Antep Roy Ecto
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i
UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERIAQUIMICA E INGENIERIA DE ALIMENTOS
APROVECHAMIENTO INDUSTRIAL DE RECURSOS NATURALES
ANTEPROYECTO:
“DISEÑO DE UN PROCESO QUÍMICO PARA LA
RECUPERACIÓN DE ALUMINIO CONTENIDO EN LOS
LODOS PROVENIENTES DE LA PLANTA POTABILIZADO DE
AGUA “LAS PAVAS”.”
PRESENTADO POR:
NOMBRE DE LOS ESTUDIANTES Carpio Arteaga, Carlos Carpio
Martínez Osorto, Alexander Vladimir
Ruiz Barrientos, Ramiro Ruiz
PROFESORA:
M.I. MARICELA SARAVIA
Noviembre, 12, 2014
ii
Índice
I. INTRODUCCION…………………………………………………………………...1
II. ANTECEDENTES…………………………………………………………………..2
III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………………..4
IV. OBJETIVO GENERAL……………………………………………………………..5
V. OBJETIVOS ESPECIFICOS……………………………………………………….5
VI. ALCANCES………………………………………………………………………….6
VII. OBSERVACIONES………………………………………………………………….6
VIII. JUSTIFICACION……………………………………………………………………7
IX. PROPUESTA DE CONTENIDO TEMATICO……………………………………9
X. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………………...12
XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y EVALUACIONES…………………..14
XII. PLANIFICACIÓN DE LOS RECURSOS A UTILIZAR……………………….17
XIII. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………...18
1
I. INTRODUCCIÓN
La planta potabilizadora de agua “las pavas”, capta para su funcionamiento agua del rio
Lempa y abastece gran parte de la zona metropolitana de San Salvador como se establece en el
boletín estadístico de la institución (2011). Funciona bajo un sistema convencional de
operaciones: floculación, sedimentación, filtración y cloración; obteniendo como residuo lodos
aluminosos.
En todo el mundo se está viviendo una mayor conciencia y preocupación en cuanto al daño que
se le está ocasionado al medio ambiente, principalmente por la gran cantidad de residuos
generados en diferentes procesos (Barba, Mesa, Rosero, 1998).
Siguiendo esa línea de acción a continuación se establecerán las directrices a seguir en el
desarrollo de la propuesta de un proceso químico para la recuperación del aluminio presente en
los lodos producidos en la planta las pavas, se plantearan lineamientos generales de la
importancia ambiental que representa el proyecto, incluyendo las razones de la rentabilidad
económica que puede generar. Además de todos los distintos puntos y campos a desarrollar en el
abordaje de la propuesta como un tema de trabajo de graduación.
2
II. ANTECEDENTES.
Las aguas superficiales contienen sólidos suspendidos que son removidos durante el proceso
de potabilización, generando lodos químicos que representan del 0.3 al 1% del agua tratada
(Martin, Montellano, Piña, Sandoval, 1998). Actualmente en El Salvador la Administración
Nacional de Acueductos y Alcantarillados (ANDA) en sus 7 plantas potabilizadoras a nivel
nacional son las encargadas de este rubro (MARN, 2013); incluida la planta potabilizadora de
agua (PPA) “las Pavas” donde se utiliza como agente coagulante el Policloruro de Aluminio
(PAC) y los lodos producidos son deshidratados con polímero y posteriormente dispuestos como
material de relleno en un terreno cercano a la planta ocasionando daños al medio ambiente al ser
vertidos en el suelo debido a altas concentraciones de aluminio contenida en dichos lodos,
posteriormente estos alcanzan el río corriente abajo sin ningún proceso posterior para remoción
de contaminantes.
Los efectos ambientales del Aluminio, son mayormente debido a los problemas de acidificación.
El Aluminio puede acumularse en las plantas y causar problemas de salud a animales que
consumen esas plantas. Elevadas concentraciones de Aluminio no sólo causan efectos sobre los
peces, pero también sobre los pájaros y otros animales que consumen peces contaminados e
insectos y sobre animales que respiran el Aluminio a través del aire.
Bajo este contexto, la recuperación de aluminio a partir de estos lodos ricos en aluminio ofrece
una opción potencialmente atractiva de disposición. El proceso efectivo de recuperación remueve
el mayor contaminante inorgánico (aluminio) mientras que reduce el volumen de lodo y por
consiguiente reduce el costo de la disposición final, (Barba, Mesa, Rosero, 1998). Dicho proceso
3
fue patentado por W. M. Jewell en 1903, en los Estados Unidos, y se practicó posteriormente en
Japón, Inglaterra y Polonia. La extracción con ácido sulfúrico es la más ampliamente aceptada,
sin embargo, el uso de otros ácidos como el clorhídrico y bases como el hidróxido de sodio y de
calcio también han sido utilizados, Martin at al. (1998).
En el país se cuenta con un estudio acerca de la recuperación de aluminio, en forma de sulfato,
dicho estudio fue realizado a nivel de laboratorio para el tratamiento de los lodos de la PPA “Las
Pavas” (Vargas, 2012).
En los procesos de potabilización de agua para consumo humano se adicionan grandes
cantidades de coagulante para la remoción de contaminantes como partículas suspendidas y
disueltas en las aguas superficiales; cuando este proceso finaliza, este coagulante (PAC) sigue
presente en los residuos generados en forma de hidróxido de aluminio hidratado, Martin at al.
(1998). La recuperación como sulfato de aluminio de los lodos de la PPA “las Pavas” y su
reutilización, es posible mediante acidificación con ácido sulfúrico, desde la perspectiva técnica
y económica.
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III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
La administración nacional de acueductos y alcantarillados (ANDA), encargada de
potabilización y la distribución de agua potable en El Salvador, presenta como consecuencia de
dicho proceso, en cada una de sus plantas potabilizadoras de agua (PPAs) la generación de lodos
químicos ricos en aluminio, debido al uso de PAC como agente coagulante, lo que provoca
impactos ambientales significativos en el suelo y los cuerpos de agua superficiales en los que
estos son dispuestos.
Actualmente en la PPA “Las Pavas” existe una iniciativa en cuanto a la disposición de estos
lodos con alto contenido de aluminio, desde el punto de vista de la sostenibilidad del proceso,
desarrollando un tratamiento preventivo de los lodos donde se recuperará la carga contaminante
y la reducción del volumen del lodo antes de realizar la disposición final de estos.
Por ello, para minimizar el impacto ambiental que este tipo de residuos generan sobre el medio
ambiente se ha propuesto el “diseño de un proceso químico para la recuperación de aluminio de
la planta potabilizadora Las Pavas ”, con lo cual se reducirá la contaminación latente al momento
de la disposición final de los lodos en dicha PPA, adicional a esto se examinará la posibilidad de
estudiar la reutilización in situ del producto recuperado desde el punto de vista de la factibilidad
técnica y económico.
5
IV. OBJETIVO GENERAL:
Diseñar un proceso químico para la recuperación de aluminio, de tal forma que puedan
establecerse los parámetros de funcionamiento óptimos para el desarrollo del proceso a
nivel de laboratorio y a escala de planta piloto haciendo uso de lodos vertidos por la
planta potabilizadora de agua “las pavas”.
V. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Determinar el modelo cinético de la reacción involucrada en el mecanismo de
recuperación del aluminio.
Determinar los valores de las variables fisicoquímicas (tiempo, velocidad, pH,
viscosidad, etc.) a escala de laboratorio con las cuales se obtiene el mayor porcentaje de
recuperación de aluminio de los lodos vertidos por la PTA “las pavas”.
Diseñar el prototipo de una planta piloto para la recuperación de aluminio.
Desarrollar una propuesta de implementación de una planta piloto donde se establezcan
sus dimensiones, mecanismos y dispositivos adecuados para realizar el proceso de
recuperación de aluminio de los lodos provenientes de la planta potabilizadora de agua
“Las pavas”.
Cuantificar los beneficios ambientales y económicos como consecuencia del diseño de un
proceso químico para la recuperación de aluminio en la PPA “Las Pavas”.
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VI. ALCANCES:
Diseño y desarrollo de una planta a escala piloto para la recuperación de aluminio de los
lodos provenientes de la PTA “Las pavas”.
Determinación de modelo cinético de la reacción involucrada en el proceso de
recuperación del aluminio.
Establecimiento de los valores fisicoquímicos óptimos de reacción para obtener el mejor
rendimiento de recuperación de aluminio.
• Identificación de los beneficios ambientales y económicos a obtener al implementar la
medida.
VII. OBSERVACIONES.
El estudio de los lodos se establecerá con lodos extraídos de la planta potabilizadora de
agua “las pavas”.
El diseño del proceso y todos sus componentes se establecerán en función del coagulante
usado en el proceso realizado en la PTA “Las Pavas”, el Policloruro de aluminio (PAC).
7
VIII. JUSTIFICACION.
El agua es un recurso imprescindible para el ser humano, el proceso de potabilización con el
cual es adaptada desde su origen, cualquiera que sea, hacia las condiciones para ser considerada
apta para el consumo requiere de un proceso que depende de la circunstancia de captación de la
misma.
El proceso desarrollado por la planta potabilizadora las pavas con el cual el agua extraída del rio
lempa es potabilizada, involucra una serie de etapas que tienen como fin principal en un inicio
clarificar el agua captada.
De este proceso de clarificación, surgen como subproducto lodos con alto contenido de aluminio,
la implementación de un proceso químico para la recuperación de este aluminio representaría
para la planta una oportunidad de ahorro económico en cuanto a materia prima por el
aprovechamiento del aluminio recuperado y en la disposición final de residuos, ya que al
disminuir el contenido de aluminio en los lodos estos requerirán menor inversión en su
tratamiento posterior.
El impacto ambiental se vería favorecido con el desarrollo de este proceso químico de
recuperación de aluminio, en cierta medida por la reducción del volumen de lodos generados
como residuo del proceso y por otra parte por la mejor gestión de materia prima que se podrá
obtener al hacer uso del aluminio recuperado en el proceso.
Algo a tomar muy en cuenta del porque de la investigación es el cambio de químico utilizado
para la floculación, antes, Sulfato de Aluminio, ahora, Policloruro de Aluminio (PAC) del cual
no se cuenta con información acerca de la cinética que experimentan al darles tratamiento a los
8
desechos con alto contenido de aluminio presentados por este nuevo químico, punto que será
abordado por la investigación propuesta.
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IX. PROPUESTA DE CONTENIDO TEMATICO.
• Introducción
• Resumen Ejecutivo.
CAPITULO I. GENERALIDADES DEL ESTUDIO.
• Objetivos del estudio
• Origen y finalidad del estudio
• Alcances y limitaciones
• Definición del problema
• Importancia
• Justificación.
CAPITULO II. MARCO TEORICO
•Proceso de potabilización de aguas.
- Aguas Superficiales.
- Aguas Subterráneas.
-Aguas Pluviales.
• Características de los lodos.
-Lodos de coagulación.
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-Sulfato de Aluminio.
- Policloruro de aluminio.
-Cantidad de lodos en el tratamiento de aguas.
Métodos de tratamiento de lodos.
-Acondicionamiento.
-Deshidratación.
• Recuperación de aluminio.
-Tipos de aluminio.
-Química de los coagulantes.
-Variables que afectan la recuperación del aluminio
CAPITULO III: DETERMINACIÓN DE LOS RECURSOS DISPONIBLES.
• Diseño de procedimiento de laboratorio.
CAPITULO IV: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS ÓPTIMOS DE REACCIÓN.
• Cantidad de sólidos disueltos.
• Ph.
• Tiempo de mezcla.
• Velocidad de mezcla.
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CAPITULO V: OBTENCIÓN DE DATOS CINÉTICOS, ANÁLISIS ESTADÍSTICO Y
MODELO DE LA REACCIÓN.
Presentación de datos cinéticos.
• Análisis estadístico.
• Modelo cinético de la reacción.
CAPITULO VI: DISEÑO Y PROPUESTA DE DESARROLLO DE UN PROCESO
QUÍMICO DE RECUPERACIÓN DE ALUMINIO.
• Diseño de proceso químico.
• Diseño de planta piloto.
• Propuesta de desarrollo de planta piloto.
CONCLUSIONES.
RECOMENDACIONES.
BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES.
ACRÓNIMOS.
GLOSARIO DE TÉRMINOS.
ANEXOS.
12
X. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.
En la realización de esta investigación será utilizado un enfoque cuantitativo que también
es conocido como matemático, en el cual su principal característica es la utilización de números
y la interpretación de datos numéricos, esto ayudado de la estadística.
Para el desarrollo de un proceso químico para la recuperación de aluminio en la PPA “Las
Pavas” se tomará en cuenta una serie de puntos de suma importancia como son: los objetivos de
la investigación, la metodología a utilizar para la realización del trabajo; es decir, método y tipo
de diseño de investigación, obtención de datos parámetros óptimos de reacción, obtención de
datos cinéticos, entre otros, que ayudará a determinar el alcance en cuanto a aporte que se
obtendrá con la investigación realizada.
10.1 Tipo de investigación.
Según el objeto de estudio que se persigue, será el desarrollo de una investigación de tipo
aplicada ya que llevará a cabo la utilización de los conocimientos a la práctica, para aplicarlos, en
provecho del medio ambiente y la población cercana a la PPA “Las Pavas”.
10.2 Metodología a utilizar para la realización del trabajo.
10.2.1 Determinación de los recursos disponibles.
En este apartado se realizará la recopilación de procedimientos de reacción establecidos para
la recuperación de aluminio, para lodos provenientes de plantas potabilizadoras de agua.
Se evaluarán los recursos con que se cuentan en cuanto a material, equipo y reactivos necesarios para
el desarrollo de una marcha experimental para la recuperación de aluminio.
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10.2.2 Determinación de parámetros óptimos de reacción.
Con esto se pretende conocer los valores óptimos de las variables fisicoquímicas involucradas
en la reacción, con los cuales se obtendrá una mayor recuperación de aluminio a escala de
laboratorio.
10.2.3 Obtención de datos cinéticos, análisis estadístico y modelo cinético de la reacción.
Luego de la obtención de los parámetros óptimos de reacción se estudiará el comportamiento
de concentración de aluminio contra tiempo de dicha reacción, para posteriormente realizar un
análisis estadístico de los datos con los cuales se dispondrá a obtener el modelo cinético de la
reacción.
10.2.4 Diseño y propuesta de desarrollo de un proceso químico de recuperación de
aluminio.
Con el modelo cinético de la reacción se dispondrá al diseño de un proceso químico para la
recuperación de aluminio a escala de planta piloto como lo son parámetros de funcionamiento,
equipo, etc. Además se realizará una propuesta de desarrollo de dicha planta piloto para la
recuperación de aluminio.
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XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y EVALUACIONES.
Actividades Febrero Marzo Abril Mayo
1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S
Elaboración del Perfil de Trabajo
de Graduación.
X
Revisión del Perfil Propuesto por
parte del asesor.
Corrección de observaciones.
X
Revisión del Perfil por parte de la
Coordinadora de Trabajos de
Graduación.
X
Corrección de observaciones. X
Entrega del perfil a Junta Directiva X
Entrega del Perfil de Graduación a
Comité Técnico y Junta Directiva.
X
Aprobación. X
Elaboración de Anteproyecto de
Trabajo de Graduación.
X
Revisión de inventario de recursos
en laboratorio de ANDA.
X
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Capacitación de uso de equipo en
laboratorio de ANDA.
X X
Visita a la planta potabilizadora de
agua “Las Pavas”.
X
Investigación Bibliográfica. X
Redacción del documento X
Revisión por parte del asesor X
Correcciones del documento X
Revisión por parte de la
coordinadora de trabajos de
graduación.
X
Defensa del Anteproyecto de
Trabajo de Graduación.
X
Entrega de Capítulo I y II.
Generalidades de estudio e
Investigación bibliográfica
X
Determinación de parámetros
óptimos de reacción.
X X X
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Actividades Junio Julio Agosto Septiembre
1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S
Entrega de capítulo III y IV:
Determinación de parámetros
óptimos de reacción.
X X X X
Obtención de datos cinéticos
para los parámetros óptimos de
reacción.
X X
Análisis estadístico de los datos
cinéticos.
X X
Determinación de la cinética de
cinética de la reacción
X X
Diseño de una planta piloto para
la recuperación de aluminio.
X X X X
Entrega del capítulo V y VI:
Modelo de reacción y diseño de
una planta piloto.
X
Preparación del documento final X
Revisión por parte del asesor. X
Correcciones. X
Entrega de documento final. X
Defensa Final de Trabajo de
Graduación.
X
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XII. PLANIFICACIÓN DE LOS RECURSOS A UTILIZAR.
RECURSOS IMPORTE
Bienes
Papel
Lapicero
Lápiz
Computadora
Equipo protección
Empastados (3)
$ 20.00
$ 5.00
$ 3.00
$ 600.00
$ 45.00
$ 30.00
Equipo de laboratorio
Fotómetro Spectroquant® NOVA 60 A
Probador de jarras
Phmetro
$ 4,192.00
$ 3,230.00
$ 1, 568.00
Material de laboratorio
Celda rectangular, 50mm (2)
Vaso de precipitado, 1000 ml (6)
Vaso de precipitado, 50 ml (6)
Vaso de precipitado, 100 ml (6)
Balón volumétrico, 100 ml (3)
Balón volumétrico, 50 ml (3)
Micropipeta (3)
$ 270.00
$ 192.00
$ 18.00
$ 24.00
$ 99.00
$ 96.00
$ 840.00
Reactivos
Kit de pruebas para aluminio (2)
Ácido sulfúrico
$ 520.00
-----
Servicios
Agua
Luz
Transporte
Fotocopias
Impresiones
Internet
$ 45.00
$ 135.00
$ 200.00
$ 25.00
$ 40.00
$ 180.00
TOTAL
$ 12,377.00
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XIII. BIBLIOGRAFIA.
Anaya-Durand, A. Pedroza-Flores, H. (2008). Escalamiento, el arte de la ingeniería química:
Plantas piloto, el paso entre el huevo y la gallina. Red de Revistas Científicas de América
Latina, el Caribe, España y Portugal. 23 (1), 31-39. Recuperado de
http://www.redalyc.org/pdf/482/48223105.pdf
Barba, L. Mesa, E. Rosero, M. (1998). RECUPERACION DE SULFATO DE ALUMINIO
DE LODOS GENERADOS DURANTE EL PROCESO DE POTABILIZACION DEL
AGUA. Recuperado de
http://www.researchgate.net/publication/260183405_RECUPERACION_DE_SULFATO
_DE_ALUMINIO_DE_LODOS_GENERADOS_DURANTE_EL_PROCESO_DE_POT
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BOLETÍN ESTADÍSTICO. (2011). Administración Nacional de Acueductos y alcantarillados.
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http://www.anda.gob.sv/index.php?option=com_content&view=article&id=1953:bletin-
estadistico-2011&catid=84&Itemid=54
Jiménez, B. E. Martínez, M. A. Vaca, M. (2002). RECUPERACIÓN DE SULFATO DE
ALUMINIO DE LODOS PROVENIENTES DE UN TRATAMIENTO PRIMARIO
AVANZADO. Recuperado de http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/mexico13/155.pdf
19
MARN. (2013). ELABORACION DEL PLAN DE GESTION INTEGRADA DEL RECURSO
HIDRICO DE EL SALVADOR, CON ENFASIS EN ZONAS PRIORITARIAS.
(CONTRATO MARN/AECID). Recuperado de:
http://agua.marn.gob.sv/index.php/servicios/consultorias-licitaciones/consultorias/169-
elaboracion-del-plan-nacional-de-gestion-integrada-del-recurso-hidrico-de-el-salvador-
con-enfasis-en-zonas-prioritarias-
Sandoval, L. Martín, A. Piña, M. Montellano, L. (1998). ESTUDIO PILOTO PARA REDUCIR
EL VOLUMEN DE LODOS DE PLANTAS POTABILIZADORAS. Recuperado de
http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/mexico13/005.pdf
Vargas Estevez, B.M. (2012). RECUPERACIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO EN LODOS
PROVENIENTES DEL PROCESO DE POTABILIZACIÓN DE AGUAS
SUPERFICIALES. (Trabajo de graduación, Universidad de El Salvador).