Figura 4-8: Reactor piloto de lodos activados (Fotografía de pruebas hidráulicas)
Figura 4-9: Reactor piloto de lodos activados (Fotografía de difusores de aire del biorreactor)
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 58
4.2.1.2.2. MÉTODOS
4.2.1.2.2.1. Preparación del Afluente
Se prepara una muestra de 50 [l], de los cuales 5 [l] corresponden a aguas servidas y
los restantes 45 [l] corresponden al sobrenadante de floculación (efluente de PTR). La muestra
se prepara en el bidón de 60 [l], el cual se agita y se toma como estanque de afluente.
Se mide DQO soluble del afluente y del sobrenadante de floculación según 4.3.1.
4.2.1.2.2.2. Puesta en Marcha
Se miden los SSV del lodo (según 4.3.4) los cuales tienen concentración de 16,38 [g/l].
Se ingresa 650 [ml] de lodo al reactor de aireación, que tiene capacidad de 3,3 [l], con
lo cual se llega a una concentración de:
lg
ml
lg
ml
22,3][3300
38,16*][650
(Cálculo 1)
Se agrega al reactor 2650 [ml] de afluente.
Comienza la aireación en régimen batch.
Se mide DQO soluble (según 4.3.1) cada 24 [h]. Una vez que se estabiliza la curva de
degradación, se cambia a modo de flujo continuo.
4.2.1.2.2.3. Seguimiento en Flujo Continuo
Se enciende la bomba de alimentación al reactor con un flujo ajustado de 3,2 [ml/min].
La bomba está conectada a un temporizador que enciende la bomba por 15 [min] cada
45 [min], completando 1 [h]. Por lo tanto, de forma intermitente, cada hora alimenta 48
[ml], con lo cual se tiene un caudal de 1.152 [ml/d].
El tiempo de residencia hidráulico se calcula de la siguiente manera:
TRHQ
V (Ec. 22)
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 59
(Cálculo 2)
Se mide DQO soluble, SST y SSV del afluente al reactor aerobio y efluente del
sedimentador secundario periódicamente hasta que la degradación se mantiene estable
durante 3 TRH, es decir, 9 [d].
Se ajusta la bomba con tal de obtener un TRH = 2 [d]. Se reguló el caudal a 1650
[ml/día].
Se mide DQO soluble, SST y SSV del afluente al reactor aerobio y efluente del
sedimentador secundario periódicamente hasta que la degradación se mantiene estable
durante 3 TRH, es decir, 6 [d].
Se ajusta la bomba con tal de obtener un flujo de 3.300 [ml/d], que implica TRH = 24
[h]. Se mide DQO soluble, SST y SSV hasta obtener DQO soluble estable en el
efluente durante 3 [d] consecutivos.
Las imágenes siguientes corresponden a la operación en continuo de la planta piloto de
lodos activados.
Figura 4-10: Piloto de lodos activados en operación continua (Fotografía del biorreactor y sedimentador)
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 60
Figura 4-11: Piloto de lodos activados en operación (Fotografía del reflujo de lodos)
Figura 4-12: Planta piloto de lodos activados en operación continua (Fotografía de vista frontal)
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 61
4.2.1.2.2.4. Tratamiento de RIL con Distinta Carga Diaria
Corresponde al método empleado para el seguimiento en flujo continuo, pero con
tiempo de residencia hidráulico de 24 [h] en la cámara de aireación. La mezcla alimentada es
de RIL de la PTR y afluente a la PTAS 90/10, tal cual antes, pero preparada con agua fresca,
correspondiendo cada día de tratamiento a un día de producción. El objetivo es evaluar el
comportamiento de los microorganismos ante el cambio diario de carga orgánica, tal como
ocurriría en BASF Quintero.
Se mide DQO soluble del RIL utilizado, de la mezcla afluente y del efluente del
sedimentador secundario. Además de los SST del afluente y del efluente.
4.2.1.3. Ensayo de Sedimentación
4.2.1.3.1. MATERIALES
Probeta de vidrio de 1.000 [ml]
Papel milimetrado
Reloj
Líquido de mezcla de reactor aerobio
Cinta adhesiva
4.2.1.3.2. MÉTODO
4.2.1.3.2.1. Generación de Datos
Se pega una franja de papel milimetrado a lo largo de la probeta
Se homogeniza el líquido de mezcla del reactor aerobio
Se toma una muestra de 5 [ml] y se mide concentración de SSV (según 4.3.4)
Se llena la probeta y se marca el nivel con el lápiz en el papel milimetrado
Cada cinco [min] se marca el nivel observado de la interfase sólido-líquido en el papel
milimetrado
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 62
4.2.1.3.2.2. Cálculo del Área del Sedimentador
Se calcula Hu definida como:
(Ec. 23)
Donde C0 es la concentración inicial de SST en el líquido de mezcla, H0 es la altura de
la columna utilizada en el ensayo y Cu es la concentración requerida en los lodos
espesados.
Se grafican los datos de altura de la interfase de sedimentación respecto del tiempo.
Se traza una línea tangente al inicio de la curva de sedimentación, correspondiente a la
zona de sedimentación libre.
Se traza una línea horizontal a la altura Hu
En la intersección de estas líneas se traza una bisectriz del ángulo que forman entre
ellas.
Se traza una línea tangente a la curva de sedimentación donde es cortada por la
bisectriz.
Se intercepta Hu con la tangente a la curva recién indicada.
Desde este punto se traza una vertical hasta el eje del tiempo y se lee tu.
es el tiempo necesario para alcanzar la concentración de fangos deseada en el fondo
del estanque, Cu.
Luego se calcula el área de espesado y clarificación para un caudal Q:
(Ec. 24)
(Ec. 25)
Donde V es la velocidad de sedimentación libre de los lodos y se calcula como la
pendiente inicial de la curva de sedimentación.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 63
4.2.2. ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO
4.2.2.1. Isoterma de Adsorción
El objetivo de esta prueba es estimar la capacidad de adsorción máxima del carbón
activado sobre la materia orgánica soluble del efluente de la PTR. Se puede utilizar este
parámetro como referencia o control para los resultados en la columna de flujo continuo.
4.2.2.1.1. MATERIALES
Balanza analítica, con resolución de 0,0001 [g]
Espátula
Probeta graduada de 500 [ml]
3 Vasos precipitados de 500 [ml]
Carbón Activo Granular (muestra del carbón que se usa en la columna)
Aparato de jarras
Efluente de PTR5 de 3 días distintos
Film plástico tipo “Alusa plast”
Marcador permanente
Aparato de filtración: matraz Kitasato
Bomba de vacío
Cono-filtro
Disco de filtro
4.2.2.1.2. MÉTODO
Medir la DQO soluble de cada muestra de RIL y registrarla
Ingresar a cada vaso precipitado 400 [ml] de RIL, cada día en vaso distinto
Ingresar a cada vaso 1 [g] de carbón activado granular
Marcar los vasos con diferentes letras
Ingresas los tres vasos al aparato de jarras con agitación de 50 [rpm]
5 “Efluente de PTR”: sobrenadante de floculación.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 64
Cubrir de la mejor manera los vasos con plástico film para evitar la evaporación del
agua
Agitar durante 72 [h] a 20 [°C] a 100 [rpm]
Sacar 50 [ml] de muestra de cada vaso y filtrar.
Medir DQO a cada muestra filtrada.
Calcular la masa DQO contenida en la masa de carbón
Graficar los datos y obtener las constantes de la isoterma
4.2.2.2. Filtro de Arena
El objetivo de instalar este filtro, es proporcionar agua libre de los sólidos suspendidos
que no fueron retirados en la PTR mediante la floculación, con tal que la columna de carbón
activo granular actúe principalmente como un sistema de adsorción y no como un filtro,
alargando la vida útil del carbón activo.
4.2.2.2.1. MATERIALES
4.2.2.2.1.1. Preparación de la Arena de Filtración
80 [kg] de arena gruesa de río
Set de tamices circulares de metal diámetros:
1,19 [mm]
1,67 [mm]
2 Baldes de 20 [l]
Lavatorio de 30 [l]
Agua potable
Estufa de secado
Bandeja metálica
Vara de madera de 1 [m] aprox.
4.2.2.2.1.2. Equipo de Filtración
2 Tubos de PVC clase 10 de 50 [mm] de diámetro y 60 [cm] de largo
Tubo de PVC clase 10 de 32 [mm] de diámetro y 1,5 [m] de largo
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 65
2 Pares de flanges de 32 [mm]
6 codos de PVC hidráulico 90 ° de 32 [mm]
2 tee de PVC hidráulico de 32 [mm]
2 uniones americanas de PVC hidráulico de 50 [mm]
2 uniones reducción larga de PVC hidráulico de 50x32 [mm]
2 bujes de 50x40 [mm]
2 bujes de 40x32 [mm]
Adhesivo para soldar PVC
4 gomas circulares perforadas de 2 [mm] de espesor, con perforación de 32 [mm]
12 pernos del Nº 5
Teflón
4 mallas metálicas de 50 [mm] de diámetro con 1,19 [mm] de diámetro del orificio de
malla.
4.2.2.2.2. MÉTODOS
4.2.2.2.2.1. Preparación de la Arena de Filtración
Secar la arena que viene húmeda en la estufa de secado sobre la bandeja metálica.
Pasar la arena por los tamices
Separar la arena entre los últimos tamices, diámetros correspondientes a 1,19 [mm] y
1,67 [mm].
Agregar agua potable hasta 15 [l]
Agitar con la vara de madera vigorosamente hasta que suelte el polvo
Verter el sobrenadante mientras aún esta turbulenta al lavatorio
Repetir hasta que el agua de lavado se vea transparente y libre de polvo en suspensión.
Dejar decantar el lavatorio y descartar el sobrenadante y el lodo acumularlo en el
segundo balde con tal de espesarlo.
Descartar el sobrenadante del balde
Secar el lodo a la intemperie de día
Disponer el lodo seco como residuo sólido para no tapar las cañerías del desagüe.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 66
Secar en estufa la arena lavada6
4.2.2.2.2.2. Equipo de Filtración
Se unen las piezas de PVC con adhesivo para soldar con tal de formar la siguiente
estructura:
Figura 4-13: Dibujo de filtro de arena – Elaboración propia
Se instalan las mallas en las uniones americanas
Se ingresa el arena a los filtros por el tope
Se instala las mallas entre las gomas de los flanges y se cierran los flanges
4.2.2.3. Columna de Carbón Activado Granular
El objetivo de instalar esta columna es adsorber los compuestos orgánicos que no
fueron removidos en la floculación ni en el filtro de arena, en su mayoría, compuestos
solubles.
6 Por disposición de materiales y tiempo, el proceso duró varios días
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 67
4.2.2.3.1. MATERIALES
4.2.2.3.1.1. Caracterización del Carbón Activado
Set de tamices circulares de metal diámetros:
1,19 [mm]
1,67 [mm]
3,35 [mm]
4,75 [mm]
5,66 [mm]
Carbón activado granular
La siguiente es una fotografía del set de tamices utilizado para caracterizar el carbón
activado y seleccionar el diámetro de partícula de la arena de filtración.
Figura 4-14: Set de tamices para granulometría utilizado.
4.2.2.3.1.2. Columna de Adsorción
Tubo de PVC hidráulico de 50 [mm] de diámetro por 1 [mm] de largo.
2 uniones americanas
2 válvula de bola de 1/4” con hilo exterior
Tubo de PVC hidráulico de 32 [mm] de diámetro por 150 [cm] de largo
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 68
2 reducciones cortas (bujes) de PVC de 32x40
2 reducciones cortas de PVC de 40x50
2 codos de PVC hidráulico de 90 °
1 terminal HE 32x1”
2 mallas circulares de 50 [mm] de diámetro con 1 [mm] de orificio de malla.
Teflón
Taladro
4.2.2.3.2. MÉTODOS
4.2.2.3.2.1. Caracterización del Carbón Activado
Pesar 4 muestras de 350 [g]
Pasar una muestra por los 5 tamices
Pesar el carbón que quedo sobre cada tamiz y el polvo que paso por el tamiz de menor
tamaño. Registrar las masas.
Repetir para las otras 3 muestras
4.2.2.3.2.2. Columna de Adsorción
Se une el hilo interior de cada unión americana a cada extremo del tubo de PVC con
adhesivo para soldar
En la parte inferior de cada unión se instala un buje de 50x40 y otro de 40x32,
concéntricamente con adhesivo para PVC
Se instala 10 [cm] de PVC de 32 [mm] dentro de cada buje de 40x32 con adhesivo
Se perfora cada sección de la unión americana con el tubo instalado y se fabrica un hilo
interior de 1/4”
Se instala en cada orificio una válvula de 1/4”
Se instala una malla en la goma de una de las uniones y se cierra la unión americana
con teflón
Se ingresa por el tope el carbón activado hasta rellenar la columna
Se instala la otra malla en la unión americana que no está cerrada y se cierra
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 69
Se instala un codo en el extremo superior de la columna una terminal en el extremo
inferior. Al codo superior se une el segundo codo mediante 10 [cm] de PVC de 32
[mm] y a este último se agrega lo que resta del PVC con tal de hacer el tubo para la
toma de muestra.
La terminal inferior se debe envolver en teflón para acoplarla al sistema general
La estructura resultante debe seguir el siguiente esquema de la Figura 4-15
Figura 4-15: Estructura de la columna de adsorción por GAG – Elaboración propia
DESCARGA
(PVC 32 mm)
TOMA DE MUESTRA
COLUMNA DE GAG
UNION AMERICANA
UNION AMERICANA
REDUCCIONES
TERMINAL
CODOS
(PVC 50 mm)
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 70
4.2.2.4. Sistema de Adsorción
4.2.2.4.1. MATERIALES
Bomba con rodete periférico modelo Pedrollo PK-60
3 Baldes de 20 [l]
Cañería de ¾” de 80 [cm] de largo con doble HE
2 cañerías de ¾” de 10 [cm] de largo con doble HE
Cañería de 1” de 50 [cm] de largo con doble HE
Tee de ¾” galvanizada de HI
Válvula de globo de ¾”
Reducción H/H de 1”x ¾”
Unión americana de ¾”
Unión americana de 1”
Empaquetadura de goma para unión americana de ¾”
Empaquetadura de goma para unión americana de 1”
5 Terminales de 1” en PVC Hidráulico
3 Tee de PVC H. para soldar de 32 [mm]
3 Válvulas de bola de 1” en PVC H.
2 Válvulas de bola de 1” metálica
3 codos de PVC H. de 32 [mm]
Bidón de 60 [l] con efluente de PTR
Bidón de 60 [l] para efluente de filtro de arena – afluente de columna de carbón
Manguera plástica de 1” de 2 [m]
Tijeras para goma
2 llaves Stillson
3 [m] de PVC H. de 32 [mm]
Válvula anti-retorno con canastillo
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 71
4.2.2.4.2. MÉTODOS
4.2.2.4.2.1. Armado del Sistema de Adsorción
Se instala la bomba sobre un mesón del laboratorio que tenga cerca una toma de
corriente de 220 [V]
En la succión de la bomba se instala la cañería de 1” de 50 [cm] de largo, a la cual se
une con teflón la reducción 1”x ¾” y esta a su vez se une a la tee de ¾” por el medio.
En extremo superior de la tee se agrega una cañería de 10 [cm] con teflón en el hilo y a
esta cañería se une la válvula de bola. En el extremo inferior de la tee se agrega una
cañería de 10 [cm] con teflón y a esta cañería se une la parte superior de la unión
americana de ¾”.
A la cañería de 80 [cm] de ¾” se une la parte inferior de la unión americana de ¾” con
teflón y en el otro extremo se une la válvula anti-retorno. Se instala la empaquetadura a
la unión y se cierra con las llaves Stillson.
En la descarga de la bomba se instala un trozo de tubería de PVC de 32 [mm] soldado
a una terminal. A este trozo se une una tee de 32 [mm] por la parte inferior. En la parte
superior de la tee se suelda una terminal mediante un trozo de PVC de 32 [mm] de 4
[cm] de largo. Sobre esta terminal se instala una válvula de PVC de 1”. En la salida
media de la tee se suelda un tubo de PVC de 32 [mm] de diámetro y 60 [cm] de largo.
A este tubo se une un codo cementado y a éste se une un terminal mediante otro trozo
de PVC. A esta terminal se une con teflón una válvula de bola metálica y
posteriormente un trozo de cañería al cual se une con una abrazadera una manguera de
80 [cm] de largo. Este conjunto constituye el bypass y sistema de cebado de la bomba.
En una vista lateral se debe ver como la Figura 4-16
Sobre la válvula instalada se monta una tee de PVC por la parte inferior, a la cual se le
ha cementado una terminal de 1”. En el extremo superior de esta tee se instala otra
terminal de 1” que soporta una segunda válvula de bola de PVC. Esta válvula es la
válvula de la columna de carbón. En la salida media de esta tee se cementa un tubo de
PVC de 32 [mm] de diámetro y 15 [cm] de largo que conecta a otra tee por un extremo
de la línea. Al otro extremo de la tee se instala una tercera válvula de bola de PVC que
es la válvula del filtro de arena y en la salida media se instala una última válvula de
bola, esta de metal, que es la válvula de lavado de línea.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 72
Sobre la válvula de la columna de carbón se instala la columna de carbón uniendo la
terminal inferior de la columna a la válvula con teflón.
Seguido de la válvula del filtro de arena, se instala una unión americana de 1” a la cual
se une un tubo de PVC de 32 [mm] a través de un terminal. El otro extremo del tubo
conecta con un codo que está soldado al filtro de arena.
A la válvula de lavado de línea se conecta una manguera de 1”. El sistema de
adsorción completo tiene una vista frontal como la que se ilustra en la Figura 4-17.
Figura 4-16: Vista lateral bypass de la bomba para el sistema de adsorción
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 73
Figura 4-17: Vista frontal del sistema de adsorción – Elaboración propia
A continuación se muestra el sistema instalado en laboratorio.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 74
Figura 4-18: Sistema de adsorción para operación continua (Fotografía frontal)
4.2.2.4.2.2. Lavado Inicial del Filtro de Arena
Se instala un balde con 20 [l] agua potable a la succión de la bomba
Se abre la válvula de entrada al filtro de arena
Se cierra la válvula de entrada a la columna de carbón
Se bombea el agua a través del lecho filtrante hasta que salga transparente y libre de
polvo residual.
Se descarta el agua de lavado
4.2.2.4.2.3. Lavado Inicial de la Columna de Carbón
Se instala un balde con 5 [l] agua destilada a la succión de la bomba
Se cierra la válvula de entrada al filtro de arena
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 75
Se cierra la válvula de entrada a la columna de carbón
Se abre la válvula de lavado de cañería
Se bombea agua hasta que salga libre de polvo
Se cierra la válvula de lavado de cañería
Se abre la válvula de la columna de carbón
Se bombea agua lecho de carbón hasta que salga transparente y libre de polvo residual.
Se descarta el agua de lavado
4.2.2.4.2.4. Filtración del RIL
Se mide DQO y sólidos totales al RIL
Se instala el bidón con RIL en la succión de la bomba
Se cierra la válvula de entrada a la columna de carbón
Se instala el bidón de efluente en la salida del filtro
Se comienza a alimentar el filtro de arena con RIL
Se toma una muestra de la salida del filtro de 15 [ml] cada 1 [h]
Se miden SST a las muestras tomadas
El efluente del filtro se acumula en el estanque de efluente del filtro de arena
Se apaga la bomba
Se cierra la válvula de entrada al filtro de arena
4.2.2.4.2.5. Adsorción de Materia Orgánica
Se abre la válvula de lavado de cañería
Se alimenta el sistema con agua destilada para retirar el RIL residual
Se cierra la válvula de lavado de cañería
Se abre la válvula de entrada a la columna de carbón
Se homogeniza el efluente del filtro de arena
Se mide DQO (total y soluble) al efluente del filtro de arena
Se instala el bidón de efluente del filtro de arena como afluente a la columna de CAG
Se instala un balde de 20 [l] para el efluente de la columna
Se alimenta el sistema y se toma muestra cada 30 [min]
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 76
Se mide DQO (total y soluble) a cada una de las muestras
4.2.3. OXIDACIÓN QUÍMICA
4.2.3.1. MATERIALES
2 vasos precipitados de 600 [ml]
Aparato de jarras
Peróxido de hidrógeno al 50%
Pipeta graduada de 2 [ml]
Propipeta
4.2.3.2. MÉTODOS
Se agrega 400 [ml] del RIL a analizar
Se sitúa el vaso en el aparato de jarras
Se agrega la cantidad deseada de H2O2 con la pipeta
Se agita a 50 [rpm] durante 5 [h]
Se toma 10 [ml] de muestra cada 30 [min] para análisis
4.2.4. OXIDACIÓN AVANZADA
4.2.4.1. MATERIALES
Probeta graduada de 1000 [ml] de vidrio
Jeringa de 1 [ml] graduada a 0,01 [ml]
Balón de 3 bocas de 2000 [ml]
Agitador magnético
Barra de agitación magnética sumergible
Pinza chica con mufa
Pinza grande con mufa
Soporte de fierro
Manguera de agua de 7 [mm] de diámetro
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 77
Bomba peristáltica MasterFlex ® con cabezal 70-16
Manguera MasterFlex ® de diámetro 70-16
2 adaptadores de vidrio para manguera (olivas)
Bomba de aire
Tubo de vidrio
Alargador eléctrico múltiple
Estanque de residuos
Estructura de vidrio tubular para reactor
Tubo de luz UV
Interruptor para tubo de luz
Anillos raschig recubiertos en TiO2
Anillos raschig recubiertos en Zn
Silicona líquida transparente
Papel de aluminio
RIL de PTR
Cronómetro
4.2.4.2. MÉTODOS
4.2.4.2.1. Armado del Reactor
Se instala el tubo de luz en el centro de la estructura tubular de vidrio, sellando con
silicona la parte inferior de la estructura con el tubo por la parte de vidrio. Se debe
cuidar de dejar el terminal eléctrico del tubo fuera del reactor y libre de silicona.
Se espera 24 [h] de secado
Se une la estructura de vidrio a las mangueras de agua por la salida superior y la salida
inferior
La manguera de la salida superior se une también al balón de tres bocas por una de las
bocas laterales. Corresponde a la descarga del reactor
La manguera de la salida inferior se une a la descarga de la bomba
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 78
La succión de la bomba se une al tubo de vidrio que se instala al centro del balón
mediante una manguera a través de la otra boca lateral de éste
Se sujeta el balón y el reactor al soporte mediante las pinzas y mufas
Se llena el reactor con anillos raschig recubiertos con catalizador
Se cubre el reactor con papel de aluminio para evitar la salida de los rayos UV
La Figura 4-19 es una representación de la configuración del sistema
Figura 4-19: Diagrama del fotorreactor utilizado para oxidación avanzada – Elaboración propia
4.2.4.2.2. Oxidación Batch
Con la probeta graduada, se agrega volumen de RIL suficiente para asegurar la
circulación de éste a través del sistema manteniendo un nivel en el balón de agitación
Se sumerge la barra de agitación
Se enciende la bomba de RIL, el agitador y la luz UV
Dependiendo de la adición de aire, se enciende la bomba de aire
Dependiendo de la adición de peróxido, se agrega un volumen al balón directamente
con la jeringa
Se activa el cronómetro
Se toma muestra cada 30 [min] para análisis
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 79
4.3. ANÁLISIS DE MUESTRA
4.3.1. DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO
La Demanda Química de Oxígeno, DQO, mide la cantidad de oxígeno requerida para oxidar
químicamente una muestra
4.3.1.1. MATERIALES
Tubos para DQO HANNA® de rango medio (0-1500 [ppm])
Tubos para DQO HANNA® de rango alto (0-15000 [ppm])
Colorímetro MC500™ Multi-Parameter. Colorimeter
Pañuelos desechables
Micropipeta de 5,00 [ml] regulable a 0,01 [ml]
Puntas para micropipeta
Matraz aforado de 100,0 [ml]
Matraz aforado de 25,0 [ml]
Matraz aforado de 10,0 [ml]
Pizeta
Agua desionizada
Digestor regulable a 150 [°C] y 120 [min]
Guantes de goma, gafas de seguridad y zapatos de cuero cerrado
4.3.1.2. MÉTODO
4.3.1.2.1. Dilución de Muestra
Esta etapa se realiza cuando una muestra queda fuera del rango a la cual se quiere
medir. Ejemplo: si la muestra es de 20.000 [mg/l] quedará fuera del rango alto, por lo que el
tubo no podrá leerse, de modo que si se diluye 10 en 25, quedará de 8.000 [mg/l] y el
colorímetro entregará el resultado. Una vez leído el tubo, la DQO entregada se multiplica por
25/10 para tener el valor original de la muestra.
Para realizar dilución de A/B, se toma una muestra de A [ml] con la micropipeta y se
dispone dentro de un matraz aforado de B [ml] que está limpio y seco.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 80
Se llena el matraz hasta el aforo con agua desionizada, se tapa y se agita
vigorosamente.
Si una muestra leída en tubo de rango alto entrega un valor menor a 1000 [mg/l] de O2,
se debe repetir el test en un tubo de rango medio para evitar errores.
Al inicio de un muestreo no se conoce el rango de DQO de una muestra, por lo que es
necesario hacer varias diluciones hasta llegar a un valor legible.
4.3.1.2.2. Medición de DQO en Rango Medio (0-1500 [mg/l])
Se toma 2 [ml] de agua desionizada con una micropipeta limpia y se agregan a un tubo
de rango medio de DQO
Se toma 2 [ml] de muestra con la micropipeta limpia y seca y se agregan a un tubo de
rango medio de DQO. Esta parte se hace en duplicado.
Se agitan vigorosamente los tubos de arriba-abajo y se llevan al reactor de digestión,
cuyos orificios están limpios de sales o sustancias que puedan adherirse a los tubos
Se programa el reactor y se digiere el conjunto de tubos por 120 [min] a 150 [°C]
Se retiran los tubos con precaución, limpiándolos de posibles suciedades adheridas con
pañuelos desechables humedecidos en agua destilada
Se deja reposar el conjunto hasta que llegan a 60 [°C] o menos y se agitan
vigorosamente de arriba-abajo.
Se ponen en oscuridad hasta que llegan a temperatura ambiente
Se enciende el colorímetro y se programa en el Test Nº 131 (COD MR).
Se inserta el blanco y se presiona CERO, el colorímetro indicará “zero acepted, press
test”
Se inserta el tubo a analizar y se presiona TEST, el colorímetro indicará la DQO del
tubo en [mg/l] de O2
4.3.1.2.3. Medición de DQO en Rango Alto (0-15000 [mg/l])
Se toma 0,2 [ml] de agua desionizada con una micropipeta limpia y se agregan a un
tubo de rango medio de DQO
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 81
Se toma 0,2 [ml] de muestra con la micropipeta limpia y seca y se agregan a un tubo de
rango medio de DQO. Esta parte se hace en duplicado.
Se agitan vigorosamente los tubos de arriba-abajo y se llevan al reactor de digestión,
cuyos orificios están limpios de sales o sustancias que puedan adherirse a los tubos
Se programa el reactor y se digiere el conjunto de tubos por 120 [min] a 150 [°C]
Se retiran los tubos con precaución, limpiándolos de posibles suciedades adheridas con
pañuelos desechables humedecidos en agua destilada
Se deja reposar el conjunto hasta que llegan a 60 [°C] o menos y se agitan
vigorosamente de arriba-abajo.
Se ponen en oscuridad hasta que llegan a temperatura ambiente
Se enciende el colorímetro y se programa en el Test Nº 132 (COD MR).
Se inserta el blanco y se presiona CERO, el colorímetro indicará “zero acepted, press
test”
Se inserta el tubo a analizar y se presiona TEST, el colorímetro indicará la DQO del
tubo en [mg/l] de O2
4.3.2. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A 5 DÍAS (DBO5)
Este test está basado en la NCh 2313/5 Of. 96. Mide la cantidad de oxígeno consumida
para degradar una muestra en 5 [d] por métodos bioquímicos.
A continuación se resumen los principales materiales y métodos. El detalle se puede
ver en el texto ya citado (18).
4.3.2.1. MATERIALES
Botellas para de incubación para DBO de vidrio, de 300 [ml] con tapón esmerilado y
sello hidráulico
Cámara termorregulada a 20 [°C]
Medidor de oxígeno disuelto OXI 330 con compensación de temperatura
Pipeta graduada de 5,0 [ml]
Agua de dilución
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 82
Efluente de tratamiento aerobio decantado (inóculo)
Muestras
4.3.2.2. MÉTODO
Se llena una botella con agua de dilución
Se agrega 3 [ml] de inóculo a las otras botellas
De cada muestra se realizan 3 diluciones y se agrega una alícuota de dilución a cada
botella
Se rotulan las botellas según la muestra y la dilución
Se adiciona agua de dilución hasta el cuello de cada botella
Se mide el oxígeno de cada botella
Se tapa cada botella cuidando que quede sellada con el agua al poner el tapón
Se incuban las muestras a 20 [°C] durante 5 [d]
Se destapa cada botella y se mide el oxígeno disuelto
La diferencia de oxígeno entrega la demanda para cada botella
Se calcula según la dilución el oxígeno consumido por la muestra, restando el
oxígeno consumido por el inóculo
4.3.3. SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES
El método se basa en filtrar una muestra bien homogenizada a través de un filtro
tarado, de fibra de vidrio estándar y secar el residuo retenido hasta masa constante, a 103 [°C]
– 105 [°C]. El aumento de masa del filtro representa el contenido de sólidos suspendidos
totales.
4.3.3.1. MATERIALES
Estufa de secado, regulable a 104 [°C] ± 1 [°C].
Aparato para filtración: matraz Kitasato con embudo-filtro de cerámica conectado a
una bomba de vacío.
Filtros de fibra de vidrio, de 1,5 [μm].
Balanza analítica, de sensibilidad igual 0,1 [mg].
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 83
Desecador.
Plancha de aluminio o acero inoxidable, de 65 [mm] de diámetro.
Pinzas.
Probeta.
4.3.3.2. MÉTODOS
4.3.3.2.1. Preparación del Disco de Fibra de Vidrio
i. Colocar el disco en el aparato de filtración, aplicar vacío y lavar con tres porciones
sucesivas de 20 [ml] de agua destilada.
ii. Continuar la succión para remover totalmente el agua, y descartar el agua de lavado.
iii. Sacar con pinzas el filtro del aparato de filtración y colocarlo sobre una plancha de
aluminio o acero inoxidable que servirá como soporte. Secar en estufa a 103 [°C] – 105
[°C].
iv. Enfriar en desecador y pesar.
v. Reingresar a estufa, secar, enfriar y pesar hasta obtener masa constante.
vi. Registrar masa.
4.3.3.2.2. Procedimiento de Análisis
vii. Colocar el filtro preparado de acuerdo a Preparación del disco de fibra de vidrio en el
aparato de filtración y aplicar vacío.
viii. Humedecer el filtro con una pequeña porción de agua destilada.
ix. Filtrar el volumen medido (v) de muestra homogenizada a través del filtro de fibra de
vidrio.
x. Lavar con tres porciones sucesivas de 10 [ml] de agua destilada y continuar la succión
por aproximadamente 3 [min] después que la filtración se ha completado.
xi. Sacar con pinzas el filtro del aparato de filtración y colocarlo sobre la plancha de
aluminio o acero inoxidable.
xii. Secar el filtro por 1 [h] en la estufa a 103 [°C] – 105 [°C].
xiii. Enfriar en desecador y pesar.
xiv. Reingresar a estufa, secar, enfriar y pesar hasta obtener masa constante.
xv. Registrar masa.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 84
4.3.3.2.3. Expresión de Resultados
1000*
V
BA
lg
SST
(Ec. 26)
Donde:
A = masa del filtro más residuo seco [g] obtenida en el punto xv.
B = masa del filtro [g] obtenida en el punto vi.
V = volumen de muestra utilizado [ml] en el punto ix.
4.3.4. SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES
El método se basa en determinar la fracción de sólidos volátiles de una muestra a
través de un calentamiento de la misma durante 1 [h] a 550 [°C], determinando la fracción de
sólidos volátiles por una diferencia de peso entre 2 experiencias realizadas.
4.3.4.1. MATERIALES
Mufla, regulable a 550 [°C] ± 25 [°C].
Aparato para filtración
Crisol Gooch, de 25 [ml] a 40 [ml] de capacidad.
Balanza analítica, de sensibilidad igual a 0,1 [mg]
Desecador.
Pinzas.
La Figura 4-20, la Figura 4-21 y la Figura 4-22 presentan algunas imágenes de los
equipos utilizados para medir SST y SSV.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 85
Figura 4-20: Estufa de secado regulable a 105 [°C]
Figura 4-21: Mufla regulable a 550 [°C]
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 86
Figura 4-22: Balanza analítica
4.3.4.2. MÉTODOS
4.3.4.2.1. Procedimiento de Análisis:
El papel filtro con los sólidos del procedimiento 4.3.3 (SST), se dobla cuidadosamente
y se coloca en un crisol previamente tarado.
Pesar el crisol en la balanza analítica.
Doblar el disco de filtro con los sólidos obtenidos en 4.3.3 (SST) e ingresarlo al crisol.
Poner el crisol en la mufla por 1 [h] a 550 [°C].
Enfriar en desecador y pesar hasta que la masa sea constante.
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 87
4.3.4.2.2. Expresión de Resultados
1000*
)(1000
*
V
DCVSST
lg
VSS
(Ec. 27)
Donde:
C = masa del crisol con los sólidos no volatilizados (calcinados) [g].
D = masa de crisol (tara) [g].
V = volumen de muestra utilizado [ml] en el punto ix.
4.3.5. pH
4.3.5.1. MATERIALES
Solución tampón pH 7
Solución tampón pH 4
Medidor de pH digital marca ORION
Vaso precipitado de 40 [ml]
Agua destilada
Toalla de papel
4.3.5.2. MÉTODOS
Sacar el electrodo de la cubeta de reposo, lavarlo con agua destilada y remover el agua
por agitación suave y papel, con cuidado de no tocar el electrodo
Presionar el botón CAL
Cuando el medidor señale 7 parpadeante, sumergir el electrodo en la solución tampón a
pH 7
Cuando el medidor señale READY presionar YES
Enjuagar con agua destilada y remover el agua remanente
4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 88
Cuando el medidor señale 4 parpadeante, sumergir el electrodo en la solución tampón a
pH 4
Cuando el medidor señale READY presionar YES
Enjuagar con agua destilada y remover el agua remanente
En el vaso precipitado, disponer la muestra a analizar
Sumergir el electrodo en la muestra hasta que señale READY
Registrar el valor indicado en la pantalla
La siguiente figura muestra el equipo utilizado para medición de pH
Figura 4-23: Medidor de pH
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 89
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.1. GENERACIÓN DE RILES
A continuación se muestran los resultados del monitoreo de 8 [d] a la planta BASF
Quintero, con tal de determinar los caudales involucrados en el sistema.
El caudal de agua utilizado en el lavado de los reactores y equipos calculado a partir de
la lectura de los medidores en los ocho días de muestreo se presenta Tabla 5-1 por sección:
Tabla 5-1: Caudal diario medido durante muestreo de dos semanas
DÍA Styropor
[m3/d]
Dispersiones
[m3/d]
Palatal
[m3/d]
Despacho
[m3/d]
Lavado de
Camiones
[m3/d]
1 60 12 0 0 21
2 61 14 2 6 9
3 34 17 4 5 10
4 59 16 1 4 18
5 37 18 1 0 8
6 62 12 2 3 13
7 62 9 1 5 33
8 62 9 2 1 16
PROMEDIO 55,0 13,4 1,6 3,0 16,0
DESV. 11 3 1 2 8
El ANEXO muestra las lecturas de los medidores durante el muestreo.
Por otra parte, se midió DQO soluble para cada punto muestreado. Los resultados se
muestran en la Tabla 5-2.
Para afinar los caudales, se midió algunos valores de condensado que cae de las
trampas de la red de vapor y se estimó algunos caudales que no estaban medidos, ya sea por
falta de medidores o por falta de información al momento de realizarse el seguimiento. Se
tomó también el registro del agua de rechazo de la ósmosis y un estimativo de la PTAS según
la distribución de personal trabajando. Para las aguas de los laboratorios, al ser un bajo aporte,
se tomó el promedio diario de los últimos meses.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 90
Debido a que por la programación seguida, las aguas de lavado reunidas un día se
flocularon al día siguiente, el agua que sale con los lodos también retorna a los ecualizadores
al día siguiente. Se requiere entonces tener el porcentaje del volumen floculado que sale por el
fondo del floculador y el porcentaje de volumen que constituye el sobrenadante de floculación.
Para esto, se ha recurrido a las dimensiones del equipo, al nivel de llenado y al nivel de
separación de lodos.
Tabla 5-2: Resultados de DQO soluble para cada punto muestreado.
DÍA P1
[mg/l]
P2
[mg/l]
P3
[mg/l]
P4
[mg/l]
P5
[mg/l]
P6
[mg/l]
P7
[mg/l]
P8
[mg/l]
P9
[mg/l]
1 6.175 745 23.950 22.750 - 540 1.210 1.291 1.530
2 2.213 604 16.025 21.475 11.950 184 1.585 1.193 10.900
3 84.688 501 23.925 9.325 - 99 1.405 1.156 10.700
4 143.875 604 276.250 31.675 2.707 58 1.383 1.044 715
5 8.440 607 24.560 20.620 1.645 109 1.935 1.350 3.640
6 1.130 562 47.750 34.320 1.505 61 1.550 900 10.100
7 7.560 578 33.230 27.590 3.850 73 1.560 869 3.675
8 1.800 592 20.150 25.875 - 66 2.060 1.480 5.040
PROM. 31.985 599 58.230 24.204 2.707 149 1.586 1.160 5.788
DESV. 53.270 69 88.628 7.711 3.987 163 284 215 4.181 Los puntos están ubicados en la Figura 2-6 con su número apropiado. P1: cámara de lavado de camiones, P2:
pozo de Styropor, P3: pozo de Dispersiones (conocido en planta como GRUBE), P4: pozo de Palatal, P5:
cámara de Despacho, P6: cámara del Laboratorio de Control de Calidad, P7: sobrenadante de floculación
(efluente de PTR), P8: cámara previa a la planta elevadora (muestreos ESVAL), P9: Ecualizador en proceso.
Se encontró entonces que en cada batch se llena el floculador hasta 40 [cm] bajo el
tope. Y se retira el agua de sobrenadante a una altura promedio de 27,5 [cm] sobre el cono. Lo
que entrega una altura de líquido sobrenadante de 2,93 [m]. Considerando un diámetro de 3,66
[m], el volumen de sobrenadante corresponde a:
32
8,30][93,2*2
][66,3* mmmVC
(Cálculo 3)
Por otra parte, el volumen de lodo húmedo se toma considerando un cilindro y un cono
de 27 [cm] y 1,25 [m] de alto respectivamente, ambos con un diámetro de 3,66 [m].
Por lo tanto, geométricamente se puede calcular el volumen de lodo como:
32
28,7][3
25,127,0*
2][66,3* mmmVL
(Cálculo 4)
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 91
De modo que el porcentaje de volumen de lodo húmedo en una floculación
corresponde a:
%1,19%100*28,78,30
28,7%100*
Lc
L
VV
V (Cálculo 5)
La Figura 5-1 presenta un esquema que muestra las dimensiones del equipo, utilizadas
para los cálculos.
Figura 5-1: Dimensiones de un floculador de la PTR
Sin embargo ahora hay que calcular el agua contenida en el volumen de lodo húmedo.
Para este cálculo se ha considerado los lodos generados entre enero y agosto de 2010. El agua
que retorna de los lodos se calculó considerando que los lodos salen del sistema sin agua y que
no hay evaporación significativa. Además, se midió la densidad del lodo húmedo a la salida
del floculador y esta es de 1 [g/ml] debido al gran porcentaje de agua. Con esto se puede
calcular la masa del lodo húmedo. Restando la masa de lodo seco que sale de la planta, se
puede tener la masa de agua que retorna.
La Tabla 5-3 muestra los valores obtenidos. Según sus datos, la cantidad de agua que
se retorna en promedio es el 17% del floculado. Para este seguimiento se ha retornado el agua
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 92
a los ecualizadores al día siguiente y se asume que la DQO soluble es igual a la del
sobrenadante de floculación.
La Tabla 5-4 compila los datos obtenidos al sumar la carga orgánica que ingresa a la
PTR, considerando como PTR al sistema que comprende ecualización y floculación.
Al comparar la carga orgánica calculada de ingreso a la PTR con la carga orgánica
contenida en el efluente de ésta, se puede obtener la remoción de materia orgánica soluble del
tratamiento
Tabla 5-3: Cálculo de porcentaje de agua retornada por deshidratación de lodos en la PTR
Mes Floculado
[m3]
VOL
LODO
[m3]
ρ
[ton/ m3]
LODO
HÚMEDO
[ton]
LODO
SECO
[ton]
AGUA
RETORNO
[m3]
% agua
Retorno
Enero 4.620 882 1 882 67 815 18%
Febrero 4.200 802 1 802 73 729 17%
Marzo 4.095 782 1 782 75 707 17%
Abril 4.655 889 1 889 70 819 18%
Mayo 3.815 729 1 729 63 666 17%
Junio 3.990 762 1 762 54 708 18%
Julio 4.760 909 1 909 91 818 17%
Agosto 3.990 762 1 762 75 687 17%
Tabla 5-4: Eficiencia de remoción de DQO soluble de la PTR
Día
P1
[kg/d]
P2
[kg/d] P3
[kg/d] P4
[kg/d] P5
[kg/d] P6
[kg/d] ER
[kg/d]
Ingreso
a PTR [kg/d]
Efluente
de
PTR (P7) [kg/d]
η
1 130 45 400 30 - 0 69 674 196 71%
2 20 37 311 71 72 0 52 562 246 56%
3 847 17 559 49 - 0 48 1.521 189 88%
4 2.590 36 5.998 73 11 0 46 8.754 223 97%
5 68 23 533 47 - 0 35 706 230 67%
6 15 35 798 113 5 0 45 1.011 229 77%
7 249 36 411 63 19 0 30 810 257 68%
8 29 37 256 85 - 0 23 431 285 34%
PROM. 493 33 1.158 66 13 0 44 1.808 232 70%
DESV. 891 9 1.963 26 25 0 14 2.826 31 19% El parámetro η se calcula desde el ingreso a los ecualizadores hasta la salida del estanque de sobrenadante
E-773. Los puntos están ubicados en la Figura 2-6 con su número apropiado. P1: cámara de lavado de
camiones, P2: pozo de Styropor, P3: pozo de Dispersiones (conocido en planta como GRUBE), P4: pozo de
Palatal, P5: cámara de Despacho, P6: cámara del Laboratorio de Control de Calidad, ER: estimación del
retorno desde la deshidratación de los lodos, P7: sobrenadante de floculación (efluente de PTR.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 93
A partir de estos datos, se puede estimar visualizar los efectos de cada punto en la
Figura 5-2.
De la Figura 5-2 también se puede observar que la carga orgánica diaria afluente a la
PTR es afectada principalmente por Dispersiones (P3) y Lavado de Camiones (P1). Sin
embargo, con el proceso de ecualización y floculación, se remueve la mayoría de los
compuestos solubles, lo que es razonable considerando que el P3 contiene polímeros dispersos
en fase acuosa, los cuales son muy susceptibles a la floculación cuando se cambian las
condiciones del agua (Ejemplo: pH).
Figura 5-2: Gráfico de aportes de carga orgánica diaria a la PTR
Con esto se puede concluir que la PTR actúa, en cuanto a materia orgánica soluble,
removiendo la DQO de Dispersiones y Lavado de Camiones, por lo que el caudal de esta agua
no es un factor que normalmente dispare la DBO5 soluble en el efluente. Esto indica que de
ocurrir esto, lo más probable es que el problema se encuentre en factores humanos esporádicos
o en un aumento en las aguas de lavado en Palatal, debido a que Styropor presenta una
concentración de DQO insignificante y muy poco variable en comparación a la anterior.
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
1 2 3 4 5 6 7 8
DQ
O S
OL
UB
LE
[k
g/d
ía]
Día de muestreo
ER: Retorno desde la deshidratación de lodos P1: Lavado de camiones
P2: Styroppor P3: Dispersiones
P4: Palatal P5: Despacho
P6: Lab. Control AFLUENTE A PTR
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 94
Además, se puede concluir que la eficiencia en remoción de materia soluble de la PTR
alcanza un promedio de 70%. Esto se puede deber a que en los ecualizadores se juntan aguas
de distinto pH (Palatal, pH =3 y Dispersiones, pH=7, por ejemplo) que hacen cambiar de carga
a la materia soluble de Dispersiones, convirtiéndose en materia suspendida que flocula al
agregar los reactivos necesarios a los equipos.
Ahora, si se revisan los caudales que constituyen el efluente de planta, que se envía a
ESVAL, se tienen los valores de la Tabla 5-5.
Tabla 5-5: Caudales convergentes a ESVAL, parámetros de carga orgánica
Día P7
Rech.
Osm. CC
PTAS y
Polvorín P8
[m3/d]
DQOsoluble
[mg/l]
[m3/d](19)
[m3/d]
[m3/d] [m
3/d]
DQOsoluble
[mg/l]
1 162 1.210 59 2 32 255 1.291
2 155 1.585 65 2 32 254 1.193
3 135 1.405 54 2 32 222 1.156
4 161 1.383 52 2 32 246 1.044
5 119 1.935 42 2 32 195 1.350
6 148 1.550 63 2 32 244 900
7 164 1.560 70 2 32 268 869
8 138 2.060 61 2 32 233 1.480
Promedio 148 1.586 58 2 32 240 1.160
Desv. Est. 16 284 9 - - 23 215 P7: sobrenadante de floculación, Rech. Osm.: Agua de rechazo de la Planta de Ósmosis Inversa, CC:
estimación de condensados desde la línea de vapor de servicio, PTAS: aguas servidas desde el tratamiento por
lodos activados, Polvorín: agua del make up de enfriamiento del polvorín, P8: efluente de la fábrica.
5.2. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS
5.2.1. DETERMINACIÓN DE LA BIODEGRADABILIDAD MÁXIMA
La siguiente tabla muestra las DQO medidas en el tiempo para cada reactor. Cabe
recordar que R1 corresponde a los reactores blanco, es decir, sin RIL, mientras que R2
corresponde a reactores con RIL de PTR al 100% y los reactores R3 corresponden a una
mezcla de RIL/AS en 90/10. Donde AS corresponde a las aguas servidas de la fábrica.
Al considerar la degradación propia de los microorganismos se obtiene la evolución de
la muestra sin lodo.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 95
pm DQOreactorDQODQO )( (Ec. 28)
La biodegradabilidad de la muestra se ha calculado según la siguiente expresión:
Biodegradabilidad= %100*)0(
)()0(
tDQO
ttDQOtDQO i (Ec. 29)
Tabla 5-6: DQO [mg/l] medida en ensayo de biodegradabilidad aerobia
R1-A R1-B R1 R2-A R2-B R3-A R3-B
t [h] DQOm DQOm DQOp DQOm DQO DQOm DQO DQOm DQO DQOm DQO
0 4259 4451 4355 6418 2063 6363 2008 6497 2143 6488 2133
17 4566 4556 4561 5838 1278 5680 1119 5362 801 5346 786
45 5206 4707 4957 5341 384 5396 439 5384 428 5324 367
93 4987 4714 4851 5096 245 5164 313 5290 439 5278 428
118 4769 4721 4745 4981 236 5028 283 5196 451 5233 488 R1 (A y B): reactores blanco que contienen solo microorganismos y agua potable, R2 (A y B): reactores con
mezcla de RIL/AS en 90/10 como sustrato, R3 (A y B): reactores con RIL como sustrato, DQOm: DQO de la
muestra [mg/l], DQO: DQO neta de la muestra [mg/l], DQOp: DQO promedio de los reactores blanco [mg/l].
La Figura 5-3 entrega la biodegradabilidad de la DQO total en el tiempo para los
reactores involucrados.
Figura 5-3: Biodegradabilidad aerobia para R2 (100% RIL) y R3 (90% RIL y 10% AS) – Elaboración
propia.
Se establece que para ambas muestras se logra un 80% de degradación antes del día 2
de tratamiento en sistema batch.
0%
15%
30%
45%
60%
75%
90%
0 1 2 3 4 5
Bio
deg
rad
abil
idad
tiempo [d]
R2
R3
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 96
La curva de biodegradabilidad se estabiliza más rápido para la mezcla RIL/AS.
Los valores del pH medido se grafican a en la Figura 5-4.
Figura 5-4: pH del ensayo de biodegradabilidad en sistema aerobio para R2 (100% RIL) y R3 (90% RIL
y 10% AS) – Elaboración propia.
La experiencia confirma que la degradación aerobia ocurre sin la necesidad de
adicionar nutrientes a los reactores.
El pH de la degradación está dentro de los valores permitidos por la norma vigente
(pH=5,5-9) por lo cual no hay necesidad de agregar regulador de pH.
5.2.2. REACTOR PILOTO EN FLUJO CONTINUO
5.2.2.1. Comportamiento del Sistema
En esta sección se muestra la evolución de la actividad microbiana en la degradación
de una mezcla compuesta en 90% por RIL de la PTR y en 10% de afluente a la PTAS.
Se siguió el comportamiento del reactor a través de la DQO soluble en el sedimentador
secundario del piloto como parámetro de estabilización del reactor. El tiempo de estabilización
antes de cambiar el tiempo de residencia hidráulico del afluente corresponde a 3 veces este
4
5
6
7
8
9
10
0 1 2 4 5
pH
pro
med
io
tiempo [d]
R2 R3
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 97
último. Es decir, si el TRH es de 3 [d], se espera hasta que se cumplan 9 [d] consecutivos de
degradación estable antes de cambiar a TRH de 2 [d].
La Figura 5-5 muestra los resultados del seguimiento.
La desestabilización del sistema estuvo marcada por la presencia de fango voluminoso,
que logró regularse a través del reflujo y purga de lodos, manteniendo cada vez una
concentración menor de SSV en el líquido de mezcla. Para el TRH de 24 [h], los SSV llegaron
a 1,5 [g/l].
El pH, por otro lado, nunca estuvo fuera del rango normado, lo cual pondría en riesgo
la vida de los microorganismos. No se reguló pH. La Figura 5-6 muestra los valores obtenidos
en el sedimentador secundario. Se puede observar que con cada estabilización el pH se situó
en torno al 7,5.
Figura 5-5: Degradación de DQO soluble durante seguimiento de piloto aerobio
Por razones de programación con la empresa, no se esperó a la estabilización de 3 [d]
cuando el TRH era de 24 [h] y se comenzó a alimentar con afluente fresco durante el
monitoreo de 8 [d]. De esto deriva que el mínimo TRH al que se llegó fue de 24 [h] y se ajustó
el caudal para cumplir con este valor también durante los días de monitoreo de la planta.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 98
Si bien la literatura indica que se puede llegar a valores menores a 8 [h] para el TRH,
en plantas de lodos activados para aguas servidas, los resultados que se presentan en este
estudio corresponden al TRH de operación ya mencionado.
Figura 5-6: Evolución de pH en reactor piloto de lodos activados – Elaboración propia.
Algunos de los problemas que ocurrieron durante la operación, se evidenciaron
mediante la aparición de lodo voluminoso en el sedimentador secundario. Se modificó el
reciclo y la purga para obtener la estabilización del reactor tras cada cambio en el TRH.
5.2.2.2. Resultados de Aplicación Diaria
La Tabla 5-7 contiene los valores de la DQO soluble del afluente y efluente del piloto
aerobio para los días del monitoreo realizado. Este seguimiento se hizo regulando el caudal a
con tal de tener TRH de 24 [h].
Se puede observar que durante los primeros 3 [d], el reactor se estabilizó, proceso que
no había terminado cuando se comenzó a alimentar con afluente fresco. Luego a la
estabilización, se tiene un promedio de salida de 293 [mg/l] de DQO soluble y una
degradación promedio del 82%.
7
7,5
8
8,5
9
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57
pH
tiempo [d]
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 99
Figura 5-7: Lodo voluminoso en piloto de lodos activados (Fotografía del sedimentador secundario)
Tabla 5-7: Resultados de la degradación aerobia cambiando diariamente el afluente
DÍA Afluente
[mg/l]
Efluente
[mg/l]
Eficiencia
%
1 1300 477 63
2 1397 384 73
3 1352 306 77
4 1393 308 78
5 1805 305 83
6 1475 245 83
7 1430 301 79
8 1950 305 84
El pH durante los días de muestreo se presentó según la Figura 5-8.
A partir del gráfico de la Figura 5-8 se puede observar que los valores de pH se
mantienen en torno al 7,5. Esto concuerda con los valores obtenidos durante la estabilización
del reactor.
Se midió DBO5 soluble al efluente del reactor aerobio para los últimos 4 días de
muestreo. Los resultados fueron los indicados en la Tabla 5-8.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 100
Figura 5-8: Comportamiento del pH durante el muestreo en piloto aerobio
Tabla 5-8: Resultados de la DBO5 soluble medida en efluente de piloto aerobio y relación con la DQO
soluble
Día DQO soluble [mg/l] DBO5 soluble [mg/l] DBO5soluble/DQOsoluble
5 305 79 0,26
6 245 62 0,25
7 301 76 0,25
8 305 51 0,17
Por lo tanto, se puede estimar que la DBO5 soluble corresponde al 25% de la DQO
soluble medida en el efluente de la planta de lodos activados piloto, relación que es esperada
también para los RILES tratados en la planta de lodos activados de la fábrica.
Cabe señalar que los SSV constituyeron aproximadamente un 70% de los SST. Estos
últimos se mantuvieron alrededor de los 0,05 [g/l] lo que es indicador de la buena floculación
de los microorganismos en el sedimentador secundario.
En la sección 6.1 se estima la DBO5 total del efluente de la fábrica a partir de la DBO5
soluble calculada y la DBO5 de la materia suspendida, considerando que esta última está
compuesta principalmente por microorganismos.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
pH
med
ido
día de muestreo
pH Piloto Aerobio
AFLUENTE EFLUENTE
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 101
5.2.2.3. Resultados del Ensayo de Sedimentación
A continuación se muestra la altura de la interfase de sólido-líquido (Tabla 5-9) y se
realiza análisis gráfico. El valor de Hu depende de la concentración requerida al fondo del
sedimentador. Esta concentración depende de los flujos involucrados en el balance de masa. A
partir de Hu se puede determinar el área de sedimentación requerida para el espesado,
calculada en la sección 6.1
Tabla 5-9: Altura de la interfaz lodo-clarificado en el tiempo para el líquido de mezcla del reactor aerobio.
Tiempo [min] Altura [cm]
0 40,0
5 30,1
10 25,3
15 21,8
20 19,4
25 17,7
30 16,6
35 15,9
40 15,5
45 15,2
Además se calcula la velocidad de subsidencia como la pendiente de la tangente a la
curva en la zona de sedimentación libre.
(Cálculo 6)
5.3. SISTEMA DE ADSORCIÓN EN LECHO FIJO
El carbón utilizado para estas pruebas es de cuesco de durazno. Es el mismo que se
utiliza en la planta Palatal.
Los datos de caracterización obtenidos fueron:
= 0,36 [g/ml] (densidad aparente)
= 0,6 (fracción de hueco)
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 102
La granulometría es la de la Tabla 5-10.
Donde “% promedio” corresponde al promedio de masa que quedó sobre la malla de la
misma fila al agitar el sistema de harneros.
Por otra parte, la arena utilizada para el filtro, presentó los siguientes valores:
= 1,45 [g/ml] (densidad aparente)
= 0,46 (fracción de hueco)
Tabla 5-10: Granulometría del carbón activo de cuesco de durazno
El diámetro de las partículas de arena se eligió entre 1,19 y 1,68 [mm] correspondiendo
al 10% promedio en peso de la arena de río disponible. La Figura 5-9 muestra el
resultado del filtrado del RIL: a la derecha se muestra el RIL antes de ingresar al filtro
de arena y a la izquierda el RIL filtrado.
Figura 5-9: Efecto de la filtración del RIL en el sistema de adsorción
Ø malla
[pulg]
Ø malla
[mm]
%
promedio
0,223 5,6642 3%
0,187 4,7498 51%
0,132 3,3528 45%
0,0661 1,67894 1%
0,0469 1,19126 0%
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 103
5.3.1. ISOTERMA DE ADSORCIÓN
La siguiente tabla muestra los datos obtenidos de los vasos agitados.
Tabla 5-11: Datos para cálculo de isoterma de adsorción
Ci [mg/l] Ce [mg/l] M carbón [g] VOL [l] X [mg] X/M [mg/g]
803 800 1,0034 0,4 1,2 1,1959
1.105 1.101 1,2793 0,4 1,6 1,2507
1.280 1.276 1,0391 0,4 1,6 1,5398
1.665 1.660 1,0393 0,4 2 1,9244
Graficando los datos se la siguiente relación:
6704,0*0127,0 eCm
x (Ec. 30)
Esto se puede ver también en la Figura 5-10
Figura 5-10: Isoterma de adsorción para carbono activo a 20 [°C]
y = 0,0127x0,6704
R² = 0,876
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 500 1000 1500 2000
x/m
[m
g/g
]
Ce
Isoterma a 20 [ºC] para carbón activo
X/M [mg/g]
Potencial (X/M [mg/g])
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 104
5.3.2. CURVA DE RUPTURA
Por otra parte, se realizaron pruebas con tres concentraciones de DQO para la columna
de carbón funcionando en régimen continuo. Los datos obtenidos se muestran a continuación.
Tabla 5-12: Resultados para la columna de adsorción
Ci = 2.195 [mg/l] Ci = 1.560 [mg/l] Ci = 1.380 [mg/l]
t [min] C [mg/l] C/Ci t [min] C [mg/l] C/Ci T C [mg/l] C/Ci
5 1100 0,50 10 880 0,56 7 735 0,53
15 1300 0,59 20 1002 0,64 14 810 0,59
30 1510 0,69 30 1110 0,71 21 890 0,64
45 1705 0,78 40 1205 0,77 28 956 0,69
60 1826 0,83 50 1290 0,83 35 1023 0,74
105 2050 0,93 60 1360 0,87 42 1072 0,78
135 2150 0,98 70 1430 0,92 49 1156 0,84
Luego, se calculan los datos requeridos según el modelo BDST.
Tabla 5-13: Cálculos para la regresión lineal del modelo BDST
Ci = 2.195 [mg/l] Ci = 1.560 [mg/l] Ci = 1.380 [mg/l]
t [min] Ci/C ln(Ci/C-1) t [min] Ci/C ln(Ci/C-1) t Ci/C ln(Ci/C-1)
5 2,00 -0,005 10 1,77 -0,258 7 1,88 -0,131
15 1,69 -0,373 20 1,56 -0,585 14 1,70 -0,351
30 1,45 -0,790 30 1,41 -0,903 21 1,55 -0,597
45 1,29 -1,247 40 1,29 -1,222 28 1,44 -0,813
60 1,20 -1,599 50 1,21 -1,564 35 1,35 -1,053
105 1,07 -2,649 60 1,15 -1,917 42 1,29 -1,247
135 1,02 -3,867 70 1,09 -2,398 49 1,19 -1,641
Una vez que se grafican los datos de la Tabla 5-13, se obtiene una recta para cada experiencia,
que cumple con:
(Ec. 31)
Donde:
(Ec. 32)
(Ec. 33)
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 105
A continuación se muestra la curva de ruptura (Figura 5-11) y la regresión del modelo
BDST para cada experiencia (Figura 5-12).
Figura 5-11: Curvas de ruptura a distintas concentraciones de afluente
Figura 5-12: Parámetros de regresión para BDST
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0 20 40 60 80 100 120 140
C/C
i
tiempo [min]
Curvas de Ruptura
Ci = 2.195 [mg/l] Ci = 1.560 [mg/l] Ci = 1.380 [mg/l]
y = -35,201x + 3,4781
R² = 0,9926
y = -28,6x + 3,8531
R² = 0,9953
y = -28,684x + 4,0982
R² = 0,9921
0
20
40
60
80
100
120
140
160
-5,000 -4,000 -3,000 -2,000 -1,000 0,000
tiem
po
[m
in]
LN(Ci/C-1)
Regresión BDST
Ci = 2.195 [mg/l]
Ci = 1.560 [mg/l]
Ci = 1.380 [mg/l]
Lineal (Ci = 2.195 [mg/l])
Lineal (Ci = 1.560 [mg/l])
Lineal (Ci = 1.380 [mg/l])
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 106
Considerando una velocidad lineal de 21,39 [cm/min] y altura de 100 [cm] para la
columna de adsorción, se puede calcular los valores de y :
(Ec. 34)
(Ec. 35)
Luego, los valores obtenidos para cada experiencia fueron los de la Tabla 5-14.
Tabla 5-14: Valores de regresión BDST para columna de adsorción
Ci [mg/l]
2.195 1.560 1.380 Unidad
a 35,201 28,600 28,684 [min]
b 3,48 3,85 4,09 [min]
Ka 1,29E-05 2,24E-05 2,53E-05
[l/mg·min]
N0 1.285 1.285 1.207 [mg/l]
A partir de un promedio de estos datos, se puede predecir la curva de ruptura para una
columna de adsorción de largo Z que trabaje a la misma velocidad lineal y propiedades del
CAG.
Por otra parte, el lecho de arena que se utilizó para filtrar el RIL previo a la columna de
adsorción no presentó saturación, aunque no se cambió la arena entre pruebas de adsorción.
Siempre que se muestreó, los sólidos suspendidos permanecieron en 0 [g/l]. El tiempo de
filtrado de la muestra fue de 4,2 [h]. Esto se debe principalmente a que el proceso previo al
filtrado es la floculación, que tiene por objetivo remover la materia orgánica suspendida.
5.3.3. CAÍDA DE PRESIÓN
Considerando que el sistema en planta estaría compuesto por un filtro de arena y una
columna de carbón activado en serie, la caída de presión se puede calcular como la sumatoria
de las caídas de presión del sistema. Esto se calcula para tener claro qué tipo de bomba instalar
para mantener el caudal controlado. La caída de presión del filtro de arena se calculará según
el balance de fuerza sobre las partículas sólidas.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 107
Para la caída de presión de la columna de adsorción, se utilizó un manómetro de
mercurio. Esto debido a que las correlaciones para caída de presión de lechos fijos considera
partículas sólidas relativamente esféricas, no porosas, cuya fracción de hueco corresponde a
los espacios que quedan entre ellas. Sin embargo, cada gránulo de CAG tiene una gran
cantidad de poros, los cuales también se inundan de fluido.
Con referencia en cero, los valores presentados para el ingreso y salida del filtro son:
Salida: 0,5 [cm] de mercurio y 102 [cm] de agua
Ingreso: -0,5 [cm] de agua y 2,5 [cm] de agua
Con esto, considerando que en el punto -0,5 [cm] las presiones se igualan, se tiene
entonces:
Luego:
11.046 [Pa] (Cálculo 7)
Considerando que el lecho es de 100 [cm], se puede determinar que la caída de presión
lineal es de 11,05 [kPa/m] considerando velocidad lineal de 12,8 [m/h].
5.4. OXIDACIÓN QUÍMICA
Se utilizó H2O2 como agente oxidante en vasos precipitados con muestras de la planta
Palatal y Dispersiones con el objetivo de analizar la factibilidad de bajar la carga orgánica
antes de la PTR, lo cual implicaría menor caudal a tratar.
Se adicionó el peróxido en proporción 1/10 y 1/1 con respecto de la DQO total de la
muestra a evaluar.
Se analizó muestras desde el inicio hasta 5 [h] de reacción. Sin embargo, todas las
mediciones de DQO leídas para los resultados entregaron valores muy superiores a los
iniciales. Esto se debe al efecto del peróxido residual en las muestras que reacciona con los
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 108
reactivos del test de DQO, en particular, reduciendo el Cr(VI) a Cr(III). Además, tampoco es
factible realizar test de DBO5 porque el H2O2 entrega un valor más bajo que el real al
descomponerse en H2O y O2 (20)
La siguiente tabla muestra un ejemplo de ello, al utilizar una razón de 1/10:
Tabla 5-15: Resultados de oxidación con peróxido de una muestra del pozo de PALATAL
Tiempo [min] DQO [mg/l] % Reducción
0 24.560 0%
15 34.384 -40%
30 41.260 -68%
60 37.822 -54%
120 36.840 -50%
180 40.524 -65%
300 48.137 -96%
Por lo tanto, la experiencia no es concluyente. Para analizar el real efecto del H2O2
sobre la carga orgánica, se debiera cuantificar el H2O2 residual o introducir la muestra
resultante a los procesos que siguen en la PTR y medir después de la floculación para ver si
hay un efecto sustancial en el sistema. Dados los resultados, se decidió descontinuar la
oxidación con peróxido.
5.5. OXIDACIÓN AVANZADA
5.5.1. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA
Se realizaron diferentes pruebas al efluente de la PTR de BASF. Todos los
experimentos se llevaron en reactores diseñados en el laboratorio de Fotoquímica de la
Universidad Técnica Federico Santa María.
Las condiciones que se variaron fueron:
Material del catalizador
Rango de luz UV
Adición de aire
Adición de peróxido de hidrógeno
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 109
Según la Tabla 5-16, la adición de aire no reporta un aumento significativo a la
remoción de carga orgánica en el tiempo de muestreo. Además, con ambos métodos los
resultados no son satisfactorios.
Tabla 5-16: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando TiO2/UV(380 [nm]) y variando aire, en
ausencia de H2O2
t [min] DQO [mg/l] % REMOCIÓN
CON AIRE SIN AIRE CON AIRE SIN AIRE
0 3.111 3.111 0% 0%
30 2.571 2.594 17% 17%
60 1.908 2.500 39% 20%
90 1.901 2.207 39% 29%
Como se puede ver, en la Tabla 5-17 y en la Tabla 5-18, la combinación de peróxido
de hidrógeno y luz UV a 380 [nm] no es un factor que ayude significativamente a la remoción
de la DQO. Sin embargo, al comparar los resultados de ambas tablas, se puede suponer que el
Zn resulta mejor catalizador a pH neutro, lo cual concuerda con la bibliografía (15).
Tabla 5-17: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando TiO2/UV(380 [nm]) y variando dosis de
H2O2, en ausencia de aire
t [min]
DQO [mg/l] % REMOCIÓN
H2O2:
0 [mg/l]
H2O2:
214 [mg/l]
H2O2:
71 [mg/l]
H2O2:
0 [mg/l]
H2O2:
214 [mg/l]
H2O2:
71 [mg/l]
0 2.548 2.548 2.548 0% 0% 0%
30 2.229 1.677 1.677 13% 34% 34%
60 1.406 1.381 1.739 45% 46% 32%
90 1.443 1.183 1.455 43% 54% 43%
Tabla 5-18: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO/UV(380 [nm]) y variando dosis de
H2O2, en ausencia de aire
t [min]
DQO [mg/l] % REMOCIÓN
H2O2:
0 [mg/l]
H2O2:
214 [mg/l]
H2O2:
71 [mg/l]
H2O2:
0 [mg/l]
H2O2:
214 [mg/l]
H2O2:
71 [mg/l]
0 2.548 2.548 2.548 0% 0% 0%
30 1.961 1.615 1.726 23% 37% 32%
60 984 1.520 1.650 61% 40% 35%
90 692 1.462 1.347 73% 43% 47%
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 110
A pesar de esto, la Tabla 5-19 muestra que no hay buenos resultados en una segunda
prueba, ni aun variando la longitud de onda de luz UV utilizada. Si las pruebas no son
efectivas en alguna muestra, se debe descartar, pues no es recomendable un tratamiento que
pueda fallar en alguno de los muestreos de autocontrol.
Tabla 5-19: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO, variando longitud de onda de luz UV
t [min] DQO [mg/l] % REMOCIÓN
254 [nm] 380 [nm] 254 [nm] 380 [nm]
0 1.518 2.149 0% 0%
30 1.343 1.886 12% 12%
60 1.430 1.848 6% 14%
90 1.392 1.692 8% 21%
A continuación se resumen las condiciones que menor costo tienen y sus resultados.
Tabla 5-20: Resultados de fotocatálisis heterogénea para TiO2 y ZnO, con Luz UV de 380 [nm], sin adición
de aire, sin adición de peróxido
t [min] DQO [mg/l] Remoción promedio
TiO2 TiO2 ZnO ZnO TiO2 ZnO
0 3.111 2.548 2.548 2.149 0% 0%
30 2.594 2.229 1.961 1.886 15% 18%
60 2.500 1.406 984 1.848 32% 53%
90 2.207 1.443 692 1.692 36% 58%
5.5.2. FOTÓLISIS UV/H202
Se probó con distintas dosis de H2O2 en efluente de PTR, con luz UV de 380 [nm] y
254 [nm]. Sin embargo, todas las lecturas de DQO presentaron valores mayores al inicial
utilizando luz de 380 [nm], efecto atribuible al H2O2 remanente.
Los resultados para las distintas pruebas con luz UV de 254 [nm] se muestran en la
Tabla 5-21.
Con los datos de la Tabla 5-21 se puede calcular la reducción de la DQO para los
distintos tiempos. La evolución de los resultados se grafican según la Figura 5-13.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 111
Se puede observar que existe remoción; sin embargo, los valores de remoción no
llegan al 50%, lo cual no es satisfactorio para el objetivo planteado, ya que con un valor tan
alto para la DQO, la DBO5 supera la norma sin duda.
Tabla 5-21: Resultados de fotólisis con UV de 254 [nm] y H2O2
t [min] CONCENTRACIÓN DE DQO [mg/l]
H2O2:0 [mg/l] H2O2:180 [mg/l] H2O2:60 [mg/l]
0 2548 2548 2548
30 2193 1867 1806
60 1538 1530 1921
90 1350 1627 1619
Por otra parte, aún existe la posibilidad de que los valores estén entregando un valor de
DQO mayor al real debido al peróxido residual.
Figura 5-13: Remoción de DQO con UV/H2O2 – Elaboración propia.
En definitiva, se optó por descontinuar los experimentos con métodos de oxidación
avanzada.
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 112
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA
La Figura 6-1 muestra la actual distribución de los flujos que convergen a la cámara de
ESVAL. Al desarrollar las alternativas experimentadas, el diagrama deberá sufrir
modificaciones según se muestra más adelante.
Figura 6-1: Actual distribución de caudales que componen el efluente de fábrica
6.1. LODOS ACTIVADOS
El volumen de la actual PTAS no permite tratar los RILES de PTR con un TRH de 24
[h]. Para tal efecto, se debe modificar la cámara de aireación y los flujos. La Figura 6-2
muestra la configuración requerida. Si esta condición se cumple, se puede realizar una
estimación de los caudales correspondientes y la carga orgánica implicada. La Tabla 6-1
considera el caudal de los días de muestreo mezclado con las aguas servidas de dichos días,
despreciando la producción de lodos y una evaporación del 3%.
El volumen requerido para lograr un TRH de 24 [h] se puede calcular:
(Ec. 36)
(Ec. 37)
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 113
Figura 6-2: Distribución de caudales necesaria para tratar el 100% de efluente de PTR
Tabla 6-1: Datos de simulación del efluente de BASF tratado por lodos activados durante monitoreo de
RILES
DÍA
AFLUENTE
PTAS
EFLUENTE
PTAS
RECHAZO
Y POLVORÍN
EFLUENTE
DE FÁBRICA
[m3]
DQO SOL
[mg/l] [m
3]
DQO SOL
[mg/l] [m
3] [m
3]
DQO SOL
[mg/l]
1 190 1.300 189 477 64 250 352
2 183 1.397 182 384 65 249 279
3 162 1.352 162 306 204 218 133
4 188 1.393 187 308 52 241 238
5 147 1.805 147 305 42 191 233
6 175 1.475 175 245 63 240 177
7 192 1.430 191 301 70 263 217
8 166 1.950 166 305 61 228 219
Según la Tabla 6-1 se puede calcular el flujo diario promedio del afluente durante los
días de semana es de 175 [m3/d], por lo que el incrementó de volumen del reactor,
considerando un factor de seguridad de 1,2 es de:
(Cálculo 8)
Con estos cálculos, el volumen del reactor quedaría en 210 [m3].
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 114
Ahora, representando el sistema para el balance de masa se tiene la siguiente
configuración:
Figura 6-3: Esquema de la planta de lodos activados
Se pueden calcular los caudales y concentraciones a partir del balance de masa,
considerando Qi como el caudal volumétrico de la corriente i y Xi como la concentración de
microorganismos, expresadas como sólidos volátiles.
El balance de masa global diario para sólidos volátiles implica lo siguiente en estado
estacionario:
(Ec. 38)
Además, se puede suponer que los sólidos volátiles en el afluente y efluente son
despreciables, por lo que la ecuación anterior se transforma en:
(Ec. 39)
Este término corresponde a la tasa crecimiento bacteriano en [kg/día], que en estado
estacionario deberá removerse del sistema con tal de lograr una X2 de 1.500 [mgSSV] constante
en el reactor. Este valor de X2 es el presentado en el líquido de mezcla del reactor aerobio.
La tasa de crecimiento se puede estimar a partir de la edad del lodo θC, según la
siguiente relación:
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 115
(Ec. 40)
Donde Vr es el volumen de la cámara de aireación.
Por diseño, considerando un reactor convencional con flujo en pistón (que es el que
más se asemeja a la PTAS actual), se tiene que θC se debe mantener de 5 a 15 [d] (10). Si se
toma , se tiene los siguientes cálculos:
(Cálculo 9)
(Cálculo 10)
Al realizar el balance de en la cámara de aireación, se tiene:
(Ec. 41)
Por diseño, se puede establecer una relación de recirculación de lodo del 33% del
afluente a la planta, considerando que el porcentaje de lodos sedimentados en 30 [min] fue de
33% en una probeta de 1.000 [ml] (índice de Mohlman).
De este modo, el caudal de reflujo se expresa como:
(Ec. 42)
El balance de masa para la cámara de aireación, sin considerar lo evaporado, implica lo
siguiente en estado estacionario:
(Ec. 43)
Donde ρ es la densidad del flujo.
Considerando densidad 1 [ton/m3] para los flujos 1 y 2, debido a su bajo contenido de
SSV y 1,2 [ton/m3] para el flujo 4, se tiene que:
(Cálculo 11)
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 116
(Cálculo 12)
Reemplazando en la cámara de aireación:
(Cálculo 13)
(Cálculo 14)
Luego, el caudal de lodos purgados es:
(Cálculo 15)
Finalmente se calcula el efluente de la PTAS según la siguiente expresión obtenida
para un balance de masa global en el sistema:
(Ec. 44)
(Cálculo 16)
(Cálculo 17)
Se obtiene el siguiente resumen para el balance de masa:
Tabla 6-2: Valores para caudales y SSV con TRH de 24 [h] mezclando todo el RIL con aguas servidas
Caudal Sub
Índice
Q
[m3/d]
X
[gSSV/l]
Afluente Cámara Aireación 1 175 0
Efluente Cámara Aireación / Afluente Sedimentador 2 245 1,5
Efluente sistema de lodos activados 3 164,7 0
Reciclo de lodos 4 58,3 3,66
Purga de lodos 5 8,6 3.66
Además, se debe considerar los resultados del ensayo de sedimentación para el caudal
promedio diario. A partir de X4 y el análisis gráfico, se puede obtener el tiempo necesario para
la sedimentación.
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 117
Primero se calcula Hu:
= 16,4 [cm] (Cálculo 18)
Ahora se encuentra tu en el gráfico siguiente:
Figura 6-4: Determinación gráfica de tu para TRH = 24 [h]
Se puede ver que tu es 22 [min]. A partir del tiempo requerido se puede calcular el área
requerida para espesar los lodos en el sedimentador.
Ahora, el área de espesado requerida es de:
(Cálculo 19)
02468
1012141618202224262830323436384042
0 10 20 30 40
AL
TU
RA
D
E
LO
DO
[cm
]
tiempo [min]
curva de sedimentación
H
tu
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 118
Para el cálculo del área requerida para clarificar, se toma en cuenta la velocidad de
sedimentación libre, calculada en 5.2.2.3:
Luego el área de clarificado se calcula:
(Cálculo 20)
Por lo tanto, se tiene un área mínima de 9,4 [m2]. Si se aplica un factor de seguridad de
1,2 se requiere un área de diseño de 12,6 [m2]. La planta actual está diseñada para una carga
superficial de 8,15 [m/d] con un caudal de 113 [m3/d]. Con esto, el área de diseño es de 13,9
[m2]. Por lo tanto no es necesario hacer modificaciones a los sedimentadores.
No obstante, el resultado de la DBO5 soluble realizada a las muestras de efluente,
indica que el tratamiento es innecesario de aplicar a todo el caudal generado en la PTR. Por
otra parte, sin hacer modificaciones a la PTAS, el tiempo de TRH medio seria de 15 [h] y la
bibliografía indica que en plantas de lodos activados de convencionales, correspondiente al
tipo que ya opera en BASF, el TRH es de entre 4 a 8 [h] (10). Esto muestra que de todas
formas los microorganismos debieran ser capaces de degradar sobre un 80% de la materia
orgánica al tratar todo el caudal generado. Se sugiere realizar esta prueba con el caudal
máximo de la PTR en la misma PTAS en un estudio posterior para corroborar la bibliografía,
lo cual no fue posible en este estudio por la programación.
Si no se hacen modificaciones al estanque aireador y se considera un TRH de 15 [h],
los valores ajustados de los flujos, de acuerdo al mismo método realizado previamente, serían
los de la Tabla 6-3.
La distribución de los caudales que conforman el efluente de fábrica para esta
alternativa es la misma presentada en la Figura 6-2.
Por otra parte, sin modificar la planta y considerando un TRH de 24 [h], el afluente
estaría limitado a 113 [m3/d], esto implica desviar solo 90 [m
3/d] desde la PTR a la PTAS.
Bajo las mismas consideraciones anteriores de diseño y balance, los valores obtenidos para
esta condición serian los de la Tabla 6-4.
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 119
Tabla 6-3: Valores para caudales y SSV con TRH de 15 [h] mezclando todo el RIL con aguas servidas
Caudal Sub
Índice
Q
[m3/d]
X
[gSSV/l]
Afluente Cámara Aireación 1 175 0
Efluente Cámara Aireación / Afluente Sedimentador 2 245 1,5
Efluente sistema de lodos activados 3 170 0
Reciclo de lodos 4 58 3,9
Purga de lodos 5 4,3 3,9
Tabla 6-4: Valores para caudales y SSV con TRH de 24 [h] mezclando 90 [m3/d] de RIL de PTR con aguas
servidas
Caudal Sub
Índice
Q
[m3/d]
X
[gSSV/l]
Afluente Cámara Aireación 1 113 0
Efluente Cámara Aireación / Afluente Sedimentador 2 158 1,5
Efluente sistema de lodos activados 3 108 0
Reciclo de lodos 4 38 3,8
Purga de lodos 5 4,7 3,8
Luego, el área de clarificado quedaría en 3,75 [m2].
El nuevo valor de Hu quedaría en 15,8 [cm], lo que entrega un tu de 23,5 [min]. Con
esto, el área de espesado se calcula según:
(Cálculo 21)
Por lo tanto, el área actual de los sedimentadores de la PTAS es suficiente para este
caudal.
Al tomar esta condición, se puede calcular el la composición del efluente de BASF.
Según los resultados del muestreo, la DBO5 soluble se puede calcular como un 25% de la
DQO soluble.
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 120
Para estimar la DBO5 total del efluente se debe considerar la DBO5 soluble y la DBO5
de la materia suspendida.
Se puede considerar que la materia orgánica suspendida corresponde principalmente a
microorganismos en suspensión, ya que los resultados de SSV corresponden al 70% de los
sólidos suspendidos totales (SST). Según Metcalf & Eddy, la DBO5 se puede estimar entre un
45% y 68% de la DBOL7, mientras que la DBOL se calcula como 1,42 veces la concentración
de microorganismos expresados en SSV(10).
Por lo tanto, la DBO5 total de dicho flujo, se puede estimar de la siguiente manera:
(Ec. 45)
(Ec. 46)
(Ec. 47)
(Ec. 48)
El D.S. 609 exige los sólidos suspendidos del efluente no deben superar los 0,3 [g/l]. Si
se mantiene el valor obtenido en la separación del sedimentador del piloto, de 0,05 [g/l], se
puede estimar la DBO5 total del efluente de la fábrica si se mezcla 90 [m3/d] del efluente de la
PTR con las aguas servidas en la PTAS con TRH de 24 [h] en la cámara de aireación de 113
[m3]. Los resultados se muestran en la Tabla 6-5.
Cabe mencionar que los resultados pueden ser menores considerando que los SST
disminuyen al diluir el efluente de los sedimentadores con el agua del rechazo de la ósmosis,
el polvorín y el efluente de la PTR.
Con esto, la distribución de los caudales se representa mediante la Figura 6-5
Se puede ver que el efluente de la planta Quintero de BASF, mantendría los valores de
la DBO5 total alrededor de los 280 [mg/l], y la variabilidad sería casi nula, comparada a la
presentada históricamente, alcanzándose los objetivos planteados desde un principio.
7 DBOL: Demanda bioquímica de oxígeno de la materia carbonosa
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 121
Tabla 6-5: Valores estimados para la DBO5 total en el efluente de fábrica con tratamiento parcial de los
RILES de PTR mediante lodos activados
DÍA
AFLUENTE
PTAS
EFLUENTE
PTAS
EFLUENTE
PTR
RECH.
Y
POLV.
EFLUENTE DE FÁBRICA
[m3]
DQO
SOL
[mg/l]
[m3]
DQO
SOL
[mg/l]
[m3]
DQO
SOL
[mg/l] [m
3]
[m3]
DQO
SOL
[mg/l]
DBO5
SOL
[mg/l]
DBO5
TOTAL
[mg/l]
1 113 1.300 108 477 76 1.210 64 248 579 245 279
2 113 1.397 108 384 69 1.585 70 247 611 272 306
3 113 1.352 108 306 48 1.405 59 215 469 203 236
4 113 1.393 108 308 75 1.383 57 240 570 259 293
5 113 1.805 108 305 33 1.935 47 188 514 220 254
6 113 1.475 108 245 62 1.550 68 237 514 237 271
7 113 1.430 108 301 78 1.560 75 261 592 274 308
8 113 1.950 108 305 52 2.060 66 226 621 283 317
Las modificaciones al sistema serían principalmente dos bombas, una para el retiro de
los lodos generados y otra para desviar el caudal de la PTR hasta el alcantarillado de aguas
servidas, además de las tuberías implicadas.
Cualquiera sea el caso, una mayor carga orgánica, tienen un mayor requerimiento de
oxígeno. Según el diseño de la PTAS, la eficiencia de transferencia de oxígeno se considera de
un 6% y el factor de diseño es de 2,2. Esto entrega un requerimiento de aire para la PTAS de
130 [m3/kgDBO5].
El afluente a la PTAS, en caso de tratar un 100% del RIL de PTR conjuntamente a las
aguas servidas, la DBO5 estimada es de 900 [mg/l] promedio y el caudal es de 175 [m3/d]. Por
lo tanto, el caudal de aire requerido es de:
(Cálculo 22)
Si se utiliza la alternativa que solo considera un afluente de 113 [m3/d], el cálculo del
caudal de aire necesario entrega un valor de 13.221 [m3/d], lo que implica un soplador nuevo
de 1.102 [m3/h].
El actual soplador es capaz de entregar hasta 4.000 [m3/d], por lo cual es necesario
cambiarlo.
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 122
Para transportar los caudales, se requiere, en caso de tratar completamente el RIL de
PTR, desviar el flujo 42 [m] desde la salida del estanque de sobrenadante hasta la cámara de
los baños de la antigua planta AGRO. Lo más apropiado es el bombeo para mantener un
caudal constante.
Figura 6-5: Distribución de caudales con tratamiento parcial de los RILES de PTR mediante lodos
activados en la actual PTAS
Esta instalación agregaría la tubería a través de la tee sin perjudicar la instalación que
actualmente evacua los RILES por lo que, en caso de emergencia, la instalación actual seguiría
siendo una opción.
En caso de tratar solo los 113 [m3/d] de afluente a la PTAS, se requiere desviar
alrededor de 90 [m3/d] de RIL desde el actual sistema a la cámara de los baños de AGRO.
Actualmente existe una instalación que va desde la bomba de descarga del estanque de
sobrenadante hasta los baños de AGRO. Sin embargo, esta bomba esta por diseño a 72 [m3/h]
lo cual es muy superior a los 5 [m3/h] requeridos considerando un tiempo de operación de la
bomba de 18 [h/d]. La presión que debe levantar dicha bomba es de:
RECHAZO
OSMOSIS
POLVORIN
CAMARA ESVAL
E-773
PTAS
E-1
E-1
LODOS
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 123
(Cálculo 23)
Esto considerando una cañería de PVC de diámetro 50 [mm], despreciando la
velocidad de descenso del fluido en el estanque y considerando que las pérdidas por fricción
son despreciables en una longitud de 55 [m]. Para que esta bomba funcione bien, se debe
mantener un ritmo de floculación mínimo de 3 [floc/d], lo cual es factible disponiendo de
estanques ecualizadores de capacidad de 500 [m3] en total. El restante del agua producida
diaria, se envía directamente a la cámara de muestreo a través de un bypass actualmente
existente. En caso de querer ampliar el tratamiento al 100% de los RILES de PTR, se puede
instalar una segunda bomba en paralelo de las mismas especificaciones.
Además hay que considerar el tratamiento de los lodos biológicos generados. Si no se
realizan modificaciones a la cámara de aireación, los lodos diarios estimados bordean los 5
[m3/d]. Considerando una densidad de 1,2 [kg/l] y una distancia aproximada de 311 [m](21) se
puede calcular el requerimiento de la bomba en aproximadamente 18 [mH20] y un caudal de
0,4 [m3/h] considerando que estará funcionando 12 [h] por día.
Para estos efectos, existen tuberías que conectan ambos sistemas, por lo cual la
inversión sería mínima.
6.2. CARBÓN ACTIVADO
Según se ha determinado en el muestreo realizado, la concentración de DQO en el
efluente de PTR es de 1.590 [mg/l] aproximado. Además, el flujo medio diario es cercano a
los 148 [m3/d].
Considerando una velocidad lineal de 21,39 [cm/min], al igual que en los ensayos, el
área transversal de dicha columna se puede calcular según:
(Ec. 49)
(Cálculo 24)
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 124
Considerando una sección circular de la columna, se tiene que:
(Ec. 50)
Si se aplica un factor de seguridad de 1,2 se puede encontrar el diámetro de la
columna:
0,86 [m] (Cálculo 25)
Si se utilizan las constantes encontradas para la curva de ruptura a 1.560 [mg/l] de
DQO, que es la más cercana, con una altura de lecho de 2 [m], se puede encontrar los valores
para la salida del sistema. Sin embargo, la DQO media para un tiempo t en el efluente está
dada por la integral de la curva de ruptura, esto es:
(Ec. 51)
La Figura 6-6 muestra la DQO obtenida a la salida del sistema para un tiempo .
Figura 6-6: Comportamiento de la DQO a la salida del sistema de adsorción.
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
0 20 40 60 80 100 120 140 160
DQ
O [
mg
/l]
tiempo [min]
Efluente Sistema de Adsorción
DQO [mg/l] DQO prom [mg/l]
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 125
El objetivo de este sistema, es lograr una DBO5 en el efluente de BASF no mayor a los
350 [mg/l].
El balance de DQO hasta dicho punto, indica lo siguiente:
(Ec.
52)
Si se considera la DBO5 como un 50% de la DQO y se usan los valores promedio
encontrados en el muestreo para la generación de RILES, entonces la , que refleja la
carga orgánica del caudal que se envía a ESVAL, quedaría entonces en no mayor a 700 [mg/l]
y la ecuación anterior se traduce a lo siguiente.
(Cálculo 26)
Al ingresar al gráfico de la Figura 6-6 con este parámetro, se obtiene un tiempo de
servicio de 93 [min]. Esto significa que se debiera cambiar el carbón cada 1,5 [h] lo cual no es
factible según el régimen de operación de la planta, además de presuponer alto costo en las
operaciones, en comparación a la planta de lodos activados.
6.3. OXIDACIÓN QUÍMICA Y OXIDACIÓN AVANZADA
A partir de los resultados obtenidos, no es viable realizar una evaluación de factibilidad
de estos procesos. Además, la oxidación avanzada no entregó resultados confiables ni
suficientes para alcanzar los objetivos planteados.
Por otra parte, la experiencia en laboratorio dejó ver distintas desventajas operacionales
en el proceso de fotocatálisis heterogénea. Entre éstas, se puede nombrar la adsorción del
Fe(III) en la superficie del catalizador, lo cual disminuye los sitios activos y ensucia el
catalizador. Este Fe(III) es el remanente que queda en el efluente al utilizar FeCl3 en la
floculación previa. Además, al oxidar el efluente se producen óxidos de Fe(III) que cubren las
tuberías además del catalizador. Para eliminar este remanente es necesario un lavado con pH
6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 126
bajo, lo cual puede ser viable si se utiliza TiO2, pero no en caso de utilizar ZnO, pues este se
disuelve a pH menores a 5 y provoca pérdida del material soportado.
Además, es necesario también tomar en cuenta que el efluente de los procesos de
fotocatálisis heterogénea del efluente de PTR, el color se torna amarillo-naranja, que puede ser
una reacción de síntesis de compuestos complejos de fierro. Esto es inaceptable para un
efluente de planta.
A todo esto se suma el alto costo de construir reactores con materiales que no absorban
luz UV ni sean susceptibles de oxidarse. Esto, debido a que los materiales que absorben la luz
UV bajan la eficiencia de las reacciones y disipan calor al efluente, haciendo necesario un
proceso de enfriamiento posterior. Uno de los materiales aptos para los anillos raschig es el
cuarzo, en el cual se debiera soportar un catalizador adecuado mediante procesos térmicos
controlados. Esto implicaría, en planta, tener un horno o contratar un externo para soportar
catalizador y tener en bodega un stock en vista de alguna emergencia.
En resumen, se estima, a partir de los resultados obtenidos, que estas alternativas no
son factibles operacionalmente para tratar los RILES provenientes de la PTR de BASF. En
consecuencia, no se ha calculado dimensiones de equipos ni costos.
7. ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA TRATAMIENTO POR LODOS ACTIVADOS Pág. 127
7. ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA TRATAMIENTO POR
LODOS ACTIVADOS
Sin duda, la única alternativa de tratamiento que cumple satisfactoriamente con los
objetivos planteados es el tratamiento por lodos activados de los RILES de PTR.
Para tratar la totalidad de dichos residuos en la planta de lodos activados (actual PTAS)
considerando un tiempo de residencia en el biorreactor de 24 [h] se requiere aumentar el
volumen de éste en 97 [m3]. Esta alternativa deja el valor de la DBO5 muy por debajo de la
norma, es decir, implica invertir y costear una operación que no es completamente necesaria.
Sin embargo, si se desvía solo 90 [m3/d] de los 148 [m
3/d] de RIL de la PTR, a la
actual planta de lodos activados, no es necesario aumentar el volumen de la cámara de
aireación, disminuyendo costos por nivelación de terreno, montaje, materiales y horas hombre.
Además, la bibliografía y el comportamiento de los microorganismos permiten suponer que si
en el mediano plazo se desvía todo el efluente de PTR a esta misma cámara se puede alcanzar
un 80% de degradación con un TRH de 15 [h]. Por lo tanto, son estas alternativas las que se
han de evaluar económicamente.
Se ha considerado en la inversión valores obtenidos directamente de los proveedores el
mes de octubre del año 2010, no incluyen IVA ni costos de envío. Los sopladores incluyen un
10% de descuento de parte del proveedor (Versol). Además, consideraron los costos
involucrados en la operación de la planta de lodos activados bajo las nuevas condiciones.
Éstos están constituidos principalmente por el consumo eléctrico de los motores de los equipos
instalados. Se ha estimado el valor del [kWh] en CLP$70 según las tarifas vigentes de
Chilquinta Energía S.A. para Quintero durante el mes de Octubre de 2010.
En una primera instancia se requiere tratar 90 [m3/d] de RIL de PTR en la planta de
lodos activados. La Tabla 7-1 y la Tabla 7-2 muestran los valores involucrados.
Se sugiere comenzar con el tratamiento parcial, pero instalando el soplador de 40 [hp]
con tal de poder elevar el caudal progresivamente hasta el total del RIL conforme se vaya
monitoreando el comportamiento de la planta si se requiere.
7. ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA TRATAMIENTO POR LODOS ACTIVADOS Pág. 128
Tabla 7-1: Inversión en tratamiento parcial de efluente de PTR en lodos activados
Tabla 7-2: Costo operacional de tratamiento parcial del efluente de PTR en lodos activados
En caso de querer tratar el 100% del RIL de PTR, los valores involucrados son los de
la Tabla 7-3 y la Tabla 7-4.
Tabla 7-3: Inversión en tratamiento total del efluente de PTR en lodos activados
Tabla 7-4: Costo operacional de tratamiento total del efluente de PTR en lodos activados
8. CONCLUSIONES Pág. 129
8. CONCLUSIONES
Del análisis de datos históricos de los RILES de BASF – Quintero, se puede concluir lo
siguiente:
Los valores de la DBO5 presentados en los informes de los monitoreos de
autocontrol realizados dos veces por mes en la planta, no tienen una distribución
normal.
El 14,3% de los datos presentados incumplen el acuerdo firmado con ESVAL que
pone como límite máximo a la DBO5 de 600 [mg/l].
Las ocasiones en que la DBO5 supera la norma, se presenta la DBO5 soluble en un
rango alto, en ocasiones superior al 90% de la DBO5 total.
Se puede estimar la DBO5 soluble del efluente de la fábrica hasta en un 52% de su
DQO soluble.
En cuanto a la generación de los RILES, según el monitoreo realizado, las
conclusiones son las siguientes:
Se puede establecer que la planta que presenta mayor carga orgánica soluble es
Dispersiones. Sin embargo, se puede estimar que la mayor parte de esta carga se
remueve en la PTR. Esto se debe a que es el agua de lavado de un polímero
disperso en agua, el cual flocula fácilmente al cambiar las cargas en la floculación.
Durante el monitoreo, el efluente de la PTR presentó valores de DQO soluble que
van desde los 1.200 [mg/l] a los 2.100 [mg/l], con un promedio de 1.586 [mg/l] y
un caudal promedio de 148 [m3/d].
Se estima que el efluente de la planta Quintero de BASF Chile S.A. es de
aproximadamente 240 [m3/d] promedio, entre lunes y jueves, con una DQO soluble
promedio de 1.160 [mg/l].
Se puede determinar que la eficiencia en remoción de DQO soluble en la PTR es
del orden de un 70% promedio. Este valor disminuye si, a su vez, disminuye la
concentración de compuestos susceptibles de flocular, como cuando baja la carga
orgánica entregada por Dispersiones. El rango de eficiencia varía entre el 34% y
97%, lo cual explica la gran variación de la calidad del efluente.
8. CONCLUSIONES Pág. 130
La oxidación química aplicada a los RILES de las plantas Dispersiones y Palatal no
presenta resultados concluyentes debido al peróxido residual de las muestras, que arrojaron
valores de DQO mayores a los iniciales al tratamiento.
La fotocatálisis heterogénea y la fotolisis UV/H2O2 no cumplieron con el objetivo
mostrando valores de remoción de DQO soluble insuficientes y variables, además de presentar
coloración del RIL en algunos casos.
La remoción mediante adsorción en carbón activo se descarta por los problemas
operacionales del tratamiento que involucraría cambiar el lecho cada 1,5 [h]. Además de
requerir la instalación de un filtro de arena y disposición del lecho agotado como residuo
sólido.
En cuanto al tratamiento biológico por lodos activados, se puede concluir lo siguiente:
Es factible remover sobre un 80%, promedio, de la DQO soluble de un afluente
constituido en un 90% de RIL tratado en la PTR y en un 10% de aguas servidas de
la PTAS operando con un TRH de 24 [h].
Es innecesaria la adición de nutrientes ni ajuste de pH al proceso, ya que los
microorganismos se comportaron de manera favorable con la mezcla alimentada.
Al tratar 90 [m3/d] de RIL de la PTR con las aguas servidas en la actual PTAS y
posteriormente mezclando el efluente de ésta con el efluente restante de la PTR y
las otras aguas de la planta, se puede obtener una DBO5 que rodea los 283 [mg/l]
en el efluente de la fábrica.
Al tratar el RIL de la PTR mediante lodos activados se minimiza la variabilidad de
la calidad del efluente y, con ello, los riesgos de llegar a niveles sobre la norma.
La actual PTAS no requiere de modificaciones en el volumen de su biorreactor o en
los sedimentadores para cumplir con esto. Sin embargo, se debe aumentar la
capacidad del soplador para cubrir la nueva demanda de oxigeno. Además, se
requiere agregar al sistema de transporte de fluidos dos bombas de bajo consumo y
tuberías de PVC hidráulico clase 10.
Los costos asociados a esta alternativa involucran una inversión que rodea los
CLP$ 4.800.000 y consumos eléctricos cercanos a los CLP$ 500.000 por mes.
9. RECOMENDACIONES Pág. 131
9. RECOMENDACIONES
Si bien la planta Quintero opera en modalidad batch para sus procesos, es de
considerable importancia homogenizar la frecuencia de floculaciones diarias en la actual PTR.
Esto con el fin de generar un efluente de planta con un caudal que presente una menor
variabilidad entre días y entregue una información clara y confiable, que permita tomar
decisiones de manera práctica y expedita. Más aún, si se tiene por objetivo a corto plazo
entregar un tratamiento secundario a los RILES tratándolos en la actual PTAS. Esta
recomendación nace de la lectura de los registros de las floculaciones diarias, los cuales
presentan días en que se flocula 6 veces y al día siguiente, o el anterior, las floculaciones son
de dos o tres veces por día. Considerando que tienen una capacidad de ecualización de 500
[m3] es recomendable analizar esta posibilidad.
Actualmente, la distribución de los costos por tratamiento de RILES se realiza
tomando como principal fuente de información el número de floculaciones diarias realizadas
en la PTR por la empresa que la opera. Sin embargo, generalmente existe un desbalance entre
dicha información y la recogida por la planta a través de los medidores instalados, donde los
[m3] informados por la PTR generalmente superan significativamente los calculados a través
de los medidores de la planta. Actualmente, esta diferencia de caudal se asigna
proporcionalmente a cada planta según su producción con tal de concretar el cobro por
tratamiento. Es, por lo tanto, latente un problema de medición de caudal, que puede estar, ya
sea en los medidores de la planta, o en la información entregada por la PTR. Sin embargo, al
realizar los balances mensuales del efluente, los valores de los medidores son razonables,
incluyendo el medidor del efluente que llega a ESVAL. Para este caso particular, se
recomienda instalar un medidor de caudal a la salida de los floculadores y antes del estanque
de sobrenadante con tal de tener información de control en ese punto que refleje con certeza el
caudal de agua tratado y permita distribuir de mejor manera los costos por tratamiento de
aguas.
Considerando que la alternativa de tratar los residuos líquidos en forma conjunta en la
planta de lodos activados es factible, se puede considerar en un siguiente estudio, la alternativa
de instalar un filtro de pulido a la salida del sistema, con tal de enviar el efluente libre de
sólidos al tranque de agua de servicio. Para esto es necesario determinar previamente, la
9. RECOMENDACIONES Pág. 132
eficiencia real de la planta bajo las nuevas condiciones y comparar sus propiedades con el
agua de regadío que actualmente se utiliza como agua de servicio. Esto considera no solo un
ahorro por tratamiento del efluente en ESVAL sino un ahorro por caudal de RIL generado, ya
que éste se reduciría principalmente a las aguas del rechazo de ósmosis.
Además, se recomienda adquirir equipos de medición de carga orgánica expedita con
tal de llevar un control por parte de la planta más frecuente que el monitoreo externo.
10. REFERENCIAS Pág. 133
10. REFERENCIAS
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[Visitado el: 09 de Octubre de 2010.]
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2. BASF Chile S.A. PALATAL PRODUCTOS. sitio web del grupo BASF. [En línea]
[Visitado el: 09 de Octubre de 2010.]
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[Visitado el: 09 de Octubre de 2010.] http://www.basf.cl/styropor/producto/index.html.
4. República de Chile. Diario Oficial. 08 de Septiembre de 2004.
5. D.S. 609. Límites Máximos Permitidos Para las Descargas de Residuos Industriales
Líquidos a las Redes de Alcantarillado de los Servicios Públicos de Recolección de Aguas
Servidas. 2004.
6. SMA - BASF. Muestreo Riles_2008.xls/ Muestreo Riles_2009.xls. [archivo .xls].
Quintero, Chile : s.n., 2008/2009.
7. Estado de Medidores. cierre.xls/estado de medidores 2010. [archivo xls]. Quintero,
Chile : s.n., 2010.
8. ANAM S.A. Informe de Ensayo Nº 791180. Santiago : s.n., 2010.
9. SMA - BASF. Informes de Monitoreo de Autocontrol. Quintero, Chile : s.n., Enero -
Agosto de 2010.
10. Metcalf y Eddy, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales Tratamiento, Vertido y
Reutilización. (Tercera Edición) Volumen I. México : McGraw-Hill, 1996, 7.
11. Nanning, Javier. Sedimentación Secundaria en Sistemas de Lodos Activados. s.l. : Akros
Ltda., Septiembre de 2003.
12. Carlini, María Florencia. PuntoAmbiental.com. Septiembre de 2003. [Visitado el: 01 de
Diciembre de 2010.]
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13. McCabe, Warren, Smith, Julian y Harriott Peter. Operaciones Unitarias en Ingeniería
Química. s.l. : McGraw-Hill, 1991, 24.
14. Tenorio, German. Caracterización De La Biosorción De Cromo Con Hueso De Aceituna.
2006.
15. CNEA - Argentina. www.cnea.gov.ar. [En línea] [Citado el: 15 de Mayo de 2010.]
http://www.cnea.gov.ar/xxi/ambiental/CYTED/06cap01.pdf.
16. Gil, Edison y Molina, Kevin. Aplicación de los Sistemas Fotocatalíticos Para la
Destrucción de Compuestos Orgánicos y Otras Sustancias en Fuentes Hídricas.
Medellín : s.n., 2006. 1692-0694.
17. Ollino, Mario, Caneo, Cecilia, Lizama, Cristian y Palacios, Patricio. Photodegradation of
Malachite Green Using Immobilized Tio2 And Factorial Design. 1, Enero de 2007,
Journal of Advanced Oxidation Technologies, Vol. 10, págs. 67-71.
10. REFERENCIAS Pág. 134
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19. ENERGIA - BASF. A control de equipo de osmosis.xls/contol. [archivo .xls]. Quintero,
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US Peroxide - Technologies for . [Visitado el: 10 de Octubre de 2010.]
http://www.h2o2.com/technical-library/analytical-
methods/default.aspx?pid=75&name=Analytical-Interferences-Caused-by-Residual-
Peroxide.
21. Ingeniería - BASF Chile S.A. Plano GS-C-Y-14284-E. Plano General Referencia a
Niveles. 2010.
ANEXOS Pág.135
ANEXOS
ANEXOS Pág.136
ANEXO A: GLOSARIO
Afluente : Corriente que ingresa a un sistema
Biodegradabilidad : Porcentaje de un sustrato susceptible de degradarse por métodos
biológicos
Carga
contaminante
media diaria
: Cociente entre la masa o volumen de un parámetro y el número de
días en que efectivamente se descargó el residuo industrial líquido al
sistema de alcantarillado, durante un mes de máxima producción.
Catalizador : Compuesto o elemento que disminuye la energía de activación
involucrada en una reacción química, sin verse alterado químicamente
tras la reacción
DBO : (Demanda Bioquímica de Oxígeno) es la cantidad de oxígeno
necesario para degradar una muestra. Se mide en miligramos de
oxígeno diatómico por litro de solución [mgO2/l]
DBO soluble : Es la DBO que presenta una muestra filtrada, es decir, la demanda
bioquímica de oxígeno de los compuestos presentes en la muestra que
no están suspendidos. Se mide en miligramos de oxígeno diatómico
por litro de solución [mgO2/l]
DBO5 : Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días y a 20 [°C].
Dispersión
Polimérica
: Fluido compuesto por agua y polímeros dispersos en ella a través de
un agente dispersor
DQO soluble : Es la DQO que presenta una muestra filtrada, es decir, la demanda
química de oxígeno de los compuestos presentes en la muestra que no
están suspendidos
Ecualizador : Estanque diseñado para homogenizar el caudal de un fluido
Efluente : Corriente que sale de un sistema
Empírico : Que se obtiene experimentalmente
ANEXOS Pág.137
Floculación : Tratamiento que consiste agregar uno o varios agentes coagulantes al
RIL para alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en
suspensión, los cuales quedan atrapados en el coagulante y conforman
agregaciones de partículas conocidas como flóculos.
H2O2 :
Peróxido de hidrógeno
Muestreo de
autocontrol
: Es el muestreo realizado directamente o por cuenta y cargo del
establecimiento industrial destinado a controlar la calidad y cantidad
de sus efluentes.
Ósmosis : Fenómeno físico espontáneo en el cual el agua difunde a través de una
membrana semipermeable desde una solución diluida a una más
concentrada.
Ósmosis Inversa : Operación unitaria en la cual se utiliza una presión mayor a la presión
osmótica con tal de difundir el agua a través de membranas
semipermeables desde una solución concentrada para conseguir una
solución más diluida
Planta : Espacio físico donde se lleva a cabo un proceso y/o operación
unitarios, incluido equipos, tuberías e instalaciones en general
Poliestireno : Polímero del estireno, utilizado principalmente en su formato
expandido como aislante
Polímero : Molécula conformada por estructuras químicas que se repiten,
llamadas monómeros
Polvorín : Instalación diseñada para almacenar productos químicos catalogados
como explosivos
Proceso Batch : Proceso que no es continuo, es decir, se realiza por lotes
PTAS : Sigla que resume Planta de Tratamiento de Aguas Servidas
PTR : Sigla que resume Planta de Tratamiento de RILES
ANEXOS Pág.138
RIL - RILES : Sigla que resume Residuo(s) industrial(les) líquido(s) descargados por
un establecimiento industrial
Sedimentador : Equipo diseñado para separar por gravedad sólidos sedimentables
desde un fluido
SST : Sigla que resume Sólidos Suspendidos Totales, es una unidad
indicativa de la concentración de materia suspendida en una muestra
SSV : Sigla que resume Sólidos Suspendidos Volátiles, es una unidad
indicativa de la concentración de microorganismos en una muestra
Test de Lilliefors : Test aplicable a un conjunto de datos en estadística para rechazar o
aceptar la hipótesis de normalidad de dichos datos
TRH : Sigla que resume Tiempo de Residencia Hidráulico. Indica el tiempo
que transcurre desde el ingreso de una partícula de fluido a un sistema
hasta su salida.
Zeolita : Conjunto de minerales que comprenden silicatos alumínicos
hidratados de metales alcalinos y alcalinotérreos. Tienen cavidades de
dimensiones moleculares de 8 a 10 [Ȧ]. Contienen iones grandes y
moléculas de agua con libertad de movimiento, que permiten el
intercambio iónico. Además sus poros y cargas proporcionan
capacidad de adsorción de determinados compuestos.
ANEXOS Pág.139
ANEXO B: TEST DE NORMALIDAD APLICADO A LA DBO5
HISTÓRICA
Este anexo compila los datos históricos de la DBO5 muestreada por el laboratorio
externo para las descargas de BASF desde Junio del 2008 a Diciembre de 2009. Además, se ha
calculado la frecuencia acumulada para los valores muestreados (Fi. Ac.), el correspondiente
valor Z, la probabilidad acumulada según el valor Z (Prob. Ac) y la diferencia entre la
frecuencia acumulada y la probabilidad acumulada, D. La finalidad de estos datos es realizar
el test de normalidad. Su análisis se presenta en la sección 2.3.
Tabla A - 1: Datos ordenados para distribución de la DBO5 entre junio de 2008 y diciembre de 2009
Fuente: Registros de autocontrol BASF Chile S.A. Quintero
FECHA DBO5
[mg/l] ni Fi Ac. valor z Prob. Ac. (Z) D
Mar-09 67 1 2,4% - 1,58 5,7% 3,29%
Feb-09 119 2 4,8% - 1,30 9,7% 4,94%
Ago-08 163 3 7,1% - 1,06 14,5% 7,37%
Mar-09 163 4 9,5% - 1,06 14,5% 4,99%
Dic-08 166 5 11,9% - 1,04 14,9% 2,99%
Jul-08 175 6 14,3% - 0,99 16,1% 1,78%
Oct-08 191 7 16,7% - 0,90 18,3% 1,63%
Dic-09 191 8 19,0% - 0,90 18,3% 0,75%
Nov-09 210 9 21,4% - 0,80 21,2% 0,24%
Dic-09 219 10 23,8% - 0,75 22,6% 1,16%
Jun-09 224 11 26,2% - 0,72 23,5% 2,71%
Ago-09 228 12 28,6% - 0,70 24,2% 4,42%
Jul-08 236 13 31,0% - 0,66 25,5% 5,41%
Dic-08 250 14 33,3% - 0,58 28,1% 5,26%
Nov-08 275 15 35,7% - 0,44 32,9% 2,85%
Ene-09 282 16 38,1% - 0,41 34,3% 3,84%
Nov-08 284 17 40,5% - 0,39 34,7% 5,81%
Jul-09 285 18 42,9% - 0,39 34,9% 7,99%
Oct-08 290 19 45,2% - 0,36 35,9% 9,36%
Oct-09 291 20 47,6% - 0,36 36,1% 11,53%
Ago-08 296 21 50,0% - 0,33 37,1% 12,88%
ANEXOS Pág.140
Tabla A - 2: Datos ordenados para distribución de la DBO5 entre junio de 2008 y diciembre de 2009
Fuente: Registros de autocontrol BASF Chile S.A. Quintero (continuación)
FECHA DBO5
[mg/l] ni Fi Ac. valor Z Prob. Ac. D
Sep-08 309 22 52,4% - 0,26 39,8% 12,54%
Jun-08 311 23 54,8% - 0,25 40,3% 14,50%
Nov-09 314 24 57,1% - 0,23 40,9% 16,24%
Jun-09 316 25 59,5% - 0,22 41,3% 18,20%
Abr-09 345 26 61,9% - 0,06 47,6% 14,31%
Ene-09 381 27 64,3% 0,14 55,4% 8,84%
Ago-09 393 28 66,7% 0,20 58,0% 8,63%
Jun-08 412 29 69,0% 0,31 62,1% 7,00%
Sep-08 412 30 71,4% 0,31 62,1% 9,38%
May-09 449 31 73,8% 0,51 69,5% 4,33%
Abr-09 464 32 76,2% 0,59 72,3% 3,89%
Sep-09 493 33 78,6% 0,75 77,4% 1,22%
Oct-09 495 34 81,0% 0,76 77,7% 3,27%
Sep-09 511 35 83,3% 0,85 80,2% 3,12%
May-09 566 36 85,7% 1,15 87,5% 1,79%
Mar-09 604 37 88,1% 1,36 91,3% 3,19%
Jul-09 613 38 90,5% 1,41 92,0% 1,57%
Oct-09 628 39 92,9% 1,49 93,2% 0,33%
Dic-09 683 40 95,2% 1,79 96,3% 1,10%
Nov-09 772 41 97,6% 2,28 98,9% 1,25%
Jul-09 876 42 100,0% 2,85 99,8% 0,22%
ANEXOS Pág.141
ANEXO C: ESTADO DE MEDIDORES
Este anexo muestra el estado de los medidores ubicados en la planta BASF – Quintero
durante los días del monitoreo realizado para determinar la generación de RILES en cada
punto muestreado.
DÍA
FE
CH
AR
25T
H25
DIS
P.
R15
R11
UR
RA
CA
HID
RO
PO
TA
BL
EF
3211
1E+
07
LU
NE
S30
-08-
1084
071
8439
012
6156
8768
8962
221
5375
5942
359
7556
710
1437
6320
784
MA
RT
ES
31-0
8-10
840
7184
3901
261
5687
8089
622
2153
7559
4238
075
579
1056
7163
6494
5
MIE
RC
OL
ES
01-0
9-10
841
7185
3901
261
5687
9489
622
2153
7565
4238
975
591
1108
0864
0907
4
JUE
VE
S02
-09-
1084
471
8639
012
6156
8811
8962
221
5375
7042
399
7559
911
0808
6435
567
VIE
RN
ES
03-0
9-10
845
7186
3901
361
5688
2689
622
2153
7574
4241
775
609
1159
5164
7972
9
LU
NE
S06
-09-
1084
671
8739
013
6158
8867
8967
821
5475
8042
449
7565
713
2683
6629
870
MA
RT
ES
07-0
9-10
847
7187
3901
361
5888
7689
687
2154
7580
4245
775
667
1335
9066
5635
3
MIE
RC
OL
ES
08-0
9-10
848
7188
3901
361
5888
8889
687
2154
7583
4247
075
681
1378
2267
0049
4
JUE
VE
S09
-09-
1084
971
8839
013
6158
8896
8968
721
5575
8842
503
7569
514
2051
6744
666
VIE
RN
ES
10-0
9-10
850
7189
3901
361
5889
0589
687
2155
7589
4251
975
708
1471
9867
8883
6
PA
LA
TA
LD
ISP
ER
SIO
NE
S
DE
SP.
CA
M.
STY
RO
PO
R