factibilidad tecnica y económica de alternativas de tratamiento para reducir la carga organica de...

Universidad Técnica Federico Santa María

Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

Valparaíso – Chile

Factibilidad Técnica y Económica de Alternativas de

Tratamiento para Reducir la Materia Orgánica de los

RILES de BASF Chile S. A., Planta Quintero

Patricia Alejandra Arancibia Martínez

Memoria de Titulación para Optar al Título de Ingeniero Civil

Químico

Dra. Lorna Guerrero Saldes

Dr. Mario Ollino Órdenes

Diciembre de 2010

DEDICATORIA Pág. 2

A mi tata,

Oscar Martínez E.,

A quien siempre recordaré

Con Amor y Admiración

AGRADECIMIENTOS Pág. 3

AGRADECIMIENTOS

Primero, agradezco a Jehová por darme la vida y la capacidad de terminar este proyecto.

Agradezco a mi madre por estar siempre a mi lado y por los sacrificios que ha hecho para

apoyarme.

Agradezco a mi familia, por estar siempre pendiente de mis progresos.

Agradezco a mis amigos por ser lo que son.

Agradezco a los profesores guía por su orientación.

Agradezco a Federico Santa María por fundar esta Institución de la cual estoy muy orgullosa

de egresar.

RESUMEN Pág. 4

RESUMEN

La planta Quintero de BASF Chile S.A., se dedica principalmente a la elaboración de

productos químicos tales como poliestireno expandible, resinas y dispersiones poliméricas.

Todos sus procesos son llevados a cabo en reactores de régimen batch. El agua de lavado de

dichos reactores converge actualmente, de manera intermitente, a los ecualizadores de la

planta de tratamiento de residuos industriales líquidos (RILES) de la instalación (PTR), donde

se aplica floculación como único método de depuración. El efluente de la PTR se une aguas

abajo con el efluente de la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS) y el agua de

rechazo de la planta de ósmosis inversa, constituyendo el efluente de la fábrica.

BASF está conectada al sistema de recolección de ESVAL, empresa sanitaria de la

región de Valparaíso, por lo que debe cumplir con el acuerdo firmado y entregar una carga

orgánica en sus aguas residuales no superior a los 600 [mg/l] de DBO5. Sin embargo, en

ciertas circunstancias los muestreos revelan que este valor es sobrepasado, acarreando, además

del costo por tratamiento, costo por remuestreo, multas y cartas de amonestación, lo que puede

amenazar el normal funcionamiento de la planta. Por lo anterior, el objetivo principal de este

estudio es estudiar y evaluar distintas alternativas de tratamiento para los RILES de BASF,

Quintero, para reducir la materia orgánica en ellos, la cual se mide a través de la DBO5.

En este estudio se realizó un diagnóstico de la generación de RILES por cada punto

emisor, mediante el cual se determinó, entre otros parámetros, que el caudal promedio del

efluente de la PTR está en 148 [m3/d], con una DQO soluble promedio de 1.586 [mg/l].

Además, el efluente de la fábrica se calculó en 240 [m3/d] promedio, con una DQO soluble

promedio de 1.160 [mg/l]. Este diagnóstico se realizo mediante el monitoreo de 2 semanas

consecutivas de producción de las cuales se tomaron los primeros cuatro días de cada una, en

total ocho días de muestreo.

Por otro lado, se aplicó oxidación química con H2O2 en relación H2O2/DQO de 1/1 y

1/10 a las aguas provenientes de las plantas Dispersiones y Palatal, obteniéndose resultados no

concluyentes mediante análisis de DQO debido a la acción del peróxido residual en las

muestras. Al RIL efluente de la PTR se aplicó oxidación avanzada por los métodos de

fotocatálisis heterogénea y fotólisis UV/H2O2, adsorción con carbón activado de cuesco de

durazno y tratamiento conjunto con aguas servidas mediante lodos activados. La fotocatálisis

heterogénea arrojó resultados variables e insuficientes, presentando en la mejor corrida un

58% de reducción de la DQO, con ZnO como catalizador; la fotolisis UV/ H2O2 presentó

resultados no superiores al 50% de reducción de la DQO, presentando la mejor corrida en

ausencia de H2O2 y luz de 254 [nm] como fuente de fotones; la columna de carbón activo se

operó en continuo para determinar los parámetros de transferencia de materia utilizables en el

escalamiento del proceso, luego a lo cual se escaló una columna de 2 [m] de largo y 0,86 [m]

de diámetro mediante el modelo BDST (Bed Depth Service Time) obteniéndose un tiempo de

agotamiento de la columna de 1,5 [h], lo que genera problemas operacionales y altos costos de

insumos y disposición de residuos sólidos. Los resultados obtenidos concluyeron en la

descontinuación de estas pruebas.

La única alternativa que resultó factible y que cumple con los objetivos es el

tratamiento mediante lodos activados en conjunto con las aguas servidas de la fábrica; las

mezclas utilizadas en las pruebas estaban compuestas en un 90% por RIL tratado en la PTR y

en un 10% por aguas servidas de la fábrica. Se operó una planta a nivel laboratorio que se

monitoreó hasta reducir el TRH a 24 [h]. Esto logró reducir en un 82% la DQO soluble,

RESUMEN Pág. 5

obteniéndose, además, en el efluente del tratamiento valores de DBO5 soluble que no superan

los 80 [mg/l] cuando la materia suspendida se mantuvo alrededor de los 50 [mg/l]. La

concentración de microorganismos en el estanque de aireación se mantuvo alrededor de los

1.500 [mgSSV/l].

Se revisó las dimensiones de la actual PTAS, la cual consta con un biorreactor de 113

[m3] y se llegó a la conclusión de que efectivamente se puede tratar 90 [m

3/d] de RIL de la

PTR, es decir, un 61% del total generado, mezclados con los 23 [m3/d] promedio de aguas

servidas, a un TRH de 24 [h] haciendo modificaciones en el sistema de transporte de fluidos y

cambiando el soplador de aire de la planta para cumplir con la nueva carga orgánica; este

caudal tratado por lodos activados, al unirse al 39% restante y a las otras aguas, sitúa los

valores de DBO5 total alrededor de los 280 [mg/l], lo cual es inferior a la norma y muy inferior

al acuerdo firmado, permitiendo minimizar el costo por tratamiento. Y disposición. Los costos

de inversión son cercanos a los CLP$4.800.000 y los costos operativos, en los que se

considera solo el consumo eléctrico de los equipos, son de aproximadamente CLP$500.000

mensuales. No existen dificultades técnicas en las instalaciones para llevar a cabo esta

alternativa, ya que se dispone de espacio para las conexiones necesarias.

También se propone reestudiar el funcionamiento de la planta con tal de revisar la

posibilidad de tratar el 100% del RIL de PTR por lodos activados, lo que requiere reducir el

TRH a 15 [h]. Por la programación con la empresa, no se monitoreó la planta piloto hasta

lograr dicho valor, pero la literatura indica que el TRH de diseño para el tratamiento por lodos

activados es menor a 8 [h] para aguas servidas en este tipo de planta, por lo cual es razonable

estudiar esta alternativa. Para esto se calcula un costo de inversión de aproximadamente

CLP$6.500.000 y un costo mensual de operación que bordearía los CLP$800.000.

ÍNDICE Pág. 6

ÍNDICE DE CONTENIDOS

AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................................... 3

RESUMEN .............................................................................................................................................................. 4

ÍNDICE DE CONTENIDOS .................................................................................................................................. 6

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................................ 9

ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................................................ 10

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... 12

2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO .............................................................. 14

2.1. ACTIVIDADES DE LA PLANTA BASF QUINTERO ...................................................................... 14 2.2. NORMATIVA CHILENA APLICABLE A BASF CHILE S.A. PLANTA QUINTERO .................... 15 2.3. COMPORTAMIENTO HISTÓRICO DE LA CARGA ORGÁNICA EN BASF CHILE PLANTA

QUINTERO ....................................................................................................................................................... 17 2.4. GENERACIÓN DE RILES ................................................................................................................. 19 2.5. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE RILES DE BASF QUINTERO ....... 20 2.6. CAUDALES INVOLUCRADOS ........................................................................................................ 23 2.7. RELACIÓN DQO/DBO5 EN EL EFLUENTE A ESVAL, VALORES SOLUBLES .......................... 25

3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO ............................................................ 29

3.1. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS .................................................................. 29 3.1.1. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 29 3.1.2. DESCRIPCIÓN ............................................................................................................................... 29 3.1.3. PARÁMETROS DE CONTROL ...................................................................................................... 31

3.1.3.1. Reciclo y Purga de Lodo ....................................................................................................................... 33 3.1.3.2. Sistema de Aireación ............................................................................................................................ 34 3.1.3.3. pH ......................................................................................................................................................... 34

3.1.4. ANTECEDENTES OPERATIVOS ................................................................................................... 34 3.2. ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO ...................................................................................... 35

3.2.1. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 35 3.2.2. FUNDAMENTOS DE LA ADSORCIÓN ......................................................................................... 36

3.2.2.1. Isoterma de Freundlich.......................................................................................................................... 36 3.2.2.2. Modelos de Concentración en Lechos Fijos .......................................................................................... 37 3.2.2.3. Capacidad de Adsorción de Agotamiento en Lecho Fijo ...................................................................... 38

3.2.3. ANTECEDENTES TEÓRICOS ....................................................................................................... 40 3.2.3.1. Modelo Lineal ....................................................................................................................................... 40 3.2.3.2. Modelo de Adams y Bohart .................................................................................................................. 41 3.2.3.3. Modelo BDST (Bed Depth Service Time) ............................................................................................ 42 3.2.3.4. Modelo de Yoon y Nelson .................................................................................................................... 43

3.3. OXIDACIÓN QUÍMICA .................................................................................................................... 43 3.3.1. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 43 3.3.2. DESCRIPCIÓN ............................................................................................................................... 43 3.3.3. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 44

3.4. OXIDACIÓN AVANZADA ............................................................................................................... 44 3.4.1. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 44 3.4.2. DESCRIPCIÓN ............................................................................................................................... 44 3.4.3. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 45

3.4.3.1. FOTÓLISIS UV/H2O2 .......................................................................................................................... 45 3.4.3.2. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA .................................................................................................. 45

4. PARTE EXPERIMENTAL ........................................................................................................................ 47

4.1. DETERMINACIÓN DE LA GENERACIÓN DE RILES ................................................................... 47 4.1.1. CAUDAL Y MASA ........................................................................................................................... 47

4.1.1.1. MEDICIÓN DE CAUDAL DIARIO .................................................................................................... 47 4.1.1.1.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 47

ÍNDICE Pág. 7

4.1.1.1.2. MÉTODO ........................................................................................................................................ 47 4.1.1.2. CARGA ORGÁNICA........................................................................................................................... 48

4.1.1.2.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 48 4.1.1.2.2. MÉTODO ........................................................................................................................................ 48

4.2. PRUEBAS DE TRATABILIDAD ....................................................................................................... 50 4.2.1. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS .................................................................. 50

4.2.1.1. Determinación de la Biodegradabilidad Máxima (Ensayo Aerobio) ..................................................... 50 4.2.1.1.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 50 4.2.1.1.2. Soporte para Reactores .................................................................................................................... 50 4.2.1.1.3. Reactor Aerobio Batch..................................................................................................................... 52 4.2.1.1.4. Bombas de Aire ............................................................................................................................... 53 4.2.1.1.5. MÉTODO ........................................................................................................................................ 53

4.2.1.2. Reactor Piloto En Flujo Continuo ......................................................................................................... 54 4.2.1.2.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 54 4.2.1.2.2. MÉTODOS ...................................................................................................................................... 58

4.2.1.2.2.1. Preparación del Afluente .......................................................................................................... 58 4.2.1.2.2.2. Puesta en Marcha ...................................................................................................................... 58 4.2.1.2.2.3. Seguimiento en Flujo Continuo ................................................................................................ 58 4.2.1.2.2.4. Tratamiento de RIL con Distinta Carga Diaria ......................................................................... 61

4.2.1.3. Ensayo de Sedimentación ..................................................................................................................... 61 4.2.1.3.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 61 4.2.1.3.2. MÉTODO ........................................................................................................................................ 61

4.2.1.3.2.1. Generación de Datos ................................................................................................................. 61 4.2.1.3.2.2. Cálculo del Área del Sedimentador .......................................................................................... 62

4.2.2. ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO..................................................................................... 63 4.2.2.1. Isoterma de Adsorción .......................................................................................................................... 63

4.2.2.1.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 63 4.2.2.1.2. MÉTODO ........................................................................................................................................ 63

4.2.2.2. Filtro de Arena ...................................................................................................................................... 64 4.2.2.2.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 64

4.2.2.2.1.1. Preparación de la Arena de Filtración ....................................................................................... 64 4.2.2.2.1.2. Equipo de Filtración ................................................................................................................. 64

4.2.2.2.2. MÉTODOS ...................................................................................................................................... 65 4.2.2.2.2.1. Preparación de la Arena de Filtración ....................................................................................... 65 4.2.2.2.2.2. Equipo de Filtración ................................................................................................................. 66

4.2.2.3. Columna de Carbón Activado Granular ................................................................................................ 66 4.2.2.3.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 67

4.2.2.3.1.1. Caracterización del Carbón Activado ....................................................................................... 67 4.2.2.3.1.2. Columna de Adsorción ............................................................................................................. 67

4.2.2.3.2. MÉTODOS ...................................................................................................................................... 68 4.2.2.3.2.1. Caracterización del Carbón Activado ....................................................................................... 68 4.2.2.3.2.2. Columna de Adsorción ............................................................................................................. 68

4.2.2.4. Sistema de Adsorción............................................................................................................................ 70 4.2.2.4.1. MATERIALES ................................................................................................................................ 70 4.2.2.4.2. MÉTODOS ...................................................................................................................................... 71

4.2.2.4.2.1. Armado del Sistema de Adsorción ........................................................................................... 71 4.2.2.4.2.2. Lavado Inicial del Filtro de Arena ............................................................................................ 74 4.2.2.4.2.3. Lavado Inicial de la Columna de Carbón .................................................................................. 74 4.2.2.4.2.4. Filtración del RIL ..................................................................................................................... 75 4.2.2.4.2.5. Adsorción de Materia Orgánica ................................................................................................ 75

4.2.3. OXIDACIÓN QUÍMICA ................................................................................................................. 76 4.2.3.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 76 4.2.3.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 76

4.2.4. OXIDACIÓN AVANZADA .............................................................................................................. 76 4.2.4.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 76 4.2.4.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 77

4.2.4.2.1. Armado del Reactor ......................................................................................................................... 77 4.2.4.2.2. Oxidación Batch .............................................................................................................................. 78

4.3. ANÁLISIS DE MUESTRA ................................................................................................................. 79 4.3.1. DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO ........................................................................................... 79

4.3.1.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 79 4.3.1.2. MÉTODO ............................................................................................................................................. 79

4.3.1.2.1. Dilución de Muestra ........................................................................................................................ 79 4.3.1.2.2. Medición de DQO en Rango Medio (0-1500 [mg/l])....................................................................... 80

ÍNDICE Pág. 8

4.3.1.2.3. Medición de DQO en Rango Alto (0-15000 [mg/l]) ........................................................................ 80 4.3.2. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A 5 DÍAS (DBO5) ....................................................... 81

4.3.2.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 81 4.3.2.2. MÉTODO ............................................................................................................................................. 82

4.3.3. SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES ............................................................................................ 82 4.3.3.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 82 4.3.3.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 83

4.3.3.2.1. Preparación del Disco de Fibra de Vidrio ........................................................................................ 83 4.3.3.2.2. Procedimiento de Análisis ............................................................................................................... 83 4.3.3.2.3. Expresión de Resultados .................................................................................................................. 84

4.3.4. SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES ........................................................................................ 84 4.3.4.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 84 4.3.4.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 86

4.3.4.2.1. Procedimiento de Análisis: .............................................................................................................. 86 4.3.4.2.2. Expresión de Resultados .................................................................................................................. 87

4.3.5. pH ................................................................................................................................................... 87 4.3.5.1. MATERIALES ..................................................................................................................................... 87 4.3.5.2. MÉTODOS ........................................................................................................................................... 87

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................................................. 89

5.1. GENERACIÓN DE RILES ................................................................................................................. 89 5.2. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS .................................................................. 94

5.2.1. DETERMINACIÓN DE LA BIODEGRADABILIDAD MÁXIMA ................................................... 94 5.2.2. REACTOR PILOTO EN FLUJO CONTINUO ................................................................................ 96

5.2.2.1. Comportamiento del Sistema ................................................................................................................ 96 5.2.2.2. Resultados de Aplicación Diaria ........................................................................................................... 98 5.2.2.3. Resultados del Ensayo de Sedimentación ........................................................................................... 101

5.3. SISTEMA DE ADSORCIÓN EN LECHO FIJO ............................................................................... 101 5.3.1. ISOTERMA DE ADSORCIÓN ...................................................................................................... 103 5.3.2. CURVA DE RUPTURA ................................................................................................................. 104 5.3.3. CAÍDA DE PRESIÓN ................................................................................................................... 106

5.4. OXIDACIÓN QUÍMICA .................................................................................................................. 107 5.5. OXIDACIÓN AVANZADA ............................................................................................................. 108

5.5.1. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA ............................................................................................ 108 5.5.2. FOTÓLISIS UV/H202 .................................................................................................................... 110

6. FACTIBILIDAD TÉCNICA .................................................................................................................... 112

6.1. LODOS ACTIVADOS ...................................................................................................................... 112 6.2. CARBÓN ACTIVADO ..................................................................................................................... 123 6.3. OXIDACIÓN QUÍMICA Y OXIDACIÓN AVANZADA ................................................................ 125

7. ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA TRATAMIENTO POR LODOS ACTIVADOS....................... 127

8. CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 129

9. RECOMENDACIONES ........................................................................................................................... 131

10. REFERENCIAS ........................................................................................................................................ 133

ANEXOS .............................................................................................................................................................. 135

ANEXO A: GLOSARIO .................................................................................................................................. 136 ANEXO B: TEST DE NORMALIDAD APLICADO A LA DBO5 HISTÓRICA ............................................ 139 ANEXO C: ESTADO DE MEDIDORES ........................................................................................................ 141

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2-1: Producción de BASF (Quintero) para el año 2009 según planta ........................................................... 15 Tabla 2-2: Límites máximos permitidos para el efluente de BASF Chile planta Quintero (4) ............................... 16 Tabla 2-3: Principales equipos de la planta de tratamiento de RILES para BASF Quintero .................................. 21 Tabla 2-4: Caudales desde Enero a Agosto del año 2010 en la planta BASF Quintero .......................................... 23 Tabla 2-5: Parámetros que miden la materia orgánica soluble entre enero y agosto del 2010 (9) .......................... 27 Tabla 2-6: Ordenamiento de datos y cálculos para test de normalidad – Elaboración Propia ................................ 28 Tabla 3-1: Ejemplos de reactores de lodos activados y eficiencia en la degradación de la DBO5 .......................... 31 Tabla 4-1: Envases utilizados para muestreo y volumen de muestra según día. ..................................................... 48 Tabla 5-1: Caudal diario medido durante muestreo de dos semanas ...................................................................... 89 Tabla 5-2: Resultados de DQO soluble para cada punto muestreado. .................................................................... 90 Tabla 5-3: Cálculo de porcentaje de agua retornada por deshidratación de lodos en la PTR ................................. 92 Tabla 5-4: Eficiencia de remoción de DQO soluble de la PTR .............................................................................. 92 Tabla 5-5: Caudales convergentes a ESVAL, parámetros de carga orgánica ......................................................... 94 Tabla 5-6: DQO [mg/l] medida en ensayo de biodegradabilidad aerobia ............................................................... 95 Tabla 5-7: Resultados de la degradación aerobia cambiando diariamente el afluente ............................................ 99 Tabla 5-8: Resultados de la DBO5 soluble medida en efluente de piloto aerobio y relación con la DQO soluble100 Tabla 5-9: Altura de la interfaz lodo-clarificado en el tiempo para el líquido de mezcla del reactor aerobio. ..... 101 Tabla 5-10: Granulometría del carbón activo de cuesco de durazno .................................................................... 102 Tabla 5-11: Datos para cálculo de isoterma de adsorción ..................................................................................... 103 Tabla 5-12: Resultados para la columna de adsorción .......................................................................................... 104 Tabla 5-13: Cálculos para la regresión lineal del modelo BDST .......................................................................... 104 Tabla 5-14: Valores de regresión BDST para columna de adsorción ................................................................... 106 Tabla 5-15: Resultados de oxidación con peróxido de una muestra del pozo de PALATAL ............................... 108 Tabla 5-16: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando TiO2/UV(380 [nm]) y variando aire, en ausencia

de H2O2 ........................................................................................................................................................ 109 Tabla 5-17: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando TiO2/UV(380 [nm]) y variando dosis de H2O2, en

ausencia de aire ........................................................................................................................................... 109 Tabla 5-18: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO/UV(380 [nm]) y variando dosis de H2O2, en

ausencia de aire ........................................................................................................................................... 109 Tabla 5-19: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO, variando longitud de onda de luz UV ...... 110 Tabla 5-20: Resultados de fotocatálisis heterogénea para TiO2 y ZnO, con Luz UV de 380 [nm], sin adición de

aire, sin adición de peróxido........................................................................................................................ 110 Tabla 5-21: Resultados de fotólisis con UV de 254 [nm] y H2O2 ......................................................................... 111 Tabla 6-1: Datos de simulación del efluente de BASF tratado por lodos activados durante monitoreo de RILES

..................................................................................................................................................................... 113 Tabla 6-2: Valores para caudales y SSV con TRH de 24 [h] mezclando todo el RIL con aguas servidas ........... 116 Tabla 6-3: Valores para caudales y SSV con TRH de 15 [h] mezclando todo el RIL con aguas servidas ........... 119 Tabla 6-4: Valores para caudales y SSV con TRH de 24 [h] mezclando 90 [m

3/d] de RIL de PTR con aguas

servidas ........................................................................................................................................................ 119 Tabla 6-5: Valores estimados para la DBO5 total en el efluente de fábrica con tratamiento parcial de los RILES de

PTR mediante lodos activados .................................................................................................................... 121 Tabla 7-1: Inversión en tratamiento parcial de efluente de PTR en lodos activados ............................................ 128 Tabla 7-2: Costo operacional de tratamiento parcial del efluente de PTR en lodos activados ............................. 128 Tabla 7-3: Inversión en tratamiento total del efluente de PTR en lodos activados ............................................... 128 Tabla 7-4: Costo operacional de tratamiento total del efluente de PTR en lodos activados ................................. 128

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1: DBO5 medida en el efluente de la planta Quintero de BASF Chile S.A. (6) ....................................... 18 Figura 2-2: Distribución de la DBO5 entre Junio de 2008 y Diciembre de 2009 (6). ............................................. 19 Figura 2-3: Fotografía de estanques ecualizadores en operación ............................................................................ 21 Figura 2-4: Fotografía de equipos floculadores ...................................................................................................... 22 Figura 2-5: Sistema de deshidratación de lodos de la PTR ..................................................................................... 22 Figura 2-6: Diagrama del sistema de riles, desde su generación a su disposición final. ......................................... 24 Figura 2-7: Gráfico de los caudales expuestos en la Tabla 2-4 ............................................................................... 25 Figura 2-8: Resultado entregado por ANAM a una muestra de efluente de la planta BASF Quintero.(8) ............. 26 Figura 3-1: Esquema general de tratamiento de aguas por lodos activados - Elaboración propia .......................... 31 Figura 3-2: Acanalamiento en un sedimentador secundario compacto (11) ........................................................... 32 Figura 3-3: Esquema de la PTAS de BASF Chile, Quintero - Elaboración propia ................................................. 35 Figura 3-4: Isotermas experimentales para la biosorción de cromo con cuescos de aceituna para 25 y 60 [°C] (14)

....................................................................................................................................................................... 37 Figura 3-5: Esquema representativo del perfil de concentración de adsorbato en un lecho fijo (13). .................... 38 Figura 3-6: Perfil de concentración a la salida del lecho fijo de adsorción respecto del tiempo (13). .................... 39 Figura 4-1: Programación del monitoreo por puntos de muestreo .......................................................................... 49 Figura 4-2: Estructura principal del soporte para ensayo aerobio – Elaboración propia ........................................ 51 Figura 4-3: Vista superior del soporte para ensayo aerobio (pieza A) – Elaboración propia .................................. 51 Figura 4-4: Soporte de reactores para ensayo de biodegradabilidad (Fotografía) ................................................... 52 Figura 4-5: Esquema del reactor aerobio utilizado en el ensayo ............................................................................. 53 Figura 4-6: Dibujo de la estructura de acrílico del reactor aerobio continuo .......................................................... 55 Figura 4-7: Reactor piloto de lodos activados antes de comenzar las pruebas ....................................................... 56 Figura 4-8: Reactor piloto de lodos activados (Fotografía de pruebas hidráulicas) ................................................ 57 Figura 4-9: Reactor piloto de lodos activados (Fotografía de difusores de aire del biorreactor) ............................ 57 Figura 4-10: Piloto de lodos activados en operación continua (Fotografía del biorreactor y sedimentador) .......... 59 Figura 4-11: Piloto de lodos activados en operación (Fotografía del reflujo de lodos) .......................................... 60 Figura 4-12: Planta piloto de lodos activados en operación continua (Fotografía de vista frontal) ........................ 60 Figura 4-13: Dibujo de filtro de arena – Elaboración propia .................................................................................. 66 Figura 4-14: Set de tamices para granulometría utilizado. ...................................................................................... 67 Figura 4-15: Estructura de la columna de adsorción por GAG – Elaboración propia ............................................. 69 Figura 4-16: Vista lateral bypass de la bomba para el sistema de adsorción .......................................................... 72 Figura 4-17: Vista frontal del sistema de adsorción – Elaboración propia ............................................................. 73 Figura 4-18: Sistema de adsorción para operación continua (Fotografía frontal) ................................................... 74 Figura 4-19: Diagrama del fotorreactor utilizado para oxidación avanzada – Elaboración propia ......................... 78 Figura 4-20: Estufa de secado regulable a 105 [°C] ............................................................................................... 85 Figura 4-21: Mufla regulable a 550 [°C] ................................................................................................................ 85 Figura 4-22: Balanza analítica ................................................................................................................................ 86 Figura 4-23: Medidor de pH ................................................................................................................................... 88 Figura 5-1: Dimensiones de un floculador de la PTR ............................................................................................. 91 Figura 5-2: Gráfico de aportes de carga orgánica diaria a la PTR .......................................................................... 93 Figura 5-3: Biodegradabilidad aerobia para R2 (100% RIL) y R3 (90% RIL y 10% AS) – Elaboración propia. . 95 Figura 5-4: pH del ensayo de biodegradabilidad en sistema aerobio para R2 (100% RIL) y R3 (90% RIL y 10%

AS) – Elaboración propia. ............................................................................................................................. 96 Figura 5-5: Degradación de DQO soluble durante seguimiento de piloto aerobio ................................................. 97 Figura 5-6: Evolución de pH en reactor piloto de lodos activados – Elaboración propia. ...................................... 98 Figura 5-7: Lodo voluminoso en piloto de lodos activados (Fotografía del sedimentador secundario) ................. 99 Figura 5-8: Comportamiento del pH durante el muestreo en piloto aerobio ......................................................... 100 Figura 5-9: Efecto de la filtración del RIL en el sistema de adsorción ................................................................. 102 Figura 5-10: Isoterma de adsorción para carbono activo a 20 [°C]....................................................................... 103 Figura 5-11: Curvas de ruptura a distintas concentraciones de afluente ............................................................... 105 Figura 5-12: Parámetros de regresión para BDST ................................................................................................ 105 Figura 5-13: Remoción de DQO con UV/H2O2 – Elaboración propia. ................................................................. 111 Figura 6-1: Actual distribución de caudales que componen el efluente de fábrica ............................................... 112 Figura 6-2: Distribución de caudales necesaria para tratar el 100% de efluente de PTR ...................................... 113 Figura 6-3: Esquema de la planta de lodos activados ........................................................................................... 114

ÍNDICE Pág. 11

Figura 6-4: Determinación gráfica de tu para TRH = 24 [h] ................................................................................. 117 Figura 6-5: Distribución de caudales con tratamiento parcial de los RILES de PTR mediante lodos activados en la

actual PTAS ................................................................................................................................................ 122 Figura 6-6: Comportamiento de la DQO a la salida del sistema de adsorción. ..................................................... 124

1 INTRODUCCIÓN Pág. 12

1. INTRODUCCIÓN

El ser humano, a través de la evolución como sociedad ha ido tomando conciencia del

medio que lo rodea. Diferentes estudios revelan que se están agotando los recursos no

renovables y algunos que eran considerados como renovables ya no lo son. La velocidad a la

cual se está contaminando el planeta supera con creces a la velocidad de recuperación o

limpieza del medio por métodos naturales. Es por esto, que la mayoría de los países están

tomando medidas para reparar el daño que se ha hecho al medio ambiente desde que el ser

humano está la Tierra.

Las medidas que mayor poder tienen, son las medidas legales. Es por esto que se han

implementado leyes, normas y reglamentos para limitar las emisiones contaminantes de cada

recurso. El recurso hidrológico es uno de los recursos que ha tomado fuerza en los últimos

años en el marco legal, implementando normas que limitan la calidad de los efluentes de las

fuentes emisoras. La mayor contaminación de aguas es producto del desarrollo de la industria,

por lo cual en Chile se ha restringido con fuerza sus emisiones de residuos líquidos. Entre la

normativa para la medición de calidad del agua y vertido se encuentran el D.S. 90 y el D.S.

609.

La planta BASF ubicada en Camino Quintero, perteneciente a BASF CHILE S.A., se

subdivide en tres plantas que involucran procesos químicos. En éstas se producen adhesivos

industriales, resinas de poliéster, y poliestireno expandible, principalmente.

Todos los procesos se realizan en reactores agitados batch (específicos para cada

planta), los cuales son lavados interiormente cuando cambian las especificaciones del producto

a procesar. La planta Palatal genera distintas resinas utilizando los mismos reactores; de igual

manera, la planta Dispersiones produce distintos adhesivos utilizando siempre los mismos

reactores. El agua de lavado de los reactores de cada planta, además del agua utilizada de

forma constante en la planta Styropor en la síntesis del poliestireno, constituyen los residuos

industriales líquidos (RILES) que son tratados en la planta de tratamiento de RILES (PTR) de

BASF y finalmente dispuestos en el alcantarillado de propiedad de ESVAL.

Por esta razón, el efluente debe cumplir con lo especificado en el D.S. 609 modificado.

En la Tabla Nº 4, del punto 4 de dicho decreto, se especifica que la DBO5 del efluente a

1 INTRODUCCIÓN Pág. 13

ESVAL no debe superar las 300 [mg/l]. Por otra parte, ESVAL ofrece una tarifa por el

tratamiento de las aguas con DBO5 superiores a 300 [mg/l] con límite máximo de 600 [mg/l].

Sin embargo, los efluentes de la PTR en ciertas ocasiones, por distintas razones, presentan

valores sobre los 600 [mg/l], lo que representa un problema para la empresa, ya que implica

costos por remuestreo, cartas de amonestación y finalmente, multas.

Si bien estos residuos son tratados en la planta de tratamiento, se puede observar que

el valor de la DBO5, medida en el autocontrol exigido por ESVAL a BASF, tiene una gran

variabilidad y rango. Este autocontrol debe realizarse dos veces por mes mediante un

laboratorio externo a BASF.

Por tanto, el objetivo general de este estudio es evaluar cinco alternativas de

tratamiento para resolver el problema de bajar la carga orgánica del efluente de planta y

reducir su variabilidad.

Entre los objetivos específicos se pueden nombrar los siguientes:

- Diagnóstico de la generación de RILES.

- Determinar la biodegradabilidad aerobia máxima del RIL tratado en la PTR.

- Seguimiento y estabilización de una planta de lodos activados a nivel de laboratorio

hasta conseguir un tiempo de residencia en el biorreactor de 24 [h] para una mezcla

de RIL tratado en la PTR y aguas servidas, donde el RIL tratado constituyó el 90%

de la mezcla y las aguas servidas el 10%.

- Determinación del tiempo de agotamiento de un sistema de adsorción por carbón

activado granular (CAG) en lecho fijo.

- Determinación de la remoción de carga orgánica mediante oxidación química en

los puntos de generación, es decir, antes de ingresar a la PTR.

- Determinación de la remoción de carga orgánica en el RIL tratado en la PTR

mediante Oxidación Avanzada, aplicando Fotólisis UV y Fotocatálisis

Heterogénea.

- Análisis de factibilidad técnica de cada alternativa.

- Estimación de costos para la mejor alternativa

2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO Pág. 14

2. ANTECEDENTES DE BASF CHILE, PLANTA QUINTERO

2.1. ACTIVIDADES DE LA PLANTA BASF QUINTERO

Los productos generados en BASF son principalmente adhesivos, resinas y poliestireno

expandible. A continuación se entrega una breve descripción de las líneas de producción y

algunos productos.

Adhesivos

o Polímeros sensibles a la presión: BASF ofrece dispersiones acrílicas (Acronal®) y

UV-HotMelts-Acrílicos (AcResin®) para la fabricación de etiquetas de papel,

poliolefinas, PVC, etc. y cintas de embalaje, industriales, medicinales, etc.

o Polímeros para adhesivos industriales: Con las dispersiones acrílicas (Acronal®) y

poliuretánicas (Luphen®) y de otras bases químicas se pueden fabricar adhesivos

amigables con el medio ambiente que se encuentran en aplicaciones tales como

adhesivos de embalaje, etiquetado en húmedo, envases flexibles, laminación de

cartón impreso, laminación 3D de madera, adhesivos en barra, etc.

o Otras aplicaciones: Las dispersiones poliméricas Acronal® tienen distintas

aplicaciones incluso en la construcción (1).

Resinas

o Palatal P 98 T: Resina de poliéster ortoftálica / diciclopentadieno, tixotrópica, de

baja viscosidad y reactividad media, especialmente desarrollada para aplicaciones

donde se requiere una rápida humectación de las fibras de vidrio y un rápido

desmolde. Ideal para aplicaciones con cargas minerales.

o Palatal A 430: Resina epoxiviniléster sobre la base de bisfenol A, de reactividad y

viscosidad media. Apropiada para la fabricación de piezas reforzadas con fibras de

vidrio que requieran excelente resistencia química. Los laminados presentan muy

buena resistencia térmica y alta resistencia a grandes cargas mecánicas dinámicas

(2).


Poliestireno Expandible

o Styropor® es un poliestireno expandible que contiene un agente expansivo. Se

obtiene mediante un procedimiento de polimerización del monoestireno con

adición de pentano. Los plásticos celulares fabricados a base de Styropor poseen

una estructura formada por millones de finas células rellenas de aire. Para los

sectores de la construcción, embalaje y fabricación de artículos de primera

necesidad. Styropor® F tiene aplicación en el sector de la construcción, para

embalajes y fabricación de artículos de primera necesidad con acabado ignífugo,

mientras que Styropor® P se aplica en los sectores de la construcción, embalaje y

fabricación de artículos de primera necesidad(3).

La Tabla 2-1 muestra los datos de producción del año 2009 para cada planta.

Tabla 2-1: Producción de BASF (Quintero) para el año 2009 según planta

Fuente: Elaboración propia

Planta Producción [ton]

PALATAL 3.434

STYROPOR 14.441

DISPERSIONES 13.118

TOTAL 30.993

2.2. NORMATIVA CHILENA APLICABLE A BASF CHILE S.A.

PLANTA QUINTERO

La planta Quintero de BASF Chile utiliza agua proveniente de un canal de regadío

como agua de servicio. Esta agua es utilizada para enfriamiento de chaquetas, en un sistema de

reciclo con torres de enfriamiento, y para lavado de equipos, camiones y pisos en general.

El agua utilizada en lavado de equipos, pisos y camiones es tratada en la Planta de

Tratamiento de Riles de la fábrica (PTR) y mezclada con otras aguas para constituir el efluente

de BASF Quintero.

Existe una planta elevadora que envía el efluente de la fábrica a la planta de

tratamiento de ESVAL. Esto determina que la instalación debe cumplir con la Tabla Nº 4, del

punto 4 del D.S. 609 Of. 98 de la República de Chile, el cual ha sido modificado por última

vez el año 2004, publicado en el Diario Oficial el día 08 de Septiembre del mismo año.


La Tabla 2-2 está tomada de la publicación del D.O. y establece los “Límites máximos

permitidos para descargas de efluentes que se efectúan a redes de alcantarillado que cuenten

con plantas de tratamiento de aguas servidas”

Tabla 2-2: Límites máximos permitidos para el efluente de BASF Chile planta Quintero (4)

PARÁMETROS UNIDAD EXPRESIÓN LIMITE MÁXIMO

PERMITIDO

Aceites y grasas mg/l A y G 150

Aluminio mg/l Al 10

Arsénico mg/l As 0,5

Boro mg/l B 4

Cadmio mg/l Cd 0,5

Cianuro mg/l CN- 1

Cobre mg/l Cu 3

Cromo hexavalente mg/l Cr+6

0,5

Cromo total mg/l Cr 10

Hidrocarburos totales mg/l HC 20

Manganeso mg/l Mn 4

Mercurio mg/l Hg 0,02

Níquel mg/l Ni 4

pH Unidad pH 5,5-9,0

Plomo mg/l Pb 1

Poder espumógeno mm PE 7

Sólidos Sedimentables ml/l 1 h S.D. 20

Sulfatos mg/l SO4-2

1.000

Sulfuros mg/l S-2

5

Temperatura ºC Tº 35

Zinc mg/l Zn 5

DBO5 mg/l DBO5 300

Fósforo mg/l P 10-15

Nitrógeno amoniacal mg/l NH4+ 80

Sólidos Suspendidos Totales mg/l S.S. 300

Además, la norma establece la autorización para que este tipo de instalación entregue

valores sobre lo normado según acuerde con la empresa sanitaria a la que descargan los

RILES, como sigue (5):

“4.4 Los establecimientos industriales que descarguen su efluente en una red de

alcantarillado que cuente con planta de tratamiento de aguas servidas autorizada para

aplicar cargo tarifario, podrán solicitar al prestador de servicios sanitarios de quien reciben

el servicio de recolección de aguas servidas, autorización para descargar efluentes con una

concentración media diaria superior a los valores máximos permitidos en la Tabla Nº4,


respecto de los contaminantes DBO5, fósforo, nitrógeno amoniacal y sólidos suspendidos

totales. […] Si el prestador accediere a esta solicitud, deberá celebrarse por escrito un

convenio […] que contendrá, sin perjuicio de lo que las partes libremente convengan, la

expresa mención del límite máximo de concentración admisible para cada uno de los

contaminantes sometidos a tolerancia.”

En base a esto, la planta de BASF Chile ubicada en Quintero tiene un límite de DBO5

de 600 [mg/l] en sus descargas al alcantarillado de ESVAL.

2.3. COMPORTAMIENTO HISTÓRICO DE LA CARGA ORGÁNICA

EN BASF CHILE PLANTA QUINTERO

La Figura 2-1 muestra el comportamiento de la DBO5 medida para el efluente desde

junio del 2008, fecha en la cual dejó de funcionar la planta AGRO, hasta diciembre de 2009.

Desde el término del funcionamiento de AGRO, la planta conserva la misma configuración1.

Se ha destacado con una línea naranja el límite establecido por la norma, 300 [mg/l].

Sobre este valor, ESVAL aplica un costo de tratamiento. Sin embargo, dicha empresa exige

que las aguas no superen los 600 [mg/l], limite destacado con la línea roja. Cuando este límite

es superado, BASF recibe multa y cartas de amonestación que ponen en riesgo la continuidad

de las operaciones de la planta. Se puede observar que el 50% de los datos supera el límite

normado y un 14% de ellos supera los 600 [mg/l] exigidos por ESVAL. Esto requiere, por lo

tanto, una modificación en el proceso de tratamiento.

Para poder obtener información útil de los datos de DBO5 muestreados, se ha revisado

la normalidad de ellos. El ANEXO contiene los datos ordenados y los detalles del Test

aplicado.

1 El remuestreo se realiza si alguno de los parámetros monitoreados en el autocontrol se encuentra fuera del rango

normado, con tal de entregar a ESVAL dos monitoreos que cumplan la norma, tal como se exige.


Figura 2-1: DBO5 medida en el efluente de la planta Quintero de BASF Chile S.A. (6)

Los principales parámetros que entregan estos datos son:

X = 356 [mg/l] (media muestral)

S = 183 [mg/l] (desviación estándar muestral)

N = 42 (número de datos medidos)

MAXD = 0,182 (diferencia entre la frecuencia acumulada y la

probabilidad acumulada normal)

Se aplicó el Test de Lilliefors con N=42 y significancia de 0,05; la MAXD permitida fue

de 0,137. Por lo tanto, se rechaza la hipótesis de normalidad para los datos. A raíz de esto, no

se puede utilizar esta información como base para modelar procesos ni predecir

comportamiento.

Esto resulta más evidente al obtener el histograma de frecuencias, según se muestra en

la Figura 2-2. En esta figura también se puede observar que un 14,3% de los datos

muestreados superan incluso el acuerdo existente con ESVAL.

0

150

300

450

600

750

900

jun

-08

jul-

08

ago

-08

sep

-08

oct

-08

no

v-0

8

dic

-08

ene-

09

feb

-09

mar

-09

abr-

09

may

-09

jul-

09

ago

-09

sep

-09

oct

-09

no

v-0

9

dic

-09

DB

O5

[mg/l

]

mes de muestreo

Primer Muestreo Segundo Muestreo Remuestreo


Figura 2-2: Distribución de la DBO5 entre Junio de 2008 y Diciembre de 2009 (6). Se puede observar que

en un 14,3% de los monitoreos de autocontrol realizados durante este periodo se ha sobrepasado el límite

máximo permitido por ESVAL para la DBO5, que es de 600 [mg/l].

Es necesario entonces, obtener datos actualizados y útiles para este fin. Dichos datos se

han generado en la parte experimental de esta memoria.

2.4. GENERACIÓN DE RILES

Se pueden identificar 10 puntos generadores de RILES en la planta BASF. Estos son:

1. Planta PALATAL

2. Planta STYROPOR

3. Planta DISPERSIONES

4. Laboratorio de Control de Calidad

5. Laboratorio de Desarrollo

6. Despacho de productos de DISPERSIONES

7. Lavado de camiones

8. Lavado de pisos y sacos en la PTR

9. Agua de sellos de los trituradores de cada ecualizador.

10. Agua de rechazo de la Planta de Ósmosis

19,0%

31,0%

16,7%

14,3%

4,8%

9,5%

2,4% 2,4%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

100 250 350 450 550 650 750 850

Fre

cuen

cia

rela

tiv

a

marca DBO5 [mg/l]

600

14,3%


Sin embargo, los primeros 9 puntos envían sus residuos a la Planta de Tratamiento de

Riles (PTR) y además esto se efectúa de manera intermitente, generando así el problema de la

variabilidad del afluente a PTR. El agua de rechazo de ósmosis no ingresa a la PTR, sino que

se une al efluente de ésta aguas abajo.

Existen muy pocos datos acerca del aporte de carga orgánica de cada uno de estos

puntos, ya que se muestreó en origen una vez el año 2008 y una vez el año 2009. Por lo tanto,

fue necesario hacer un seguimiento de los puntos con tal de considerar una posible solución

antes de que sus riles lleguen a la PTR, disminuyendo así el caudal total a tratar. Además es

necesario tener un perfil de los residuos líquidos de la planta completa debido a que éste no

existe, y esto conlleva a un desconocimiento del porqué la DBO5 supera en ocasiones las 600

[mg/l] en circunstancias que la planta produce la misma gama de productos todos los meses.

En esta memoria se generan datos de carga orgánica, medida principalmente a través de la

DQO, y se registran valores de caudales para cada punto generador.

2.5. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE

RILES DE BASF QUINTERO

Cada uno de los puntos generadores de residuos líquidos dentro de la planta, converge

finalmente en dos ecualizadores, de los cuales sólo se utiliza uno a la vez. Desde el

ecualizador que está lleno y mezclado, se alimentan dos floculadores ajustando el pH entre 6,5

y 7,2. Una vez inspeccionado visualmente el sobrenadante de la floculación, se descarga a un

estanque pulmón, desde donde se envía a la planta elevadora, mezclándose aguas abajo con el

agua de rechazo de la Planta de Ósmosis, los efluentes de la PTAS (planta de tratamiento de

aguas servidas de BASF), el agua del Polvorín y los condensados de la caldera.

Los lodos generados en la floculación se llevan a un espesador, que envía el clarificado

de vuelta a los ecualizadores y los lodos a unos big-bag, que son unos sacos cúbicos de

material flexible, por cuyas paredes filtra el agua del lodo, cayendo por gravedad a canaletas

que convergen a una cámara y finalmente a los ecualizadores. Cuando deja de escurrir agua, se

montan varios big-bag, unos sobre otros con tal que escurran mayor cantidad de agua hacia las

canaletas por presión entre sí.

El lodo resultante de esta deshidratación se dispone como residuo sólido no peligroso.


La PTR, que actualmente es operada por la empresa ECORILES S.A., se compone

principalmente de los equipos indicados en la Tabla 2-1.

Tabla 2-3: Principales equipos de la planta de tratamiento de RILES para BASF Quintero

Equipo Descripción Capacidad [m3]

Configuración

Geométrica

E-770A ECUALIZADOR 250 CÚBICA

E-770B ECUALIZADOR 250 CÚBICA

E-773 ESTANQUE PULMÓN 30 CÚBICA

R-770 FLOCULADOR 38 CÓNICA - CILÍNDRICA

R-771 FLOCULADOR 38 CÓNICA - CILÍNDRICA

R-772 ESPESADOR 10 CÚBICA

Todos los procesos son del tipo batch.

Las imágenes de la Figura 2-3 a la Figura 2-5 fueron tomadas durante el estudio y

corresponden a las instalaciones de la actual planta de tratamiento de RILES de Basf Quintero.

Se puede observar en la Figura 2-3 que uno de los ecualizadores está lleno y el otro

vacío. Al que está lleno (derecha) se realiza el Test de Jarras y corresponde a la alimentación

de los floculadores, mientras que el ecualizador vacío (izquierda) recibe los RILES del día.

Ambos ecualizadores se alternan a medida que uno se llena el otro se vacía.

Figura 2-3: Fotografía de estanques ecualizadores en operación


Figura 2-4: Fotografía de equipos floculadores

Figura 2-5: Sistema de deshidratación de lodos de la PTR


Para establecer el procedimiento de muestreo, se debe identificar los puntos mediante

los cuales realizar el seguimiento de la planta. Los puntos en los cuales se ha medido la DQO

en este estudio son 9 y se muestran en la Figura 2-6, en forma de rombo.

2.6. CAUDALES INVOLUCRADOS

La Tabla 2-4 resume los caudales mensuales registrados por los medidores instalados a

través de la planta Quintero de BASF Chile S.A. para los meses de Enero a Agosto del año

2010.

Tabla 2-4: Caudales desde Enero a Agosto del año 2010 en la planta BASF Quintero

(7)

La Figura 2-7 grafica los datos de cada punto respecto del efluente. Se puede observar

el mayor aporte lo realiza la PTR, seguido del agua de Rechazo de ósmosis y la PTS. Dichos

caudales son estables comparados con los otros que varían según la estación.

A partir de esta información podría suponerse poca variabilidad de la carga orgánica en

el efluente, cosa que ya se ha demostrado, en realidad no se cumple.

Esta contradicción, se debe, principalmente, al desconocimiento de la distribución

diaria del agua generada, que puede ser responsable de las variaciones en la DBO5 por tener

mezclas muy distintas entre un día y otro, ya que los puntos generadores no están coordinados

entre si y descargan de forma intermitente, sin un patrón fijo.

Por lo tanto, en esta memoria, se generan datos diarios de caudal en el balance de

masa, con tal de establecer los principales responsables de la variación de la materia orgánica

en el efluente.

ENE.

[m3]

FEB.

[m3]

MAR.

[m3]

ABR.

[m3]

MAY.

[m3]

JUN.

[m3]

JUL.

[m3]

AGO.

[m3]

PTAS 544 559 1.035 1.063 796 485 554 585

POLVORÍN 661 387 189 8 7 209 6 150

PTR 2.280 2.525 2.054 2.243 1.487 1.428 1.766 1.839

RECH. OSM. 1.454 1.228 1.221 1.349 1.143 1.126 1.370 1.595

OTRAS 1095 97 702 1.110 1.382 1.133 1.403 1.233

A ESVAL 6.034 4.796 5.201 5.773 4.815 4.381 5.099 5.402


Figura 2-6: Diagrama del sistema de riles, desde su generación a su disposición final.

Fuente: Elaboración Propia


Figura 2-7: Gráfico de los caudales expuestos en la Tabla 2-4

2.7. RELACIÓN DQO/DBO5 EN EL EFLUENTE A ESVAL, VALORES

SOLUBLES

Generalmente, se puede realizar una estimación de la DBO5 en un 50% del valor de la

DQO que presenta una muestra. Sin embargo, cada vez que se hay un problema en el valor de

la DBO5, se presenta la DBO5 soluble con un valor excesivo. Un ejemplo de ello se muestra en

la Figura 2-8, donde la DBO5 soluble alcanza el 94% de la DBO5 medida.

En base a esto, si se logra minimizar el valor de la DBO5 soluble, se minimiza también

el valor normado. Sin embargo, el test de DBO5 es difícil de realizar en laboratorio por los días

que demora en estar listo, el espacio utilizado, el control de la temperatura y el número de

diluciones que hay que realizar a la muestra para obtener un valor dentro del rango. Además la

lectura y análisis de datos emplea un tiempo significativamente mayor que el test de DQO.

-

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

EN

ER

O

FE

BR

ER

O

MA

RZ

O

AB

RIL

MA

YO

JUN

IO

JUL

IO

AG

OS

TO

RIL

[m

3/m

es]

Mes de 2010

PTAS

POLVORIN

PTR

RECH. OSM.

OTRAS

MEDIDOR ESVAL


Todas estas consideraciones son la base para realizar los análisis en el laboratorio de la

universidad2 y no encargándolos a un laboratorio externo.

Figura 2-8: Resultado entregado por ANAM a una muestra de efluente de la planta BASF Quintero.(8)

Debido a esto, es útil analizar la relación existente entre la DQO soluble y la DBO5

soluble de las muestras obtenidas del efluente de la planta BASF Quintero.

La Tabla 2-5 contiene los datos referidos para distintos meses del año 2010.

2 Universidad Técnica Federico Santa María – Casa Central – Valparaíso


Tabla 2-5: Parámetros que miden la materia orgánica soluble entre enero y agosto del 2010 (9)

MES DBO5SOL

[mg/l]

DQOSOL

[mg/l] R

ENERO 246 453 0,54

148 217 0,68

FEBRERO 237 572 0,41

323 687 0,47

MARZO 166 396 0,42

467 852 0,55

ABRIL

227 547 0,41

624 1190 0,52

358 638 0,56

MAYO 227 435 0,52

150 439 0,34

JUNIO 211 608 0,35

207 570 0,36

JULIO 250 460 0,54

168 518 0,32

AGOSTO 204 353 0,58

345 640 0,54

Donde R se define de la siguiente forma:

]/[

]/[_5

lmgDQO

lmgDBOR

SOLUBLE

SOLUBLE (Ec. 1)

A partir de estos datos se puede analizar la normalidad de R, ordenando los datos y

calculando los parámetros necesarios para aplicar el test de normalidad, según se ha hecho a

través de la Tabla 2-6.

Aplicando la tabla de Lilliefors con una significancia del 0,05 se aprueba la hipótesis

de normalidad para los datos analizados.


Tabla 2-6: Ordenamiento de datos y cálculos para test de normalidad – Elaboración Propia

ni R Fi Ac. Z Prob. Ac. (Z)

1 0,32 0,06 - 1,55 0,06 0,2%

2 0,34 0,12 - 1,35 0,09 2,9%

3 0,35 0,18 -1,25 0,11 7,1%

4 0,36 0,24 -1,15 0,12 11,1%

5 0,41 0,29 -0,66 0,25 4,0%

6 0,41 0,35 -0,66 0,25 9,8%

7 0,42 0,41 -0,56 0,29 12,5%

8 0,47 0,47 -0,07 0,47 0,2%

9 0,52 0,53 0,42 0,66 13,4%

10 0,52 0,59 0,42 0,66 7,5%

11 0,54 0,65 0,62 0,73 8,5%

12 0,54 0,71 0,62 0,73 2,6%

13 0,54 0,76 0,62 0,73 3,2%

14 0,55 0,82 0,72 0,76 6,0%

15 0,56 0,88 0,82 0,79 8,9%

16 0,58 0,94 1,01 0,84 9,7%

17 0,68 1,00 2,00 0,98 2,3%

Los parámetros para este conjunto de datos son los siguientes:

X = 0,48

S = 0,10

N = 17

MAXD = 0,134

Además, según distribución t-student, se puede establecer con un 95% de confianza

que la media poblacional de R se encuentra entre 0,42 y 0,523. Por lo tanto, se puede confiar

en una estimación de la DBO5 soluble a partir del valor obtenido para la DQO soluble en el

efluente de la planta BASF Quintero.

3 Para las estimaciones de la DBO5 soluble a partir de la DQO soluble se utilizó el límite superior, es decir, 0.52

3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO Pág. 29

3. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO: MARCO TEÓRICO

Las aguas residuales de BASF Quintero son tratadas por floculación como tratamiento

primario, lo que reduce todos los contaminantes presentes en ella, excepto una baja fracción

que no flocula. Por lo tanto, el objetivo de las alternativas propuestas es solo degradar la

materia orgánica que no ha sido removida en el tratamiento primario, constituida

principalmente por compuestos solubles.

Se han realizado pruebas a nivel laboratorio en distintos puntos del sistema con tal de

atacar el problema. Las pruebas realizadas se describen en la sección 4.2 de manera detallada.

A continuación se entregan las consideraciones en las cuales se basan éstas.

3.1. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS

3.1.1. OBJETIVO

En este estudio se realizan ensayos aerobios para efluente de la PTR y una mezcla de

éste con aguas servidas. Además se monitoreó un reactor aerobio continuo escala laboratorio

con lodos provenientes de la actual PTAS hasta un tiempo de residencia hidráulico (TRH) de

24 [h].

3.1.2. DESCRIPCIÓN

La eliminación de la materia orgánica se consigue mediante la acción de una variedad

de microorganismos aerobios que la convierten en productos de combustión con menor

demanda de oxígeno, como CO2, y tejido celular. Debido a que el tejido celular es levemente

más denso que el agua, se puede eliminar la biomasa por decantación. Además, la separación

del tejido celular del agua tratada es fundamental, pues al ser materia orgánica constituye parte

de la DBO5 medida del efluente.

Para una óptima degradación de la materia orgánica, se deben cumplir los

requerimientos biológicos y ambientales de los microorganismos, como son los nutrientes

celulares, la temperatura y el pH.


De esta manera, según los tipos de microorganismos presentes en el líquido de mezcla,

existirá un pH y temperatura óptimos para la degradación. La mayoría de las bacterias no

toleran pH inferiores a 4,0 ni superiores a 9,5, situando el pH óptimo para el crecimiento entre

6,5 y 7,5 (10).

Para asegurar el crecimiento microbiano se debe proporcionar un tiempo de

permanencia en el sistema suficiente para que se reproduzcan. Este tiempo está relacionado

con la tasa de crecimiento, que está íntimamente ligada a la velocidad de degradación de la

materia orgánica. A través del control de las condiciones ambientales se puede estabilizar el

sistema por medio de la tasa de crecimiento.

El diseño del proceso se basa principalmente en la cinética de crecimiento y

degradación del sustrato, como en cualquier reactor biológico.

El sistema de lodos activados considera principalmente dos procesos que ocurren de

manera consecutiva:

1. Degradación de materia orgánica adicionando oxígeno al líquido de mezcla que

contiene el RIL y los microorganismos. El oxígeno generalmente se

proporciona mediante difusores de aire.

2. Separación de los microorganismos del agua residual mediante decantación de

los lodos generados.

La Figura 3-1 representa el sistema general de lodos activados. En ella se puede

observar que el agua residual se mezcla con microorganismos y aire en el biorreactor, donde

ocurre la degradación. Posterior a esto, la mezcla llega a un sedimentador, conocido como

Sedimentador Secundario, donde los microorganismos decantan como un lodo concentrado

que sale por el fondo. Los lodos son devueltos a la cámara de aireación y el exceso de biomasa

se retira para su secado y disposición como residuo sólido. Los lodos retirados del sistema son

conocidos como lodos purgados.


Figura 3-1: Esquema general de tratamiento de aguas por lodos activados - Elaboración propia

Actualmente existen muchas modificaciones al proceso original. La Tabla 3-1 cita algunos de

ellos.

Tabla 3-1: Ejemplos de reactores de lodos activados y eficiencia en la degradación de la DBO5

(10)

Modificación del Proceso Modelo de Flujo Sistema de Aireación

Eficiencia de

Eliminación

de DBO, %

Convencional Flujo en pistón Difusores de aire,

aireadores mecánicos 85-95

Reactor de mezcla completa Agitado,

mezcla completa

Difusores de aire,


Aireación con alimentación

modificada Flujo en pistón Difusores de aire 85-95

Contacto y Estabilización Flujo en pistón Difusores de aire,


3.1.3. PARÁMETROS DE CONTROL

El objetivo del control de una planta de lodos activados es obtener un efluente que

cumpla con los objetivos para los cuales se ha diseñado. Existen distintos problemas que

pueden surgir en la operación del sistema. Algunos de los problemas más frecuentes se

detallan a continuación:

Lodo Voluminoso (Bulking): las distintas condiciones que se generan en un

biorreactor puede favorecer la proliferación de microorganismos filamentosos

dentro del biorreactor. Cuando estos microorganismos se depositan en el


sedimentador secundario, generan estructuras que atrapan los flóculos formados

por los microorganismos que poseen buena sedimentabilidad. Esto impide el

retorno de los lodos desde el fondo del sedimentador secundario al biorreactor,

generando acanalamientos como el de la Figura 3-2 cuando el sedimentador es

compacto. Además se suma el desprendimiento de flóculos hacia el efluente,

disminuyendo drásticamente su calidad.

Figura 3-2: Acanalamiento en un sedimentador secundario compacto (11)

Espuma: la presencia de espuma es normal en el biorreactor. Sin embargo, bajo

ciertas condiciones la espuma se puede volver excesiva y generar problemas

operacionales como ser trasladada a otros sitios de la planta por el viento,

generar malos olores, tapar los deflectores del sedimentador secundario y

arrastrar microorganismos al efluente. Uno de los tipos de microorganismos

responsables de espuma desfavorable son los de la familia Nocardia. Lo normal

es una capa de espuma de 5 a 8 [cm] de altura. (12)

Lodo Ascendente: se produce como consecuencia de la desnitrificación en el

fondo del sedimentador, mediante la cual se generan burbujas de N2 que quedan

atrapadas en el seno de los flóculos, provocando una disminución de la

densidad de estos y por lo tanto su ascenso. Al ascender, los flóculos son

arrastrados al efluente.


Para evitar estos y otros problemas, se pueden identificar los siguientes parámetros

como fundamentales para el control del proceso:

3.1.3.1. Reciclo y Purga de Lodo

A través del reciclo de lodos desde el sedimentador secundario al biorreactor y la purga

de estos, se puede controlar la población de microorganismos existentes en el biorreactor de

manera de favorecer los microorganismos que forman flóculos de buena sedimentabilidad.

Se puede observar que al aumentar la edad del lodo mejora la sedimentabilidad de los

flóculos biológicos, donde la edad del lodo se conoce como tiempo medio de retención celular

y se define como la razón entre la masa de microorganismos en el biorreactor y la masa de

microorganismos que sale del sistema como purga, asumiendo que no hay microorganismos

en el efluente:

(Ec. 2)

Donde:

: Tiempo de retención celular medio [d]

: Volumen del biorreactor o cámara de aireación [m3]

: Concentración de microorganismos en el biorreactor [kgSSV/m3]

: Caudal de purga de lodos [m3]

: Concentración de microorganismos en la purga de lodos [kgSSV/m3]

Sin embargo, a medida que aumenta el tiempo de retención celular las condiciones

anaerobias en los lodos de fondo del sedimentador favorece la desnitrificación provocando la

flotación de flóculos y el arrastre de ellos al efluente.

También se puede observar que las bajas concentraciones de sustrato en el biorreactor

favorecen la proliferación de microorganismos filamentosos. Uno de los parámetros que

permiten el control de este punto es la razón F/M y se define a continuación.


(Ec. 3)

Donde S0 es la concentración de sustrato en el afluente, es el tiempo de residencia en

el biorreactor y X es la concentración de microorganismos en el líquido de mezcla. Para

disminuir la formación de fango voluminoso se puede disminuir F/A a un valor que favorezca

el crecimiento de microorganismos floculentos.

3.1.3.2. Sistema de Aireación

Se debe contar con un sistema de aireación con la capacidad mínima necesaria para

mantener una concentración de oxígeno disuelto de 2 [mg/l]. Una deficiencia en la

transferencia de oxígeno puede incurrir en la formación de lodos voluminosos

Sin embargo, el exceso de aireación en el biorreactor puede generar un espesor de

espuma tal que favorezca la proliferación de Nocardia. Además, el exceso de turbulencia en el

biorreactor puede cortar los flóculos, disminuyendo su velocidad de sedimentación.

3.1.3.3. pH

El pH en el efluente es uno de los parámetros indicativos de la salud de los

microorganismos. Se deben realizar pruebas previas para establecer cuáles son las condiciones

de pH óptimas para la degradación del agua residual y procurar que se mantenga relativamente

constante con el proceso. Si existe una variación importante en el pH se pone en riesgo la

salud microbiana, por lo tanto se deberá corregir para evitar la muerte celular y el subsecuente

deterioro del efluente.

3.1.4. ANTECEDENTES OPERATIVOS

El proceso de lodos activados fue desarrollado en Inglaterra en 1914 por Ardern y

Lockett y su nombre se deriva de la producción de una masa microbiana activada capaz de

reducir los residuos por vía aerobia. A lo largo del tiempo se han diseñado modificaciones al

proceso principal según los requerimientos de caudal y carga contaminante.

Actualmente, la planta Quintero de BASF Chile S.A. cuenta con una planta de lodos

activados de modelo ECOJET-300, una planta compacta que airea intermitentemente y retorna


los lodos mediante inyección de aire desde el fondo de los sedimentadores. Esta planta es

conocida como ECOSISTEM y corresponde la Planta De Aguas Servidas de la fábrica

(PTAS). A ella llegan las aguas de los baños, camarines y casino de la instalación. Tiene

capacidad para 113 [m3/día], mientras que su afluente promedio para el año 2010 bordea los

23 [m3/día], por lo que resulta interesante analizar la factibilidad de utilizar este equipo para el

tratamiento de los RILES de la PTR como tratamiento secundario.

La Figura 3-3 presenta un esquema del proceso. Las aguas servidas ingresan a una

serie de cuatro estanques aireados por difusores, tras lo cual sedimentan en dos

sedimentadores, generando el efluente. Desde el fondo de los sedimentadores se retornan los

lodos mediante tuberías de inyección de aire.

Figura 3-3: Esquema de la PTAS de BASF Chile, Quintero - Elaboración propia

3.2. ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO

3.2.1. OBJETIVO

El objetivo es determinar la efectividad del carbón activado en la remoción de materia

orgánica del RIL efluente de PTR, es decir, el sobrenadante de floculación, con tal de evaluar

la construcción de un filtro a presión de lecho fijo como continuación de la actual planta de

Aguas Servidas

Efluente

FLUJO DE AGUAS SERVIDAS

TANQUES DE AIREACION

SEDIMENTADORES

FLUJO DE LODOS


tratamiento. Se pretende determinar la adsorción de contaminante por unidad de masa de

carbón contenida en el filtro, así como el tiempo de servicio o agotamiento del filtro.

3.2.2. FUNDAMENTOS DE LA ADSORCIÓN

El proceso de adsorción líquido-sólido consiste, en términos sencillos, en la captación

de sustancias solubles (adsorbatos) presentes en una solución por la superficie de un sólido

(adsorbente). La separación se produce debido a que diferencias de peso molecular o de

polaridad dan lugar a que algunas moléculas se adhieren más fuertemente a la superficie que

otras. En muchos casos el componente que se adsorbe (adsorbato) se fija tan fuertemente que

permite una separación completa de dicho componente desde un fluido sin apenas adsorción

de otros componentes. La mayor parte de los adsorbentes son materiales altamente porosos y

la adsorción tiene lugar fundamentalmente en el interior de las partículas sobre las paredes de

los poros en puntos específicos. Algunos materiales adsorbentes tienen áreas de transferencias

de hasta 2000 [m2/g](13).

El nivel de actividad de la adsorción se basa en la concentración de la sustancia en el

agua, la temperatura y la polaridad de la sustancia. La capacidad de adsorción de un sistema se

puede determinar calculando la “isoterma de adsorción”. La fórmula utilizada para el análisis

de los datos experimentales en este estudio es la relación de Freundlich, aunque existen

también otras relaciones válidas.

3.2.2.1. Isoterma de Freundlich

Esta isoterma se basa en consideraciones experimentales (10) y es la siguiente:

neC

m

x 1

* (Ec. 4)

Donde:

m

x : Cantidad adsorbida por peso unitario de adsorbente en equilibrio [mg/g]

eC : Concentración de equilibrio del adsorbato en la solución [mg/l]

n, : Constantes empíricas.


La Figura 3-4 entrega algunas isotermas obtenidas de manera experimental en la

biosorción de cromo con cuesco de aceituna.

Figura 3-4: Isotermas experimentales para la biosorción de cromo con cuescos de aceituna para 25 y 60

[°C] (14)

Para encontrar las constantes y n , se realizan ensayos batch según se describe en

4.2.2.1, procedimiento que consiste en agitar una muestra con una cantidad de adsorbato

determinada y una masa determinada de adsorbente hasta el equilibrio, midiendo la cantidad

de adsorbato en equilibrio. La cantidad de adsorbato contenida en el carbón activado se

obtiene por diferencia entre el inicio y el equilibrio de la muestra de RIL. Las constantes se

determinan gráficamente ajustando los datos con la siguiente expresión:

eCLogn

Logm

xLog *

1

(Ec. 5)

La adsorción puede llevarse en lecho fluidizado, lecho móvil, lecho fijo o estanques

agitados según las necesidades existentes. En el presente trabajo se estudia la adsorción con

carbón activado granular (CAG) en lecho fijo.

3.2.2.2. Modelos de Concentración en Lechos Fijos

En la adsorción en lecho fijo las concentraciones en la fase fluida y en la fase sólida

varían con el tiempo y la posición en el lecho. Al principio la mayor parte de la transferencia

de materia tiene lugar cerca de la entrada del lecho, donde el fluido se pone en contacto con

adsorbente fresco. La parte del lecho donde se produce la transferencia de compuestos desde la


fase fluida a la superficie del sólido se conoce como “zona de transferencia de masa” (ZTM) y

va migrando en sentido co-corriente con el fluido a medida que el lecho se va saturando. Si al

comienzo el sólido no contiene adsorbato, la concentración en el fluido disminuye

exponencialmente con la distancia hasta prácticamente cero antes de alcanzar el extremo final

del lecho.

Las curvas características generalmente se grafican con C/C0 como parámetro

adimensional, donde C es la concentración de adsorbato en la solución, para un tiempo ti y un

largo L. El perfil de C/C0 para distintos tiempos en el lecho se puede apreciar en la Figura 3-5,

siendo L T la longitud total del lecho(13):

Figura 3-5: Esquema representativo del perfil de concentración de adsorbato en un lecho fijo (13).

Si al comienzo el sólido no contiene adsorbato, la concentración en el fluido disminuye

exponencialmente con la distancia hasta prácticamente cero antes de alcanzar el extremo final

del lecho, por lo tanto, la razón C/C0, a la salida del lecho varía en el tiempo a medida que el

carbón se satura. La Figura 3-6, que tiene forma de “S”, se conoce como curva de ruptura y

muestra la concentración en el tiempo para la salida de un lecho, es decir, C(t,LT) (13). Desde

un punto de vista práctico, el lecho se considerará saturado en el tiempo para el cual C alcance

entre el 90% y 95% de C0.

3.2.2.3. Capacidad de Adsorción de Agotamiento en Lecho Fijo

En la práctica, la capacidad de adsorción de agotamiento real, es un porcentaje de la

capacidad teórica de adsorción x/m obtenida a partir de la isoterma. Este valor es determinado

principalmente del coeficiente de transferencia de masa, el cual depende a su vez


principalmente de las propiedades del carbón y la velocidad superficial del sistema de

adsorción, definiendo velocidad superficial de la siguiente manera:

LTRANSVERSA

SArea

CaudalV (Ec. 6)

Figura 3-6: Perfil de concentración a la salida del lecho fijo de adsorción respecto del tiempo (13).

Para poder realizar un escalamiento de un piloto de laboratorio a un filtro de planta, es

necesario mantener constantes los parámetros de velocidad superficial y tamaño de partícula

del lecho filtrante.

La ecuación para el balance de masa para adsorción continua en lecho fijo, se tiene a

continuación:

)(**** dCCVoCVot

WdLA

(Ec. 7)

Reordenada según:

L

CVo

t

WA

** (Ec. 8)

Donde:

C : Concentración del adsorbato en el fluido para un tiempo t y un largo de

lecho L.


W : Concentración de adsorbato en el adsorbente (en este caso: carbón

activo), x/m

A : Densidad aparente del lecho adsorbente.

V0 : Velocidad superficial o de filtración

Por otra parte, la transferencia de masa entre el fluido y el sólido puede describirse a

través de un coeficiente global de transferencia de masa de la siguiente manera:

)(*** ecA CCaKt

W

(Ec. 9)

Donde Ce es la concentración de adsorbato en el fluido que estaría en equilibrio con el

sólido en el sistema y a es el área de transferencia de masa por longitud de lecho. Ahora bien,

si se incluye la relación de equilibrio se puede llegar a la siguiente expresión:

n

cA WCaKt

W 1***

(Ec. 10)

Existen resoluciones para este sistema de ecuaciones basadas en distintas suposiciones,

como que la isoterma es lineal o irreversible. Sin embargo, lo más efectivo es aplicar modelos

matemáticos experimentales que se han desarrollado para distintas condiciones del balance de

masa.

3.2.3. ANTECEDENTES TEÓRICOS

Existen distintos modelos matemáticos que predicen el tiempo de servicio de un

adsorbente en lecho fijo a través de su curva de ruptura experimental. A continuación se

describen algunos modelos y las consideraciones tomadas.

3.2.3.1. Modelo Lineal

Este modelo se basa en la consideración de que Ci permanece constante y que la

concentración a la salida del lecho, varia linealmente entre 0 y Cr. Se puede asumir que la

capacidad real de adsorción de agotamiento Wr, es un valor aproximado entre el 25 y el 50%

de la capacidad de adsorción de agotamiento teórica, x/m, obtenida a través de la isoterma de

adsorción experimental cuando se ingresa con Ci en la abscisa. Se utiliza principalmente en


remoción de materia orgánica en columnas de carbón activado granular (CAG). Esta relación

no considera el coeficiente de transferencia de materia como un valor dependiente de la

velocidad lineal del flujo.

Una vez estimada Wr, el tiempo de agotamiento se puede estimar a través de la

siguiente relación:

c

rri

c

rr

M

tCCQ

M

XW

2 (Ec. 11)

Donde:

Xr : masa de materia orgánica adsorbida en la columna de CAG [g]

Mc : masa de carbón de la columna [g]

Q : caudal a tratar [l/min]

Ci : concentración de materia orgánica a la entrada de la columna [g/l]

Cr : Concentración de materia orgánica en el efluente al producirse el

agotamiento [g/l]

tr : tiempo transcurrido hasta el agotamiento [min]

3.2.3.2. Modelo de Adams y Bohart

La ecuación fundamental de este modelo fue establecida por Adams y Bohart en 1920

y se utilizó originalmente para sistemas gas-sólido. Sin embargo se ha utilizado a través del

tiempo para describir otros sistemas. El modelo supone que la velocidad de sorción es

proporcional a la capacidad residual del sólido y a la concentración de la especie retenida (14).

A través del balance de masa se puede llegar a la siguiente ecuación para describir la curva de

ruptura:

(Ec. 12)

Donde :

kAB : es la constante cinética [l/mg·min]


N0 : es la capacidad de sorción volumetría máxima [mg/l]

V : es la velocidad de flujo lineal [cm/min]

Z : es la altura de la columna en [cm]

t : tiempo transcurrido [min]

Sin embargo, esta relación se utiliza generalmente de manera simplificada para C/Ci

inferiores a 0,15 por la complejidad del ajuste de los datos con tal de encontrar kAB y N0. De

este modo la ecuación se reduce a:

(Ec. 13)

3.2.3.3. Modelo BDST (Bed Depth Service Time)

Este modelo predice la relación entre la altura de relleno, Z, y el tiempo de servicio o

ruptura para una columna de lecho fijo. El desarrollo de este método es a partir del modelo

establecido en 1920 por Bohart y Adams y aplicado por Thomas en 1944 en el estudio de

adsorción con zeolitas (14).

La relación la establece Hutchins en 1973 a partir de los resultados obtenidos por los

investigadores antes nombrados.

(Ec. 14)

Donde :

: es la constante cinética en [l/mg·min]

N0 : es la capacidad de sorción volumetría máxima [mg/l]

V : es la velocidad de flujo lineal [cm/min]

Z : es la altura de la columna [cm]

tr : tiempo transcurrido [min]


El tiempo de ruptura, tr, es el necesario para que se alcance una determinada

concentración de adsorbato en el efluente, C. Si se representan los datos graficando tr respecto

de

, se puede obtener Ka y Z. Se requiere experimentar con una columna de Z

conocido y V controlado, tomando muestras a la salida de ésta en distintos intervalos de

tiempo.

3.2.3.4. Modelo de Yoon y Nelson

Propuesto en 1984, es un modelo relativamente simple dirigido a la adsorción de

vapores o gases en carbón activo. Este modelo asume que la velocidad con la que disminuye la

probabilidad de adsorción para cada molécula de adsorbato es proporcional a la probabilidad

de adsorción del adsorbato y la probabilidad de que no se adsorba el adsorbente. No requiere

de datos relativos a las características del adsorbato, tipo de adsorbente o propiedades físicas

del lecho (14). Como se puede observar es un modelo probabilístico. Debido a que su objetivo

no es la aplicación para fluidos líquidos, no se considera en este estudio.

3.3. OXIDACIÓN QUÍMICA

3.3.1. OBJETIVO

El objetivo de este método es degradar la materia orgánica reduciendo la demanda de

oxígeno mediante la adición de este elemento químicamente al residuo líquido. Se utilizó

como agente oxidante H2O2. Estas pruebas se aplicaron a los RILES de las plantas

Dispersiones y Palatal con tal de analizar la factibilidad de tratarlos antes de ingresar a la PTR.

3.3.2. DESCRIPCIÓN

El peróxido de hidrógeno, también conocido como agua oxigenada es un agente

altamente oxidante, que se autodegrada, dependiendo de su concentración y temperatura, a O2

y agua.

Los métodos utilizados son principalmente oxidación mediante reactores agitados en

puntos de generación con alta carga orgánica y en el efluente de la PTR. Las pruebas se

realizaron a temperatura ambiente, con distintas concentraciones de reactivo y los resultados

se midieron a distintos tiempos de reacción.


3.3.3. ANTECEDENTES

La activación moderada del H2O2 puede lograrse a través de catalizadores un álcali, O3

o algún ácido mineral, cuando se requiere para oxidar materia orgánica. La planta Palatal tiene

un pH promedio de 3 en sus aguas de lavado, lo cual implica presencia significativa de H+. Sin

embargo, el H2O2 sin catalizador es utilizado principalmente para remover la DQO/DBO

proveniente de tiosulfatos, sulfuros o sulfitos.

3.4. OXIDACIÓN AVANZADA

3.4.1. OBJETIVO

El objetivo es determinar la curva de degradación de la DQO en el tiempo y establecer

la viabilidad del método aplicado. En el Laboratorio de Fotoquímica de la Universidad

Técnica Federico Santa María se han estudiado estos métodos para oxidar la carga orgánica de

distintos compuestos que resisten otros tratamientos, como antibióticos, surfactantes,

colorantes y arsénico, obteniéndose resultados satisfactorios.

Los estudios involucran tiempos de reacción y el desarrollo de reactores para oxidación

avanzada con luz UV y ozono, entre otros.

3.4.2. DESCRIPCIÓN

Se han aplicado dos métodos al efluente de PTR. Cada muestra tratada tiene menos de

24 [h] desde el muestreo hasta la realización de la experiencia. Los métodos aplicados fueron:

Oxidación vía Fotocatálisis Heterogénea

Fotólisis UV/H2O2

Se aplicaron distintas dosis de peróxido para los tratamientos, como así distinto rango

de luz UV y catalizador.

Todas las experiencias se desarrollaron en reactores tubulares empacados con anillos

raschig recubiertos con catalizador adherido.


3.4.3. ANTECEDENTES

3.4.3.1. FOTÓLISIS UV/H2O2

La fotólisis con H2O2 es una variación de la oxidación química directa, utilizándose luz

UV como catalizador de activación del peróxido. La conversión del H2O2 a radical hidroxilo

tiene un rendimiento cuántico casi unitario (0,98 a 254 [nm]), y produce casi

cuantitativamente dos radicales OHpor cada molécula de H2O2(15).

El uso de UV/peróxido ofrece grandes ventajas: el oxidante es comercialmente muy

accesible, es térmicamente estable y puede almacenarse en el lugar (con los recaudos

necesarios). Como posee solubilidad infinita en agua, no existen problemas de transferencia de

masa asociados a gases, como en el caso del ozono. La inversión de capital es mínima y la

operación es simple.

Las reacciones involucradas en este método son:

OH· + H2O2 → HO2• + H2O (Ec. 15)

HO2• + H2O2 → OH• + H2O + O2 (Ec. 16)

2 HO2• → H2O2 + O2 (Ec. 17)

HO2• + OH• → H2O + O2 (Ec. 18)

3.4.3.2. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA

La primera publicación sobre este proceso de degradación de contaminantes se debe a

Carey y aparece en 1976. En una primera etapa con escasas publicaciones, aproximadamente

entre 1976 y 1985, sólo unos pocos grupos científicos trabajaron en el tema. A finales de los

80, llegó a considerarse al proceso fotocatalítico como un posible método universal para la

degradación de contaminantes orgánicos. Sin embargo, tras una serie de estudios de resultados

contradictorios, actualmente no se cree que el proceso de fotocatálisis pueda ser algo

universal, pero en cambio se han identificado aplicaciones específicas y concretas en las que la


tecnología, desarrollada adecuadamente, puede resultar viable y competitiva, particularmente

para contaminantes refractarios a procesos convencionales.

La fotocatálisis heterogénea es un proceso que se basa en la absorción de fotones por

un sólido semiconductor. Los fotones deben tener energía suficiente, igual o superior a la

requerida para el desprendimiento de un electrón de la banda de valencia del catalizador hacia

la banda de conducción. La fotocatálisis puede ser definida como la aceleración de una foto-

reacción mediante la presencia de un catalizador (16).

Los electrones excitados son transferidos hacia la especie reducible, generando un par

electrón-hueco ( ) en la capa de valencia, a la vez que el catalizador acepta electrones de

la especie oxidable que ocupará los huecos; de esta manera el flujo neto de electrones será

nulo y el catalizador permanecerá teóricamente inalterado.

El hueco producido en la capa de valencia es capaz de producir radicales OH· según

OH- + h

+ OH· (Ec. 19)

El radical hidroxilo OH· es un poderoso agente oxidante, pero no se genera fácilmente

en soluciones. Su potencial estándar de reducción ε0 es de 2,0 [V] para la reacción:

OH· + e- OH

- (Ec. 20)

Los radicales OH· generados por la radiación UV y TiO2 como catalizador son capaces

de mineralizar rápida y completamente compuestos orgánicos o tóxicos hasta dióxido de

carbono, agua y ácidos minerales (17). Además, si se utiliza un ambiente aerobio, se puede

obtener también la aceptación de electrones por parte del oxígeno diatómico según sigue:

O2 + e- O2·

- (Ec. 21)

Los fotocatalizadores más investigados hasta el momento son los óxidos metálicos

semiconductores de banda ancha y, particularmente, el TiO2, el cual presenta una elevada

estabilidad química que lo hace apto para trabajar en un amplio rango de pH, al mismo tiempo

que es capaz de producir transiciones electrónicas por absorción de luz en el ultravioleta

cercano (UV-A). En este estudio se ha considerado como catalizadores TiO2 y ZnO, ambos

soportados en anillos raschig de vidrio pyrex.

4. PARTE EXPERIMENTAL Pág. 47

4. PARTE EXPERIMENTAL

4.1. DETERMINACIÓN DE LA GENERACIÓN DE RILES

4.1.1. CAUDAL Y MASA

4.1.1.1. MEDICIÓN DE CAUDAL DIARIO

4.1.1.1.1. MATERIALES

EPP´s

Reloj simple

4.1.1.1.2. MÉTODO

Se programó un muestreo consistente en cuatro días consecutivos durante dos semanas

consecutivas de producción. El muestreo se realizó desde el día lunes al jueves de cada

semana con tal de medir controladamente.

El día lunes de cada secuencia de muestreo, a las 8:30 am, se comienza a llenar el

ecualizador 1, que se encuentra vacío. A la misma hora, se toman los estados de los medidores

de todos los puntos de generación de agua residual. A las 8:30 del día martes, se mueve la

válvula con tal de parar el llenado del ecualizador 1 desviando el flujo de RIL al ecualizador 2.

En ese momento se anotan los estados de los medidores involucrados. En el transcurso del día

martes (segundo día de muestreo) se llena el ecualizador 2 y se flocula lo acumulado en el

ecualizador 1. Esto se repite todos los días, terminando el día viernes con la toma de los

estados a las 8:30 am y la floculación de los RILES acumulados durante el día jueves. El día

viernes se toma muestras del ecualizador que se está floculando, del sobrenadante de

floculación y del efluente BASF Quintero. Las muestras compuestas de cada día se envían al

día siguiente por la mañana al laboratorio.

La siguiente semana se repite el método con tal de tener datos de dos semanas

consecutivas. No es factible realizar esta labor por 14 [d] consecutivos por restricciones de

personal y transporte de muestras, por lo que se tienen datos para 8 [d]. Es necesario acumular

todos los RILES de un mismo día en un ecualizador para tener datos diarios de generación, ya

que los procesos son intermitentes y generalmente aguas de un día de producción terminan


mezcladas con las del día anterior o siguiente, generando errores al efectuar el balance de

masa.

4.1.1.2. CARGA ORGÁNICA


Para la toma de muestras, se usaron distintos tipos de envases según el punto

muestreado y los análisis que se requieren, siendo mayor el caudal requerido de efluente de

PTR (punto 7) porque es el que se alimentó a la planta piloto de lodos activados. La Tabla 4-1

muestra los materiales usados, además de los EPP’s.

Tabla 4-1: Envases utilizados para muestreo y volumen de muestra según día.

DÍA PUNTO VOLUMEN

MUESTRA ENVASE

Martes a sábado PTAS 1 [l] Botella 1 [l]

Lunes a viernes 1-6 1 [l] Botella 1 [l]

Martes a sábado 8 y 9 1 [l] Botella 1 [l]

Martes a viernes 5:30 a.m. 7 5 [l] Bidón 5 [l]

Viernes desde 8:30 a.m. a sábado 7 20 [l] Bidón 20 [l]

4.1.1.2.2. MÉTODO

Se tomaron muestras cada 3 [h], equivalentes a un octavo de la muestra diaria. Esto se

realiza para tener una muestra compuesta simple de cada día. No se realizó muestreo horario

por restricción de recurso humano para tales fines, ya que los operadores que tomaron las

muestras tienen otras labores cotidianamente, situación que no permite que se dediquen todo el

turno a caminar por la planta tomando muestras.

Para la transparencia de la información y evitar las confusiones, se entregó a los

operadores una planificación que incluye la hora de cada actividad y los puntos que

corresponde muestrear. La Figura 4-1 muestra la programación entregada a los operadores. Se

midió la DQO soluble a cada muestra llevada al laboratorio según 4.3.1.


Figura 4-1: Programación del monitoreo por puntos de muestreo


4.2. PRUEBAS DE TRATABILIDAD

4.2.1. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS

4.2.1.1. Determinación de la Biodegradabilidad Máxima (Ensayo Aerobio)

Los ensayos de biodegradabilidad aerobia, miden la capacidad de un RIL de ser

degradado mediante la acción de microorganismos aerobios, es decir, que utilizan oxígeno

para alimentarse, descomponiendo por este método, la materia orgánica presente en el RIL a

tratar.

Para estos ensayos se utilizó microorganismos propios del sistema de tratamiento de

aguas servidas de BASF – Quintero. Estos microorganismos se extrajeron desde la

recirculación de lodos de la planta ECOSISTEM de lodos activados que actualmente opera

como PTAS.

Se trató dos muestras: una compuesta de RIL tratado en la PTR al 100% y la otra

compuesta en un 90% de este RIL y 10% de aguas servidas de la PTAS. Por motivos

operacionales, para ambos casos se supuso que la muestra contiene los nutrientes necesarios

para el desarrollo de los microorganismos, considerando también la naturaleza de las aguas

tratadas.


4.2.1.1.2. Soporte para Reactores

Consiste en un soporte de madera con orificios en su parte superior para instalar los

reactores. La cubierta superior del soporte se cubrió con una capa de silicona líquida que evita

la humidificación de la madera durante los ensayos, ya sea por derrame y otras circunstancias.

En principio el soporte se diseñó para realizar pruebas para 3 composiciones de RIL y

un blanco, todas en duplicado, sin embargo sólo se realizaron ensayos para 2 composiciones

de RIL, por lo cual se utilizaron solo 6 de los 8 orificios.


La Figura 4-2 y la Figura 4-3 muestran la configuración.

Figura 4-2: Estructura principal del soporte para ensayo aerobio – Elaboración propia

Figura 4-3: Vista superior del soporte para ensayo aerobio (pieza A) – Elaboración propia

Las medidas de las piezas se detallan a continuación:

Tabla A:

Los círculos son de 6 [cm] de diámetro.

Total largo: 49 [cm]

Total ancho: 27 [cm]

Tablas B:

Largo: 27 [cm]

Ancho: 25 [cm]


Tabla C:

Largo: 49 [cm]

Ancho: 10 [cm]

A continuación se muestra el soporte utilizado.

Figura 4-4: Soporte de reactores para ensayo de biodegradabilidad (Fotografía)

4.2.1.1.3. Reactor Aerobio Batch

En cada orificio se ha instalado un reactor, el cual es una botella de vidrio de 700 [ml]

a la cual se ha retirado el fondo. La botella se instala invertida, con el cuello hacia abajo. El

cuello de cada botella se conecta mediante una manguera inserta en un tapón de goma a una

bomba de aire. En el extremo superior de la manguera, que está dentro de la botella se ha

dispuesto un difusor de aire de piedra porosa.

La Figura 4-5 muestra un esquema de un reactor4:

4 Cada reactor se tapó con una lámina de aluminio delgada sobrepuesta, con tal de evitar la evaporación y la

salida de los microorganismos al estallar las burbujas de la espuma generada.


Figura 4-5: Esquema del reactor aerobio utilizado en el ensayo

4.2.1.1.4. Bombas de Aire

La función es proporcionar aire a cada reactor para que los microorganismos realicen

la degradación por oxidación de la materia orgánica. Se usaron bombas de pecera.

4.2.1.1.5. MÉTODO

Se mide los SSV del lodo (según 4.3.4)

Se agrega a todos los reactores el mismo volumen de lodo (especificado en 5.2.1).

Se afora a 450 [ml] dos reactores (R1-A y R1-B) con agua potable, los cuales sirven de

blanco.

Se afora a 450 [ml] dos reactores (R2-A y R2-B) con RIL.

Se afora a 450 [ml] dos reactores (R3-A y R3-B) con mezcla de RIL y aguas servidas

en relación 90/10.

Se mide DQO y DQO soluble (según 4.3.1) de todos los reactores, desde el tiempo 0,

diariamente, hasta que se logre la biodegradación máxima estable de la DQO.

Se mide pH (según 4.3.5) a todos los reactores desde el tiempo 0, diariamente hasta

que se logre la biodegradación máxima estable de la DQO.


4.2.1.2. Reactor Piloto En Flujo Continuo


1 bomba peristáltica MasterFlex® L/S de cabezal Nº 70 – 14

1 manguera MasterFlex® de diámetro Nº 70 – 14 de 15 [cm] de largo

2 adaptadores plásticos para manguera de agua

1 [m] de manguera plástica de agua de ¼ [in]

1 [m] de manguera de goma de agua de ½ [in]

1 llave de paso para manguera de ½ [in] de polipropileno

2 uniones HE PVC hidráulico

1 tubo de vidrio de 7 [mm] de diámetro y 50 [cm] de largo

1 tubo de vidrio de 7 [mm] de diámetro y 15 [cm] de largo

9 tapones de goma del Nº 3

9 difusores de aire de piedra porosa

2 bidones de 60 [l]

1 [m] de manguera para bomba de acuario

5 bombas de acuario

15 tee para manguera de acuario

1 anti-retorno para manguera de acuario

1 timer análogo de 24 [h], 10 A. Resolución: 15 [min]

1 timer análogo de 3 [min], 10 A. Resolución: 1 [s]

Estructura de acrílico de reactor aerobio, de 5 [mm] de espesor (Figura 4-6)


Figura 4-6: Dibujo de la estructura de acrílico del reactor aerobio continuo

Desde la Figura 4-7 a la Figura 4-9 se muestran algunas fotografías del equipo.


Figura 4-7: Reactor piloto de lodos activados antes de comenzar las pruebas


Figura 4-8: Reactor piloto de lodos activados (Fotografía de pruebas hidráulicas)

Figura 4-9: Reactor piloto de lodos activados (Fotografía de difusores de aire del biorreactor)


4.2.1.2.2. MÉTODOS

4.2.1.2.2.1. Preparación del Afluente

Se prepara una muestra de 50 [l], de los cuales 5 [l] corresponden a aguas servidas y

los restantes 45 [l] corresponden al sobrenadante de floculación (efluente de PTR). La muestra

se prepara en el bidón de 60 [l], el cual se agita y se toma como estanque de afluente.

Se mide DQO soluble del afluente y del sobrenadante de floculación según 4.3.1.

4.2.1.2.2.2. Puesta en Marcha

Se miden los SSV del lodo (según 4.3.4) los cuales tienen concentración de 16,38 [g/l].

Se ingresa 650 [ml] de lodo al reactor de aireación, que tiene capacidad de 3,3 [l], con

lo cual se llega a una concentración de:

lg

ml

lg

ml

22,3][3300

38,16*][650

(Cálculo 1)

Se agrega al reactor 2650 [ml] de afluente.

Comienza la aireación en régimen batch.

Se mide DQO soluble (según 4.3.1) cada 24 [h]. Una vez que se estabiliza la curva de

degradación, se cambia a modo de flujo continuo.

4.2.1.2.2.3. Seguimiento en Flujo Continuo

Se enciende la bomba de alimentación al reactor con un flujo ajustado de 3,2 [ml/min].

La bomba está conectada a un temporizador que enciende la bomba por 15 [min] cada

45 [min], completando 1 [h]. Por lo tanto, de forma intermitente, cada hora alimenta 48

[ml], con lo cual se tiene un caudal de 1.152 [ml/d].

El tiempo de residencia hidráulico se calcula de la siguiente manera:

TRHQ

V (Ec. 22)


(Cálculo 2)

Se mide DQO soluble, SST y SSV del afluente al reactor aerobio y efluente del

sedimentador secundario periódicamente hasta que la degradación se mantiene estable

durante 3 TRH, es decir, 9 [d].

Se ajusta la bomba con tal de obtener un TRH = 2 [d]. Se reguló el caudal a 1650

[ml/día].

Se mide DQO soluble, SST y SSV del afluente al reactor aerobio y efluente del

sedimentador secundario periódicamente hasta que la degradación se mantiene estable

durante 3 TRH, es decir, 6 [d].

Se ajusta la bomba con tal de obtener un flujo de 3.300 [ml/d], que implica TRH = 24

[h]. Se mide DQO soluble, SST y SSV hasta obtener DQO soluble estable en el

efluente durante 3 [d] consecutivos.

Las imágenes siguientes corresponden a la operación en continuo de la planta piloto de

lodos activados.

Figura 4-10: Piloto de lodos activados en operación continua (Fotografía del biorreactor y sedimentador)


Figura 4-11: Piloto de lodos activados en operación (Fotografía del reflujo de lodos)

Figura 4-12: Planta piloto de lodos activados en operación continua (Fotografía de vista frontal)


4.2.1.2.2.4. Tratamiento de RIL con Distinta Carga Diaria

Corresponde al método empleado para el seguimiento en flujo continuo, pero con

tiempo de residencia hidráulico de 24 [h] en la cámara de aireación. La mezcla alimentada es

de RIL de la PTR y afluente a la PTAS 90/10, tal cual antes, pero preparada con agua fresca,

correspondiendo cada día de tratamiento a un día de producción. El objetivo es evaluar el

comportamiento de los microorganismos ante el cambio diario de carga orgánica, tal como

ocurriría en BASF Quintero.

Se mide DQO soluble del RIL utilizado, de la mezcla afluente y del efluente del

sedimentador secundario. Además de los SST del afluente y del efluente.

4.2.1.3. Ensayo de Sedimentación


Probeta de vidrio de 1.000 [ml]

Papel milimetrado

Reloj

Líquido de mezcla de reactor aerobio

Cinta adhesiva

4.2.1.3.2. MÉTODO

4.2.1.3.2.1. Generación de Datos

Se pega una franja de papel milimetrado a lo largo de la probeta

Se homogeniza el líquido de mezcla del reactor aerobio

Se toma una muestra de 5 [ml] y se mide concentración de SSV (según 4.3.4)

Se llena la probeta y se marca el nivel con el lápiz en el papel milimetrado

Cada cinco [min] se marca el nivel observado de la interfase sólido-líquido en el papel

milimetrado


4.2.1.3.2.2. Cálculo del Área del Sedimentador

Se calcula Hu definida como:

(Ec. 23)

Donde C0 es la concentración inicial de SST en el líquido de mezcla, H0 es la altura de

la columna utilizada en el ensayo y Cu es la concentración requerida en los lodos

espesados.

Se grafican los datos de altura de la interfase de sedimentación respecto del tiempo.

Se traza una línea tangente al inicio de la curva de sedimentación, correspondiente a la

zona de sedimentación libre.

Se traza una línea horizontal a la altura Hu

En la intersección de estas líneas se traza una bisectriz del ángulo que forman entre

ellas.

Se traza una línea tangente a la curva de sedimentación donde es cortada por la

bisectriz.

Se intercepta Hu con la tangente a la curva recién indicada.

Desde este punto se traza una vertical hasta el eje del tiempo y se lee tu.

es el tiempo necesario para alcanzar la concentración de fangos deseada en el fondo

del estanque, Cu.

Luego se calcula el área de espesado y clarificación para un caudal Q:

(Ec. 24)

(Ec. 25)

Donde V es la velocidad de sedimentación libre de los lodos y se calcula como la

pendiente inicial de la curva de sedimentación.


4.2.2. ADSORCIÓN CON CARBÓN ACTIVADO

4.2.2.1. Isoterma de Adsorción

El objetivo de esta prueba es estimar la capacidad de adsorción máxima del carbón

activado sobre la materia orgánica soluble del efluente de la PTR. Se puede utilizar este

parámetro como referencia o control para los resultados en la columna de flujo continuo.


Balanza analítica, con resolución de 0,0001 [g]

Espátula

Probeta graduada de 500 [ml]

3 Vasos precipitados de 500 [ml]

Carbón Activo Granular (muestra del carbón que se usa en la columna)

Aparato de jarras

Efluente de PTR5 de 3 días distintos

Film plástico tipo “Alusa plast”

Marcador permanente

Aparato de filtración: matraz Kitasato

Bomba de vacío

Cono-filtro

Disco de filtro

4.2.2.1.2. MÉTODO

Medir la DQO soluble de cada muestra de RIL y registrarla

Ingresar a cada vaso precipitado 400 [ml] de RIL, cada día en vaso distinto

Ingresar a cada vaso 1 [g] de carbón activado granular

Marcar los vasos con diferentes letras

Ingresas los tres vasos al aparato de jarras con agitación de 50 [rpm]

5 “Efluente de PTR”: sobrenadante de floculación.


Cubrir de la mejor manera los vasos con plástico film para evitar la evaporación del

agua

Agitar durante 72 [h] a 20 [°C] a 100 [rpm]

Sacar 50 [ml] de muestra de cada vaso y filtrar.

Medir DQO a cada muestra filtrada.

Calcular la masa DQO contenida en la masa de carbón

Graficar los datos y obtener las constantes de la isoterma

4.2.2.2. Filtro de Arena

El objetivo de instalar este filtro, es proporcionar agua libre de los sólidos suspendidos

que no fueron retirados en la PTR mediante la floculación, con tal que la columna de carbón

activo granular actúe principalmente como un sistema de adsorción y no como un filtro,

alargando la vida útil del carbón activo.


4.2.2.2.1.1. Preparación de la Arena de Filtración

80 [kg] de arena gruesa de río

Set de tamices circulares de metal diámetros:

1,19 [mm]

1,67 [mm]

2 Baldes de 20 [l]

Lavatorio de 30 [l]

Agua potable

Estufa de secado

Bandeja metálica

Vara de madera de 1 [m] aprox.

4.2.2.2.1.2. Equipo de Filtración

2 Tubos de PVC clase 10 de 50 [mm] de diámetro y 60 [cm] de largo

Tubo de PVC clase 10 de 32 [mm] de diámetro y 1,5 [m] de largo


2 Pares de flanges de 32 [mm]

6 codos de PVC hidráulico 90 ° de 32 [mm]

2 tee de PVC hidráulico de 32 [mm]

2 uniones americanas de PVC hidráulico de 50 [mm]

2 uniones reducción larga de PVC hidráulico de 50x32 [mm]

2 bujes de 50x40 [mm]

2 bujes de 40x32 [mm]

Adhesivo para soldar PVC

4 gomas circulares perforadas de 2 [mm] de espesor, con perforación de 32 [mm]

12 pernos del Nº 5

Teflón

4 mallas metálicas de 50 [mm] de diámetro con 1,19 [mm] de diámetro del orificio de

malla.

4.2.2.2.2. MÉTODOS

4.2.2.2.2.1. Preparación de la Arena de Filtración

Secar la arena que viene húmeda en la estufa de secado sobre la bandeja metálica.

Pasar la arena por los tamices

Separar la arena entre los últimos tamices, diámetros correspondientes a 1,19 [mm] y

1,67 [mm].

Agregar agua potable hasta 15 [l]

Agitar con la vara de madera vigorosamente hasta que suelte el polvo

Verter el sobrenadante mientras aún esta turbulenta al lavatorio

Repetir hasta que el agua de lavado se vea transparente y libre de polvo en suspensión.

Dejar decantar el lavatorio y descartar el sobrenadante y el lodo acumularlo en el

segundo balde con tal de espesarlo.

Descartar el sobrenadante del balde

Secar el lodo a la intemperie de día

Disponer el lodo seco como residuo sólido para no tapar las cañerías del desagüe.


Secar en estufa la arena lavada6

4.2.2.2.2.2. Equipo de Filtración

Se unen las piezas de PVC con adhesivo para soldar con tal de formar la siguiente

estructura:

Figura 4-13: Dibujo de filtro de arena – Elaboración propia

Se instalan las mallas en las uniones americanas

Se ingresa el arena a los filtros por el tope

Se instala las mallas entre las gomas de los flanges y se cierran los flanges

4.2.2.3. Columna de Carbón Activado Granular

El objetivo de instalar esta columna es adsorber los compuestos orgánicos que no

fueron removidos en la floculación ni en el filtro de arena, en su mayoría, compuestos

solubles.

6 Por disposición de materiales y tiempo, el proceso duró varios días



4.2.2.3.1.1. Caracterización del Carbón Activado

Set de tamices circulares de metal diámetros:

1,19 [mm]

1,67 [mm]

3,35 [mm]

4,75 [mm]

5,66 [mm]

Carbón activado granular

La siguiente es una fotografía del set de tamices utilizado para caracterizar el carbón

activado y seleccionar el diámetro de partícula de la arena de filtración.

Figura 4-14: Set de tamices para granulometría utilizado.

4.2.2.3.1.2. Columna de Adsorción

Tubo de PVC hidráulico de 50 [mm] de diámetro por 1 [mm] de largo.

2 uniones americanas

2 válvula de bola de 1/4” con hilo exterior

Tubo de PVC hidráulico de 32 [mm] de diámetro por 150 [cm] de largo


2 reducciones cortas (bujes) de PVC de 32x40

2 reducciones cortas de PVC de 40x50

2 codos de PVC hidráulico de 90 °

1 terminal HE 32x1”

2 mallas circulares de 50 [mm] de diámetro con 1 [mm] de orificio de malla.

Teflón

Taladro

4.2.2.3.2. MÉTODOS

4.2.2.3.2.1. Caracterización del Carbón Activado

Pesar 4 muestras de 350 [g]

Pasar una muestra por los 5 tamices

Pesar el carbón que quedo sobre cada tamiz y el polvo que paso por el tamiz de menor

tamaño. Registrar las masas.

Repetir para las otras 3 muestras

4.2.2.3.2.2. Columna de Adsorción

Se une el hilo interior de cada unión americana a cada extremo del tubo de PVC con

adhesivo para soldar

En la parte inferior de cada unión se instala un buje de 50x40 y otro de 40x32,

concéntricamente con adhesivo para PVC

Se instala 10 [cm] de PVC de 32 [mm] dentro de cada buje de 40x32 con adhesivo

Se perfora cada sección de la unión americana con el tubo instalado y se fabrica un hilo

interior de 1/4”

Se instala en cada orificio una válvula de 1/4”

Se instala una malla en la goma de una de las uniones y se cierra la unión americana

con teflón

Se ingresa por el tope el carbón activado hasta rellenar la columna

Se instala la otra malla en la unión americana que no está cerrada y se cierra


Se instala un codo en el extremo superior de la columna una terminal en el extremo

inferior. Al codo superior se une el segundo codo mediante 10 [cm] de PVC de 32

[mm] y a este último se agrega lo que resta del PVC con tal de hacer el tubo para la

toma de muestra.

La terminal inferior se debe envolver en teflón para acoplarla al sistema general

La estructura resultante debe seguir el siguiente esquema de la Figura 4-15

Figura 4-15: Estructura de la columna de adsorción por GAG – Elaboración propia

DESCARGA

(PVC 32 mm)

TOMA DE MUESTRA

COLUMNA DE GAG

UNION AMERICANA

UNION AMERICANA

REDUCCIONES

TERMINAL

CODOS

(PVC 50 mm)


4.2.2.4. Sistema de Adsorción


Bomba con rodete periférico modelo Pedrollo PK-60

3 Baldes de 20 [l]

Cañería de ¾” de 80 [cm] de largo con doble HE

2 cañerías de ¾” de 10 [cm] de largo con doble HE

Cañería de 1” de 50 [cm] de largo con doble HE

Tee de ¾” galvanizada de HI

Válvula de globo de ¾”

Reducción H/H de 1”x ¾”

Unión americana de ¾”

Unión americana de 1”

Empaquetadura de goma para unión americana de ¾”

Empaquetadura de goma para unión americana de 1”

5 Terminales de 1” en PVC Hidráulico

3 Tee de PVC H. para soldar de 32 [mm]

3 Válvulas de bola de 1” en PVC H.

2 Válvulas de bola de 1” metálica

3 codos de PVC H. de 32 [mm]

Bidón de 60 [l] con efluente de PTR

Bidón de 60 [l] para efluente de filtro de arena – afluente de columna de carbón

Manguera plástica de 1” de 2 [m]

Tijeras para goma

2 llaves Stillson

3 [m] de PVC H. de 32 [mm]

Válvula anti-retorno con canastillo


4.2.2.4.2. MÉTODOS

4.2.2.4.2.1. Armado del Sistema de Adsorción

Se instala la bomba sobre un mesón del laboratorio que tenga cerca una toma de

corriente de 220 [V]

En la succión de la bomba se instala la cañería de 1” de 50 [cm] de largo, a la cual se

une con teflón la reducción 1”x ¾” y esta a su vez se une a la tee de ¾” por el medio.

En extremo superior de la tee se agrega una cañería de 10 [cm] con teflón en el hilo y a

esta cañería se une la válvula de bola. En el extremo inferior de la tee se agrega una

cañería de 10 [cm] con teflón y a esta cañería se une la parte superior de la unión

americana de ¾”.

A la cañería de 80 [cm] de ¾” se une la parte inferior de la unión americana de ¾” con

teflón y en el otro extremo se une la válvula anti-retorno. Se instala la empaquetadura a

la unión y se cierra con las llaves Stillson.

En la descarga de la bomba se instala un trozo de tubería de PVC de 32 [mm] soldado

a una terminal. A este trozo se une una tee de 32 [mm] por la parte inferior. En la parte

superior de la tee se suelda una terminal mediante un trozo de PVC de 32 [mm] de 4

[cm] de largo. Sobre esta terminal se instala una válvula de PVC de 1”. En la salida

media de la tee se suelda un tubo de PVC de 32 [mm] de diámetro y 60 [cm] de largo.

A este tubo se une un codo cementado y a éste se une un terminal mediante otro trozo

de PVC. A esta terminal se une con teflón una válvula de bola metálica y

posteriormente un trozo de cañería al cual se une con una abrazadera una manguera de

80 [cm] de largo. Este conjunto constituye el bypass y sistema de cebado de la bomba.

En una vista lateral se debe ver como la Figura 4-16

Sobre la válvula instalada se monta una tee de PVC por la parte inferior, a la cual se le

ha cementado una terminal de 1”. En el extremo superior de esta tee se instala otra

terminal de 1” que soporta una segunda válvula de bola de PVC. Esta válvula es la

válvula de la columna de carbón. En la salida media de esta tee se cementa un tubo de

PVC de 32 [mm] de diámetro y 15 [cm] de largo que conecta a otra tee por un extremo

de la línea. Al otro extremo de la tee se instala una tercera válvula de bola de PVC que

es la válvula del filtro de arena y en la salida media se instala una última válvula de

bola, esta de metal, que es la válvula de lavado de línea.


Sobre la válvula de la columna de carbón se instala la columna de carbón uniendo la

terminal inferior de la columna a la válvula con teflón.

Seguido de la válvula del filtro de arena, se instala una unión americana de 1” a la cual

se une un tubo de PVC de 32 [mm] a través de un terminal. El otro extremo del tubo

conecta con un codo que está soldado al filtro de arena.

A la válvula de lavado de línea se conecta una manguera de 1”. El sistema de

adsorción completo tiene una vista frontal como la que se ilustra en la Figura 4-17.

Figura 4-16: Vista lateral bypass de la bomba para el sistema de adsorción


Figura 4-17: Vista frontal del sistema de adsorción – Elaboración propia

A continuación se muestra el sistema instalado en laboratorio.


Figura 4-18: Sistema de adsorción para operación continua (Fotografía frontal)

4.2.2.4.2.2. Lavado Inicial del Filtro de Arena

Se instala un balde con 20 [l] agua potable a la succión de la bomba

Se abre la válvula de entrada al filtro de arena

Se cierra la válvula de entrada a la columna de carbón

Se bombea el agua a través del lecho filtrante hasta que salga transparente y libre de

polvo residual.

Se descarta el agua de lavado

4.2.2.4.2.3. Lavado Inicial de la Columna de Carbón

Se instala un balde con 5 [l] agua destilada a la succión de la bomba

Se cierra la válvula de entrada al filtro de arena



Se abre la válvula de lavado de cañería

Se bombea agua hasta que salga libre de polvo

Se cierra la válvula de lavado de cañería

Se abre la válvula de la columna de carbón

Se bombea agua lecho de carbón hasta que salga transparente y libre de polvo residual.

Se descarta el agua de lavado

4.2.2.4.2.4. Filtración del RIL

Se mide DQO y sólidos totales al RIL

Se instala el bidón con RIL en la succión de la bomba


Se instala el bidón de efluente en la salida del filtro

Se comienza a alimentar el filtro de arena con RIL

Se toma una muestra de la salida del filtro de 15 [ml] cada 1 [h]

Se miden SST a las muestras tomadas

El efluente del filtro se acumula en el estanque de efluente del filtro de arena

Se apaga la bomba

Se cierra la válvula de entrada al filtro de arena

4.2.2.4.2.5. Adsorción de Materia Orgánica

Se abre la válvula de lavado de cañería

Se alimenta el sistema con agua destilada para retirar el RIL residual

Se cierra la válvula de lavado de cañería

Se abre la válvula de entrada a la columna de carbón

Se homogeniza el efluente del filtro de arena

Se mide DQO (total y soluble) al efluente del filtro de arena

Se instala el bidón de efluente del filtro de arena como afluente a la columna de CAG

Se instala un balde de 20 [l] para el efluente de la columna

Se alimenta el sistema y se toma muestra cada 30 [min]


Se mide DQO (total y soluble) a cada una de las muestras

4.2.3. OXIDACIÓN QUÍMICA

4.2.3.1. MATERIALES

2 vasos precipitados de 600 [ml]

Aparato de jarras

Peróxido de hidrógeno al 50%

Pipeta graduada de 2 [ml]

Propipeta

4.2.3.2. MÉTODOS

Se agrega 400 [ml] del RIL a analizar

Se sitúa el vaso en el aparato de jarras

Se agrega la cantidad deseada de H2O2 con la pipeta

Se agita a 50 [rpm] durante 5 [h]

Se toma 10 [ml] de muestra cada 30 [min] para análisis

4.2.4. OXIDACIÓN AVANZADA

4.2.4.1. MATERIALES

Probeta graduada de 1000 [ml] de vidrio

Jeringa de 1 [ml] graduada a 0,01 [ml]

Balón de 3 bocas de 2000 [ml]

Agitador magnético

Barra de agitación magnética sumergible

Pinza chica con mufa

Pinza grande con mufa

Soporte de fierro

Manguera de agua de 7 [mm] de diámetro


Bomba peristáltica MasterFlex ® con cabezal 70-16

Manguera MasterFlex ® de diámetro 70-16

2 adaptadores de vidrio para manguera (olivas)

Bomba de aire

Tubo de vidrio

Alargador eléctrico múltiple

Estanque de residuos

Estructura de vidrio tubular para reactor

Tubo de luz UV

Interruptor para tubo de luz

Anillos raschig recubiertos en TiO2

Anillos raschig recubiertos en Zn

Silicona líquida transparente

Papel de aluminio

RIL de PTR

Cronómetro

4.2.4.2. MÉTODOS

4.2.4.2.1. Armado del Reactor

Se instala el tubo de luz en el centro de la estructura tubular de vidrio, sellando con

silicona la parte inferior de la estructura con el tubo por la parte de vidrio. Se debe

cuidar de dejar el terminal eléctrico del tubo fuera del reactor y libre de silicona.

Se espera 24 [h] de secado

Se une la estructura de vidrio a las mangueras de agua por la salida superior y la salida

inferior

La manguera de la salida superior se une también al balón de tres bocas por una de las

bocas laterales. Corresponde a la descarga del reactor

La manguera de la salida inferior se une a la descarga de la bomba


La succión de la bomba se une al tubo de vidrio que se instala al centro del balón

mediante una manguera a través de la otra boca lateral de éste

Se sujeta el balón y el reactor al soporte mediante las pinzas y mufas

Se llena el reactor con anillos raschig recubiertos con catalizador

Se cubre el reactor con papel de aluminio para evitar la salida de los rayos UV

La Figura 4-19 es una representación de la configuración del sistema

Figura 4-19: Diagrama del fotorreactor utilizado para oxidación avanzada – Elaboración propia

4.2.4.2.2. Oxidación Batch

Con la probeta graduada, se agrega volumen de RIL suficiente para asegurar la

circulación de éste a través del sistema manteniendo un nivel en el balón de agitación

Se sumerge la barra de agitación

Se enciende la bomba de RIL, el agitador y la luz UV

Dependiendo de la adición de aire, se enciende la bomba de aire

Dependiendo de la adición de peróxido, se agrega un volumen al balón directamente

con la jeringa

Se activa el cronómetro

Se toma muestra cada 30 [min] para análisis


4.3. ANÁLISIS DE MUESTRA

4.3.1. DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO

La Demanda Química de Oxígeno, DQO, mide la cantidad de oxígeno requerida para oxidar

químicamente una muestra

4.3.1.1. MATERIALES

Tubos para DQO HANNA® de rango medio (0-1500 [ppm])

Tubos para DQO HANNA® de rango alto (0-15000 [ppm])

Colorímetro MC500™ Multi-Parameter. Colorimeter

Pañuelos desechables

Micropipeta de 5,00 [ml] regulable a 0,01 [ml]

Puntas para micropipeta

Matraz aforado de 100,0 [ml]



Pizeta

Agua desionizada

Digestor regulable a 150 [°C] y 120 [min]

Guantes de goma, gafas de seguridad y zapatos de cuero cerrado

4.3.1.2. MÉTODO

4.3.1.2.1. Dilución de Muestra

Esta etapa se realiza cuando una muestra queda fuera del rango a la cual se quiere

medir. Ejemplo: si la muestra es de 20.000 [mg/l] quedará fuera del rango alto, por lo que el

tubo no podrá leerse, de modo que si se diluye 10 en 25, quedará de 8.000 [mg/l] y el

colorímetro entregará el resultado. Una vez leído el tubo, la DQO entregada se multiplica por

25/10 para tener el valor original de la muestra.

Para realizar dilución de A/B, se toma una muestra de A [ml] con la micropipeta y se

dispone dentro de un matraz aforado de B [ml] que está limpio y seco.


Se llena el matraz hasta el aforo con agua desionizada, se tapa y se agita

vigorosamente.

Si una muestra leída en tubo de rango alto entrega un valor menor a 1000 [mg/l] de O2,

se debe repetir el test en un tubo de rango medio para evitar errores.

Al inicio de un muestreo no se conoce el rango de DQO de una muestra, por lo que es

necesario hacer varias diluciones hasta llegar a un valor legible.

4.3.1.2.2. Medición de DQO en Rango Medio (0-1500 [mg/l])

Se toma 2 [ml] de agua desionizada con una micropipeta limpia y se agregan a un tubo

de rango medio de DQO

Se toma 2 [ml] de muestra con la micropipeta limpia y seca y se agregan a un tubo de

rango medio de DQO. Esta parte se hace en duplicado.

Se agitan vigorosamente los tubos de arriba-abajo y se llevan al reactor de digestión,

cuyos orificios están limpios de sales o sustancias que puedan adherirse a los tubos

Se programa el reactor y se digiere el conjunto de tubos por 120 [min] a 150 [°C]

Se retiran los tubos con precaución, limpiándolos de posibles suciedades adheridas con

pañuelos desechables humedecidos en agua destilada

Se deja reposar el conjunto hasta que llegan a 60 [°C] o menos y se agitan

vigorosamente de arriba-abajo.

Se ponen en oscuridad hasta que llegan a temperatura ambiente

Se enciende el colorímetro y se programa en el Test Nº 131 (COD MR).

Se inserta el blanco y se presiona CERO, el colorímetro indicará “zero acepted, press

test”

Se inserta el tubo a analizar y se presiona TEST, el colorímetro indicará la DQO del

tubo en [mg/l] de O2

4.3.1.2.3. Medición de DQO en Rango Alto (0-15000 [mg/l])

Se toma 0,2 [ml] de agua desionizada con una micropipeta limpia y se agregan a un

tubo de rango medio de DQO


Se toma 0,2 [ml] de muestra con la micropipeta limpia y seca y se agregan a un tubo de

rango medio de DQO. Esta parte se hace en duplicado.

Se agitan vigorosamente los tubos de arriba-abajo y se llevan al reactor de digestión,

cuyos orificios están limpios de sales o sustancias que puedan adherirse a los tubos

Se programa el reactor y se digiere el conjunto de tubos por 120 [min] a 150 [°C]

Se retiran los tubos con precaución, limpiándolos de posibles suciedades adheridas con

pañuelos desechables humedecidos en agua destilada

Se deja reposar el conjunto hasta que llegan a 60 [°C] o menos y se agitan

vigorosamente de arriba-abajo.

Se ponen en oscuridad hasta que llegan a temperatura ambiente

Se enciende el colorímetro y se programa en el Test Nº 132 (COD MR).

Se inserta el blanco y se presiona CERO, el colorímetro indicará “zero acepted, press

test”

Se inserta el tubo a analizar y se presiona TEST, el colorímetro indicará la DQO del

tubo en [mg/l] de O2

4.3.2. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A 5 DÍAS (DBO5)

Este test está basado en la NCh 2313/5 Of. 96. Mide la cantidad de oxígeno consumida

para degradar una muestra en 5 [d] por métodos bioquímicos.

A continuación se resumen los principales materiales y métodos. El detalle se puede

ver en el texto ya citado (18).

4.3.2.1. MATERIALES

Botellas para de incubación para DBO de vidrio, de 300 [ml] con tapón esmerilado y

sello hidráulico

Cámara termorregulada a 20 [°C]

Medidor de oxígeno disuelto OXI 330 con compensación de temperatura

Pipeta graduada de 5,0 [ml]

Agua de dilución


Efluente de tratamiento aerobio decantado (inóculo)

Muestras

4.3.2.2. MÉTODO

Se llena una botella con agua de dilución

Se agrega 3 [ml] de inóculo a las otras botellas

De cada muestra se realizan 3 diluciones y se agrega una alícuota de dilución a cada

botella

Se rotulan las botellas según la muestra y la dilución

Se adiciona agua de dilución hasta el cuello de cada botella

Se mide el oxígeno de cada botella

Se tapa cada botella cuidando que quede sellada con el agua al poner el tapón

Se incuban las muestras a 20 [°C] durante 5 [d]

Se destapa cada botella y se mide el oxígeno disuelto

La diferencia de oxígeno entrega la demanda para cada botella

Se calcula según la dilución el oxígeno consumido por la muestra, restando el

oxígeno consumido por el inóculo

4.3.3. SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES

El método se basa en filtrar una muestra bien homogenizada a través de un filtro

tarado, de fibra de vidrio estándar y secar el residuo retenido hasta masa constante, a 103 [°C]

– 105 [°C]. El aumento de masa del filtro representa el contenido de sólidos suspendidos

totales.

4.3.3.1. MATERIALES

Estufa de secado, regulable a 104 [°C] ± 1 [°C].

Aparato para filtración: matraz Kitasato con embudo-filtro de cerámica conectado a

una bomba de vacío.

Filtros de fibra de vidrio, de 1,5 [μm].

Balanza analítica, de sensibilidad igual 0,1 [mg].


Desecador.

Plancha de aluminio o acero inoxidable, de 65 [mm] de diámetro.

Pinzas.

Probeta.

4.3.3.2. MÉTODOS

4.3.3.2.1. Preparación del Disco de Fibra de Vidrio

i. Colocar el disco en el aparato de filtración, aplicar vacío y lavar con tres porciones

sucesivas de 20 [ml] de agua destilada.

ii. Continuar la succión para remover totalmente el agua, y descartar el agua de lavado.

iii. Sacar con pinzas el filtro del aparato de filtración y colocarlo sobre una plancha de

aluminio o acero inoxidable que servirá como soporte. Secar en estufa a 103 [°C] – 105

[°C].

iv. Enfriar en desecador y pesar.

v. Reingresar a estufa, secar, enfriar y pesar hasta obtener masa constante.

vi. Registrar masa.

4.3.3.2.2. Procedimiento de Análisis

vii. Colocar el filtro preparado de acuerdo a Preparación del disco de fibra de vidrio en el

aparato de filtración y aplicar vacío.

viii. Humedecer el filtro con una pequeña porción de agua destilada.

ix. Filtrar el volumen medido (v) de muestra homogenizada a través del filtro de fibra de

vidrio.

x. Lavar con tres porciones sucesivas de 10 [ml] de agua destilada y continuar la succión

por aproximadamente 3 [min] después que la filtración se ha completado.

xi. Sacar con pinzas el filtro del aparato de filtración y colocarlo sobre la plancha de

aluminio o acero inoxidable.

xii. Secar el filtro por 1 [h] en la estufa a 103 [°C] – 105 [°C].

xiii. Enfriar en desecador y pesar.

xiv. Reingresar a estufa, secar, enfriar y pesar hasta obtener masa constante.

xv. Registrar masa.


4.3.3.2.3. Expresión de Resultados

1000*

V

BA

lg

SST

(Ec. 26)

Donde:

A = masa del filtro más residuo seco [g] obtenida en el punto xv.

B = masa del filtro [g] obtenida en el punto vi.

V = volumen de muestra utilizado [ml] en el punto ix.

4.3.4. SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES

El método se basa en determinar la fracción de sólidos volátiles de una muestra a

través de un calentamiento de la misma durante 1 [h] a 550 [°C], determinando la fracción de

sólidos volátiles por una diferencia de peso entre 2 experiencias realizadas.

4.3.4.1. MATERIALES

Mufla, regulable a 550 [°C] ± 25 [°C].

Aparato para filtración

Crisol Gooch, de 25 [ml] a 40 [ml] de capacidad.

Balanza analítica, de sensibilidad igual a 0,1 [mg]

Desecador.

Pinzas.

La Figura 4-20, la Figura 4-21 y la Figura 4-22 presentan algunas imágenes de los

equipos utilizados para medir SST y SSV.


Figura 4-20: Estufa de secado regulable a 105 [°C]

Figura 4-21: Mufla regulable a 550 [°C]


Figura 4-22: Balanza analítica

4.3.4.2. MÉTODOS

4.3.4.2.1. Procedimiento de Análisis:

El papel filtro con los sólidos del procedimiento 4.3.3 (SST), se dobla cuidadosamente

y se coloca en un crisol previamente tarado.

Pesar el crisol en la balanza analítica.

Doblar el disco de filtro con los sólidos obtenidos en 4.3.3 (SST) e ingresarlo al crisol.

Poner el crisol en la mufla por 1 [h] a 550 [°C].

Enfriar en desecador y pesar hasta que la masa sea constante.


4.3.4.2.2. Expresión de Resultados

1000*

)(1000

*

V

DCVSST

lg

VSS

(Ec. 27)

Donde:

C = masa del crisol con los sólidos no volatilizados (calcinados) [g].

D = masa de crisol (tara) [g].

V = volumen de muestra utilizado [ml] en el punto ix.

4.3.5. pH

4.3.5.1. MATERIALES

Solución tampón pH 7

Solución tampón pH 4

Medidor de pH digital marca ORION

Vaso precipitado de 40 [ml]

Agua destilada

Toalla de papel

4.3.5.2. MÉTODOS

Sacar el electrodo de la cubeta de reposo, lavarlo con agua destilada y remover el agua

por agitación suave y papel, con cuidado de no tocar el electrodo

Presionar el botón CAL

Cuando el medidor señale 7 parpadeante, sumergir el electrodo en la solución tampón a

pH 7

Cuando el medidor señale READY presionar YES

Enjuagar con agua destilada y remover el agua remanente


Cuando el medidor señale 4 parpadeante, sumergir el electrodo en la solución tampón a

pH 4

Cuando el medidor señale READY presionar YES

Enjuagar con agua destilada y remover el agua remanente

En el vaso precipitado, disponer la muestra a analizar

Sumergir el electrodo en la muestra hasta que señale READY

Registrar el valor indicado en la pantalla

La siguiente figura muestra el equipo utilizado para medición de pH

Figura 4-23: Medidor de pH

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Pág. 89

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

5.1. GENERACIÓN DE RILES

A continuación se muestran los resultados del monitoreo de 8 [d] a la planta BASF

Quintero, con tal de determinar los caudales involucrados en el sistema.

El caudal de agua utilizado en el lavado de los reactores y equipos calculado a partir de

la lectura de los medidores en los ocho días de muestreo se presenta Tabla 5-1 por sección:

Tabla 5-1: Caudal diario medido durante muestreo de dos semanas

DÍA Styropor

[m3/d]

Dispersiones

[m3/d]

Palatal

[m3/d]

Despacho

[m3/d]

Lavado de

Camiones

[m3/d]

1 60 12 0 0 21

2 61 14 2 6 9

3 34 17 4 5 10

4 59 16 1 4 18

5 37 18 1 0 8

6 62 12 2 3 13

7 62 9 1 5 33

8 62 9 2 1 16

PROMEDIO 55,0 13,4 1,6 3,0 16,0

DESV. 11 3 1 2 8

El ANEXO muestra las lecturas de los medidores durante el muestreo.

Por otra parte, se midió DQO soluble para cada punto muestreado. Los resultados se

muestran en la Tabla 5-2.

Para afinar los caudales, se midió algunos valores de condensado que cae de las

trampas de la red de vapor y se estimó algunos caudales que no estaban medidos, ya sea por

falta de medidores o por falta de información al momento de realizarse el seguimiento. Se

tomó también el registro del agua de rechazo de la ósmosis y un estimativo de la PTAS según

la distribución de personal trabajando. Para las aguas de los laboratorios, al ser un bajo aporte,

se tomó el promedio diario de los últimos meses.


Debido a que por la programación seguida, las aguas de lavado reunidas un día se

flocularon al día siguiente, el agua que sale con los lodos también retorna a los ecualizadores

al día siguiente. Se requiere entonces tener el porcentaje del volumen floculado que sale por el

fondo del floculador y el porcentaje de volumen que constituye el sobrenadante de floculación.

Para esto, se ha recurrido a las dimensiones del equipo, al nivel de llenado y al nivel de

separación de lodos.

Tabla 5-2: Resultados de DQO soluble para cada punto muestreado.

DÍA P1

[mg/l]

P2

[mg/l]

P3

[mg/l]

P4

[mg/l]

P5

[mg/l]

P6

[mg/l]

P7

[mg/l]

P8

[mg/l]

P9

[mg/l]

1 6.175 745 23.950 22.750 - 540 1.210 1.291 1.530

2 2.213 604 16.025 21.475 11.950 184 1.585 1.193 10.900

3 84.688 501 23.925 9.325 - 99 1.405 1.156 10.700

4 143.875 604 276.250 31.675 2.707 58 1.383 1.044 715

5 8.440 607 24.560 20.620 1.645 109 1.935 1.350 3.640

6 1.130 562 47.750 34.320 1.505 61 1.550 900 10.100

7 7.560 578 33.230 27.590 3.850 73 1.560 869 3.675

8 1.800 592 20.150 25.875 - 66 2.060 1.480 5.040

PROM. 31.985 599 58.230 24.204 2.707 149 1.586 1.160 5.788

DESV. 53.270 69 88.628 7.711 3.987 163 284 215 4.181 Los puntos están ubicados en la Figura 2-6 con su número apropiado. P1: cámara de lavado de camiones, P2:

pozo de Styropor, P3: pozo de Dispersiones (conocido en planta como GRUBE), P4: pozo de Palatal, P5:

cámara de Despacho, P6: cámara del Laboratorio de Control de Calidad, P7: sobrenadante de floculación

(efluente de PTR), P8: cámara previa a la planta elevadora (muestreos ESVAL), P9: Ecualizador en proceso.

Se encontró entonces que en cada batch se llena el floculador hasta 40 [cm] bajo el

tope. Y se retira el agua de sobrenadante a una altura promedio de 27,5 [cm] sobre el cono. Lo

que entrega una altura de líquido sobrenadante de 2,93 [m]. Considerando un diámetro de 3,66

[m], el volumen de sobrenadante corresponde a:

32

8,30][93,2*2

][66,3* mmmVC

(Cálculo 3)

Por otra parte, el volumen de lodo húmedo se toma considerando un cilindro y un cono

de 27 [cm] y 1,25 [m] de alto respectivamente, ambos con un diámetro de 3,66 [m].

Por lo tanto, geométricamente se puede calcular el volumen de lodo como:

32

28,7][3

25,127,0*

2][66,3* mmmVL

(Cálculo 4)


De modo que el porcentaje de volumen de lodo húmedo en una floculación

corresponde a:

%1,19%100*28,78,30

28,7%100*

Lc

L

VV

V (Cálculo 5)

La Figura 5-1 presenta un esquema que muestra las dimensiones del equipo, utilizadas

para los cálculos.

Figura 5-1: Dimensiones de un floculador de la PTR

Sin embargo ahora hay que calcular el agua contenida en el volumen de lodo húmedo.

Para este cálculo se ha considerado los lodos generados entre enero y agosto de 2010. El agua

que retorna de los lodos se calculó considerando que los lodos salen del sistema sin agua y que

no hay evaporación significativa. Además, se midió la densidad del lodo húmedo a la salida

del floculador y esta es de 1 [g/ml] debido al gran porcentaje de agua. Con esto se puede

calcular la masa del lodo húmedo. Restando la masa de lodo seco que sale de la planta, se

puede tener la masa de agua que retorna.

La Tabla 5-3 muestra los valores obtenidos. Según sus datos, la cantidad de agua que

se retorna en promedio es el 17% del floculado. Para este seguimiento se ha retornado el agua


a los ecualizadores al día siguiente y se asume que la DQO soluble es igual a la del

sobrenadante de floculación.

La Tabla 5-4 compila los datos obtenidos al sumar la carga orgánica que ingresa a la

PTR, considerando como PTR al sistema que comprende ecualización y floculación.

Al comparar la carga orgánica calculada de ingreso a la PTR con la carga orgánica

contenida en el efluente de ésta, se puede obtener la remoción de materia orgánica soluble del

tratamiento

Tabla 5-3: Cálculo de porcentaje de agua retornada por deshidratación de lodos en la PTR

Mes Floculado

[m3]

VOL

LODO

[m3]

ρ

[ton/ m3]

LODO

HÚMEDO

[ton]

LODO

SECO

[ton]

AGUA

RETORNO

[m3]

% agua

Retorno

Enero 4.620 882 1 882 67 815 18%

Febrero 4.200 802 1 802 73 729 17%

Marzo 4.095 782 1 782 75 707 17%

Abril 4.655 889 1 889 70 819 18%

Mayo 3.815 729 1 729 63 666 17%

Junio 3.990 762 1 762 54 708 18%

Julio 4.760 909 1 909 91 818 17%

Agosto 3.990 762 1 762 75 687 17%

Tabla 5-4: Eficiencia de remoción de DQO soluble de la PTR

Día

P1

[kg/d]

P2

[kg/d] P3

[kg/d] P4

[kg/d] P5

[kg/d] P6

[kg/d] ER

[kg/d]

Ingreso

a PTR [kg/d]

Efluente

de

PTR (P7) [kg/d]

η

1 130 45 400 30 - 0 69 674 196 71%

2 20 37 311 71 72 0 52 562 246 56%

3 847 17 559 49 - 0 48 1.521 189 88%

4 2.590 36 5.998 73 11 0 46 8.754 223 97%

5 68 23 533 47 - 0 35 706 230 67%

6 15 35 798 113 5 0 45 1.011 229 77%

7 249 36 411 63 19 0 30 810 257 68%

8 29 37 256 85 - 0 23 431 285 34%

PROM. 493 33 1.158 66 13 0 44 1.808 232 70%

DESV. 891 9 1.963 26 25 0 14 2.826 31 19% El parámetro η se calcula desde el ingreso a los ecualizadores hasta la salida del estanque de sobrenadante

E-773. Los puntos están ubicados en la Figura 2-6 con su número apropiado. P1: cámara de lavado de

camiones, P2: pozo de Styropor, P3: pozo de Dispersiones (conocido en planta como GRUBE), P4: pozo de

Palatal, P5: cámara de Despacho, P6: cámara del Laboratorio de Control de Calidad, ER: estimación del

retorno desde la deshidratación de los lodos, P7: sobrenadante de floculación (efluente de PTR.


A partir de estos datos, se puede estimar visualizar los efectos de cada punto en la

Figura 5-2.

De la Figura 5-2 también se puede observar que la carga orgánica diaria afluente a la

PTR es afectada principalmente por Dispersiones (P3) y Lavado de Camiones (P1). Sin

embargo, con el proceso de ecualización y floculación, se remueve la mayoría de los

compuestos solubles, lo que es razonable considerando que el P3 contiene polímeros dispersos

en fase acuosa, los cuales son muy susceptibles a la floculación cuando se cambian las

condiciones del agua (Ejemplo: pH).

Figura 5-2: Gráfico de aportes de carga orgánica diaria a la PTR

Con esto se puede concluir que la PTR actúa, en cuanto a materia orgánica soluble,

removiendo la DQO de Dispersiones y Lavado de Camiones, por lo que el caudal de esta agua

no es un factor que normalmente dispare la DBO5 soluble en el efluente. Esto indica que de

ocurrir esto, lo más probable es que el problema se encuentre en factores humanos esporádicos

o en un aumento en las aguas de lavado en Palatal, debido a que Styropor presenta una

concentración de DQO insignificante y muy poco variable en comparación a la anterior.

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

1 2 3 4 5 6 7 8

DQ

O S

OL

UB

LE

[k

g/d

ía]

Día de muestreo

ER: Retorno desde la deshidratación de lodos P1: Lavado de camiones

P2: Styroppor P3: Dispersiones

P4: Palatal P5: Despacho

P6: Lab. Control AFLUENTE A PTR


Además, se puede concluir que la eficiencia en remoción de materia soluble de la PTR

alcanza un promedio de 70%. Esto se puede deber a que en los ecualizadores se juntan aguas

de distinto pH (Palatal, pH =3 y Dispersiones, pH=7, por ejemplo) que hacen cambiar de carga

a la materia soluble de Dispersiones, convirtiéndose en materia suspendida que flocula al

agregar los reactivos necesarios a los equipos.

Ahora, si se revisan los caudales que constituyen el efluente de planta, que se envía a

ESVAL, se tienen los valores de la Tabla 5-5.

Tabla 5-5: Caudales convergentes a ESVAL, parámetros de carga orgánica

Día P7

Rech.

Osm. CC

PTAS y

Polvorín P8

[m3/d]

DQOsoluble

[mg/l]

[m3/d](19)

[m3/d]

[m3/d] [m

3/d]

DQOsoluble

[mg/l]

1 162 1.210 59 2 32 255 1.291

2 155 1.585 65 2 32 254 1.193

3 135 1.405 54 2 32 222 1.156

4 161 1.383 52 2 32 246 1.044

5 119 1.935 42 2 32 195 1.350

6 148 1.550 63 2 32 244 900

7 164 1.560 70 2 32 268 869

8 138 2.060 61 2 32 233 1.480

Promedio 148 1.586 58 2 32 240 1.160

Desv. Est. 16 284 9 - - 23 215 P7: sobrenadante de floculación, Rech. Osm.: Agua de rechazo de la Planta de Ósmosis Inversa, CC:

estimación de condensados desde la línea de vapor de servicio, PTAS: aguas servidas desde el tratamiento por

lodos activados, Polvorín: agua del make up de enfriamiento del polvorín, P8: efluente de la fábrica.

5.2. TRATAMIENTO AEROBIO DE LODOS ACTIVADOS

5.2.1. DETERMINACIÓN DE LA BIODEGRADABILIDAD MÁXIMA

La siguiente tabla muestra las DQO medidas en el tiempo para cada reactor. Cabe

recordar que R1 corresponde a los reactores blanco, es decir, sin RIL, mientras que R2

corresponde a reactores con RIL de PTR al 100% y los reactores R3 corresponden a una

mezcla de RIL/AS en 90/10. Donde AS corresponde a las aguas servidas de la fábrica.

Al considerar la degradación propia de los microorganismos se obtiene la evolución de

la muestra sin lodo.


pm DQOreactorDQODQO )( (Ec. 28)

La biodegradabilidad de la muestra se ha calculado según la siguiente expresión:

Biodegradabilidad= %100*)0(

)()0(

tDQO

ttDQOtDQO i (Ec. 29)

Tabla 5-6: DQO [mg/l] medida en ensayo de biodegradabilidad aerobia

R1-A R1-B R1 R2-A R2-B R3-A R3-B

t [h] DQOm DQOm DQOp DQOm DQO DQOm DQO DQOm DQO DQOm DQO

0 4259 4451 4355 6418 2063 6363 2008 6497 2143 6488 2133

17 4566 4556 4561 5838 1278 5680 1119 5362 801 5346 786

45 5206 4707 4957 5341 384 5396 439 5384 428 5324 367

93 4987 4714 4851 5096 245 5164 313 5290 439 5278 428

118 4769 4721 4745 4981 236 5028 283 5196 451 5233 488 R1 (A y B): reactores blanco que contienen solo microorganismos y agua potable, R2 (A y B): reactores con

mezcla de RIL/AS en 90/10 como sustrato, R3 (A y B): reactores con RIL como sustrato, DQOm: DQO de la

muestra [mg/l], DQO: DQO neta de la muestra [mg/l], DQOp: DQO promedio de los reactores blanco [mg/l].

La Figura 5-3 entrega la biodegradabilidad de la DQO total en el tiempo para los

reactores involucrados.

Figura 5-3: Biodegradabilidad aerobia para R2 (100% RIL) y R3 (90% RIL y 10% AS) – Elaboración

propia.

Se establece que para ambas muestras se logra un 80% de degradación antes del día 2

de tratamiento en sistema batch.

0%

15%

30%

45%

60%

75%

90%

0 1 2 3 4 5

Bio

deg

rad

abil

idad

tiempo [d]

R2

R3


La curva de biodegradabilidad se estabiliza más rápido para la mezcla RIL/AS.

Los valores del pH medido se grafican a en la Figura 5-4.

Figura 5-4: pH del ensayo de biodegradabilidad en sistema aerobio para R2 (100% RIL) y R3 (90% RIL

y 10% AS) – Elaboración propia.

La experiencia confirma que la degradación aerobia ocurre sin la necesidad de

adicionar nutrientes a los reactores.

El pH de la degradación está dentro de los valores permitidos por la norma vigente

(pH=5,5-9) por lo cual no hay necesidad de agregar regulador de pH.

5.2.2. REACTOR PILOTO EN FLUJO CONTINUO

5.2.2.1. Comportamiento del Sistema

En esta sección se muestra la evolución de la actividad microbiana en la degradación

de una mezcla compuesta en 90% por RIL de la PTR y en 10% de afluente a la PTAS.

Se siguió el comportamiento del reactor a través de la DQO soluble en el sedimentador

secundario del piloto como parámetro de estabilización del reactor. El tiempo de estabilización

antes de cambiar el tiempo de residencia hidráulico del afluente corresponde a 3 veces este

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 4 5

pH

pro

med

io

tiempo [d]

R2 R3


último. Es decir, si el TRH es de 3 [d], se espera hasta que se cumplan 9 [d] consecutivos de

degradación estable antes de cambiar a TRH de 2 [d].

La Figura 5-5 muestra los resultados del seguimiento.

La desestabilización del sistema estuvo marcada por la presencia de fango voluminoso,

que logró regularse a través del reflujo y purga de lodos, manteniendo cada vez una

concentración menor de SSV en el líquido de mezcla. Para el TRH de 24 [h], los SSV llegaron

a 1,5 [g/l].

El pH, por otro lado, nunca estuvo fuera del rango normado, lo cual pondría en riesgo

la vida de los microorganismos. No se reguló pH. La Figura 5-6 muestra los valores obtenidos

en el sedimentador secundario. Se puede observar que con cada estabilización el pH se situó

en torno al 7,5.

Figura 5-5: Degradación de DQO soluble durante seguimiento de piloto aerobio

Por razones de programación con la empresa, no se esperó a la estabilización de 3 [d]

cuando el TRH era de 24 [h] y se comenzó a alimentar con afluente fresco durante el

monitoreo de 8 [d]. De esto deriva que el mínimo TRH al que se llegó fue de 24 [h] y se ajustó

el caudal para cumplir con este valor también durante los días de monitoreo de la planta.


Si bien la literatura indica que se puede llegar a valores menores a 8 [h] para el TRH,

en plantas de lodos activados para aguas servidas, los resultados que se presentan en este

estudio corresponden al TRH de operación ya mencionado.

Figura 5-6: Evolución de pH en reactor piloto de lodos activados – Elaboración propia.

Algunos de los problemas que ocurrieron durante la operación, se evidenciaron

mediante la aparición de lodo voluminoso en el sedimentador secundario. Se modificó el

reciclo y la purga para obtener la estabilización del reactor tras cada cambio en el TRH.

5.2.2.2. Resultados de Aplicación Diaria

La Tabla 5-7 contiene los valores de la DQO soluble del afluente y efluente del piloto

aerobio para los días del monitoreo realizado. Este seguimiento se hizo regulando el caudal a

con tal de tener TRH de 24 [h].

Se puede observar que durante los primeros 3 [d], el reactor se estabilizó, proceso que

no había terminado cuando se comenzó a alimentar con afluente fresco. Luego a la

estabilización, se tiene un promedio de salida de 293 [mg/l] de DQO soluble y una

degradación promedio del 82%.

7

7,5

8

8,5

9

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57

pH

tiempo [d]


Figura 5-7: Lodo voluminoso en piloto de lodos activados (Fotografía del sedimentador secundario)

Tabla 5-7: Resultados de la degradación aerobia cambiando diariamente el afluente

DÍA Afluente

[mg/l]

Efluente

[mg/l]

Eficiencia

%

1 1300 477 63

2 1397 384 73

3 1352 306 77

4 1393 308 78

5 1805 305 83

6 1475 245 83

7 1430 301 79

8 1950 305 84

El pH durante los días de muestreo se presentó según la Figura 5-8.

A partir del gráfico de la Figura 5-8 se puede observar que los valores de pH se

mantienen en torno al 7,5. Esto concuerda con los valores obtenidos durante la estabilización

del reactor.

Se midió DBO5 soluble al efluente del reactor aerobio para los últimos 4 días de

muestreo. Los resultados fueron los indicados en la Tabla 5-8.


Figura 5-8: Comportamiento del pH durante el muestreo en piloto aerobio

Tabla 5-8: Resultados de la DBO5 soluble medida en efluente de piloto aerobio y relación con la DQO

soluble

Día DQO soluble [mg/l] DBO5 soluble [mg/l] DBO5soluble/DQOsoluble

5 305 79 0,26

6 245 62 0,25

7 301 76 0,25

8 305 51 0,17

Por lo tanto, se puede estimar que la DBO5 soluble corresponde al 25% de la DQO

soluble medida en el efluente de la planta de lodos activados piloto, relación que es esperada

también para los RILES tratados en la planta de lodos activados de la fábrica.

Cabe señalar que los SSV constituyeron aproximadamente un 70% de los SST. Estos

últimos se mantuvieron alrededor de los 0,05 [g/l] lo que es indicador de la buena floculación

de los microorganismos en el sedimentador secundario.

En la sección 6.1 se estima la DBO5 total del efluente de la fábrica a partir de la DBO5

soluble calculada y la DBO5 de la materia suspendida, considerando que esta última está

compuesta principalmente por microorganismos.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

pH

med

ido

día de muestreo

pH Piloto Aerobio

AFLUENTE EFLUENTE


5.2.2.3. Resultados del Ensayo de Sedimentación

A continuación se muestra la altura de la interfase de sólido-líquido (Tabla 5-9) y se

realiza análisis gráfico. El valor de Hu depende de la concentración requerida al fondo del

sedimentador. Esta concentración depende de los flujos involucrados en el balance de masa. A

partir de Hu se puede determinar el área de sedimentación requerida para el espesado,

calculada en la sección 6.1

Tabla 5-9: Altura de la interfaz lodo-clarificado en el tiempo para el líquido de mezcla del reactor aerobio.

Tiempo [min] Altura [cm]

0 40,0

5 30,1

10 25,3

15 21,8

20 19,4

25 17,7

30 16,6

35 15,9

40 15,5

45 15,2

Además se calcula la velocidad de subsidencia como la pendiente de la tangente a la

curva en la zona de sedimentación libre.

(Cálculo 6)

5.3. SISTEMA DE ADSORCIÓN EN LECHO FIJO

El carbón utilizado para estas pruebas es de cuesco de durazno. Es el mismo que se

utiliza en la planta Palatal.

Los datos de caracterización obtenidos fueron:

= 0,36 [g/ml] (densidad aparente)

= 0,6 (fracción de hueco)


La granulometría es la de la Tabla 5-10.

Donde “% promedio” corresponde al promedio de masa que quedó sobre la malla de la

misma fila al agitar el sistema de harneros.

Por otra parte, la arena utilizada para el filtro, presentó los siguientes valores:

= 1,45 [g/ml] (densidad aparente)

= 0,46 (fracción de hueco)

Tabla 5-10: Granulometría del carbón activo de cuesco de durazno

El diámetro de las partículas de arena se eligió entre 1,19 y 1,68 [mm] correspondiendo

al 10% promedio en peso de la arena de río disponible. La Figura 5-9 muestra el

resultado del filtrado del RIL: a la derecha se muestra el RIL antes de ingresar al filtro

de arena y a la izquierda el RIL filtrado.

Figura 5-9: Efecto de la filtración del RIL en el sistema de adsorción

Ø malla

[pulg]

Ø malla

[mm]

%

promedio

0,223 5,6642 3%

0,187 4,7498 51%

0,132 3,3528 45%

0,0661 1,67894 1%

0,0469 1,19126 0%


5.3.1. ISOTERMA DE ADSORCIÓN

La siguiente tabla muestra los datos obtenidos de los vasos agitados.

Tabla 5-11: Datos para cálculo de isoterma de adsorción

Ci [mg/l] Ce [mg/l] M carbón [g] VOL [l] X [mg] X/M [mg/g]

803 800 1,0034 0,4 1,2 1,1959

1.105 1.101 1,2793 0,4 1,6 1,2507

1.280 1.276 1,0391 0,4 1,6 1,5398

1.665 1.660 1,0393 0,4 2 1,9244

Graficando los datos se la siguiente relación:

6704,0*0127,0 eCm

x (Ec. 30)

Esto se puede ver también en la Figura 5-10

Figura 5-10: Isoterma de adsorción para carbono activo a 20 [°C]

y = 0,0127x0,6704

R² = 0,876

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 500 1000 1500 2000

x/m

[m

g/g

]

Ce

Isoterma a 20 [ºC] para carbón activo

X/M [mg/g]

Potencial (X/M [mg/g])


5.3.2. CURVA DE RUPTURA

Por otra parte, se realizaron pruebas con tres concentraciones de DQO para la columna

de carbón funcionando en régimen continuo. Los datos obtenidos se muestran a continuación.

Tabla 5-12: Resultados para la columna de adsorción

Ci = 2.195 [mg/l] Ci = 1.560 [mg/l] Ci = 1.380 [mg/l]

t [min] C [mg/l] C/Ci t [min] C [mg/l] C/Ci T C [mg/l] C/Ci

5 1100 0,50 10 880 0,56 7 735 0,53

15 1300 0,59 20 1002 0,64 14 810 0,59

30 1510 0,69 30 1110 0,71 21 890 0,64

45 1705 0,78 40 1205 0,77 28 956 0,69

60 1826 0,83 50 1290 0,83 35 1023 0,74

105 2050 0,93 60 1360 0,87 42 1072 0,78

135 2150 0,98 70 1430 0,92 49 1156 0,84

Luego, se calculan los datos requeridos según el modelo BDST.

Tabla 5-13: Cálculos para la regresión lineal del modelo BDST


t [min] Ci/C ln(Ci/C-1) t [min] Ci/C ln(Ci/C-1) t Ci/C ln(Ci/C-1)

5 2,00 -0,005 10 1,77 -0,258 7 1,88 -0,131

15 1,69 -0,373 20 1,56 -0,585 14 1,70 -0,351

30 1,45 -0,790 30 1,41 -0,903 21 1,55 -0,597

45 1,29 -1,247 40 1,29 -1,222 28 1,44 -0,813

60 1,20 -1,599 50 1,21 -1,564 35 1,35 -1,053

105 1,07 -2,649 60 1,15 -1,917 42 1,29 -1,247

135 1,02 -3,867 70 1,09 -2,398 49 1,19 -1,641

Una vez que se grafican los datos de la Tabla 5-13, se obtiene una recta para cada experiencia,

que cumple con:

(Ec. 31)

Donde:

(Ec. 32)

(Ec. 33)


A continuación se muestra la curva de ruptura (Figura 5-11) y la regresión del modelo

BDST para cada experiencia (Figura 5-12).

Figura 5-11: Curvas de ruptura a distintas concentraciones de afluente

Figura 5-12: Parámetros de regresión para BDST

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0 20 40 60 80 100 120 140

C/C

i

tiempo [min]

Curvas de Ruptura


y = -35,201x + 3,4781

R² = 0,9926

y = -28,6x + 3,8531

R² = 0,9953

y = -28,684x + 4,0982

R² = 0,9921

0

20

40

60

80

100

120

140

160

-5,000 -4,000 -3,000 -2,000 -1,000 0,000

tiem

po

[m

in]

LN(Ci/C-1)

Regresión BDST

Ci = 2.195 [mg/l]

Ci = 1.560 [mg/l]

Ci = 1.380 [mg/l]

Lineal (Ci = 2.195 [mg/l])




Considerando una velocidad lineal de 21,39 [cm/min] y altura de 100 [cm] para la

columna de adsorción, se puede calcular los valores de y :

(Ec. 34)

(Ec. 35)

Luego, los valores obtenidos para cada experiencia fueron los de la Tabla 5-14.

Tabla 5-14: Valores de regresión BDST para columna de adsorción

Ci [mg/l]

2.195 1.560 1.380 Unidad

a 35,201 28,600 28,684 [min]

b 3,48 3,85 4,09 [min]

Ka 1,29E-05 2,24E-05 2,53E-05

[l/mg·min]

N0 1.285 1.285 1.207 [mg/l]

A partir de un promedio de estos datos, se puede predecir la curva de ruptura para una

columna de adsorción de largo Z que trabaje a la misma velocidad lineal y propiedades del

CAG.

Por otra parte, el lecho de arena que se utilizó para filtrar el RIL previo a la columna de

adsorción no presentó saturación, aunque no se cambió la arena entre pruebas de adsorción.

Siempre que se muestreó, los sólidos suspendidos permanecieron en 0 [g/l]. El tiempo de

filtrado de la muestra fue de 4,2 [h]. Esto se debe principalmente a que el proceso previo al

filtrado es la floculación, que tiene por objetivo remover la materia orgánica suspendida.

5.3.3. CAÍDA DE PRESIÓN

Considerando que el sistema en planta estaría compuesto por un filtro de arena y una

columna de carbón activado en serie, la caída de presión se puede calcular como la sumatoria

de las caídas de presión del sistema. Esto se calcula para tener claro qué tipo de bomba instalar

para mantener el caudal controlado. La caída de presión del filtro de arena se calculará según

el balance de fuerza sobre las partículas sólidas.


Para la caída de presión de la columna de adsorción, se utilizó un manómetro de

mercurio. Esto debido a que las correlaciones para caída de presión de lechos fijos considera

partículas sólidas relativamente esféricas, no porosas, cuya fracción de hueco corresponde a

los espacios que quedan entre ellas. Sin embargo, cada gránulo de CAG tiene una gran

cantidad de poros, los cuales también se inundan de fluido.

Con referencia en cero, los valores presentados para el ingreso y salida del filtro son:

Salida: 0,5 [cm] de mercurio y 102 [cm] de agua

Ingreso: -0,5 [cm] de agua y 2,5 [cm] de agua

Con esto, considerando que en el punto -0,5 [cm] las presiones se igualan, se tiene

entonces:

Luego:

11.046 [Pa] (Cálculo 7)

Considerando que el lecho es de 100 [cm], se puede determinar que la caída de presión

lineal es de 11,05 [kPa/m] considerando velocidad lineal de 12,8 [m/h].

5.4. OXIDACIÓN QUÍMICA

Se utilizó H2O2 como agente oxidante en vasos precipitados con muestras de la planta

Palatal y Dispersiones con el objetivo de analizar la factibilidad de bajar la carga orgánica

antes de la PTR, lo cual implicaría menor caudal a tratar.

Se adicionó el peróxido en proporción 1/10 y 1/1 con respecto de la DQO total de la

muestra a evaluar.

Se analizó muestras desde el inicio hasta 5 [h] de reacción. Sin embargo, todas las

mediciones de DQO leídas para los resultados entregaron valores muy superiores a los

iniciales. Esto se debe al efecto del peróxido residual en las muestras que reacciona con los


reactivos del test de DQO, en particular, reduciendo el Cr(VI) a Cr(III). Además, tampoco es

factible realizar test de DBO5 porque el H2O2 entrega un valor más bajo que el real al

descomponerse en H2O y O2 (20)

La siguiente tabla muestra un ejemplo de ello, al utilizar una razón de 1/10:

Tabla 5-15: Resultados de oxidación con peróxido de una muestra del pozo de PALATAL

Tiempo [min] DQO [mg/l] % Reducción

0 24.560 0%

15 34.384 -40%

30 41.260 -68%

60 37.822 -54%

120 36.840 -50%

180 40.524 -65%

300 48.137 -96%

Por lo tanto, la experiencia no es concluyente. Para analizar el real efecto del H2O2

sobre la carga orgánica, se debiera cuantificar el H2O2 residual o introducir la muestra

resultante a los procesos que siguen en la PTR y medir después de la floculación para ver si

hay un efecto sustancial en el sistema. Dados los resultados, se decidió descontinuar la

oxidación con peróxido.

5.5. OXIDACIÓN AVANZADA

5.5.1. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA

Se realizaron diferentes pruebas al efluente de la PTR de BASF. Todos los

experimentos se llevaron en reactores diseñados en el laboratorio de Fotoquímica de la

Universidad Técnica Federico Santa María.

Las condiciones que se variaron fueron:

Material del catalizador

Rango de luz UV

Adición de aire

Adición de peróxido de hidrógeno


Según la Tabla 5-16, la adición de aire no reporta un aumento significativo a la

remoción de carga orgánica en el tiempo de muestreo. Además, con ambos métodos los

resultados no son satisfactorios.

Tabla 5-16: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando TiO2/UV(380 [nm]) y variando aire, en

ausencia de H2O2

t [min] DQO [mg/l] % REMOCIÓN

CON AIRE SIN AIRE CON AIRE SIN AIRE

0 3.111 3.111 0% 0%

30 2.571 2.594 17% 17%

60 1.908 2.500 39% 20%

90 1.901 2.207 39% 29%

Como se puede ver, en la Tabla 5-17 y en la Tabla 5-18, la combinación de peróxido

de hidrógeno y luz UV a 380 [nm] no es un factor que ayude significativamente a la remoción

de la DQO. Sin embargo, al comparar los resultados de ambas tablas, se puede suponer que el

Zn resulta mejor catalizador a pH neutro, lo cual concuerda con la bibliografía (15).

Tabla 5-17: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando TiO2/UV(380 [nm]) y variando dosis de

H2O2, en ausencia de aire

t [min]

DQO [mg/l] % REMOCIÓN

H2O2:

0 [mg/l]

H2O2:

214 [mg/l]

H2O2:

71 [mg/l]

H2O2:

0 [mg/l]

H2O2:

214 [mg/l]

H2O2:

71 [mg/l]

0 2.548 2.548 2.548 0% 0% 0%

30 2.229 1.677 1.677 13% 34% 34%

60 1.406 1.381 1.739 45% 46% 32%

90 1.443 1.183 1.455 43% 54% 43%

Tabla 5-18: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO/UV(380 [nm]) y variando dosis de

H2O2, en ausencia de aire

t [min]

DQO [mg/l] % REMOCIÓN

H2O2:

0 [mg/l]

H2O2:

214 [mg/l]

H2O2:

71 [mg/l]

H2O2:

0 [mg/l]

H2O2:

214 [mg/l]

H2O2:

71 [mg/l]

0 2.548 2.548 2.548 0% 0% 0%

30 1.961 1.615 1.726 23% 37% 32%

60 984 1.520 1.650 61% 40% 35%

90 692 1.462 1.347 73% 43% 47%


A pesar de esto, la Tabla 5-19 muestra que no hay buenos resultados en una segunda

prueba, ni aun variando la longitud de onda de luz UV utilizada. Si las pruebas no son

efectivas en alguna muestra, se debe descartar, pues no es recomendable un tratamiento que

pueda fallar en alguno de los muestreos de autocontrol.

Tabla 5-19: Resultados de fotocatálisis heterogénea utilizando ZnO, variando longitud de onda de luz UV

t [min] DQO [mg/l] % REMOCIÓN

254 [nm] 380 [nm] 254 [nm] 380 [nm]

0 1.518 2.149 0% 0%

30 1.343 1.886 12% 12%

60 1.430 1.848 6% 14%

90 1.392 1.692 8% 21%

A continuación se resumen las condiciones que menor costo tienen y sus resultados.

Tabla 5-20: Resultados de fotocatálisis heterogénea para TiO2 y ZnO, con Luz UV de 380 [nm], sin adición

de aire, sin adición de peróxido

t [min] DQO [mg/l] Remoción promedio

TiO2 TiO2 ZnO ZnO TiO2 ZnO

0 3.111 2.548 2.548 2.149 0% 0%

30 2.594 2.229 1.961 1.886 15% 18%

60 2.500 1.406 984 1.848 32% 53%

90 2.207 1.443 692 1.692 36% 58%

5.5.2. FOTÓLISIS UV/H202

Se probó con distintas dosis de H2O2 en efluente de PTR, con luz UV de 380 [nm] y

254 [nm]. Sin embargo, todas las lecturas de DQO presentaron valores mayores al inicial

utilizando luz de 380 [nm], efecto atribuible al H2O2 remanente.

Los resultados para las distintas pruebas con luz UV de 254 [nm] se muestran en la

Tabla 5-21.

Con los datos de la Tabla 5-21 se puede calcular la reducción de la DQO para los

distintos tiempos. La evolución de los resultados se grafican según la Figura 5-13.


Se puede observar que existe remoción; sin embargo, los valores de remoción no

llegan al 50%, lo cual no es satisfactorio para el objetivo planteado, ya que con un valor tan

alto para la DQO, la DBO5 supera la norma sin duda.

Tabla 5-21: Resultados de fotólisis con UV de 254 [nm] y H2O2

t [min] CONCENTRACIÓN DE DQO [mg/l]

H2O2:0 [mg/l] H2O2:180 [mg/l] H2O2:60 [mg/l]

0 2548 2548 2548

30 2193 1867 1806

60 1538 1530 1921

90 1350 1627 1619

Por otra parte, aún existe la posibilidad de que los valores estén entregando un valor de

DQO mayor al real debido al peróxido residual.

Figura 5-13: Remoción de DQO con UV/H2O2 – Elaboración propia.

En definitiva, se optó por descontinuar los experimentos con métodos de oxidación

avanzada.

6. FACTIBILIDAD TÉCNICA Pág. 112

6. FACTIBILIDAD TÉCNICA

La Figura 6-1 muestra la actual distribución de los flujos que convergen a la cámara de

ESVAL. Al desarrollar las alternativas experimentadas, el diagrama deberá sufrir

modificaciones según se muestra más adelante.

Figura 6-1: Actual distribución de caudales que componen el efluente de fábrica

6.1. LODOS ACTIVADOS

El volumen de la actual PTAS no permite tratar los RILES de PTR con un TRH de 24

[h]. Para tal efecto, se debe modificar la cámara de aireación y los flujos. La Figura 6-2

muestra la configuración requerida. Si esta condición se cumple, se puede realizar una

estimación de los caudales correspondientes y la carga orgánica implicada. La Tabla 6-1

considera el caudal de los días de muestreo mezclado con las aguas servidas de dichos días,

despreciando la producción de lodos y una evaporación del 3%.

El volumen requerido para lograr un TRH de 24 [h] se puede calcular:

(Ec. 36)

(Ec. 37)


Figura 6-2: Distribución de caudales necesaria para tratar el 100% de efluente de PTR

Tabla 6-1: Datos de simulación del efluente de BASF tratado por lodos activados durante monitoreo de

RILES

DÍA

AFLUENTE

PTAS

EFLUENTE

PTAS

RECHAZO

Y POLVORÍN

EFLUENTE

DE FÁBRICA

[m3]

DQO SOL

[mg/l] [m

3]

DQO SOL

[mg/l] [m

3] [m

3]

DQO SOL

[mg/l]

1 190 1.300 189 477 64 250 352

2 183 1.397 182 384 65 249 279

3 162 1.352 162 306 204 218 133

4 188 1.393 187 308 52 241 238

5 147 1.805 147 305 42 191 233

6 175 1.475 175 245 63 240 177

7 192 1.430 191 301 70 263 217

8 166 1.950 166 305 61 228 219

Según la Tabla 6-1 se puede calcular el flujo diario promedio del afluente durante los

días de semana es de 175 [m3/d], por lo que el incrementó de volumen del reactor,

considerando un factor de seguridad de 1,2 es de:

(Cálculo 8)

Con estos cálculos, el volumen del reactor quedaría en 210 [m3].


Ahora, representando el sistema para el balance de masa se tiene la siguiente

configuración:

Figura 6-3: Esquema de la planta de lodos activados

Se pueden calcular los caudales y concentraciones a partir del balance de masa,

considerando Qi como el caudal volumétrico de la corriente i y Xi como la concentración de

microorganismos, expresadas como sólidos volátiles.

El balance de masa global diario para sólidos volátiles implica lo siguiente en estado

estacionario:

(Ec. 38)

Además, se puede suponer que los sólidos volátiles en el afluente y efluente son

despreciables, por lo que la ecuación anterior se transforma en:

(Ec. 39)

Este término corresponde a la tasa crecimiento bacteriano en [kg/día], que en estado

estacionario deberá removerse del sistema con tal de lograr una X2 de 1.500 [mgSSV] constante

en el reactor. Este valor de X2 es el presentado en el líquido de mezcla del reactor aerobio.

La tasa de crecimiento se puede estimar a partir de la edad del lodo θC, según la

siguiente relación:


(Ec. 40)

Donde Vr es el volumen de la cámara de aireación.

Por diseño, considerando un reactor convencional con flujo en pistón (que es el que

más se asemeja a la PTAS actual), se tiene que θC se debe mantener de 5 a 15 [d] (10). Si se

toma , se tiene los siguientes cálculos:

(Cálculo 9)

(Cálculo 10)

Al realizar el balance de en la cámara de aireación, se tiene:

(Ec. 41)

Por diseño, se puede establecer una relación de recirculación de lodo del 33% del

afluente a la planta, considerando que el porcentaje de lodos sedimentados en 30 [min] fue de

33% en una probeta de 1.000 [ml] (índice de Mohlman).

De este modo, el caudal de reflujo se expresa como:

(Ec. 42)

El balance de masa para la cámara de aireación, sin considerar lo evaporado, implica lo

siguiente en estado estacionario:

(Ec. 43)

Donde ρ es la densidad del flujo.

Considerando densidad 1 [ton/m3] para los flujos 1 y 2, debido a su bajo contenido de

SSV y 1,2 [ton/m3] para el flujo 4, se tiene que:

(Cálculo 11)


(Cálculo 12)

Reemplazando en la cámara de aireación:

(Cálculo 13)

(Cálculo 14)

Luego, el caudal de lodos purgados es:

(Cálculo 15)

Finalmente se calcula el efluente de la PTAS según la siguiente expresión obtenida

para un balance de masa global en el sistema:

(Ec. 44)

(Cálculo 16)

(Cálculo 17)

Se obtiene el siguiente resumen para el balance de masa:

Tabla 6-2: Valores para caudales y SSV con TRH de 24 [h] mezclando todo el RIL con aguas servidas

Caudal Sub

Índice

Q

[m3/d]

X

[gSSV/l]

Afluente Cámara Aireación 1 175 0

Efluente Cámara Aireación / Afluente Sedimentador 2 245 1,5

Efluente sistema de lodos activados 3 164,7 0

Reciclo de lodos 4 58,3 3,66

Purga de lodos 5 8,6 3.66

Además, se debe considerar los resultados del ensayo de sedimentación para el caudal

promedio diario. A partir de X4 y el análisis gráfico, se puede obtener el tiempo necesario para

la sedimentación.


Primero se calcula Hu:

= 16,4 [cm] (Cálculo 18)

Ahora se encuentra tu en el gráfico siguiente:

Figura 6-4: Determinación gráfica de tu para TRH = 24 [h]

Se puede ver que tu es 22 [min]. A partir del tiempo requerido se puede calcular el área

requerida para espesar los lodos en el sedimentador.

Ahora, el área de espesado requerida es de:

(Cálculo 19)

02468

1012141618202224262830323436384042

0 10 20 30 40

AL

TU

RA

D

E

LO

DO

[cm

]

tiempo [min]

curva de sedimentación

H

tu


Para el cálculo del área requerida para clarificar, se toma en cuenta la velocidad de

sedimentación libre, calculada en 5.2.2.3:

Luego el área de clarificado se calcula:

(Cálculo 20)

Por lo tanto, se tiene un área mínima de 9,4 [m2]. Si se aplica un factor de seguridad de

1,2 se requiere un área de diseño de 12,6 [m2]. La planta actual está diseñada para una carga

superficial de 8,15 [m/d] con un caudal de 113 [m3/d]. Con esto, el área de diseño es de 13,9

[m2]. Por lo tanto no es necesario hacer modificaciones a los sedimentadores.

No obstante, el resultado de la DBO5 soluble realizada a las muestras de efluente,

indica que el tratamiento es innecesario de aplicar a todo el caudal generado en la PTR. Por

otra parte, sin hacer modificaciones a la PTAS, el tiempo de TRH medio seria de 15 [h] y la

bibliografía indica que en plantas de lodos activados de convencionales, correspondiente al

tipo que ya opera en BASF, el TRH es de entre 4 a 8 [h] (10). Esto muestra que de todas

formas los microorganismos debieran ser capaces de degradar sobre un 80% de la materia

orgánica al tratar todo el caudal generado. Se sugiere realizar esta prueba con el caudal

máximo de la PTR en la misma PTAS en un estudio posterior para corroborar la bibliografía,

lo cual no fue posible en este estudio por la programación.

Si no se hacen modificaciones al estanque aireador y se considera un TRH de 15 [h],

los valores ajustados de los flujos, de acuerdo al mismo método realizado previamente, serían

los de la Tabla 6-3.

La distribución de los caudales que conforman el efluente de fábrica para esta

alternativa es la misma presentada en la Figura 6-2.

Por otra parte, sin modificar la planta y considerando un TRH de 24 [h], el afluente

estaría limitado a 113 [m3/d], esto implica desviar solo 90 [m

3/d] desde la PTR a la PTAS.

Bajo las mismas consideraciones anteriores de diseño y balance, los valores obtenidos para

esta condición serian los de la Tabla 6-4.


Tabla 6-3: Valores para caudales y SSV con TRH de 15 [h] mezclando todo el RIL con aguas servidas

Caudal Sub

Índice

Q

[m3/d]

X

[gSSV/l]



Efluente sistema de lodos activados 3 170 0

Reciclo de lodos 4 58 3,9

Purga de lodos 5 4,3 3,9

Tabla 6-4: Valores para caudales y SSV con TRH de 24 [h] mezclando 90 [m3/d] de RIL de PTR con aguas

servidas

Caudal Sub

Índice

Q

[m3/d]

X

[gSSV/l]



Efluente sistema de lodos activados 3 108 0

Reciclo de lodos 4 38 3,8

Purga de lodos 5 4,7 3,8

Luego, el área de clarificado quedaría en 3,75 [m2].

El nuevo valor de Hu quedaría en 15,8 [cm], lo que entrega un tu de 23,5 [min]. Con

esto, el área de espesado se calcula según:

(Cálculo 21)

Por lo tanto, el área actual de los sedimentadores de la PTAS es suficiente para este

caudal.

Al tomar esta condición, se puede calcular el la composición del efluente de BASF.

Según los resultados del muestreo, la DBO5 soluble se puede calcular como un 25% de la

DQO soluble.


Para estimar la DBO5 total del efluente se debe considerar la DBO5 soluble y la DBO5

de la materia suspendida.

Se puede considerar que la materia orgánica suspendida corresponde principalmente a

microorganismos en suspensión, ya que los resultados de SSV corresponden al 70% de los

sólidos suspendidos totales (SST). Según Metcalf & Eddy, la DBO5 se puede estimar entre un

45% y 68% de la DBOL7, mientras que la DBOL se calcula como 1,42 veces la concentración

de microorganismos expresados en SSV(10).

Por lo tanto, la DBO5 total de dicho flujo, se puede estimar de la siguiente manera:

(Ec. 45)

(Ec. 46)

(Ec. 47)

(Ec. 48)

El D.S. 609 exige los sólidos suspendidos del efluente no deben superar los 0,3 [g/l]. Si

se mantiene el valor obtenido en la separación del sedimentador del piloto, de 0,05 [g/l], se

puede estimar la DBO5 total del efluente de la fábrica si se mezcla 90 [m3/d] del efluente de la

PTR con las aguas servidas en la PTAS con TRH de 24 [h] en la cámara de aireación de 113

[m3]. Los resultados se muestran en la Tabla 6-5.

Cabe mencionar que los resultados pueden ser menores considerando que los SST

disminuyen al diluir el efluente de los sedimentadores con el agua del rechazo de la ósmosis,

el polvorín y el efluente de la PTR.

Con esto, la distribución de los caudales se representa mediante la Figura 6-5

Se puede ver que el efluente de la planta Quintero de BASF, mantendría los valores de

la DBO5 total alrededor de los 280 [mg/l], y la variabilidad sería casi nula, comparada a la

presentada históricamente, alcanzándose los objetivos planteados desde un principio.

7 DBOL: Demanda bioquímica de oxígeno de la materia carbonosa


Tabla 6-5: Valores estimados para la DBO5 total en el efluente de fábrica con tratamiento parcial de los

RILES de PTR mediante lodos activados

DÍA

AFLUENTE

PTAS

EFLUENTE

PTAS

EFLUENTE

PTR

RECH.

Y

POLV.

EFLUENTE DE FÁBRICA

[m3]

DQO

SOL

[mg/l]

[m3]

DQO

SOL

[mg/l]

[m3]

DQO

SOL

[mg/l] [m

3]

[m3]

DQO

SOL

[mg/l]

DBO5

SOL

[mg/l]

DBO5

TOTAL

[mg/l]

1 113 1.300 108 477 76 1.210 64 248 579 245 279

2 113 1.397 108 384 69 1.585 70 247 611 272 306

3 113 1.352 108 306 48 1.405 59 215 469 203 236

4 113 1.393 108 308 75 1.383 57 240 570 259 293

5 113 1.805 108 305 33 1.935 47 188 514 220 254

6 113 1.475 108 245 62 1.550 68 237 514 237 271

7 113 1.430 108 301 78 1.560 75 261 592 274 308

8 113 1.950 108 305 52 2.060 66 226 621 283 317

Las modificaciones al sistema serían principalmente dos bombas, una para el retiro de

los lodos generados y otra para desviar el caudal de la PTR hasta el alcantarillado de aguas

servidas, además de las tuberías implicadas.

Cualquiera sea el caso, una mayor carga orgánica, tienen un mayor requerimiento de

oxígeno. Según el diseño de la PTAS, la eficiencia de transferencia de oxígeno se considera de

un 6% y el factor de diseño es de 2,2. Esto entrega un requerimiento de aire para la PTAS de

130 [m3/kgDBO5].

El afluente a la PTAS, en caso de tratar un 100% del RIL de PTR conjuntamente a las

aguas servidas, la DBO5 estimada es de 900 [mg/l] promedio y el caudal es de 175 [m3/d]. Por

lo tanto, el caudal de aire requerido es de:

(Cálculo 22)

Si se utiliza la alternativa que solo considera un afluente de 113 [m3/d], el cálculo del

caudal de aire necesario entrega un valor de 13.221 [m3/d], lo que implica un soplador nuevo

de 1.102 [m3/h].

El actual soplador es capaz de entregar hasta 4.000 [m3/d], por lo cual es necesario

cambiarlo.


Para transportar los caudales, se requiere, en caso de tratar completamente el RIL de

PTR, desviar el flujo 42 [m] desde la salida del estanque de sobrenadante hasta la cámara de

los baños de la antigua planta AGRO. Lo más apropiado es el bombeo para mantener un

caudal constante.

Figura 6-5: Distribución de caudales con tratamiento parcial de los RILES de PTR mediante lodos

activados en la actual PTAS

Esta instalación agregaría la tubería a través de la tee sin perjudicar la instalación que

actualmente evacua los RILES por lo que, en caso de emergencia, la instalación actual seguiría

siendo una opción.

En caso de tratar solo los 113 [m3/d] de afluente a la PTAS, se requiere desviar

alrededor de 90 [m3/d] de RIL desde el actual sistema a la cámara de los baños de AGRO.

Actualmente existe una instalación que va desde la bomba de descarga del estanque de

sobrenadante hasta los baños de AGRO. Sin embargo, esta bomba esta por diseño a 72 [m3/h]

lo cual es muy superior a los 5 [m3/h] requeridos considerando un tiempo de operación de la

bomba de 18 [h/d]. La presión que debe levantar dicha bomba es de:

RECHAZO

OSMOSIS

POLVORIN

CAMARA ESVAL

E-773

PTAS

E-1

E-1

LODOS


(Cálculo 23)

Esto considerando una cañería de PVC de diámetro 50 [mm], despreciando la

velocidad de descenso del fluido en el estanque y considerando que las pérdidas por fricción

son despreciables en una longitud de 55 [m]. Para que esta bomba funcione bien, se debe

mantener un ritmo de floculación mínimo de 3 [floc/d], lo cual es factible disponiendo de

estanques ecualizadores de capacidad de 500 [m3] en total. El restante del agua producida

diaria, se envía directamente a la cámara de muestreo a través de un bypass actualmente

existente. En caso de querer ampliar el tratamiento al 100% de los RILES de PTR, se puede

instalar una segunda bomba en paralelo de las mismas especificaciones.

Además hay que considerar el tratamiento de los lodos biológicos generados. Si no se

realizan modificaciones a la cámara de aireación, los lodos diarios estimados bordean los 5

[m3/d]. Considerando una densidad de 1,2 [kg/l] y una distancia aproximada de 311 [m](21) se

puede calcular el requerimiento de la bomba en aproximadamente 18 [mH20] y un caudal de

0,4 [m3/h] considerando que estará funcionando 12 [h] por día.

Para estos efectos, existen tuberías que conectan ambos sistemas, por lo cual la

inversión sería mínima.

6.2. CARBÓN ACTIVADO

Según se ha determinado en el muestreo realizado, la concentración de DQO en el

efluente de PTR es de 1.590 [mg/l] aproximado. Además, el flujo medio diario es cercano a

los 148 [m3/d].

Considerando una velocidad lineal de 21,39 [cm/min], al igual que en los ensayos, el

área transversal de dicha columna se puede calcular según:

(Ec. 49)

(Cálculo 24)


Considerando una sección circular de la columna, se tiene que:

(Ec. 50)

Si se aplica un factor de seguridad de 1,2 se puede encontrar el diámetro de la

columna:

0,86 [m] (Cálculo 25)

Si se utilizan las constantes encontradas para la curva de ruptura a 1.560 [mg/l] de

DQO, que es la más cercana, con una altura de lecho de 2 [m], se puede encontrar los valores

para la salida del sistema. Sin embargo, la DQO media para un tiempo t en el efluente está

dada por la integral de la curva de ruptura, esto es:

(Ec. 51)

La Figura 6-6 muestra la DQO obtenida a la salida del sistema para un tiempo .

Figura 6-6: Comportamiento de la DQO a la salida del sistema de adsorción.

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

0 20 40 60 80 100 120 140 160

DQ

O [

mg

/l]

tiempo [min]

Efluente Sistema de Adsorción

DQO [mg/l] DQO prom [mg/l]


El objetivo de este sistema, es lograr una DBO5 en el efluente de BASF no mayor a los

350 [mg/l].

El balance de DQO hasta dicho punto, indica lo siguiente:

(Ec.

52)

Si se considera la DBO5 como un 50% de la DQO y se usan los valores promedio

encontrados en el muestreo para la generación de RILES, entonces la , que refleja la

carga orgánica del caudal que se envía a ESVAL, quedaría entonces en no mayor a 700 [mg/l]

y la ecuación anterior se traduce a lo siguiente.

(Cálculo 26)

Al ingresar al gráfico de la Figura 6-6 con este parámetro, se obtiene un tiempo de

servicio de 93 [min]. Esto significa que se debiera cambiar el carbón cada 1,5 [h] lo cual no es

factible según el régimen de operación de la planta, además de presuponer alto costo en las

operaciones, en comparación a la planta de lodos activados.

6.3. OXIDACIÓN QUÍMICA Y OXIDACIÓN AVANZADA

A partir de los resultados obtenidos, no es viable realizar una evaluación de factibilidad

de estos procesos. Además, la oxidación avanzada no entregó resultados confiables ni

suficientes para alcanzar los objetivos planteados.

Por otra parte, la experiencia en laboratorio dejó ver distintas desventajas operacionales

en el proceso de fotocatálisis heterogénea. Entre éstas, se puede nombrar la adsorción del

Fe(III) en la superficie del catalizador, lo cual disminuye los sitios activos y ensucia el

catalizador. Este Fe(III) es el remanente que queda en el efluente al utilizar FeCl3 en la

floculación previa. Además, al oxidar el efluente se producen óxidos de Fe(III) que cubren las

tuberías además del catalizador. Para eliminar este remanente es necesario un lavado con pH


bajo, lo cual puede ser viable si se utiliza TiO2, pero no en caso de utilizar ZnO, pues este se

disuelve a pH menores a 5 y provoca pérdida del material soportado.

Además, es necesario también tomar en cuenta que el efluente de los procesos de

fotocatálisis heterogénea del efluente de PTR, el color se torna amarillo-naranja, que puede ser

una reacción de síntesis de compuestos complejos de fierro. Esto es inaceptable para un

efluente de planta.

A todo esto se suma el alto costo de construir reactores con materiales que no absorban

luz UV ni sean susceptibles de oxidarse. Esto, debido a que los materiales que absorben la luz

UV bajan la eficiencia de las reacciones y disipan calor al efluente, haciendo necesario un

proceso de enfriamiento posterior. Uno de los materiales aptos para los anillos raschig es el

cuarzo, en el cual se debiera soportar un catalizador adecuado mediante procesos térmicos

controlados. Esto implicaría, en planta, tener un horno o contratar un externo para soportar

catalizador y tener en bodega un stock en vista de alguna emergencia.

En resumen, se estima, a partir de los resultados obtenidos, que estas alternativas no

son factibles operacionalmente para tratar los RILES provenientes de la PTR de BASF. En

consecuencia, no se ha calculado dimensiones de equipos ni costos.

7. ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA TRATAMIENTO POR LODOS ACTIVADOS Pág. 127

7. ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA TRATAMIENTO POR

LODOS ACTIVADOS

Sin duda, la única alternativa de tratamiento que cumple satisfactoriamente con los

objetivos planteados es el tratamiento por lodos activados de los RILES de PTR.

Para tratar la totalidad de dichos residuos en la planta de lodos activados (actual PTAS)

considerando un tiempo de residencia en el biorreactor de 24 [h] se requiere aumentar el

volumen de éste en 97 [m3]. Esta alternativa deja el valor de la DBO5 muy por debajo de la

norma, es decir, implica invertir y costear una operación que no es completamente necesaria.

Sin embargo, si se desvía solo 90 [m3/d] de los 148 [m

3/d] de RIL de la PTR, a la

actual planta de lodos activados, no es necesario aumentar el volumen de la cámara de

aireación, disminuyendo costos por nivelación de terreno, montaje, materiales y horas hombre.

Además, la bibliografía y el comportamiento de los microorganismos permiten suponer que si

en el mediano plazo se desvía todo el efluente de PTR a esta misma cámara se puede alcanzar

un 80% de degradación con un TRH de 15 [h]. Por lo tanto, son estas alternativas las que se

han de evaluar económicamente.

Se ha considerado en la inversión valores obtenidos directamente de los proveedores el

mes de octubre del año 2010, no incluyen IVA ni costos de envío. Los sopladores incluyen un

10% de descuento de parte del proveedor (Versol). Además, consideraron los costos

involucrados en la operación de la planta de lodos activados bajo las nuevas condiciones.

Éstos están constituidos principalmente por el consumo eléctrico de los motores de los equipos

instalados. Se ha estimado el valor del [kWh] en CLP$70 según las tarifas vigentes de

Chilquinta Energía S.A. para Quintero durante el mes de Octubre de 2010.

En una primera instancia se requiere tratar 90 [m3/d] de RIL de PTR en la planta de

lodos activados. La Tabla 7-1 y la Tabla 7-2 muestran los valores involucrados.

Se sugiere comenzar con el tratamiento parcial, pero instalando el soplador de 40 [hp]

con tal de poder elevar el caudal progresivamente hasta el total del RIL conforme se vaya

monitoreando el comportamiento de la planta si se requiere.

7. ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA TRATAMIENTO POR LODOS ACTIVADOS Pág. 128

Tabla 7-1: Inversión en tratamiento parcial de efluente de PTR en lodos activados

Tabla 7-2: Costo operacional de tratamiento parcial del efluente de PTR en lodos activados

En caso de querer tratar el 100% del RIL de PTR, los valores involucrados son los de

la Tabla 7-3 y la Tabla 7-4.

Tabla 7-3: Inversión en tratamiento total del efluente de PTR en lodos activados

Tabla 7-4: Costo operacional de tratamiento total del efluente de PTR en lodos activados

8. CONCLUSIONES Pág. 129

8. CONCLUSIONES

Del análisis de datos históricos de los RILES de BASF – Quintero, se puede concluir lo

siguiente:

Los valores de la DBO5 presentados en los informes de los monitoreos de

autocontrol realizados dos veces por mes en la planta, no tienen una distribución

normal.

El 14,3% de los datos presentados incumplen el acuerdo firmado con ESVAL que

pone como límite máximo a la DBO5 de 600 [mg/l].

Las ocasiones en que la DBO5 supera la norma, se presenta la DBO5 soluble en un

rango alto, en ocasiones superior al 90% de la DBO5 total.

Se puede estimar la DBO5 soluble del efluente de la fábrica hasta en un 52% de su

DQO soluble.

En cuanto a la generación de los RILES, según el monitoreo realizado, las

conclusiones son las siguientes:

Se puede establecer que la planta que presenta mayor carga orgánica soluble es

Dispersiones. Sin embargo, se puede estimar que la mayor parte de esta carga se

remueve en la PTR. Esto se debe a que es el agua de lavado de un polímero

disperso en agua, el cual flocula fácilmente al cambiar las cargas en la floculación.

Durante el monitoreo, el efluente de la PTR presentó valores de DQO soluble que

van desde los 1.200 [mg/l] a los 2.100 [mg/l], con un promedio de 1.586 [mg/l] y

un caudal promedio de 148 [m3/d].

Se estima que el efluente de la planta Quintero de BASF Chile S.A. es de

aproximadamente 240 [m3/d] promedio, entre lunes y jueves, con una DQO soluble

promedio de 1.160 [mg/l].

Se puede determinar que la eficiencia en remoción de DQO soluble en la PTR es

del orden de un 70% promedio. Este valor disminuye si, a su vez, disminuye la

concentración de compuestos susceptibles de flocular, como cuando baja la carga

orgánica entregada por Dispersiones. El rango de eficiencia varía entre el 34% y

97%, lo cual explica la gran variación de la calidad del efluente.

8. CONCLUSIONES Pág. 130

La oxidación química aplicada a los RILES de las plantas Dispersiones y Palatal no

presenta resultados concluyentes debido al peróxido residual de las muestras, que arrojaron

valores de DQO mayores a los iniciales al tratamiento.

La fotocatálisis heterogénea y la fotolisis UV/H2O2 no cumplieron con el objetivo

mostrando valores de remoción de DQO soluble insuficientes y variables, además de presentar

coloración del RIL en algunos casos.

La remoción mediante adsorción en carbón activo se descarta por los problemas

operacionales del tratamiento que involucraría cambiar el lecho cada 1,5 [h]. Además de

requerir la instalación de un filtro de arena y disposición del lecho agotado como residuo

sólido.

En cuanto al tratamiento biológico por lodos activados, se puede concluir lo siguiente:

Es factible remover sobre un 80%, promedio, de la DQO soluble de un afluente

constituido en un 90% de RIL tratado en la PTR y en un 10% de aguas servidas de

la PTAS operando con un TRH de 24 [h].

Es innecesaria la adición de nutrientes ni ajuste de pH al proceso, ya que los

microorganismos se comportaron de manera favorable con la mezcla alimentada.

Al tratar 90 [m3/d] de RIL de la PTR con las aguas servidas en la actual PTAS y

posteriormente mezclando el efluente de ésta con el efluente restante de la PTR y

las otras aguas de la planta, se puede obtener una DBO5 que rodea los 283 [mg/l]

en el efluente de la fábrica.

Al tratar el RIL de la PTR mediante lodos activados se minimiza la variabilidad de

la calidad del efluente y, con ello, los riesgos de llegar a niveles sobre la norma.

La actual PTAS no requiere de modificaciones en el volumen de su biorreactor o en

los sedimentadores para cumplir con esto. Sin embargo, se debe aumentar la

capacidad del soplador para cubrir la nueva demanda de oxigeno. Además, se

requiere agregar al sistema de transporte de fluidos dos bombas de bajo consumo y

tuberías de PVC hidráulico clase 10.

Los costos asociados a esta alternativa involucran una inversión que rodea los

CLP$ 4.800.000 y consumos eléctricos cercanos a los CLP$ 500.000 por mes.

9. RECOMENDACIONES Pág. 131

9. RECOMENDACIONES

Si bien la planta Quintero opera en modalidad batch para sus procesos, es de

considerable importancia homogenizar la frecuencia de floculaciones diarias en la actual PTR.

Esto con el fin de generar un efluente de planta con un caudal que presente una menor

variabilidad entre días y entregue una información clara y confiable, que permita tomar

decisiones de manera práctica y expedita. Más aún, si se tiene por objetivo a corto plazo

entregar un tratamiento secundario a los RILES tratándolos en la actual PTAS. Esta

recomendación nace de la lectura de los registros de las floculaciones diarias, los cuales

presentan días en que se flocula 6 veces y al día siguiente, o el anterior, las floculaciones son

de dos o tres veces por día. Considerando que tienen una capacidad de ecualización de 500

[m3] es recomendable analizar esta posibilidad.

Actualmente, la distribución de los costos por tratamiento de RILES se realiza

tomando como principal fuente de información el número de floculaciones diarias realizadas

en la PTR por la empresa que la opera. Sin embargo, generalmente existe un desbalance entre

dicha información y la recogida por la planta a través de los medidores instalados, donde los

[m3] informados por la PTR generalmente superan significativamente los calculados a través

de los medidores de la planta. Actualmente, esta diferencia de caudal se asigna

proporcionalmente a cada planta según su producción con tal de concretar el cobro por

tratamiento. Es, por lo tanto, latente un problema de medición de caudal, que puede estar, ya

sea en los medidores de la planta, o en la información entregada por la PTR. Sin embargo, al

realizar los balances mensuales del efluente, los valores de los medidores son razonables,

incluyendo el medidor del efluente que llega a ESVAL. Para este caso particular, se

recomienda instalar un medidor de caudal a la salida de los floculadores y antes del estanque

de sobrenadante con tal de tener información de control en ese punto que refleje con certeza el

caudal de agua tratado y permita distribuir de mejor manera los costos por tratamiento de

aguas.

Considerando que la alternativa de tratar los residuos líquidos en forma conjunta en la

planta de lodos activados es factible, se puede considerar en un siguiente estudio, la alternativa

de instalar un filtro de pulido a la salida del sistema, con tal de enviar el efluente libre de

sólidos al tranque de agua de servicio. Para esto es necesario determinar previamente, la

9. RECOMENDACIONES Pág. 132

eficiencia real de la planta bajo las nuevas condiciones y comparar sus propiedades con el

agua de regadío que actualmente se utiliza como agua de servicio. Esto considera no solo un

ahorro por tratamiento del efluente en ESVAL sino un ahorro por caudal de RIL generado, ya

que éste se reduciría principalmente a las aguas del rechazo de ósmosis.

Además, se recomienda adquirir equipos de medición de carga orgánica expedita con

tal de llevar un control por parte de la planta más frecuente que el monitoreo externo.

10. REFERENCIAS Pág. 133

10. REFERENCIAS

1. BASF CHILE S.A. BASF Chile :: Acrylics & Dispersions :: Productos. [En línea]

[Visitado el: 09 de Octubre de 2010.]

http://www.basf.cl/acrylics_dispersions/paginas/cont_adh.html.

2. BASF Chile S.A. PALATAL PRODUCTOS. sitio web del grupo BASF. [En línea]

[Visitado el: 09 de Octubre de 2010.]

http://www.basf.cl/palatal/productos/cont_poli_dcpd.html.

3. BASF CHILE S.A. BASF Chile :: Styropor :: DESCRIPCION GENERAL. [En línea]

[Visitado el: 09 de Octubre de 2010.] http://www.basf.cl/styropor/producto/index.html.

4. República de Chile. Diario Oficial. 08 de Septiembre de 2004.

5. D.S. 609. Límites Máximos Permitidos Para las Descargas de Residuos Industriales

Líquidos a las Redes de Alcantarillado de los Servicios Públicos de Recolección de Aguas

Servidas. 2004.

6. SMA - BASF. Muestreo Riles_2008.xls/ Muestreo Riles_2009.xls. [archivo .xls].

Quintero, Chile : s.n., 2008/2009.

7. Estado de Medidores. cierre.xls/estado de medidores 2010. [archivo xls]. Quintero,

Chile : s.n., 2010.

8. ANAM S.A. Informe de Ensayo Nº 791180. Santiago : s.n., 2010.

9. SMA - BASF. Informes de Monitoreo de Autocontrol. Quintero, Chile : s.n., Enero -

Agosto de 2010.

10. Metcalf y Eddy, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales Tratamiento, Vertido y

Reutilización. (Tercera Edición) Volumen I. México : McGraw-Hill, 1996, 7.

11. Nanning, Javier. Sedimentación Secundaria en Sistemas de Lodos Activados. s.l. : Akros

Ltda., Septiembre de 2003.

12. Carlini, María Florencia. PuntoAmbiental.com. Septiembre de 2003. [Visitado el: 01 de

Diciembre de 2010.]

http://www.puntoambiental.com/informes/problemas_operacionales_en_plantas_de_trata

miento.pdf.

13. McCabe, Warren, Smith, Julian y Harriott Peter. Operaciones Unitarias en Ingeniería

Química. s.l. : McGraw-Hill, 1991, 24.

14. Tenorio, German. Caracterización De La Biosorción De Cromo Con Hueso De Aceituna.

2006.

15. CNEA - Argentina. www.cnea.gov.ar. [En línea] [Citado el: 15 de Mayo de 2010.]

http://www.cnea.gov.ar/xxi/ambiental/CYTED/06cap01.pdf.

16. Gil, Edison y Molina, Kevin. Aplicación de los Sistemas Fotocatalíticos Para la

Destrucción de Compuestos Orgánicos y Otras Sustancias en Fuentes Hídricas.

Medellín : s.n., 2006. 1692-0694.

17. Ollino, Mario, Caneo, Cecilia, Lizama, Cristian y Palacios, Patricio. Photodegradation of

Malachite Green Using Immobilized Tio2 And Factorial Design. 1, Enero de 2007,

Journal of Advanced Oxidation Technologies, Vol. 10, págs. 67-71.

10. REFERENCIAS Pág. 134

18. República de Chile. NCh 2313 / 5. 1996.

19. ENERGIA - BASF. A control de equipo de osmosis.xls/contol. [archivo .xls]. Quintero,

Chile : s.n.

20. U.S. Peroxide, LLC. Analytical Interferences Caused by Residual Peroxi | H2O2.com -

US Peroxide - Technologies for . [Visitado el: 10 de Octubre de 2010.]

http://www.h2o2.com/technical-library/analytical-

methods/default.aspx?pid=75&name=Analytical-Interferences-Caused-by-Residual-

Peroxide.

21. Ingeniería - BASF Chile S.A. Plano GS-C-Y-14284-E. Plano General Referencia a

Niveles. 2010.

ANEXOS Pág.135

ANEXOS

ANEXOS Pág.136

ANEXO A: GLOSARIO

Afluente : Corriente que ingresa a un sistema

Biodegradabilidad : Porcentaje de un sustrato susceptible de degradarse por métodos

biológicos

Carga

contaminante

media diaria

: Cociente entre la masa o volumen de un parámetro y el número de

días en que efectivamente se descargó el residuo industrial líquido al

sistema de alcantarillado, durante un mes de máxima producción.

Catalizador : Compuesto o elemento que disminuye la energía de activación

involucrada en una reacción química, sin verse alterado químicamente

tras la reacción

DBO : (Demanda Bioquímica de Oxígeno) es la cantidad de oxígeno

necesario para degradar una muestra. Se mide en miligramos de

oxígeno diatómico por litro de solución [mgO2/l]

DBO soluble : Es la DBO que presenta una muestra filtrada, es decir, la demanda

bioquímica de oxígeno de los compuestos presentes en la muestra que

no están suspendidos. Se mide en miligramos de oxígeno diatómico

por litro de solución [mgO2/l]

DBO5 : Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días y a 20 [°C].

Dispersión

Polimérica

: Fluido compuesto por agua y polímeros dispersos en ella a través de

un agente dispersor

DQO soluble : Es la DQO que presenta una muestra filtrada, es decir, la demanda

química de oxígeno de los compuestos presentes en la muestra que no

están suspendidos

Ecualizador : Estanque diseñado para homogenizar el caudal de un fluido

Efluente : Corriente que sale de un sistema

Empírico : Que se obtiene experimentalmente

ANEXOS Pág.137

Floculación : Tratamiento que consiste agregar uno o varios agentes coagulantes al

RIL para alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en

suspensión, los cuales quedan atrapados en el coagulante y conforman

agregaciones de partículas conocidas como flóculos.

H2O2 :

Peróxido de hidrógeno

Muestreo de

autocontrol

: Es el muestreo realizado directamente o por cuenta y cargo del

establecimiento industrial destinado a controlar la calidad y cantidad

de sus efluentes.

Ósmosis : Fenómeno físico espontáneo en el cual el agua difunde a través de una

membrana semipermeable desde una solución diluida a una más

concentrada.

Ósmosis Inversa : Operación unitaria en la cual se utiliza una presión mayor a la presión

osmótica con tal de difundir el agua a través de membranas

semipermeables desde una solución concentrada para conseguir una

solución más diluida

Planta : Espacio físico donde se lleva a cabo un proceso y/o operación

unitarios, incluido equipos, tuberías e instalaciones en general

Poliestireno : Polímero del estireno, utilizado principalmente en su formato

expandido como aislante

Polímero : Molécula conformada por estructuras químicas que se repiten,

llamadas monómeros

Polvorín : Instalación diseñada para almacenar productos químicos catalogados

como explosivos

Proceso Batch : Proceso que no es continuo, es decir, se realiza por lotes

PTAS : Sigla que resume Planta de Tratamiento de Aguas Servidas

PTR : Sigla que resume Planta de Tratamiento de RILES

ANEXOS Pág.138

RIL - RILES : Sigla que resume Residuo(s) industrial(les) líquido(s) descargados por

un establecimiento industrial

Sedimentador : Equipo diseñado para separar por gravedad sólidos sedimentables

desde un fluido

SST : Sigla que resume Sólidos Suspendidos Totales, es una unidad

indicativa de la concentración de materia suspendida en una muestra

SSV : Sigla que resume Sólidos Suspendidos Volátiles, es una unidad

indicativa de la concentración de microorganismos en una muestra

Test de Lilliefors : Test aplicable a un conjunto de datos en estadística para rechazar o

aceptar la hipótesis de normalidad de dichos datos

TRH : Sigla que resume Tiempo de Residencia Hidráulico. Indica el tiempo

que transcurre desde el ingreso de una partícula de fluido a un sistema

hasta su salida.

Zeolita : Conjunto de minerales que comprenden silicatos alumínicos

hidratados de metales alcalinos y alcalinotérreos. Tienen cavidades de

dimensiones moleculares de 8 a 10 [Ȧ]. Contienen iones grandes y

moléculas de agua con libertad de movimiento, que permiten el

intercambio iónico. Además sus poros y cargas proporcionan

capacidad de adsorción de determinados compuestos.

ANEXOS Pág.139

ANEXO B: TEST DE NORMALIDAD APLICADO A LA DBO5

HISTÓRICA

Este anexo compila los datos históricos de la DBO5 muestreada por el laboratorio

externo para las descargas de BASF desde Junio del 2008 a Diciembre de 2009. Además, se ha

calculado la frecuencia acumulada para los valores muestreados (Fi. Ac.), el correspondiente

valor Z, la probabilidad acumulada según el valor Z (Prob. Ac) y la diferencia entre la

frecuencia acumulada y la probabilidad acumulada, D. La finalidad de estos datos es realizar

el test de normalidad. Su análisis se presenta en la sección 2.3.

Tabla A - 1: Datos ordenados para distribución de la DBO5 entre junio de 2008 y diciembre de 2009

Fuente: Registros de autocontrol BASF Chile S.A. Quintero

FECHA DBO5

[mg/l] ni Fi Ac. valor z Prob. Ac. (Z) D

Mar-09 67 1 2,4% - 1,58 5,7% 3,29%

Feb-09 119 2 4,8% - 1,30 9,7% 4,94%

Ago-08 163 3 7,1% - 1,06 14,5% 7,37%

Mar-09 163 4 9,5% - 1,06 14,5% 4,99%

Dic-08 166 5 11,9% - 1,04 14,9% 2,99%

Jul-08 175 6 14,3% - 0,99 16,1% 1,78%

Oct-08 191 7 16,7% - 0,90 18,3% 1,63%

Dic-09 191 8 19,0% - 0,90 18,3% 0,75%

Nov-09 210 9 21,4% - 0,80 21,2% 0,24%

Dic-09 219 10 23,8% - 0,75 22,6% 1,16%

Jun-09 224 11 26,2% - 0,72 23,5% 2,71%

Ago-09 228 12 28,6% - 0,70 24,2% 4,42%

Jul-08 236 13 31,0% - 0,66 25,5% 5,41%

Dic-08 250 14 33,3% - 0,58 28,1% 5,26%

Nov-08 275 15 35,7% - 0,44 32,9% 2,85%

Ene-09 282 16 38,1% - 0,41 34,3% 3,84%

Nov-08 284 17 40,5% - 0,39 34,7% 5,81%

Jul-09 285 18 42,9% - 0,39 34,9% 7,99%

Oct-08 290 19 45,2% - 0,36 35,9% 9,36%

Oct-09 291 20 47,6% - 0,36 36,1% 11,53%

Ago-08 296 21 50,0% - 0,33 37,1% 12,88%

ANEXOS Pág.140

Tabla A - 2: Datos ordenados para distribución de la DBO5 entre junio de 2008 y diciembre de 2009

Fuente: Registros de autocontrol BASF Chile S.A. Quintero (continuación)

FECHA DBO5

[mg/l] ni Fi Ac. valor Z Prob. Ac. D

Sep-08 309 22 52,4% - 0,26 39,8% 12,54%

Jun-08 311 23 54,8% - 0,25 40,3% 14,50%

Nov-09 314 24 57,1% - 0,23 40,9% 16,24%

Jun-09 316 25 59,5% - 0,22 41,3% 18,20%

Abr-09 345 26 61,9% - 0,06 47,6% 14,31%

Ene-09 381 27 64,3% 0,14 55,4% 8,84%

Ago-09 393 28 66,7% 0,20 58,0% 8,63%

Jun-08 412 29 69,0% 0,31 62,1% 7,00%

Sep-08 412 30 71,4% 0,31 62,1% 9,38%

May-09 449 31 73,8% 0,51 69,5% 4,33%

Abr-09 464 32 76,2% 0,59 72,3% 3,89%

Sep-09 493 33 78,6% 0,75 77,4% 1,22%

Oct-09 495 34 81,0% 0,76 77,7% 3,27%

Sep-09 511 35 83,3% 0,85 80,2% 3,12%

May-09 566 36 85,7% 1,15 87,5% 1,79%

Mar-09 604 37 88,1% 1,36 91,3% 3,19%

Jul-09 613 38 90,5% 1,41 92,0% 1,57%

Oct-09 628 39 92,9% 1,49 93,2% 0,33%

Dic-09 683 40 95,2% 1,79 96,3% 1,10%

Nov-09 772 41 97,6% 2,28 98,9% 1,25%

Jul-09 876 42 100,0% 2,85 99,8% 0,22%

ANEXOS Pág.141

ANEXO C: ESTADO DE MEDIDORES

Este anexo muestra el estado de los medidores ubicados en la planta BASF – Quintero

durante los días del monitoreo realizado para determinar la generación de RILES en cada

punto muestreado.

DÍA

FE

CH

AR

25T

H25

DIS

P.

R15

R11

UR

RA

CA

HID

RO

PO

TA

BL

EF

3211

1E+

07

LU

NE

S30

-08-

1084

071

8439

012

6156

8768

8962

221

5375

5942

359

7556

710

1437

6320

784

MA

RT

ES

31-0

8-10

840

7184

3901

261

5687

8089

622

2153

7559

4238

075

579

1056

7163

6494

5

MIE

RC

OL

ES

01-0

9-10

841

7185

3901

261

5687

9489

622

2153

7565

4238

975

591

1108

0864

0907

4

JUE

VE

S02

-09-

1084

471

8639

012

6156

8811

8962

221

5375

7042

399

7559

911

0808

6435

567

VIE

RN

ES

03-0

9-10

845

7186

3901

361

5688

2689

622

2153

7574

4241

775

609

1159

5164

7972

9

LU

NE

S06

-09-

1084

671

8739

013

6158

8867

8967

821

5475

8042

449

7565

713

2683

6629

870

MA

RT

ES

07-0

9-10

847

7187

3901

361

5888

7689

687

2154

7580

4245

775

667

1335

9066

5635

3

MIE

RC

OL

ES

08-0

9-10

848

7188

3901

361

5888

8889

687

2154

7583

4247

075

681

1378

2267

0049

4

JUE

VE

S09

-09-

1084

971

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013

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VIE

RN

ES

10-0

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6

PA

LA

TA

LD

ISP

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DE

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factibilidad tecnica y económica de alternativas de tratamiento para reducir la carga organica de...

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