MONTAJE Y ANÁLISIS DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS …
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MONTAJE Y ANÁLISIS DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS UTILIZADAS EN LA PISCICULTURA A ESCALA REAL Autor: Edgar Ortiz Sehinfell Firma: Asesor: Felipe Muñoz Coasesora: Astrid Altamar Firma: Firma: Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química Bogotá, D.C.
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MONTAJE Y ANÁLISIS DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS UTILIZADAS
EN LA PISCICULTURA A ESCALA REAL
Autor: Edgar Ortiz Sehinfell
Firma:
Asesor: Felipe Muñoz Coasesora: Astrid Altamar
Firma: Firma:
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química
Bogotá, D.C.
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TABLA DE CONTEN IDO
pag. INTRODUCCION 7 OBJETIVOS 8 1. MARCO TEORICO 10 1.1 SISTEMAS BIOLOGICOS PARA EL TRATAMIENTO DE CONTAMINANTES 10 1.1.1 Descripción del proceso 10 1.1.2 Utilización comercial de los sistemas biológicos 11 1.1.3 Ventajas y desventajas de los sistemas de tratamiento biológicos. 12 1.2 PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS DE PELICULA FIJA 14 1.2.1 Contactores rotatorios biológicos: (rbc) 14 1.2.2 Biofiltros activados 15 1.2.3 Filtros sumergidos 15 1.2.4 Lechos fluidizados biológicos 16 1.2.5 Filtros percoladores 16
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1.3 SELECCIÓN DEL TRATAMIENTO 16 1.3.1 Justificación de la selección 17 2. FUNCIONAMIENTO Y CARACTERÍSTICAS DEL FILTRO PERCOLADOR 19 2.1 CLASIFICACION DE FILTROS PERCOLADORES 20 2.2 DESCRIPCIÒN DE LOS MICROORGANISMOS 20 2.3 CONFIGURACIONES DEL SISTEMA EN EL FILTRO PECOLADOR 21 2.3.1 Coraza y sistema de distribución 23 2.3.2 Medios filtrantes 23 2.3.3 Drenaje inferior 25 2.3.4 Sistema de distribución de aire 25 3. ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DEL AGUA PARA LA SIEMBRA DE TILAPIA 27 3.1 VARIABLES MEDIDAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUA 27 3.1.1 Oxígeno disuelto 27 3.1.1.1 Fuente de oxígeno 28 3.1.1.2 Efecto de la disminución de oxígeno sobre los organismos de un estanque 28 3.1.2 Potencial de hidrógeno o ph 29
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3.1.2.1 Efecto del ph sobre los peces 30 3.1.3 Temperatura 31 3.1.4 Dióxido de carbono 31 3.1.5 Alcalinidad total y dureza total 32 3.1.6 Hierro 32 3.1.7 Cloro 33 3.1.8 Amonio 33 3.1.9 Nitritos 34 3.1.10 Microorganismos patógenos 34 3.2 CONDICIONES ÓPTIMAS PARA LA SIEMBRA DE TILAPIA 34 3.3 CONDICIONES INICIALES DE LOS DOS TIPOS DE AGUA (RIO Y ALJIBE) 35 4. SISTEMA DE PRETRATAMIENTO 39 4.1 JUSTIFICACIÓN 39 4.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 39 4.2.1 Aljibe 40 4.2.2 Río 41
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4.2.3 Filtro de rejilla 42 4.2.4 Clorinador 43 4.2.5 Filtro de glauconita 44 4.2.6 Ozonizador 45 4.2.7 Filtro de malla 47 4.2.8 Filtro de arena 48 4.2.9 Aireador 49 4.2.10 Tanque 50 5. SISTEMA DE TRATAMIENTO (SISTEMA CERRADO) 54 5.1 JUSTIFICACION 54 5.2 DESCRIPCION DEL SISTEMA 54 5.2.1 Tanque 56 5.2.2 Filtro de malla 56 5.2.3 Filtro de arena 56 5.2.4 Filtro percolador 57 6. INSTRUMENTACION DEL SISTEMA 58 6.1 JUSTIFICACION 58
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6.2 DESCRIPCION GENERAL DE LA INSTRUMENTACION 58 7. DESCRIPCION DE LA EXPERIMENTACION 64 7.1 JUSTIFICACION 64 7.2 METODO UTILIZADO 64 7.3 PROCESO DE ARRANQUE DEL FILTRO PERCOLADOR 66 7.4 CONDICIONES DE CARGA 70 7.5 PRIMERA CORRIDA 71 7.6 SEGUNDA CORRIDA 74 7.7 TERCERA CORRIDA 77 7.8 CUARTA CORRIDA 80 8. RESULTADOS 83 8.1 ANALISIS DE LAS CORRIDAS 83 8.2 CORRELACION 85 9. ANALISIS ECONOMICO DEL SISTEMA 90 9.1 COSTOS DE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA EN SU TOTALIDAD 90 9.2 ANALISIS COMPARATIVO SISTEMA FILTRO PERCOLADOR Vs. SISTEMA CONVENCIONAL 91
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9.2.1 Cálculo de la rentabilidad del proyecto filtro percolador 92 9.2.2 Cálculo de la rentabilidad para la siembra tradicional de peces 93 10. CONCLUSIONES 94 BIBLIOGRAFÍA 97 ANEXOS 99 ANEXO 1 99 ANEXO 2 100 ANEXO 3 101 ANEXO 4 102
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INTRODUCCIÓN
La implementación de un sistema de tratamiento en las aguas utilizadas en la industria de
siembra de peces es una muy buena alternativa para incrementar el desarrollo de la
piscicultura en Colombia influyendo directamente en los márgenes de productividad y
crecimiento de dicho sector en nuestro país. Un sistema de tratamiento de aguas en los
lagos de siembra de peces utilizando los filtros percoladores, mejora notablemente las
condiciones del agua, por lo que el desarrollo de los peces va a ser mejor y la
productividad de los lagos también se verá incrementada. Dadas las características del
sistema de tratamiento y recirculado de las aguas, se pueden analizar los beneficios que
este presenta a nivel tanto técnico como económico y los distintos alcances que el
proyecto propone.
El desarrollo de esta investigación nos lleva a analizar las condiciones de funcionamiento
de un sistema de filtrado y recirculado de las aguas utilizadas en la piscicultura para, con
este sistema, remover los contaminantes producidos por los desechos biológicos de los
peces, principalmente amonio y nitritos, los cuales influyen negativamente en el desarrollo
de los peces. La investigación busca que utilizando el desarrollo de la tecnología aplicada
al mejoramiento de la industria pesquera se pueda llegar a que los industriales de la
piscicultura nacional puedan incrementar sus rangos de producción por volumen de agua
que estén utilizando, debido a que con la implementación del filtrado y recirculado se logra
mejorar considerablemente las condiciones del agua de siembra lo cual influye
directamente en el desarrollo de los peces, trayendo beneficios económicos a esta
industria y a largo plazo al país teniendo en cuenta que los costos del pescado tenderían
a bajar.
Para lograr la implementación del sistema se debe llegar a comprobar que las
condiciones de funcionamiento son favorables y determinar los porcentajes de remoción
adecuados. Para obtener estos datos es necesario realizar una fase experimental donde
se pruebe el desempeño del sistema en condiciones reales Por esta razón es importante
realizar los primeros análisis para caracterizar el sistema de filtración y con base en este
análisis ir escalando progresivamente a niveles de producción mucho mayores para la
posterior implementación del sistema a nivel industrial.
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OBJETIVOS
General:
Realizar el montaje y análisis de un sistema de filtro percolador a escala real para
el tratamiento de las aguas utilizadas en la piscicultura y estudiar las ventajas que
presenta dicho sistema.
Específicos:
Analizar las condiciones óptimas de operación del filtro percolador teniendo en
cuenta las variables de funcionamiento para el montaje del sistema.
Determinar la calidad del agua con que se trabaja en los lagos de siembra de
peces, para la posterior simulación del agua a tratar en las distintas corridas del
sistema.
Seleccionar y adquirir los demás equipos necesarios para la implementación del
sistema de tratamiento de aguas (bomba, tubería, filtros mecánicos auxiliares,
sopladores, drenajes, etc.).
Realizar el montaje del sistema a escala real con cada uno de los distintos equipos
que se necesitan para garantizar unas condiciones óptimas de funcionamiento del
mismo.
Acondicionar las aguas con las cuales se van a realizar las corridas del sistema
para que los ensayos se lleven a cabo bajo los parámetros deseados
(concentración de amonio y nitritos).
Realizar las corridas del sistema con los 2 tipos distintos de aguas que se tiene:
aljibe y río.
Comparar el funcionamiento del sistema teniendo en cuenta las distintas
condiciones utilizadas en cada una de las 4 corridas.
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Determinar la relación matemática que existe entre porcentaje de remoción de
amonio Vs. Tiempo de residencia en el filtro percolador, teniendo en cuenta los
datos obtenidos en las corridas.
Identificar cuales son las condiciones optimas de funcionamiento del filtro
percolador según los datos obtenidos en los 4 ensayos.
Cuantificar los costos de la implementación del sistema de tratamiento de agua a
escala real.
Comparar económicamente el sistema de filtro percolador Vs. Sistema de siembra
tradicional.
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1. MARCO TEORICO
1.1 SISTEMAS BIOLOGICOS PARA EL TRATAMIENTO DE CONTAMINANTES 1.1.1 Descripción del proceso
Los sistemas biológicos como formas de tratamiento de desechos son una técnica muy
útil para remover determinados contaminantes específicos de corrientes reutilizables o
no. El proceso se realiza gracias a lechos filtrantes que facilitan el asentamiento de
microorganismos poseedores de las facultades de metabolizar determinado
contaminante. Muchas industrias pueden llegar a incorporar la utilización de sistemas
biológicos para el tratamiento de gran variedad de sus contaminantes ya que estos
sistemas se pueden llegar a aplicar tanto en contaminantes sólidos como líquidos y
gaseosos. Esto muestra los alcances y versatilidad que presentan este tipo de sistemas.
Varias ramas de la industria ya están utilizando esta tecnología de la biofiltración o
tratamientos de filtrado biológicos para el tratamiento de aguas residuales y en varios
casos para el tratamiento de contaminantes líquidos y sólidos. Para la aplicación de las
tecnología de tratamientos biológicos y teniendo en cuenta que están basados en el
metabolismo de los microorganismos degradadores, es de suma importancia contar con
unas condiciones adecuadas en el pretratamiento de la corriente que se necesita
manipular para posteriormente entrar a considerar las características necesarias del
sistema, garantizando de esta forma que ningún otro tipo de contaminante va a influir
negativamente en la degradación a realizar por los microorganismos.
Los sistemas de filtración biológicos corresponden a las estructuras en las cuales
ocurren las reacciones de degradación del contaminante a otro compuesto no dañino
para el medio ambiente o, en condiciones óptimas para el reuso en el proceso a
realimentar. Estas estructuras constan de un lecho o medio de filtración dependiendo
del tipo de microorganismo a manipular. Estos lechos cuentan con un sistema de
distribución de la corriente a limpiar uniforme, esto con el fin de buscar que el área
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superficial de contacto del contaminante con los microorganismos sea la mayor posible
para obtener un aumento considerable en la eficiencia de remoción del equipo. A medida
que la corriente contaminada va atravesando el lecho del sistema de tratamiento, los
microorganismos por acción de su propio metabolismo van degradando el contaminante
cada vez con mayor eficiencia hasta que el sistema se estabiliza y llega a la rata máxima
de remoción posible proporcionada por el sistema, por lo que las concentraciones de
contaminante no tan variables favorecen el desempeño del sistema.
1.1.2 Utilización comercial de los sistemas biológicos
El uso de los distintos sistemas de tratamiento biológicos se ha conocido desde hace
largo tiempo para el tratamiento de aguas. Sin embargo sus aplicaciones son mucho
mayores por lo que a nivel comercial se ha visto incrementado el uso de estos sistemas
en el sector industrial durante los últimos 15 años. Sin embargo es muy notorio que el
desarrollo y la implementación de estas tecnologías se han dado principalmente en los
países desarrollados, motivo por el cual es de consideración incursionar en desarrollo e
implementación de estas tecnologías en los países en vía de desarrollo, teniendo en
cuenta las ventajas que estos sistemas poseen frente a los demás métodos de
tratamiento de contaminantes.
Las industrias pioneras en la incorporación de esta nueva tecnología en los sistemas de
tratamiento de sus contaminantes son las siguientes:
Industrias de producción de químicos
Industria petroquímica
Industria de producción agrícola
Productoras de resinas sintéticas
Productoras de tintas y pinturas
Industrias farmacéuticas
Industrias tabaqueras y de azúcar
Industrias de saborizantes y aromas
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Los principales campos en los cuales se han empleado tecnologías de tratamiento
biológico son:
Tratamiento de olores
Manejo de emisiones contaminantes
Tratamiento de aguas residuales
Descontaminación de corrientes para volver a usar en la propia industria
Mataderos
Procesamiento de carnes
1.1.3 Ventajas y desventajas de los sistemas de tratamiento biológicos.
Existen en la actualidad distintos métodos tanto químicos como físicos utilizados en la
para la limpieza de corrientes contaminadas como son los métodos de adsorción y
absorción con la utilización de carbón activado, las combustiones térmicas o catalíticas y
los procesos de absorción de una solución, de lavado, de condensación y de oxidación,
los filtros comunes de malla, precipitadotes electroestáticos, entre otros. Es importante
entrar a analizar el desempeño de los sistemas biológicos frente a dichos métodos
alternativos convencionales y, dependiendo de las condiciones de operación como tipo de
corriente y estado del contaminante, entrar a analizar que tan adecuado puede llegar a
ser la aplicación de un tratamiento biológico. Para ello, se citan a continuación las
ventajas y las desventajas de estos tipos de tratamientos.
Ventajas:
Los sistemas de tratamiento biológicos son procesos naturales y seguros. Por lo tanto
la influencia negativa sobre el medio ambiente es nula.
En condiciones óptimas de funcionamiento presentan una alta eficiencia de remoción
de los contaminantes teniendo en cuenta la biodegrabilidad de estos.
Se consideran como tecnologías limpias puesto que no utiliza combustibles fósiles
para librarse del contaminante, no produce un exceso de CO2 y la utilización de
productos químicos es muy baja, ya que es necesaria únicamente para la regulación
de pH en el medio filtrante o en procesos de mantenimiento.
La producción de desechos en el filtrado es mínima, teniendo en cuenta que en los
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casos en que se produzcan desechos estos son de tipo natural y mucho mas fáciles
de manejar.
En la mayoría de los casos el medio filtrante es de origen natural, lo cual no implica
contaminación a la hora de que el sistema salga de circulación.
Son tecnologías que en comparación con las mencionadas anteriormente presenta
unos costos muy bajos, especialmente cuando el contaminante se encuentra en
concentraciones no muy elevadas. Esto teniendo en consideración tanto los costos de
operación y mantenimiento, como los costos de implementación de la tecnología.
Estos sistemas presentan la capacidad de tratamiento de una diversidad de
contaminantes ya sean sólidos, líquidos o gaseosos, esto teniendo en cuenta las
condiciones de los microorganismos.
Dadas las características de los microorganismos, la reutilización de los sistemas de
tratamiento de contaminantes para la limpieza de otro contaminante, no presenta altas
complicaciones y, mejor aún, las implicaciones del cambio a nivel económico son
bajas puesto que se tendrían que cambiar el microorganismo y el medio mas la
estructura del sistema no entra a presentar mayores cambios.
La seguridad intrínseca que presenta el tratamiento de un residuo de forma natural,
donde el verdadero tratamiento se produce por la acción de los microorganismos,
reduce al mínimo los riesgos de operación.
Aceptación pública e imagen de la empresa por la implementación de procesos de
tratamiento biológicos y limpios.
Desventajas:
Los sistemas de tratamiento biológicos presenta eficiencias bajas para el manejo de
contaminantes en concentraciones elevadas.
Este tipo de tratamientos dependen del estado de los microorganismos. Por ende la
remoción será realmente baja para contaminantes que afecten el desarrollo de dichos
microorganismos y en el caso de contaminantes que no cumplan con características
de biodegradables, el sistema sencillamente no tendrá ningún tipo de efecto sobre
dichos contaminantes.
La eficiencia de los tratamientos es afectada por las fluctuaciones de caudal en la
corriente a limpiar.
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Para la implementación inicial de estas tecnologías, se requiere de un tiempo de
aclimatación y de desarrollo para que los microorganismos puedan llegar a la
producción de las distintas enzimas encargadas de la degradación del contaminante.
La eficiencia de los sistemas esta estrechamente relacionada con el tiempo de
residencia, por lo cual, dependiendo de las condiciones del contaminante y de los
microorganismos, se puede llegar a necesitar tiempos de residencia más altos
comparado con los otros sistemas. Debido a esta condición los sistemas utilizados a
nivel industrial generalmente presentan volúmenes de material filtrante considerables.
1.2 PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS DE PELICULA FIJA
En los procesos de película fija los microorganismos son los responsables de la
purificación y limpieza del agua. Estos crecen generalmente en medios estacionarios o
rotatorios. Estos procesos incluyen contactores rotatorios biológicos, biofiltros activados,
torres biológicas (contactos aleatorios), camas fluidizadas biológicas y filtros percoladores.
El objetivo de estos procesos de tratamiento aeróbicos de aguas son generalmente los
mismos: la remoción de materia orgánica disuelta y suspendida o la remoción de
contaminantes específicos según las condiciones del lecho y el metabolismo de los
microorganismos presentes en cada uno de los lechos.
1.2.1 Contactores rotatorios biológicos: (RBC)
Los contactores biológicos rotatorios son muy frecuentes en el manejo de las aguas
residuales, por su tamaño relativamente pequeño y los bajos requerimientos de energía.
Estos constan de una serie de discos circulares de plásticos, sumergidos hasta
aproximadamente 40% del diámetro dentro del tanque de contacto. A medida que los
discos se desplazan a través de las aguas, se les adhiere una pequeña capa. Cuando los
discos salen a la atmósfera, los microbios sobre la superficie del disco oxidan los
compuestos orgánicos, por consiguiente, solo se requiere una pequeña cantidad de
energía para suministrar el oxigeno necesario para el tratamiento. A medida que los
microbios se acumulan sobre los discos de plástico la velocidad de corte creada por el
movimiento de los discos a través del agua, hace que el exceso de microbios se elimine
de los discos y descarguen en el tanque final de sedimentación.
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Uno de los problemas que trae consigo este tipo de tratamiento, es el hecho de que las
aguas tienden a crear crecimientos excesivos de microbios que no se cortan fácilmente,
principalmente en aguas residuales produciendo velocidades elevadas de los discos. Lo
cual influye directamente en una alta demanda de oxigeno y pueden llegar a presentar
formaciones de sulfuro de hidrogeno (H2S) lo cual conlleva a la presencia de olores
desagradables. Se han presentado casos donde en este tipo de sistemas el crecimiento
microbiano ha sido tan alto que se han dañado los discos o hay fallas en los ejes de
movimiento del sistema.
1.2.2 Biofiltros activados
Este tipo de sistema generalmente se trabaja como una biotorre rellena de astillas, tablas
de madera y lodos activados. Para la implementación del sistema es importante
considerar la aplicación necesaria de un clarificador.
Generalmente, el agua es alimentada por medio de rociadores. La biodegradación ocurre
cuando los microorganismos logran asentarse en el lecho formando una biopelícula. Este
sistema no requiere ningún sistema de aireación suplementaria ya que generalmente la
corriente a tratar se airea por el paso de la biotorre al clarificador.
Este sistema presenta ventajas en el tratamiento de aguas teniendo en cuenta que
presenta eficiencias de remoción altas y es un sistema realmente flexible. Presenta
problemas para el manejo de concentraciones medianamente altas y flujos variables.
1.2.3 Filtros sumergidos
Es un sistema de filtro biológico sumergido el cual permanece totalmente en contacto
continuo con la corriente a limpiar. Este se puede considerar como una adaptación de los
biofiltros activados pero que funciona de forma sumergible. El medio de contacto puede
ser de piedra, aldaba, materiales cerámicos o platos espaciados. Se debe tener un
sistema de aireación auxiliar donde el aire es introducido por debajo del medio de
filtración.
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1.2.4 Lechos fluidizados biológicos
Este tratamiento consiste de una torre de lecho generalmente de arena u otro medio fino.
El agua es pasada hacia arriba a una velocidad alta que causa la expansión en la
fluidización en el medio facilitando de esta forma la formación de la biopelícula de filtrado.
Esta biopelícula que se ha formado en la superficie del medio fluidizado es la encargada
de la renovación y limpieza del agua a tratar.
Este sistema presenta tiempos de retención pequeños lo cual es una ventaja frente a los
otros tratamientos. Sin embargo, en las implementaciones se han manifestado distintos
problemas de tipo mecánico.
1.2.5 Filtros percoladores
Durante años una excelente alternativa ha sido la implementación de los filtros
percoladores de los sistemas biológicos para el tratamiento de las aguas debido a su
sencillez de diseño y operación.
Sin embargo la evolución de los filtros percoladores hoy en día ha sido realmente grande
y las utilidades en la actualidad son mucho más amplias. Un filtro percolador moderno
consiste en un lecho formado por un medio sumamente permeable el cual permite por
acciones de aireación y recirculado de la corriente la fijación de los microorganismos los
cuales posteriormente forman la biopelícula responsable de la purificación del agua.
Dependiendo de las características se deben utilizar sistemas de aireación auxiliar y
recirculado pero las ratas de remoción de contaminantes específicos es realmente alta y
el funcionamiento del sistema como tal es sencillo.
1.3 SELECCIÓN DEL TRATAMIENTO
Teniendo en cuenta los tratamientos mencionados anteriormente se debe escoger cual de
estos es el más adecuado para implementarlo en el sistema de tratamiento de las aguas
utilizadas para la siembra de peces. Dada la simplicidad de las condiciones de
funcionamiento y mantenimiento del sistema de filtro percolador, se tomó este como la
opción mas satisfactoria y de menor complejidad para su implementación.
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1.3.1 Justificación de la selección
Se tomó la determinación de utilizar la tecnología de filtro percolador para el proyecto de
tratamiento de aguas de siembra de peces principalmente por las condiciones del agua. Al
analizar el desempeño y las necesidades del agua en los cultivos de peces, se establece
el problema de concentraciones altas de amonio y nitritos las cuales influyen
negativamente en la pureza del agua disminuyendo notablemente las capacidades
productivas de los estanques.
El grado de contaminación de los estanques se debe a la alimentación de los peces dado
que, de los alimentos utilizados para incrementar la producción de peces, quedan algunos
residuos que causan problemas de disminución de oxígeno, incremento de nutrientes, de
materia orgánica, de amonio y disminución de pH. El principal contaminante para las
aguas y el más difícil de regular es el contenido de amonio. Las formas en las cuales el
alimento influye en la calidad de las aguas son las siguientes:
El alimento no consumido por los peces es convertido por acción de las bacterias en
diferentes sustancias que se disuelven en el agua siendo las mas importantes el dióxido
de carbono, el amonio y los fosfatos. Las partículas mayores pasan a sedimentarse.
Parte del alimento consumido que no es utilizado, se vuelve heces, que a su vez son
convertidas por acción bacteriana en materia orgánica soluble y sedimento.
Gran parte del alimento absorbido es devuelto al agua a través de los procesos
metabólicos como dióxido de carbono a causa de la respiración, y como amoniaco y
fosfatos en la excreción.
La mayor parte de la materia orgánica y los nutrientes originados por los alimentos se
disuelven en el agua o son atrapados por el fondo del estanque y a su vez estos
nutrientes son aprovechados por el fitoplancton el cual demanda oxigeno de las aguas
disminuyendo de esta forma el oxigeno disuelto en el agua lo cual afecta directamente en
el crecimiento óptimo de los peces. También la materia orgánica en su descomposición
demanda oxígeno y su descomposición produce las concentraciones de amonio que
influyen directamente en el desarrollo de los peces.
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Considerando esto vemos que el filtro percolador ofrece facilidades para lograr el tipo de
degradación que se necesita puesto que las concentraciones de contaminante a remover
son relativamente altas. Con este sistema y dadas las características de los
contaminantes no se hace necesario el procedimiento de inoculación del medio ya que
únicamente con un proceso de recirculado del agua contaminada a través del lecho
filtrante y contando con las condiciones de aireación adecuadas, las bacterias nitrificantes
encargadas de realizar la degradación del amonio a nitritos y posteriormente de nitritos a
nitratos colonizan el medio por ellas solas. También presenta una ventaja frente a los
otros sistemas con respecto a las condiciones de operación y mantenimiento ya que el
filtro percolador no implica mayores gastos y presenta versatilidad de funcionamiento.
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2. FUNCIONAMIENTO Y CARACTERÍSTICAS DEL FILTRO PERCOLADOR
El concepto del filtro percolador tuvo sus inicios con el uso de los filtros de contacto, que
eran estanques impermeables rellenos con piedra machacada. En su funcionamiento, el
lecho de contacto se llenaba con el agua a tratar desde la parte superior y se dejaba que
se pusiese en contacto con el medio durante un corto período de tiempo. El lecho se
vaciaba a continuación y se le permitía que reposase antes de que se repitiese el ciclo.
Un ciclo típico exigía 12 horas de las cuales había 6 horas de reposo.
En un filtro percolador moderno el agua residual se pasa a través del lecho filtrante. Este
sistema de tratamiento consiste en un lecho formado por un medio sumamente permeable
al que los microorganismos se adhieren debido a que las condiciones para su
asentamiento son muy favorables, dado que el lecho presenta concentraciones de
contaminante considerables.
Los contaminantes que se encuentren presentes en el agua son degradados por la
población de microorganismos adherida al medio filtrante, formando de esta forma una
capa viscosa o película biológica que es el corazón del sistema de tratamiento. A medida
que los microorganismos van colonizando el lecho, esta capa va aumentando hasta que el
sistema llega a las condiciones óptimas de remoción donde se presenta un equilibrio entre
la concentración de contaminantes y el contenido de microorganismos en la película
biológica. Es entonces cuando se ha llegado al punto óptimo de funcionamiento y en
donde se mantiene el porcentaje de remoción del lecho estable.
La comunidad biológica presente en un filtro se compone principalmente de protistas,
incluyendo bacterias facultativas, aerobias y anaerobias, hongos, algas y protozoos.
Suelen también encontrarse algunos animales superiores como gusanos, larvas de
insectos y caracoles.
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2.1 CLASIFICACION DE FILTROS PERCOLADORES
Los filtros percoladores se clasifican, según su carga hidráulica y su carga orgánica en
dos tipos:
o Filtro de alta carga.
o Filtro de baja carga.
Para las condiciones del ensayo a realizar se va a utilizar un filtro de baja carga con
sistema de recirculación, lo cual aumenta la eficiencia del sistema considerablemente. Se
determina el uso de un filtro de baja carga ya que se va a manejar un flujo de entrada al
filtro en el mayor de los casos de 40 lts/min.
2.2 DESCRIPCIÒN DE LOS MICROORGANISMOS
Para el sistema de tratamiento de agua a analizar con los ensayos en la búsqueda de
una producción de peces en concentraciones elevadas y, como se mencionó en
anteriormente en la descripción de los contaminantes, la presencia de amonio y nitritos es
el principal problema a tratar. Por lo tanto la capa de microorganismos para dichos
contaminantes va a estar compuesta principalmente por dos clases de bacterias:
1. Nitrosomonas: estas bacterias son consideradas nitrificantes ya que
degradan los compuestos provenientes del nitrogeno y en nuestro caso
son las encargadas de eliminar el amonio (NH4). Para el uso de esta
bacteria se puede realizar el proceso de inoculación del medio. Sin
embargo no es necesario y en las condiciones de operación del sistema a
analizar se buscaba iniciar el sistema desde cero sin ningún tipo de
variación que influyese en el análisis.
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2. Nitrobacter: este tipo de bacterias al igual que las Nitrosomonas no
necesitan inoculación en el medio para las condiciones de los ensayos a
realizar en el sistema cerrado de tratamiento, debido a que después de la
acción de las bacterias nitrificantes, el medio filtrante aumenta su
concentración en nitritos, facilitando de esta forma el asentamiento de
estas bacterias oxidadoras de nitritos.
La descripción del proceso de degradación realizado por los dos tipos de bacterias se
entiende con más claridad a partir de las reacciones químicas que ocurren dentro del filtro
percolador para tratar la corriente contaminada, como se observa en la Figura No. 1
Reacción de nitrificación que ocurre en el filtro percolador.
Figura No. 1 Reacción de nitrificación que ocurre en el filtro percolador.
2.3 CONFIGURACIONES DEL SISTEMA EN EL FILTRO PECOLADOR
Los factores que tienen relevancia dentro del funcionamiento adecuado de un filtro
percolador son los siguientes,
1. Coraza y Sistema de distribución.
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2. Medio filtrante a utilizar.
3. Configuración del sistema de drenaje inferior.
4. Sistema de distribución de aire.
Para comprender mejor los sistemas de la configuración del filtro percolador es
importante analizar la siguiente figura.
Figura No. 2. Diagrama Filtro percolador.
Es importante resaltar que el filtro utilizado en el sistema a analizar fue importado y por lo
tanto dichos factores permanecieron fijos durante los ensayos.
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2.3.1 Coraza y sistema de distribución
En el filtro percolador la coraza cumple una función importante ya que es aquí donde se
deposita el lecho filtrante y dependiendo del volumen de esta se pueden llegar a obtener
porcentajes de remoción altos o bajos, ya que el volumen de la coraza influye
directamente en el tiempo de residencia de la corriente a tratar en el filtro percolador. Para
las condiciones de operación del sistema a analizar se tiene una coraza Clearwater de
600 lts, con una altura de 150 cm y un radio de 35 cm construida en un material plástico
inerte.
Para el sistema de distribución del líquido en el filtro percolador se ha concluido que para
filtros industriales de gran escala la mejor opción es el distribuidor rotativo por su fiabilidad
y facilidad en el mantenimiento. Este consiste en dos o más brazos montados sobre un
pivote en el centro del filtro que giran en el plano horizontal. Los brazos son huecos y
poseen boquillas por las que se descarga residual sobre el lecho del filtro. El distribuidor
puede ser impulsado por un motor eléctrico o por la reacción dinámica del agua residual
que descarga por las boquillas.
Sin embargo para las los ensayos a realizar este sistema de distribución no es el mas
indicado. Para este caso dicho sistema es más simple, ya que simplemente consta de dos
tubos de 4 in de diámetro y una altura de 80 cm con agujeros a través de la superficie del
tubo por los cuales se hace una distribución uniforme del líquido traspasando la totalidad
del lecho.
2.3.2 Medios filtrantes
Un material de elevada área superficial por unidad de volumen, que sea económico y
duradero y que no se obstruya fácilmente es el medio filtrante ideal. El material más
aconsejable suele ser graba o piedra triturada clasificada por tamaño uniforme,
generalmente 2.5 – 7.5cm, al roca volcánica es también conveniente, también se usa
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materiales tales como escoria, cenizas o antracita, piedras de diámetro inferior a 2.5cm no
son aconsejadas, pues el espacio de poros entre las piedras que permiten la libre fluencia
del agua residual y los sólidos arrastrados serán insuficientes y darán, como resultado la
obstrucción del medio y el estancamiento de agua dentro del filtro o en la superficie, si las
piedras tiene un diámetro grande se evita el problema de la obstrucción pero al tener un
área superficial relativamente pequeña por unidad de volumen, no pueden soportar una
población biológica grande; por esas causas la uniformidad del tamaño es un modo de
asegurar el espacio adecuado de los poros. Las especificaciones dentro de una gama de
tamaño de 2.5 – 7.5cm son por lo general, más restrictivas, como por ejemplo las de 2.5 –
5cm, o 3.15 – 7cm.
Una de las características más importantes de un medio filtrante es su resistencia y
durabilidad, esta última puede determinarse mediante un ensayo de sulfato de sodio el
que se usa para probar la consistencia de los agregados de hormigón.
Medios sintéticos para el tratamiento de residuos industriales fuertes se han utilizado con
éxito recientemente, estos consisten en láminas de plástico entrelazadas dispuestos como
un panal de miel para producir unos medios sumamente porosos y antiobstrucción, este
tipo de medio filtrante puede ajustarse a cualquier configuración de filtro, se pueden
construir filtros de hasta 6m de profundidad. La elevada capacidad hidráulica y resistencia
a obstrucciones de estos medios sintéticos se aprovechan mejor en un filtro de alta carga.
Para el sistema a analizar, el medio filtrante utilizado es un medio sintético proporcionado
por los fabricantes del filtro Clearwater. Este medio es sumamente poroso y presenta
áreas de contacto altas. Para la coraza que se maneja, la cual tiene un volumen total de
600 lts como se mencionó anteriormente, se utiliza un volumen efectivo del filtro
percolador de 520 lts considerando las condiciones de funcionamiento del filtro cargado,
es decir lleno en su totalidad por el medio filtrante, ya que dicho medio aunque tiene unas
condiciones de operación muy buenas ocupa parte del volumen total del filtro. Por lo tanto
para los cálculos de tiempo de residencia el volumen efectivo del filtro percolador es de
520 lts.
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2.3.3 Drenaje inferior
Dependiendo del tipo de contaminante a tratar, es posible que las condiciones de
disposición de los residuos del tratamiento necesiten cierto nivel de cuidado, por lo cual
pueden presentarse arreglos complejos para el sistema de drenaje de filtros percoladores
industriales. Por otro lado, dicho sistema de drenaje inferior, funciona tanto como un
tratamiento complementario del filtro como sistema de ventilación del lecho.
Sin embargo para el filtro percolador con que se trabaja en los ensayos, el sistema de
drenaje es mucho más simple ya que no se debe cumplir con ningún tipo de disposición o
tratamiento complementario de los residuos. Por lo tanto se maneja un sistema de drenaje
simple con salida por la parte inferior del filtro y una tubería de 1,5 in con válvula para
paso de agua, esto ya que el drenaje del filtro se realizaría únicamente en condiciones de
cambio de lecho o iniciación del mismo, o para operaciones de mantenimiento del
sistema. Para casos de vaciado del equipo, adicional a la fuerza de gravedad, se puede
conectar una motobomba a la válvula para facilitar este proceso.
2.3.4 Sistema de distribución de aire
El sistema de distribución de aire es fundamental para facilitar las condiciones de
ventilación del lecho, lo cual es crucial para lograr no solo una eficiente colonización del
medio sino, posteriormente, un metabolismo óptimo de los microorganismos
degradadores de contaminante. La ventilación del lecho ocurre sin ayuda debido al
siguiente fenómeno. Al existir una diferencia de temperatura entre el agua residual y el
medio ambiente, generalmente habrá un proceso de intercambio de calor dentro del lecho
del filtro. El cambio de temperatura del aire dentro del filtro provoca un cambio de
densidad y así se establece una corriente de convección debido a que la dirección del
flujo depende de las temperaturas relativas del aire y del agua residual.
La ventilación natural resulta muy eficaz en filtros percoladores siempre y cuando se
tomen determinadas precauciones. Sin embargo para garantizar el funcionamiento óptimo
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de los sistemas y dependiendo de los porcentajes de remoción de contaminante que se
deseen es mejor implementar un sistema de aireación forzada.
Para los ensayos a desarrollar se manejó un sistema de aireación forzada para mejorar
las condiciones de operación. Teniendo en cuenta que las eficiencias de remoción que se
buscan son altas, se inyectó aire al sistema suministrado por un soplador. Este aire
inyectado al sistema se debe distribuir en el lecho de la mejor manera. Por lo tanto, se
cuenta con una entrada de aire en la parte superior que desciende a través de un tubo
ubicado en el centro e inyecta el aire mediante un arreglo de 6 piedras difusoras en forma
de asterisco. Dado que el aire es inyectado en la parte inferior por densidades, este se
distribuye en la totalidad del lecho propiciando, de esta forma una ventilación adecuada
dentro del mismo facilitando el desarrollo bacteriano.
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3. ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DEL AGUA PARA LA SIEMBRA DE TILAPIA
Para la implementación de cualquier tipo de proyecto relacionado con siembra de peces
es de gran importancia conocer las propiedades del principal recurso a utilizar en este
caso el agua con que se cuenta y con la cual se va a trabajar. Para el proyecto a
desarrollar lo primero que se hizo fue conocer las condiciones recomendadas para el
mejor desarrollo de los peces a cultivar. Teniendo esto en cuenta se analizaron los dos
tipos de agua con los que se contaba para la puesta en marcha del sistema con el fin de
determinar de esta forma si las características de dichas aguas eran o no las adecuadas.
3.1 VARIABLES MEDIDAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUA
Para llevar a cabo adecuadamente el proyecto de siembra de peces es importante entrar
a considerar ciertas variables que tienen influencia directa dentro del desarrollo de los
peces en estado de cultivo. Las principales variables a tener en cuenta son las siguientes:
3.1.1 Oxígeno disuelto
Es el parámetro más importante en el análisis de la calidad del agua. Si no hay una buena
concentración de oxígeno disuelto los organismos pueden ser vulnerables a
enfermedades, parásitos, o morir por falta de este elemento. Además se ha comprobado
que no reciben alimento cuando se presentan niveles bajos de oxígeno, lo cual conlleva a
la pérdida de este insumo, afectando el crecimiento y la tasa de conversión alimenticia.
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Los peces pequeños sobreviven si la exposición es corta Letal si la exposición es prolongada Los peces sobreviven, pero el crecimiento se retarda si la exposición es prolongada Rango deseable
O X I G E N O D I S U E L T O
Mg / L
0 0.3 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Figura Nº 3. Efecto de la concentración de oxígeno disuelto sobre los peces en estanque.
3.1.1.1 Fuente de oxígeno
El oxígeno es disuelto en el agua por difusión desde la atmósfera y por la fotosíntesis. La
difusión desde la atmósfera es producida cuando se presentan vientos o por medios
artificiales como el burbujeo o aireación. Estos medios artificiales aumentan el contacto
entre el agua y el aire, lo que permite captación del oxígeno por parte del agua.
La saturación de oxígeno disuelto depende de la temperatura, la salinidad y de la altitud.
Supersaturación de oxígeno ocurre bajo condiciones naturales como resultado de altos
niveles de productividad primaria.
3.1.1.2 Efecto de la disminución de oxígeno sobre los organismos de un estanque
Los organismos acuáticos generalmente no se alimentan cuando se presentan niveles
bajos de oxígeno y cuando esto ocurre la mayoría de las especies de peces suben a la
capa superficial del agua a tomar oxígeno y se observan bloqueando constantemente. Las
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bajas en el nivel de oxígeno generalmente suceden durante épocas de altas
temperaturas. Así mismo, el metabolismo de los organismos presentes en el estanque se
incrementa en esta época y demandan más oxígeno.
La concentración de oxígeno en un estanque puede variar de acuerdo con las siguientes
condiciones:
• Iluminación solar; sin esta no es posible la fotosíntesis y por consiguiente la
producción de oxígeno.
• La temperatura que influye en la descomposición de la materia orgánica que en su
degradación consume oxígeno. A mayor temperatura del agua mas rápido es el
proceso de degradación y por consiguiente mayor consumo de oxígeno.
• Cantidad de fitoplancton que libera oxígeno durante el día y lo consume durante la
noche.
• Cantidad de zooplancton y otros organismos animales que consumen oxígeno
durante el día y la noche.
• La materia orgánica y las poblaciones bacterianas que consumen grandes
cantidades de oxígeno en el proceso de descomposición.
• La producción de oxígeno en los días nublados es menor que la de días
despejados.
• El viento, que al crear olas y turbulencia en la superficie del agua, permite
intercambio de oxígeno entre la capa superficial y la columna de agua.
3.1.2 Potencial de hidrógeno o ph
El agua químicamente pura se encuentra disociada en iones (H+) y (OH), de tal forma que
su composición es la siguiente:
H2O (H+) + (OH)
El valor del pH está dado por la concentración del ión hidrógeno e indica si el agua es
ácida o básica y se expresa en una escala que varía entre 0 y 14. Si el pH es 7 indica que
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3 4 5 6 7 8 9 10 11 pH
MUERTE POR ACIDEZ MUERTE POR ALCALINIDAD
Tóxico para peces No hay
crecim.
Rendim. pobre
Límites deseables para la cría de peces
Rendimiento pobre
Aplicación de Ca(OH)2 necesaria para elevar el pH a 6-6.5
Se recomienda la aplicación de CaCO3 y fertilizantes alcalinos
Se recomienda la aplicación de fertilizantes ácidos
Tóxico para peces
es neutra; o sea que no es ni ácida ni básica. Un agua con pH por debajo de 7 es ácida y
por encima de 7 es básica. Los cambios de pH en un mismo cuerpo de agua están
relacionados con la concentración de dióxido de carbono, el cual es fuertemente ácido.
La presencia de dióxido de carbono en aguas ácidas acentúa su acidez, lo que origina
alteraciones de la osmoregulación en los peces como consecuencia de una acidificación
de la sangre. Aguas ácidas ricas en hierro pueden producir una precipitación de hidróxido
férrico en las branquias de los peces.
3.1.2.1 Efecto del pH sobre los peces
Figura N° 4. Efecto del pH sobre los peces.
Los extremos letales de pH para la población de peces, en condiciones de cultivo, está
por debajo de 4 y por encima de pH 11. Aunque los peces pueden sobrevivir en valores
de pH cercanos a estos extremos se observa un crecimiento lento y baja producción en
los estanques.
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Las aguas ácidas irritan las branquias de los peces. Así mismo, la presencia de dióxido de
carbono acidifica más el agua causando alteraciones de la osmorregulación y acidificando
la sangre.
Los límites básicos de pH también afectan el epitelio branquial al segregar mucus
apareciendo hipertrofia de las células basales y en períodos de larga exposición termina
por producir una verdadera destrucción histológica.
Por otra parte, el amoniaco en pH ácido se transforma en ión amonio (forma ionizada) la
cual no es tóxica. Lo contrario ocurre en pH alcalinos.
3.1.3 Temperatura
Esta variable es de importancia ya que se debe tener en cuenta para ver que tipo de
especie es la más indicada para el lugar donde se piensa realizar el cultivo. También es
un punto clave para el control de enfermedades o la propagación de determinados tipos
de algas que se puedan dar en el cultivo, ya que muchas veces están relacionadas con la
temperatura de siembra. La temperatura adicionalmente influye sobre otros parámetros
importantes como es la cantidad de oxigeno disuelto en el agua y la cantidad de amonio
tóxico que influye negativamente para el desarrollo de los peces como se mencionará
posteriormente al analizar este parámetro.
3.1.4 Dióxido de Carbono
Tiene importancia en la acuicultura debido a que influye en el pH del agua. Puede llegar a
ser tóxico, aunque los peces pueden tolerar concentraciones altas de este gas, siempre y
cuando el nivel de oxígeno disuelto sea alto. El dióxido de carbono afecta a los
organismos disminuyendo la capacidad de la sangre para captar el oxígeno. En los peces
la intoxicación por CO2 se reconoce porque primero, presentan problemas de equilibrio,
luego signos de adormecimiento y disminución de la frecuencia respiratoria; además, los
peces no permanecen en la superficie.
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3.1.5 Alcalinidad total y Dureza total
La alcalinidad corresponde a la concentración total de bases en el agua expresada como
mg/l de carbonato de calcio equivalente y está representada por iones de carbonato y
bicarbonato. La capacidad amortiguadora de del pH en el agua está dad por la presencia
de estos iones, lo que quiere decir que si una gran cantidad de carbonato y bicarbonato
está presente en el agua el pH se mantendrá estable. Aguas con alcalinidad alta ayudan a
que se mantenga mayor valor de pH por las mañanas, mientras que aguas con baja
alcalinidad facilitan los cambios de pH en un perfil de 24 horas.
La dureza total se define como la concentración de iones, básicamente calcio (Ca) y
magnesio (Mg), y se expresa en mg/l de carbonato de calcio equivalente.
El agua se clasifica según su dureza de acuerdo con la siguiente tabla:
Tabla N° 1. Clasificación de la Dureza Total
DUREZA CLASIFICACIÓN
0-75 Blanda
75-150 Moderadamente dura
150-300 Dura
300 ó mas Muy Dura
Para el cultivo de peces las mejores aguas con respecto a estos dos parámetros
(alcalinidad y dureza) son los que tienen valores muy similares.
Los mejores niveles de alcalinidad total y dureza total para acuicultura están entre 20 y
300 mg/l.
3.1.6 Hierro
Al analizar los niveles de dureza y alcalinidad del agua es importante tener en cuenta el
contenido de este material pesado en las aguas, principalmente por las condiciones del
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sitio donde se realizó la siembra que fue el municipio de Jamundí Valle del Cauca, zona
donde se encuentran grandes concentraciones de Hierro. Según las muestras analizadas,
los niveles de Hierro se ubicaron en 0.65 ppm para el caso del río y en 0.35 ppm en el
aljibe. Aunque estos índices no son letales para el hombre, un nivel de Hierro por debajo
de 0.2 ppm no es el apropiado para los peces, ya que, al no favorecer su metabolismo,
merma considerablemente su desarrollo.
3.1.7 Cloro
Este parámetro está estrechamente relacionado con el proceso de purificación del agua.
Con este proceso se busca disminuir los microorganismos patógenos presentes en las
corrientes de agua a utilizar y lograr que estos no lleguen a influir de ninguna forma con el
desarrollo de los peces dentro del estanque, ya que las altas concentraciones de
organismos patógenos pueden llegar a afectar la productividad del estanque causando en
algunos casos la proliferación de enfermedades en los peces. Sin embargo es importante
mantener los márgenes de cloro dentro de lo indicado ya que un exceso de cloro en la
corriente de agua a utilizar como medio de cultivo puede que, además de acabar con los
microorganismos patógenos, adicionalmente resulte ser fatal para los peces. Los niveles
deseados de cloro se deben ubicar en un rango entre 0 y 2000 ppm.
3.1.8 Amonio
Las condiciones de cultivo de peces en espacios controlados producen acumulación de
materia orgánica debido al poco recambio de agua en los estanques de siembra. Esta
materia orgánica se deriva principalmente del alimento no consumido por los peces y de
las heces fecales del propio metabolismo de los peces. Esta materia orgánica con el
tiempo se descompone en amonio, el cual es toxico en altas concentraciones y disminuye
las condiciones óptimas para el desarrollo de los peces de siembra. Hay dos variaciones
en el amonio a tener en cuenta en el desarrollo de los peces: el amonio no ionizado que
es tóxico y el amonio ionizado que no tiene ningún tipo de influencia para el metabolismo
y crecimiento de los peces dentro del estanque.
Los niveles tóxicos de amoníaco no ionizado para exposiciones de corta duración por lo
general están entre 0.8 y 2 mg/lt. Los efectos subletales se manifiestan en valores entre
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0.6 y 0.8 mg/lt. El pH y la temperatura regulan la proporción de amoníaco total que existe
en la forma no ionizada.
3.1.9 Nitritos
Los nitritos al igual que el amonio tienen carácter tóxico y van en contra del desarrollo de
los peces de siembra. Estos compuestos se originan en los estanques como resultado del
metabolismo de los organismos bajo cultivo y son liberados durante la descomposición
realizada por las bacterias sobre la materia orgánica animal o vegetal.
Algunas bacterias pueden convertir los nitratos (NO3) a (N2), el cual puede salir del agua
como un gas disuelto. Estas reacciones se llevan a cabo normalmente en el estanque o
por medio de la biofiltración.
La sospecha de toxicidad por nitritos puede ser comprobada mediante el sacrificio de un
individuo y el posterior análisis de la sangre, ya que la hemoglobina reacciona con los
nitritos formando metahemoglobina, la cual da a la sangre un color chocolate oscuro.
3.1.10 Microorganismos Patógenos
Este factor es importante tenerlo en cuenta en los cultivos ya que los microorganismos
patógenos son una fuente importante de posibles enfermedades en los peces. Los niveles
altos de agentes patógenos pueden traer consecuencias fatales para un cultivo, más aun
cuando se manejan concentraciones altas de peces como es el caso del proyecto actual.
3.2 CONDICIONES ÓPTIMAS PARA LA SIEMBRA DE TILAPIA
Los valores citados a continuación son los datos proporcionados por el INPA (Instituto
Nacional de Pesca y Agricultura) en su publicación relacionada con el cultivo en lagos o
estanques de tilapia en el territorio colombiano. Estos valores son considerados como los
rangos donde se ha tenido el mejor desarrollo de tilapia teniendo en cuenta varios cultivos
realizados.
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Tabla No. 2. Parámetros óptimos para el cultivo de tilapia.
PARAMETRO VALORES IDEALES PARA TILAPIA
TEMPERATURA °C 24 a 32
Ph 6 a 8
OXIGENO DISUELTO (Mg/L) 3 a 10
AMONIO (Mg/L) 0 a 0,8
NITRITOS (Mg/L) 0 a 0,8
CLORURO (Mg/L) 0 a 8000
DIOXIDO DE CARBONO (Mg/L) 0 a 30
DUREZA TOTAL (Mg/L) 50 a 350
ALCALINIDAD TOTAL (Mg/L) 50 a 250
HIERRO (Mg/L) menor a 0,2
MICROORGANISMOS MESOFILICOS menor a 100
COLIFORMES TOTALES (UFC/100 ml) menor a 50
COLIFORMES FECALES (UFC/100 ml) 0
E. COLI NEGATIVO
3.3 CONDICIONES INICIALES DE LOS DOS TIPOS DE AGUA (RIO Y ALJIBE)
Como se mencionó anteriormente es importante tener en cuenta las características de las
aguas con que se dispone para realizar los respectivos cultivos y para analizar la
factibilidad del proyecto a desarrollar. Para este caso se disponía de dos tipos de agua:
agua de río tomada del Río Claro en el municipio de Jamundí y agua de aljibe por lo que
fue necesario realizar los análisis de ambos tipos de agua.
Tabla No. 3. Parámetros físico-químicos iniciales del agua de aljibe.
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PARAMETRO VALORES INICIALES
ALJIBE
TEMPERATURA °C 24 Ph 6,65 OXIGENO DISUELTO (Mg/L) 5 AMONIO (Mg/L) 0 NITRITOS (Mg/L) 0 CLORURO (Mg/L) 8 DIOXIDO DE CARBONO (Mg/L) 5 DUREZA TOTAL (Mg/L) 64,5 ALCALINIDAD TOTAL (Mg/L) 126 HIERRO (Mg/L) 0,35 MICROORGANISMOS MESOFILICOS 8.700 COLIFORMES TOTALES (UFC/100 ml) 16.600 COLIFORMES FECALES (UFC/100 ml) 120 E. COLI POSITIVO
Tabla No. 4. Parámetros Fisico-quimicos iniciales agua de río.
PARAMETRO VALORES INICIALES RÍO
TEMPERATURA °C 22 Ph 7,2 OXIGENO DISUELTO (Mg/L) 5 AMONIO (Mg/L) 1 NITRITOS (Mg/L) 1 CLORURO (Mg/L) 10 DIOXIDO DE CARBONO (Mg/L) 7 DUREZA TOTAL (Mg/L) 36,2 ALCALINIDAD TOTAL (Mg/L) 16,18 HIERRO (Mg/L) 0,65 MICROORGANISMOS 10.000
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MESOFILICOS COLIFORMES TOTALES (UFC/100 ml)
19.300
COLIFORMES FECALES (UFC/100 ml)
170
E. COLI POSITIVO
Tabla No. 5. Comparación de datos parámetros antes y después del pretratamiento.
PARAMETRO
VALORES IDEALES
PARA TILAPIA
VALORES INICIALES
ALJIBE
VALORES FINALES ALJIBE
VALORES INICIALES
RIO
VALORES FINALES
RIO
TEMPERATURA °C 24 a 32 24 27 22 24
Ph 6 a 8 6,65 7 7,2 7
OXIGENO DISUELTO
(Mg/L) 3 a 10 5 7 5 7
AMONIO (Mg/L) 0 a 0,5 0 0 1 0
NITRITOS (Mg/L) 0 a 0,8 0 0 1 0
CLORURO (Mg/L) 0 a 8000 8 30 10 40
DIOXIDO DE
CARBONO (Mg/L) 0 a 30 5 5 7 7
DUREZA TOTAL
(Mg/L) 50 a 350 64,5 102,6 36,2 82,8
ALCALINIDAD TOTAL
(Mg/L) 50 a 250 126 102,6 16,18 82,8
HIERRO (Mg/L)* menor a
0,2 0,35 0,1 0,65 0,18
MICROORGANISMOS
MESOFILICOS *
menor a
100 8.700 32 10.000 58
COLIFORMES
TOTALES (UFC/100
ml)*
menor a 50 16.600 10 19.300 22
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COLIFORMES
FECALES (UFC/100
ml)*
0 120 0 170 0
E. COLI* NEGATIVO POSITIVO NEGATIVO POSITIVO NEGATIVO
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4. SISTEMA DE PRETRATAMIENTO 4.1 JUSTIFICACIÓN
Como se mencionó anteriormente para el cultivo de peces es importante lograr ciertas
características del agua para que la siembra sea satisfactoria. En este caso se toman
como valores apropiados los suministrados por el INPA que se muestran en la Tabla No.
2. Por lo tanto basándonos en estos datos y comparando con los análisis realizados a los
dos tipos de agua, tanto del Río Claro como del aljibe, se puede verificar que las
condiciones de ninguna de las aguas cumple con los valores deseados. Es necesario
implementar entonces un pretratamiento para garantizar que el agua esté en condiciones
óptimas para la siembra de peces.
4.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Al comparar las tablas de condiciones con los dos tipos de agua, se encuentra que las
aguas tanto del Río Claro como del aljibe presentan diferencias con respecto de los
valores ideales en los siguientes parámetros: oxigeno disuelto, hierro, microorganismos
patógenos y la presencia de material sólido suspendido. Estas condiciones facilitan el
desarrollo de un sistema similar para ambas corrientes.
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Figura No. 5. Diagrama de bloques sistema de pretratamiento aplicado a las aguas de
abastecimiento del tanque.
4.2.1 Aljibe
Una de las dos fuentes de agua a analizar en el proyecto para determinar las condiciones
óptimas de funcionamiento del sistema de filtración en aguas de siembra de peces
buscando la producción a gran escala de los peces. En la figura N°6 se observa el aljibe
construido para el proyecto. Cuenta con 15 m de profundidad y con un diámetro de 1.20m.
Figura Nº 6. Aljibe
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4.2.2 Río
Esta es la segunda fuente a analizar en el sistema. Dicho río es un afluente del Río Claro
en el municipio de Jamundí en el Valle del Cauca que se observa en la figura Nº 7. El río
Claro nace en la cordillera Occidental colombiana, específicamente en el parque natural
Los Farallones de Cali.
Figura N° 7. Río Claro
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42
4.2.3 Filtro de rejilla
Teniendo en cuenta las consideraciones para la siembra de peces a gran escala y las
condiciones de funcionamiento de los demás equipos, es importante evitar el paso de
material sólido de tamaño considerable. Como se puede observar en el diagrama de
instrumentación P&ID (Ver anexo 1) es necesaria la implementación de dos filtros para el
control del material sólido, esto debido a que las tomas de agua del rió y del aljibe son
independientes y en consecuencia no se puede utilizar un filtro para ambos flujos. Estos
filtros se instalaron a la entrada de cada una de las motobombas y cuentan con orificios
rectangulares de 3 mm de lado. Son de acero inoxidable por las condiciones de la
corriente a filtrar. El propósito de estos instrumentos se ve complementado por la acción
de los filtros instalados posteriormente y los filtros de rejilla se pueden considerar como la
primera etapa en el proceso de remoción de sólidos puesto que, como se menciono
anteriormente, su tamiz es bastante grande por lo que resultan de gran ayuda para los
procesos siguientes.
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4.2.4 Clorinador
Como se mencionó en las variables a medir del sistema, el cloro es un parámetro
importante debido a que se hace necesaria una adición de este para lograr la remoción de
los microorganismos patógenos que traen las corrientes a tratar. Sin embargo, es
importante mencionar que la adición de altas concentraciones de cloro es perjudicial para
el desarrollo de los peces por lo que se hace indispensable contar con un clorinador, el
cual regula la cantidad de cloro que se adiciona a la corriente. En este caso se utilizó un
clorinador de paso y pastillas es decir, la corriente pasa con un flujo fijo igual al de toma
de agua de la fuente que en este caso es de 30 lts/min. Con este sistema se logró una
reducción considerable de microorganismos patógenos. Sin embargo para lograr la
disminución deseada de agentes patógenos, las cantidades de cloro que se debían
adicionar superaban los límites adecuados para la siembra de peces de 2000 ppm. Por lo
tanto la adición de cloro no fue suficiente para la remoción total del contaminante.
Se utilizó un clorinador marca Hayward Clorine Feeder como se observa en la figura Nº 8.
La adición de cloro mostró resultados de remoción de microorganismos patógenos con
una eficiencia entre el 85 y 90 % como lo muestran los datos a continuación, lo cual es
muy satisfactorio aunque no se logró llegar a los márgenes deseados en la casilla de
valores ideales para el cultivo de peces. Por lo tanto se requirió de la implementación de
un nuevo equipo que permitiera alcanzar los valores ideales indicados. Este equipo es un
ozonizador y será explicado en detalle mas adelante.
Tabla No. 6. Datos comparativos antes y después de la adición de cloro.
PARAMETRO VALORES ANTES DE Cl
VALORES DESPUES DE Cl
VALORES IDEALES
MICROORGANISMOS
MESOFILICOS
8700 y 10000 1300 y 1500 menor a
100
COLIFORMES TOTALES (UFC/100
ml)
16600 y
19300
2500 y 2900 menor a 50
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COLIFORMES FECALES (UFC/100
ml)
120 y 170 20 y 26 0
E. COLI POSITIVOS POSITIVOS NEGATIVO
4.2.5 Filtro de glauconita
Durante en el análisis de las dos fuentes de agua se detectó que uno de los problemas
principales del agua en el municipio de Jamundí (Valle del Cauca) estaba relacionado
con concentraciones considerables de hierro debido a las condiciones del suelo en esta
zona. Según los resultados, la dureza y alcalinidad del agua relacionadas con otro tipo de
iones como el magnesio y calcio, estaban dentro de los márgenes deseados e inclusive
muy por debajo del tope máximo. Sin embargo el hierro si presentaba problemas ya que
estaba casi dos veces por encima del tope óptimo para cultivo de peces que es de 0,2 y
mas de tres veces por encima en el caso del agua del río. Por lo tanto se hizo necesaria
la adecuación de un sistema de remoción de hierro, sistema que fue uno de los
principales inconvenientes para el acondicionamiento del agua, ya que inicialmente se
trató de oxidar y remover el hierro con un filtro de malla y arena pero los resultados no
fueron favorables en ninguno de los dos tipos de agua. Posteriormente se analizó la
opción de implementar un filtro de glauconita. Dicha alternativa funcionó
satisfactoriamente. La glauconita es un tipo de arena mineral utilizada especialmente para
problemas de concentraciones altas de hierro en afluentes. Su funcionamiento es igual al
de un filtro de arena por lo tanto el filtro de arena utilizado sin éxito en el primer ensayo se
utilizó como filtro de glauconita únicamente cambiando el medio filtrante de arena a
glaucomita. Dicho filtro se observa en la figura Nº 8 El resultado fue una remoción muy
satisfactoria, llegando incluso por debajo de los limites óptimos para el cultivo, como se
muestra en la siguiente tabla.
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Tabla No. 7. Datos comparativos antes y después de la aplicación del filtro de glauconita.
PARAMETRO VALORES
ANTES DE LA GLAUCONITA
VALORES
DESPUES DE LA GLAUCONITA
VALORES
IDEALES
HIERRO (Mg/L) 0,35 y 0,65 0,1 y 0,18 menor a
0,2
Figura Nº 8. Clorinador y Filtro de Glauconita
4.2.6 Ozonizador
Como se indicó anteriormente, después de la aplicación del cloro, no se logró la remoción
total de los microorganismos patógenos por que fue necesaria la aplicación de otro
método para complementar la remoción. Para ello se utilizó un sistema de ozonización del
agua Ozonolave1 W.S.S que se observa en la Figura Nº 9 y que trabaja en la producción
CLORINADOR FILTRO DE GLAUCONITA
CLORINADOR
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de ozono mediante el paso de aire por una chispa eléctrica. Este sistema se implemento
principalmente porque se disponía del equipo en la finca donde se implementó el sistema
de siembra de peces. Sin embargo este método para tratamiento de microorganismos
patógenos es muy sofisticado y costoso, ya que estos microorganismos se pueden tratar
con luz ultravioleta.
Los resultados del sistema de producción de ozono fueron realmente buenos ya que se
logró llegar a valores por debajo de los límites superiores deseados, casi eliminando por
completo los patógenos presentes en el agua.
Tabla No. 7. Datos comparativos antes y después de la acción del ozonizador.
PARAMETRO VALORES ANTES DEL OZONIZADOR
VALORES DESPUES DEL OZONIZADOR
VALORES IDEALES
MICROORGANISMOS
MESOFILICOS
1300 y 1500 32 y 58 menor a
100
COLIFORMES TOTALES (UFC/100
ml)
2500 y 2900 10 y 22 menor a 50
COLIFORMES FECALES (UFC/100
ml)
20 y 26 0 y 0 0
E. COLI POSITIVOS NEGATIVO NEGATIVO
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47
Figura Nº 9. Ozonizador
4.2.7 Filtro de Malla
Por las condiciones de material particulado y posible arrastre de hierro, se utilizó un filtro
de malla fina de 50 µm para mejorar las condiciones del agua y disminuir al máximo el
material sólido restante en la corriente después de los procedimientos anteriores. Se
utilizó un filtro de 2 galones marca F.S.I. Filter Specialist Inc como se observa en la figura
Nº 10, logrando una presión máxima de 100 psi o 7 Bares. Este filtro es principalmente
útil para el montaje del sistema cerrado de filtración y no es tan importante en la etapa de
pretratamiento.
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48
Figura Nº 10. Filtro de Malla
4.2.8 Filtro de arena
Al igual que el filtro anterior su principal uso esta relacionado con la remoción de
partículas ajenas al agua que se pueden remover utilizando este sencillo pero eficaz
sistema. El agua de carga del tanque también se pasó por este filtro para mejorar sus
condiciones. Se utilizó un filtro Tagelus de 10 galones igual al utilizado en piscinas con
llave de paso movible para las diferentes funciones como se observa en la Figura Nº 11.
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49
Figura Nº 11. Filtro de Arena
4.2.9 Aireador
Para realizar las cargas del sistema de siembra de peces era necesario garantizar los
valores de oxigeno disuelto en el agua, por lo que se utilizó el tanque vacío (sin lecho) del
filtro percolador. Este cuenta con un óptimo sistema de distribución de agua con piedras
difusoras cuyo objetivo es lograr una aireación muy satisfactoria por burbujeo de la
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50
corriente a tratar. Mediante el soplador se inyectaba el aire al tanque de 150 galones,
tanque que constituye el soporte del medio en el filtro percolador para dar un burbujeo
óptimo capaz de elevar el oxigeno disuelto a las concentraciones deseadas y requeridas
para la siembra de peces. Este sistema mostró resultados muy buenos ya que fue posible
alcanzar los márgenes ideales señalados por el INPA.
Tabla No. 8. Datos comparativos antes y después de la acción del aireador.
PARAMETRO VALORES ANTES DEL AIREADOR
VALORES DESPUES DEL AIREADOR
VALORES IDEALES PARA TILAPIA
OXIGENO DISUELTO
(Mg/L)
5 y 5 7 y 7 3 a 10
4.2.10 Tanque
En este tanque se preparan las cargas para la experimentación y posteriormente se va a
realizar el ensayo de siembra de peces. El tanque cuenta con un sistema de aireación
propio que se caracteriza por 2 distribuidores del aire provenientes del soplador los cuales
por la inyección de aire al tanque producen cierta corriente no muy fuerte, causando un
efecto leve de remolino en el tanque. Dicho efecto es favorable para el desarrollo de los
peces. El tanque que se utilizó (ver figuras Nº 13,14 y 14) es en cemento y posee una
salida en el centro en la parte inferior, la cual sirve para realizar el recirculado y
simultáneamente funciona como drenaje. El tanque tiene un diámetro de 6 m y una altura
de 1,10. Sin embargo el volumen máximo con que se puede trabajar es de 30 m3,. Los 10
cm restantes se deben dejar libres para manipulación del estanque con el fin de evitar
cerramientos de agua o pérdida de peces. Por las condiciones de la finca donde se
implementó, fue necesaria la implementación de una malla protectora, ya que en los
ensayos se presentaron grandes cantidades de hojas que caían al tanque, las cuales por
un lado taponaban el sistema de recirculado y por otro lado podían llegar a influir con su
degradación en las cantidades de amoniaco que se deseaban manejar. La malla también
será útil cuando se tengan los peces, ya que los protege de los posibles predadores
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51
aéreos de la zona. El diagrama a continuación es más específico y da más claridad a la
idea.
Figura N° 12. Sistema de distribución de agua y aire en el tanque
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52
Figura Nº 13 Tanque
Figura Nº 14Tanque
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53
Figura Nº 15 tanque
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54
5. SISTEMA DE TRATAMIENTO (SISTEMA CERRADO)
5.1 JUSTIFICACION
Al implementar el sistema cerrado se busca que el recambio de agua necesaria para la
producción de peces sea mínimo. Este sistema en vez de incorporar nueva agua al
tanque, se encarga de limpiar el agua ya existente en el sistema para volverla a introducir
sin contaminante al tanque. Lo que se busca con este método es llegar a disminuir al
máximo las concentraciones de amonio y nitritos en el tanque para que el desarrollo de
los peces sea el mejor, logrando de esta forma que la eficiencia de producción del
estanque sea mucho mayor. Con la implementación del sistema se busca que por cada
metro cúbico de agua la producción sea de 50 peces. Comparado con un sistema de
siembra convencional donde la acción de los contaminantes impide el desarrollo máximo
de los peces llegando únicamente a una concentración de 6 a 9 peces por metro cúbico
de agua, la implementación de este sistema de siembra de peces resulta muy beneficiosa
principalmente desde el punto de vista económico y productivo.
5.2 DESCRIPCION DEL SISTEMA
Para la implementación del sistema se debe tener en cuenta que el agua del tanque debe
cumplir con ciertas condiciones para poder ser tratada por un sistema de filtro percolador,
lo cual se garantizo con el sistema de pretratamiento descrito anteriormente. Sin embargo
el agua ya de los peces en circuito cerrado tratada por el sistema de filtro percolador,
también puede llegar a presentar impurezas y residuos distintos a los microorganismos
tratados. Por tal motivo se debe contar con equipos para lograr la remoción de
contaminantes como el amonio (Ver figuras Nº 16 y 17). Por otro lado se hace necesario
en todo sistema cerrado, como se muestra en el diagrama de bloques, un recirculado que
es el que garantiza la entrada de agua renovada al tanque de peces para mantener el
volumen deseado fijo.
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55
Figura No. 16 Diagrama de bloques sistema cerrado de tratamiento (filtro percolador)
Figura Nº 17. Sistema Cerrado
BOMBA
FILTRO DE MALLA
FILTRO DE ARENA
SOPLADOR
FILTRO PERCOLADOR
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56
5.2.1 Tanque
El tanque a utilizar en el sistema esta especificado en el numeral 4.2.10 ya que es el
mismo utilizado en el sistema de pretratamiento.
5.2.2 Filtro de malla
Teniendo en cuenta las condiciones del sistema donde se debe garantizar el menor
contenido de material particulado posible que pueda entrar en contacto con la corriente a
tratar en el biofiltro, se determinó que la mayoría del material particulado es materia
orgánica que al descomponerse aumenta el nivel de amonio en el agua, el cual es el
principal contaminante que se quiere remover. El filtro utilizado como ya se mencionó en
la parte del pretratamiento donde su accionar no representaba grandes cambios en el
agua de carga, en el proceso de sistema cerrado si es bastante importante ya que es el
único medio de filtración mecánico con el que se cuenta. Por lo tanto su retención debe
ser la adecuada aunque la presencia de material particulado grueso en el tanque es
mínima. El filtro que se utiliza es el mismo filtro de 2 galones marca F.S.I. Filter Specialist
Inc para una presión máxima de 100 psi o 7 Bares observado anteriormente en la Figura
Nº 10. El filtro de malla debe ser destapado para su mantenimiento. Se debe lavar la tela
o cambiarla dependiendo del estado en que se encuentre.
5.2.3 Filtro de arena
Al igual que el filtro de malla, el filtro de arena hace parte de la etapa del pretratamiento.
Sin embargo este paso no tiene una influencia considerable dentro de las condiciones del
agua de llenado del tanque. En las condiciones de operación del sistema cerrado si
cumple una función especifica ya que este es el sistema de filtración o extracción de iones
u otros químicos presentes en el agua, elementos diferentes a los tratados por el filtro
percolador es decir amonio y nitritos. Cabe aclarar que los diferentes químicos que se
encuentren en este agua van a estar en muy bajas concentraciones consecuencia del
pretratamiento realizado anteriormente a la corriente. Se utilizó un filtro Tagelus de 10
galones igual al utilizado en piscinas con llave de paso movible (véase figura Nº 11), por lo
que se pueden realizar rinses de la arena, como retrolavado cuando sea necesario.
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57
5.2.4 Filtro percolador
Es el principal instrumento en el sistema cerrado, ya que aquí es donde ocurre la
transformación del amonio a nitritos y posteriormente de nitritos a amonio. Debido a la
importancia de este equipo, fue descrito detalladamente e individualmente en el numeral
2.
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58
6. INSTRUMENTACION DEL SISTEMA
6.1 JUSTIFICACION
Considerando la implementación de todo tipo de tratamiento, sistema o planta, es
importante tener en cuenta un factor que influye tanto en el funcionamiento como tal del
sistema como en las evaluaciones de costos relacionadas con el proyecto a desarrollar.
Aunque estos instrumentos no son equipos principales del sistema, sin la presencia de
estos sería imposible el desarrollo de cualquier tipo de proyecto.
6.2 DESCRIPCION GENERAL DE LA INSTRUMENTACION
Como se explicó anteriormente, se cuenta con dos sistemas. Por un lado está el sistema
de pretramiento y por el otro lado el sistema cerrado de filtración. Sin embargo, hasta aquí
no se ha dado la descripción de las partes importantes que conforman cada uno de estos
sistemas. Dichas partes son muy importantes para su funcionamiento, según se ve en los
diagrama de instrumentación P&ID para ambos sistemas en los Anexos 1 y 2.
Es pertinente entonces especificar y tener en cuenta equipos y accesorios que no se han
mencionado anteriormente como son:
• Soplador B-101: se utilizó un soplador marca WhiteWater WW80 con capacidad
para 5 salidas y una relación de consumo de energía de 60 hz a 115 voltios (ver
Figura N° 18). Este elemento es el encargado de inyectar el aire como se ve en el
diagrama de instrumentación a: el sistema de distribución de aire en el filtro
percolador, el sistema de aireación-agitación del tanque y adicionalmente
proporciona el aire que necesita el ozonizador para purificar el agua.
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Figura N° 18. Soplador B-101
• Motobombas P-101, P-102. P-103: Según como se ha mencionado en la
descripción de ambos sistemas, es necesario la utilización de 4 motobombas para
el desarrollo del proyecto:
Motobombas P-101 y P-102: Son las encargadas de tomar el agua de
alimentación del sistema, es decir son las que llenan el sistema con agua bien
sea del Río o del Aljibe dependiendo de la corrida que se vaya a realizar. Las
motobombas utilizadas en esta parte del proceso son motobombas con las que
se contaba en la finca donde se instaló el sistema, ya que con anterioridad al
proyecto se aprovechaban ambas fuentes de agua para otras actividades.
Dichas motobombas son de marca Bornes Pumps con una capacidad de
alimentación de 40 lts/min y una relación de consumo de energía de 60 hz a
110 voltios. (ver figura N° 19)
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60
Motobomba P-103A y P-103B: esta es la bomba encargada de la
recirculación del sistema de filtración para lograr el tratamiento del agua de
cada uno de los ensayos. Sin embargo como se busca manipular la variable de
tiempo de residencia, se utilizaron 2 motobombas para cambiar las condiciones
de flujo. La motobomba P-103A es de marca Leader Pumps Ecojet 120 para
proporcionar, al igual que las motobombas de carga del sistema, 40 Lts/min y
con una relación de energia de 60 hz a 115 voltios. La motomba P-103B es
para realizar la
Figura N° 19. Motobombas P-101 y P-102
misma recirculación pero con condiciones de flujo menores ya que aporta 30
Lts/min con la misma relación de energía de 60 hz a 115 voltios. Es de marca
Leader Pumps Jetplus100. (Ver figura N° 20)
Figura N° 20. Motobomba P-103A y P-103B
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61
• Difusores: Para el sistema de aireación-agitación del tanque es necesario realizar
la distribución del aire de cierta forma. Por lo tanto se utilizaron 2 difusores como
se ve en la Figura N° 21. Estos difusores son los recomendados para sistemas de
siembra de peces y con ellos se logra cierta corriente circular que es benéfica para
el desarrollo de los peces cultivados en estanque. El aire de los difusores es
abastecido por el soplador como se mencionó anteriormente. Los difusores son
marca Aquaticeco AD240 y constan de una superficie flotadora que los mantiene
al nivel del agua y de una entrada de aire con 6 salidas. Cada salida con su
respectiva piedra difusora de aire para lograr las condiciones de burbujeo
necesarias.
Figura N° 21. Difusor de aireación-agitación
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62
• Sistema de Tuberías: Para la comprensión del arreglo de este sistema es
importante ver el diagrama de instrumentación de forma detallada, (Ver Aexo N° 1)
ya que en este se observa el tipo de diámetro de la tubería utilizada para realizar
cada conexión. El material y el tipo de tubería es el mismo para cada tramo
(tubería de PVC para conducto de agua) pero de diferentes diámetros como se ve
en la tabla a continuación.
Tabla No. 9 Descripción de la tubería.
DIAMETRO (in) CANTIDAD (metros)
4 6
1,5 12
1 3
0,5 20
• Válvulas: Dadas las condiciones del sistema es necesario utilizar 2 tipos de
válvulas.
1. Válvulas para Agua: se utilizaron 3 para diámetro de 1 in para el
sistema de lavado del filtro de glauconita, 1 válvula para tubería de 4 in
para el recirculado del agua en el tanque y 1 para 1.5 in de diámetro
para el drenaje del filtro percolador.
2. Válvulas para paso de Aire: se utilizaron para el manejo de las 4
salidas del sistema, salidas en las que es necesaria la inyección de aire
proporcionado por el soplador. Para los sistemas de aireación la tubería
utilizada es de 0.5 in y las válvulas de aire son para dicho diámetro.
• Kit de Análisis: Para realizar la caracterización del sistema es necesario contar
con un medio propio para el análisis de las condiciones del agua, ya que el
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63
análisis de las aguas a nivel de laboratorio representa un alto costo. Teniendo
esto en cuenta se utilizó un kit que manejaba las variables mas representativas
para el cultivo de peces mencionadas anteriormente en el análisis de los
contaminantes. El kit utilizado es el Fish Farmer´s Test Kit FF-1A marca HACH
recomendado para este tipo de pruebas. (Ver Figura N° 22)
Figura N° 22. Kit Fish Farmer´s Test Kit FF-1A marca HACH
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64
7. DESCRIPCION DE LA EXPERIMENTACION 7.1 JUSTIFICACION
Considerando los objetivos del proyecto es importante mencionar que hasta el momento
el montaje esta funcionando bajo las condiciones deseadas. Por lo tanto se debe
continuar con la experimentación para determinar, teniendo en cuenta los dos tipos de
agua a tratar, las condiciones de carga de contaminante a manejar, las variaciones en los
tiempos de residencia y aclarar cuales son las condiciones mas adecuadas para trabajar
el sistema cerrado de filtración y porqué. También de los análisis pertinentes se debe
determinar una relación entre las variables mencionadas anteriormente en caso de
nuevas experimentaciones con el sistema, con el fin de alcanzar una relación entre la
cantidad de contaminante que se desea remover y las otras condiciones de operación.
7.2 METODO UTILIZADO
Para lograr realizar el análisis tal cual como se describió, lo más conveniente teniendo en
cuenta las limitaciones de tiempo y de dinero para realizar las corridas, es seguir las
siguientes recomendaciones y pasos:
• Las cargas de contaminante producidas por los peces, en este caso el amonio,
serán simuladas por adición de químicos al agua. Los químicos que han de
adicionar son Hidróxido de Amonio (NH4OH) y Ácido Muriático para neutralizar la
solución manteniendo el pH neutro, para no modificar el pH ya tratado del agua en
el tanque.
• Se debe realizar un procedimiento de arranque del filtro percolador antes de
realizar las corridas para lograr el asentamiento de las bacterias nitrificantes en el
medio y con el fin de que en los ensayos ya el filtro este funcionando con la rata de
remoción adecuada.
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65
• El sistema de aireación tanto en el filtro percolador como en el tanque va a estar
encendido durante las 24 horas del día, tanto en los ensayos como en el proceso
de arranque del filtro.
• El sistema de recirculación va a estar encendido las 24 horas durante los ensayos
para garantizar el paso total del agua a través del filtro percolador. Sin embargo en
el proceso de arranque del filtro percolador, el sistema va a tener periodos en los
que no se va a utilizar.
• En los ensayos se van a realizar cargas iguales de contaminante para no modificar
dicha variable. Dichas cargas se van a realizar teniendo en cuenta la cantidad
máxima de peces posibles con el sistema y la producción de amonio que dicha
carga de peces podría tener.
• Para las cargas de los ensayos el valor que se va a utilizar de concentración de
amonio total de 2,7 ppm aproximadamente como se va a especificar en el item
siguiente.
• Para el cambio de corrida se debe realizar la limpieza de los dos filtros que hacen
parte del sistema.
• Para realizar las pruebas, en los ensayos se va a dejar que el sistema llegue a una
concentración estable de contaminantes tanto en el agua del tanque como en la
del filtro percolador. Cada corrida se va a analizar por un periodo de 30 horas
tomando muestras de amonio y nitritos cada hora. Cada 10 horas se realizará un
análisis de los parámetros más significativos.
• Se va a tener un volumen de 30 m3 de agua en el tanque para cada una de las
corridas.
Se van a realizar 4 corridas diferentes del sistema de la siguiente forma:
Corrida 1: Agua del Aljibe – Carga de Contaminante (Q) – Tiempo de Residencia (T1)
Corrida 2: Agua del Aljibe – Carga de Contaminante (Q) – Tiempo de Residencia (T2)
Corrida 3: Agua del Río – Carga de Contaminante (Q) – Tiempo de Residencia (T1)
Corrida 4: Agua del Río – Carga de Contaminante (Q) – Tiempo de Residencia (T2)
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66
7.3 PROCESO DE ARRANQUE DEL FILTRO PERCOLADOR
En todo sistema de tratamiento biológico es muy importante considerar las condiciones
óptimas de operación de los microorganismos. En este caso como se mencionó
anteriormente, las bacterias nitrificantes que actúan son las nitrosomonas que degradan el
amonio a nitritos y las nitrobacter que son las que terminan el proceso degradando los
nitritos a nitratos que al contrario de los otros dos mencionados no tienen ningún tipo de
influencia negativa para el metabolismo de los peces.
Por lo tanto en el caso del filtro percolador se debe dar un tiempo para que los
microorganismos colonicen el medio y para que estos lleguen a las condiciones óptimas
de asentamiento donde el sistema presenta la rata adecuada de remoción. Para facilitar el
tiempo de colonización del filtro es recomendable manejar concentraciones de
contaminante altas entre 4 y 8 ppm. Para lograr el proceso de inicio y adecuación del filtro
percolador se llevó a cabo el siguiente cronograma:
Sept 29/ 8:30 A.M.
Se cargó el sistema con agua del aljibe hasta el volumen de 30 m3 de agua con las
concentraciones que muestra la siguiente tabla para cada uno de los parámetros que
podían llegar a verse afectados después de la aplicación del pretratamiento.
Tabla N° 10. Valores iniciales del agua.
PARAMETRO VALORES INICIALES DEL AGUA DE ARRANQUE DEL FILTRO
TEMPERATURA °C 25
Ph 7
OXIGENO DISUELTO (Mg/L) 7
AMONIO (Mg/L) 0
NITRITOS (Mg/L) 0
CLORURO (Mg/L) 30
DIOXIDO DE CARBONO (Mg/L) 5
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DUREZA TOTAL (Mg/L) 102,6
ALCALINIDAD TOTAL (Mg/L) 102,6
Para el inicio del filtro percolador se cargó inicialmente lo correspondiente a la mitad del
lecho.
Sept 29/ 9:00 P.M: Se adicionaron 365 g de NH4OH y 60 g de ácido muriático para
mantener el pH del sistema y para llegar a una concentración de amonio de 4 mg/l
manteniendo las siguientes condiciones en el sistema cerrado:
Tabla N° 11. Valores iniciales del agua con adición de químicos.
PARAMETRO VALORES INICIALES DEL AGUA DE ARRANQUE DEL FILTRO
TEMPERATURA °C 23
Ph 7
OXIGENO DISUELTO (Mg/L) 7
AMONIO (Mg/L) 4
NITRITOS (Mg/L) 0
CLORURO (Mg/L) 30
DIOXIDO DE CARBONO (Mg/L) 5
DUREZA TOTAL (Mg/L) 102,6
ALCALINIDAD TOTAL (Mg/L) 102,6
Desde este día se siguieron realizando día de por medio pruebas de amonio y nitritos que
son los principales contaminantes y los que deben cambiar de nivel según las variaciones
en el lecho filtrante.
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Oct 11/ 2:30 P.M
Se presentó el primer indicio de nitritos en el sistema a la salida del filtro percolador con
una concentración de 0,2 ppm.
Oct 15 12:10 P.M
Se presentó el cambio de concentración de amonio por debajo de 1 ppm más
exactamente 0,9 ppm. Los nitritos se presentaban con un concentración de 0,5 que según
el proceso de iniciación descrito, indica que se debía realizar la segunda carga de amonio,
por lo tanto se adicionaron nuevamente químicos para seguir con el proceso de iniciación
del filtro. Se llevó la concentración de amonio a 6 ppm con 820 g de amonio neutralizados
con 134,5 g de ácido muriático. Luego se siguieron los análisis de amonio y de nitritos
hasta el nuevo cambio por debajo de 1 ppm de amonio.
Oct 27/ 11:05 A.M
Se presentó la segunda disminución en la concentración de amonio por debajo de 1 ppm,
específicamente de 0,8 ppm. Los nitritos estaban en 1,2 ppm, lo que indica que ya el
medio filtrante contenido en el filtro percolador tiene las condiciones óptimas de
asentamiento. Habiéndose presentado este cambio positivo, se procedió a cargar el resto
de medio en el filtro para que las bacterias se propagaran a través del medio nuevo. Se
cargó de nuevo el agua con 4 ppm de amonio al igual que en la primera adición.
Oct 31/ 9:30 A.M
Se produjo la tercera disminución de amonio por debajo de 1 ppm que fue de 0,8 ppm por
lo que ya todo el medio se encontró en condiciones óptimas para trabajar los ensayos.
A continuación se encuentra un cronograma que especifica los niveles de concentración
tanto de amonio como de nitritos en la etapa de arranque del sistema.
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Tabla No. 12. Datos del comportamiento en el Arranque del Filtro Percolador.
Día Concentración de Amonio (ppm)
Concentración de Nitritos (ppm)
29-Sep 4 0
30-Sep 4,1 0
01-Oct 3,9 0
03-Oct 4 0
05-Oct 3,8 0
07-Oct 3,1 0
08-Oct 2,5 0
11-Oct 2,1 0,2
13-Oct 1,6 0,28
14-Oct 1,1 0,41
15-Oct 0,9 0,5
15-Oct 6 0,5
16-Oct 5,3 0,57
18-Oct 3,9 0,64
21-Oct 2,3 0,79
23-Oct 1,6 0,97
25-Oct 1,2 1,07
27-Oct 0,8 1,2
28-Oct 4 1
29-Oct 2,6 0,81
30-Oct 1,2 0,65
31-Oct 0,8 0,6
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70
Figura No. 23. Comportamiento de los Contaminantes en el Proceso de arranque del Filtro
Percolador.
7.4 CONDICIONES DE CARGA
Como ya se mencionó anteriormente en la descripción de los contaminantes, el principal
contaminante a tratar con este sistema es el amonio producido por el metabolismo de los
peces y por la comida no consumida por estos, ya que ambas formas de materia orgánica
se degradan a amonio. Lo importante del sistema de filtro percolador es que con el
proceso de descontaminación del agua los peces tienen mayor facilidad para su
desarrollo en dicha corriente, por lo que con este sistema es posible aumentar las
concentraciones de peces por metro cúbico hasta niveles de 300% por encima de los
métodos tradicionales.
El sistema debe remover altas concentraciones de contaminante y es importante
considerar que a mayor concentración de peces mayor materia orgánica se va a
Comportamiento Arranque del Filtro Percolador
0
1
2
3
4
5
6
7
29-Sep
01-Oct
05-Oct
08-Oct
13-Oct
15-Oct
16-Oct
21-Oct
25-Oct
28-Oct
30-Oct
Fecha de Muestra
ppm
de
Con
tam
inan
te
Concentracionde Amonio
Concentracionde Nitritos
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71
transformar en amonio. Teniendo esto en cuenta se cargó el sistema con el tope máximo
permitido para la siembra de peces que según los datos del INPA es de 0,8 ppm de
amonio tóxico. Ya que hay una relación entre amonio total en el sistema y amonio toxico,
las veces anteriores cuando se ha referido al contenido de amonio se refiere a amonio
total.
Dado el hecho de que la concentración de amonio tóxico depende tanto de la temperatura
como del pH del agua se debe utilizar el siguiente factor correctivo.
Tabla N° 13. Concentraciones de amonio tóxico según el pH y la temperatura.
TEMPERATURA °C
pH 24 26 28
7,4 13,1 15 17,3
7,6 20,6 23,6 27,1
7,8 32,2 37 42,3
8 50,2 57,4 65,4
8,2 77,2 88 99,8
Tomando el valor promedio según los datos de pH y temperatura con los que se van a
trabajar en los ensayos dadas las condiciones de los 2 tipos de agua a tratar, se tomó el
valor correctivo de 23,6 para las condiciones de 26 °C y un ph de 7,6.
Por lo tanto la cantidad de amonio total para llevar el nivel de amonio toxico a 0,8 ppm en
el tanque es de 2,7 ppm y teniendo esto en cuenta se realizaron todas las cargas con esta
concentración.
7.5 PRIMERA CORRIDA
La primera corrida del sistema como se menciono anteriormente se realizó cargando el
sistema con 30 m3 de agua del aljibe y una carga (Q) de Amonio de 2,7 que es la carga
establecida para el análisis según se define en las características de los contaminantes.
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72
Para este ensayo se va a manejar un Tiempo de Residencia T1 donde se maneja la
recirculación con una bomba de 40 Lts/min.
Tiempo de Residencia = Volumen Efectivo del Filtro / Flujo de Entrada
T1 = 520 Lts / 40 Lts/min
T1 = 13 min
Nov. 3 8:30 P.M
Se inició el proceso de llenado del tanque hasta los 30 m3 con agua del aljibe, con el flujo
de 40ls/min lo cual tardó doce horas y media.
Nov. 4 9:30 A.M:
Contando con el tanque lleno y se realizó la carga del agua con los químicos. Se llevó a la
concentración deseada de 2,7 ppm, agregando 247 g de Hidróxido de Amonio,
neutralizado con 41 g de Ácido Muriático. Se deja el sistema de recirculación encendido
hasta que se logra la estabilización del tanque y del filtro en los 2,7 ppm.
Nov 4 12:30
Se llegó a la estabilización del sistema cerrado es decir la concentración se igualó tanto
en varios puntos del tanque como a la salida y entrada del filtro percolador. Este es el
punto de inicio para el análisis de la primera corrida. En este momento se inició el sistema
con un contenido de amonio de 2,7 ppm y una concentración de nitritos de 0,2 ppm. Este
análisis se realizó con el tiempo de residencia T1 de 13 min ya que la bomba aporta un
flujo de 40 lts/min.
En la siguiente tabla se muestra el comportamiento hora por hora de la primera corrida
durante 30 horas.
Tabla No. 14 Comportamiento de los Contaminantes Primera Corrida
Muestra No.
Hora Concentración de Amonio (ppm)
Concentración de Nitritos (ppm)
1 12:30 p.m. 2,7 0,2
IQ-2003-2-14
73
2 01:30 p.m. 2,7 0,21
3 02:30 p.m. 2,7 0,44
4 03:30 p.m. 2,6 0,59
5 04:30 p.m. 2,5 0,7
6 05:30 p.m. 2,2 0,77
7 06:30 p.m. 2,2 0,77
8 07:30 p.m. 2 0,81
9 08:30 p.m. 2,1 0,84
10 09:30 p.m. 2 0,84
11 10:30 p.m. 2 0,84
12 11:30 p.m. 1,7 0,73
13 12:30 a.m. 1,9 0,55
14 01:30 a.m. 2,1 0,58
15 02:30 a.m. 1,8 0,45
16 03:30 a.m. 1,8 0,5
17 04:30 a.m. 1,8 0,37
18 05:30 a.m. 1,7 0,33
19 06:30 a.m. 1,5 0,22
20 07:30 a.m. 1,4 0,27
21 08:30 a.m. 1,5 0,19
22 09:30 a.m. 1,6 0,18
23 10:30 a.m. 1,5 0,29
24 11:30 a.m. 1,4 0,36
25 12:30 p.m. 1,3 0,33
26 01:30 p.m. 1,2 0,33
27 02:30 p.m. 1,2 0,41
28 03:30 p.m. 1,1 0,48
29 04:30 p.m. 1 0,58
30 05:30 p.m. 1 0,56
IQ-2003-2-14
74
Figura No. 24 Comportamiento Contaminantes Primera Corrida
Comportamiento Primera Corrida
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
12:30
p.m.
02:30
p.m.
04:30
p.m.
06:30
p.m.
08:30
p.m.
10:30
p.m.
12:30
a.m.
02:30
a.m.
04:30
a.m.
06:30
a.m.
08:30
a.m.
10:30
a.m.
12:30
p.m.
02:30
p.m.
04:30
p.m.
Hora de la Muestra
Con
cent
raci
on C
onta
min
ante
s (p
pm)
Concentracionde AmonioConcentracionde Nitritos
7.6 SEGUNDA CORRIDA
La segunda corrida al igual que la primera se realizó cargando el sistema con 30 m3 de
agua del aljibe y una carga de contaminante (Q) de Amonio de 2,7 que es la carga fijada
para los análisis .Para este ensayo se va a manejar un Tiempo de Residencia T2, dado
que la recirculación se va a realizar con una bomba de 30 Lts/min.
Tiempo de Residencia = Volumen Efectivo del Filtro / Flujo de Entrada
T2 = 520 Lts / 30 Lts/min
T2 = 17,333333 min
Nov. 7 9:30 P.M
Se inició el proceso de llenado del tanque hasta los 30 m3 con agua del aljibe y un flujo de
40lts/min. Se necesitaron doce horas y media para llenar el tanque hasta este punto.
IQ-2003-2-14
75
Nov. 8 10:00 A.M
El tanque ya se encuentra lleno y listo para realizar la carga que al igual que en la primera
corrida se llevó a cabo adicionando 247 g de Hidróxido de Amonio, neutralizando la
solución con 41 g de Ácido Muriático y dejando la concentración en los 2,7 ppm de
amonio utilizada para cada análisis.
Nov 8 12:30 P.M
El sistema cerrado se estabilizó, es decir que la concentración se igualó tanto en varios
puntos del tanque como a la salida y entrada del filtro percolador. Por lo tanto se inició el
análisis de los contaminantes hora por hora hasta completar las 30 horas de recirculado.
El tiempo de residencia fue T2 de 17,3333 min dadas las condicione de la bomba de
recirculación.
Nov 9 5:30 P.M
Se finalizó la corrida del sistema. Para el análisis de la corrida se cuenta con 30 datos.
En la siguiente tabla se muestra el comportamiento de la segunda corrida.
Tabla No. 15 Comportamiento Contaminantes Segunda Corrida
Muestra No.
Hora Concentración de Amonio (ppm)
Concentración de Nitritos (ppm)
1 12:30 p.m. 2,7 0,24
2 01:30 p.m. 2,7 0,21
3 02:30 p.m. 2,6 0,28
4 03:30 p.m. 2,6 0,37
5 04:30 p.m. 2,4 0,35
6 05:30 p.m. 2,2 0,47
7 06:30 p.m. 2,2 0,51
8 07:30 p.m. 1,9 0,66
9 08:30 p.m. 2 0,69
IQ-2003-2-14
76
10 09:30 p.m. 1,9 0,76
11 10:30 p.m. 1,9 0,82
12 11:30 p.m. 1,7 0,87
13 12:30 a.m. 1,8 0,88
14 01:30 a.m. 1,5 0,87
15 02:30 a.m. 1,5 0,88
16 03:30 a.m. 1,4 0,8
17 04:30 a.m. 1,3 0,74
18 05:30 a.m. 1,1 0,77
19 06:30 a.m. 1,1 0,61
20 07:30 a.m. 1,2 0,55
21 08:30 a.m. 1,1 0,5
22 09:30 a.m. 0,9 0,4
23 10:30 a.m. 0,9 0,33
24 11:30 a.m. 0,8 0,33
25 12:30 p.m. 0,7 0,33
26 01:30 p.m. 0,7 0,38
27 02:30 p.m. 0,6 0,44
28 03:30 p.m. 0,6 0,48
29 04:30 p.m. 0,5 0,44
30 05:30 p.m. 0,5 0,48
IQ-2003-2-14
77
Figura No. 25. Comportamiento de los Contaminantes en la Segunda Corrida
Comportamiento Segunda Corrida
00,5
11,5
22,5
3
12:30
p.m.
03:30
p.m.
06:30
p.m.
09:30
p.m.
12:30
a.m.
03:30
a.m.
06:30
a.m.
09:30
a.m.
12:30
p.m.
03:30
p.m.
Hora de la Muestra
Con
cent
raci
on
Con
tam
inan
te (p
pm)
Concentracionde Amonio
Concentracionde Nitritos
7.7 TERCERA CORRIDA
En la tercera corrida ya se da el cambio de agua para analizar el comportamiento de la
otra fuente disponible. Al igual que en los ensayos anteriores se cargó el sistema con 30
m3 de agua pero en este caso tomada del Río Claro. A este sistema también se le
adicionó la carga fija (Q) de 2,7 ppm de amonio. Para este ensayo, al igual que en la
primera corrida, se va a manejar un Tiempo de Residencia T1 donde se maneja la
recirculación con una bomba de 40 Lts/min.
Tiempo de Residencia = Volumen Efectivo del Filtro / Flujo de Entrada
T1 = 520 Lts / 40 Lts/min
T1 = 13 min
Nov. 13 8:30 P.M
Se inició el proceso de llenado del tanque hasta los 30 m3 con agua del aljibe y un flujo de
40lts/min, proceso que tardó doce horas y media.
Nov. 14 9:30 A.M
IQ-2003-2-14
78
Con el tanque lleno al nivel de los 30 m3 se adicionan los 247 g de Hidróxido de Amonio
que son neutralizados con 41 g de Ácido Muriático, para mantener el pH estable en el
sistema. La concentración de amonio se llevó a los 2,7 ppm para realizar la corrida.
Nov 14 12:30 P.M
Se mantuvo el sistema con la recirculación de los 40 lts/min que a esta hora alcanzaba la
concentración estable de 2,7 ppm de amonio. En este punto se inició el seguimiento de la
corrida analizando el comportamiento de los contaminantes durante las 30 horas
siguientes.
Nov 15 5:30 P.M
En la etapa final del análisis se cuenta con una base de 30 datos para analizar el
comportamiento de la corrida, como se muestra en la tabla a continuación:
Tabla No. 16 Comportamiento Contaminantes Tercera Corrida
Muestra No.
Hora Concentración de Amonio (ppm)
Concentración de Nitritos (ppm)
1 12:30 p.m. 2,7 0,2
2 01:30 p.m. 2,7 0,21
3 02:30 p.m. 2,5 0,44
4 03:30 p.m. 2,6 0,59
5 04:30 p.m. 2,6 0,7
6 05:30 p.m. 2,5 0,77
7 06:30 p.m. 2,3 0,77
8 07:30 p.m. 2,5 0,81
9 08:30 p.m. 2,4 0,84
10 09:30 p.m. 2,2 0,84
11 10:30 p.m. 2,2 0,84
12 11:30 p.m. 1,9 0,73
13 12:30 a.m. 2 0,55
IQ-2003-2-14
79
14 01:30 a.m. 2,2 0,58
15 02:30 a.m. 2,1 0,45
16 03:30 a.m. 2 0,5
17 04:30 a.m. 2 0,37
18 05:30 a.m. 2,2 0,33
19 06:30 a.m. 2,1 0,22
20 07:30 a.m. 2,1 0,27
21 08:30 a.m. 1,9 0,19
22 09:30 a.m. 1,8 0,18
23 10:30 a.m. 1,9 0,29
24 11:30 a.m. 1,6 0,36
25 12:30 p.m. 1,8 0,33
26 01:30 p.m. 1,8 0,33
27 02:30 p.m. 1,9 0,41
28 03:30 p.m. 1,7 0,48
29 04:30 p.m. 1,6 0,58
30 05:30 p.m. 1,7 0,56
Figura No. 26 Comportamiento Contaminantes Tercera Corrida
Comportamiento Tercera Corrida
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
12:30
p.m.
02:30
p.m.
04:30
p.m.
06:30
p.m.
08:30
p.m.
10:30
p.m.
12:30
a.m.
02:30
a.m.
04:30
a.m.
06:30
a.m.
08:30
a.m.
10:30
a.m.
12:30
p.m.
02:30
p.m.
04:30
p.m.
Hora de la Muestra
Con
cent
raci
on C
onta
min
ante
s(p
pm)
Concentracionde Amonio
Concentracionde Nitritos
IQ-2003-2-14
80
7.8 CUARTA CORRIDA
Para determinar qué tipo de agua es la mas adecuada, esta corrida se maneja con los
mismos parámetros de carga (Q) 2,7 ppm de amonio y de tiempo de residencia T2, pero
se cambia el tipo de agua a agua de río.
Por lo tanto el tiempo de residencia es el mismo que en la segunda corrida ya que la
recirculación se realiza con la bomba de 30 lts/min.
Tiempo de Residencia = Volumen Efectivo del Filtro / Flujo de Entrada
T2 = 520 Lts / 30 Lts/min
T2 = 17,333333 min
Nov. 19 8:30 P.M
Se llenó el tanque hasta llevarlo a los 30 m3 con agua del río y la bomba de 40 lts/min.
Este proceso tarda hasta las 9:30 del día siguiente.
Nov. 20 10:00 A.M
Con el tanque lleno a los 30 m3 se procede a adicionar los químicos para llevar el sistema
cerrado a los 2,7 ppsm. Al igual que en las corridas anteriores se cargó el sistema con
247 g de Hidróxido de Amonio que fueron neutralizados con 41 g de Ácido Muriático. Se
mantuvo el recirculado para mezclar el sistema y llegar a su estabilización.
Nov 20 12:30 P.M
El sistema cerrado después de un tiempo considerable de mezclado de dos horas y media
alcanza el equilibrio esperado en los 2,7 ppm.
Nov 21 5:30 P.M
Se realiza el último análisis de contaminantes para caracterizar el comportamiento de la
corrida como se muestra en la siguiente tabla.
IQ-2003-2-14
81
Tabla No. 17. Comportamiento de los Contaminantes en la Cuarta Corrida
Muestra No.
Hora Concentración de Amonio (ppm)
Concentración de Nitritos (ppm)
1 12:30 p.m. 2,7 0,31
2 01:30 p.m. 2,7 0,27
3 02:30 p.m. 2,6 0,44
4 03:30 p.m. 2,7 0,32
5 04:30 p.m. 2,4 0,38
6 05:30 p.m. 2,3 0,33
7 06:30 p.m. 2,4 0,4
8 07:30 p.m. 2 0,49
9 08:30 p.m. 2,2 0,53
10 09:30 p.m. 1,9 0,57
11 10:30 p.m. 2 0,66
12 11:30 p.m. 2,1 0,65
13 12:30 a.m. 1,9 0,71
14 01:30 a.m. 2,1 0,7
15 02:30 a.m. 1,9 0,7
16 03:30 a.m. 1,7 0,83
17 04:30 a.m. 1,8 0,83
18 05:30 a.m. 1,7 0,76
19 06:30 a.m. 1,7 0,7
20 07:30 a.m. 1,6 0,59
21 08:30 a.m. 1,4 0,45
22 09:30 a.m. 1,4 0,5
23 10:30 a.m. 1,5 0,4
24 11:30 a.m. 1,3 0,42
IQ-2003-2-14
82
25 12:30 p.m. 1,2 0,38
26 01:30 p.m. 1,1 0,33
27 02:30 p.m. 1,2 0,44
28 03:30 p.m. 1,1 0,5
29 04:30 p.m. 0,9 0,62
30 05:30 p.m. 0,8 0,66
Figura No. 27. Comportamiento de los Contaminantes en la Cuarta Corrida
Comportamiento Cuarta Corrida
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
12:30
p.m.
02:30
p.m.
04:30
p.m.
06:30
p.m.
08:30
p.m.
10:30
p.m.
12:30
a.m.
02:30
a.m.
04:30
a.m.
06:30
a.m.
08:30
a.m.
10:30
a.m.
12:30
p.m.
02:30
p.m.
04:30
p.m.
Hora de la Muestra
Con
cent
raci
on C
onta
min
ante
s (p
pm)
Concentracionde Amonio
Concentracionde Nitritos
IQ-2003-2-14
83
8. RESULTADOS 8.1 ANALISIS DE LAS CORRIDAS
Para realizar las cargas del sistema se manejo una concentración de 2,7 ppm para
trabajar con una concentración de amonio toxico muy cercano al limite permisible para el
cultivo de peces, esta concentración se dejo fija para el análisis de las cuatro corridas.
Relacionado con toda la experimentación cabe anotar que el proceso de iniciación del
filtro fue el mas largo, ya que se debe llegar a las condiciones óptimas de funcionamiento
del sistema para lograr los porcentajes de remoción deseados. Esta etapa de iniciación
del filtro tomo 33 días y la descripción de dicho proceso se encuentra desarrollada en los
correspondientes ítems. Al concluir esta etapa, se determinó que el lecho presenta mejor
desempeño cuando las concentraciones de amonio son relativamente altas.
Teniendo en cuenta los ensayos como tal, es importante determinar los porcentajes de
remoción para cada una de las corridas. A continuación se relacionan los niveles de
amonio iniciales y finales para cada una de las corridas desarrolladas.
Tabla No. 18. Análisis de las corridas durante las 30 horas.
CORRIDA No.
AMONIO INICIAL (ppm)
AMONIO FINAL (ppm)
REMOCION DE
AMONIO (PPM)
PORCENTAJE DE
REMOCION (%)
REMOCION TOTAL
AMONIO (gr)
1 2,7 1 1,7 62,96 51
2 2,7 0,5 2,2 81,48 66
3 2,7 1,7 1 37,04 30
IQ-2003-2-14
84
4 2,7 0,8 1,9 70,37 57
Según la tabla y el análisis realizado, se puede determinar que el funcionamiento óptimo
en general se presenta bajo las condiciones de la segunda corrida, es decir con el agua
de aljibe y con mayores tiempos de residencia en el filtro. Sin embargo es bueno recalcar
que hay un límite relacionado con el tiempo de residencia, ya que si este es muy alto,
aunque la calidad del agua recirculada es altamente pura, el volumen de agua tratada va
a ser menor y por consiguiente el porcentaje de remoción del contaminante total en el
tanque va a ser inferior al esperado.
Para realizar un análisis comparativo con respecto a los valores de remoción presentados
por el fabricante del filtro Clearwater, donde en un tiempo de operación de 24 horas se
debe llegar a porcentajes de remoción entre 75 y 85 %. Por lo que se muestra el
comportamiento del sistema en las primeras 24 horas del análisis como se ve en la tabla
siguiente:
Tabla N° 19. Remoción de amonio en cada una de las corridas.
CORRIDA No.
AMONIO INICIAL (ppm)
AMONIO FINAL (ppm)
REMOCION DE
AMONIO (PPM)
PORCENTAJE DE
REMOCION (%)
REMOCION TOTAL
AMONIO (gr)
1 2,7 1,2 1,5 55,56 45
2 2,7 0,7 2 74,07 60
3 2,7 1,7 1 37,04 30
4 2,7 1,1 1,6 59,26 48
En la primera corrida con el tiempo de residencia T1 de 13 min y utilizando agua de aljibe,
se presentó una eficiencia de remoción del 62,96% la cual no es la aceptable para el
IQ-2003-2-14
85
sistema ya que con el filtro que se esta trabajando según las especificaciones del
fabricante se debe llegar a unos porcentajes de remoción entre el 75 y el 85 %.
En la segunda corrida con un tiempo de residencia T2 de 17,33 min cargado con agua de
aljibe, se alcanzó la eficiencia más alta de todos los ensayos en las primeras 24 horas.
Dicho porcentaje equivale al 74,04 % lo cual esta muy cercano al rango estimado del
sistema, lo cual hace satisfactorio el ensayo.
Con el cambio de agua en la tercera corrida se observa que con el agua de río y un
tiempo de residencia T1 de 13 min se presenta una eficiencia de 37,04 ppm que es
realmente baja, por lo cual se ve que estas condiciones de operación van totalmente en
contra para el desarrollo del sistema como tal. Para un tiempo de residencia T2 de 17,33
min mayor al T1 con agua de río, como era de esperarse la remoción del sistema fue del
59,26 % en las primeras 24 horas, porcentaje mucho mayor a la del ensayo anterior, sin
embargo se puede ver que las condiciones del agua influyen en el proceso de tratamiento
del agua.
Como se mencionó anteriormente, según este análisis es importante tener en cuenta que
el mejor comportamiento del sistema se obtiene con un tiempo de residencia alrededor de
los 17,33 min y cargando el sistema con agua del aljibe. Sin embargo se ve que en el
funcionamiento óptimo del filtro es mas relevante el tiempo de residencia que el tipo de
agua que se utilice.
8.2 CORRELACION
Uno de los objetivos del análisis del sistema es poder realizar extrapolaciones tanto para
posteriores ensayos del sistema analizado como para otros tipos de ensayos relacionados
con esta clase de tratamiento. Por dicha razón es importante encontrar la relación
matemática entre los porcentajes de remoción de amonio y el tiempo de residencia para
los dos tipos de agua que se analizaron. Es importante aclarar que en este análisis se
mantuvo la carga fija en los 2,7 ppm. Esta variable no fue manipulada lo cual puede influir
en el comportamiento del sistema.
Teniendo este factor en cuenta se lleva a cabo el siguiente análisis:
IQ-2003-2-14
86
Tabla No. 20. Datos corridas con agua de aljibe.
CORRIDA No.
TIEMPO DE RESIDENCIA
(min)
PORCENTAJE DE
REMOCION (%)
1 13 62,96
2 17,33 81,48
Figura No. 28. Comportamiento de las corridas cargadas con agua del aljibe.
IQ-2003-2-14
87
Tresidencia Vs. % Remoción para el agua de Aljibe
0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00
13 17,33
TIEMPO DE RESIDENCIA (min)
POR
CEN
TAJE
DE
REM
OC
ION
(%
)
Teniendo en cuenta tanto la tabla como el gráfico, se puede obtener una relación
matemática que explique el comportamiento del sistema:
y = 4,2771x + 7,3572
Se puede determinar qué tiempo de residencia es el adecuado para lograr una eficiencia
de remoción deseada asumiendo que el sistema se comporta de la misma forma sin
importar el cambio de carga, pero según los datos adquiridos en el proceso de arranque
del filtro, dicha afirmación no es cierta. Sin embargo, el resultado de la relación se puede
tomar como un dato estimado de las posibles condiciones del sistema. La relación sirve
para realizar extrapolaciones del sistema con la misma carga y de esta forma determinar
el tiempo de residencia necesario para lograr determinada remoción de amonio.
Tabla No. 21. Datos corridas con agua del río.
IQ-2003-2-14
88
CORRIDA No.
TIEMPO DE RESIDENCIA
(min)
PORCENTAJE DE
REMOCION
(%)
1 13 37,04
2 17,33 70,37
Figura No. 29. Comportamiento de las corridas cargadas con agua del río.
IQ-2003-2-14
89
Tresidencia Vs. % Remoción para el agua del río
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
13 17,33
TIEMPO DE RESIDENCIA (min)
POR
CEN
TAJE
DE
REM
OC
ION
(%)
Al igual que en el caso anterior, se analizó el comportamiento del sistema cargado con
agua del río para determinar la relación matemática existente. Sin embargo como ya se
explicó, en este análisis se mantuvo la carga fija. Por lo tanto, la relación únicamente sirve
para extrapolar a sistemas con la misma carga. Para otro tipo de ensayos puede dar una
apreciación cercana de las condiciones de operación y de las necesidades del sistema
con otras variables.
La relación matemática entre el tiempo de residencia y el porcentaje de remoción en el
sistema cargando con agua del rio es la siguiente:
y = 5,1322x - 29,681
IQ-2003-2-14
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9. ANALISIS ECONOMICO DEL SISTEMA
9.1 COSTOS DE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA EN SU TOTALIDAD
Para determinar los costos de implementación del sistema de tratamiento de las aguas
utilizadas en pesca para lograr una producción en concentraciones mas elevadas, no solo
se debe tener en cuenta el sistema cerrado de tratamiento que se describió anteriormente
en el ítem N° 5, sino que es necesario tener en cuenta los dos tipos de tratamiento
desarrollados para poder implementar el sistema en su totalidad, es decir que se deben
cuantificar los costos tanto del sistema cerrado de tratamiento como del pretramiento que
fue necesario realizar al agua para lograr cargar el sistema. En la siguiente tabla se
especifican los costos discriminados por equipo de ambos sistemas y se considera la
instrumentación necesaria. Adicionalmente se contabilizan los costos de operación
correspondientes al aumento en el consumo de energía producto de la recirculación
necesaria para el tratamiento del agua y al sistema de distribución de aire. Cabe resaltar
que también se incluyen los análisis realizados al agua y el costo del kit utilizado para el
análisis de las aguas durante los ensayos.
Tabla No. 22. Costos de implementación del sistema.
ITEM VALOR
UNITARIO ITEM (pesos)
UN VALOR TOTAL ITEM (pesos)
Filtros de rejilla $ 22.000,00 2 $ 44.000,00
Motobomba de 40 lts/min Bornes para
cargar sistema $ 185.000,00 2 $ 370.000,00
Clorinador de pastillas Hayward
Clorine Feeder $ 75.000,00 1 $ 75.000,00
Filtro de glauconita $ 278.600,00 1 $ 278.600,00
Ozonizador Ozonolave1 W.S.S. $ 127.000,00 1 $ 127.000,00
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Filtro de Malla F.S.I $ 132.000,00 1 $ 132.000,00
Filtro de Arena Tagelus de 20 gal $ 169.000,00 1 $ 169.000,00
Soplador Whitewater WW80 $ 215.000,00 2 $ 430.000,00
Filtro percolador Clearwater de 600 lts $1.800.000,00 1 $1.800.000,00
Tanque 30 m3 $2.500.000,00 1 $ 2.500.000,00
Motobomba de 40 lts/min Leader
Pumps recirculación 1 $ 198.000,00 1 $ 198.000,00
Motobomba de 30 lts/min Leader
pumps recirculación 2 $ 173.000,00 1 $ 173.000,00
Difusores de aire en el tanque $ 85.000,00 2 $ 170.000,00
Metro de tubería en PVC diámetro 4 in $ 3.420,00 6 $ 20.520,00
Metro de tubería en PVC diámetro 1,5
in $ 2.750,00 12 $ 33.000,00
Metro de tubería en PVC diámetro 1 in $ 2.100,00 3 $ 6.300,00
Metro de tubería en PVC diámetro 0,5
in $ 1.800,00 20 $ 36.000,00
Kit FF-101A para análisis de muestras $ 650.000,00 1 $ 650.000,00
Aumento en el consumo de energía
mensual $ 215.320,00 1 $ 215.320,00
Valor Total del Sistema de Tratamiento
$ 7.427.740,00
Teniendo en cuenta la tabla se puede ver que la inversión inicial para implementar el
sistema en su totalidad es de aproximadamente 7.500.000 pesos, contando con las
importaciones que se debieron realizar debido a que no era posible conseguir el filtro
percolador en nuestro país.
9.2 ANALISIS COMPARATIVO SISTEMA FILTRO PERCOLADOR Vs. SISTEMA CONVENCIONAL
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9.2.1 Cálculo de la rentabilidad del proyecto filtro percolador VALOR DE LA INVERSIÓN: $ 7’774.740
Este valor consta de dos partes a saber:
• Montaje = 7`427.740
• Inversión inicial en los peces = 2500 * $140 = 350.000
VALOR ANUAL DE LA PRODUCCIÓN DE TILAPIA: $ 10’350.000
En este punto es necesario recordar que la producción de peces se va a llevar a cabo en
un volumen total de 30m3 de agua. Es necesario analizar los siguientes puntos:
• Con la implementación del filtro percolador es posible producir 50 peces por metro
cúbico en un período de seis meses. Por lo tanto el total de producción es de 1500
peces lo que es equivalente a 1500 Lbs, ya que cada pez tiene un peso de una Lb.
• El valor por libra de la Tilapia en el mercado local es de $3450.
• Producción semestral de Tilapia = 1500 Lbs * $ 3450 = $ 5’175.000
• Producción Anual de Tilapia = 10’350.000
RENTABILIDAD EFECTIVA ANUAL: 33%
El interés efectivo anual muestra el rendimiento del capital invertido en el proyecto para un
determinado período.
• Interés Efectivo Anual = (10’350.000 / 7’774.740) – 1
= 0.33
= 33% efectivo anual
Es importante recalcar que el fin principal del proyecto es la producción a gran escala de
tilapia, lo que nos lleva a la conformación de, como su nombre lo indica, una economía de
escala en la producción en grandes volúmenes favorece la reducción de costos
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marginales. Es decir que la producción adicional de cada pez representa una reducción
en el costo de producción, lo que a largo plazo se verá reflejado en una mayor
rentabilidad para la inversión.
9.2.2 Cálculo de la rentabilidad para la siembra tradicional de peces VALOR DE LA INVERSIÓN: $ 2’140.000
Este valor consta de dos partes:
• Lago y el sistema de aireación: $ 2’.000.000
• Inversión inicial en los peces : 1.000 * $140 = $ 140.000
VALOR ANUAL DE LA PRODUCCIÓN
Para este caso se utiliza también el volumen de 30m3 de agua y es importante considerar
los siguientes puntos:
• Con el sistema tradicional es posible producir 7 peces por metro cúbico, lo que
significa una producción semestral de 210 peces para el total del volumen, es decir
210 libras.
• Producción Semestral de Tilapia = 210 * $ 3450 = $ 724.500
• Producción anual de Tilapia = 1’449.000
RENTABILIDAD EFECTIVA ANUAL: -32.2%
Un punto importante de comparación, es que en el caso de la siembra tradicional, al
término de un año la inversión no ha sido recuperada, ya que como se observa el valor de
la producción anual es inferior al de la inversión. Por dicho motivo la rentabilidad en este
caso es negativa y la siembra no muestra aún ningún tipo de rendimiento.
• Rentabilidad Efectiva Anual = (1’449.000 / 2’140.000) – 1
= -0.32 = -32%
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10. CONCLUSIONES
• Se determinó que para llevar a cabo el montaje y análisis del filtro percolador, es
necesario llevar a cabo un sistema de pretratamiento en los dos tipos de agua
(Aljibe y río), ya que es indispensable tratar importantes parámetros físico-
químicos que determinan la calidad del agua. Dicho pretratamiento aseguró los
niveles requeridos para llevar el sistema a las condiciones óptimas para su
posterior funcionamiento.
• En el proceso de pretratamiento de la corriente se presentaron dificultades
principalmente para cumplir con varios parámetros. Por esta razón fue necesaria la
implementación equipos mas específicos para cada tipo de contaminante:
1. Microorganismos patógenos: primero se intentó eliminar este factor con la
adición de cloro, utilizando el clorinador. Sin embargo esto no fue suficiente
y se debió utilizar un sistema conjunto con el clorinador, realizando así una
inyección de ozono a la corriente, logrando finalmente estar dentro de los
rangos óptimos para el cultivo de peces.
2. Concentración de Hierro: para concentraciones de hierro no muy altas el
sistema es simple, ya que únicamente se inyecta aire a la corriente para
que se oxide el hierro y posteriormente el hierro es removido por un filtro de
malla. Este procedimiento se probó en el sistema sin lograr resultados. Por
lo tanto fue necesaria la implementación de un filtro de glauconita el cual si
removió la cantidad necesaria para cumplir con dicho parámetro.
3. Oxigeno disuelto: para el cultivo de peces el agua debe presentar niveles
altos de este factor. Aunque las condiciones iniciales del agua al respecto
no eran malas, fue necesaria la implementación de un aireador alcanzando
a elevar el oxígeno disuelto a los 7 ppm óptimos para el cultivo.
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• El muestreo realizado día de por medio durante 33 días para el acondicionamiento
del sistema resultó satisfactorio, ya que se logró la total adaptación del lecho al
contaminante y se logró llevar el filtro a las condiciones óptimas de operación
realizar posteriormente las distintas cuatro corridas.
• Al realizar el proceso de arranque del sistema se pudo determinar que el lecho
presenta porcentajes de remoción más altos cuando se manejan concentraciones
relativamente altas de contaminante.
• Teniendo el sistema con una concentración estable de contaminantes, se
realizaron las corridas con un desempeño óptimo del sistema buscando hallar las
condiciones óptimas de funcionamiento relacionadas con tiempo de residencia y
tipo de agua. Según las corridas realizadas se concluye que las condiciones
óptimas de funcionamiento se dieron con los parámetros de tiempo de residencia y
tipo de agua utilizados en la segunda corrida, es decir con el mayor tiempo de
residencia probado que fue T2 de 17,33 min y con el agua tomada del aljibe.
• Del análisis de las corridas se logró determinar que los porcentajes de remoción
del sistema se ven más afectados por la variable de tiempo de residencia que por
el tipo de agua con que se corre el sistema.
• Teniendo en cuenta la eficiencia de remoción esperada según los datos del
fabricante del sistema correspondiente a unos rangos de remoción entre el 75 y 85
% de la concentración total de amonio inicial, se determinó que el segundo ensayo
fue el mas efectivo con una eficiencia de 74,07 % en las primeras 24 horas. Por lo
tanto se puede decir que para llegar a dichos márgenes se debe aumentar el
tiempo de residencia del agua en el sistema y manejar agua de aljibe ya que
presentó mejores resultados.
• Se hallaron efectivamente las correlaciones matemáticas para cada tipo de agua
sin embargo, no es suficiente con estos analisis para lograr la caracterizacion del
sistema esto teniendo en cuenta que unicamente se manipularon 2 variables, tipo
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de agua y tiempo de residencia. Por lo tanto las correlaciones son un inicio para
posteriores analisis que se deben realizar para determinar el desempeño optimo
del sistema.
• Las correlaciones están basadas en una carga fija de contaminante de 2,7 ppm de
amonio que es una concentración óptima para los análisis realizados. Sin embargo
al dejar esta variable fija no se logró llegar a asegurar que para otras
concentraciones las correlaciones halladas sean representativas del sistema, por
lo que para lograr extrapolar es necesario realizar una mayor experimentación, sin
embargo las corridas realizadas son un punto de partida para posteriores analisis.
• Para determinar el costo total de la implementación del sistema fue necesario
tener en cuenta tanto el sistema cerrado de tratamiento como el pretratamiento
implementado para llevar el agua a condiciones óptimas de operación.
Considerando esto, la inversión inicial para la implementación del sistema
analizado fue de aproximadamente $ 7,5 millones de pesos, la cual según el
análisis económico se va a recuperar en un año totalmente, puesto que la
inversión en el sistema del filtro percolador genera una rentabilidad efectiva anual
del 33%. Por el contrario en el sistema de siembra tradicional no se obtiene un
recuperación total del capital invertido con el paso del primer año lo cual hace más
favorable el sistema de producción a altas concentraciones.
• Comparativamente con un sistema tradicional de siembra de peces con el mismo
volumen de agua fijo de 30 m3, se ve que el sistema de producción utilizando el
filtro percolador una vez se recupera la inversión, dado que es una producción a
escala los rendimientos del dinero invertido van a ser mas altos.
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http://www.monografias.com/trabajos10/tratamie/tratamie.shtml#PERCOLA. Descripción
del filtro percolador
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ANEXOS
ANEXO 1. DIAGRAMA P&ID SISTEMA DE PRETRATAMIENTO.
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ANEXO 2. DIAGRAMA P&ID SISTEMA CERRADO DE FILTRACION.
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101
ANEXO 3. BALANCE DE MASA CARGAS CON AGUA DE ALJIBE.
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102
ANEXO 4. BALANCE DE MASA CARGAS CON AGUA DE RIO.
