UNIVERSIDAD DE

COSTA RICA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

PROYECTO DE GRADUACIÓN SOMETIDO A CONSIDERACIÓN DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA COMO REQUISITO FINAL PARA

OPTAR AL GRADO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA

CLASIFICACIÓN TÉCNICA Y EVALUACIÓN DE POSIBLES MÉTODOS PARA LA DISPOSICIÓN DE LA CERA PARA RECUBRIMIENTO QUE SOBRA

DURANTE LA PREPARACIÓN DE LA PIÑA PARA EXPORTACIÓN

CARLOS CARVAJAL TORRES

CIUDAD UNIVERSITARIA RODRIGO FACIO SAN JOSÉ, COSTA RICA

AGOSTO, 2013

Proyecto final de graduación presentado el día 7 de agosto de 2013, en la Facultad de

lngeniería de la Universidad de Costa Rica; para optar por el grado académico ,de

Licenciatura en Ingeniería Química, ante el siguiente Tribunal examinador:

~¿;,k~ Ph0. lng. Esteban Durán Herrera

Presidente del Tribunal

M.Sc. Ing. Gerardo Chacón Valle Director del proyecto

M.Sc lng. Bénhil Sánchez Porras

Lector

ii

Dedicatoria

A Dios por guiarme por el camino correcto. A mis padres por su apoyo y motivación en todo momento. A todos los seres queridos que me han brindado el cariño, la confianza y la ayuda necesaria para la culminación de mis estudios.

iii

Agradecimientos

Al director del proyecto, Ing. Gerardo Chacón Valle, por su guía, su entrega y por sus

valiosos consejos y aportes, durante la ejecución del proyecto.

A los lectores, Ing. Alexander Vásquez Calvo, Ing. Leonardo Garro Mena e Ing. Benhil

Sánchez Porras, por su asesoría.

Al personal de la empresa Balance Ambiental, por toda la colaboración brindada para hacer

posible la realización de este proyecto.

A la Universidad de Costa Rica y la Escuela de Ingeniería Química, por brindarme una

educación integral.

A todos aquellos que de una u otra manera colaboraron con la culminación de estos

estudios.

Gracias a todos.

iv

Resumen

El objetivo general del presente proyecto consistió en realizar la búsqueda y evaluación de posibles métodos de disposición para el desecho de cera generado durante el recubrimiento de la piña, y caracterizar por medio de ensayos a nivel de laboratorio uno de los procesos más prometedores con el fin de evaluar la calidad del tratamiento. Para esto se inició con una revisión bibliográfica, donde se recopiló información de los posibles métodos de disposición a emplear. Seguidamente se procedió a seleccionar el método más apto a través de su evaluación, mediante la aplicación de una matriz de decisión, donde se consultó a un conjunto de profesionales afines a esta temática. Una vez elegido el método más apropiado según los criterios considerados, se aplicó una serie de valoraciones a nivel de laboratorio, para definir los resultados reales obtenidos con la aplicación de este tratamiento. Se determinó estadísticamente, cómo la concentración del coagulante y el pH inicial de la cera, tienen un efecto significativo sobre el volumen de flóculo obtenido. Además se obtuvo dentro de las condiciones de operación establecidas, que la dosis óptima de floculante es de 350 mg/L para el sulfato de hierro II y de 400 mg/L para el sulfato de aluminio. Se obtiene una remoción del 88,7% para la demanda química de oxígeno, 85,3% para la demanda bioquímica de oxígeno y un 81,1% para las grasas y aceites al emplear sulfato de aluminio. Mientras que al utilizar el sulfato de hierro II los rendimientos para la remoción de la demanda química de oxígeno fue de 80,3%, para la demanda bioquímica de oxígeno este valor es del 80,5%, mientras que la remoción de grasas y aceites fue de un 84,9%.

Se propone un sistema de tratamiento que consta de un canal de desbaste, una zona de mezcla rápida (coagulación), una zona de mezcla lenta (floculación) y un sedimentador. Posteriormente se complementa con un filtro de arena de flujo ascendente, seguido de un lecho de carbón activado y un humedal horizontal de flujo subsuperficial. Se dispone además de un lecho para el secado de los lodos. El costo estimado para la construcción de este sistema es de ₡ 12 700 000. Se debe realizar una caracterización fisicoquímica de la cera antes de definir o dimensionar el sistema de tratamiento a aplicar, ya que las características de este residuo pueden variar de un sitio a otro. Sin embargo, se puede tomar como referencia los resultados obtenidos bajo las condiciones dadas.

v

Índice general

Capítulo 1 ...................................................................................................................................... 1

Características generales del cultivo y procesamiento de la piña ................................................. 1

1.1 Características generales de la fruta ............................................................................... 1

1.1.1 Propiedades nutricionales y medicinales de la piña ................................................ 3

1.1.2 Variedades de piña .................................................................................................. 3

1.2 Cultivo y procesamiento de la piña ................................................................................ 4

1.2.1 Requerimientos del cultivo de piña ........................................................................ 4

1.2.2 Atributos de calidad para la piña ............................................................................ 6

1.2.3 Preparación de la piña para exportación ................................................................. 9

1.3 Importancia económica del cultivo de la piña .............................................................. 13

1.4 Impacto generado por el desarrollo de la actividad piñera .......................................... 14

1.4.1 Impacto ambiental de la producción de piña ........................................................ 15

1.4.2 Impacto social de la actividad piñera .................................................................... 17

1.5 Distintas alternativas de aprovechamiento para los residuos generados durante el cultivo y procesamiento de la piña ......................................................................................... 19

1.6 Legislación nacional relacionada ................................................................................. 21

Capítulo 2 .................................................................................................................................... 23

Información técnica de los productos utilizados en la preparación de la cera ............................ 23

2.1 Cuantificación y caracterización del desecho de cera generado .................................. 26

2.2 Características fisicoquímicas del residuo de cera ....................................................... 28

2.3 Caracterización de los componentes de la cera ............................................................ 29

2.3.1 Fungicida .............................................................................................................. 29

2.3.2 Cera ....................................................................................................................... 32

Capítulo 3 .................................................................................................................................... 36

Alternativas de disposición para la cera ..................................................................................... 36

3.1 Introducción ................................................................................................................. 36

3.2 Tratamientos químicos ................................................................................................. 37

3.2.1 Recuperación electroquímica ................................................................................ 37

3.2.2 Descarga de microondas ....................................................................................... 39

vi

3.3 Tratamientos físicos ..................................................................................................... 41

3.3.1 Coagulación y floculación .................................................................................... 41

3.3.2 Membranas ............................................................................................................ 43

3.3.3 Coalescencia ......................................................................................................... 44

3.4 Tratamientos biológicos ............................................................................................... 45

3.4.1 Lagunas de estabilización ..................................................................................... 46

3.4.2 Fangos activados ................................................................................................... 47

3.4.3 Procesos anaerobios de biomasa fija .................................................................... 48

3.4.4 Fitoremediación .................................................................................................... 50

3.4.5 Sistemas de infiltración ......................................................................................... 51

Capítulo 4 .................................................................................................................................... 53

Clasificación de las alternativas de disposición .......................................................................... 53

4.1 Introducción ................................................................................................................. 53

4.2 Escala de calificación ................................................................................................... 55

4.3 Criterios de selección ................................................................................................... 55

4.4 Peso de cada criterio de selección ................................................................................ 60

4.5 Aplicación de la herramienta de clasificación ............................................................. 60

Capítulo 5 .................................................................................................................................... 77

Generalidades sobre el método de tratamiento seleccionado ..................................................... 77

5.1 Introducción ................................................................................................................. 77

5.2 Conceptos teóricos sobre emulsiones ........................................................................... 77

5.2.1 Usos de las emulsiones ......................................................................................... 77

5.2.2 Definición y características de las emulsiones ..................................................... 78

5.2.3 Tipos de emulsiones .............................................................................................. 79

5.2.4 Emulsionantes y estabilizantes ............................................................................. 80

5.2.5 Factores que afectan la estabilidad de las emulsiones .......................................... 81

5.2.6 Ruptura de emulsiones .......................................................................................... 83

5.2.7 Agentes químicos desemulsificantes .................................................................... 86

5.2.8 pH óptimo para coagulación ................................................................................. 89

Capitulo 6 .................................................................................................................................... 90

vii

Planeamiento metodológico de las pruebas de campo ................................................................ 90

6.1 Justificación .................................................................................................................. 90

6.2 Objetivos del proyecto ................................................................................................. 92

6.2.1 Objetivo general .................................................................................................... 92

6.2.2 Objetivos específicos ............................................................................................ 92

6.3 Marco operacional ........................................................................................................ 93

6.3.1 Definición de las variables implicadas ................................................................. 94

6.3.2 Equipo de medición .............................................................................................. 94

6.3.3 Plan experimental ................................................................................................. 95

Capítulo 7 .................................................................................................................................. 103

Análisis y discusión de los resultados obtenidos a partir de las evaluaciones de campo ......... 103

7.1 Introducción ............................................................................................................... 103

7.2 Variación del pH de la cera con la adición de lechada de cal .................................... 103

7.3 Aplicación del diseño factorial completo ................................................................... 104

7.4 Determinación de la dosis apropiada de cada coagulante .......................................... 107

7.5 Ejecución de las corridas experimentales en la planta piloto ..................................... 110

Capítulo 8 .................................................................................................................................. 120

Diseño del sistema de tratamiento propuesto ........................................................................... 120

8.1 Sistema de tratamiento propuesto .............................................................................. 120

8.1.1 Canal de desbaste ................................................................................................ 121

8.1.2 Mezcla rápida ...................................................................................................... 121

8.1.3 Mezcla lenta ........................................................................................................ 121

8.1.4 Sedimentador ...................................................................................................... 122

8.1.5 Filtro de arena ..................................................................................................... 122

8.1.6 Lecho de carbón activado ................................................................................... 122

8.1.7 Humedal de flujo sub superficial horizontal ....................................................... 123

8.1.8 Caja de registro ................................................................................................... 123

8.1.9 Lecho para secado de lodos ................................................................................ 123

8.2 Carga hidráulica ......................................................................................................... 124

8.3 Carga contaminante .................................................................................................... 124

viii

8.4 Criterios de diseño y dimensionamiento de las etapas del sistema de tratamiento .... 125

8.4.1 Canal de desbaste ................................................................................................ 125

8.4.2 Mezcla rápida ...................................................................................................... 127

8.4.3 Cámara de mezcla lenta y floculación ................................................................ 128

8.4.4 Sedimentador ...................................................................................................... 128

8.4.5 Filtro de arena ..................................................................................................... 130

8.4.6 Lecho de carbón activado ................................................................................... 132

8.4.7 Caja de registro ................................................................................................... 132

8.4.8 Lecho de secado .................................................................................................. 133

8.4.9 Humedal de flujo sub superficial ........................................................................ 134

8.5 Calidad del efluente .................................................................................................... 135

Capítulo 9 .................................................................................................................................. 137

Estimación de los costos y gastos de inversión para la construcción del sistema propuesto ... 137

9.1 Introducción ............................................................................................................... 137

9.2 Determinación de los costos y gastos implicados ...................................................... 137

9.2.1 Costos y gastos administrativos .......................................................................... 137

9.2.2 Costos y gastos de construcción ......................................................................... 138

9.2.3 Otros gastos ......................................................................................................... 138

Capítulo 10 ................................................................................................................................ 145

Conclusiones y recomendaciones ............................................................................................. 145

10.1 Conclusiones .............................................................................................................. 145

10.2 Recomendaciones ....................................................................................................... 150

Capítulo 11 ................................................................................................................................ 152

Nomenclatura ............................................................................................................................ 152

Capítulo 12 ................................................................................................................................ 154

Referencias bibliográficas ......................................................................................................... 154

Apéndices .................................................................................................................................. 163

A. Datos Experimentales........................................................................................................... 164

B. Muestra de cálculo ............................................................................................................... 170

Anexos ...................................................................................................................................... 173

ix

Índice de cuadros

Cuadro 1.1 Composición química de la piña (Medicina natural peruana, 2011) ......................... 2

Cuadro 2.1 Características generales de la cera utilizada para recubrir la piña .......................... 23

Cuadro 2.2 Características generales del fungicida que se mezcla con la cera .......................... 25

Cuadro 2.3 Resultados de los análisis fisicoquímicos de la muestra tomada en la empresa de Upala ........................................................................................................................................... 28

Cuadro 2.4 Resultados de los análisis fisicoquímicos de la muestra tomada en la empresa de Santa Rosa de San Carlos ........................................................................................................... 29

Cuadro 2.5 Ácidos grasos hallados más frecuentemente en las grasas alimenticias (Primo, 1997) ........................................................................................................................................... 34

Cuadro 4.1 Valor de peso asignado a cada criterio de selección ................................................ 60

Cuadro 4.2 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Jenny Arce ......................................................... 61

Cuadro 4.3 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Benhil Sánchez .................................................. 64

Cuadro 4.4 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Bernardo Mora ................................................... 66

Cuadro 4.5 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Anselmo Guillén ................................................ 69

Cuadro 4.6 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Ricardo Morales ................................................. 71

Cuadro 4.7 Resumen de las calificaciones dadas para cada sistema de tratamiento .................. 74

Cuadro 4.8 Resumen de las calificaciones obtenidas para las alternativas de tratamiento consideradas para la disposición del residuo de cera .................................................................. 76

Cuadro 5.1 Productos empleados en el tratamiento de aguas residuales .................................... 88

Cuadro 5.2 Combinaciones de coagulantes y bases empleados comúnmente para el tratamiento de aguas residuales (Rodríguez, 2008). ...................................................................................... 89

Cuadro 5.3 Equipo empleado durante el desarrollo de las mediciones experimentales ............. 94

Cuadro 5.4 Reactivos utilizados para el desarrollo del plan experimental ................................. 94

Cuadro 6.1 Factores y niveles a evaluar en el proceso de coagulación-floculación tanto para la aplicación de sulfato de hierro II y como para el uso de sulfato de aluminio ............................ 98

Cuadro 6.2 Diseño factorial para la evaluación del efecto de tres variables en el proceso de coagulación-floculación tanto para la aplicación de sulfato de hierro II y como para el uso de sulfato de aluminio ...................................................................................................................... 98

x

Cuadro 7.1 Factores y niveles a evaluar en el proceso de coagulación-floculación tanto para la aplicación de sulfato de hierro II y como para el uso de sulfato de aluminio .......................... 105

Cuadro 7.2 Efecto sobre el volumen de flóculo formado y error estándar obtenido, para el diseño factorial 23, utilizando sulfato de aluminio como coagulante ....................................... 105

Cuadro 7.3 Efecto sobre el volumen de flóculo formado y error estándar obtenido, para el diseño factorial 23, utilizando sulfato de hierro II como coagulante ........................................ 106

Cuadro 7.4 Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de hierro II ................................................................................................................................ 109

Cuadro 7.5 Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de aluminio ............................................................................................................................... 110

Cuadro 7.6 Porcentaje de reducción de los parámetros de interés analizados durante las pruebas en la planta piloto, para las corridas realizadas con sulfato de aluminio .................................. 117

Cuadro 7.7 Porcentaje de reducción de los parámetros de interés analizados durante las pruebas en la planta piloto, para las corridas realizadas con sulfato de hierro II ................................... 118

Cuadro 11.1 Notación utilizada en las ecuaciones y relaciones utilizadas ............................... 152

Cuadro A.1 Cuadro de constantes químicas y físicas de las especies involucradas (Lide, 2006)164

Cuadro A.2 Variación del pH de la cera con la adición de lechada de cal ............................... 164

Cuadro A.3 Volumen de flóculo obtenido durante la aplicación del diseño factorial, para muestras de cera tratadas con sulfato de aluminio .................................................................... 165

Cuadro A.4 Volumen de flóculo obtenido durante la aplicación del diseño factorial, para muestras de cera tratadas con sulfato de hierro II ..................................................................... 165

Cuadro A.5 Volumen promedio de flóculo obtenido mediante la aplicación del diseño factorial, empleando sulfato de aluminio como coagulante ..................................................................... 165

Cuadro A.6 Volumen promedio de flóculo obtenido mediante la aplicación del diseño factorial, empleando sulfato de hierro II como coagulante ...................................................................... 166

Cuadro A.7 Error estándar de los efectos analizados en el diseño factorial ............................. 166

Cuadro A.8 Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de hierro II ..................................................................................................................... 166

Cuadro A.9 Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de aluminio .................................................................................................................... 167

Cuadro A.10 Caudal aportado por la bomba peristáltica en función del porcentaje de stroke y el porcentaje de velocidad de dosificación ................................................................................... 168

Cuadro A.11 Porcentaje de reducción de los distintos parámetros analizados durante las pruebas en la planta piloto, para las corridas realizadas con sulfato de aluminio .................... 168

Cuadro A.12 Porcentaje de reducción de los distintos parámetros analizados durante las pruebas en el prototipo, para las corridas realizadas con sulfato de hierro II ........................... 169

xi

Cuadro A.13 Datos para la estimación del caudal de los recipientes del prototipo .................. 169

Cuadro A.14 Monitoreo del pH en el sistema durante la corrida con sulfato de aluminio en el prototipo .................................................................................................................................... 169

Cuadro A.15 Monitoreo del pH en el sistema durante la corrida con sulfato de hierro II en el prototipo .................................................................................................................................... 169

xii

Índice de figuras

Figura 1.1 Descarga de la piña a las pilas de lavado (Pirecuasa, 2013) ..................................... 10

Figura 1.2 Encerado de la piña mediante sistema de cascada (Sucato, 2012) ............................ 11

Figura 2.1 Forma estructural del triadimefon ............................................................................. 30

Figura 2.2 Hidrólisis de los triglicéridos (Mc Murry, 2004) ...................................................... 33

Figura 2.3 Reacción de saponificación para la elaboración de jabón (Mc Murry, 2004) ........... 33

Figura 2.4 Molécula de 1,4-sorbitán ........................................................................................... 35

Figura 4.1 Tendencias mostradas para las calificaciones dadas a cada sistema de tratamiento .................................................................................................................................. 75

Figura 5.1 Propiedades surfactantes de una molécula según escala HLB (sin autor, n.f.) ......... 82

Figura 5.2 Curva de energía neta de interacción (Zeta-Meter Inc, s.f.) ...................................... 83

Figura 5.3 Mecanismos que contribuyen a la inestabilidad de las emulsiones (Aranberri et al, 2006) ...................................................................................................................................... 86

Figura 7.1 Variación promedio del pH de una muestra de cera de 100 mL con la adición de lechada de cal ............................................................................................................................ 104

Figura 7.2 Análisis de la interacción entre la concentración de sulfato de hierro II y el pH inicial de la cera ........................................................................................................................ 107

Figura 7.3 Volumen de flóculo formado en las muestras 4, 5 y 6 al subir el pH a 11 .............. 109

Figura 7.4 Variación del caudal entregado por la bomba peristáltica en función del porcentaje de stroke para distintas velocidades de dosificación ............................................... 111

Figura 7.5 Montaje del prototipo y demás accesorios .............................................................. 113

Figura 7.6 Acumulación de flóculo en los filtros ..................................................................... 115

Figura 7.7 Comportamiento del sistema con la aplicación de sulfato de hierro II ................... 116

1

Capítulo 1

Características generales del cultivo y procesamiento de la piña

1.1 Características generales de la fruta

La piña se encuentra dentro de las frutas tropicales más importantes en el mundo según su

volumen de producción; junto con el banano, el mango y los cítricos.

La industria de producción de esta fruta se ha desarrollado ampliamente a nivel mundial en

los últimos años, motivada por el aumento sostenido de la demanda de frutas tropicales

frescas, en conservas y jugos, o secas; en los mercados de los Estados Unidos y Europa

(Kortbech-Olesen, 1996).

La piña pertenece taxonómicamente al género Ananas familia bromeliaceas. La más común

se llama Ananas comosus, es una monocotiledónea, herbácea, perenne que puede

sobrepasar los 1,5 m de alto por 1,5 m de ancho. En general, las hojas son largas en forma

de canal dispuestas en roseta, algunas variedades presentan espinas. La forma de sus hojas

y la disposición le permiten almacenar agua y acumular humedad, aportándola a la planta

en épocas de menor presencia (Javiera, 2005).

El sistema radicular de la planta de piña es muy superficial, generalmente las raíces se

localizan en los primeros 0,15 m superiores del suelo aunque pueden profundizarse hasta

0,60 m o más. Además, la planta tiene varios medios propagativos, entre los cuales existe la

corona, los hijos que se forman en la base del fruto, los hijuelos del tallo que se desarrollan

a partir de yemas axilares del tallo y los retoños que se originan en la base del tallo.

El fruto es una baya de forma cilíndrica y voluptuosa que puede llegar a pesar desde 0,5 kg

a 2 kg o más y puede producirse entre 5 a 6 meses. En cuanto a valor nutricional se refiere,

la piña se compone primordialmente de agua, ya que el 85% del peso de este fruto se debe a

2

este líquido y el principal nutriente son los hidratos de carbono simple, mientras que los

niveles de grasa y proteínas son mínimos. Además, cu.enta con una alta concentración de la

vitamina C, importante para ciertas funciones que desarrolla el organismo. También, esta

fruta presenta en bajas cantidades las vitaminas B1 y B6, así como altos niveles de potasio,

magnesio, manganeso y cobre.

Cuadro 1.1 Composición química de la piña (Medicina natural peruana, 2011)

Piña madura y cruda Cantidad /100 g Agua (g) 86

Energía (kcal) 49 Proteína (g) 0,50

Fibra dietética total (g) 1,2 Lípidos (g) 0,20 Ceniza (g) 0,29

Calcio (mg) 7,0 Fósforo (mg) 7,0 Hierro (mg) 0,37 Sodio (mg) 1,0

Potasio (mg) 113 Magnesio (mg) 14

Cobre (mg) 0,11 Manganeso (mg) 1,65

Selenio (μg) 0,6 Glucosa (g) 1,7 Fructosa (g) 1,9

Azúcares totales (g) 8,0 Vitaminas

Ácido ascórbico (mg) 15 Vitamina B6 (mg) 0,09 Vitamina E (mg) 1,0 Vitamina K (μg) 0,7 Folato total (μg) 11

Tiamina (μg) 0,09 Riboflavina (mg) 0,036

Niacina (mg) 0,42 Ácido pantoténico (mg) 0,16

α Tocoferol (mg) 0,10 β Caroteno (μg) 31

3

1.1.1 Propiedades nutricionales y medicinales de la piña

Dentro de las cualidades más importantes que presenta esta fruta en cuanto a valor

nutricional y medicinal se puede mencionar:

La piña posee en su jugo cantidad abundante de bromelaína, que es una enzima que

ayuda a digerir las proteínas, facilitando la digestión.

La piña es antiinflamatorio, ya que alivia el dolor de artritis, la garganta irritada y la

hinchazón.

Contiene suficiente vitamina C que elimina los radicales libres y refuerza el sistema

inmune.

La piña contiene micronutrientes que protegen contra el cáncer, además de disolver los

coágulos de sangre que se pueden formar, siendo beneficioso para el corazón.

La piña contiene sustancias químicas que estimulan los riñones y ayudan a eliminar los

elementos tóxicos del organismo.

El jugo de la piña combate y elimina parásitos de los intestinos, además de aliviar

trastornos intestinales y reducir la bilis.

De igual manera, la piña también ayuda a acelerar la curación de las heridas producto

de lesiones o cirugías.

1.1.2 Variedades de piña

Dentro de las variedades comerciales de piña que se producen en Costa Rica están:

1.1.2.1 Cayena lisa

También conocida como hawaiana. Las plantas solo tienen espinas en la punta de sus hojas;

la fruta es cilíndrica, grande, con ojos pequeños, pulpa amarilla, con poca fibra, con alto

contenido de azúcares, muy jugosa y de excelente sabor. La parte externa del fruto es de

color amarillo rojizo al madurar. Es una variedad bastante susceptible a enfermedades, pero

se han desarrollado clones resistentes a algunas de ellas. En la actualidad la mayor parte de

la producción está dirigida al mercado nacional (Montero y Cerdas, 2005).

4

1.1.2.2 Champaka

Esta es una variedad mejorada de la Cayena lisa. Es una fruta de buen sabor, jugosa y de

pulpa blanca. La planta es más vigorosa, de color verde oscuro intenso, poca productora de

hijuelos, lo cual favorece un mejor desarrollo de sus frutos. Los frutos son grandes, pero un

porcentaje apreciable se debe descartar por exceso de tamaño, lo cual reduce los

rendimientos en la planta empacadora. En Costa Rica, fue la de mayor importancia antes de

la piña Dorada y su producción es destinada mayormente a la exportación hacia Europa

(Montero y Cerdas, 2005).

1.1.2.3 Amarilla o Dorada

También llamada MD2, es un cultivo híbrido derivado de la Cayena lisa. La planta es de

rápido crecimiento que resulta en un ciclo de producción más corto; además los

rendimientos de producción y de tamaño de la fruta son altos y es una fruta muy dulce y

jugosa, aunque más susceptible al daño mecánico que la Champaka. Actualmente es la de

mayor auge y preferencia en el mercado internacional por sus atributos sensoriales,

logrando mayores precios que otras variedades (Geesink, 1996).

1.1.2.4 Montelirio

Conocida en Costa Rica como "criolla" y es cultivada únicamente en Centro América. Las

hojas son color verde con una tonalidad rojiza oscura a lo largo del limbo y no tiene

espinas, excepto una en el extremo apical. El fruto es de tamaño medio. La pulpa de color

blanco a amarillenta, contiene poca fibra, y muy buen sabor y aroma; los ojos son grandes y

profundos. Se utiliza principalmente para el consumo fresco.

1.2 Cultivo y procesamiento de la piña

1.2.1 Requerimientos del cultivo de piña

La piña pocas veces requiere menos de 12 meses para completar su ciclo (siembra-cosecha)

y más comúnmente la duración del ciclo es de 18-24 meses e incluso hasta 36 meses en

ambientes fríos subtropicales (Malézieux et al, 2003).

5

Para lograr un desarrollo adecuado del cultivo y obtener buenos rendimientos deben

cumplirse ciertos requerimientos, tanto en condiciones ambientales como cuidados

operativos. Dentro de los factores más importantes se pueden mencionar:

Temperatura: es el principal factor climático que determina el crecimiento y

desarrollo de las diferentes partes de la planta. El crecimiento de raíces y hojas es

prácticamente nulo a temperaturas menores de 21 ºC y mayores de 35 ºC. El máximo

crecimiento se da entre los 30 ºC y 31 ºC, mientras que el mejor desarrollo de la planta

se obtiene donde la temperatura anual está entre los 24 ºC y 27 ºC.

Precipitación: la piña puede desarrollarse en áreas con lluvias que varían desde 600

mm/año, con una estación seca de varios meses, hasta los 4 000 mm/año, con un

óptimo de precipitación entre 1 200 mm/año a 2 000 mm/año bien distribuidas durante

el periodo.

Luminosidad: por cada disminución de las radiaciones en un 20% ocurre una

disminución media en el rendimiento (relacionado con la síntesis de los carbohidratos

en las hojas y con la utilización del nitrógeno por la planta). Además, influye en la

coloración del fruto y la rapidez con que ocurre la floración, según el lugar donde se

cultive este fruto.

Viento: la piña es poco resistente a largos períodos de viento, disminuyendo su talla

hasta en un 25%. Cuando va acompañada de lluvias abundantes, los hongos penetran

por heridas o grietas que pueden causarse por el frotamiento de las mismas hojas.

Fertilización: las plantas de piña requieren programas de fertilización intensiva porque

extraen una gran cantidad de nutrientes, principalmente nitrógeno, potasio y otros

como el calcio, magnesio, hierro y zinc (Molina, 2002).

6

El nitrógeno es esencial para aumentar el tamaño de la fruta y el rendimiento por

hectárea, también tiende a disminuir la acidez de la fruta, lo cual aumenta la

susceptibilidad al daño por frío; mientras que el potasio es un nutrimento importante

para el desarrollo de la fruta que favorece el peso, tamaño, concentración de azúcares y

acidez del jugo (Molina, 2002).

Requerimientos de suelo: desde el punto de vista químico, la acidez del suelo es la

característica más relevante para el cultivo de piña, donde el valor óptimo está entre 4,5

y 5,5; en el cual se reduce la incidencia de enfermedades que provienen del suelo.

Además la piña tolera altos niveles de aluminio soluble y manganeso y son deseados

suelos con altos contenidos de materia orgánica y potasio (Bartholomew et al, 2003).

La topografía debe presentar terrenos poco inclinados para evitar problemas posteriores

por erosión. Dentro de las características físicas y mecánicas es necesario que el suelo

posea un buen drenaje, sea permeable (suelo franco limoso), bien aireado y sin excesos

de humedad.

1.2.2 Atributos de calidad para la piña

Los atributos de calidad deseables para la piña son: forma y tamaño uniforme, aspecto

fresco, una fruta firme, sin deformaciones; con una sola corona recta, verde y de longitud

media, la cual además no tenga hojas muertas o desecadas. También deben ser frutas sanas

y exentas de podredumbres, quemaduras de sol, daños por insectos, microorganismos u

otras plagas; sin magulladuras, heridas y grietas; sin daños causados por efecto de la

temperatura; limpias, sin olores o sabores extraños; sin indicadores de inmadurez (como

opacidad y falta de sabor) y libres de humedad externa anormal.

Estos atributos son evaluados en los procesos de selección, clasificación y empaque

mediante un conjunto de evaluaciones, las cuales van desde percepción sensorial hasta otras

pruebas que requieren cortar la fruta (Montero y Cerdas, 2005).

7

Forma y tamaño: la fruta debe ser cilíndrica o ligeramente cónica. La corona debe

estar derecha, en la dirección del eje de la fruta y tener una longitud media de 1 a 1,5

veces el largo de la fruta, el color verde característico y apariencia fresca.

Al empacar las cajas se establece un peso mínimo por caja según la asignación de

tamaño de acuerdo al peso mínimo y máximo en gramos que debe tener el fruto, para

el cual existe una escala de unidades y rangos de pesos.

Color de la cáscara: Se debe haber iniciado el cambio de coloración de la cáscara de

verde a amarillo. El porcentaje del área de la fruta con coloración amarilla en el

momento de la cosecha depende de la variedad y del mercado final al que se dirige el

producto. Para evaluar este parámetro se utilizan escalas de color que varían

dependiendo de la variedad de piña y la compañía comercializadora (Córdoba, 2009).

Defectos: los frutos deben estar libres de deformaciones, daños por insectos o

roedores, quemaduras de sol, oscurecimiento interno (por oxidación o daños por frío),

magulladuras, grietas y heridas. Deben estar limpias, sin olores o sabores extraños y

libres de síntomas de deterioro microbiológico (hongos, bacterias, moho) (Montero y

Cerdas, 2005).

Contenido de sólidos solubles: es un indicador del contenido de azúcares en la pulpa

del fruto y su valor debe ser como mínimo 12 °Brix. Se determina mediante la toma de

muestras representativas del jugo, donde se corta una porción a lo largo de la fruta, se

extrae el jugo, se coloca una muestra sobre un refractómetro y se mide el valor

equivalente al porcentaje de sólidos solubles presentes en el jugo.

Acidez de la fruta: Se mide como porcentaje de acidez titulable y se da en términos

del ácido orgánico más común, que para la piña es el ácido cítrico.

8

Se determina titulando una muestra de jugo de piña con una solución de hidróxido de

sodio (Montero y Cerdas, 2005).

Gravedad específica: la gravedad específica se refiere a la relación entre la densidad

del producto y la del agua a una misma temperatura. Cuando la piña es más densa que

el agua (fruta sobremadura), su gravedad específica es mayor que uno y la piña se va

hacia el fondo de las pilas de lavado. Por el contrario, cuando es menos densa que el

agua, la piña flota. Esta característica se utiliza para separar de la línea de empaque la

fruta sobremadura.

Porosidad: en la piña corresponde a los espacios vacíos que se observan en la

superficie interna de la misma al realizar un corte longitudinal de la cáscara. Los

espacios dependen del estado de madurez de la fruta y de su variedad.

Se utiliza una escala de 1 a 5, donde una fruta con porosidad 1 tiene los espacios o

poros más grandes (Geesink, 1996).

Translucidez: es una forma de expresar el color de la pulpa de la piña, que cambia de

una apariencia opaca (no transparente) cuando está inmadura, a una apariencia vidriosa

y jugosa, debida al aumento en la cantidad de líquido contenido en las células a medida

que las frutas se maduran. Generalmente la fruta con más del 50% de área translúcida

ha pasado su madurez óptima y es más susceptible a los daños mecánicos (Córdoba,

2009).

Firmeza: la fruta se debe sentir firme, debe estar libre de magulladuras o partes suaves

originadas por golpes, daños internos o deshidratación y marchitamiento (fruta vieja).

La firmeza se mide al tacto.

9

1.2.3 Preparación de la piña para exportación

La piña debe ser acondicionada para el mercado meta. Se requiere eliminar todo el

producto que no cumpla con los requisitos de calidad de dicho mercado y someter la fruta a

tratamientos que ayuden a conservar su calidad hasta el consumidor final.

Estos procesos de acondicionamiento deben buscar la protección del producto de manera

eficiente y efectiva. Dentro de las etapas del proceso de preparación de la piña se pueden

mencionar:

1.2.3.1 Cosecha y manejo en el campo

Los criterios de cosecha utilizados en piña incluyen el color de la cáscara, la porosidad, el

total de sólidos solubles del jugo de la fruta y la translucidez: donde el valor de estos

parámetros depende del comprador y si se trata de producto para exportación o si es para el

mercado interno.

Si se cosecha la fruta con un grado de madurez muy avanzado, es más sensible a los daños

físicos y la vida útil que tiene para comercializarla es más corta. Por el contrario, cuando se

cosecha antes de tiempo, no desarrolla un buen sabor y es más susceptible a sufrir daños

por frío durante el transporte y el almacenamiento refrigerado (Paull, 1993).

Si la fruta está en condiciones óptimas, se procede a la cosecha. Dicha labor se puede

realizar manualmente, donde los cosechadores cortan la fruta y la dejan sobre la planta para

que otras personas pasen la fruta hacia los lados y la coloquen en canastos o cajas al final

de cada hilera.

Otra forma de realizar esta labor es utilizando una cosechadora, que permite reducir el

tiempo requerido en cuatro veces y además se produce daño mínimo al fruto por

manipuleo. Este método se emplea comúnmente en plantaciones grandes.

10

Dentro de los daños más usuales en esta etapa están: daños físicos en la cáscara,

magulladuras y otros daños en la pulpa de la fruta; daños que aceleran el deterioro del

producto al favorecer pudriciones, problemas fisiológicos, cambios en la textura,

fermentación y otros.

1.2.3.2 Recibo y descarga de la fruta e inspección de calidad

La fruta que viene del campo llega al área de recepción de la planta empacadora, donde se

debe registrar e identificar cada lote de producto entregado con el fin de realizar

evaluaciones y tomar medidas de control para determinar la aceptación o rechazo del

mismo.

La descarga de la fruta se puede hacer manualmente sobre mesas de recibo y selección, por

vaciado en tanques con agua o por inmersión de los empaques de campo. En esos tanques,

la fruta se lava, desinfecta con hipoclorito de sodio (50-150 ppm) y se le estabiliza el pH

mediante el uso de ácido fosfórico.

Figura 1.1 Descarga de la piña a las pilas de lavado (Pirecuasa, 2013)

11

1.2.3.3 Selección de las frutas

El proceso de selección consiste en la eliminación del producto que no cumple con los

requerimientos de calidad del comprador. Un conjunto de operarios calificados que

generalmente son mujeres, deben dejar pasar el producto bueno y eliminar el que no

califica. La fruta de rechazo se vende para consumo en el mercado nacional.

1.2.3.4 Encerado y aplicación de fungicidas

El encerado en la piña se hace solamente a la fruta y no a la corona. La cera mejora la

apariencia de la piña, contribuye a disminuir los problemas de oscurecimiento interno

relacionados con los daños por frío y de pérdida de humedad, puede retardar el cambio de

color externo de la fruta, le provee a la fruta apariencia fresca y permite un mejor control de

la deshidratación.

Figura 1.2 Encerado de la piña mediante sistema de cascada (Sucato, 2012)

La piña también necesita protección con fungicidas en la etapa post cosecha. Una práctica

común es la aplicación del fungicida junto con la cera, con la ventaja de que se logra una

distribución uniforme sobre la cáscara de la fruta, a la vez que permite que el fungicida

tenga un mayor efecto residual a través del tiempo.

12

El encerado se hace utilizando sistemas por inmersión, aspersión o cascada, de manera que

cubra totalmente la fruta pero no se encere la corona (Montero y Cerdas, 2005).

1.2.3.5 Clasificación y empaque

El proceso de clasificación tiene por objeto el separar las frutas según su color y tamaño.

Este proceso se hace conjuntamente con el proceso de empaque, donde el operario escoge y

coloca la fruta con un color y tamaño específico en una caja de cartón corrugado, de

manera que en cada caja las frutas estén uniformizadas.

Una vez empacada la fruta, se coloca la caja en una banda transportadora, se verifica el

peso de la caja llena, su presentación y se identifica con la marca de la empresa

comercializadora.

1.2.3.6 Paletizado

Las cajas de producto empacado se colocan sobre tarimas de madera, en capas hasta

completar una altura de aproximadamente 2,0 m. Los empaques utilizados para el

transporte marítimo deben tener suficiente resistencia mecánica para resistir el peso de la

estiba de los empaques.

Además, se requiere el uso de películas impermeabilizantes sobre la superficie del cartón

para minimizar el efecto de la alta humedad en el ambiente durante el transporte y

almacenamiento de la fruta (Montero y Cerdas, 2005).

1.2.3.7 Enfriamiento

Las cajas son movilizadas al cuarto de enfriamiento, donde se reduce la temperatura de la

fruta hasta un valor óptimo para su transporte y almacenamiento, con el fin de prolongar su

vida comercial.

13

Las condiciones óptimas para el almacenamiento y transporte de la piña son 85% - 90% de

humedad relativa, a una temperatura de 7 °C a 10 °C (fruta madura) o 10 °C - 13 °C (fruta

verde-madura).

Se debe tener cuidado en el acomodo de las cajas en las paletas y en el cuarto frío, en el uso

de cajas con suficiente ventilación en las caras expuestas al flujo del aire frío y en el uso de

cámaras con suficiente capacidad de refrigeración para remover el calor en el tiempo

deseado.

1.2.3.8 Transporte

El transporte de la piña a terceros mercados se hace por vía marítima en la mayor parte de

los casos. En esta etapa es de suma importancia revisar previamente las condiciones del

contenedor, considerando su higiene, que esté libre de productos químicos, residuos de

materia orgánica; vigilar el estado de las paredes y puertas, revisar el registro de lavado y

desinfección; comprobar la buena operación de la unidad de refrigeración, el termostato, el

ajuste de los cambios de aire y los controles de temperatura; entre otros aspectos (Montero

y Cerdas, 2005).

1.3 Importancia económica del cultivo de la piña

El cultivo de la piña ha alcanzado una participación importante dentro de la actividad

económica de Costa Rica. En la última década, el territorio destinado a su producción en el

país se incrementó en más de un 300%. La piña ocupa el segundo lugar de las

exportaciones nacionales por debajo del banano y desplazando al café; y solo en el 2010

generó ingresos por $678 millones (Rainforest Alliance, 2011).

La piña es un producto producido en Costa Rica desde hace muchos años; sin embargo, la

producción tipo monocultivo de alta intensidad y alta demanda tecnológica fue desarrollada

hasta finales de la década de los setenta, cuando una compañía transnacional

norteamericana inició sus operaciones en la zona sur del país.

14

Los Estados Unidos es uno de los principales mercados para la piña costarricense con 85%

del total de las importaciones de ese producto. Buena parte del crecimiento de las

exportaciones costarricenses se basa en que el país aprovechó apropiadamente el

surgimiento de la variedad conocida como MD2 o piña dulce (Vásquez, 2006).

Actualmente en el país hay 40 000 hectáreas netas de producción de piña, de las cuales la

Zona Norte representa el 50% del área en producción y con el 98% de los productores,

seguido de la Zona Atlántica con el 1,5% de los productores y el 31% del área, por último

la región de Pérez Zeledón y Pacífico Sur con 0,5% de los productores y el 18% del área

(Banacol, 2008).

El rendimiento de producción de los proyectos grandes varía de 80 ton/ha a 110 ton/ha,

cosechando la piña entre las semanas 32 y 38, pero puede variar significativamente entre

los distintos cultivares. El rendimiento efectivo es de 75% a 85% de piña con calidad de

exportación como producto fresco, siendo el restante 15% a 25%, fruta de rechazo

destinada al mercado nacional o a los procesos de industrialización (Elizondo, 2006).

1.4 Impacto generado por el desarrollo de la actividad piñera

A pesar de la importancia económica que representa el cultivo de piña para Costa Rica, se

deben tomar en consideración otros factores importantes como lo es el impacto que genera

el desarrollo de esta actividad.

Gran cantidad de estudios han evidenciado que el cultivo de piña puede tener un impacto

negativo sobre el ambiente y las comunidades producto de malas prácticas agrícolas.

Fincas gestionadas inadecuadamente han sido asociadas con el deterioro y erosión de los

suelos, la destrucción de ecosistemas, deforestación y la contaminación de acuíferos con

residuos de agroquímicos.

15

También se suelen incumplir las garantías laborales de los trabajadores y los exponen a

condiciones peligrosas para su salud. A causa de esto la actividad piñera ha sido

fuertemente denunciada.

Por otro lado, el desconocimiento de los procesos implicados en esta actividad por parte de

la mayoría de la población, y la falta de controles adecuados y previsiones por parte del

Estado, ha permitido que el cultivo de piña se desarrolle sin ninguna limitación y donde el

beneficio económico está por encima de las graves consecuencias ambientales y sociales.

1.4.1 Impacto ambiental de la producción de piña

Aunque la piña puede producirse bajo condiciones moderadamente amigables con el

ambiente, la realidad es que en el país la manera como se manejan las fincas de piña causa

un deterioro considerable de los suelos.

Por ejemplo, en un artículo publicado en junio del 2011 en la revista Acontecer se

manifiesta:

“…contaminación por doquier por el uso de agrovenenos sintéticos (de los suelos,

las aguas, el aire, la biodiversidad y las personas), así como la eliminación de las

escasas y frágiles áreas boscosas con que cuenta aún nuestro país. A estos efectos

negativos se deben agregar los problemas de erosión de las dos mayores riquezas,

junto con el agua y el aire, que puede tener un país: sus suelos y su biodiversidad,

así como los provocados a la ganadería por la proliferación de las plagas de moscas

asociadas al mal manejo de los residuos de este cultivo. Adicionalmente, sumemos

los efectos nefastos de la llegada en demasía de los sedimentos de tierra (de por sí

ya envenenados), provenientes de las plantaciones piñeras a los humedales

cercanos, los cuales están asfixiando poco a poco estos ricos ecosistemas.”

Dentro de los problemas específicos que afectan la productividad de esta industria están la

erosión, la compactación, el deterioro en la actividad microbiológica del suelo y la

producción como monocultivo (Quijandría et al, 1997).

16

El deterioro en la actividad microbiológica de los suelos se debe a la utilización intensiva

de herbicidas y fungicidas, utilizados para combatir las plagas a las que es susceptible el

cultivo.

Debido al remanente que queda de estos productos, no sólo se acaba con los patógenos para

los cuales se aplica, sino también con todas las demás especies que viven en el suelo;

generando consecuencias adversas por la pérdida de la capacidad productiva del mismo.

Esta aplicación intensiva de agroquímicos también tiene incidencia en los cuerpos de agua,

ya que todos estos productos se percolan fácilmente a través del suelo, por lo que llegan a

los mantos acuíferos, ríos y lagos, de forma que los contaminan. Esto atenta contra la salud

de las comunidades aledañas y en contra de este recurso natural tan importante.

Se produce alta erosión de los suelos debido a la mala selección del área de siembra y la

labranza antes de la siembra. Las zonas con fuertes precipitaciones son susceptibles de

sufrir un serio impacto como consecuencia de la limitada cobertura vegetal que el cultivo

de la piña otorga al suelo, o por su labranza en el período lluvioso, necesaria para escalonar

las producciones durante todo el año (Quijandría et al, 1997).

La erosión está relacionada a su vez con el transporte de sedimentos hacia los humedales, lo

que está generando un serio deterioro de los mismos ya que el arrastre de sedimentos

influye en las características del agua, con lo que se impacta la vida acuática.

La compactación del suelo está asociada a la utilización de maquinaria en los procesos de

siembra y cosecha del cultivo, que por su peso van compactando las capas de suelo;

haciendo necesario nuevamente la utilización de la maquinaria para abrir los surcos al

período de siembra siguiente (Alfaro y Rodríguez, 1992).

17

La producción de una única variedad acarrea problemas serios en función de la

vulnerabilidad de la misma frente al ataque de plagas o a factores climatológicos.

Adicionalmente, el establecimiento de monocultivos produce una ruptura en la dinámica de

los ecosistemas, al alterar el hábitat de numerosas especies vegetales y animales

(Quijandría et al, 1997).

Otros problemas asociados a esta actividad son la proliferación de moscas que afectan el

ganado, la inutilización de los suelos después de ciertos periodos de uso extensivo, la falta

de disponibilidad de agua para el desarrollo de otras actividades económicas y para

consumo de la población, destrucción de hábitats, pérdida de biodiversidad, alteración del

equilibrio de ecosistemas y paisajes, entre otros.

1.4.2 Impacto social de la actividad piñera

La producción de piña en el país se basaba en un proceso productivo muy natural y sin

requerimientos de ningún paquete tecnológico ni de condiciones especiales para apresurar

la producción de la fruta. No obstante, con la aparición de empresas transnacionales se dio

una serie de cambios que variaron drásticamente el sistema de producción piñera en el país.

Actualmente, estas empresas manejan el mayor porcentaje de la producción de piña en el

país y con su expansión se reorientó el cultivo para la exportación, se introdujo paquetes

tecnológicos para poder acceder a otros mercados, se provocó una expansión horizontal de

la producción y se introdujo una nueva variedad de piña para la exportación, generando una

interacción entre las variedades que se expresa incluso en una diferenciación geográfica

(Acuña, 2006).

Todos estos cambios no solo produjeron repercusiones ambientales y económicas, sino que

también incidieron de forma negativa en el ámbito social. Dentro de los impactos sociales

de la expansión piñera, identificados por una investigación de Acuña (2006) se pueden

mencionar los siguientes:

18

Pérdida de tierras: por parte de las poblaciones vulnerables como los indígenas y los

campesinos debido al encarecimiento de la tierra. Por un lado, esto incide en que se

promueva la migración de estos grupos sociales, mientras que por otro lado, los

pequeños agricultores que se ven obligados a vender sus tierras generalmente se

quedan trabajando en las mismas empresas en calidad de peones.

Generación de empleo: a pesar de la gran cantidad de terreno cultivado, el

requerimiento de mano de obra es mínima, por lo que no hay un impacto positivo en

empleo ni en superación de pobreza. Buenos Aires, por ejemplo, que es una de las

zonas más pobres del país, a pesar de la intervención de una transnacional desde hace

años solo crea 3 000 empleos.

Uso de agroquímicos: al haber una predisposición al uso de agroquímicos en la fruta,

los trabajadores y las personas de las comunidades aledañas están expuestos a

cantidades considerables de ellos, lo que ya ha provocado problemas de salud, esto

está documentado con estudios e incluso denuncias. Además se tiene condiciones de

infraestructuras inadecuadas e inseguras para los trabajadores.

Distribución no equitativa de las ganancias: en la Zona Norte se ha dado un

aumento de los pequeños y medianos productores involucrados en la actividad piñera;

no obstante, la distribución del mercado es similar a la que se daba con el banano: las

transnacionales siguen siendo las mayores captadoras de fruta.

En cuanto a las condiciones de trabajo, se puede observar una diferenciación de género en

las actividades a realizar. En relación con el salario, las personas ganan por lo que empacan

o lo que producen, no por las horas de trabajo; no existe salario base, no se reconocen ni

jornadas de trabajo ni niveles salariales mínimos, lo que genera inestabilidad en las familias

dependientes de esta actividad.

19

En relación con los impactos organizativos, la escasa tolerancia a la organización de los

trabajadores, al disentimiento con las organizaciones centrales y la tendencia a la

negociación individual y directa, generan problemas como abuso de autoridad, acoso sexual

y desmejoras en las condiciones de trabajo y los salarios, eliminando las horas extras,

hostilizando verbalmente e incluso despidiendo a los trabajadores que proceden a

organizarse.

1.5 Distintas alternativas de aprovechamiento para los residuos generados durante el

cultivo y procesamiento de la piña

Durante el cultivo y preparación de la piña para exportación se generan residuos en las

distintas etapas del proceso. Estos residuos pueden ser de utilidad y aprovecharse para

distintos fines, como por ejemplo para consumo humano o animal, o para aplicaciones

industriales, lo que traería beneficios económicos.

No obstante, al igual que con los residuos de otras industrias de naturaleza similar,

generalmente no se tiene algún plan para éstos y por el contrario, son dispuestos en los

vertederos o rellenos sanitarios, en el mejor de los casos.

Sin embargo, con el surgimiento de políticas para la protección del ambiente y el interés de

las empresas por obtener un aprovechamiento de todos los residuos y subproductos

generados durante el proceso productivo, se ha dado una mayor relevancia al

perfeccionamiento e implementación de nuevas técnicas para obtener utilidades de estos

residuos o al menos disminuir su volumen.

En cuanto a la actividad piñera, los principales residuos se generan en dos sectores, el

primero, durante la preparación de la fruta para su comercialización, donde los residuos

comprenden las frutas de rechazo, las partes de la fruta que se descartan según el

procesamiento (como la corona, la cáscara, las puntas, el corazón y los ojos), las cuales

20

pueden llegar a representar hasta el 80% del peso total de la fruta; y por otro lado, están las

aguas residuales generadas durante el proceso.

El segundo sector es el cultivo de la fruta, donde se genera también un gran volumen de

residuos si se considera que el ciclo de producción del cultivo a nivel comercial es de

veintisiete meses (dos cosechas) y una vez transcurrido este período debe eliminarse la

biomasa y preparar el suelo para iniciar un nuevo ciclo de producción.

Dentro de las alternativas de aprovechamiento que se han empleado y se están estudiando

se incluyen tecnologías para la valorización biológica y química de estos residuos, la

valorización energética y otros aprovechamientos como la conformación de materiales

compuestos basados en residuos de piña.

Al hablar de una valorización biológica y química se hace referencia a efectuar la

disposición final de los residuos orgánicos para obtener gases, líquidos o sólidos que

pueden ser comercializables (Yepes et al, 2008).

Se incluye en esta alternativa el compostaje, el vermicompost y la obtención de productos

de importancia alimenticia y cosmética como mermeladas, jugos, vinagres, pigmentos

naturales, fibra dietaria, pectinas, pulpa, dulces, jaleas, enzimas, aceites esenciales, entre

otros. Todos estos productos tienen amplia demanda ya sea para consumo interno o para

exportación, aportando así un valor agregado para la empresa.

En cuanto a la valoración energética, las tecnologías implicadas buscan la reducción del

volumen de los residuos y la recuperación de energía a partir de los gases, líquidos y

sólidos que se generan. Dentro de los procesos más comunes están la incineración, la

pirolisis y la termólisis.

21

A nivel nacional se están desarrollando proyectos de este tipo a través del aporte de

universidades públicas e instituciones privadas, donde por ejemplo, se está trabajando en

conjunto para transformar los desechos vegetales de la producción de piña y de caña de

azúcar del país en una fuente limpia de energía, ya que se ha estimado que el uso de

desechos vegetales de estas plantaciones ayudaría al país a triplicar la cantidad de energía

que se produce actualmente por el concepto de biomasa (Vargas, 2010).

Un beneficio adicional de esta tecnología sería que al aplicar este proceso, no se

presentarían los problemas suscitados con el método de disposición en el suelo, como lo

son la proliferación de plagas como las moscas del ganado y la generación de malos olores

en las áreas cercanas a las zonas donde se procedía a disponer tanto los desechos sólidos

como líquidos.

En cuanto a otras opciones, una alternativa más reciente que se encuentra en evaluación es

la reutilización de desechos agrícolas como el fruto de la palma aceitera y los rastrojos de la

piña para combinarlos con envases de tetra brick y aserrín para crear tableros. Los mismos

tienen una constitución y propiedades mecánicas y físicas similares a las de muchos

materiales comerciales. Este tipo de tableros se podría utilizar para construir edificios y

muebles (Hidalgo, 2010).

1.6 Legislación nacional relacionada

Para el desarrollo de esta actividad económica se debe cumplir con un conjunto de

requisitos legales a nivel nacional e internacional, con el propósito de fomentar buenas

prácticas agrícolas y procurando el menor perjuicio sobre el ambiente y la salud.

Dentro de la normativa aplicable a las operaciones de la agricultura y empaque para

exportación, mercado local u otros procesos, tanto en el área ambiental, fitosanitaria,

seguridad laboral y salud ocupacional, se pueden mencionar los siguientes reglamentos:

22

Ley de Aguas.

Ley General de Salud.

Ley de Conservación de Vida Silvestre.

Ley Forestal.

Ley Orgánica del Ambiente.

Ley de Uso, manejo y conservación de suelos.

Reglamento de seguridad e higiene en el trabajo.

Reglamento sobre Higiene Industrial.

Reglamento de Seguridad y empleo de sustancias tóxicas en la agricultura.

Reglamento de registro y uso de plaguicidas y coadyuvantes.

Reglamento de Comisiones de Salud Ocupacional.

Reglamento de permisos de funcionamiento del Ministerio de Salud.

Reglamento de la Calidad de Agua Potable.

Reglamento de vertido y reúso de aguas residuales.

Reglamento para la contratación laboral y condiciones de salud ocupacional de las

personas adolescentes.

Reglamento de Salud Ocupacional en el manejo y uso de plaguicidas.

23

Capítulo 2

Información técnica de los productos utilizados en la preparación de la cera

Tal como se mencionó, una de las etapas de preparación de la piña para exportación

consiste en el encerado de su cáscara. Esto se realiza con el propósito de preservar las

características deseables de la piña como su apariencia (color, brillo, etcétera) y para

protegerla de posibles daños físicos, biológicos y mecánicos durante su recorrido hasta su

destino final.

Debido a que la piña es susceptible a distintos tipos de agentes biológicos que pueden

producir decaimiento en su calidad, es una práctica común que la cera sea aplicada junto

con un fungicida, el cual inhibe el crecimiento de éstos, de forma que prolonga su duración.

A nivel comercial existen distintas ceras y fungicidas que se utilizan para este fin. No

obstante, se considera para este caso la cera y el fungicida que tiene mayor uso a nivel

regional, que corresponden a la cera comercial STA-FRESH®-2981 y al fungicida

Bayleton® 50 WG.

Se muestra a continuación las principales características de la cera y el fungicida utilizados

para el recubrimiento de la piña. Dicha información es tomada de la hoja de seguridad de

estos productos.

Cuadro 2.1 Características generales de la cera utilizada para recubrir la piña

Nombre comercial STA-FRESH® 2981 Nombre químico Mezcla de ácidos grasos grado alimenticio

Uso Recubrimiento protectivo para aplicación post cosecha para piñas

Composición química Aceites vegetales grado alimenticio 44,5% en porcentaje masa Aceites de ácidos grasos de glicerol grado alimenticio 26,5%

Ácidos grasos del sorbitán grado alimenticio 29,0% Ingredientes peligrosos Ninguno

Fitotoxicidad No tóxico

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Cuadro 2.1 (continuación) Características generales de la cera utilizada para recubrir la piña

Uso recomendado Mezclar 3,8 L de producto con 71,9 L - 83,3 L de agua cuyo contenido de carbonato de calcio no exceda las 80 ppm

Compatibilidad Incompatible con oxidantes como peróxido de hidrógeno, bromo o ácido crómico.

Datos fisicoquímicos Punto de ebullición (360 mm Hg): <100 °C Punto de congelación: <0 °C Peso específico (H2O=1): 0,950-1,000 % Sustancias volátiles (m/m): insignificante Densidad de vapor (aire=1): no se aplica pH: no se aplica Índice de refracción: no se aplica

Apariencia y color: líquido semiviscoso, color amarillo-naranja, con olor a aceite

Punto de inflamación (ASTM D3278): >100 °C

Riesgos para la salud Ingestión: nauseas, dolor de cabeza, mareo, diarrea, dolor abdominal pasajero. Puede resultar nocivo.

Contacto con los ojos: irritación. Contacto con la piel: posiblemente, una ligera irritación. Absorción por la piel: ninguno. Inhalación: posiblemente, irritación del tracto respiratorio, náuseas, dolor de cabeza, vómito, mareo. En caso de sobreexposición el efecto crónico más posible es dermatitis.

Productos de combustión o descomposición peligrosas

Dióxido de carbono, monóxido de carbono.

Procedimiento en caso de derrame

Impedir el acceso a la zona (superficie resbaladiza), contener el derrame con un dique, absorber con arena u otro material indicado y disponer en recipientes adecuados.

Medidas de precaución especiales

Ambiente: no aplicar directamente al agua o a las tierras mojadas. Protección personal: uso de zapatos antideslizantes, mascarilla, gafas de seguridad y guantes de caucho o vinilo durante su manipulación. No comer, fumar o beber durante su aplicación. Bañarse después de aplicar el producto.

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Cuadro 2.2 Características generales del fungicida que se mezcla con la cera Nombre comercial Bayleton® 50 WG

Grupo químico Conazol Uso general Fungicida sistémico

Composición química Triadimefón 50% en porcentaje masa Otros componentes 50%

Silica cristalina (probable) <1,5% Datos fisicoquímicos Forma: sólido granulado café

Olor: musgo, humedad Propiedades inflamables: no aplica Explosividad: no se espera que ocurra Punto de ebullición: no aplicable Punto de cristalización: 82,3 °C (para Triadimefón) Presión de vapor: 1,5 10-7 mm Hg (20 °C) Solubilidad en agua: 64 mg/L pH: 7,5-8,5 Taza de evaporación: no aplicable

Incompatibilidad Oxidantes fuertes, ácidos, calor moderado, humedad. Fitotoxicidad No tóxico (si se aplica según las recomendaciones)

Clasificación toxicológica Ligeramente peligroso (III)

Riesgos para la salud

Ruta de ingreso: inhalación, contacto cutáneo y ocular, absorción por la piel. Signos de exposición aguda: irritación moderada de los ojos si hay contacto con el polvo granulado o la nube de dispersión. Puede ser mortal si se ingiere o se inhala. Puede causar daños a los ojos y a la piel por exposición. Posible cancerígeno.

Productos peligrosos de combustión

Cloruro de hidrógeno, óxidos de nitrógeno, óxidos de carbono, aminas y vapores.

Antídoto No tiene

Medidas de precaución especiales

Ambiente: tóxico para el ganado. Tóxico para peces y crustáceos. No contaminar ríos, lagos y estanques con este producto o con envases o empaques vacíos Protección personal: uso de botas, mascarilla, gafas de seguridad, guantes, dosificador y equipo de aplicación en buen estado durante su manipulación. No comer, fumar o beber durante su aplicación. Bañarse después de aplicar el producto.

26

26

2.1 Cuantificación y caracterización del desecho de cera generado

Según información aportada por algunas empresas de la zona, se reportan producciones

diarias de este residuo líquido de 80 L/d, 2 000 L/d y 3 500 L/d, por lo que la cantidad es

variable.

Durante la elaboración de la cera se utiliza aproximadamente para 250 L de disolución, una

relación de 4,75% m/m de cera y una concentración de 1 g/L en triadimefon (0,1% m/m),

por lo que se trata de soluciones diluidas en ambos casos.

Este residuo de cera puede contener además, otros productos desinfectantes, detergentes y

sanitizantes, los cuales se emplean para la limpieza de los distintos equipos implicados en

el proceso. Algunos ejemplos de productos utilizados usualmente son los siguientes:

Divoquat forte: es un desinfectante líquido a base de amonio cuaternario que se

emplea para la limpieza de áreas de proceso, pisos, paneles y exteriores, con el fin

evitar el crecimiento de microorganismos, moho y algas. Se prepara mediante dilución

en agua al 0,15% en volumen. El ingrediente activo es el N-alquil dimetil bencil

cloruro de amonio.

Diverdet: es un detergente multiuso neutro, utilizado como limpiador de superficies

con suciedad en áreas de proceso, pisos, paneles y exteriores. Su concentración de

preparación es del 3% en volumen y su componente activo es el dodecilbenceno

sulfonato de sodio.

Spectak G: es un detergente líquido de carácter alcalino empleado para eliminar grasas

y proteínas. Es de uso común en la industria de bebidas, alimentaria y farmacéutica y

se prepara mediante dilución en agua al 2% en volumen. Su componente activo es

hidróxido de sodio.

Super Foam Brite: en un detergente con características alcalinas, por lo que cumple la

misma función que el Spectak G y se utiliza específicamente para la remoción de cera

en las bandas transportadoras.

27

Sus componentes activos son lauril éter sulfonato de sodio, metasilicato de sodio y

glicol. Se prepara mediante dilución en agua al 3% en volumen.

Acid Foam: es un detergente ácido cuyo ingredientes activos son ácido fosfórico,

glicol éter y ácido sulfónico. Se emplea para la eliminación de incrustaciones. Se

prepara mediante dilución en agua al 3% en volumen.

Superdilac: es un aditivo ácido utilizado para eliminar incrustaciones. Su componente

activo es ácido nítrico y ácido fosfórico. Se prepara mediante dilución al 2% en

volumen.

Se ha observado que los residuos de cera producidos no reciben tratamiento, sino que son

vertidos a campos en barbecho, los cuales consisten en terrenos que no se están utilizando

temporalmente para el cultivo de piña. Esta medida puede presentar inconvenientes en tanto

que no se está cumpliendo con la legislación nacional ya que se vierten sin tratamiento a

pesar de que poseen altas concentraciones de sólidos suspendidos, demanda bioquímica de

oxígeno, demanda química de oxígeno, además de alto contenido lipídico como es de

esperar (ver cuadro 2.3 y cuadro 2.4).

Por otro lado, existe la posibilidad de infiltración o arrastre hacia cuerpos de agua, con lo

que se pondría en riesgo los sistemas bióticos presentes al ser susceptibles a las sustancias

presentes, en especial al fungicida.

Algunas de las empresas consultadas poseen certificados de sostenibilidad como el

otorgado por las organizaciones Rainforest Alliance y Global G.A.P. Dentro de las

condiciones que deben cumplir las empresas para mantener este reconocimiento está la

necesidad de mantener una adecuada gestión de los residuos generados en todas las etapas

del proceso productivo.

Esto implica que el residuo de cera debe disponerse adecuadamente y la medida que se

lleva a cabo para tal propósito es el vertido en campos en barbecho. Tal medida tiene la

autorización respectiva del Servicio Fitosanitario del Estado, no obstante, para su

28

realización y en cumplimiento de las medidas de sostenibilidad se debe seguir un protocolo

concreto para la captación, transporte y vertido de este residuo líquido. También se requiere

que el terreno donde se efectúa esta práctica cumpla con ciertas características y este

alejado de centros de población, fuentes de agua y demás sistemas que puedan verse

influenciados. Para garantizar que no se esté dando una afectación se deben realizar

muestreos periódicos en sectores circundantes y se mantiene un registro de la información.

Aunque esta medida se sigue utilizando y es permitida por parte de las autoridades

nacionales competentes, lo cierto es que no todas las empresas poseen este tipo de controles

y certificaciones, por lo que las acciones empleadas para disponer este residuo pueden no

ser adecuadas en todos los casos.

2.2 Características fisicoquímicas del residuo de cera

Durante una visita realizada a una empresa en Upala y otra en Santa Rosa de San Carlos,

las cuales se dedican al cultivo, preparación y comercialización de piña; se recolectaron

muestras de la cera remanente del proceso de encerado de la fruta, las cuales se enviaron a

un laboratorio certificado para que les realizaran los análisis fisicoquímicos que se solicitan

en el artículo 14 del Reglamento de Vertido y Reúso de Aguas Residuales (Nº 33601-

MINAE-S). Se muestran los resultados obtenidos en los cuadros 2.3 y 2.4.

Cuadro 2.3 Resultados de los análisis fisicoquímicos de la muestra tomada en la empresa de Upala

Parámetro DBO (mg/l)

DQO (mg/l) pH

T (°C)

SST (mg/l)

SSed (ml/l)

GyA (mg/l)

SAAM (mg/l)

Valor 540 1 280 6,44 31,0 360 4,0 210 0,38

Incertidumbre 20 25 0,04 0,5 6 0,2 4 0,03

Valor L.M.P. 150 400 5 a 9 40 150 1 30 5

29

Cuadro 2.4 Resultados de los análisis fisicoquímicos de la muestra tomada en la empresa de Santa Rosa de San Carlos

Parámetro DBO (mg/l)

DQO (mg/l) pH

T (°C)

SST (mg/l)

SSed (ml/l)

GyA (mg/l)

SAAM (mg/l)

Valor 1 650 3 670 7,26 31 368 5,5 520 3,8

Incertidumbre 60 70 0,04 0,5 6 0,5 10 0,1

Valor L.M.P. 150 400 5 a 9 40 150 1 30 5

Cabe rescatar que la relación DBO5,20 /DQO es de 0,42 y 0,45 respectivamente, de manera

que los tratamientos biológicos podrían presentar limitaciones en cuanto a los rendimientos

obtenidos. También pueden resultar susceptibles al fungicida empleado y demás productos

de limpieza y desinfectantes que hay presentes. Sin embargo se considerarán dentro de las

alternativas.

2.3 Caracterización de los componentes de la cera

Se presenta a continuación información adicional de los componentes utilizados para la

elaboración de la cera para el recubrimiento de la piña. Estas características son de vital

importancia ya que proveen información a partir de la cual se puede establecer las posibles

opciones para tratar o disponer este residuo.

2.3.1 Fungicida

El desarrollo tecnológico y la búsqueda de una mayor productividad agrícola, han

propiciado el uso generalizado de agroquímicos, principalmente en países en vías de

desarrollo. Sin embargo, el uso intensivo de estas sustancias está asociado a serios

problemas ambientales y de salud humana (UNA-IRET, 1999).

Estos productos químicos están al alcance de toda la población y es habitual que su uso sea

realizado por trabajadores humildes, quienes desconocen el riesgo implicado y los aplican

sin seguir normas de seguridad adecuadas.

30

También se trata en muchos casos de productos que son de uso prohibido en otras regiones

como Estados Unidos y Europa, debido a su alta toxicidad y su persistencia prolongada en

el ambiente. Aunado a esto, en muchos casos la información sobre estas sustancias es

escasa o poco accesible para la mayoría de personas.

Para el caso del fungicida empleado en la preparación de la cera, además de la información

disponible en la hoja de seguridad, fue posible recopilar más datos gracias al trabajo

realizado por el Instituto Regional de Estudios en Sustancias Tóxicas (IRET) de la

Universidad Nacional, donde se recopila información sobre un conjunto de plaguicidas

utilizados comúnmente en la región centroamericana. Esta información se encuentra

disponible en su manual, el cual se menciona en la bibliografía (ver INA-IRET, 1999).

El fungicida de interés para este caso es conocido comercialmente como Bayleton. El

ingrediente activo es el triadimefon y su modo de acción es de tipo sistémico con acción

curativa y protectora. Es utilizado en cultivos como el café, caña de azúcar, cereales, frutas,

piña, tomate y vegetales.

O

O

Cl

NN

N

Figura 2.1 Forma estructural del triadimefon

Según clasificaciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Agencia de

Protección Ambiental (EPA), este producto es ligeramente peligroso y su uso no representa

riesgos considerables para la salud. Su persistencia en el suelo es ligera; mientras que su

movilidad en el suelo y su bioacumulación es mediana.

31

Aunque no es tóxico para el ser humano en situaciones normales, resulta moderadamente

tóxico para peces, crustáceos y para el ganado; por lo que el impacto sobre estos seres vivos

es considerable si se toma en cuenta que las actividades ganaderas son habituales en las

mismas zonas donde se cultiva la piña y por otro lado, estos residuos suelen ser arrastrados

o percolados hasta alcanzar los cuerpos de agua circundantes a las zonas cultivadas.

A nivel internacional, ciertas instituciones y organismos han establecido límites máximos

de residuos (LMR) para este tipo de plaguicida, donde cabe destacar los siguientes:

Agencia de Protección al Ambiente (EPA): este organismo posee una base de datos

la cual contiene tolerancias o límites máximos de residuos de plaguicidas que pueden

permanecer en los alimentos y piensos o materias primas. Las tolerancias se establecen

para protegerse de los niveles nocivos de los plaguicidas. Estas tolerancias aplican para

cultivos especiales de Estados Unidos que se deseen exportar. El LMR establecido para

el triadimefon en la piña es de 2 ppm (U.S. EPA, 2012).

Código alimentario: en esta normativa internacional están contenidos los límites

máximos de residuos del Codex para los plaguicidas y los límites máximos para

residuos extraños que pueden estar presentes en los alimentos y piensos. Por tanto, los

alimentos no deben contener una cantidad mayor de residuos de plaguicidas que la que

señala el LMR en el punto de entrada en un país o en el punto de entrada en los canales

comerciales de un país. En esta normativa el LMR para el triadimefon en la piña es de

5 ppm, basado solo en el uso del triadimenol (FAO/OMS, 2010).

Base de datos de pesticidas de la Unión Europea: en esta región el uso del

triadimefon no está autorizado. Sin embargo, para los productos que se importan se

establece un LMR de 3 ppm en la piña, considerado como la suma de triadimefon y

triadimenol (Unión Europea, 2013).

A nivel nacional, se adopta el LMR establecido por el código alimentario para el caso de

plaguicidas nacionales y productos importados (Servicio Fitosanitario del Estado, 2012).

32

Una observación importante sobre el triadimefon es que en el suelo, el grupo carbonilo que

contiene es reducido a hidroxilo, con la formación de triadimenol. Este nuevo compuesto

tiene una mayor toxicidad no solo para el ser humano, sino también para otros mamíferos,

peces, aves y crustáceos.

Además, su persistencia en el suelo es de alta a extrema, su movilidad en el suelo es ligera,

su bioacumulación es mediana y su residuo es muy persistente en el agua.

2.3.2 Cera

En la industria alimentaria se emplean diversos métodos para extender la vida de

almacenamiento de muchas frutas, vegetales y productos procesados. Para el caso de las

frutas, uno de estos tratamientos consiste en la cobertura de la cáscara mediante el uso de

distintos materiales que actúan como una película que les protege de la decoloración, el

crecimiento microbiano, el suavizamiento y además retardan su maduración (Baldwin,

2007).

Los materiales más usados para este fin son resinas y compuestos de naturaleza lipídica,

donde se incluyen aceites como el aceite mineral, aceite de castor y aceites vegetales,

también se emplean ceras como la parafina, cera de abeja y ceras de polietileno. En algunos

casos se emplean además emulsiones de ceras o aceites dispersas en agua.

La aplicación de estas coberturas se realiza normalmente en conjunto con otros aditivos

como fungicidas, plastificantes para aumentar la flexibilidad y permeabilidad de la película

lipídica y emulsificantes o surfactantes que estabilizan las emulsiones formadas.

Dado que la cera utilizada está compuesta en su mayoría por ácidos grasos en grado

alimenticio (ver cuadro 2.1), resulta de utilidad investigar las características más relevantes

de estos compuestos orgánicos.

33

Tanto las grasas como los aceites son compuestos derivados de ésteres de la glicerina con

ácidos carboxílicos de cadena larga 95% - 98%, aunque también contienen en mucha menor

proporción fosfolípidos 0,1% - 3%, alcoholes de cadena larga 0,1% - 3%, compuestos

insaponificables 0,2% - 2% y ácidos grasos libres 0,1% - 3%.

De forma análoga, las ceras son mezclas de ésteres de ácidos carboxílicos de cadena larga

(de 16 a 36 carbonos) con alcoholes que también poseen cadena larga (de 24 a 36

carbonos).

Dentro de las reacciones típicas de estos compuestos está la hidrólisis, donde una grasa o

un aceite se pone en contacto con hidróxido de sodio acuoso para producir glicerol y tres

ácidos grasos como se muestra a en la figura 2.1

Figura 2.2 Hidrólisis de los triglicéridos (Mc Murry, 2004)

Una reacción similar es utilizada a nivel industrial para la fabricación de jabón (y glicerina

como subproducto) y el proceso se denomina saponificación. Químicamente, el jabón es

una mezcla de las sales de sodio o potasio con ácidos grasos de cadena larga producidos

por hidrólisis de grasa animal con álcali (Mc Murry, 2004).

Figura 2.3 Reacción de saponificación para la elaboración de jabón (Mc Murry, 2004)

34

Los jabones actuan como limpiadores debido a su carácter anfipático, ya que posee un

extremo hidrofílico compuesto por el grupo carboxilato y un extremo hidrofóbico

compuesto por la cadena hidrocarbonada. El efecto neto de estas dos tendencias opuestas

permite que los jabones sean atraídos tanto por la grasa como por el agua, por lo que son

limpiadores valiosos.

Otra reacción importante que sufren las grasas y aceites es la hidrogenación, el proceso

mediante el cual se fija hidrógeno a los dobles enlaces de los ácidos no saturados de una

grasa convirtiéndolos en los saturados correspondientes.

Este proceso tiene importancia comercial, ya que, permite convertir los aceites en grasas de

consistencia semisólida, las cuales son más estables frente a la oxidación y son de mayor

utilidad en el procesamiento de alimentos. Este proceso se realiza mediante la adición de

hidrógeno gaseoso a un aceite a temperatura elevada y en presencia de un catalizador

metálico como platino, níquel o paladio.

2.2.2.1 Ácidos grasos

Un ácido graso es una biomolécula de naturaleza lipídica formada por una larga cadena

hidrocarbonada lineal en la mayoría de los casos (ya que también puede poseer

ramificaciones o anillos cíclicos), de diferente longitud o número de átomos de carbono, en

cuyo extremo hay un grupo carboxilo. Pueden ser saturados o insaturados y están presentes

en cada grasa y aceite en una proporción constante entre ciertos límites. Los ácidos grasos

más usuales en las grasas alimenticias se dan en el cuadro 2.5.

Cuadro 2.5 Ácidos grasos hallados más frecuentemente en las grasas alimenticias (Primo, 1997)

Ácido Carbonos Enlaces dobles

Ácido Carbonos Enlaces dobles

Butírico 4 0 Palmitoléico 16 1 Valeriánico 5 0 Margárico 17 0 Caproico 6 0 Esteárico 18 0

35

Cuadro 2.5 (continuación) Ácidos grasos hallados más frecuentemente en las grasas alimenticias (Primo, 1997)

Ácido Carbonos Enlaces dobles Ácido Carbonos

Enlaces dobles

Caprílico 8 0 Oleico 18 1 Pelargónico 9 0 Araquídico 20 0

Cáprico 10 0 Behénico 22 0 Láurico 12 0 Lignocérico 24 0

Mirístico 14 0 Linoléico 18 2 Miristoléico 14 1 Araquidónico 20 4

Linoléico 18 3 Erúcico 22 1

2.2.2.2 Sorbitán

El sorbitán es una mezcla de compuestos químicos derivados de la deshidratación de

sorbitol (un alcohol de azúcar obtenido por reducción de la glucosa, cambiando el grupo

aldehído a un grupo hidroxilo).

OOH

OH

OH OH

Figura 2.4 Molécula de 1,4-sorbitán

Por otro lado, los ésteres de sorbitán son compuestos tensioactivos no iónicos que se

utilizan como agentes emulsionantes en la preparación de emulsiones, cremas y ungüentos

para uso farmacéutico y cosmético o como emulsionantes y estabilizantes en los alimentos.

Los tensioactivos más usados de este grupo suelen ser ésteres de 1,4-sorbitan en los que el

grupo OH terminal es el que se esterifica. Se producen reaccionando sorbitán previamente

formado con ácidos carboxílicos de cadena larga o derivados.

También se forman por transesterificación durante la reacción del sorbitol con un ácido

graso y un triglicérido a 270 ºC. Debido a la complejidad de las reacciones de obtención,

los ésteres de sorbitol/sorbitán suelen ser mezclas de distintos compuestos.

36

Capítulo 3

Alternativas de disposición para la cera

3.1 Introducción

Una vez definidas las características de los componentes de la cera y planteada la

problemática asociada a este proceso se pueden definir los posibles métodos de disposición

para el residuo de cera que se descarta periódicamente durante la operación de las plantas

de empaque.

Para este caso no se toma en cuenta tratamientos térmicos, ya que estos procesos requieren

que el desecho posea un poder calórico alto, que consista en su mayoría de compuestos

orgánicos y tener menos de un 60% de humedad, lo cual no se cumple en este caso,

considerando que se trata de un efluente líquido, casi en su totalidad agua.

En cuanto a tratamientos biológicos, se descarta la utilidad de este desecho para compostaje

debido a que este proceso requiere un máximo de humedad del 40%, por lo que se

necesitaría agregar enmiendas y adecuarlo mediante ajuste del pH y adición de nutrientes,

lo cual consecuentemente aumentaría el volumen de desecho generado.

Por otro lado, se consideró la posible utilidad de este residuo en la elaboración de

desinfectante o cera para uso doméstico, no obstante, se desestimó está posibilidad al

considerar el contenido de fungicida y la presencia de restos de compuestos alcalinos o

compuestos ácidos que podrían generar afectaciones a la salud de las personas.

Además, no se puede realizar un análisis donde se determine la cantidad de estos

compuestos presente en la cera ya que la concentración varía según la formulación hecha en

cada empresa y los costos de dichos análisis son considerablemente elevados.

37

De esta forma, se presenta a continuación una serie de posibles métodos a emplear para

tratar o disponer este desecho, en los cuales se incluyen tratamientos químicos, físicos y

biológicos.

Es de suma importancia destacar que dichos tratamientos deben representar por sí mismos

una solución integral, por lo que para cada opción se debe tener en cuenta las operaciones

unitarias anexas que se requieran, donde en la mayoría de los casos se basan en una etapa

de pretratamiento mediante el empleo de rejillas y desarenadores.

Por otra parte se considera también complementar el sistema con un lecho de adsorción con

carbón activado o algún otro adsorbente adecuado que permita la remoción de posibles

residuos de fungicida presentes en el flujo de agua residual tratada. En otros casos

particulares se debe considerar además la necesidad de etapas para la sedimentación o el

empleo de equipos para aireación como difusores.

3.2 Tratamientos químicos

El objetivo de los tratamientos químicos consiste en la alteración de las propiedades físico

químicas de una sustancia hasta adecuarlos a unos patrones o calidades requeridas o

deseadas. Para el caso de las aguas residuales, se aplican estos tratamientos para la

variación de las propiedades de los contaminantes con el fin de facilitar su remoción o

eliminarlos por completo.

Dentro de las opciones que se pueden considerar para tratar el desecho de la cera se pueden

mencionar los siguientes:

3.2.1 Recuperación electroquímica

Actualmente los sistemas electroquímicos son empleados en diversas áreas como la

recuperación de metales, tratamiento de aguas provenientes de procesos textiles,

curtidurías, papeleras, destilerías, refinadoras de azúcar, fabricación de insecticidas y

38

fungicidas; tratamiento de aguas residuales de plantas industriales que producen residuos

grasos y oleosos, entre otras.

En una de sus aplicaciones se emplean los principios de la coagulación–floculación en un

reactor electrolítico. Éste es un recipiente dotado de una fuente de corriente y varios

electrodos encargados de aportar los iones desestabilizadores de partículas coloidales que

reemplazan las funciones de los compuestos químicos que se utilizan en el tratamiento

convencional (Morante, 2002).

Con la utilización de esta alternativa de tratamiento ha sido posible reducir

considerablemente la concentración de DQO, DBO, SST, grasas y aceites, y color en una

amplia gama de efluentes industriales. Además, se presenta como una opción viable, no

solo por la eficiencia en la reducción de contaminantes, sino también por costos operativos,

requerimientos mínimos de reactivos químicos, áreas menores de instalación, baja

producción de lodos, selectividad en el contaminante, bajos tiempos de residencia y

versatilidad al trabajarse bajo una amplia gama de concentración de contaminantes.

Dentro de las variantes de este proceso con mayor afinidad para el tratamiento de la cera se

pueden mencionar:

Electrocoagulación: es un proceso en el cual son desestabilizadas las partículas de

contaminantes que se encuentran suspendidas, emulsionadas o disueltas en un medio

acuoso, induciendo corriente eléctrica en el agua a través de placas metálicas paralelas

de diversos materiales, siendo el hierro y el aluminio los más utilizados (Restrepo et al,

2006).

En el cátodo se produce hidrógeno a partir de los protones, éste se libera como

pequeñas burbujas que suben a la superficie y puede ayudar a que las partículas

floculadas floten en la superficie recogiéndose con un rascador.

39

Las principales ventajas de la electrocoagulación respecto a la coagulación clásica es la

mayor eficiencia de los cationes nacientes de aluminio y hierro generados frente a los

provenientes de productos químicos tradicionales como sulfato de aluminio o hierro.

Electrooxidación: la idea básica de estos procesos es la oxidación total

(mineralización) o parcial (conversión de la materia orgánica a compuestos más

sencillo más fácilmente degradables y menos contaminantes) de la materia orgánica

utilizando la corriente eléctrica.

Electrodiálisis: en este proceso se utilizan membranas semipermeables, mediantes las

cuales se pueden separar selectivamente los diversos aniones y cationes que fueron

formados por la acción de la corriente eléctrica, facilitando la recuperación o

disposición de los contaminantes.

No obstante, muchas de las experiencias con este tipo de tecnología solo se han

desarrollado en plantas piloto y al igual que todos los métodos presenta ciertas desventajas,

por ejemplo: las concentraciones de los contaminantes no deben ser muy altas, la superficie

del cátodo cambia sus propiedades con el tiempo, se dan aglomeraciones en los electrodos

y pueden presentarse interferencias debido a la presencia de otras sustancias.

3.2.2 Descarga de microondas

Esta es una de las tecnologías exploradas recientemente en el procesamiento de emulsiones

y cuyos resultados presentan una alternativa de separación efectiva, con tecnología limpia y

libre de químicos o calentamiento convencional. Las investigaciones realizadas han

demostrado que se puede obtener una mejor recuperación de la fase dispersa empleando

microondas, comparada con otros tratamientos que combinan temperatura y fuerzas

centrífugas (Pérez, 2009).

40

Se han efectuado estudios (Castillo, 2008) con mezclas de aceite-agua-lodos de aceite de

palma, donde se ha observado como la aplicación de radiación de microondas durante

tiempos inferiores a un minuto permite romper los equilibrios de carga y polaridades en las

emulsiones a bajas temperaturas, con lo cual se mejora la velocidad de sedimentación, lo

cual se refleja en volúmenes de equipos mucho menores, menor espacio requerido y

menores costos de mantenimiento.

Las microondas son una forma de energía radiante, que forma parte del espectro

electromagnético y fluctúa en una banda de 300 a 30 000 MHz, por lo que se encuentra

entre los rayos infrarrojos y la radiofrecuencia. Presenta un comportamiento similar al de la

luz visible, por tanto, pueden sufrir los fenómenos de reflexión, refracción y absorción

(Castillo, 2008).

Algunas de las ventajas de esta tecnología son: no hay limitaciones de transferencia de

calor superficial, posee alta eficiencia de transformación de la energía de las ondas

electromagnéticas, solo se calienta el producto y no el aire interno, por lo que hay menos

pérdida de energía al ambiente y se da un calentamiento más rápido. Por otro lado, no hay

utilización de reactivos químicos que limiten su aplicación por regulaciones de descarga a

alcantarillados o cuerpos de agua.

Sin embargo, se requiere conocer las propiedades dieléctricas de los materiales a tratar, y su

capacidad de ser penetrado por un campo eléctrico y disipar energía eléctrica como calor,

con el fin de estimar su comportamiento bajo la influencia de un campo electromagnético.

Además, los estudios realizados hasta el momento se limitan a emulsiones preparadas a

nivel de laboratorio, con aceite de palma, aceites minerales, emulsificantes artificiales y

dirigidas hacia el área petroquímica. Por lo tanto se requeriría diseñar una metodología

experimental donde se determinen los resultados a obtener si se aplica este tratamiento con

este residuo de cera.

41

3.3 Tratamientos físicos

Los procesos físicos aplicados al tratamiento de las aguas residuales se basan en

separaciones mecánicas o hidráulicas de las partículas presentes en los efluentes líquidos.

Contempla el uso de operaciones físicas tales como la floculación; también se basan en la

diferencia de densidad entre el contaminante sólido y el medio líquido como en la

sedimentación y la flotación, o en la retención del material sólido al pasar la mezcla

líquido-sólido a través de un medio adecuado como en las membranas.

Estos tratamientos no modifican la constitución de los componentes, sino la forma de

presentación y pueden utilizarse como técnicas separadas o como complemento a los

métodos químicos o biológicos.

3.3.1 Coagulación y floculación

Este proceso tiene como objetivo convertir partículas no sedimentables en partículas

susceptibles de ser separadas por sedimentación.

Dentro de este tipo de partículas están los coloides, los cuales presentan una gran

estabilidad en agua y tienen un tamaño comprendido entre 0,001 µm y 1 µm. Debido a la

gran estabilidad que presentan, resulta imposible separarlas por decantación o flotación y

tampoco es posible separarlas por filtración porque pasarían a través de cualquier filtro.

La causa de esta estabilidad es que estas partículas presentan cargas electrostáticas

superficiales del mismo signo, que hace que existan fuerzas de repulsión entre ellas y les

impida aglomerarse para sedimentar.

El proceso de coagulación consiste en neutralizar las cargas eléctricas de la suspensión

coloidal, de forma que las fuerzas de repulsión dejen de actuar y producir que los coloides

tiendan a formar agregados de mayor tamaño llamados flóculos, los cuales tienen una

42

velocidad de sedimentación apreciable, lo que permite que puedan ser separados por

decantación (Hernández, 2005).

Por otro lado, la floculación trata la unión entre los flóculos ya formados con el fin de

aumentar su volumen y peso de forma que pueden decantar más fácilmente. Consiste en la

captación mecánica de las partículas neutralizadas dando lugar a un entramado de sólidos

de mayor volumen. De esta forma, se consigue un aumento considerable del tamaño y la

densidad de las partículas coaguladas, aumentando por tanto la velocidad de sedimentación

de los flóculos.

Existen diversos factores que influyen en el proceso de coagulación, donde el más relevante

es el pH, ya que para cada coagulante hay un valor óptimo de pH, en la cual su solubilidad

es mínima (para el caso del sulfato de aluminio se encuentra entre 6 y 7,8). Para ajustar este

parámetro se utilizan distintos coadyuvantes como la cal viva, cal apagada, carbonato

sódico, arcillas, carbón activado, entre otros.

Otro factor importante es el nivel de agitación de la mezcla y el tiempo de mezcla, de forma

que se favorezca el contacto entre el coagulante y el coloide para neutralizar las cargas.

También depende del tipo y cantidad de coagulante que se emplee, donde los más usuales

son el sulfato de aluminio (Al2(SO4)3), Sulfato ferroso (FeSO4), sulfato férrico (Fe2(SO4)3)

y cloruro férrico (FeCl3).

En cuanto al proceso de floculación, su rendimiento se ve afectado por distintos elementos

como el grado de agitación, el cual debe ser lento y homogéneo para que no se disocien los

flóculos formados. También la temperatura del agua juega un papel importante si se

considera que cuanto más baja esté la temperatura del agua, mayor será el tiempo necesario

para que se formen bien los flóculos. Otro factor importante es el nivel de turbiedad que

presente el agua, ya que las partículas actúan como núcleos para la formación inicial de

flóculos, por lo que conforme la turbiedad sea menor, la floculación se vuelve más difícil.

43

3.3.2 Membranas

El papel de la membrana es actuar como una barrera selectiva, permitiendo el paso de

ciertos componentes y reteniendo otros. Su utilización en la depuración de aguas residuales

se realiza mediante la implementación de módulos, que son unidades compuestas por

conjuntos de membranas sobre soportes de presión, una zona de alimentación, una salida de

concentrado y un punto de extracción para el permeado.

Una aplicación de este sistema se da en el biorreactor de membranas, el cual combina la

biodegradación biológica y la separación, mediante la utilización de un módulo de

membranas dotado de un sistema de inyección de aire de burbuja gruesa que provoca

turbulencia en las paredes de la membrana y minimiza su obturación (Torrecillas, 2008).

Dentro de las aplicaciones de este sistema se puede mencionar la separación de sólidos en

el tratamiento secundario; la eliminación de turbidez, restos de sólidos suspendidos,

parásitos y la mayoría de las bacterias presentes en el efluente; también son empleadas en el

tratamiento de lixiviados en los vertederos de residuos sólidos urbanos.

Como ventajas de este tratamiento está la selectividad de la membrana y que la calidad del

efluente obtenido es alta ya que no se presentan sólidos en suspensión, permitiendo su uso

para reutilización. Por otro lado, la producción de fangos es mínima, el tamaño de la planta

es compacto y se obtiene un porcentaje de desinfección considerable sin necesidad de

añadir reactivos químicos.

A pesar de estas ventajas, la aplicación de esta tecnología supone ciertos inconvenientes

como el costo de inversión inicial, el cual es considerable en comparación con otros

tratamientos, mientras que el costo de los componentes es proporcional al tamaño de la

planta, lo que supone un límite al tamaño máximo viable económicamente.

44

En cuanto a condiciones operativas, la duración de las membranas es muy variable,

dependiendo de las características de las aguas residuales y de la velocidad de filtración.

3.3.3 Coalescencia

La naturaleza química de los ácidos grasos y los componentes del sorbitán que constituyen

la cera, favorece la formación de emulsiones. Dichas emulsiones se presentan como

partículas de cera dispersas en el agua.

Las emulsiones son sistemas dispersos o suspensiones líquido - líquido, constituidos por

dos líquidos inmiscibles, en el cual la fase en suspensión (interna) denominada fase

dispersa se encuentra en forma de pequeñas gotas contenidas en una fase externa

denominada fase continua.

El objetivo de este proceso es la ruptura de las emulsiones mediante la aplicación de algún

medio que destruya la interfaz y de esta manera desestabilizar la emulsión e inducir la

formación de mayores agregados, hasta lograr la separación de la fase dispersa y la fase

continua. Para lograr este resultado se pueden emplear diversos medios, por ejemplo:

Aplicación de calor: se da una disminución de la densidad y la viscosidad de la fase

no polar, mientras que en el agua esta variación es menos significativa. Esta diferencia

de densidad favorece la desestabilización de la emulsión.

Adición de una solución salina saturada: este agregado disminuye la tensión

superficial del agua y permite que las gotas de la fase dispersa colapsen y formen una

capa. Normalmente se emplea cloruro de sodio, cloruro de amonio o sulfato de

magnesio.

Agitación mecánica: se emplea la centrifugación u otro medio de agitación que

favorezca el contacto entre las gotas de la fase dispersa e induzca la generación de

gotas de mayor tamaño.

45

Aumentar la solubilidad del tensoactivo: la adición de alcohol u otros disolventes

polares, tales como acetona, se puede utilizar para aumentar la solubilidad en la fase de

agua y desplazar el emulsionante de la fase oleosa.

3.4 Tratamientos biológicos

En este tipo de tratamientos se emplean procesos biológicos cuyos objetivos principales son

la estabilización de la materia orgánica, además de coagular y remover los sólidos

coloidales que no se sedimentan; aunque también pueden emplearse para la remoción de

nutrientes como el nitrógeno y fósforo, así como de rastros de compuestos orgánicos

(Tchobanoglous, 2000).

En estos procesos se utilizan reacciones asociadas a los organismos vivos. Los

microorganismos crecen utilizando los contaminantes como fuente de energía,

convirtiéndolos en nuevos microorganismos (biomasa), dióxido de carbono y otros

compuestos inocuos (Torrecillas, 2008).

En general, todos estos procesos podrían ser aplicables debido a que la cera en general

consta de ácidos grasos, de forma que el porcentaje de DBO es importante, sin embargo,

pueden presentar el inconveniente de ser susceptibles al fungicida y demás compuestos

como desinfectantes y detergentes que provienen del proceso productivo. Otra desventaja

que presentan los tratamientos biológicos es la pobre remoción de demanda química de

oxígeno.

Tales interferencias podrían ser sobrellevadas mediante la aplicación de productos

comerciales como microorganismos eficientes o enzimas que sean tolerantes a este tipo de

compuestos y a las condiciones presentadas. No obstante, se requiere una evaluación

adicional para confirmar si los resultados esperados cumplen con las expectativas del caso.

46

3.4.1 Lagunas de estabilización

Consisten en tratamientos donde el agua residual es vertida en estanques de tierra

impermeabilizados, de variadas configuraciones, generalmente extensos y poco profundos,

donde los efluentes son tratados por métodos totalmente naturales.

El oxígeno necesario en los estanques se obtiene por aireación natural a través de la

superficie y de la reacción de fotosíntesis de las algas, el cual es utilizado por las bacterias

aerobias para la degradación de la materia orgánica.

La clasificación más frecuente que se les da se basa en el dominio relativo de uno de los

dos procesos (aerobio y anaerobio) de eliminación de la materia orgánica. Con base en esto,

las lagunas se denominan anaerobias, facultativas y aerobias (Torrecillas, 2008).

Estos sistemas se caracterizan por la elevada resistencia a las variaciones bruscas de carga

orgánica e hidráulica; además, la sedimentación primaria y la degradación de la materia

orgánica se producen al mismo tiempo. También, presentan altas eficiencias de remoción

de microorganismos patógenos, tienen capacidad de tratar ciertos tipos de aguas residuales

industriales y su efluente puede cumplir con las calidades para riego.

Otra de sus ventajas, es que no utilizan medios mecánicos para la aireación o agitación, por

lo que los costes de mantenimiento son reducidos.

Sin embargo, requieren de áreas de implantación muy grandes, hay limitadas posibilidades

de actuación sobre el proceso, se requiere un vaciado periódico de las lagunas para la

evacuación de los fangos, pueden presentar elevadas cargas de sólidos suspendidos debido

a cantidades apreciables de algas y pueden darse olores desagradables y proliferación de

mosquitos y otros vectores, como roedores.

47

3.4.2 Fangos activados

En este proceso biológico se desarrolla un cultivo bacteriano disperso en forma de flóculo

en un depósito agitado, aireado, alimentado con el agua a tratar y que además presenta una

recirculación de los fangos.

La agitación evita sedimentos y homogeniza la mezcla de los flóculos bacterianos y el agua

residual; mientras que la aireación suministra el oxígeno necesario para los

microorganismos aerobios. La recirculación por su parte permite tener una concentración

óptima de microorganismos maduros, los cuales presentan mejores rendimientos. En caso

de que se presente un exceso de fangos se puede realizar una purga de éstos, con el fin de

mantener un balance adecuado en el sistema.

Para su diseño existen diversos métodos empíricos y cinéticos, los cuales se basan en

aproximaciones a reactores como el de mezcla completa o flujo pistón. Dentro de los

parámetros más importantes están el tiempo de residencia, la carga de nutrientes, la rapidez

de crecimiento de los microorganismos y la concentración requerida en el efluente.

Dentro de las ventajas de este sistema puede mencionarse los valores altos de eficiencia en

la remoción de demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno y sólidos

suspendidos. Es posible la adición de nutrientes como nitrógeno y fósforo para satisfacer

las condiciones requeridas para los microorganismos benéficos presentes.

Sin embargo, este sistema es susceptible a variaciones repentinas en la carga orgánica, en la

composición del agua residual o en las condiciones del entorno; también requiere de altos

costes de energía para la implementación de los sistemas de agitación y aireación; se

requiere un mayor control sobre el estado de los fangos ya que se pueden presentar exceso

de los mismos, formación de fangos muy viejos cuyo rendimiento es menor o incluso la

aparición de bacterias filamentosas, las cuales promueven condiciones indeseables en el

48

sistema ya que afectan el crecimiento y floculación de los fangos, con lo cual se disminuye

la eficiencia de separación entre las fases sólido-líquido.

3.4.3 Procesos anaerobios de biomasa fija

Este tipo de tratamiento se caracteriza por poder tratar cargas volumétricas elevadas de

efluentes relativamente diluidos, al ser pasados por un soporte sólido con una cantidad de

biomasa importante, de modo que se puede operar con tiempos de residencia pequeños.

Dentro de los sistemas anaerobios de soporte sólido se encuentran los lechos en película,

lechos fluidizados, lechos de lodos (reactor UASB) y filtros anaerobios, siendo estos dos

últimos los que han tenido más desarrollo.

En todos los casos se trata de un recipiente cuyo interior está relleno de un material sobre el

cual los microorganismos pueden quedar adheridos y a medida que el crecimiento de las

bacterias es excesivo o se mueren, se desprenden del soporte y abandonan el filtro como

lodos (Torrecillas, 2008). Dicho recipiente debe reunir las condiciones apropiadas de modo

que se pueda manejar con facilidad líquidos, sólidos en suspensión y gases.

En este recipiente se lleva a cabo la fermentación o digestión anaeróbica que es un proceso

complejo consistente en una descomposición bioquímica, en que microorganismos

facultativos degradan los almidones, la celulosa, las proteínas y otras sustancias de la

biomasa a compuestos orgánicos de cadena corta, en especial ácido acético y propiónico,

manteniéndose el pH mediante sustancias reguladoras, de los mismos organismos, y

formándose una masa homogénea similar a una suspensión.

Existen diversos factores a considerar en los procesos anaerobios, los cuales gobiernan el

proceso, debido a que determinan la velocidad de biodegradación de la materia orgánica y

la rapidez de crecimiento de la biomasa. Dentro de los factores más relevantes están:

49

Toxicidad del desecho: si es alimentado al proceso en forma repentina e inusual

material tóxico (como es el caso del triadimefon), éste puede destruir la biomasa, en

especial las bacterias metanogénicas las cuales son más susceptibles.

Concentración de sólidos: la rapidez con que se lleve a cabo la hidrólisis del sustrato

se ve afectada por la concentración y complejidad de la estructura química de los

componentes, siendo más difícil procesar compuestos de cadena larga y compleja.

Temperatura: es un factor determinante de la tasa de crecimiento bacterial, por lo cual

es un parámetro que debe ser restringido a los ámbitos adecuados de forma que la

operación sea adecuada y eficiente, ya que un cambio brusco en la misma puede

generar perturbaciones en el proceso. Sin embargo, por lo general el proceso

anaeróbico genera la energía necesaria para que el proceso solvente tal gasto, siempre y

cuando haya disponibilidad suficiente de sustrato.

Acidez: las variaciones en el valor de pH afectan la acción bacterial, siendo el

intervalo recomendable entre 6,6 y 7,6. Fuera de este ámbito pueden presentarse

condiciones adversas e incluso nocivas para los microorganismos.

Algunos de los problemas que pueden presentar estos sistemas son la creación de caminos

preferenciales, taponamientos en los distribuidores, generación de espumas, flotación en la

parte superior del reactor, emanación de malos olores y colmatación de sólidos.

Sin embargo, tienen la ventaja de que presentan rendimientos de depuración muy elevados

mediante recirculaciones grandes, muestran altos rendimientos en generación de metano

por volumen de digestor el cual podría ser aprovechado como fuente de energía, se han

aplicado con éxito en el tratamiento de aguas residuales agroindustriales con importantes

contenidos de azúcar o almidón, presentan gran estabilidad, pueden emplearse en arreglos

mixtos con el fin de mejorar el rendimiento, mientras que el costo de inversión y de

mantenimiento es relativamente bajo.

50

No se considera en este caso la posibilidad de generar biogás como un producto

recuperable, ya que este desecho no posee las características apropiadas para ser

aprovechado con este fin, a diferencia de otros efluentes como el licor de la broza de café o

excrementos de animales, los cuales si se utilizan para este propósito.

3.4.4 Fitoremediación

Consiste en la utilización de humedales de poca profundidad que contienen diversas plantas

acuáticas las cuales tienen diferentes mecanismos de respuesta y defensa ante la presencia

de compuestos tóxicos y desarrollan procesos bioquímicos que conducen a diversos

mecanismos que favorecen la purificación del agua. Mediante este proceso es posible tratar

ciertas aguas residuales industriales y la remoción de metales pesados.

Dentro de los tipos de plantas que suelen emplearse están (nombre común o popular):

jacinto de agua, nenúfares, lenteja de agua, azolla, salvinia, pistia, carrizo, platanillo, tule,

entre otras. Todas estas plantas son características de zonas tropicales y suelen observarse

en lagos, lagunas, pantanos, estanques, canales, ríos, charcos poco profundos y también en

las represas.

Esta tecnología se presenta como una alternativa sustentable y cuenta con ciertas ventajas

en comparación con las tecnologías convencionales (lodos activados, intercambio iónico,

ósmosis inversa, precipitación, coagulación, floculación, entre otras); por ejemplo: es

eficiente para tratar diversos tipos de contaminantes, es de bajo costo, no consume energía,

no produce contaminantes secundarios y se pueden reciclar recursos (agua, biomasa,

metales), además es estéticamente agradable, esto entre muchas otras ventajas.

Por otro lado, es una tecnología relativamente reciente y estudiada mayormente a nivel de

laboratorio o a escala. Además tiene ciertas desventajas como por ejemplo: requieren de

grandes áreas para su implantación, se necesita de un control de la cantidad de plantas,

debido a que son muy prolíferas; son susceptibles a variaciones repentinas en la carga

orgánica o hidráulica, no son de buena aplicación en sistemas intermitentes, no funcionan

51

con efluentes cuyas cargas orgánicas sean moderadas o altas, como el caso de las aguas

procedentes del beneficiado de café. Pueden presentarse condiciones anaerobias y

eutrofización si su concentración por área es excesiva y se pueden presentar problemas

operativos si hay presencia moderada de algas debido a relaciones competitivas por el uso

de nutrientes. También, pueden generarse incrementos en la cantidad de sólidos

suspendidos, generados por la descomposición de las plantas.

3.4.5 Sistemas de infiltración

Consiste en la aplicación controlada de agua residual sobre la superficie de un terreno, para

alcanzar un grado determinado de tratamiento a través de procesos físicos, químicos y

biológicos ocurridos en el interior del conjunto planta-suelo-agua (Tchobanogluos, 2000).

Diversos vertidos municipales e industriales pueden ser tratados por este medio,

dependiendo de las características del lugar, las tasas de carga, las características del agua

residual y los objetivos del diseño. Se pueden diferenciar tres procesos de tratamiento en

suelo: de tasa baja, de infiltración rápida y de flujo superficial.

Tasa baja: básicamente, consiste en la aplicación del agua residual mediante aspersión

o de forma superficial sobre terrenos con presencia de vegetación. Se emplea

habitualmente en campos de madera o zonas de pastos. La disposición del agua se da

mediante evapotranspiración y percolación y requiere de terrenos con pendientes

menores al 20% y permeabilidad baja o moderada.

Infiltración rápida: el agua se aplica de forma intermitente sobre campos de

distribución a nivel, que contienen tierra permeable. Constan de una zona de

inundación, una zona de percolación y un drenaje subterráneo donde se canaliza el

agua ya tratada hacia fuentes superficiales cercanas. La disposición del agua se da

mediante percolación principalmente y requiere de terrenos con pendientes menores al

10% y cuya permeabilidad sea alta.

52

Flujo superficial: se usa en terrenos con baja permeabilidad como los arcillosos,

cubiertos con vegetación y con pendientes entre el 2% y 4%, de forma que el agua

residual es aplicada y mediante escorrentía se va desplazando en una longitud

determinada mientras se va depurando, para finalmente ser recogida en la parte inferior

de la pendiente.

A diferencia del vertido a los campos en barbecho que se efectúa actualmente, en estos

tratamientos se da un control en cuanto a las condiciones de operación del sistema y las

características requeridas para el sitio donde se efectúa y las condiciones del lugar.

Los tres procesos presentan buenos resultados en cuanto a remoción de demanda

bioquímica de oxígeno, remoción de sólidos suspendidos totales, remoción de fósforo

mediante inmovilización química o asimilación por parte de las plantas, remoción de

nitrógeno por incorporación a los tejidos vegetales de los cultivos, fijación de metales y

compuestos orgánicos. También es de utilidad en la remoción de organismos patógenos

debido a su exposición a condiciones ambientales adversas.

Dentro de los requerimientos que presentan estos sistemas está la aplicación de un

pretratamiento preliminar mínimo, como sedimentación primaria o desarenado. Además, se

deben emplear grandes áreas para su implantación y el terreno debe cumplir con las

cualidades particulares de cada caso.

Para el caso de la tasa baja y el flujo superficial resulta necesario la presencia de

vegetación, mientras que en la infiltración rápida solo se requiere en ocasiones para la

estabilización del suelo.

Debido a la posibilidad de presencia de microorganismos, la aplicación de las aguas

residuales debe hacerse en terrenos destinados a actividades donde no se dé el contacto

directo con personas o esté restringido, como es el caso de zonas forestales, cultivo de

pastos y forrajes, entre otros.

53

Capítulo 4

Clasificación de las alternativas de disposición

4.1 Introducción

Una vez establecidos los posibles tratamientos a utilizar para la disposición de la cera que

se desecha durante la etapa de recubrimiento de la piña, se debe emplear un procedimiento

de selección con el cual se logre determinar los sistemas de tratamiento más aplicables para

tratar este desecho, según las características presentadas y factores involucrados.

Dicho procedimiento de selección debe permitir que la valorización de las alternativas y la

toma de decisiones se realicen de forma objetiva y racional, de manera que los resultados

obtenidos sean confiables.

Con los resultados de la aplicación de esta herramienta y definidos cuáles son los procesos

más aptos para este caso, se podrá evaluar dichos tratamientos mediante una reproducción

física de éstos a nivel de laboratorio y así definir los resultados reales que se pueden

obtener en cada caso.

Diversos autores como Ulrich y Vasudevan (2004) recomiendan para este caso emplear un

procedimiento metodológico, estructurado y repetible como la matriz de decisión, en la cual

se realiza un análisis mediante la comparación analítica de las múltiples alternativas que

aparentemente pueden emplearse. Para la valorización de las alternativas, se toma en cuenta

el grado de cumplimiento que se puede lograr con cada tratamiento en relación a los

resultados deseables, según los criterios de evaluación que se consideran.

El procedimiento empleado para la aplicación de esta herramienta se inicia con la búsqueda

y recopilación de las distintas alternativas a considerar, tomando en cuenta trabajos previos,

54

literatura especializada como revistas técnicas, patentes, artículos científicos, monografías,

entre otros y recurrir a conferencias o consultas a personas con conocimiento en el tema.

Seguidamente, se establece una escala de calificación de uno a diez, que permita evaluar

cada una de las alternativas, según el grado de satisfacción con que se cumpla con los

criterios a considerar.

Posteriormente, se establecen los distintos criterios a considerar para la comparación de las

distintas alternativas, los cuales definen las características o parámetros más importantes a

tomar en cuenta a la hora de decidir cuál es la alternativa más adecuada o la que

proporciona los resultados más cercanos a lo esperado.

Una vez establecidos los criterios, se les asigna un peso o valor a cada uno de los criterios a

partir de la importancia relativa de cada uno. Este peso asignado se da en función de

criterios objetivos, basados en experiencias previas y en la información recopilada, además

de los intereses y situaciones particulares implicadas.

Por último, se realiza la evaluación numérica de cada alternativa multiplicando el peso de

cada criterio por la calificación obtenida en ese caso y se realiza la sumatoria de cada

producto obtenido, a manera de promedio ponderado. Luego se jerarquizan las alternativas

aceptadas de acuerdo con las puntuaciones resultantes y se determina cuál o cuáles son las

alternativas elegibles como las de mayor puntaje global obtenido.

Para definir la cantidad de alternativas a considerar se tomará en cuenta la disponibilidad de

recursos en el lugar donde se realizarán las corridas experimentales, así como la disposición

de tiempo y limitaciones económicas presentes.

55

4.2 Escala de calificación

Se debe establecer una escala de calificación para evaluar cada uno de los tratamientos

dentro de los criterios que se consideran. Esta escala de calificación utiliza un intervalo de

calificación de uno a diez, donde el valor que se asigna se define a partir de las ventajas o

limitaciones que presenta cada tratamiento según el criterio que se esté considerando.

En la descripción de cada criterio de evaluación se define el punto de referencia para

delimitar como conforme o no conforme una alternativa y su relación con el intervalo de

calificación establecido, por lo que la asignación del puntaje se debe asignar en función de

situación particular.

4.3 Criterios de selección

Los criterios de selección son en general las cualidades y condiciones que debe satisfacer

las alternativas consideradas para ser exitosas. En este caso se refieren a los parámetros o

características más relevantes a considerar para la selección de los sistemas de tratamiento,

ya que representan los factores que definen la factibilidad de emplear alguna de las

opciones a considerar en virtud de los resultados esperados. Dentro de los criterios de

evaluación a considerar están:

Legislación regulatoria: en este caso se considera las restricciones según lo

establecido en la legislación nacional relacionada (sección 1.6), en especial lo

concerniente al artículo 13 del Reglamento de aprobación y operación de sistemas de

tratamiento de aguas residuales (decreto Nº 31545-S-MINAE), donde se indican los

retiros que se deben respetar entre el sistema de tratamiento y los linderos de la

propiedad que lo contiene, según el tipo de tratamiento empleado.

56

Esta restricción se debe considerar en tanto que un mayor retiro implica la necesidad de

una mayor área para implementar el sistema propuesto, lo cual incide en un mayor

costo económico.

Por lo tanto, se considera una calificación mínima de uno para los sistemas cuyos

retiros sean iguales a 50 m, definido como el retiro máximo establecido en el

reglamento y como calificación máxima de diez a los sistemas que requieran retiros

mínimos. Las calificaciones intermedias se asignarán en función de la relación costo-

beneficio que implica el área requerida para cumplir con el retiro.

También es importante considerar si para la implementación de alguna tecnología se

debe cumplir con alguna otra normativa específica.

Tamaño requerido por el sistema: se refiere a la cantidad de espacio necesario para

desarrollar el tratamiento en función del volumen o carga de residuo que puede ser

manejado por cada alternativa de tratamiento, por periodo de tiempo; ya sea un proceso

continuo o intermitente.

Esta característica es importante si se toma en cuenta el tiempo de residencia necesario

para lograr el resultado esperado, el cual influye en la cantidad de espacio requerido

para su aplicación, y puede convertirse en un inconveniente si hay limitaciones de

espacio. Por lo tanto es favorable un sistema de tratamiento con una capacidad para

manejar una carga moderada o alta, bajo condiciones similares y consecuentemente

requiera de menos espacio.

En este punto se define como una calificación máxima de diez los sistemas que

requieran una menor área para su implantación y una puntuación mínima de uno para

los sistemas cuyo establecimiento requiera de grandes áreas y necesite de trabajos

considerables para la adecuación del sitio donde se empleen.

57

Costos y gastos de inversión: se hace referencia a los costos y gastos iniciales en los

que se debe incurrir para la compra de equipos y materiales que requiera el sistema,

tanto para el tratamiento como para las operaciones auxiliares. También se considera la

mano de obra necesaria para la construcción o instalación del sistema de tratamiento, la

necesidad de movimiento de tierra para la construcción del sistema, la adecuación del

sitio, los costos de transporte de materiales y equipos, entre otros.

Se requiere además que el tratamiento empleado no necesite de muchos equipos

especializados o sofisticados y que las técnicas de construcción sean simples. Por otro

lado, se debe tener en consideración que en este caso los tratamientos contemplados no

generarían algún beneficio económico, por lo que el criterio para definir como

aceptables un tratamiento es que tenga el menor costo de inversión posible.

De esta manera, un tratamiento cuyo costo inicial sea relativamente bajo tendrá una

calificación alta cuyo máximo posible es de diez, mientras que los tratamientos cuyos

costos iniciales resulten considerables se les asignarán calificaciones inferiores cuyo

mínimo sea uno.

Es importante definir en este criterio un punto de referencia para que la comparación

sea equiparable, por lo que la evaluación se debe definir a partir de un costo unitario

por área de construcción.

Costos y gastos de operación y mantenimiento: se toma en cuenta los costos

asociados a operaciones de mantenimiento de los equipos, ya sea por desgaste,

saturación, fallas, incidentes operativos, limpieza periódica de los mismos o inspección

de rutina. También se consideran costos y gastos asociados a las condiciones de

operación, a los recursos e insumos consumidos y a la necesidad de personal calificado

para las labores de operación y supervisión.

58

Se desea que la alternativa a considerar requiera el mínimo de mantenimiento y

supervisión, por lo que debe tratarse de tratamientos sencillos, con pocos equipos

especializados o partes móviles, que las etapas implicadas no sean muy vulnerables o

susceptibles y que las maniobras de mantenimiento afecten poco o nada la operación

del proceso.

De esta forma, se define una calificación alta cuyo máximo es diez para los sistemas

cuyos costos y gastos de operación y mantenimiento es relativamente bajo, mientras

que los tratamientos que requieran mayores inversiones de dinero para su adecuado

funcionamiento se les asignará una calificación inferior, siendo uno el mínimo.

Facilidad de actuación sobre el proceso: se toma en cuenta la posibilidad de tener un

control adecuado sobre las condiciones del proceso ante variaciones en las

características del desecho o de las condiciones de operación, de manera que se pueda

aplicar las modificaciones necesarias y ajustar el sistema a las necesidades que se

presenten en el momento.

Dentro de tales desviaciones se puede considerar la susceptibilidad del sistema ante

cambios climáticos o incidentes ambientales, cambios en la concentración de los

contaminantes del desecho, cambios en el flujo o volumen tratado, entre otros, los

cuales podrían afectar la eficiencia.

También se debe tener en cuenta las posibles consecuencias que produzcan tales

desviaciones como la posibilidad de surgimiento de condiciones indeseables como la

generación de olores desagradables, proliferación de mosquitos y otros vectores, fallas,

sobrecargas, etcétera.

59

Por otro lado, es importante considerar si el sistema requiere de medidas adicionales de

seguridad o sistemas de contención para contrarrestar fallas que puedan darse por

circunstancias específicas.

Al considerar este criterio se define como una calificación alta los sistemas que

permitan una actuación rápida sobre ellos de forma que se contrarreste la perturbación

presentada, mientras que para los sistemas cuyo control sea más limitado se les

asignará una calificación inferior.

Factibilidad de implementación: en este criterio se hace referencia a la facilidad de

comprar o adquirir los equipos, insumos y materiales necesarios. También se

contemplan el grado de complejidad de los equipos o tecnología necesitados, la

facilidad de operación del sistema, la necesidad de equipos adicionales (como bombas,

compresores, medidores) y la disponibilidad de los mismos.

Además, un tratamiento cuya tecnología sea muy específica requerirá de personal

calificado no solo para la operación de la misma, sino también para su mantenimiento

y reparación en caso de ser necesario.

Algunos rubros adicionales a considerar son: existencia de proveedores de servicios y

repuestos para la tecnología empleada, existencia de talleres y especialistas locales que

apoyen los trabajos de mantenimiento preventivo y correctivo que requieran las

tecnologías propuestas, nivel de conocimientos requeridos de la tecnología en cuestión

para la operación y para el mantenimiento, identificación de los elementos que puedan

presentar problemas con mayor frecuencia, los riesgos operacionales, entre otros.

Bajo todas estas circunstancias es deseable que el sistema de tratamiento presente

condiciones favorables para su implantación, por lo que se consideraría una

calificación alta en caso de cumplir con tales facilidades, mientras que un tratamiento

60

que presente obstáculos o dificultades para su implementación será sancionado con una

calificación baja, cuyo mínimo es uno.

4.4 Peso de cada criterio de selección

A cada uno de los criterios mencionados anteriormente se les debe asignar un peso o valor

según la relevancia del mismo dentro de la selección de los sistemas de tratamientos. Para

el caso de la matriz de decisión, la sumatoria de todos los pesos asignados para cada criterio

debe ser igual a cien, con el fin de simplificar los cálculos (Yglesias, 2005).

Cuadro 4.1 Valor de peso asignado a cada criterio de selección

Criterio de selección Valor de peso Legislación regulatoria 10 Tamaño requerido del sistema 10 Costos y gastos de inversión 30 Costos y gastos de mantenimiento y operación 25 Facilidad de actuación sobre el proceso 15 Factibilidad de implementación 10

Estos valores se asignan según criterios fundamentados en el conocimiento y la experiencia

de profesionales afines al tema, las fuentes de información disponibles y los consejos

surgidos a partir de los resultados obtenidos en otras situaciones de naturaleza similar.

4.5 Aplicación de la herramienta de clasificación

En el capítulo anterior se realizó una descripción de cada una de las alternativas a

considerar para tratar el desecho de la cera. Además, se señalaron las ventajas y desventajas

o limitaciones que presenta cada tratamiento.

A continuación se efectuará la evaluación de las distintas alternativas con base en los

criterios considerados previamente y mediante la asignación de una calificación en el

intervalo de uno a diez según el grado de satisfacción con que se cumple cada criterio.

61

Para garantizar que la selección sea realizada de forma analítica, sin sesgo o influenciada

por criterios subjetivos, se someterá la evaluación al criterio particular de profesionales con

conocimiento en el tema y las calificaciones asignadas por cada uno se ponderarán para

obtener un resultado final.

El grupo de profesionales consultados para la evaluación estará conformado por:

Jenny Arce Rojas, inspectora de salud, Área Rectora de Salud de Aguas Zarcas.

Benhil Sánchez Porras, Ingeniero Químico, magister en Ingeniería Ambiental, director

de la carrera de Gestión Ambiental, Universidad Técnica Nacional, San Carlos.

Bernardo Mora Gómez, Ingeniero Químico, magister en Ingeniería Ambiental,

profesor de la escuela de Ingeniería Química, Universidad de Costa Rica.

Anselmo Guillén, inspector de salud, Área Rectora de Salud de Ciudad Quesada.

Ricardo Morales Vargas, Ingeniero Químico, Dirección de Protección al Ambiente,

Ministerio de Salud, Sede Central.

Se presenta a continuación el resultado de las evaluaciones realizadas por cada uno de los

profesionales consultados.

Cuadro 4.2 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Jenny Arce

Criterio Peso Recuperación electroquímica

Descarga de microondas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 5 50 5 50 Tamaño requerido del sistema 10 8 80 8 80 Costos y gastos de inversión 30 8 80 5 50 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 8 80 4 40

Facilidad de actuación sobre el proceso

15 7 70 7 70

Factibilidad de implementación 10 6 60 5 50 Sumatoria 100 420 340

62

Cuadro 4.2 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Jenny Arce

Criterio Peso Coagulación y

floculación Membranas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 7 70 10 100 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 4 40 Costos y gastos de inversión 30 8 80 2 20 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 8 80 5 50

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 8 80 5 50

Factibilidad de implementación 10 9 90 3 30 Sumatoria 100 470 290 Cuadro 4.2 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Jenny Arce

Criterio Peso Coalescencia Lagunas de estabilización

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 10 100 2 20 Tamaño requerido del sistema 10 10 100 2 20 Costos y gastos de inversión 30 7 70 10 100 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 8 80 8 80

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 10 100 4 40

Factibilidad de implementación 10 10 100 3 30 Sumatoria 100 550 290

63

Cuadro 4.2 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Jenny Arce

Criterio Peso Fangos activados Procesos anaerobios de

biomasa fija Calificación Puntaje Calificación Puntaje

Legislación regulatoria 10 3 30 8 80 Tamaño requerido del sistema 10 3 30 8 80 Costos y gastos de inversión 30 5 50 7 70 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 7 70 8 80

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 7 70 8 80

Factibilidad de implementación 10 5 50 9 90 Sumatoria 100 300 480 Cuadro 4.2 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Jenny Arce

Criterio Peso Fitorremediación Infiltración

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 4 40 7 70 Tamaño requerido del sistema 10 2 20 2 20 Costos y gastos de inversión 30 5 50 7 70 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 4 40 5 50

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 5 50 7 70

Factibilidad de implementación 10 3 30 8 80 Sumatoria 100 230 360

64

Cuadro 4.3 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Benhil Sánchez

Criterio Peso Recuperación electroquímica Descarga de microondas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 8 80 8 80 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 7 70 Costos y gastos de inversión 30 5 50 5 50 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 5 50 4 40

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 7 70 7 70

Factibilidad de implementación 10 6 60 5 50 Sumatoria 100 380 360 Cuadro 4.3 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Benhil Sánchez

Criterio Peso Coagulación y

floculación Membranas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 8 80 7 70 Tamaño requerido del sistema 10 8 80 8 80 Costos y gastos de inversión 30 8 80 5 50 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 8 80 4 40

Facilidad de actuación sobre el proceso

15 8 80 7 70

Factibilidad de implementación 10 8 80 4 40 Sumatoria 100 480 350

65

Cuadro 4.3 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Benhil Sánchez

Criterio Peso Coalescencia Lagunas de estabilización

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 8 80 3 30 Tamaño requerido del sistema 10 8 80 4 40 Costos y gastos de inversión 30 7 70 8 80 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 8 80 8 80

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 7 70 5 50

Factibilidad de implementación 10 8 80 6 60 Sumatoria 100 460 340 Cuadro 4.3 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Benhil Sánchez

Criterio Peso Fangos activados Procesos anaerobios de

biomasa fija Calificación Puntaje Calificación Puntaje

Legislación regulatoria 10 7 70 4 40 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 5 50 Costos y gastos de inversión 30 5 50 7 70 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 4 40 7 70

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 6 60 6 60

Factibilidad de implementación 10 5 50 6 60 Sumatoria 100 340 350

66

Cuadro 4.3 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Benhil Sánchez

Criterio Peso Fitorremediación Infiltración

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 6 60 4 40 Tamaño requerido del sistema 10 5 50 4 40 Costos y gastos de inversión 30 7 70 7 70 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 7 70 7 70

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 4 40 4 40

Factibilidad de implementación 10 6 60 7 70 Sumatoria 100 350 330 Cuadro 4.4 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Bernardo Mora

Criterio Peso Recuperación electroquímica Descarga de microondas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 9 90 9 90 Tamaño requerido del sistema 10 8 80 8 80 Costos y gastos de inversión 30 3 30 3 30 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 3 30 3 30

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 8 80 6 60

Factibilidad de implementación 10 3 30 3 30 Sumatoria 100 340 320

67

Cuadro 4.4 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Bernardo Mora

Criterio Peso Coagulación y

floculación Membranas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 7 70 9 90 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 7 70 Costos y gastos de inversión 30 5 50 5 50 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 4 40 6 60

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 7 70 7 70

Factibilidad de implementación 10 7 70 8 80 Sumatoria 100 370 420 Cuadro 4.4 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Bernardo Mora

Criterio Peso Coalescencia Lagunas de estabilización

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 7 70 9 90 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 3 30 Costos y gastos de inversión 30 5 50 7 70 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 4 40 9 90

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 7 70 5 50

Factibilidad de implementación 10 7 70 5 50 Sumatoria 100 370 380

68

Cuadro 4.4 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Bernardo Mora

Criterio Peso Fangos activados Procesos anaerobios de

biomasa fija Calificación Puntaje Calificación Puntaje

Legislación regulatoria 10 8 80 8 80 Tamaño requerido del sistema 10 8 80 8 80 Costos y gastos de inversión 30 7 70 7 70 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 5 50 7 70

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 6 60 5 50

Factibilidad de implementación 10 5 50 6 60 Sumatoria 100 390 410 Cuadro 4.4 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Bernardo Mora

Criterio Peso Fitorremediación Infiltración

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 7 70 7 70 Tamaño requerido del sistema 10 5 50 5 50 Costos y gastos de inversión 30 8 80 8 80 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 8 80 8 80

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 8 80 7 70

Factibilidad de implementación 10 8 80 7 70 Sumatoria 100 440 420

69

Cuadro 4.5 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Anselmo Guillén

Criterio Peso Recuperación electroquímica Descarga de microondas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 9 90 9 90 Tamaño requerido del sistema 10 9 90 9 90 Costos y gastos de inversión 30 3 30 3 30 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 3 30 3 30

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 8 80 8 80

Factibilidad de implementación 10 1 10 1 10 Sumatoria 100 330 330 Cuadro 4.5 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Anselmo Guillén

Criterio Peso Coagulación y

floculación Membranas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 8 80 7 70 Tamaño requerido del sistema 10 8 80 7 70 Costos y gastos de inversión 30 5 50 3 30 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 5 50 4 40

Facilidad de actuación sobre el proceso

15 6 60 8 80

Factibilidad de implementación 10 3 30 1 10 Sumatoria 100 350 300

70

Cuadro 4.5 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Anselmo Guillén

Criterio Peso Coalescencia Lagunas de estabilización

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 9 90 1 10 Tamaño requerido del sistema 10 9 90 1 10 Costos y gastos de inversión 30 3 30 7 70 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 4 40 7 70

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 3 30 3 30

Factibilidad de implementación 10 1 10 7 70 Sumatoria 100 290 260 Cuadro 4.5 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Anselmo Guillén

Criterio Peso Fangos activados Procesos anaerobios de

biomasa fija Calificación Puntaje Calificación Puntaje

Legislación regulatoria 10 8 80 7 70 Tamaño requerido del sistema 10 8 80 7 70 Costos y gastos de inversión 30 4 40 4 40 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 5 50 5 50

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 5 50 3 30

Factibilidad de implementación 10 7 70 6 60 Sumatoria 100 370 320

71

Cuadro 4.5 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Anselmo Guillén

Criterio Peso Fitorremediación Infiltración

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 7 70 8 80 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 8 80 Costos y gastos de inversión 30 5 50 7 70 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 9 90 9 90

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 3 30 3 30

Factibilidad de implementación 10 8 80 8 80 Sumatoria 100 390 430 Cuadro 4.6 Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Ricardo Morales

Criterio Peso Recuperación electroquímica Descarga de microondas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 10 100 10 100 Tamaño requerido del sistema 10 9 90 9 90 Costos y gastos de inversión 30 5 50 3 30 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 5 50 3 30

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 5 50 3 30

Factibilidad de implementación 10 5 50 1 10 Sumatoria 100 390 290

72

Cuadro 4.6 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Ricardo Morales

Criterio Peso Coagulación y

floculación Membranas

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 7 70 10 100 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 10 100 Costos y gastos de inversión 30 7 70 2 20 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 8 80 2 20

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 8 80 7 70

Factibilidad de implementación 10 10 100 5 50 Sumatoria 100 470 360 Cuadro 4.6 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Ricardo Morales

Criterio Peso Coalescencia Lagunas de estabilización

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 8 80 5 50 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 5 50 Costos y gastos de inversión 30 7 70 3 30 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 6 60 8 80

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 6 60 9 90

Factibilidad de implementación 10 8 80 9 90 Sumatoria 100 420 390

73

Cuadro 4.6 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Ricardo Morales

Criterio Peso Fangos activados Procesos anaerobios de

biomasa fija Calificación Puntaje Calificación Puntaje

Legislación regulatoria 10 5 50 5 50 Tamaño requerido del sistema 10 7 70 9 90 Costos y gastos de inversión 30 5 50 5 50 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 8 80 3 30

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 9 90 3 30

Factibilidad de implementación 10 9 90 8 80 Sumatoria 100 430 330 Cuadro 4.6 (continuación) Resultado de la matriz de decisión para la selección de los sistemas de tratamiento a evaluar experimentalmente, según criterio de Ricardo Morales

Criterio Peso Fitorremediación Infiltración

Calificación Puntaje Calificación Puntaje Legislación regulatoria 10 5 50 6 60 Tamaño requerido del sistema 10 5 50 6 60 Costos y gastos de inversión 30 5 50 9 90 Costos y gastos de mantenimiento y operación

25 9 90 8 80

Facilidad de actuación sobre el proceso 15 9 90 7 70

Factibilidad de implementación 10 6 60 2 20 Sumatoria 100 390 380 A partir de las evaluaciones individuales, se construye la figura 4.1, donde se muestra la

variación de las calificaciones al comparar las evaluaciones dadas por cada uno de los

profesionales. Se muestra con una línea café más gruesa y continua, el valor mediano de las

calificaciones dadas para cada alternativa de tratamiento. Los valores concretos se muestran

en el cuadro 4.7.

74

Cuadro 4.7 Resumen de las calificaciones dadas para cada sistema de tratamiento

Evaluador Recuperación electroquímica

Descarga de microondas

Coagulación y floculación

Ricardo Morales 390 290 470 Anselmo Guillen 330 330 350 Benhil Sánchez 380 360 480

Jenny Arce 420 340 470 Bernardo Mora 340 320 370

Desviación estándar 37 26 63 Mediana 380 330 470

Cuadro 4.7 (continuación) Resumen de las calificaciones dadas para cada sistema de tratamiento

Evaluador Membranas Coalescencia Lagunas de

estabilización

Ricardo Morales 360 420 390 Anselmo Guillen 300 290 260 Benhil Sánchez 350 460 340

Jenny Arce 290 550 290 Bernardo Mora 420 370 380

Desviación estándar 52 97 56 Mediana 350 420 340

Cuadro 4.7 (continuación) Resumen de las calificaciones dadas para cada sistema de tratamiento

Evaluador Fangos activados Procesos biomasa fija

Ricardo Morales 430 330 Anselmo Guillen 370 320 Benhil Sánchez 340 350

Jenny Arce 300 480 Bernardo Mora 390 410

Desviación estándar 49 67 Mediana 370 350

75

Cuadro 4.7 (continuación) Resumen de las calificaciones dadas para cada sistema de tratamiento

Evaluador Fitorremediación Infiltración

Ricardo Morales 390 380 Anselmo Guillen 390 430 Benhil Sánchez 350 330

Jenny Arce 230 360 Bernardo Mora 440 420

Desviación estándar 79 42 Mediana 390 380

Figura 4.1 Tendencias mostradas para las calificaciones dadas a cada sistema de tratamiento

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Rec

uper

ació

n el

ectro

quím

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Des

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a de

m

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onda

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Coa

gula

ción

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Mem

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traci

ón

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ción

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a

Método de tratamiento

Ricardo Morales Anselmo Guillen Benhil Sánchez Jenny Arce Bernardo Mora Mediana Límite superior Límite inferior

76

Debido a la presencia de valores extremos en algunos casos, el promedio de las

calificaciones no resulta representativo por su naturaleza. Tampoco se puede considerar la

moda de los datos, ya que solo se cuenta con cinco valores para cada tratamiento, por lo

que esta medida de posición es inestable o inexistente.

En consecuencia, se empleó la mediana de las calificaciones, ya que ésta no se ve afectada

por el tamaño de las observaciones situadas por encima o por debajo de ella (Quintana,

2007).

Cuadro 4.8 Resumen de las calificaciones obtenidas para las alternativas de tratamiento consideradas para la disposición del residuo de cera

Alternativa de tratamiento Calificación obtenida (mediana) Coagulación y floculación 470 ± 63 Coalescencia 420 ± 97 Fitorremedicación 390 ± 79 Infiltración 380 ± 42 Recuperación electroquímica 380 ± 37 Fangos activados 370 ± 49 Procesos biomasa fija 350 ± 67 Membranas 350 ± 52 Lagunas de estabilización 340 ± 56 Descarga de microondas 330 ± 26

A partir de los resultados del cuadro 4.8 y las tendencias observadas en la figura 4.1, se

observa como estadísticamente, aún si se considera la mediana de los valores, no es posible

discernir cuál sería la opción a considerar, ya que los tratamientos poseen un rango de

valores que se traslapan debido a sus desviaciones estándar.

Por consiguiente se somete a la experiencia y criterio de los ingenieros de la empresa

interesada y se elige la aplicación del proceso de coagulación-floculación como la

alternativa a emplear, debido a sus aplicaciones en otros tipos de aguas residuales y cuyos

resultados han resultado satisfactorios.

77

Capítulo 5

Generalidades sobre el método de tratamiento seleccionado

5.1 Introducción

Mediante la aplicación de la matriz de criterios se definió la opción con mayor potencial,

para evaluar como posible método de tratamiento para el residuo de la cera, según los

criterios considerados. Los resultados de la selección se obtuvieron gracias a la

colaboración de cinco profesionales con conocimientos afines a las áreas implicadas con el

estudio, para respaldar que la clasificación realizada fuera satisfactoria y objetiva.

A partir de los resultados obtenidos, la alternativa con mejor calificación fue coagulación-

floculación. El mismo es elegido para su evaluación mediante su aplicación en un prototipo

desarrollado a nivel de laboratorio.

Se realiza primero una revisión bibliográfica para recopilar información relacionada con las

emulsiones, donde se incluyan sus principales características, usos a nivel industrial,

métodos de desestabilización, entre otros; de forma que se pueda establecer un marco de

referencia para definir la metodología a seguir para la evaluación del tratamiento elegido.

Una vez establecida la metodología, se montará el prototipo a emplear para la evaluación

de la alternativa seleccionada, se realizarán las pruebas preliminares y la ejecución de las

corridas experimentales con las cuales se podrán obtener resultados para definir los

rendimientos reales que pueden obtenerse.

5.2 Conceptos teóricos sobre emulsiones

5.2.1 Usos de las emulsiones

Las emulsiones son sistemas ampliamente encontrados en industrias como las de alimentos,

farmacéuticas, pinturas, cosméticos, agroquímicos, entre otras. Sus aplicaciones abarcan

78

desde la elaboración de alimentos y artículos para el cuidado personal hasta productos

agroquímicos como los insecticidas y pesticidas.

Por ejemplo, en la industria alimentaria se utilizan para la formulación de distintas

preparaciones como margarina, manteca, cremas, leche, salsas, aderezos, mayonesas,

helados y bebidas. En la industria farmacéutica se utilizan para la administración de drogas

y aceites, donde cumplen la función de encapsular los fármacos activos y después liberarlos

cuando se encuentran en el torrente sanguíneo.

Sin embargo, representan inconvenientes en procesos como la extracción de petróleo en el

mar, donde se deben emplear métodos complejos para desemulsificar el crudo que contiene

gotas de agua salada dispersas.

También son un problema molesto en las aguas residuales, donde ceras, grasas y aceites

provenientes de labores domésticas o diversos procesos industriales, se mezclan con el agua

y generan problemas como deposición y obstrucción de tuberías, malos olores y estética

desagradable; mientras que al ser un contaminante regulado mediante normativas

ambientales, deben ser sujeto de tratamiento, lo cual genera costos asociados.

5.2.2 Definición y características de las emulsiones

Una emulsión en un sistema heterogéneo constituido, al menos, de dos líquidos inmiscibles,

uno de los cuales se encuentra disperso (pero no disuelto) íntimamente en el otro, en forma

de pequeñas gotas, estabilizadas por un tercer componente, el agente emulsionante.

Se pueden distinguir tres fases: la fase dispersa o interna que consiste de finas gotas

aisladas, la fase continua o externa que forma la matriz en donde las gotas están

suspendidas y la interfase, la cual consiste de un emulsificante o estabilizante que une la

fase interna y externa, previniendo el acercamiento y coalescencia de las gotas.

79

Generalmente en la fase continua se encuentran disueltos el agente emulsionante y el

agente estabilizante, aunque pueden encontrarse en la fase dispersa en menor medida, de

acuerdo a su afinidad por el solvente.

Una emulsión es un sistema termodinámicamente inestable debido al aumento de la energía

libre superficial asociado al incremento de superficie por la división del líquido en

pequeñas gotas, comparado con el área de la superficie del líquido original (ecuación 5.1).

De modo que la estabilidad de la emulsión se puede lograr únicamente de forma cinética

gracias a la adición de tensoactivos.

5.1

Donde:

: Energía libre interfacial ( )

: Tensión interfacial del sistema ( )

: Área interfacial ( )

5.2.3 Tipos de emulsiones

Existen dos categorías principales de emulsiones: aceite en agua (o/w) o agua en aceite

(w/o), donde se incluye como agua los solventes muy polares e hidrofílicos, mientras que

se consideran aceites a líquidos no polares hidrofóbicos (Alther, 1998).

Existen algunos métodos para identificar el tipo de emulsión presente. Uno de ellos

consiste en adicionar a la emulsión un colorante soluble en agua como el azul de metileno,

si el agua es la fase continua, el colorante se disolverá; de lo contrario, el colorante se

distribuirá en grupos sobre la superficie de la emulsión. Otro método, emplea el uso de

energía eléctrica, de forma que si la fase continua es el agua la corriente pasará a través de

la emulsión.

También se puede estimar el diámetro de las gotas dispersas por el color de la emulsión a

partir de las siguientes observaciones: las gotas con diámetro mayor a 1 μm aportan una

80

apariencia lechosa, si el diámetro de la gota está entre 0,1 μm y 0,05 μm la emulsión es gris

o semitransparente y para diámetros menores a 0,05 μm se trata de micro emulsiones

transparentes (Alther, 1998).

5.2.4 Emulsionantes y estabilizantes

Al agitar juntos dos líquidos inmiscibles, uno se dispersa en el otro temporalmente, pero

pronto se separan en capas definidas. Esto sucede porque las fuerzas moleculares de

cohesión que se manifiestan en forma de tensión interfacial en la superficie de separación

de ambos líquidos, son superiores a las fuerzas de adhesión existentes entre ambos.

En consecuencia, para formar emulsiones se requiere un método para dispersar la fase

interna y después conseguir que las partículas permanezcan en su estado de dispersión el

mayor tiempo posible. Esto se logra empleando dos tipos de componentes: el agente

emulsificante o emulsionante y el agente estabilizante. El primero es una especie química

que promueve la formación de la emulsión y la estabilización a corto plazo, mientras que el

segundo confiere a la emulsión una estabilidad a largo plazo.

El emulsionante consiste en una molécula con extremos hidrófilos e hidrófobos. En la

presencia de líquidos no miscibles, éste migra a la interfaz de las fases interna y externa,

formando una envoltura protectora alrededor de las gotitas de la fase dispersa, que actúa

como pantalla mecánica y en ocasiones eléctrica, disminuyendo la atracción de las

partículas al reducir la tensión superficial y consecuentemente impidiendo la floculación.

Existen distintos tipos de emulgentes, por ejemplo: sólidos finos como arcillas y pigmentos;

materiales naturales como coloides hidrófilos, polímeros semisintéticos y derivados de

ésteres; y los agentes tensoactivos como los de mayor utilización.

Los agentes tensoactivos se subdividen a su vez en tres categorías según su carácter iónico:

81

Aniónicos: poseen uno o varios grupos funcionales capaces de ionizarse en solución

acuosa, adquiriendo carga eléctrica negativa. Tienden a perder estabilidad a pH bajo y

en presencia de cationes polivalentes o de tensoactivos catiónicos. Ejemplos de este

tipo son los jabones.

Catiónicos: se caracterizan por poseer una carga eléctrica neta positiva en su parte

hidrófila. La mayoría son compuestos de amonio cuaternario.

Anfóteros: poseen un grupo polar hidrofílico de carácter aniónico conjuntamente con

uno de carácter catiónico. La actividad dependerá del pH de la solución.

No iónicos: generalmente son derivados de los óxidos de etileno y de propileno. Son

más estables al pH y a los agentes químicos que los tensoactivos aniónicos y los

catiónicos.

5.2.5 Factores que afectan la estabilidad de las emulsiones

La emulsificación y estabilización de una mezcla de líquidos inmiscibles depende de

factores químicos y físicos, del balance hidrófilo-lipófilo de los agentes emulgentes y del

tamaño y distribución de las partículas dispersas.

5.2.5.1 Balance hidrofílico-lipofílico (HLB)

El valor del balance hidrofílico-lipofílico de un emulsionante estima la atracción simultánea

que experimentan sus moléculas por las fases acuosa y oleosa, la cual está determinada por

la composición química y el grado de ionización de éste.

De esta manera, un valor bajo de HLB significa alta solubilidad en solventes no polares

(emulsificantes hidrófobos), mientras que valores altos de HLB implican solubilidad en

solventes polares (emulsificantes hidrófilos). De esta forma es posible predecir el tipo de

emulsión que tienda a producir un tensoactivo.

El sistema HLB se basa en una escala arbitraria que va de 0 a 20, donde la variación en las

características del emulgente sigue la tendencia mostrada en la figura 5.1.

82

Para la determinación del valor HLB de distintas especies químicas existen diversos

métodos empíricos.

Figura 5.1 Propiedades surfactantes de una molécula según escala HLB (sin autor, n.f.)

5.2.5.2 Potencial zeta

La tendencia de los coloides por aglomerarse o mantenerse separados depende del

equilibrio entre dos fuerzas opuestas: las fuerzas de Van der Waals que son atractivas y de

largo alcance y las fuerzas electrostáticas que son repulsivas debido a las cargas que se

encuentran en las superficies de los coloides.

Según las intensidades relativas de los potenciales de atracción y repulsión, se puede

dibujar una curva de energía de interacción frente a la distancia entre las gotas. Esta curva

se usa para indicar la cantidad de energía que hay que vencer para que las partículas puedan

ser forzadas a juntarse.

83

Como se observa en la figura 5.2, el punto de máxima energía de repulsión se llama la

barrera de energía, la cual indica cuan estable es el sistema. Si esta barrera desaparece,

entonces la interacción neta es totalmente atractiva y consecuentemente las partículas se

aglomeran.

Figura 5.2 Curva de energía neta de interacción (Zeta-Meter Inc, s.f.)

Según sea el propósito es posible alterar el entorno del coloide para aumentar o disminuir la

barrera energética, mediante el empleo de métodos como cambios en la atmósfera iónica, el

pH o agregando compuestos activos para afectar directamente la carga del coloide. En cada

caso la medida del potencial zeta indicará el efecto de la alteración, principalmente en su

estabilidad (Zeta-Meter Inc, s.f.).

5.2.6 Ruptura de emulsiones

La ruptura de una emulsión es la separación de un líquido disperso del líquido en el cual

está suspendido. El objetivo de la desmulsificación es destruir la interfase y llevar el

surfactante ya sea hacia la fase oleosa o a la fase acuosa, permitiendo que las gotas

dispersas coalescan y se eleven a la superficie o sedimenten.

84

Existen tratamientos mecánicos, térmicos, químicos y eléctricos para lograr la ruptura de

emulsiones y todos se basan en la ley de Stoke, la cual describe las variables que afectan la

velocidad de sedimentación o de formación de crema.

5.2

Donde:

: Velocidad de separación de las fases ( )

: Densidad de la fase dispersa ( )

: Densidad de la fase continua ( )

: Constante de aceleración gravitacional ( )

: Viscosidad dinámica de la fase continua ( )

: Diámetro de las gotas ( )

Según esta ecuación, si la fase dispersa es menos densa que la fase continua (emulsiones

o/w), la velocidad será negativa por lo que se formará crema ascendente. Por otro lado, si la

fase dispersa es la más densa (emulsiones w/o), la velocidad será positiva y las gotas

dispersas sedimentarán.

Se deduce, también, que la velocidad de sedimentación se incrementa con un aumento en la

diferencia entre las densidades de las fases, una disminución en la viscosidad dinámica de

la fase continua y un aumento en el diámetro de las gotas; siendo este último factor el más

relevante al ser un término cuadrático.

5.2.6.1 Tratamientos para romper emulsiones

Tal como se mencionó, existen distintos tratamientos para favorecer la ruptura de las

emulsiones, entre éstos están:

Tratamiento mecánico: se utilizan en combinación con los métodos químicos,

térmicos y eléctricos. Se basa en la agitación de la emulsión una vez que se agregan

desemulsificantes con el fin de que éstos se distribuyan uniformemente y luego de que

85

se rompe la emulsión se promueva la coalescencia de las gotas. También se recurre a la

centrifugación con el fin de acelerar el asentamiento de gotas.

Tratamiento térmico: se emplea la aplicación de calor como proceso auxiliar para

acelerar la separación. Un incremento de la temperatura debilita y rompe la membrana

protectora debido a la expansión del agua; reduce la viscosidad de la fase continua

facilitando el asentamiento, aumenta el movimiento de las moléculas y varía la

diferencia entre la densidad de los fluidos. Sin embargo, una desventaja de este

tratamiento es el costo asociado por la aplicación de calor.

Tratamiento eléctrico: Las partículas suspendidas sometidas a la acción de un campo

eléctrico DC ó AC adquieren polarización. Al encontrarse dos gotas en estas

condiciones, se atraen y se unen de forma instantánea. Algunas veces la estabilidad de

la emulsión es tal que la aplicación del tratamiento eléctrico no es suficiente y requiere

la adición de desemulsificante. Por otro lado, la inversión inicial para este tratamiento

es elevada (Fernández, 2002).

Tratamiento químico: en este caso la desemulsificación se obtiene introduciendo una

sustancia que contrarreste el efecto del emulsificante en los casos que la emulsión esté

estabilizada por una membrana protectora o introduciendo un producto que neutralice

las cargas de las gotas si la emulsión está estabilizada por las repulsiones eléctricas

(Fernández, 2002).

5.2.6.2 Fenómenos de desestabilización de emulsiones

Entre los diferentes mecanismos de desestabilización que conducen a la separación de las

fases se encuentran:

Coalescencia: se produce cuando las gotas entran en contacto entre si y se fusionan

para crear unas gotas de mayor tamaño mediante eliminación de la interfase

líquido/líquido.

86

Floculación: en este mecanismo se da la unión entre las gotas de manera que aumenta

su volumen y peso hasta que pueden decantar más fácilmente.

Cremado y sedimentación: por diferencia de densidad, si la fase dispersa es la menos

densa, tenderá a subir y a acumularse en la superficie. Si por el contrario la fase

dispersa es más densa, ésta sedimentará.

Maduración de Ostwald: se debe al crecimiento de las gotas más grandes a costa de

las más pequeñas hasta que éstas últimas prácticamente desaparecen. Para que este

proceso ocurra la fase dispersa debe ser significativamente soluble en la fase continua.

Figura 5.3 Mecanismos que contribuyen a la inestabilidad de las emulsiones (Aranberri

et al, 2006)

En general, el proceso de la inestabilidad de las emulsiones suele ocurrir mediante la

combinación de estos cuatro posibles procesos, que pueden suceder simultáneamente a

diferentes velocidades.

5.2.7 Agentes químicos desemulsificantes

Dentro de los agentes químicos empleados para la ruptura de las emulsiones en aguas

residuales están ciertos solventes polares y distintos electrolitos, los cuales modifican el

poder solubilizante de la solución acuosa a causa de distintos efectos.

87

5.2.7.1 Adición de solventes polares

Actúan como co-surfactantes que aumentan la solubilidad del tensoactivo en la fase acuosa,

produciendo que éste sea tirado hacia la fase continua y pierda su capacidad estabilizante.

Generalmente se emplean alcoholes y su efecto depende de su peso molecular y el grado de

ramificación.

5.2.7.2 Adición de electrólitos

Es la medida que se aplica en la mayoría de los casos por distintas razones. Su efecto

depende de la concentración y la carga del electrolito. En cuanto a la concentración existe

un valor óptimo para cada caso, el cual si se excede, producirá una inversión en la carga del

coloide y se estabilizará nuevamente, si es deficiente no se logra una neutralización

satisfactoria. Por otro lado, los resultados son más favorables con cationes multivalentes ya

que éstos poseen mayor fuerza iónica. Dentro de los principales efectos que producen los

electrolitos están:

Aumenta la densidad y la tensión superficial del agua por incremento en las fuerzas de

cohesión.

Producen un efecto de pantalla que reduce las repulsiones electrostáticas de los

coloides de forma que anulan el potencial Z y permiten el acercamiento de éstos.

Disminuyen la solubilidad de muchas sustancias en agua e incluso pueden producir la

precipitación en forma sólida. Para el caso de los surfactantes, se disminuye la

solvatación de su parte hidrofílica. Este efecto es producto de la aparición de fuerzas de

atracción entre el electrólito y el agua, que compiten contra las fuerzas de atracción que

existen entre el agua, la interfase y la fase dispersa.

Dentro de los electrolitos utilizados comúnmente como coagulantes se pueden mencionar

las sales de hierro, sales de aluminio y en menor medida sales como el cloruro de calcio y

sulfato de magnesio. En cuanto a floculantes se emplean mayormente polielectrolitos

catiónicos y en algunos casos floculantes naturales como almidón, celulosa y gelatina.

88

Se muestra en el cuadro 5.1 los principales productos empleados como coagulantes y

floculantes en el tratamiento de aguas residuales.

Cuadro 5.1 Productos empleados en el tratamiento de aguas residuales Tipo de sal/función Ejemplos

Sales de hierro y aluminio: a. Tienen la ventaja de actuar como coagulantes-floculantes al mismo tiempo. b. Forman especies hidratadas complejas, las cuales actúan como ácidos de Lewis:

c. Su funcionamiento se basa en la reacción con la alcalinidad del agua y producen los hidróxidos de aluminio o hierro que son insolubles y forman precipitados.

a. Sulfato de aluminio ( ): se conoce como alumbre, es un coagulante efectivo en intervalos de pH 6 a 8. Produce un flóculo pequeño y esponjoso. Su concentración habitual es del 17% como b. Sulfato de hierro III ( ): funciona de forma estable en un intervalo de pH de 5 a 9. Produce flóculos grandes y densos. c. Cloruro de hierro III ( ): cumple la misma función que el sulfato de hierro III, pero su intervalo de aplicación es más restringido. Puede presentar problemas de coloración en las aguas. d. Sulfato de hierro II ( ): se usa a pH mayor de 9, forma un precipitado verde. Su concentración es del 38%. Reacciona con el oxígeno del agua para oxidarse a hierro III.

Floculantes: ayudan a que los coloides desestabilizados formen flóculos pesados que sedimentan más fácilmente.

a. Adsorbentes: en este tipo se encuentran materiales sólidos como arcillas, caliza pulverizada, sílice en polvo y carbón activo. b. Polielectrolitos: Son polímeros con carga eléctrica. Pueden ser naturales como el almidón y celulosa o sintéticos. Se clasifican según su polaridad en catiónicos, aniónicos y no iónicos. Los polielectrolitos catiónicos suelen ser poliaminas y se emplean a pH bajo, mientras que los aniónicos son copolímeros de la acrilamida y del ácido acrílico y se utilizan a pH alcalinos.

Otras sales: aunque en la mayoría de los casos se emplean las sales de hierro y aluminio mencionadas anteriormente, también se utilizan otras sales en el proceso de coagulación floculación.

a. Aluminato de sodio ( ). b. Cloruro de aluminio ( ). c. Cloruro de calcio ( ): se utiliza en emulsiones estabilizadas por jabones de sodio, convirtiéndolo en compuestos de calcio que son menos solubles en agua. d. Sulfato de magnesio ( ): cumple una función similar al .

89

Las reacciones características para el caso de las sales de hierro y aluminio se realizan en

un medio básico que permita mantener el pH del sistema en un valor óptimo para el

funcionamiento del coagulante. Es frecuente el uso de lechada de cal o soda cáustica.

5.3

5.4

5.5

5.6

5.2.8 pH óptimo para coagulación

El valor del pH afecta la solubilidad de los precipitados formados por el hierro y el

aluminio, así como el tiempo requerido para la formación del flóculo. La solubilidad

mínima del precipitado de hidróxido de aluminio a 25 °C ocurre a un pH de 6,3 y para el

hidróxido férrico a esta misma temperatura ocurre a un pH de 8,0 (Rodríguez, 2008).

Cuadro 5.2 Combinaciones de coagulantes y bases empleados comúnmente para el tratamiento de aguas residuales (Rodríguez, 2008).

Coagulantes y bases Dosificación típica (Relación del 1

al 2) Alumbre + soda caustica 3:1 Alumbre + cal hidratada 3:1

Alumbre + carbonato de sodio 1:1 – 2:1 Alumbre + aluminato de sodio 4:3 Sulfato ferroso + cal hidratada 4:1

Sulfato ferroso + cloro 8:1 Aluminato de sodio + cloruro férrico 1:1

Alumbre + sílice activada 9:1 – 14:1

90

Capitulo 6

Planeamiento metodológico de las pruebas de campo

6.1 Justificación

La intención de llevar a cabo este experimento se basa en la necesidad de evaluar si el

proceso de coagulación-floculación ofrece resultados satisfactorios al reducir

sustancialmente las altas concentraciones de los parámetros que exceden los límites

permisibles, en cumplimiento con la legislación nacional; de forma que este tratamiento

pueda ser considerado como aceptable para su implementación en una situación real.

Como parte de esta evaluación es de interés determinar el desempeño del tratamiento frente

a distintas condiciones de operación, donde se realicen variaciones en los parámetros

significativos del proceso como lo son la concentración del coagulante, el nivel de

agitación, el pH del medio, el tipo de coagulante empleado, el tiempo de duración de la

agitación, la carga contaminante presente en la muestra, el efecto de adicionar una enzima

hidrolítica comercial, entre otros.

A partir de la revisión bibliográfica y tomando en cuenta las características particulares del

residuo de cera y de las condiciones de operación del sistema en cuestión se tienen las

siguientes observaciones, las cuales resultan de utilidad para guiar el planteamiento de la

metodología a desarrollar para la valoración del tratamiento:

Según los resultados mostrados en los cuadros 2.3 y 2.4, los parámetros que exceden

los valores máximos permitidos son sólidos sedimentables, grasas y aceites, demanda

bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno y sólidos suspendidos totales.

De igual forma se observa en estos resultados que el pH es cercano al valor neutro. Sin

embargo, es usual la adición de ácido cítrico a la mezcla de la cera, provocando que el

91

pH final se encuentre entre 4,5 y 5,2, de tal forma que es necesario agregar una base

que aporte alcalinidad del agua y permita que se aporten las condiciones óptimas para

el funcionamiento del coagulante.

En la cera pueden haber residuos de detergentes y desinfectantes alcalinos que

favorezcan la formación de emulsiones. No obstante, el contenido de sustancias activas

al azul de metileno es relativamente bajo, por lo que posiblemente la causa de un alto

contenido de sólidos suspendidos no se deba en su mayoría a la presencia de

tensoactivos, sino producto de la repulsión electrostática entre las partículas presentes.

El efecto de los tensoactivos si son iónicos, se puede verificar mediante su

neutralización con medio ácido o medio básico y aplicación de agitación por un tiempo

prudente.

Debido a que la variación de la temperatura de la cera en los distintos lugares donde se

tomaron muestras se mantiene entre los 23 °C y 28 °C, se considera que este factor no

es relevante, ya que la variación de las propiedades físicas del agua como densidad y

viscosidad es despreciable.

El proceso de coagulación-floculación se va favorecido con el empleo de agitación

mecánica, al permitir que la mezcla entre el agua y el coagulante sea buena, se

produzca la reacción química de neutralización de cargas correspondiente y se

desarrollen los flóculos. En consecuencia, es importante definir niveles de agitación y

la duración de éstos, de manera que se pueda simular adecuadamente los procesos de

coagulación, floculación y asentamiento de las partículas desestabilizadas.

La eficiencia del proceso de coagulación depende de la cantidad de reactivo aplicada,

donde se pueden dar dos situaciones extremas: por un lado, poca cantidad de

coagulante no neutraliza totalmente la carga de la partícula; mientras que una alta

92

cantidad de coagulante produce una inversión en la carga de la partícula,

estabilizándola nuevamente.

Además, la concentración de coagulante depende a su vez de la concentración de

partículas suspendidas presentes, tomando en cuenta que a mayor cantidad de coloides

en el agua, menor será la cantidad de coagulante necesario debido a que la probabilidad

de colisión entre las partículas es muy elevada. Por tanto, sería de utilidad definir la

dosificación óptima de coagulante para distintas concentraciones de materia

suspendida.

Los coagulantes más empleados para el tratamiento de aguas residuales y potables son

el sulfato de aluminio y el sulfato de hierro III, no solo por sus características

particulares como su doble función de coagulante-floculante (cuadro 5.2), sino también

por su mayor disponibilidad y un menor precio en comparación con otros productos.

6.2 Objetivos del proyecto

6.2.1 Objetivo general

Determinar experimentalmente el porcentaje de remoción obtenido para cada

parámetro fisicoquímico analizado, al aplicar el proceso de coagulación-floculación

con sulfato de aluminio y sulfato de hierro II como método para tratar el residuo de

cera para recubrimiento de piña.

6.2.2 Objetivos específicos

Caracterizar el efecto que tiene sobre el desempeño del proceso de coagulación-

floculación el pH del sistema, el tipo de coagulante empleado, la concentración de

coagulante, la velocidad y tiempo de agitación de la muestra y la presencia de una

enzima hidrolítica comercial.

93

Determinar la dosis óptima de sulfato de aluminio y sulfato de hierro II, necesaria para

desestabilizar el material lipídico presente en la muestra de cera, obtenida a partir de

las condiciones de operación establecidas.

Medir la cantidad de alcalinizante necesaria para subir el pH de la cera desde un valor

de 4,6 hasta 11,5 aproximadamente.

Observar el comportamiento del pH del agua con la dosificación aplicada de sulfato de

aluminio y sulfato de hierro II.

6.3 Marco operacional

Para llevar a cabo la evaluación se dispone de un salón con un área de 15 m2, con suficiente

espacio; ventilación e iluminación adecuadas. Además se cuenta con los equipos necesarios

para la toma de datos, medición de variables y control del proceso. El sitio cuenta también

con todas las medidas de seguridad pertinentes como la presencia de ducha para lavado de

ojos, extintores, pila de lavado, rotulación y equipos de protección (mascarillas, gafas,

lentes, gabachas). Para la disposición de los desechos generados se cuenta con un sistema

de tratamiento que incluye zona de desbaste, trampa de grasas, zona de neutralización del

pH y un lecho de carbón activado.

Las principales limitaciones para el desarrollo de la evaluación experimental son tiempo y

cantidad de reactivos disponibles, por lo que el tamaño y número de muestras será reducido

en la medida de lo posible, sin afectar la representatividad del proceso. Por otro lado, las

variables de respuesta se elegirán dentro de lo posible de forma que puedan medirse por

métodos que no requieran el uso de valoraciones con reactivos o su gasto sea limitado.

Para el análisis de los resultados, se emplearán modelos matemáticos, construcción de

tablas de datos, elaboración de gráficos y análisis estadísticos cuya aplicación permita la

obtención de conclusiones concretas con las cuales se pueda confirmar si se cumple con las

expectativas planteadas.

94

6.3.1 Definición de las variables implicadas

Las variables experimentales serán la concentración de coagulante, el tipo de coagulante

empleado, el nivel de agitación de la muestra, el tiempo de agitación en cada nivel, la

presencia o ausencia de una enzima comercial, el pH inicial y final del sistema. Las

variables medibles serán el volumen de alcalinizante para subir el pH de la cera en el

intervalo definido y el volumen de flóculo formado.

Como variables fijas se tiene el volumen total de muestra para cada corrida además de los

niveles y tiempos de agitación para las muestras. Como variables no controlables se tiene la

composición y pH iniciales de la muestra (según el lugar de donde se trae), la temperatura

ambiental y la alcalinidad inicial del agua residual.

6.3.2 Equipo de medición

Para la realización del procedimiento experimental se emplean los equipos de medición,

control y auxiliares que se mencionan en el cuadro 5.2 y los reactivos empleados en el

cuadro 5.3.

Cuadro 5.3 Equipo empleado durante el desarrollo de las mediciones experimentales Unidad Fabricante Modelo Ámbito

Balanza analítica Cole-Parmer PA-120 0-120 g Agitador magnético Scientific Industries SI-030X 10-1 800 rpm

pHmetro Metler-Toledo SG2 0-14 Digestor seco Daigger 2910A ~200 °C

Espectrofotómetro Hach DR-2800 0-1 500 ppm DQO Cuadro 5.4 Reactivos utilizados para el desarrollo del plan experimental

Reactivo Proveedor Pureza Calidad Solución comercial DQO Hach N.A. Reactivo

Cal viva Agroveterinario Colono 99% Alcalinizante Agrícola

Sulfato de aluminio tetradecahidratado Imp. Química Del Norte 17% Floculante

Sulfato de hierro II heptahidratado

Imp. Química Del Norte 38% Floculante

95

6.3.3 Plan experimental

Para la realización de la evaluación se determina el efecto que tiene sobre el proceso el pH

inicial y final de la cera, el tipo de coagulante, su concentración y la presencia de una

enzima comercial.

Además se hace una representación de las etapas involucradas, de manera que se represente

la coagulación, la floculación y el periodo de asentamiento de la materia desestabilizada.

Para este propósito se establecen los intervalos de variación de los parámetros implicados

según la literatura consultada y experiencias previas de los ingenieros de la empresa

interesada en los resultados del proyecto.

Tipo de coagulante: sulfato de aluminio y sulfato de hierro II.

Tipo de enzima: hidrolítica especializada (ver anexos).

Coagulación: rapidez de agitación 250 rpm, tiempo de agitación 60 s.

Floculación: rapidez de agitación 60 rpm, tiempo de agitación 5 min.

Asentamiento: rapidez de agitación 0 rpm, tiempo 10 min.

Concentración de cada coagulante para el diseño factorial: 20 ppm y 150 ppm

(Barrenechea, s.f.).

Concentraciones de coagulante para la determinación de la dosis óptima: {150, 200,

250, 300, 350, 400, 450, 500} ppm.

Concentración de la enzima: 10 ppm.

pH inicial de la cera para el diseño factorial: 7 y 11

pH inicial de la cera para la determinación de la dosis óptima: 11

Volumen total de cada muestra: 250 mL.

Tipo de alcalinizante: lechada de cal.

Porcentaje de velocidad de la bomba peristáltica: 50%, 60%, 70%, 80%, 90% y 100%.

Porcentaje de stroke de la bomba peristáltica: 10%, 30% y 50%.

Para cumplir con el objetivo de la presente investigación, la experimentación se divide en

cinco etapas: la primera consiste en actividades previas como calibración de equipos, y

96

preparación de las distintas disoluciones. La segunda etapa comprende la elaboración de

una curva que permita determinar la variación del pH de la cera con la adición de

volúmenes conocidos de lechada de cal.

En la tercera parte se evaluará el efecto que tiene sobre el proceso el pH inicial de la cera, el

tipo de coagulante, su concentración y la presencia de una enzima comercial. Con los

resultados de la tercera parte, se iniciará con las corridas experimentales para determinar la

dosis óptima de cada coagulante. Todo esto dentro del ámbito de valores escogido.

Una vez definidas las dosis recomendables de cada coagulante, se aplicarán en un prototipo

donde se efectúen las condiciones reales del proceso y se determinen los rendimientos que

se pueden obtener con este método de tratamiento. Además se definirá el tipo de

disposición a emplear para el lodo obtenido.

6.3.3.1 Etapa 1

Una vez revisados los equipos y preparado las distintas disoluciones se ejecuta el siguiente

procedimiento:

1. Se agregan 14,7 g de sulfato de aluminio (pureza del 17%) y agua suficiente en un

balón de 1 L, se agita hasta disolver y se lleva hasta la marca de aforo. Se debe

preparar al menos 3 L de esta disolución.

2. Se agregan 6,58 g de sulfato de hierro II (pureza del 38%) y agua suficiente en un

balón de 1 L, se agita hasta disolver y se lleva hasta la marca de aforo. Se debe

preparar al menos 3 L de esta disolución.

3. Se preparada una disolución de cal en agua de 10 g/L, se agita para dispersar la cal y

se tapa el envase (Rodríguez, 2008). Se debe preparar al menos 3 L de esta

disolución.

97

4. Se agregan 2,50 g de la enzima y agua suficiente en un balón de 1 L, se agita y se

guarda. Esta solución debe dejarse activar durante dos horas antes de usarse (ver

anexos).

5. Se identifican las soluciones indicando el nombre, la concentración, el pH, la fecha de

preparación y la fecha de vencimiento (15 días).

6. Se almacenan en un sitio oscuro para evitar la descomposición de las mismas.

6.3.3.2 Etapa 2

Se elabora una curva que permita definir la variación del pH de la cera con la aplicación de

lechada de cal.

1. Se agita vigorosamente la muestra de cera a utilizar para homogenizarla. Se toma un

volumen de 900 mL y se coloca en un beaker de 1 L.

2. Se vierten 100 mL de cera en un beaker de 250 mL y se le mide el pH inicial.

3. Se coloca el beaker en un agitador magnético y se agita la muestra a 350 rpm.

4. Se comienza a agregar lechada de cal en intervalos de 3 mL con el uso de una pipeta

graduada. Se va midiendo y anotando la variación del pH. Se continúa la adición de

cal hasta llegar a un pH de 11,5 aproximadamente.

5. Se repite los pasos del 2 al 4 tres veces más.

6. Con los resultados obtenidos se construye una gráfica de pH de la cera en función del

volumen de cal agregado. A partir de la gráfica se puede estimar los mL de cal

necesarios para subir el pH a un valor deseado.

6.3.3.3 Etapa 3

En esta etapa se desea medir el efecto en el rendimiento de la coagulación-floculación

debido a tres factores en dos niveles como se especifica en el cuadro 6.1. Se establece como

variable respuesta el volumen de flóculo formado, debido a su fácil medición mediante el

empleo de una probeta. Además, se realizará el procedimiento empleando primero como

98

coagulante sulfato de aluminio y luego sulfato de hierro II. El procedimiento se hará por

duplicado en cada caso.

Cuadro 6.1 Factores y niveles a evaluar en el proceso de coagulación-floculación tanto para la aplicación de sulfato de hierro II y como para el uso de sulfato de aluminio

Factor Nivel superior (+) Nivel inferior (-) Concentración del coagulante (ppm) 150 20

pH inicial de la cera 11 7 Concentración de la enzima (ppm) 10 0

Cuadro 6.2 Diseño factorial para la evaluación del efecto de tres variables en el proceso de coagulación-floculación tanto para la aplicación de sulfato de hierro II y como para el uso de sulfato de aluminio

Número ensayo Concentración del coagulante (ppm)

Presencia de enzimas pH inicial de la cera

1 - - - 2 + - - 3 - + - 4 + + - 5 - - + 6 + - + 7 - + + 8 + + +

Para el desarrollo de esta etapa primero se debe agregar la cantidad necesaria de cal para

preparar 4 L de cera a pH 7 y 4 L a pH 11 con ayuda de la información aportada por la

gráfica obtenida en la etapa anterior.

Además, para prepara la concentración mínima de coagulante (cuadro 6.1) se toman 2 mL

de solución madre, mientras que para la concentración máxima se toman 15 mL, de acuerdo

a la ecuación 6.1 y considerando que el volumen de la muestra es de 250 mL. De igual

manera, para preparar la dosificación de enzimas (cuadro 5.4) se toma 1 mL de solución

madre, de acuerdo a la ecuación 6.1 y considerando que el volumen de la muestra es de 250

mL.

6.1

99

Donde:

: Concentración inicial de la disolución ( )

: Volumen inicial de la disolución ( )

: Concentración final de la disolución ( )

: Volumen final de la disolución ( )

Los ensayos se pueden realizar aleatoriamente, pero respetando los valores de los niveles

mostrados en el cuadro 6.2 para cada caso.

1. Se agregan en un erlenmeyer de 250 mL las cantidades indicadas de coagulante y

enzima y se completan los 250 mL de muestra agregando el volumen necesario de

cera con el pH indicado.

2. Se agita la muestra a 250 rpm durante 60 s, seguidamente se sigue agitando a 60 rpm

durante 5 min y posteriormente se deja reposando por 10 min, al cabo de los cuales se

mide el volumen de flóculo formado con el uso de una probeta. Se mide también el

pH final de la muestra y se anotan los resultados.

3. Se repiten los pasos del 1 al 2 utilizando nuevamente sulfato de aluminio como

coagulante.

4. Se repiten los pasos del 1 al 3, pero utilizando sulfato de hierro II como coagulante.

6.3.3.4 Etapa 4

Una vez obtenidos y analizados los resultados de la etapa anterior, se plantea el paso 4 en el

cual se pretende obtener la dosis óptima de coagulante, tanto para el sulfato de aluminio

como para el sulfato de hierro II, dentro de las condiciones de operación establecidas.

Se debe tomar la disolución madre de coagulante y se procede a tomar alícuotas para

obtener las dosificaciones requeridas en cada muestra, aplicando la ecuación 5.7 y

considerando que el volumen total de la muestra es de 250 mL.

100

1. Para la muestra cuya concentración de sulfato de aluminio es de 150 mg/L, se toma

un volumen de 15 mL de la disolución madre y se agrega cera con pH 10 hasta

completar los 250 mL.

2. Se agita la muestra a 250 rpm durante 60 s, seguidamente se sigue agitando a 60 rpm

durante 5 min y posteriormente se deja reposando por 10 min.

3. Se mide el volumen de flóculo formado y el pH final de la muestra y se anotan los

resultados.

4. Se repiten los pasos del 1 al 3 pero utilizando dosificaciones de sulfato de aluminio

de 200, 250, 300, 350, 400, 450 y 500 mg/L respectivamente.

5. Se repiten los pasos del 1 al 4, pero utilizando sulfato de hierro II como coagulante.

6. Con los resultados obtenidos se define la dosis óptima de coagulante, siendo está la

concentración que produce mayor cantidad de flóculo formado.

6.3.3.5 Etapa 5

El siguiente paso se basa en la determinación del rendimiento real obtenido con este

método de tratamiento mediante la aplicación de los dos coagulantes-floculantes utilizados

previamente, expresado como porcentaje de reducción en la concentración de los distintos

parámetros fisicoquímicos medidos.

Para esto se elabora una planta piloto que reproduzca el funcionamiento de un sistema de

tratamiento físico químico característico. Las dimensiones de la misma se muestran en los

anexos. Primero se realiza una calibración de la bomba peristáltica que se empleará para

regular el flujo. Para esto se parte de un porcentaje de velocidad y un porcentaje de stroke

de la bomba y se mide el caudal brindado bajo estas condiciones mediante el método

volumétrico. Se emplea el procedimiento siguiente:

1. Se vierten 5 L de agua en un recipiente y se coloca la línea de succión de la bomba

(previamente se debe realizar el cebado de la misma).

2. Se selecciona un porcentaje de velocidad del 50% y un porcentaje de stroke del 10%.

101

3. Se enciende la bomba y se mide el tiempo transcurrido y el volumen de agua

acumulado en ese periodo.

4. Se anota en un cuadro el porcentaje de velocidad, el porcentaje de stroke, el tiempo y

el volumen acumulado.

5. Se repiten los pasos 1 a 4 empleando un porcentaje de velocidad del 50% y un

porcentaje de stroke del 30%.

6. Se repiten los pasos 1 a 4 empleando un porcentaje de velocidad del 50% y un

porcentaje de stroke del 50%.

7. Se repiten los pasos 1 a 6 pero utilizando un porcentaje de velocidad del 60%.

8. De igual forma se repite el procedimiento hasta el paso 7 pero empleando velocidades

del 70%, 80%, 90% y 100%.

9. Con los datos recopilados se construye una gráfica del caudal en función del

porcentaje de stroke para cada porcentaje de velocidad.

Una vez obtenida la curva de calibración se empiezan las corridas en la planta piloto según

las indicaciones siguientes:

10. Se preparan 3 L de disolución madre de sulfato de aluminio (2,84 g/L), 3 L de

disolución madre de sulfato de hierro II (2,48 g/L) y 10 L de lechada de cal siguiendo

un procedimiento similar al descrito en la etapa 1.

11. Se vierten un volumen adecuado de la solución madre de sulfato de aluminio en uno

los recipientes diseñados para este fin. Posteriormente se irá agregando más solución

madre conforme se vaya consumiendo.

12. Se vierte lechada de cal en otros dos recipientes. Al igual que con el coagulante, se irá

agregando más solución conforme se vaya consumiendo.

13. Se coloca en un balde 10 L de cera y se introduce la línea de succión de la bomba

peristáltica. Se coloca el prototipo y demás accesorios y al final del sistema se pone

otro balde para recolectar la cera ya tratada.

102

14. Se sitúa la salida de uno de los recipientes de cal en el punto de entrada de la cera al

prototipo, mientras que el otro recipiente se coloca junto al del sulfato y ambas

salidas se colocaran en la zona de mezcla rápida.

15. Una vez montado todo el sistema se inicia con una primera corrida de prueba,

encendiendo la bomba y ajustando la velocidad de forma que el caudal sea de 0,42

L/min. (El caudal global debe ser de 0,66 L/min para garantizar que el tiempo de

residencia en cada una de las etapas sea el mismo que el utilizado anteriormente para

la determinación de las dosis óptimas de coagulante).

16. Cuando la cera ingresa a la zona de mezcla rápida se inicia con la dosificación de

coagulante y de lechada de cal. Se permite todo el recorrido de la cera a través del

sistema y se observa si se necesitan realizar ajustes.

17. Una vez verificado el buen funcionamiento del sistema se inicia con la primera

corrida experimental aplicando el mismo caudal de 0,66 L/min. Una vez realizado el

recorrido a través del sistema se toma del efluente una muestra de 1,5 L y se guarda

en un galón.

18. Se repite dos veces más los pasos del 11 al 17 manteniendo el sulfato de aluminio

como coagulante.

19. Se toman las muestras de cera tratada recolectadas en cada una de las tres corridas y

se depositan en un mismo galón, se identifica y se guarda.

20. Se repite tres veces más los pasos del 11 al 19, pero utilizando como coagulante el

sulfato de hierro II.

21. Se toma un galón de cera sin tratar y se identifica. Se envía junto con las muestras de

cera tratada con sulfato de aluminio y sulfato de hierro II a un laboratorio certificado

para realizarles un análisis fisicoquímico básico, según lo establecido en el artículo

14 del Reglamento de vertido y reúso de aguas residuales (Decreto No. 33601-

MINAE-S)

22. Una vez obtenidos los resultados del análisis se comparan los valores de la cera

tratada y sin tratar; y se construye un cuadro comparativo donde se indique el

porcentaje de reducción de los parámetros para cada coagulante.

103

Capítulo 7

Análisis y discusión de los resultados obtenidos a partir de las evaluaciones de campo

7.1 Introducción

El propósito general de esta investigación fue determinar experimentalmente el rendimiento

que puede obtenerse al aplicar el proceso de coagulación-floculación, empleando tanto

sulfato de aluminio como sulfato de hierro II, como posible método para tratar el residuo de

cera para recubrimiento de piña que se genera diariamente en las plantas de empaque de

esta fruta.

Para cumplir con los objetivos de este proyecto, se dividió el plan metodológico en cinco

etapas. La primera de ellas básicamente consistió en la revisión y calibración de los equipos

a utilizar y en la preparación de las distintas disoluciones a emplear en las etapas

posteriores.

7.2 Variación del pH de la cera con la adición de lechada de cal

Durante la segunda etapa se realizó la elaboración de una curva que permita determinar la

variación del pH de la cera con la adición de volúmenes conocidos de lechada de cal. Para

esto se tomó 100 mL de cera en un beaker de 250 mL y se aplicó agitación; se fue

agregando alícuotas de cal en intervalos de 3 mL y se midió el valor del pH obtenido. Se

repitió este procedimiento en cuatro ocasiones, se anotó los valores y se cálculo la variación

promedio.

Con la información obtenida se construye la curva mostrada en la figura 7.1, donde se

observa la variación promedio del pH de la cera con la adición de cal. Se obtiene además

una función, mediante aproximación con un polinomio de tercer grado; con la cual se puede

estimar la cantidad de cal necesaria para subir el pH de la cera a un valor definido.

104

7.1

Figura 7.1 Variación promedio del pH de una muestra de cera de 100 mL con la adición de lechada de cal

7.3 Aplicación del diseño factorial completo

Debido a que no existe en la literatura, información relacionada con este estudio, tanto el

procedimiento planteado como las condiciones de operación se debieron basar en prácticas

previas realizadas por otros investigadores como Barrenechea (s.f.) y Rodríguez (2008);

aplicadas a distintos tipos de aguas, tanto residuales como potables.

Resultó necesario establecer, dentro del procedimiento la aplicación de una herramienta

estadística con la cual se analizara el efecto de las variables más importantes del proceso,

sobre el rendimiento del tratamiento y, que de esta forma, se obtuviera una orientación

hacia dónde dirigir el resto de la investigación.

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

0 10 20 30 40

pH d

e la

cer

a

Volumen de cal adicionado (mL)

105

Es así como en la tercera etapa, se decide aplicar un diseño factorial con el propósito de

definir el efecto que tiene sobre el proceso el pH inicial de la cera, la concentración de

coagulante y la presencia de una enzima comercial. Para la realización de las corridas

experimentales y el análisis de los resultados se consultó el libro de Hunter (2005). Se

puede observar en el apéndice A los datos obtenidos con la aplicación de esta herramienta

estadística.

El desarrollo del diseño factorial completo, se aplicó tanto para el sulfato de aluminio como

para el sulfato de hierro II, ya que ambos reactivos se utilizan habitualmente en este

tratamiento fisicoquímico, por lo cual resulta de utilidad comparar ambos productos bajo

las mismas condiciones. Se muestra nuevamente en el cuadro 7.1, los factores y niveles a

evaluar, mientras que en los cuadros 7.2 y 7.3 se expresan los principales resultados

obtenidos.

Cuadro 7.1 Factores y niveles a evaluar en el proceso de coagulación-floculación tanto para la aplicación de sulfato de hierro II y como para el uso de sulfato de aluminio

Factor Nivel superior (+) Nivel inferior (-) Concentración del coagulante (ppm) 150 20

pH inicial de la cera 11 7 Concentración de la enzima (ppm) 10 0

Cuadro 7.2 Efecto sobre el volumen de flóculo formado y error estándar obtenido, para el diseño factorial 23, utilizando sulfato de aluminio como coagulante

Media Valor y error estándar Efectos principales:

Concentración de coagulante (C) 7,75 ± 2,09 Presencia de enzima (E) 0,50 ± 2,09 pH inicial de la cera (P) 7,25 ± 2,09

Interacciones de dos factores: C x E -1,50 ± 2,09

C x P 1,75 ± 2,09 E x P 0,50 ± 2,09

Interacciones de tres factores: C x E x P -1,50 ± 2,09

106

Se puede observar como en este caso la concentración del coagulante y el pH inicial de la

cera, tienen un efecto significativo sobre el volumen de flóculo obtenido. Si se analiza este

resultado junto con los valores obtenidos en las filas 7 y 9 del cuadro A.3 en los apéndices,

se respalda esta deducción, considerando que en las corridas realizadas a pH alto y

aplicando la concentración máxima de coagulante, se obtuvieron los mayores volúmenes de

flóculo.

Para el sulfato de hierro II, se obtuvo una tendencia similar a la del sulfato de aluminio,

donde los efectos significativos son la concentración del coagulante y el pH inicial de la

cera (cuadro 7.3). De igual forma, este resultado guarda relación con los valores obtenidos

en las filas 7 y 9 del cuadro A.4, donde las corridas realizadas a pH alto y aplicando la

concentración mayor de coagulante, produjeron más volumen de flóculo.

Cuadro 7.3 Efecto sobre el volumen de flóculo formado y error estándar obtenido, para el diseño factorial 23, utilizando sulfato de hierro II como coagulante

Media Efecto y error estándar Efectos principales:

Concentración de coagulante (C) 4,88 ± 3,95 Presencia de enzima (E) -0,13 ± 3,95 pH inicial de la cera (P) 4,38 ± 3,95

Interacciones de dos factores: C x E -1,13 ± 3,95

C x P 3,88 ± 3,95 E x P 0,38 ± 3,95

Interacciones de tres factores: C x E x P 1,38 ± 3,95

En este caso, es importante prestar atención a la interacción entre la concentración de

coagulante y el pH inicial de la cera, la cual a pesar de no ser significativa, tiene un valor

muy cercano al error estándar (ver muestra de cálculo en los apéndices).

Al analizar esta interacción se concluiría nuevamente que para obtener mayor volumen de

flóculo, se debe utilizar la dosificación de 150 ppm en sulfato de hierro II y el pH de 11, tal

107

y como se evidencia en la figura 7.2, donde se obtiene la mayor diferencia absoluta en el

sentido en que el pH de la cera y la concentración de coagulante aumentan.

Figura 7.2 Análisis de la interacción entre la concentración de sulfato de hierro II y el pH inicial de la cera

7.4 Determinación de la dosis apropiada de cada coagulante

Con los resultados obtenidos gracias a la aplicación de esta herramienta estadística, se

puede precisar un punto de partida sobre las condiciones a emplear para determinar la dosis

óptima para cada floculante, dentro del ámbito de estudio definido. Se tiene como

concentración mínima a evaluar 150 mg/L y se debe establecer un valor máximo.

Se recurre a la información aportada por una investigación de Barrenechea (s.f.), donde se

muestran algunas curvas características de iones de aluminio y de hierro en solución

acuosa, a partir de las cuales se puede observar el comportamiento de las distintas especies

formadas en el equilibrio, a distintas concentraciones del coagulante y dentro de un

intervalo de pH. A partir de esta información, se decidió tomar como valor máximo una

concentración de 500 mg/L.

108

Otro factor relevante a considerar fue el pH final de la muestra, ya que se pudo observar en

los datos de los cuadros A3 y A4 de los apéndices, como a pesar de elevar el pH inicial de

la cera a 11, éste presentaba un descenso considerable al agregar el coagulante, donde para

el caso del sulfato de aluminio en dosis de 150 mg/L se tuvo en promedio un pH de 4,6,

mientras que con esa misma dosificación de sulfato de hierro II el pH final se mantuvo

cerca de 7.

Según la literatura (Rodríguez, 2008) el sulfato de hierro II presenta una mayor eficiencia a

pH por encima de 9, mientras que el sulfato de aluminio tiene su mejor rendimiento a pH

ente 6,3 y 8 aproximadamente, por lo que se presenta un problema significativo ya que

conforme la dosificación aumente, el pH irá descendiendo y alejándose del valor óptimo de

funcionamiento del coagulante.

Para contrarrestar este efecto, se decidió subir el pH del mismo a un valor cercano a 6 y se

mantuvo el pH inicial de la cera en 11. Este aumento en el pH de los coagulantes ocasiona

la formación de precipitado, el cual se justifica por las ecuaciones 5.3 y 5.6.

Una vez preparadas las disoluciones madre de coagulante, ajustado el pH y verificado la

concentración final, se inició con el procedimiento descrito en la etapa cuatro y cuyos

resultados se muestran en los cuadros 7.4 y 7.5.

En algunas corridas (la número 6 para el caso del sulfato de hierro II y las número 3, 4 y 5

para el caso del sulfato de aluminio), el flóculo formado no se separaba apreciablemente,

sino que se mantenía distribuido a través de todo el volumen de la muestra, por lo que no

fue posible definir un volumen de flóculo obtenido.

Se determinó que para el caso del sulfato de hiero II la concentración de coagulante con la

que se obtuvo mayor volumen de flóculo fue la de 350 ppm. Además se observa, que para

dosificaciones por encima de 450 ppm no se formó flóculo.

109

Cuadro 7.4 Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de hierro II

Número de corrida Dosis coagulante (mg/L)

Volumen de flóculo (ml) pH final

1 150 0 10,6 2 200 90 10,6 3 250 70 10,6 4 300 100 10,5 5 350 125 9,9 6 400 - 8,3 7 450 0 8,3 8 500 0 8,2

Antes de desechar las muestras analizadas, se tomaron las correspondientes a las corridas 4,

5 y 6 y se les agregó más cal hasta obtener un pH de 11 nuevamente. El resultado se puede

observar en la figura 7.3, donde se puede apreciar como el flóculo formado es de mayor

tamaño y en mayor cantidad, aunque no se separó acentuadamente; por lo que se pudo

constatar, como el pH es un factor de gran influencia en el proceso.

Figura 7.3 Volumen de flóculo formado en las muestras 4, 5 y 6 al subir el pH a 11

Un resultado similar se obtuvo con la aplicación del sulfato de aluminio, pero en este caso

la dosis que presentó mejores resultados fue la de 400 ppm y con la cual se obtiene menor

cantidad de flóculo en comparación con el sulfato de hierro II. El precipitado obtenido es de

color blanco y de menor tamaño, por lo que resultó más complicado distinguirlo en la

muestra.

110

Cuadro 7.5 Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de aluminio

Número de corrida Dosis coagulante (mg/L)

Volumen de flóculo (mL) pH final

1 150 42 9,1 2 200 50 8,2 3 250 - 7,5 4 300 - 7,0 5 350 - 6,5 6 400 65 6,3 7 450 0 6,2 8 500 0 5,9

7.5 Ejecución de las corridas experimentales en la planta piloto

Una vez definidas las dosis apropiadas de cada coagulante dentro de las condiciones de

operación consideradas, se inició con la preparación de una planta piloto donde se aplicarán

las condiciones reales del proceso. En los anexos se puede observar un esquema con el

dimensionamiento del mismo.

El tamaño de la planta piloto se hizo a escala, manteniendo en cada etapa una proporción y

forma similar a los sistemas de tratamiento fisicoquímico característicos que ha diseñado y

construido la empresa donde se están realizando los experimentos.

En relación con el caudal de entrada que aporta la bomba peristáltica, el tamaño del sistema

permite que ésta funcione a un 50% de su capacidad aproximadamente, lo cual es

apropiado ya que el equipo no debe trabajar en condiciones límite de capacidad.

Para estimar el caudal que aporta la bomba se realizaron varias curvas de calibración

(cuadro A.10), donde se muestra el flujo entregado en función del porcentaje de velocidad

de dosificación y el porcentaje de stroke, el cual corresponde a la fracción del volumen

máximo que entrega la bomba en cada pulsación. En la figura 7.4 se puede apreciar el

comportamiento obtenido. El caudal máximo obtenido corresponde a 1,19 L/min.

111

Figura 7.4 Variación del caudal entregado por la bomba peristáltica en función del porcentaje de stroke para distintas velocidades de dosificación

Gracias al aporte del ingeniero Gerardo Chacón Valle, se logra identificar una tendencia o

patrón en los valores de las ecuaciones obtenidas para cada recta, por lo que se decide

realizar una regresión múltiple con los datos del cuadro A.10. Se obtiene a partir del

análisis de los resultados obtenidos, que los datos se ajustan a la ecuación 7.2

7.2

Una vez realizada la curva de calibración, se debe estimar la concentración inicial de

floculante que debe prepararse, de manera que la concentración final en el sistema sea de

350 mg/L para el sulfato de hierro II y de 400 mg/L para el sulfato de aluminio. Para esto

basta con aplicar nuevamente la ecuación 6.1, pero en lugar de volúmenes se efectúa una

relación de flujos.

En este caso se debe considerar el flujo que se produce por el vaciado de los recipientes que

contienen el coagulante y la cal, además del flujo con que ingresa la cera al prototipo. El

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0 10 20 30 40 50 60

Cau

dal (

L/m

in)

% stroke

50%

60%

70%

80%

90%

100%

112

flujo inicial corresponde al flujo del recipiente de coagulante. El flujo final será la

sumatoria de todos los flujos que ingresan al sistema de tratamiento.

Para que se mantengan los tiempos de retención procurados en cada etapa del sistema de

tratamiento, se debe hacer que el caudal global sea de 0,66 L/min, ya que este es el caudal

de diseño del prototipo.

Se dispone de recipientes plásticos para colocar las disoluciones de coagulante y de lechada

de cal. Para los mismos, se midió el flujo que aportan por el método volumétrico. Como la

cal se va aplicar en la entrada del prototipo y en el punto de mezcla con el coagulante, se

deben considerar los flujos de tres recipientes y el flujo de entrada de la cera.

El motivo por el que se aplicó cal en dos puntos obedece a la necesidad de aportar

alcalinidad a la cera de manera que pueda amortiguar más fácilmente el descenso en el pH

cuando se adicione el coagulante. El segundo punto de aplicación se hace en conjunto con

el coagulante, para subir su pH a un valor cercano a 6 y también se favorezca la formación

de precipitado. Dichos ajustes se plantearon a partir de los resultados obtenidos en las

etapas anteriores.

Una vez medidos los volúmenes de muestra y los tiempos de vaciado, se determinó que los

flujos en los recipientes son de 0,086 L/min, 0,093 L/min y 0,066 L/min respectivamente,

por lo que el caudal de la bomba se fijó en 0,42 L/min, de manera que compense el flujo

faltante para completar los 0,66 L/min. Asimismo se calculó que la concentración inicial

necesaria para el sulfato de aluminio debía ser de 2,84 g/L, mientras que para el sulfato de

hierro II debió ser de 2,48 g/L.

La planta piloto consta de una etapa de separación de sólidos gruesos, mezcla rápida para

favorecer el proceso de coagulación, mezcla lenta para la formación de flóculo y una etapa

para la sedimentación del flóculo desestabilizado. Además, se construyó un filtro de arena y

113

piedra posterior a la zona de sedimentación para retener los flóculos que no sedimenten y

un lecho de carbón activo después de dicho filtro, con el cual se pretende retener las trazas

de fungicida que podrían estar aún presentes.

Figura 7.5 Montaje del prototipo y demás accesorios

Una vez montado todo el sistema se procedió a efectuar una corrida de prueba con agua,

que permitiera determinar si se debe realizar algún ajuste adicional y si se cumple con los

cálculos de diseño. Una vez llenas todas las cámaras se observan fugas en algunos puntos,

caminos preferenciales del flujo, desniveles en algunas partes y fluidización del lecho de

carbón. Se efectuaron las correcciones del caso y se completaron los preparativos para la

primera corrida.

Para iniciar con la primera corrida, en la cual se empleó sulfato de aluminio como

coagulante, se colocó suficiente cantidad de cera en el balde, donde la bomba hace la

succión, y se permitió que transcurriera el tiempo necesario para que la cera desplazara el

agua que hay a lo largo de la planta piloto.

114

Una vez ocurrido esto se colocaron las disoluciones de cal y coagulante en sus respectivos

recipientes y se inició la toma de tiempo. Se decidió hacer una única corrida para cada

coagulante, cuya duración fuera equivalente a la de las tres corridas propuestas

inicialmente. Este cambio obedece a la facilidad que ofrece, ya que permite agilizar la toma

de datos, facilita un muestreo compuesto que sea representativo y se reduce el tiempo

necesario para la evacuación de los lodos y para la limpieza de la planta piloto entre

corridas.

Se puede ver, como desde el inicio se forma precipitado en la zona de mezcla lenta y en el

sedimentador, cuya cantidad va aumentando paulatinamente. La apariencia de la cera en

cada etapa va cambiando desde un blanco turbio, en la entrada, hasta un color más claro, a

la salida de los filtros.

Figura 7.6 Comportamiento del sistema con la aplicación de sulfato de aluminio

Durante la corrida se fue tomando muestras en el efluente hasta completar un volumen

representativo. Además se fue midiendo cada 15 min el pH en cada una de las etapas para

monitorear y determinar si se cumplían las condiciones propuestas (ver cuadro A.14).

115

Al cabo de 15 min se presentaron problemas operativos en el filtro de arena y el de carbón,

al formarse un camino preferencial para el flujo, el cual provocó que se formaran orificios a

través de los filtros, de manera que comenzó a pasar flóculo a través de éstos y llegó hasta

la salida del sistema. Se debió parar la bomba, colocar más arena, piedra y carbón y purgar

la última cámara para quitar el flóculo acumulado. No obstante, siempre se mantuvo cierta

cantidad de flóculo durante el resto de la corrida.

Una vez hechas las correcciones se reanudó la corrida hasta completar una hora. Se fue

tomando el volumen de muestra requerida para el análisis fisicoquímico y microbiológico,

y al final de la corrida se cálculo el volumen de flóculo obtenido al cabo del tiempo

transcurrido. La muestra tomada se identificó y se guardó.

Seguidamente se purgaron los flóculos acumulados y se terminó de vaciar el agua para

limpiar la planta piloto, de manera que se pudiera iniciar, de inmediato, con la corrida

donde se empleará el otro coagulante.

Figura 7.6 Acumulación de flóculo en los filtros

116

Para el caso del sulfato de hierro se realizó un procedimiento similar, donde una vez lleno

el sistema se inició la aplicación de coagulante y cal. A diferencia del sulfato de aluminio,

el flóculo formado se torna verde oscuro, que es el color característico del hidróxido de

hierro II. Además, el agua mantiene una apariencia menos clara y no se observa una

separación tan efectiva del flóculo al final del sedimentador.

La principal dificultad que se presentó fue mantener un pH adecuado que propiciara el

funcionamiento óptimo del floculante pero sin exceder el valor máximo permisible, ya que

la mayoría del tiempo se mantuvo un valor por encima de 9 en el efluente, pero al quitar un

punto de dosificación de cal, el valor de pH en la mezcla lenta descendía por debajo de 7,5,

fuera del intervalo óptimo de funcionamiento para este coagulante.

Figura 7.7 Comportamiento del sistema con la aplicación de sulfato de hierro II

Al igual que con la corrida anterior, se fueron realizando mediciones periódicas de pH y se

fueron tomando volúmenes de muestra en el efluente hasta completar el equivalente a un

galón. Al finalizar la corrida se identificó y guardó la muestra. Se estima, según las

dimensiones de la planta piloto, que el volumen de flóculo obtenido es de 6,9 L, una

cantidad similar que con el sulfato de aluminio.

117

A partir del comportamiento observado en el sistema, se evidencia la necesidad de

aumentar el tiempo de retención en el sedimentador a unos 15 min, según evaluaciones

hechas con una muestra en una probeta de 100 mL, donde se midió el tiempo necesario

para lograr una separación clara entre el flóculo y el decantado.

En cuanto al flóculo obtenido en ambos caso, éste tiene una consistencia compacta por lo

que eventualmente podría disponerse en un lecho de secado donde se provea de un medio

filtrante adecuado y un tiempo de residencia mínimo para que se dé una pérdida

considerable de humedad. Una vez deshidratado, se forma un polvo fino que podría

disponerse en zonas verdes.

Se muestran a continuación los resultados de los análisis fisicoquímicos que se realizaron

para las muestras tratadas con cada coagulante y a la cera sin tratar. Se confirma como en

ambos casos se logró reducir los parámetros significativos (grasas y aceites, demanda

química de oxígeno, demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos totales) hasta

valores mucho menores.

Cuadro 7.6 Porcentaje de reducción de los parámetros de interés analizados durante las pruebas en la planta piloto, para las corridas realizadas con sulfato de aluminio

Parámetro Valor inicial Valor final Porcentaje de

remoción Sólidos totales (mg/L) 2 000 1 412 29,4% Sólidos disueltos (mg/L) 1 720 1 244 27,7% Sólidos suspendidos totales (mg/l) 280 168 40,0% Sólidos sedimentables (mL/L) 8 5,5 31,2% Demanda química de oxígeno (mg/L) 3 200 360 88,7% Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L) 1 900 280 85,3% Grasas y aceites (mg/L) 730 138 81,1% Sustancias activas al azul de metileno (mg/L)

5,5 1,1 80,0%

Triadimefón (mg/L) 12,5 9,0 28,0%

118

Cuadro 7.7 Porcentaje de reducción de los parámetros de interés analizados durante las pruebas en la planta piloto, para las corridas realizadas con sulfato de hierro II

Parámetro Valor inicial Valor final Porcentaje de

remoción Sólidos totales (mg/L) 2 000 996 50,2% Sólidos disueltos (mg/L) 1 720 808 53,0% Sólidos suspendidos totales (mg/l) 280 188 32,9% Sólidos sedimentables (mL/L) 8 5 37,5% Demanda química de oxígeno (mg/L) 3 200 632 80,3% Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L) 1 900 370 80,5% Grasas y aceites (mg/L) 730 110 84,9% Sustancias activas al azul de metileno (mg/L)

5,5 1,7 69,1%

Triadimefón (mg/L) 12,5 4,8 61,6%

Se observa como el sulfato de hierro II muestra un mejor resultado en cuanto a la remoción

de sólidos disueltos, en comparación con el sulfato de aluminio. No obstante, este último

muestra porcentajes de reducción ligeramente mayores en DBO y DQO, por lo que los

valores de estos parámetros se acercan más al máximo permitido.

Cabe recordar que durante las corridas experimentales se presentaron problemas operativos

en la planta piloto, debido a las fallas y el mal funcionamiento del filtro de arena y el filtro

de carbón activo, por lo que los resultados obtenidos se vieron afectados. Por tanto, es de

esperar que este tratamiento fisicoquímico tenga mejores resultados a escala de planta. Esto

no implica que no se deban realizar ajustes al diseño; como por ejemplo, el aumento del

tamaño del lecho de arena y del lecho de carbón activo y extender la longitud del

sedimentador.

En cuanto al análisis microbiológico, se pudo constatar que el contenido inicial está por

debajo del límite permisible y al final del tratamiento se encuentra una concentración

expresada como número más probable de 1 NMP/100 mL, por lo que este parámetro

cumple satisfactoriamente aún antes del tratamiento. Aún así, es prudente disponer en el

sistema propuesto de un tanque para dosificación de cloro, por previsión.

119

La concentración de triadimefon es de 12,5 mg/L en la cera sin tratar y se reduce a 9,0

mg/L para el tratamiento con sulfato de aluminio y a 4,8 mg/L para el tratamiento con

sulfato de hierro II. Actualmente no existe regulación a nivel nacional para este parámetro,

por lo que se considera el límite establecido en el código alimentario, el cual corresponde a

5 mg/L. En consecuencia, se deben realizar mejoras en el filtro de carbón para reducir el

contenido de este fungicida.

120

Capítulo 8

Diseño del sistema de tratamiento propuesto

A partir de los resultados obtenidos durante el desarrollo de la evaluación experimental se

inicia con el diseño de una propuesta sobre el sistema de tratamiento a emplear, en el cual

se reproduzcan, en la medida de lo posible, las condiciones de operación establecidas

durante la evaluación en la planta piloto.

El formato a seguir para definir el sistema de tratamiento, se basa en los lineamientos

establecidos en el artículo 28 del Reglamento de Aprobación y Operación de Sistemas de

Tratamiento de Aguas Residuales (Decreto No. 31545-S-MINAE), por lo que se mostrarán

los detalles a manera de memoria de cálculo, de forma similar a como lo solicita el

Ministerio de Salud para este tipo de trámite.

8.1 Sistema de tratamiento propuesto

El sistema consiste en un tratamiento integral, donde se aplica el método seleccionado en

conjunto con otras etapas complementarias que permitan un mejor resultado. En

consecuencia, la propuesta consta en primera instancia de un pretratamiento y del proceso

de coagulación-floculación, comprendido por una zona de mezcla rápida (coagulación), una

zona de mezcla lenta (floculación) y un sedimentador. Posteriormente se complementa el

tratamiento fisicoquímico con un filtro de arena de flujo ascendente, seguido de un lecho de

carbón activado, un lecho para el secado de los lodos, un humedal de flujo subsuperficial y

una caja de registro.

Básicamente, el sistema consta de obra gris y se construye, habitualmente bajo nivel de

suelo, de manera tal que funcione por gravedad. La preparación de las distintas

disoluciones se realiza manualmente. Todo esto permite que la operación del sistema sea

sencilla y los costos de operación y mantenimiento sean mínimos.

121

8.1.1 Canal de desbaste

En dicho canal se colocan un par de mallas metálicas en serie, cuyo propósito es interceptar

y retener los sólidos gruesos que pueden venir en el afluente, como trozos de hojas de piña

o cualquier otra materia que se haya incorporado durante el proceso productivo. Dichos

sólidos se deben retirar ya que pueden producir obstrucciones u obturaciones en las tuberías

y demás conducciones del sistema (Hernández, 2005).

Alternativamente, este canal sirve también como desarenador, al atenuar la velocidad de

ingreso del agua y permitir que los sólidos con peso específico mayor al agua (como la

arena o la tierra) precipiten y se separen del resto de la corriente. Además, en este canal es

donde ingresa el lixiviado del lecho de secado.

8.1.2 Mezcla rápida

Consta de una caída rectangular la cual comunica el canal de desbaste con la cámara de

mezcla lenta. En este punto es donde se dosifica el coagulante y la cal. Se construye con

una pendiente del 10% hasta la mitad de su longitud y luego se reduce a una pendiente del

1%, con el fin de producir turbulencia y así aportar la agitación necesaria para favorecer el

proceso de coagulación.

8.1.3 Mezcla lenta

Es una cámara que consta de pantallas distribuidas en sentido horizontal al flujo, con

separaciones de 0,30 m entre cada una. El flujo viaja de forma zigzagueante para

aprovechar el mayor contacto posible entre el floculante y el agua por tratar.

Las pantallas se construyen con láminas de fibrocemento de 12 mm soportadas en un marco

de tubería PVC de 1,2 pulgadas (30,5 mm) y ancladas al piso y las paredes de la cámara.

122

8.1.4 Sedimentador

Una vez que las partículas han entrado en contacto con el floculante y se ha formado una

partícula de dimensiones apropiadas, el efluente entra al sedimentador cuya función

consiste en aportar el tiempo de retención necesario para que se dé la desestabilización de

la misma, permitiendo que sedimente. Por tanto, su objetivo principal es remover el

contenido de sólidos sedimentables.

El agua ingresa a través de un orificio que comunica está etapa con la zona de mezcla lenta.

La salida cuenta con un vertedero, a través del cual pasa el decantado, mientras que los

lodos son evacuados por salidas ubicadas en el fondo de la cámara.

8.1.5 Filtro de arena

Es una unidad compuesta, básicamente, de un lecho de material granular y poroso,

colocado sobre un medio de soporte y una zona inferior de confinamiento, para retener el

medio filtrado.

Se utiliza para retener los flóculos que aún están presentes en la corriente. El agua ingresa,

desde el sedimentador, a través de un vertedero que se une a una canoa metálica. Esta canoa

tiene en el fondo tubos de PVC de 2 pulgadas (50,8 mm) a través de los cuales el agua

desciende hasta la zona de confinamiento y, posteriormente, pasa a través del lecho.

El propósito de hacer que el flujo sea ascendente es para garantizar que se dé una

distribución adecuada del líquido a través del lecho y además este arreglo permite que el

sólido retenido se acumule en el fondo donde se puede evacuar por apertura de una válvula.

8.1.6 Lecho de carbón activado

Su conformación estructural es similar a la del filtro de arena y la disposición del flujo

también es ascendente a través del lecho. En este caso, el filtro de carbón activo granular se

123

empleará principalmente para adsorber las trazas de fungicida o cualquier otro compuesto

dañino que aún pueda estar presente en el agua.

8.1.7 Humedal de flujo sub superficial horizontal

Debido al contenido de demanda bioquímica de oxígeno que aún podría estar presente en el

efluente del tratamiento fisicoquímico, se decide complementar éste con un sistema

biológico, con el cual se garantice que las concentraciones de los parámetros no conformes

lleguen a valores permisibles.

Este humedal consiste en un área impermeabilizada, construida típicamente en forma de un

lecho o canal que contiene un medio apropiado como roca triturada, grava o arena, y sobre

el cual se coloca cierto tipo de vegetación característica de zonas inundadas, la cual ayuda

en la depuración del agua residual.

8.1.8 Caja de registro

Finalmente, el efluente del sistema, antes de ser vertido, pasa por una caja de registro donde

se podrán tomar las muestras para realizar los análisis rutinarios y periódicos necesarios

para monitorear la calidad del agua y para definir la eficiencia del sistema.

8.1.9 Lecho para secado de lodos

En este lecho se depositan los fangos formados en las distintas etapas y se emplea para

eliminar parte del alto contenido de humedad que presentan. Éste lecho está conformado

por una cama de material filtrante que permite eliminar el componente líquido y dejar

retenido el material sólido.

Para secar el lodo se distribuye en capas de 0,20 m a 0,25 m de espesor. Una vez seco,

puede utilizarse como material de relleno o como mejorador del suelo. En cuanto al

lixiviado, se recircula nuevamente al sistema de tratamiento.

124

8.2 Carga hidráulica

El volumen diario de desecho de cera que se genera varía en cada empresa, siendo el

máximo reportado de 3 500 L. Se toma como referencia este volumen y se establece como

base de cálculo un estimado de 6 000 L, el cual considera un factor de seguridad por

caudales pico y por aporte de agua por precipitación pluvial.

Este margen es importante para garantizar que el sistema estará en capacidad de manejar

estos incrementos sin que se genere una sobrecarga del mismo. De igual forma, el diseño

debe tener un volumen suficiente para garantizar el tiempo de retención necesario para que

los procesos de floculación y coagulación tengan un buen desempeño y cumplan con el

objetivo propuesto.

Otro aspecto importante que se considera con este volumen adicional es la necesidad de

aplicar una proyección sobre el posible aumento en la producción de cada empresa, de

manera que la vida útil del sistema de tratamiento sea de al menos 5 años.

Para definir el caudal de diseño ( ), se toma en cuenta que normalmente la cera se desecha

durante el proceso productivo, que usualmente comprende ocho horas diarias, y los vertidos

de cera se realizan en una sola tanda o por turnos, por lo que el flujo puede estimarse

considerando que el sistema va a operar durante dos horas diarias, durante la segunda mitad

del proceso, cuando ya se ha recolectado suficiente volumen de residuo para llevarlo al

sistema de tratamiento. Por lo tanto, el caudal de diseño será:

8.1

8.3 Carga contaminante

Los datos mostrados en el cuadro 8.1 corresponden a los valores obtenidos para la muestra

sin tratar que se emplee en el desarrollo de las corridas en la planta piloto y son las que se

aplicarán para la caracterización del agua residual cruda.

125

Cuadro 8.1 Parámetros fisicoquímicos de la cera sin tratamiento

Parámetro DBO (mg/l)

DQO (mg/l) pH

T (°C)

SST (mg/l)

SSed (ml/l)

GyA (mg/l)

SAAM (mg/l)

Valor 1 900 3 200 5,97 25 280 8 730 5,5

Valor LMP 150 400 5-9 40 150 1 30 5

Es importante destacar que el límite máximo permisible (LMP) mostrado en el cuadro 8.1,

para los parámetros de demanda química de oxígeno, demanda bioquímica de oxígeno y

sólidos suspendidos totales, son valores adicionales permitidos para el tipo de actividad con

código CIIU 1513 y se muestran en la tabla 6 del Reglamento de Vertido y Reúso de Aguas

Residuales (Nº 33601-MINAE-S).

8.4 Criterios de diseño y dimensionamiento de las etapas del sistema de tratamiento

Se expone a continuación los criterios de diseño considerados para estimar las dimensiones

requeridas en cada etapa del sistema de tratamiento. Se parte de criterios técnicos aportados

por la literatura en conjunto con aplicaciones prácticas, que son útiles de aprovechar según

experiencias previas.

8.4.1 Canal de desbaste

No se observa un contenido apreciable de sólidos como arena o tierra en la cera, por lo que

el diseño del canal se orienta hacia la colocación de mallas para retener residuos de

cáscaras, hojas y demás materiales flotantes. También se considera un tamaño que facilite

su limpieza.

Para la retención de los sólidos mayores se utiliza una primera malla con espaciamiento de

25 mm y en la segunda malla se reduce el espaciamiento a 5 mm. Ambas mallas se

soportan en un armazón de varillas corrugadas #3 y un marco hecho de angulares que se

coloca sobre un riel metálico empotrado en la pared del canal, el cual posee una inclinación

126

de 45° respecto a la horizontal. La separación entre mallas es de 0,40 m y éstas deben llegar

hasta el fondo del canal para evitar que pase algún sólido grueso.

Para el dimensionamiento del canal de desbaste se consideran los criterios de cálculo y las

recomendaciones mostradas a continuación:

Debe haber una transición en la unión de la tubería de llegada al canal de desbaste para

asegurar la uniformidad de la velocidad en la entrada, donde el ángulo de divergencia

sea de 30° (OPS, 2005).

La función del desarenador es separar gravas arenas y cualquier otro tipo de material

pesado de tamaño superior a 0,15 mm, por lo que la velocidad horizontal debe ser

pequeña para producir menor turbulencia y arrastre de material (0,20 m/s a 0,40 m/s)

(Bermeo, 2010).

Se calcula el área transversal ( ) mediante la ecuación de continuidad y empleando la

velocidad horizontal mínima ( ):

8.2

Se fija el ancho ( ) en 0,40 m, un valor adecuado tomando en cuenta la facilidad de

limpieza del desarenador. Se calcula la profundidad ( ) del mismo:

8.3

Según Bermeo (2010) se recomienda agregar una altura de sedimentación de 0,35 m por lo

que la altura final del desarenador será de 0,35 m.

Para definir el largo del canal ( ) se estima un periodo de retención de 2 minutos.

8.4

Por otro lado, se debe considerar la velocidad de desplazamiento ( ), donde se debe

cumplir que ésta sea mayor que la velocidad horizontal para garantizar que no habrá

resuspensión.

127

=

8.5

Donde:

: Factor de forma (adimensional)

: Factor de fricción de Fanning (adimensional)

: Diámetro de la partícula ( )

: Densidad específica de la partícula (adimensional)

: Aceleración gravitacional ( )

Para determinar la longitud del tramo de transición a la entrada ( ) se aplica la ecuación 8.6

y considerando que el ancho a la entrada está dado por el diámetro de una tubería de PVC

de 4 pulgadas.

8.6

Por tanto, las dimensiones finales del canal de desbaste son 0,40 m de ancho, 0,35 m de

profundidad, 1,00 m de largo con una zona de transición de 0,25 m donde la entrada se

amplia de 0,10 m a 0,40 m. Además se colocan dos mallas, una colocada a 0,30 m y 0,60 m

del canal, en la zona de ancho uniforme.

8.4.2 Mezcla rápida

El canal de desbaste se conecta a la cámara de mezcla lenta por medio de una caída

rectangular. Para definir el tamaño de esta área y de la mezcla lenta, se consideran los

criterios proporcionados por los ingenieros de la empresa interesada en el proyecto.

Se ha observado que un ancho adecuado para el canal es de 0,40 m, para facilitar las

labores de mantenimiento y limpieza. En cuanto al largo de esta caída rectangular, se

emplea la misma longitud del canal de desbaste (1,00 m).

La idea de mantener la misma longitud, se considera con el propósito de construir todo el

sistema como una estructura unificada, de manera que su construcción sea más sencilla y

128

barata. De este modo, también, se pueden ir construyendo cada etapa de manera tal, que se

dé una caída hidráulica en cada paso y así se promueva el movimiento del agua por

gravedad.

8.4.3 Cámara de mezcla lenta y floculación

La cámara de mezcla lenta consta de una pila dividida por una serie de pantallas

distribuidas en forma alterna, con separaciones de 0,30 m entre cada una y con un paso

sobre las láminas de 0,15 m de ancho y 0,40 m de largo.

Se decide escalar el tamaño de esta etapa a partir del tiempo de residencia en la planta

piloto ( ), que fue de 5 min. Por lo tanto, se estima que el volumen debe ser de:

8.7

El ancho fijado es de 1,00 m y una profundidad empleada frecuentemente en otros sistemas

es de 1,00 m, por lo que el largo ( ) de esta pila debe ser de:

8.8

La longitud es muy pequeña para este tramo, por lo que se recomienda disponer al menos

de dos láminas, para obtener tres divisiones similares en la pila, de manera que la longitud

fijada será de 0,90 m. Este número de pasos se establece en relación a un mínimo necesario,

determinado a partir de experiencias previas. La salida de esta cámara se comunica con el

sedimentador mediante una apertura en el fondo de 0,30 m de ancho y 0,60 m de largo.

8.4.4 Sedimentador

Para el dimensionamiento de la pila de sedimentación se tomaron en cuenta los

resultados de los experimentos previos, la experiencia de distintos profesionales y cifras

reportadas en la literatura. En el siguiente cuadro se muestran los valores

recomendados en literatura relacionada.

129

Cuadro 8.2 Parámetros de diseño más importantes para el sedimentador (OPS, 2005) Factor Recomendación

Relación largo : ancho de 2 a 6 Relación largo : alto de 5 a 20

Carga superficial 1,35 – 2,03 m3 /( m2 d) Profundidad 1,0 – 2,5 m

Tiempo de retención 0,5 – 2,5 h Longitud 5,90 – 60,00 m

Ancho 1,0 – 15,0 m Velocidad horizontal 0,55 cm/s

Se puede establecer una relación entre la velocidad límite de sedimentación ( ) y la

velocidad horizontal de flujo ( ), igualándola a la relación entre la profundidad ( ) y la

longitud de la zona de sedimentación ( ), como se muestra en la ecuación 8.10:

8.9

Según recomendaciones de la Organización Panamericana de la Salud, se requiere para el

caso de sedimentadores que la velocidad de sedimentación no exceda los 0,12 cm/s. De esta

forma se puede determinar el área superficial requerida ( ) empleando la ecuación 8.10.

8.10

Se fija un ancho y una profundidad según las recomendaciones del cuadro 8.2 y tomando

en cuenta, también, limitaciones operativas y costos. Una vez fijadas estas dimensiones se

determina el largo requerido mediante la relación de la ecuación 8.11 y se verifican las

relaciones y .

8.11

No se cumple la relación ni por lo que se decide emplear la relación de 2/1. Al

incrementar la longitud de esta manera, el tiempo de retención en esta etapa será de

aproximadamente 40 min, que está dentro del tiempo recomendable según el cuadro 8.2.

Por tanto, la longitud del sedimentador será de 2,00 m. Se decide mantener estas

130

dimensiones, aunque la relación no se cumpla, ya que se cuenta con el tiempo de

retención necesario.

Se comprueba si se cumple con el valor requerido para la velocidad horizontal (cuadro 8.2)

mediante la ecuación 8.9 o de forma alternativa con la ecuación 8.12. De no cumplirse, se

debe reajustar las dimensiones de los parámetros y recalcular el diseño.

8.12

El agua que ingresa por el fondo se distribuirá a través del volumen del sedimentador. Al

final el agua clarificada se decanta por un vertedero hacia el filtro de arena, mientras que

los flóculos desestabilizados se acumulan en el fondo y se evacuan periódicamente

mediante bombeo. En resumen, las dimensiones del sedimentador son 2,00 m de largo, 1,00

m de profundidad del agua y 1,00 m de ancho.

8.4.5 Filtro de arena

El efluente del sedimentador ingresa desde el vertedero y cae a una canoa metálica. Esta

canoa tiene en el fondo salidas por tubos de PVC de 2 pulgadas (50.8 mm), a través de los

cuales, el agua desciende hasta una zona de confinamiento. La idea de este arreglo es

garantizar que se cumpla con el tiempo de retención establecido y se promueva un flujo

ascendente a través del lecho.

Cuadro 8.3 Criterios de diseño para el dimensionamiento de un filtro grueso ascendente (OPS, 2005)

Criterios de diseño Valores recomendados Altura mínima de arena (m) 0,5

Diámetro efectivo de arena (mm) 0,15-0,35 Altura del lecho de soporte (m) 0,1-0,3

Altura de capa de agua sobrenadante (m) 0,1-0,2

Se ha logrado verificar cómo filtros con área superficial de 1,50 m2 que se han construido

en otros sistema de tratamiento, han dado buenos resultados cuando se trata de la remoción

131

de sólidos suspendidos. Tomando en cuenta que el ancho del sistema que se ha mantenido

es de 1,00 m, el largo necesario del lecho sería de 1,50 m.

Para establecer la altura del lecho y de la cámara de confinamiento se debe considerar que

la altura del agua en el sedimentador es de 1,00 m, por lo que se debe bajar el nivel al

menos 0,10 m para permitir la caída hidráulica necesaria para el flujo por gravedad.

Por tanto, siguiendo los criterios del cuadro 8.3, se dispone de 0,20 m para el lecho de

soporte, 0,40 m de arena, 0,10 m de agua sobrenadante y 0,20 m para el área de

confinamiento donde se acumularán los sólidos y partículas retenidas por la grava y la

arena.

Para sostener el lecho de arena y grava se disponen viguetas de concreto, a lo ancho de la

cámara y seguida de una rejilla metálica resistente, sobre la cual se colocará la capa de 0,10

m de grava y la capa de arena de 0,50 m.

Se deben colocar dos tubos de PVC de 4 pulgadas de manera vertical y equidistante

respectos al ancho de la cámara, que comuniquen la zona de confinamiento con el exterior

del sistema. Estos tubos serán necesarios para la evacuación periódica de los lodos

acumulados, ya que a través de éstos se introducirá la línea de succión de la bomba

empleada para este fin.

En cuanto a las propiedades físicas de la grava deben ser por lo general duras, más o menos

redondas, con un peso específico inferior o igual a 2 500 kg/m3, con diámetro de 20 mm

(MINSA, 2002). Deben estar libres de arena, arcilla, lodos y sin impurezas orgánicas de

cualquier tipo. Si es necesario se tendrán que lavar. Para el caso de la capa de arena, ésta

debe ser de río y cumplir con el tamaño mostrado en el cuadro 8.3 y de igual forma debe

lavarse para eliminar impurezas presentes.

132

Cabe destacar, que este tipo de filtros también es adecuado para reducir partículas en

suspensión, materia orgánica y organismos patógenos presentes, por lo que sería de utilidad

complementar esta función adicionando un tanque sobre la canoa de entrada con el cual se

aplique cloro granular (hipoclorito sódico al 13%).

De esta manera se garantiza una aplicación homogénea sobre el agua y, si se toma en

cuenta el periodo de retención del lecho de arena y el lecho de carbón activado, se provee

de al menos 15 min, tiempo suficiente para controlar el contenido de microorganismos

patógenos que pueda contener el agua, en especial los coliformes totales y fecales

(Hernández, 2005).

8.4.6 Lecho de carbón activado

Para el caso del lecho de carbón, éste tendrá las mismas características constructivas del

lecho de arena, sin embargo, la capa de arena se sustituye por carbón granular. De esta

manera, se provee de un tiempo de residencia mayor a 7 min.

Según estudios similares realizados por Rivera et al (s.f.), se logró verificar que el mejor

arreglo es el flujo de tipo ascendente y que el tiempo de operación para la saturación del

lecho de carbón es de aproximadamente 12 meses.

Las dimensiones generales de esta etapa son 1,00 m de ancho, 0,80 m de altura total, 1,50

m de largo. La altura de la grava de soporte se mantiene en 0,10 m, mientras que la altura

del carbón será de 0,40 m. La salida del agua se efectúa a través de un tubo de PVC de 4

pulgadas (101,6 mm) que conduce al humedal.

8.4.7 Caja de registro

Para el dimensionamiento de esta caja se siguen las recomendaciones establecidas en el

código de instalaciones hidráulicas y sanitarias en edificaciones (2010), donde se define

como un tamaño adecuado las dimensiones de 0,90 m de profundidad, ancho interior de

133

0,50 m y largo interior de 0,65 m. Este tamaño permite que se pueda introducir un balde

para las mediciones volumétricas de caudal. Finalmente el efluente tratado puede der

dispuesto según sea el caso (vertido, reúso, drenaje, etcétera).

8.4.8 Lecho de secado

En cuanto a los lodos generados en el canal de desbaste, la mezcla lenta, el sedimentador y

el lecho de arena; el exceso deberá enviarse a un lecho de secado para su digestión antes de

ser dispuestos.

A partir de las corridas experimentales se logró medir un total de 6,9 L de flóculo formado,

de un total de 39,6 L de cera que pasaron por la planta piloto (tomando en cuenta que el

caudal era de 0,66 L/min y la corrida duró 1 hora), por lo que se tiene que la formación de

lodos representa un 18% del volumen total del agua residual.

En consecuencia, se estima que el volumen diario de lodos formado sería de 1080 L, por lo

que si se considera una evacuación de lodos cada dos días, el volumen de lodo que se debe

evacuar periódicamente correspondería a unos 2 m3 aproximadamente.

Se decide considerar un 50% más de capacidad al lecho de secado, por lo que el volumen

de lodo que puede disponerse es de 3 m3. Si se toma como una altura de lodo 0,20 m, se

debe disponer de un área superficial de 10 m2, los cuales pueden distribuirse en un largo de

5 m y un ancho de 2 m.

El lecho consta de una capa de 0,20 m de grava fina o piedra papilla, seguida de una capa

de 0,20 m de arena, sobre la cual se depositan los lodos. Sobre el lecho de arena se colocan

medias alcantarillas de 12 pulgadas a manera de ramificación con el fin de distribuir más

uniformemente el lodo, a través de todo el lecho. En el fondo, la estructura posee canales

secundarios que dirigen al agua hacia dos canales primarios que a su vez conectan sus

salidas a las tuberías para el retorno del lixiviado al sistema de tratamiento.

134

8.4.9 Humedal de flujo sub superficial

Para el diseño del humedal se siguen las recomendaciones de Garbanzo (2010), donde se

tienen como variables de diseño el tiempo de residencia, la profundidad del lecho y la

geometría del estanque. Para determinar el tiempo de residencia se parte de un modelo

cinético de primer orden, donde la magnitud de la constante de velocidad se estima a partir

de la ecuación 8.15 y la información del cuadro 8.4.

Cuadro 8.4 Valores característicos para los parámetros de diseño según el tipo de medio filtrante

Medio filtrante Permeabilidad del lecho

Carga orgánica

Constante de

velocidad a 20 °C

Arena media 0,42 420 1,84 Arena gruesa 0,39 480 1,35 Arena gravosa 0,35 500 0,86

Se emplea para el diseño arena gruesa y como temperatura mínima 23 °C. El valor de la

constante de velocidad a esta temperatura corresponde a:

8.13

Para estimar el tiempo de residencia ( ) se considera un valor inicial de DBO5,20 igual a 350

mg/L y que a la salida este valor se reduzca a 50 mg/L como factor de seguridad. En

consecuencia, el tiempo de residencia es de:

8.14

El área transversal requerida ( ) depende del caudal de entrada, las características del

lecho y la pendiente del canal, que en este caso será de un 1 %:

8.15

Se fija la profundidad ( ) del lecho en 0,50 m, el cual es un valor habitual para este tipo de

estructuras. El ancho ( ) necesario sería:

8.16

135

La longitud del canal ( ) está dada por la ecuación 8.19, como se muestra:

8.17

En consecuencia se requiere de un área superficial de 33,3 m2 aproximadamente

8.5 Calidad del efluente

Para la estimación de la calidad obtenida del efluente del sistema de tratamiento, se

consideró eficiencias obtenidas según estudios realizados por diversos autores, como

Metcalf & Eddy (1996) y Hernández (2005). Se muestra en el cuadro 8.5 las eficiencias

mínimas esperadas en cada etapa en cuanto a la remoción de DBO, DQO y SST.

Cuadro 8.5 Eficiencias mínimas de remoción para cada etapa de tratamiento (Hernández, 2005)

Etapa Remoción DBO Remoción DQO Remoción SST Pretratamiento (rejillas y desarenador) 5% 5% 5%

Tratamiento secundario (mezcla lenta y sedimentador) 80% 80% 70%

Humedal de flujo subsuperficial 60% 45% 50%

Cuadro 8.6 Calidad obtenida para el agua residual en cada etapa y a la salida del sistema de tratamiento

Etapa Valor DBO (mg/L)

Valor DQO (mg/L)

Valor SST (mg/L)

Valor inicial (afluente) 1 900 3 200 730 Pretratamiento (rejillas y desarenador) 1 805 3 040 693,5

Tratamiento secundario (mezcla lenta y sedimentador) 361 608 207

Humedal de flujo subsuperficial 144 334 104 Valor final (efluente) <50 <115 <25 Eficiencia global 90% 90% 90% En cuanto a los parámetros microbiológicos, se ha determinado, según la literatura

(Hernández, 2005), que la aplicación de cloro permite una eliminación del 98% de los

patógenos, por lo que se satisface con las calidades deseadas.

136

De esta forma, se estima que los valores finales del efluente satisfacen los límites

establecidos para aguas residuales de tipo especial por el reglamento de Vertido y Reúso de

Aguas Residuales (Decreto 33601- MINAE-S, publicado en La Gaceta del 19 de marzo de

2007). Por lo tanto el sistema propuesto es satisfactorio, considerando que los cálculos

empleados se refieren a las condiciones de carga máxima tanto en términos hidráulicos

como de contaminantes.

Se adjunta a este documento un diagrama de flujo del proceso, donde se toma como base de

cálculo los 6 000 L/d considerados para el dimensionamiento del sistema de tratamiento.

Dicho diagrama cumple con lo establecido en el Reglamento Interno para la confección y

trámite de planos, del Colegio de Ingenieros Químicos y Profesionales Afines.

137

Capítulo 9

Estimación de los costos y gastos de inversión para la construcción del sistema

propuesto

9.1 Introducción

Una vez dimensionado el sistema propuesto se estima el costo total preliminar en el que se

debe incurrir para construirlo. Como no se obtiene un valor agregado o un producto

aprovechable a partir del tratamiento aplicado, el análisis económico se basa en los costos y

gastos generales implicados en la construcción del mismo.

Se utilizará para el cálculo las dimensiones calculadas para el modelo descrito en el

capítulo anterior y se aplicarán los criterios concretos de los ingenieros de la empresa

interesada, complementados con recomendaciones y sugerencias encontradas en Ulrich

(2004) y Peters (2003).

La forma como se presenta la información permite que los cálculos aplicados sirvan como

referencia para futuros proyectos, ya que usualmente se tiene una buena estimación de la

inversión requerida a partir de un simple escalamiento o proporción de los valores unitarios

de cada ítem considerado.

9.2 Determinación de los costos y gastos implicados

Los ítems más importantes a considerar para la construcción del sistema lo comprenden los

materiales, mano de obra, gastos administrativos y cargas sociales.

9.2.1 Costos y gastos administrativos

En este rubro se consideran todos los recursos necesarios y erogaciones que deben

realizarse a nivel administrativo para ejecutar el desarrollo del proyecto.

138

Toma en cuenta los siguientes factores: salarios administrativos, gasto de servicio

telefónico, eléctrico e internet; trámites institucionales, servicio de supervisión, servicios

profesionales varios (geología, ingeniería civil), entre otros. Normalmente se considera para

este rubro un 7% sobre el costo de construcción de la obra, según experiencias previas.

9.2.2 Costos y gastos de construcción

En este caso se toma en cuenta todos los recursos e insumos que se requieren propiamente

para la construcción del sistema de tratamiento, entre ellos: materiales de construcción,

movimiento de tierra y acondicionamiento del lugar, transporte de materiales, mano de obra

directa, pólizas de riesgo de trabajo, cargas sociales, entre otros.

9.2.3 Otros gastos

Se refiere a otros tipos de costos y gastos no contemplados anteriormente y que varían

según la situación o pueden deberse a causas circunstanciales, por ejemplo: dificultad del

proyecto, necesidad de equipo especializado, imprevistos, etcétera.

A partir de la consideración de otros sistemas construidos se ha logrado calcular que los

costos por transporte de materiales y por imprevistos pueden representar un 3% y un 5%

del costo total de la construcción aproximadamente. No obstante, estos porcentajes pueden

variar según la situación y dependiendo del criterio del profesional responsable, por lo que

solo se mencionan como referencia.

Se especifica en el cuadro siguiente los materiales necesarios para la construcción de la

infraestructura, donde se considera la estructura principal que ocupa el sistema

fisicoquímico, el lecho de secado, el cabezal de desfogue, el humedal y la casetilla para el

operario. Los costos unitarios se tomaron a partir de cotizaciones solicitadas a distintos

distribuidores y proveedores locales.

139

Cuadro 9.1 Costos y gastos asociados a la construcción del sistema de tratamiento Insumo/recurso Unidad Costo unitario Cantidad Costo total

a. Movimiento de tierra hora ₡18 000 30,0 ₡540,000 b. Cimientos m3

1,87

Cemento sacos ₡6 050 14,0 ₡84 700 Arena m3 ₡11 000 1,20 ₡13 165 Piedra quinta m3 ₡10 800 1,5 ₡16 157 Varilla No. 4 varilla 6 m ₡3 100 116 ₡359 600 Alambre negro kg ₡900 16,0 ₡14 400 Lastre m3 ₡12 000 3,51 ₡42 120 c. Paredes m3

3,28

Cemento sacos ₡6 050 23 ₡139 150 Arena m3 ₡11 000 3,3 ₡36 080 Piedra quinta m3 ₡10 800 3,0 ₡31 882 Varilla No. 4 varilla 6 m ₡3 100 51 ₡158 100 Alambre negro kg ₡900 10,0 ₡9 000 Formaleta (0,30 m x 3,20 m) tabla ₡1 500 71 ₡106 500 Regla de 1 x 3 varas ₡500 212 ₡106 000 d. Lecho de secado m3 3,31

Cemento sacos ₡6 050 24 ₡145 200 Arena m3 ₡11 000 3,31 ₡36 410 Piedra quinta m3 ₡10 800 2,65 ₡28 598 Varilla No. 4 varilla 6 m ₡3 100 155 ₡480 500 Alambre negro kg ₡900 19,0 ₡17 100 Formaleta (0,30 m x 3,20 m) tabla ₡1 500 39 ₡58 500 Regla de 1 x 3 varas ₡500 91 ₡45 500 Tubo cuadrado 4 x 4 tubo 6 m ₡26 165 16 ₡418 640 Techo láminas ₡7 050 16 ₡112 800 Piedra bruta para el lecho m3 ₡16 000 2,0 ₡32 000 Arena para el lecho m3 ₡11 000 2,0 ₡22 000 Alcantarilla 12 in alcantarilla ₡6 040 16 ₡96 640 e. Casetilla m2 ₡45 000 35,50 ₡1 597 500

140

Cuadro 9.1 (continuación) Costos y gastos asociados a la construcción del sistema de tratamiento

Insumo/recurso Unidad Costo unitario Cantidad Costo total f. Bodega almacenamiento herramientas y materiales

₡850 000 1,0 ₡850 000

g. Malla perimetral m 66,0 Malla ciclón m ₡5 500 66,0 ₡363 000 Tubo galvanizado 2 1/2 in tubo 6 m ₡8 850 33,0 ₡292 050 Cemento sacos ₡6 050 10,0 ₡60 500 Arena m3 ₡11 000 0,92 ₡10 120 Piedra quinta m3 ₡10 800 1,15 ₡12 420 h. Humedal Piedra roja m3 ₡12 000 16,0 ₡192 000 Geomembrana HDPE m2 ₡3 500 83,0 ₡290 500

i. Cabezal de desfogue ₡150 000 1 ₡150 000 j. Otros Tubo 4 in PVC sanitario ₡12 370 4 ₡49 480 Codos 90 ° PVC 4 in ₡2 365 7 ₡16 555 Tees PVC 4 in ₡3 390 4 ₡13 560 Válvula de compuerta 4in ₡26 355 1 ₡26 355 Tuvo 2 in PVC sanitario ₡6 140 4 ₡24 560 Tubo 1 in PVC sanitario ₡3 360 3 ₡10 080 Codos 90 ° PVC 1 in ₡465 10 ₡4 650 Válvula de globo 1 in PVC ₡905 3 ₡2 715 Láminas fibrocemento lámina ₡20 425 3 ₡61 275 Parrillas en cajas ₡125 000 2 ₡250 000 Rejillas ₡45 000 2 ₡90 000 Piedra bruta para los filtros m3 ₡16 000 0,90 ₡14 400 Arena para los filtros m3 ₡11 000 0,75 ₡8 250 Carbón activo para el filtro m3 ₡25 000 0,30 ₡7 500 Vigueta cemento vigueta ₡8 000 8 ₡64 000 Pintura galón ₡26 000 10,0 ₡260 000 Anticorrosivo galón ₡31 855 8,0 ₡254 840 Plataforma para los tanques

₡109 865 2,0 ₡219 730 Lámina zinc liso lámina ₡4 540 2 ₡9 080 Costo total de materiales

₡8 355 862

141

El costo para la construcción de la casetilla y el cabezal de desfogue representan costos

fijos, ya que su tamaño no depende de las dimensiones del sistema de tratamiento.

En cuanto al costo de la bodega de almacenamiento y la casetilla, los costos estimados se

basan en información obtenida a partir de criterios de profesionales y técnicos afines. En el

caso de la bodega se considera una estructura cuyas dimensiones de largo : ancho : alto son

de 10 m : 2,5 m : 2,0 m, cerrada con láminas de zinc ondulado y una estructura hecha con

alfajillas y regla de 1 x 3. La casetilla corresponde a una estructura de 5 m de largo por 2 m

de ancho y 2,5 m de alto, la cual consta de un servicio sanitario de 3 m2 y otra área donde el

operario cuenta con espacio para realizar sus labores de monitoreo y manejo de bitácora.

8.2.3.1 Gastos más comunes para la construcción del sistema de tratamiento

Se incluye en esta lista los principales gastos implicados en la construcción de las distintas

estructuras.

Mano de obra: usualmente se necesita un maestro de obras, dos operarios y un peón.

Se estima un salario por hora de ₡ 3 200 para el maestro de obras, ₡ 1 600 para cada

operario y ₡ 1 000 para el peón. Se estima un periodo de 8 semanas, donde cada

semana comprende 50 horas de trabajo. Entonces el total de horas es de 400, mientras

que el costo en conjunto por hora es de ₡ 5 800, por lo que el costo por mano de obra

ronda los ₡ 2 320 000.

Cargas sociales: se considera un porcentaje del 42% sobre el costo de mano de obra,

distribuido de la siguiente manera: 20% destinado a los pagos realizados a la Caja

Costarricense de Seguro Social, 8,5% por concepto de cesantía, 11,5% por aguinaldos

y un 25% por concepto de vacaciones. Por tanto, se tiene un costo de ₡ 974 400.

Montaje de la malla electro soldada: el sistema debe estar cerrado por una malla para

evitar el ingreso de personas o animales al mismo. Se requiere colocar un perímetro de

66 m, el costo por instalación, por metro es de ₡ 12 000, donde se incluye la

colocación de los cimientos, la instalación de los postes y la soldadura de toda la

estructura, de manera que el costo total sería de ₡ 792 000.

142

Pintura: tanto las estructuras del sistema de tratamiento como la casetilla, la malla y

las distintas tuberías deben ir pintadas, no solo por protección y estética, sino también

por requisitos que solicita el Ministerio de Salud. Se estima un área a pintar de 332 m2,

donde se incluye la casetilla, la estructura metálica y el techo del lecho de secado y la

malla perimetral. El costo por metro cuadrado a pintar es ₡ 1 000 por lo que el costo

asociado a este rubro es de ₡ 332 000 aproximadamente.

Instalación de la geomembrana: se requiere de personal especializado para la

instalación del geosintético a utilizar para la impermeabilización del lecho para el

humedal. Estas labores incluyen la adecuación del suelo, la instalación de la

geomembrana y la soldadura de las mismas. El costo por metro cuadrado es de $ 5, por

lo que el monto estimado por este servicio es cercano a los ₡ 297 160.

Otros servicios: se incluye el trabajo de soldadura y la instalación del sistema eléctrico

en la casetilla. El costo por la instalación del sistema eléctrico por parte de un técnico

ronda los ₡ 170 000. En cuanto al servicio de soldadura, se toma en cuenta el trabajo

para el montaje de la estructura metálica del lecho de secado, la plataforma que

sostiene los tanques de 200 L y el techo de la casetilla. El costo se estima tomando

como base ₡ 8 000 por metro lineal de estructura que se deba ir soldando o uniendo. El

estimado para todas las estructuras mencionadas es de 35 m por lo que el costo

aproximado es de ₡280 000.

Los gastos por montaje de la malla electro soldada, la pintura y otros servicios como la

instalación del sistema eléctrico y la soldadura, se incluyen dentro del costo de mano de

obra, ya que normalmente se considera estas labores en el contrato que se establece.

Cuadro 9.2 Resumen de los gastos complementarios para la construcción del sistema de tratamiento propuesto

Servicio Costo total Costo mano de obra ₡ 2 320 000 Costo cargas sociales ₡ 974 000 Instalación de la geomembrana ₡ 209 160 Total gastos ₡3 503 560

143

Transporte de materiales: se debe considerar este servicio ya que constantemente se

debe estar aportando los materiales necesarios para ir realizando las obras. Sin

embargo, no es posible estimar el número de viajes necesarios, por lo que se establece

un valor del 3% sobre el total de gastos y costos totales contemplados en los cuadros

9.1 y 9.2, como una aproximación inicial al considerar este rubro.

Gastos administrativos: como ya se mencionó, en este rubro se toma en cuenta todos

los trámites implicados a nivel institucional y de oficina para realizar la construcción

del sistema de tratamiento. El monto se estima como un 7% sobre los costos y gastos

totales de los cuadros 9.1 y 9.2, o sea ₡ 830 160.

Cuadro 9.3 Resumen de costos y gastos para la construcción del sistema de tratamiento Servicio Costo total

Costo total de materiales ₡ 8 355 860 Costo total mano de obra ₡ 2 320 000 Costo total cargas sociales ₡ 974 400 Gasto por instalación de la geomembrana ₡ 209 160 Gastos administrativos ₡ 830 160 Costo total aproximado de la obra ₡ 12 700 000 Cabe destacar que las estimaciones realizadas para calcular el costo de la construcción del

sistema propuesto es simplemente una aproximación, basada en las características y

dimensiones propuestas para el ejemplo empleado. Dichos costos y gastos pueden variar

según las condiciones particulares de cada caso, pero sirven de referencia.

Dentro de los factores no contemplados están los costos por la tubería de entrada y de

salida al sistema. Sin embargo, se puede calcular fácilmente ese monto determinando la

longitud requerida y considerando el precio unitario de los tubos, que usualmente son de

cuatro pulgadas.

En ocasiones también se puede prescindir de la casetilla, ya que en algunos casos el sistema

está cercano a las instalaciones de la planta de proceso o ya existe una infraestructura que

puede emplearse para tal fin.

144

Por otro lado, las bases de cálculo para estimar el costo de ciertos servicios se basó en

estimaciones por periodo de tiempo o unidad de longitud o área, pero es usual que se

realicen contratos para este tipo de actividades, incluso para la contratación de la mano de

obra, por lo que se debe analizar adecuadamente estos factores in situ.

Muchos de los criterios para estimar los gastos por servicios se basan en consultas

realizadas a profesionales como arquitectos, ingenieros civiles, maestros de obras y

técnicos afines, por lo que este es un factor a tomar en cuenta, ya que depende de la

percepción subjetiva de cada involucrado.

145

Capítulo 10

Conclusiones y recomendaciones

10.1 Conclusiones

Una vez realizada la investigación anterior se puede concluir que:

La piña se ha convertido actualmente en un producto de gran incentivo económico para

el país, ocupando los primeros lugares entre los cultivos de exportación y generando

ingresos importantes. Sin embargo, alrededor de esta actividad económica se

encuentran problemas de distinta naturaleza, sean económicos como la repartición no

equitativa de las ganancias, problemas ecológicos como el serio impacto al ambiente

que se produce en las áreas destinadas al cultivo, o problemas de carácter social como

las malas condiciones laborales y las pérdidas de las tierras por parte de los

campesinos.

En el país se están desarrollando múltiples alternativas para el manejo adecuado y

sostenible de los distintos residuos generados a través de todo el proceso productivo de

la piña fresca para exportación, a partir de los cuales incluso se pueden obtener

productos aprovechables y comercializables. Se requiere de una mayor participación y

apoyo institucional y estatal para promover este tipo de iniciativas y así reducir el

impacto que se está generando producto de esta actividad.

Actualmente no existe algún tipo de regulación nacional sobre el límite máximo

permisible de triadimefón que puede estar presente en los cultivos, el suelo o el agua.

De igual manera, aún se está permitiendo el vertido del desecho de cera en los campos

en barbecho a pesar de que no se cumple con los valores solicitados en el Reglamento

de Vertido y Reúso de aguas residuales (Decreto No 33601 S-MINAE).

146

A partir de los resultados de los análisis resultados a distintas muestras de cera,

recolectadas en distintas empresas de la zona norte, se evidencia como este residuo

líquido posee un alto contenido de polución, donde usualmente se presentan valores

altos de demanda química de oxígeno, demanda bioquímica de oxígeno, grasas y

aceites, sólidos sedimentables y sólidos suspendidos totales; además de valores muy

bajos de pH. Estos parámetros presentan valores por encima de los límites máximos

permisibles establecidos en la tabla 4 y 6 del Reglamento de Vertido y Reúso de aguas

residuales (Decreto No 33601 S-MINAE).

A partir de la aplicación de la matriz de decisión, donde se consideró el criterio de

cinco profesionales con conocimiento en el tema, y tomando como referencia la

mediana de las calificaciones dadas para cada alternativa de tratamiento, se seleccionó

el proceso de coagulación-floculación como el apropiado para evaluar a nivel de

campo, al obtener el valor mediano más alto.

Se logró determinar que el pH de cera se puede ajustar mediante la adición de cal

preparada en una concentración de 10 g/L. La variación del pH con volúmenes

conocidos de cal se puede estimar a partir de la ecuación 7.1. Es posible ajustar el pH

con otras bases como el hidróxido de sodio o el carbonato de sodio, no obstante, se

emplea cal usualmente debido a su menor costo y mayor accesibilidad y

disponibilidad.

Según los resultados mostrados en el cuadro 7.1 se concluye que el efecto del cambio

de la concentración de sulfato de aluminio de 20 ppm a 150 ppm produce un aumento

en el volumen de flóculo obtenido en 7,75 unidades. También se determina que un

incremento en el pH inicial de la cera de 7 a 11 produce un incremento en el volumen

de floculo obtenido en 7,25 unidades.

147

De igual forma, considerando los resultados mostrados en el cuadro 7.2 se observa

como la concentración del coagulante y el pH inicial de la cera producen efectos

significativos en el volumen de flóculo obtenido. En este caso, el efecto del cambio de

la concentración de sulfato de hierro II de 20 ppm a 150 ppm produce un aumento en el

volumen de flóculo obtenido en 4,88 unidades, mientras que el cambio en el pH inicial

de la cera de 7 a 11 produce un incremento en el volumen de floculo obtenido en 4,38

unidades.

La presencia de la enzima comercial no produjo un resultado apreciable en los

resultados obtenidos durante la ejecución del diseño factorial. Aunque en la ficha

técnica se especifica las condiciones de operación a las cuales podría ser susceptible el

producto, no se daban las mismas en el experimento, no obstante es posible que

situaciones específicas del sistema hayan generado interferencias en el rendimiento de

este producto.

Se logra determinar a partir de los ensayos en el laboratorio que la dosis óptima de

floculante para las condiciones de operación establecidas es de 350 mg/L para el

sulfato de hierro II y de 400 mg/L para el sulfato de aluminio. Estos valores se eligen

debido a que corresponden a las condiciones en las que se formó más cantidad de

flóculo y con mayor tamaño.

Mientras se realizó las corridas en la planta piloto se observa como la formación de

flóculo se concentra en la zona de mezcla lenta, pero el flóculo más pequeño se

mantiene hasta el final del sedimentador, por lo que se decidió ampliar la longitud del

sedimentador en el diseño propuesto con el propósito de proveer un mayor tiempo de

residencia y así mejorar la remoción de flóculo en esta etapa.

Durante las corridas en la planta piloto se logró determinar que el contenido de lodos

formados representa un 18% del volumen de agua residual que fue sometida al

148

tratamiento fisicoquímico. Por tanto, se debe considerar este porcentaje para el

dimensionamiento del lecho de secado, según la periodicidad con que se realice la

evacuación de los lodos.

Según los resultados obtenidos, se tienen buenos porcentajes de remoción para los

parámetros fisicoquímicos más relevantes, donde se obtiene una remoción del 88,7%

para la demanda química de oxígeno, 85,3% para la demanda bioquímica de oxígeno y

un 81,1 % para las grasas y aceites al emplear sulfato de aluminio.

Mientras que al utilizar el sulfato de hierro II los rendimientos para la remoción de la

demanda química de oxígeno fue de 80,3 %, para la demanda bioquímica de oxígeno

este valor es del 80,5 %, mientras que la remoción de grasas y aceites fue de un 84,9%.

Se observa además que el sulfato de hierro es un coagulante más efectivo para la

reducción en la concentración de todo tipo de sólidos presentes en la cera.

La concentración inicial de triadimefón en la cera fue de 12,5 mg/L. Su remoción

presentó mejores resultados con la aplicación de sulfato de hierro II, donde se obtuvo

un valor final de 4,8 mg/L, mientras que para el sulfato de aluminio este valor fue de

9,0 mg/L, superior a los 5,0 mg/L establecidos en el código alimentario. Estos valores

pueden mejorarse aplicando el lecho de carbón activo propuesto.

El parámetro sobre el cual se debe trabajar más es el de grasas y aceites, ya que a pesar

de obtener rendimientos mayores al 80% en ambos casos, el valor final obtenido está

muy por encima del límite de 30 mg/L. En consecuencia propone complementar el

tratamiento fisicoquímico con un humedal subsuperficial, con el cual además se pueda

reducir el contenido de demanda bioquímica de oxígeno y el contenido de sólidos.

En cuanto al análisis microbiológico, se pudo constatar que el contenido inicial está por

debajo del límite permisible y al final del tratamiento se encuentra una concentración

149

de 1 NMP/100 mL, por lo que este parámetro cumple satisfactoriamente aún antes del

tratamiento. Aún así, es prudente disponer en el sistema propuesto de un tanque para

dosificación de cloro, por previsión, en caso de que puedan presentarse inconvenientes

en este aspecto.

A pesar de que los rendimientos obtenidos para ambos coagulantes fueron similares, a

nivel operativo se logró observar como el uso de sulfato de aluminio presenta mejores

condiciones, ya que el control del pH se lograba con mayor facilidad a diferencia del

sulfato de hierro II, donde habían fluctuaciones considerables (ver cuadros A.14 y

A.15). De esta manera se lo logró mantener el pH cercano a 6,5 para el caso del

sulfato de aluminio, el cual representa el valor óptimo, mientras que el pH se mantuvo

muy básico la mayoría del tiempo para el caso del sulfato de hierro II. Otro factor

importante a considerar son las características organolépticas del efluente, donde para

el caso del sulfato de aluminio el agua presenta un color claro y poco turbio, en

contraste con el sulfato de hierro, donde el agua se torna verde.

Se propone como sistema de tratamiento un proceso fisicoquímico conformado por un

canal de desbaste, una zona de mezcla rápida (coagulación), una zona de mezcla lenta

(floculación) y un sedimentador. Posteriormente se complementa con un filtro de arena

de flujo ascendente, seguido de un lecho de carbón activado, un humedal de flujo

subsuperficial y una caja de registro, además de un lecho para el secado de los lodos.

Básicamente el sistema consta de obra gris y se construye habitualmente bajo nivel de

suelo, de manera tal que funcione por gravedad. La preparación de las distintas

disoluciones se realiza manualmente. Todo esto permite que la operación del sistema

sea sencilla y los costos de operación y mantenimiento sean mínimos.

No se descarta la posibilidad de que el sistema se construya sobre nivel de suelo, pero

este arreglo implica mayores costos de inversión debido a que se deben realizar

150

modificaciones por la presión hidrostática que debe soportar la estructura. Además, se

deben considerar costos adicionales por la necesidad de bombeo para desplazar el agua

desde las pilas de lavado hasta el sistema de tratamiento.

A partir de las estimaciones realizadas se tiene como costo aproximado para la

construcción del sistema propuesto un monto de ₡ 12 700 000, distribuido

porcentualmente en los siguientes rubros: materiales 65,8%, mano de obra directa

18,3%, cargas sociales 7,7%, gastos administrativos 6,5% y otros servicios 1,6%.

Este cálculo es simplemente una estimación, basada en las características y

dimensiones propuestas para el ejemplo empleado. Dichos costos y gastos pueden

variar según las condiciones particulares de cada caso, pero sirven de referencia para

posibles proyectos futuros.

10.2 Recomendaciones

Con base en las conclusiones y en los resultados que se señalaron se recomienda lo

siguiente:

Se recomienda durante la ejecución de la metodología propuesta realizar una curva de

calibración cada vez que se vaya a utilizar la bomba, ya que en cada uso pueden variar

las condiciones de operación, afectando los resultados obtenidos.

Se debe realizar una caracterización fisicoquímica de la cera antes de definir o

dimensionar el sistema de tratamiento a aplicar, ya que las características de este

residuo pueden variar de un sitio a otro. Sin embargo, se puede tomar como referencia

los resultados obtenidos bajo las condiciones dadas.

151

Antes de la construcción de cualquier sistema de tratamiento se debe cumplir con todos

los requisitos solicitados en el Reglamento para la aprobación y operación de sistemas

de tratamiento para aguas residuales (Decreto No. 31545 S-MINAE), donde se incluye

el trámite para el permiso de ubicación, De igual importancia es cumplir con los

acotamientos sobre los retiros que se deben mantener respecto a cuerpos de agua

(según alineamiento del INVU), carreteras nacionales (según alineamiento del MOPT),

pozos (artículo 21 del reglamento) y linderos de la propiedad que lo contiene (cuadro 1

del reglamento).

No se debe descartar el sulfato de hierro II como posible floculante a aplicar por

distintas razones: los resultados obtenidos se vieron afectados por los problemas

operativos presentados durante las corridas en la planta piloto, además los valores

obtenidos son cercanos a los rendimientos del sulfato de aluminio y por otro lado, el

costo de este insumo es similar al del otro floculante. Sin embargo, según los

resultados obtenidos se da preferencia al sulfato de aluminio, por su mayor facilidad de

uso durante su preparación y utilización, además de las características organolépticas

que se perciben del efluente.

152

Capítulo 11

Nomenclatura

Cuadro 11.1 Notación utilizada en las ecuaciones y relaciones utilizadas Símbolo Unidad

Área superficial, área transversal , Concentración de la muestra o de un parámetro Error estándar de los efectos analizados - Energía libre superficial Coeficiente de correlación - Radio hidráulico Varianza de cada una de las corridas - Pendiente del canal - Stroke de la bomba peristáltica % Volumen de la muestra Caudal Ancho de una estructura Aceleración gravitacional Diámetro de las gotas Número de corridas experimentales - Coeficiente de forma - Altura, profundidad Longitud de una estructura Factor de fricción - Factor de Manning - Número de repeticiones - Varianza experimental - Tiempo Velocidad de separación de las fases, velocidad Grados de libertad para el estadístico - Tensión superficial Viscosidad dinámica Densidad de la fase Densidad específica -

Subíndices: Se refiere a la arena Se refiere a la fase continua

Se refiere al desecho de cera Se refiere a la lechada de cal

153

Cuadro 11.1 (continuación) Notación utilizada en las ecuaciones y relaciones utilizadas Subíndices:

Se refiere a la velocidad de desplazamiento Se refiere a una condición final Se refiere a la velocidad horizontal Se refiere a una condición inicial Se refiere a un valor promedio Se refiere a la velocidad de sedimentación y al área superficial Se refiere al estadístico de la distribución t de Student Se refiere a la zona de transición Se refiere a una variable de respuesta cualquiera Se refiere a un primer valor de una variable Se refiere a un segundo valor de una variable

Superíndices: Se refiere al valor cuadrado de un número

154

Capítulo 12

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Apéndices

164

A. Datos Experimentales

Cuadro A.1 Cuadro de constantes químicas y físicas de las especies involucradas (Lide, 2006)

Nombre Fórmula molecular

Peso molecular

(g/mol)

Solubilidad en agua

(g/100 mL H2O)

Densidad (g/mL)

Sulfato de aluminio Al2(SO4)3 x 14 H2O 612,429 38,5 25

1,69

Sulfato de hierro (II) FeSO4 x 7 H2O 278,015 29,5 25 1,895 Hidróxido de calcio Ca(OH)2 74,093 0,16 20 2,2 Hidróxido de hierro

(II) Fe(OH)2 89,860 kps = 1,6 x 10-14 3,4

Hidróxido de aluminio Al(OH)3 78,004 kps = 1,8 x 10-33 2,42 Sulfato de calcio CaSO4 136,141 0,205 25 2,96 Óxido de calcio CaO 56,077 reacciona 3,34

Cuadro A.2 Variación del pH de la cera con la adición de lechada de cal

Corrida 1 Corrida 2 Corrida 3 Corrida 4 Volumen

de cal (mL)

pH de la cera

Volumen de cal (mL)

pH de la cera

Volumen de cal (mL)

pH de la cera

Volumen de cal (mL)

pH de la cera

0 4,66 0 4,86 0 4,95 0 4,92 3 5,13 3 5,35 3 5,49 3 5,46 6 5,81 6 6,09 6 6,15 6 6,17 9 6,32 9 6,43 9 6,46 9 6,49

12 6,46 12 6,66 12 6,69 12 6,68 15 6,71 15 6,89 15 6,92 15 6,88 18 7,03 18 7,16 18 7,19 18 7,14 21 7,39 21 7,17 21 7,86 21 7,58 24 8,62 24 9,24 24 9,42 24 9,24 27 9,61 27 10,09 27 10,18 27 10,01 30 10,24 30 10,68 30 10,76 30 10,59 33 10,79 33 11,06 33 11,12 33 10,98 36 11,16 36 11,28 36 11,35 36 11,22 38 11,37 38 11,42 38 11,49 38 11,39 40 11,49 40 11,54 40 11,58 40 11,57

165

Cuadro A.3 Volumen de flóculo obtenido durante la aplicación del diseño factorial, para muestras de cera tratadas con sulfato de aluminio

Concentración del coagulante

(ppm)

Presencia de

enzimas

pH inicial de la cera

Corrida 1 Corrida 2 Volumen de flóculo

(mL) pH final

Volumen de flóculo

(mL) pH final

- - - 6 (2) 6,7 9 (15) 6,9 + - - 12 (5) 4,2 15 (14) 4,5 - + - 8 (4) 6,7 7 (12) 6,7 + + - 11 (7) 4,2 16 (10) 4,3 - - + 13 (3) 7,3 9 (13) 6,3 + - + 18 (8) 4,7 29 (16) 4,7 - + + 16 (1) 6,8 14 (9) 6,6 + + + 24 (6) 4,5 19 (11) 4,4

Cuadro A.4 Volumen de flóculo obtenido durante la aplicación del diseño factorial, para muestras de cera tratadas con sulfato de hierro II

Concentración del coagulante

(ppm)

Presencia de

enzimas

pH inicial de la cera

Corrida 1 Corrida 2 Volumen de flóculo

(mL) pH final

Volumen de flóculo

(mL) pH final

- - - 10 (5) 9,0 12 (14) 9,2 + - - 13 (7) 7,2 16 (9) 6,8 - + - 14 (8) 9,1 12 (16) 9,2 + + - 11 (6) 7,0 12 (11) 7,3 - - + 10 (2) 9,9 15 (15) 9,6 + - + 19 (4) 7,8 23 (12) 7,6 - + + 14 (3) 9,9 11 (13) 9,3 + + + 16 (1) 7,7 27 (10) 7,5

Cuadro A.5 Volumen promedio de flóculo obtenido mediante la aplicación del diseño factorial, empleando sulfato de aluminio como coagulante

Concentración de coagulante

(ppm)

Concentración de la enzima

(ppm)

pH inicial de la cera

Volumen promedio de flóculo (mL)

Varianza

20 0 7 7,5 4,5 150 0 7 13,5 2,1 20 10 7 7,5 0,7 150 10 7 13,5 3,5 20 0 11 11,0 2,8 150 0 11 23,5 7,8

166

Cuadro A.5 (continuación) Volumen promedio de flóculo obtenido mediante la aplicación del diseño factorial, empleando sulfato de aluminio como coagulante

Concentración de coagulante

(ppm)

Concentración de la enzima

(ppm)

pH inicial de la cera

Volumen promedio de flóculo (mL)

Varianza

20 10 11 15,0 1,4 150 10 11 21,5 3,5

Cuadro A.6 Volumen promedio de flóculo obtenido mediante la aplicación del diseño factorial, empleando sulfato de hierro II como coagulante

Concentración de coagulante

(ppm)

Concentración de la enzima

(ppm)

pH inicial de la cera

Volumen promedio de flóculo (ml)

Varianza

20 0 7 11,0 2,0 150 0 7 14,5 4,5 20 10 7 13,0 2,0 150 10 7 11,5 0,5 20 0 11 12,5 12,5 150 0 11 21,0 8,0 20 10 11 12,5 4,5 150 10 11 21,5 60,5

Cuadro A.7 Error estándar de los efectos analizados en el diseño factorial

Factor Valor

Sulfato de aluminio Sulfato de hierro II Varianza experimental 3,30 11,81 Valor de t student para 95% de confianza 2,306 2,306 Grados de libertad 8 8 Error estándar 2,09 3,95 Cuadro A.8 Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de hierro II

Dosis coagulante

(mg/L)

Volumen de flóculo

(mL) pH final Observaciones

150 0 10,6 Se forma poco flóculo y no hay sedimentación. El agua se torna amarilla por la oxidación del hierro.

200 90 10,6 Se forma una capa sobrenadante con flóculo pequeño. En la superficie se observa color amarillo por oxidación del hierro.

250 70 10,6 Se forma sedimento, pero el agua permanece turbia.

167

Cuadro A.8 (continuación) Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de hierro II

Dosis coagulante

(mg/L)

Volumen de flóculo

(mL) pH final Observaciones

300 100 10,5 Se forma capa sobrenadante con flóculo más grande y el agua continúa turbia.

350 125 9,9 La capa sobrenadante es mayor y se incrementa el tamaño del flóculo.

400 - 8,3 Hay flóculo a través de todo el volumen de la muestra, pero no se da una separación clara. Podría deberse al descenso en el pH por debajo de 9 que es el valor óptimo.

450 0 8,3 No hay formación de flóculo. El agua se torna verde y precipita debido a la alta concentración de coagulante.

500 0 8,2 No hay formación de flóculo. El agua se torna verde y precipita debido a la alta concentración de coagulante.

Cuadro A.9 Volumen de flóculo formado con la aplicación de distintas dosificaciones de sulfato de aluminio

Dosis coagulante

(mg/L)

Volumen de flóculo

(mL) pH final Observaciones

150 42 9,1 Se forma flóculo muy pequeño y difícil de filtrar, el cual sedimenta. El agua se mantiene turbia.

200 50 8,2 Se forma flóculo muy pequeño y difícil de filtrar, el cual sedimenta. El agua se mantiene turbia.

250 - 7,5 Se forma flóculo a través de todo el volumen de muestra y el agua se mantiene turbia.

300 - 7,0 Se forma flóculo a través de todo el volumen de muestra y el agua se mantiene turbia.

350 - 6,5 Se forma flóculo a través de todo el volumen de muestra y el agua se mantiene turbia.

400 65 6,3 Sedimenta un flóculo más denso y compacto. No obstante, el agua continúa turbia.

450 0 6,2 No hay formación de flóculo. 500 0 5,8 No hay formación de flóculo.

168

Cuadro A.10 Caudal aportado por la bomba peristáltica en función del porcentaje de stroke y el porcentaje de velocidad de dosificación

% Speed % Stroke % Stroke x

% Speed Volumen

(L) Tiempo

(s) Caudal

(L/s) Caudal (L/min)

10 500 0,2 47,83 0,0042 0,25

50 30 1 500 0,2 36,84 0,0054 0,33 50 2 500 0,2 26,34 0,0076 0,46

10 600 0,2 43,01 0,0047 0,28

60 30 1 800 0,2 28,24 0,0071 0,42 50 3 000 0,2 23,97 0,0083 0,50

10 700 0,2 35,98 0,0056 0,33

70 30 2 100 0,2 25,72 0,0078 0,47 50 3 500 0,2 19,87 0,0101 0,60

10 800 0,2 31,86 0,0063 0,38

80 30 2 400 0,2 22,68 0,0088 0,53 50 4 000 0,2 17,16 0,0117 0,70

10 900 0,2 29,34 0,0068 0,41

90 30 2 700 0,2 19,30 0,0104 0,62 50 4 500 0,2 15,06 0,0133 0,80

10 1 000 0,2 27,22 0,0073 0,44

100 30 3 000 0,2 18,32 0,0109 0,66 50 5 000 0,2 14,14 0,0141 0,85

100 100 10 000 0,4 20,10 0,0199 1,19 Cuadro A.11 Porcentaje de reducción de los distintos parámetros analizados durante las pruebas en la planta piloto, para las corridas realizadas con sulfato de aluminio

Parámetro Valor inicial Valor final Porcentaje de

remoción Sólidos totales (mg/L) 2 000 1 412 29,4% Sólidos disueltos (mg/L) 1 720 1 244 27,7% Sólidos suspendidos totales (mg/L) 280 168 40,0% Sólidos sedimentables (mL/L) 8 5,5 31,2% Demanda química de oxígeno (mg/L) 3 200 360 88,7% Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L) 1 900 280 85,3% Grasas y aceites (mg/L) 730 138 81,1% Sustancias activas al azul de metileno (mg/L) 5,5 1,1 80,0%

Triadimefón (mg/L) 12,5 9,0 28,0%

169

Cuadro A.12 Porcentaje de reducción de los distintos parámetros analizados durante las pruebas en el prototipo, para las corridas realizadas con sulfato de hierro II

Parámetro Valor inicial Valor final Porcentaje de remoción

Sólidos totales (mg/L) 2 000 996 50,2% Sólidos disueltos (mg/L) 1 720 808 53,0% Sólidos suspendidos totales (mg/L) 280 188 32,8% Sólidos sedimentables (mL/L) 8 5 60,0% Demanda química de oxígeno (mg/L) 3 200 632 80,3% Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L) 1 900 370 80,5% Grasas y aceites (mg/L) 730 110 84,9% Sustancias activas al azul de metileno (mg/L)

5,5 1,7 69,1%

Triadimefón (mg/L) 12,5 4,8 61,6% Cuadro A.13 Datos para la estimación del caudal de los recipientes del prototipo

Recipiente 1 Recipiente 2 Recipiente 3 Volumen

(mL) Tiempo de

vaciado (s)

Volumen (mL)

Tiempo de vaciado

(s)

Volumen (mL)

Tiempo de vaciado

(s) 0,377 253,47 0,377 237,36 0,293 262,99 0,377 276,99 0,377 255,99 0,293 267,99 0,377 264,19 0,377 236,73 0,293 268,68

Cuadro A.14 Monitoreo del pH en el sistema durante la corrida con sulfato de aluminio en el prototipo

Tiempo (min) pH entrada pH mezcla lenta pH sedimentador

pH salida

15 10,75 8,79 8,23 6,54 30 10,29 9,89 7,79 7,16 45 8,64 6,49 6,32 6,21 60 10,51 6,79 6,68 6,34

Cuadro A.15 Monitoreo del pH en el sistema durante la corrida con sulfato de hierro II en el prototipo

Tiempo (min) pH entrada pH mezcla lenta pH

sedimentador pH salida

15 10,66 9,52 11,22 10,15 30 7,37 7,47 10,61 10,41 45 7,19 6,91 6,96 7,04 60 9,62 10,72 9,75 9,43

170

B. Muestra de cálculo

B.1 Cálculo del flujo aportado por la bomba peristáltica

Se utiliza la siguiente ecuación:

B.1

Se toman los datos del cuadro A10, columnas 3 y 4, filas 2 a 20. Por ejemplo, para el primer flujo volumétrico:

Se muestra el resultado en la columna 5, filas 2 a 20 del cuadro A10. B.2 Cálculo del volumen promedio de flóculo obtenido durante la aplicación del

diseño factorial

Se utiliza la siguiente ecuación:

B.2

Se toman los datos del cuadro A4, columnas 4 y 6, filas 2 a 9. Por ejemplo, para el volumen de flóculo obtenido en el último ensayo:

Se muestra el resultado en la columna 4, filas 2 a 9 del cuadro A6. El mismo procedimiento se aplica para obtener los valores mostrados en la columna 4 del cuadro A5, empleando los datos del cuadro A3, columnas 4 y 6, filas 2 a 9. B.3 Cálculo de las varianzas individuales

Se utiliza la siguiente ecuación:

B.3

171

Se toman los datos del cuadro A4, columnas 4 y 6, filas 2 a 9; junto con los datos del cuadro A6, columna 4, filas 2 a 9. Por ejemplo, para el volumen de flóculo obtenido en el último ensayo:

Se muestra el resultado en la columna 5, filas 2 a 9 del cuadro A6. El mismo procedimiento se aplica para obtener los valores mostrados en la columna 5, filas 2 a 9 del cuadro A5, empleando los datos del cuadro A3, columnas 4 y 6, filas 2 a 9; junto con los datos del cuadro A5, columna 4, filas 2 a 9.

B.4 Cálculo de la varianza experimental

Se utiliza la siguiente ecuación:

B.4

Se toman los datos del cuadro A5, columna 5, filas 2 a 9.

Se muestra el resultado en la columna 2, fila 2 del cuadro A7. El mismo procedimiento se aplica para obtener los valores mostrados en la columna 3, fila 2 del cuadro A7, empleando los datos del cuadro A6, columna 5, filas 2 a 9.

B.5 Cálculo de los grados de libertad

Se utiliza la siguiente ecuación:

B.5

Para ambos casos corresponde a:

Se muestra el resultado en las columnas 2 y 3, fila 4 del cuadro A7.

172

B.6 Cálculo del error estándar

Se utiliza la siguiente ecuación:

B.6

Se toman los datos del cuadro A7, columna 2, filas 2 y 3. Además es el estadístico de la distribución de t de Student para un 5% de significancia y 8 grados de libertad.

Se muestra el resultado en la columna 2, fila 5 del cuadro A7. El mismo procedimiento se aplica para obtener el valor mostrado en la columna 3, fila 5 del cuadro A7, empleando los datos de la columna 3, filas 2 y 3 de ese mismo cuadro.

B.7 Cálculo del porcentaje de reducción de los distintos parámetros fisicoquímicos

analizados

Se utiliza la siguiente ecuación:

B.7

Se toman los datos del cuadro A11, columnas 2 y 3, filas 2 a 11. Por ejemplo, para el porcentaje de reducción de las grasas y aceites:

Se muestra el resultado en la columna 4, filas 2 a 11 del cuadro A11. El mismo procedimiento se aplica para obtener los valores mostrados en la columna 5, filas 2 a 11 del cuadro A12, empleando los datos de las columnas 2 y 3, filas 2 a 11 de ese mismo cuadro.

Anexos

Diagrama de la planta piloto empleada durante las corridas experimentales

20cm

6cm 4cm

3,5cm

3cm

2cm3cm

3cm

3cm2,5cm

2cm2cm

2cm

20cm

2cm

2cm 2cm 2cm 2cm 2cm 2cm 3cm

6cm

AB C

A' B'C'

VISTA SUPERIOR

16,5cm

4cm

6cm

11,5cm

2,5cm

3cm3cm2cm2cm 2cm

0,5cm

20cm

1cm

6cm

0,5cm

2cm 2cm 2cm 2cm 2cm 2cm 2cm 3cm

12,5cm

VISTA LATERAL

11,5cm

17cm

16,5cm

4cm

3cm

13,5cm 3,5cm

2cm

17cm

20cm

11,5cm

12,5cm 12,5cm

20cm

1cm

5cm

1cm

5cm8cm

CORTE A-A

CORTE B-B

CORTE C-C

9,5cm

8cm

12,5cm

20cm

1cm

1,5cm2,5cm

20cm

1,5cm

4cm

1cm

3cm

8,5cm

10,5cm

2,5cm

VISTA FRONTAL

VISTA SUPERIOR

VISTA LATERAL

1,5cm2,5cm

20cm

1,5cm

4cm

3cm

8,5cm

10cm

2,5cm

VISTA FRONTAL

VISTA SUPERIOR

VISTA LATERAL

1,5cm

1,5cm

1,5cm

4cm

8,5cm

9,5cm

VISTA SUPERIOR

VISTA LATERAL

2cm

2,5cm

20cm

VISTA FRONTAL

2,5cm

3cm

DETALLE 1DETALLE 2

DETALLE 3

DETALLE 4

DETALLE 5

DETALLE 6

Resultado del análisis fisicoquímico realizado para la muestra de cera tomada en la

empresa de Santa Rosa de San Carlos

. '"'ºª'º Qq ~~/\~. ~ ~ Tels.: 2286-1168 / 2226-4462 • Fax: (506) 2226-4462 • Apartado: 877-1011 San José, Costa Rica

lAMBDA e-mai l: Jambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

RESULTADO DE ANALISIS # 264,233

---RESULTADO DE ANALISIS QUIMICO---

FECHA: 1 1 DE SETIEMBRE DE 20 12. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL.

ATENCION: Ing. BENHIL SANCHEZ.

(~ . Laboratorio de ensayo : Alcance de Acreditación Nº l.E-002 : Acreditado a partir de: 16.04.1997

Alcance disponible en www.oca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: PROVIDENCIA PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE PLANTA DE TRATAMIENTO FECHA: 29/08/20 12 HORA: 14: 30 - 16: 30 TIPO DE MUESTRA: COMPUESTA (5 MUESTRAS, 2 HORAS) UBICACIÓN: SANTA ROSA, SAN CARLOS TEMPERATURA: 31ºC, RECIBlDA POR EL LABORATORIO LAMBDA EL DIA 3 DE SETIEMBRE DE 2012.

ANALISIS: RESULTADO PROMEDIO

pH* ..................................................................................................... 7,26 ± 0,04 SOLIDOS TOTALES* ................................................................ (1 928 ± 9) mg/L SOLIDOS DISUELTOS** ........................ ................. ........ ........ ... (1 560 ± 9) mg/L SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES* .................................... (368 ± 6) mg/L SOLIDOS SEDIMENTABLES* .................................................. (5,5 ± 0,5) ml/L DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)* ..................... (3 670 ± 70) mg/L DEMANDA BIOQUlMICA DE OXIGENO (DB05)* ............. (1 650 ± 60) mg/L GRASAS Y ACEITES* ............................................................... (520 ± 10) mg/L SUST ANCTAS ACTIVAS AL AZUL DE METTLENO (SAAM)* .............................................. (3,8 ± 0,1) mg/L

OBSERV ACTONES:

**ENSAYO NO ACREDITADO * ENSAYO ACREDITADO VER ALCANCE DE ACREDITACION DEL LABORATORIO LAMBDA EN LA DIRECCION ELECTRONICA: www.eca.or.cr. PROCEDIMIENTOS UNICAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMTNATION OF WATER ANO W ASTEW ATER 21 st 2005. MUESTRA CODIGO LAMBDA: !46IK-2.

ALBERTO A. COTO GRIJ N.I. CQCR 986

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis validos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

Resultado del análisis fisicoquímico realizado para la muestra de cera tomada en la

empresa de Upala

l-'\ \\RIO ql/. ~~- /\. ·~ ; L '- ~ Tels.: 2286-1168 / 2226-4462 • Fax: (506) 2226-4462 • Apartado: 877-1011 San José, Costa Rica

LAMBDA e-mail : lambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

RESULTADO DE ANALISIS # 264,232

---RESULTADO DE ANALISIS QUIMICO---

FECHA: 11 DE SETIEMBRE DE 2012. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL.

ATENCION: Ing . BENHlL SANCHEZ.

(.-'"""'-•.._ \ ECA

~ • Laboratorio de ensayo ,

: Alcance de Acreditación Nº LE-002 : ; Acreditado a partir de: 16.04.1997 : ' Alcance disponible en .'

www.eca.or.c r ······ · ·· -··· -

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: AGRICOLA DEL VALLE PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE PLANTA DE TRATAMIENTO FECHA: 29/08/201 2 HORA: 10: 00 -12: 00 TIPO DE MUESTRA: COMPUESTA (5 MUESTRAS, 2 HORAS) UBICACIÓN: UPALA TEMPERATURA: 31°C, RECIBIDA POR EL LABORATORIO LAMBDA EL DI.A. 3 DE SETIEMBRE DE 2012.

ANALISIS: RESULTADO PROMEDIO

pH* .......•...................................•......................................................... 6,44 ± 0,04 SOLIDOS TOTALES* •.............•.................................................. (956 ± 9) mg/L SOLIDOS DISUELTOS** ............ ....... .. ........... ...... ........................ (596 ± 9) mg/L SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES* .................................... (360 ± 6) mg/L SOLIDOS SEDIMENTABLES* ..................•....................•.......... (4,0 ± 0,2) ml/L DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)* ..................... (1 280 ± 25) mg/L DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DB05)* ....•....•.... (540 ± 20) mg/L GRASAS Y ACEITES* ................................................•............... (210 ± 4) mg/L SUSTANCIAS ACTIVAS AL AZUL DE ME TI LEN O (SAAM)* ............................................ (0,38 ± 0,03) mg/L

OBSERVACIONES:

**ENSAYO NO ACREDITADO *ENSAYO ACREDITADO VER ALCANCE DE ACREDIT ACION DEL LABORA TORIO LAMBDA EN LA DIRECCION ELECTRONJCA: www.eca.or.cr. PROCEDIMIENTOS UNICAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER ANO W ASTEW ATER 21st2005. MUESTRA CODIGO LAMBDA: 1461K-l.

ALBERTO A. COTO GRUA N.I. CQCR 986

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis val idos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

Ficha técnica del sulfato de hierro II

COLOMBIA

01150912

Ficha técnica del sulfato de aluminio

PANAMA

281212

Ficha técnica de la enzima comercial

Tel: (506)2474-2292/ (506)2474-1512

Aguas Zarcas, San Carlos, Alajuela, Costa Rica

e-mail: info@bioeco.co.cr

www.bioeco.co.cr

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FICHA TÉCNICA

BIOECO – DESENGRASANTE NATURAL

NOMBRE COMUN: BIOECO – DESENGRASANTE NATURAL

DESCRIPCION: Enzimas hidrolíticas especializados en la

descomposición de amplio rango de grasas y

aceites.

INGREDIENTE ACTIVO: Lipasas, proteasas, hemicelulasas, lactasas y

esterasas

GENERALIDADES:

BIOECO-DESENGRASANTE NATURAL es un producto con alto contenido de

enzimas que tienen por finalidad la reducción y degradación de todo tipo de

grasas y aceites, carbohidratos y proteínas.

Es un producto 100% natural, biodegradable, no tóxico y libre de químicos

MODO DE ACCIÓN

BIOECO-DESENGRASANTE NATURAL está diseñado para romper acumulaciones

que ocurren en las trampas de grasas, los cuales son sistemas que retienen las

grasas y aceites provenientes de las aguas residuales. Estas grasas se van

sedimentando en las trampas y con el tiempo impiden el flujo del agua de las

Tel: (506)2474-2292/ (506)2474-1512

Aguas Zarcas, San Carlos, Alajuela, Costa Rica

e-mail: info@bioeco.co.cr

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tuberías. Al aplicar BIOECO-DESENGRASANTE NATURAL, estos actúan sobre las

grasas y aceites, cambiando su estructura hasta que se logran solubilizar en el

agua, logrando despejar todo el sistema.

Las enzimas presentes en BIOECO-DESENGRASANTE NATURAL, digieren las grasas

presentes en el agua de trampas de grasa o de aguas residuales,

transformándolas en sólidos disueltos. También degradan sólidos biodegradables

altos en grasa, como lodos lácteos. Facilitan las reacciones químicas que

transforman las macromoléculas presentes en los efluentes en compuestos más

simples, menos contaminantes y con bajo impacto ambiental.

USO:

Aguas residuales altas en grasa

Trampas de grasa

Materiales sólidos altos en grasa (lodos lácteos)

Superficies grasosas

VENTAJAS:

• Está diseñado para degradar las grasas y aceites que se encuentran en las

tuberías y trampas de grasas de casas, restaurantes y hoteles.

• Rápidamente digiere las grasas, aceites, cebos, suciedad y contaminantes

orgánicos

• Reduce problemas por obstrucción en sistemas de drenaje

• Reduce la necesidad de desnatar manualmente las trampas de grasas.

• Elimina los olores desde su origen (no los cubre)

• Limpia todas aquellas superficies cubiertas de grasa, como los pisos de

talleres automotrices y cocinas.

Tel: (506)2474-2292/ (506)2474-1512

Aguas Zarcas, San Carlos, Alajuela, Costa Rica

e-mail: info@bioeco.co.cr

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FORMA DE ACTIVACIÓN:

El producto está formulado en un sustrato sólido, el cual debe activarse

con agua.

La relación para la activación es de 5 g/litro de agua (1 kg/ estañón 200 L)

El lapso de activación debe ser al menos de 2 horas.

Una vez finalizado el periodo de activación se procede a utilizar el

producto.

DOSIS Y FORMA DE APLICACIÓN:

PARA TRAMPA DE GRASAS:

Dosis inicial: 50 g/ m3 (activar 2 horas)

Dosis de mantenimiento: 10 g/m3 haciendo aplicaciones diarias. (activar 2

horas),

PARA SUPERFICIES GRASOSAS:

Diluir 5 gramos por litro de agua (activar 2 horas), fumigar y dejar reposar 12

horas antes de lavar.

PARA AGUAS RESIDUALES ALTAS EN GRASA:

10 g/m3 de agua que ingresa diariamente a los sistemas de tratamiento

PARA DESECHOS SOLIDOS ALTOS EN GRASA:

Una aplicación de 20 g/m3 de material, (activar 2 horas)

Tel: (506)2474-2292/ (506)2474-1512

Aguas Zarcas, San Carlos, Alajuela, Costa Rica

e-mail: info@bioeco.co.cr

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COMPATIBILIDAD

Puede tolerar presencia de jabones.

Después de ser aplicado y haber realizado la transformación de las moléculas de

grasas, estas enzimas se biodegradan.

Rango pH: Desde 1.5 –9.6

Contenido de oxígeno: 0.5 ppm o +. facultativo aeróbico y anaeróbico

Temperatura: Desde 0 -65°C.

Cloro Arriba de 3 ppm lo comienza a afectar

Antibióticos: Por encima de 30ppm lo comienza afectar.

Cobre: Arriba de 5ppm lo comienza a afectar.

RECOMENDACIONES:

Manténgase alejado de los niños, animales y alimentos.

No aplicar más de las dosis recomendadas

Si se tiene contacto con ojos o piel, enjuagar con abundante agua.

En caso de intoxicación o alergia consulte al médico y aporte esta etiqueta,

o llame al Centro Nacional de intoxicaciones (506) 2223-1028

PRESENTACIONES:

100 gramos, 1 Kilogramo.

Resultado de los análisis realizados a las muestras de cera sin tratar, cera tratada con

sulfato de aluminio y cera tratada con sulfato de hierro II

'"'\ ORIO IJq ~~/\~. ~ ~

::! o Tels.: 2286-1168 / 2226-4462 • Fax: (506) 2226~4462 • Apartado: 877-1011 San José, Costa Rica

LAMBDA e-mail: lambda@racsa.co.cr • www. laboratoriolambda.com

RESULTADO DE ANALISIS # 281,317

_,,""'" ""'""fy,:.;,

---RESULTADO DE ANALISIS QUIMICO--- 'l EC A ·~

• Laboratorio de ensayo

FECHA: 3 DE MAYO DE 2013. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL. : Alcance de Acreditación N' LE-002 : : Acreditado a partir de: 16.04.1997 :

:, Alcance disponible en ·

ATENCION: Ing. BENHTL SANCHEZ. www.eca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA SIN TRATAR, PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE SISTEMA DE TRATAMIENTO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 11: 30 am - 12: 30 pm, TIPO DE MUESTRA: COMPUESTA, TEMPERATURA: 25,0°, RECIBIDA POR EL LABORATORIO LAMBDA, EL DIA 24 DE ABRIL DE 20 13.

ANALISIS: RESULTADO PROMEDIO

pH* ..................................................................................................... 5,97 ± 0,04 SOLIDOS TOTALES* ................................................................ (2 000 ± 9) mg/L SOLIDOS DISUELTOS** ............................ .. ..... .. ................... .. .. ( 1 720 ± 9) mg/L SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES* .................................... (280 ± 6) mg/L SOLIDOS SEDIMENTABLES* .................................................. (8,0 ± 0,5) ml/L DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)* ..................... (3 200 ± 60) mg/L DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DB05)* ............. (l 900 ± 80) mg/L GRASAS Y ACEITES* ............................................................... (730 ± 15) mg/L SUSTANCIAS ACTIVAS AL AZUL DE METILENO (SAAM)* .............................................. (5,5 ± 0,1) mg/L

OBSERVACIONES: **ENSAYO NO ACREDITADO *ENSAYO ACREDITADO VER ALCANCE DE ACREDITACION DEL LABORATORJO LAMBDA EN LA DIRECCION ELECTRONlCA: www.eca.or.cr. PROCEDIMIENTOS UNICAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEW ATER 21st2005. MUESTRA CODIGO LAMBDA: 8127K-4.

ALBERTO A. COTO GRUA BA N.f. CQCR 986

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis val idos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

N° DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

'-'\ORIO Qq ~ .... /\~ .. ; ~ Tels.: 2286-1168 / 2226-4462 • Fax: (506) 2226-4462 • Apartado: 877- 1011 San José, Costa Rica

LAMBDA e-mail: lambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

RESULTADO DE ANALISIS # 281,318

---RESULTADO DE ANALISIS MICROBIOLOGICO---,,,,~ .... .-.... tt~~ .....

·~ ECA

~ Laboratorio de ensayo

FECHA: 3 DE MAYO DE 2013. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL. : Alcance deAcreditaciónN"LE.002 : Acreditado a partir de: 16.04.1997

Alcance disponible en

ATENCION: Ing. BENHIL SANCHEZ. www.eca.or.c r

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA SIN TRATAR, PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE SISTEMA DE TRATAMIENTO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 1: 30 pm, TIPO DE MUESTRA: SIMPLE, TEMPERATURA: 25,0°, REClBIDA POR EL LABORATORIO LAMBDA, EL DIA 24 DE ABRIL DE 2013.

ANALISIS: RESULTADO

COLIFORMES TOTALES* ................................................ 1,2 .x 103 N.M.P/100 mL COLIFORMES FECALES* ................................................ 7,6 x 102 N.M.P/ 100 mL ESCHERICHIA COLI* .................•..............•........................... < 1 N.M.P/ 100 mL

OBSERVACIONES:

** ENSAYO NO ACREDITADO *ENSAYO ACREDITADO N.M.P/ 100 mL: NUMERO MAS PROBABLE POR 100 MILILITROS. VER ALCANCE DE ACREDITACION DEL LABORATORIO LAMBDA EN LA DIRECCION ELECTRONICA www.eca.or.cr PROCEDIMIENTO UNICAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMJNATION OF WATER ANO WASTEWATER 2 1'1 EDITION, 2005: 9020B(3), 9020B(8), 9020B(9), 9223A, 9223B. METODOS UTILIZADOS: LAMBDA PT- 14 Determinación de coliformes totales, termotolerantes y E. coli en aguas potables, residuales, recreacionales y piscinas, METODO VALIDADO EN EL LABORA TORIO LAMBDA. MUESTRA CODIGO LAMBDA: 8 l27K-4.

faHf ~ Dr. CARLOS RAM!REZ -

M.Q.C. CODI GO 934

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis validos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

'"'ºª'º Q(/, ~~/\~ q, ~ Tels.: 2286-1168 / 2226-4462 • Fax: (506) 2226-4462 • Apartado: 877- 1011 San José, Costa Rica :! o

LAMBDA e-mail: lambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

CONTINUACION DEL RESULTADO DE ANALISlS # 281,317

---RESULTADO DE ANALISIS QUIMICO---

Laboratorio de ensayo

FECHA: 3 DE MAYO DE 201 3. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL. : AlcancedeAcreditac iónN'LE.002 : Acreditado a partir de: 16.04.1997

Alcance disponible en

ATENCTON: lng. BENHJL SANCHEZ. www.eca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA SIN TRATAR, PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE SISTEMA DE TRATAMIENTO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 11: 30 am - 12: 30 pm, TIPO DE MUESTRA: COMPUESTA, TEMPERATURA: 25,0°, RECIBIDA POR EL LABORATORIO LAMBDA, EL DIA 24 DE ABRIL DE 2013.

ANALISIS: RESULTADO PROMEDIO

TRJADIMEFON* ....................................................................... (12,5 ± 0,1) mg/L

OBSERVACIONES: **ENSAYO NO ACREDITADO *ENSAYO ACREDITADO VER ALCANCE DE ACREDITACJON DEL LABORATORIO LAMBDA EN LA DIRECCION ELECTRONICA: www.eca.or.cr. PROCEDIMIENTOS UNICAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMfNATION OF WATER AND WASTEWATER z¡ st 2005. MUESTRA CODIGO LAMBDA: 8 l 27K-4.

ALBERTO A. COTO GRIJ N.I. CQCR 986

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis val idos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29-10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

'""ºª'º Qq ~~/\~. ~ ~ Tels. : 2286-1168 / 2226-4462 • Fax: (506) 2226-4462 • Apartado: 877-1O11 San José. Costa Rica ~ o

LAMBDA e-mail : lambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

RESULTADO DE ANALISlS # 281,313

---RESULTADO DE ANALISIS QUIMICO---t'*"~ .. ~·· ~1')'-•-u..

'l EC A ~;,¡¡

Laboratoño de ensayo ,

FECHA: 3 DE MAYO DE 20 13. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL. : AlcancedeAcredltaciónN'LE-002 : ; Acreditado a partir de: 16.04.1997 : ' Alcance disponible en •

ATENCION: lng. BENHIL SANCHEZ. www.eca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA TRATADA CON SULFATO DE HlERRO 11 , PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE PROTOTIPO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 3: 30 pm - 4: 30 pm, TIPO DE MUESTRA: COMPUESTA, UBICACIÓN: CIUDAD QUESADA, SAN CARLOS, TEMPERATURA: 25,5°, RECIBIDA POR EL LABORA TORIO LAMBDA, EL DIA 24 DE ABRIL DE 2013.

ANALISIS: RESULTADO PROMEDIO

pH* ..................................................................................................... 8,21±0,04 SOLlDOS TOTALES* ................................................................. (996 ± 9) mg/L SOLIDOS DISUELTOS** .............................................................. (808 ± 9) mg/L SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES* .................................... (188 ± 6) mg/L SOLIDOS SEDIMENTABLES* .................................................. (5,0 ± 0,2) ml/L DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)* •..................... (632 ± 13) mg/L DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DB05)* .............. (370±16) mg/L GRASAS Y ACEITES* ................................................................ (11O±2) mg/L SUSTANCIAS ACTIVAS AL AZUL DE METl.LENO (SAAM)* .............................................. (1,7 ± 0,1) mg/L

OBSERV ACTONES: **ENSAYO NO ACREDITADO *ENSAYO ACREDITADO VER ALCANCE DE ACREDITACION DEL LABORATORIO LAMBDA EN LA DJRECCION ELECTRON ICA: www.eca.or.cr. PROCEDIMTENTOS UNICAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATTON OF WATER ANO WASTEWATER21 51 2005. MUESTRA CODIGO LAMBDA: 8l27K-2.

ALBERTO A. COTO GRIJA N.I. CQCR 986

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis val idos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

"'ORIO flll. ~"'/\~. ~ ~ Tels.:2286-1168 / 2226-4462 • Fax:(506)2226-4462 • Apartado:877- 101 1 SanJosé,CostaRica

:! o LAMBDA e-mail: lambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

RESULTADO DE ANALTSIS # 281,314

---RESULTADO DE ANALISIS MICROBIOLOGICO---

FECHA: 3 DE MAYO DE 2013. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL.

ATENCION: Ing. BENHlL SANCHEZ.

...,,_. ..... -r • .,,,..,

{ E CA ·~

, Laboratorio de ensayo : Alcance de Acreditación NO LE-002 : Acredítado a partir de: 16.04.1997

Alcance disponible en

www.eca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA TRATADA CON SULFATO DE HIERRO II , PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE PROTOTIPO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 4: 35 pm, TIPO DE MUESTRA: SIMPLE, UBICACIÓN: CIUDAD QUESADA, SAN CARLOS, TEMPERATURA: 25,5°, RECIBlDA POR EL LABORATORIO LAMBDA, EL DIA 24 DE ABRILDE20I3.

ANALISIS: RESULTADO

COLIFORMES TOTALES* ................................................ 7,7x102 N.M.P/100 mL COLIFORMES FECALES* ..................................................... < 1 N.M.P/ 100 mL ESCHERlCHIA COLI* ............................................................ < l N.M.P/ 100 mL

OBSERVACIONES:

**ENSAYO NO ACREDITADO *ENSAYO ACREDITADO N.M.P/ 100 mL: NUMERO MAS PROBABLE POR 100 MILILITROS. VER ALCANCE DE ACREDTTACION DEL LABORATORIO LAMBDA EN LA DIRECCION ELECTRON!CA www .eca.or.cr PROCEDIMIENTO UN!CAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER ANO WASTEWATER21st EDITION, 2005: 9020B(3), 90208(8), 9020B(9), 9223A, 9223B. METODOS UTILIZADOS: LAMBDA PT-14 Determinación de coliformes totales, termotolerantes y E. coli en aguas potables, residuales, recreacionales y piscinas, METODO Y ALIDADO EN EL LABORATORIO LAMBDA. MUESTRA CODIGO LAMBDA: 8127K-2.

~·~-M.Q.C. CODIGO 934

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis validos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH· PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 1 O- 2008; VENCE: 29- 1 O- 2013.

LAMBDA R-04

""º"'º Q11, ~~/\~. ~ ~ Tels.: 2286-11 68 / 2226-4462 • Fax: (506) 2226-4462 • Apartado: 877-1O1 1 San José, Costa Rica ~ e

LAMBDA e-mail : lambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

CONTINUACION DEL RESULTADO DE ANAUSIS # 281,313

---RESULTADO DE ANALISIS QUIMICO---

FECHA: 3 DE MAYO DE 2013. SOLlCIT ANTE: BALANCE AMBIENTAL.

ATENCION: lng. BENHIL SANCHEZ.

~,. ...... ~.~

( ECA

~ . Laboratorio de ensayo : Alcance de Acreditación NO LE-002 '. Acreditado a partir do: 16.04.1997

Alcance disponible en www.cca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA TRATADA CON SULFATO DE HlERRO JI, PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE PROTOTIPO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 3: 30 pm - 4: 30 pm, TlPO DE MUESTRA: COMPUESTA, UBICACIÓN: CIUDAD QUESADA, SAN CARLOS, TEMPERATURA: 25,5°, RECIBIDA POR EL LABORATORJO LAMBDA, EL DJA 24 DE ABRIL DE 2013.

ANALTSIS: RESULTADO PROMEDIO

TRIADIMEFON* ........................................................................ (4,8 ± 0,1) mg/L

OBSERVACIONES: **ENSAYO NO ACREDITADO *ENSAYO ACREDITADO VER ALCANCE DE ACREDITACTON DEL LABORATOR IO LAMBDA EN LA DIRECCION ELECTRONICA: www.eca.or.cr. PROCEDIMIENTOS UNICAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER ANO WASTEWATER21 ' 1 2005. MUESTRA CODlGO LAMBDA: 8127K-2.

ALBERTO A. COTO GRUA N.I. CQCR 986

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis validos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

~'\ORIO qb ~~/\~. ~ ~ Tels.: 2286-1168 / 2226-4462 • Fax: (506) 2226-4462 • Apartado: 877-1011 San José, Costa Rica ~ o

LAMBDA e-mail : lambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

RESULTADO DE ANALISIS # 281,315

---RESULTADO DE ANALISIS QUIMICO---

FECHA: 3 DE MAYO DE 2013. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL.

ATENCION: lng. BENHlL SANCHEZ.

¡{_.....,._ ... ·~ ECA ·~¿

. laboratorio de ensayo . : Alcance de Acreditación NO LE--002 ; ; Acreditado a partir de: 16.04.1997 : \ Alcance disponfble en ,'

www.eca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA TRATADO CON SULFATO DE ALUMINIO, PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE PROTOTIPO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 1: 30 pm - 2: 30 pm, TIPO DE MUESTRA: COMPUESTA, UBICACIÓN: CIUDAD QUESADA, SAN CARLOS, TEMPERATURA: 25,5°, RECIBIDA POR EL LABORATORIO LAMBDA, EL DIA 24 DE ABRIL DE 20 13.

ANALISIS: RESULTADO PROMEDIO

pH* •.................................................................................................... 6,94 ± 0,04 SOLIDOS TOTALES* ................................................................ (1412±9) mg/L SOLIDOS DISUELTOS** ................ ....... .. .............................. .. ... (1 244 ± 9) mg/L SOLJDOS SUSPENDIDOS TOTALES* .................................... (168 ± 6) mg/L SOLIDOS SEDIMENTABLES* ......................•.•......................... (5,5 ± 0,5) ml/L DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)* ....................... (360 ± 7) mg/L DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DB05)* .............. (280±12) mg/L GRASAS Y ACEITES* ....................•........................................... (138 ± 3) mg/L SUSTANCIAS ACTIVAS AL AZUL DE METILENO (SAAM)* .............................................. (1,J ± 0,1) mg/L

OBSERVACIONES: **ENSAYO NO ACREDITADO *ENSAYO ACREDITADO VER ALCANCE DE ACREDITAC!ON DEL LABORATORIO LAMBDA EN LA DIRECCTON ELECTRONlCA: www.eca.or.cr. PROCEDTMlENTOS UNlCAMENTE DE REFERENCIA: STAJ\TDARD METHODS FOR THE EXAMINATTON OF WATERAND WASTEWATER21 51 2005. MUESTRA CODIGO LAMBDA: 8127K-3.

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis validos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

""ºª'º Q11, ~~/\~. ~ ~ Tels.: 2286-1168 I 2226-4462 • Fax: (506) 2226-4462 ' • Apartado: 877-1011 San José, Costa Rica

LAMBDA e-mail : lambda@racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

RESULTADO DE ANALISIS # 281,316

---RESULTADO DE ANALISIS MICROBIOLOGICO---

, Laboratorio de ensayo

FECHA: 3 DE MAYO DE 20 13. SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL. : AlcancedeAcreditaciónNO LE-002 ' ; Acreditado a partir de: 16.04.1997 ·

' Alcólncc disponible en

ATENCION: Jng. BENHJL SANCHEZ. www.eca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA TRATADO CON SULFATO DE ALUMINIO, PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE PROTOTIPO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 2: 40 pm, TlPO DE MUESTRA: SIMPLE, UBICACIÓN: CIUDAD QUESADA, SAN CARLOS, TEMPERATURA: 25,5°, RECIBIDA POR EL LABORATORJO LAMBDA, EL DlA 24 DE ABRJL DE 2013.

ANALISIS: RESULTADO

COLIFORMES TOTALES* ................................................ 1,1x103 N.M.P/ 100 mL COLIFORMES FECALES* ..................................................... < 1 N.M.P/ 100 mL ESCHERlCHIA COLI* ............................................................ < t N.M.P/ 100 mL

OBSERV ACJONES:

**ENSAYO NO ACREDITADO * ENSAYO ACREDITADO N.M.P/ 100 mL: NUMERO MAS PROBABLE POR 100 MILILITROS. VER ALCANCE DE ACRED!TACION DEL LABORATORIO LAMBDA EN LA DTRECCION ELECTRONICA www.eca.or.cr PROCEDIMIENTO UNICAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER ANO WASTEWATER 2 151 EDITION, 2005: 9020B(3), 9020B(8), 9020B(9), 9223A, 92238. METODOS UTILIZADOS: LAMBDA PT-14 Determ inación de coliformes totales, termotolerantes y E. coli en aguas potables, residuales, recreacionales y piscinas, METODO VALIDADO EN EL LABORATORIO LAMBDA. MUESTRA CODTGO LAMBDA: 8127K-3.

<~--- Dr. CARLOS RAMIREZ

M.Q.C. CODJGO 934

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis validos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

'"'ºª'º Qq ~~/\~. ~ ~ Tels.:2286-1168 / 2226-4462 • Fax:(506)2226-4462 • Apartado:877-!0ll SanJosé,CostaRica :! o

LAMBDA e-mail : lambda@,racsa.co.cr • www.laboratoriolambda.com

CONTINUACION DEL RESULTADO DE ANALISIS # 281,315

---RESULTADO DE ANALISIS QUIMICO---

, Laboratorio de ensayo

FECHA: 3 DE MAYO DE 2013 . SOLICITANTE: BALANCE AMBIENTAL. : AlcancedeAcreditaciónN'LE.002 : : Acreditado a partir de: 16.04.1997 : ', Alcance disponible en .'

ATENCION: lng. BENHIL SANCHEZ. www.eca.or.cr

REFERENCIA: MUESTRA DE AGUA RESIDUAL EMPRESA: CERA TRATADO CON SULFATO DE ALUMINIO, PUNTO DE MUESTREO: EFLUENTE PROTOTIPO, FECHA: 23/ 04/ 13, HORA: 1: 30 pm - 2: 30 pm, TIPO DE MUESTRA: COMPUESTA, UBICACIÓN: CIUDAD QUESADA, SAN CARLOS, TEMPERA TURA: 25,5°, RECIBLDA POR EL LABORA TORIO LAMBDA, EL DlA 24 DE ABRIL DE 20 13.

ANALISlS: RESULTADO PROMEDIO

TRTADIMEFON* ........................................................................ (9,0 ± 0,1) mg/L

OBSERVACIONES: **ENSAYO NO ACREDITADO * ENSAYO ACREDITADO VER ALCANCE DE ACREDITACION DEL LABORATORIO LAMBDA EN LA DIRECCION ELECTRONICA: www.eca.or.cr. PROCEDIMIENTOS UN lCAMENTE DE REFERENCIA: STANDARD METHODS FOR THE EXAMTNATJON OF WATER ANO WASTEW ATER 2 1''2005. MUESTRA CODIGO LAMBDA: 8 127K-3.

ALBERTO A. COTO GRIJ N.I. CQCR 986

NOTA: Refiérase al codigo lambda para cualquier consulta. Resultados de analisis val idos unicamente para la muestra enviada al laboratorio por el interesado.

Nº DE PERMISO SANITARIO DE FUNCIONAMIENTO: MSDPAH- PF- CPF- 05- 2443 RIGE: 29- 10- 2008; VENCE: 29- 10- 2013.

LAMBDA R-04

1

-

CV-111

1 INFLUENTE >------i 1

2

• • ... :1---+--: - - - - - ---j

S-111

-

3

• •

2

3

-

' . Sólidos retenidos

4

-

5

/ A

PUNTO DE BALANCE

CORRIENTE

PUNTO DE BALANCE

CORRIENTE

PUNTO DE BALANCE

CORRIENTE

S-112

4

' .

1----1 5

T-111

Al2 (S04)3

(8,8 g/L)

6

'

ME-111

' .

T-112

Cal

(10 g/L)

:~ CV-113

7

' .

T-113

NaCIO

(10 ml/L)

CV-114

S-113

11

••

. Decantado

1----1 1 Ol----l~ FL-112

13

Purgas de lodos acumulados -... -1--~~~~-<~-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~J·

1------! 14 f---.i-~ FL-113

15

- - < '. ~-----.i ... ·1------)------------------------------------_J - ./

-

/ Lixiviado del lecho de secado

FL-121

- - - - - - --r--)i-----1@)1-----<I LODO DESHIDRATADO>

9

B 1 c 1 D 1

BALANCE DE LINEA

6 000 kg/d 5 kg/d 5 995 kg/d 112 kg/d

0 ® ® 1 448 kg/d 10 763 kg/d 1 984 kg/d 8 736 kg/d

420 kg/d 9 221 kg/d 420 kg/d 8 801 kg/d

Decantado

1-----116 _\

E

® 5 883 kg/d

2 027 kg/d

8 801 kg/d

FL-131

1

17}---1:~1 1AirG:IUiliA>'Ti'IRA>a-iT'AA""fiDi4A V

F

1 448 kg/d

@ 905 kg/d

@)

1 000 kg/d

NOMENCLATURA

IDEM DESCRIPCION ZONA

CV-111 VÁLVULA GLOBO A2

CV-112 VÁLVULA B2 ,

CV-113 VALVULA C2

l CV-114 VÁLVULA C2

S-111 REJILLAS DESBASTE A2

S-112 DESARENADOR B3

S-113 SEDIMENTADOR C3

FL-111 FILTRO ARENA D3

- FL-112 FILTRO DE CARBÓN E3

FL-121

FL-131

ME-111

P-121

2 T-111

T-112

T-113

3

-

4

-

5

LECHO SECADO

HUMEDAL

MEZCLA RÁPIDA

BOMBA CENTRÍFUGA

TANQUE FLOCULANTE

TANQUE LECHADA DE CAL

TANQUE AGENTE DESINFECTANTE

B4

F3

C3

B5

B2

C2

C2

APROBACION COMISION REVISORA DE PERMISOS DE CONSTRUCCION:

PROYECTO:

PLANTA DE TRATAMIENTO PARA AGUAS RESIDUALES

PROPIETAFIO:

C~DULA JURIDICA:

PROVINCIA CANTON

DIBUJO:

PROFESIONAL RESPONSABLE DISEAO:

ING.

FIRMA:

PROFESIONAL RESPONSABLE DIRECCIÓN TECNICA:

ING.

FIRMA:

l'<IFORMACION REGISTRO PUBLICO: PROPIETARIO:

CÉDULA JUR(DICA: N". CATASTRO: PROTOCOLO TOMO: FOLIO:

CONTENIDO:

DISTRITO

N.A.

N.A.

DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTC PARA AQUA RESIDUAL PROVENIENTE DEL ENCERADO DE PIÑA FRESCA

ESCALA FECHA LAMINA

'/