![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image151.jpg")
Diseño e implementación de una PTAR por lodos
activos a escala de laboratorio, Facultad de Ciencias Espoch
=
Design and implementation of a ptar for active slu=
dge
at laboratory scale, Science Faculty Espoch
Ana
María Castillo Reinoso. [1]<=
![endif]>,
Erika Carmen Criollo Quizphi.[2]<=
![endif]>
& Monica Paola Oñate Oñate.[3]<=
sup>
Recibido: 10-11-2019 / Revisa=
do:
05-12-209 /Aceptado: 26-12-2019/ Publicado: 04-01-2020
Abstract. DOI: https://doi.org/10.33262/cienciadigital.v=
4i1.1119
Research – experimental method was applied and it
consisted in checking of several studies carried out in similar conditions,
sampling in the cheese Factory Llin Llin, it is located at Pucará –Colta ca=
nton
using point sampling, microbiological, physical, chemical and wastewater,
development of previous calculations, construction, treatment and actual
calculations. The building material for the laboratory scale plant was
polycarbonate, the dimensions are taken into account the 12% of those obtai=
ned
in previous calculations, tha plant har three tanks: reservoir, aeration and
sedimentation with the following dimensions 50 cm x 50 cm x 75 cm and two
tanks: treated water storage and sludge with dimensions 50 cm x 50 cm x 50 =
cm.
The settling tank has a 20% slope. The treatment started using different
hydraulic retention times (72-60-48-36-24-12-8-4 hours) for each simple and=
11
days of cell retention. As a result of the treatment it was accomplished wh=
en
removing BOD with an initial value of 28300 mg/L to 350 mg/L of a hydraulic
retention time of 4 hours. It is concluded that the biological treatment
performed in the laboratory scale plant has presented satisfactory efficien=
cy
of 98% for sewage of cheese factories. It is recommended to develop a strict
control on the pH, temperature, dissolved oxygen, settleable solids, suspen=
ded
and volatile to ensure proper treatment and reduce biochemical oxygen deman=
ded.
Keywords: Laboratory, Treatment, samp=
les,
biological, organic
Resumen.
Se
utilizó el método investigativo-experimental que consistió en: investigació=
n de
varios trabajos realizados en circunstancias similar, de la quesera Llin Ll=
in
Pucará – Cantón Colta manejando muestreo puntual, precisión física, química=
y
microbiológica del agua residual, preparación de cálculos previos,
construcción, procedimiento y cálculos reales. La construcción elaborada pa=
ra
la planta a graduación laboratorio fue policarbonato, las extensiones han s=
ido
tomadas con fundamento el 12% de las obtenidas en cómputos previos, la plan=
ta
cuenta con tres tanques: reservorio, aireación y sedimentación de dimension=
es
50cm x 50cm x 75 cm y dos depósitos: provisión de agua tratada y lodos con
dimensiones 50cm x 50cm x 50cm. El tanque sedimentador enseña una inclinaci=
ón
del 20%. El método inició usando otros tiempos de suspensión hidráulica
(72-60-48-36-24-12-8-4 horas) para cada muestra y 11 días de retención celu=
lar.
resultado del procedimiento se logró la separación de demanda bioquímica de
oxígeno (DBO) con un valor inicial de 28300 mg/L a 350 mg/L en un tiempo de
retención hidráulica de 4 horas. Se concluye que el método biológico realiz=
ado
en la planta a escala laboratorio es satisfactorio mostrando una eficiencia=
del
98% para aguas residuales de quesera. Se confía realizar un exacto control =
en
cuanto al pH, temperatura, oxígeno disuelto, sólidos sedimentables, suspend=
idos
y volátiles para certificar un adecuado sistema y reducir la demando bioquí=
mica
de oxígeno formidablemente.
Palabras clave=
s. Laboratorio, Tratamiento, muestras, biológico, orgánicos.
Introducción.
En la actualidad una de las mayor=
es
preocupaciones a nivel mundial es la conservación del ambiente, y uno de los
problemas que más preocupa a la humanidad es la gran cantidad de aguas resi=
duales
que sin un tratamiento previo son vertidas a los cuerpos de agua, de modo q=
ue
en los últimos se ha empezado a desarrollar distintos tipos de tratamiento =
para
el agua residual.
El tratamiento biológico ha proba=
do
ser uno de los más eficientes, el cual se basa en la capacidad que tienen l=
os
microorganismos para metabolizar y convertir la materia orgánica en suspens=
ión
y disuelta, en tejido celular nuevo y diferentes gases.
Dentro de este tipo de tratamient=
o el
oxígeno desempeña un papel primordial debido a que su ausencia o presencia =
condiciona
el tipo de microorganismos que se encargaran de degradar y eliminar la mate=
ria
orgánica que se presente en el agua residual.
El tratamiento de aguas residuales
mediante lodos activados se considera como un método de tratamiento biológi=
co
aerobio en suspensión, su nombre proviene de la producción de una masa acti=
vada
de microorganismos contenidos en un reactor capaces de metabolizar y consum=
ir
la materia orgánica presente en el agua residual en un medio aerobio.
Al poseer las aguas residuales ta=
nto
domésticas como industriales una gran variedad de microorganismos capaces de
remover materia orgánica, patógenos y nutrientes (Nitrógeno y Fósforo), el
empleo del tratamiento por lodos activados ofrece una buena alternativa par=
a su
depuración.
Una planta de lodos activados es =
un
sistema de mezcla completa, el ambiente aerobio en el reactor se consigue
mediante el uso de aireadores mecánicos que pueden ser colocados ya sea en =
el
lecho o superficie del mismo. Al transcurrir un periodo determinado de tiem=
po
la mezcla líquida, aguas residuales con floc biológico en suspensión, es
separada en un sedimentador y parte de las células sedimentadas se recircul=
an
con el fin de mantener en el reactor la concentración de células deseadas,
mientras que la otra parte se purga del sistema y se descarga el efluente
clarificado.
Por todos los beneficios que este
tipo de tratamiento presenta, en la actualidad se ha optado por el desarrol=
lo
de modelos de plantas de tratamiento de aguas residuales a escala piloto o =
de
laboratorio con la finalidad de obtener parámetros tanto para el diseño como
para la operación de los sistemas de tratamiento, ya que generalmente las
plantas a escala mayor presentan problemas de operación y funcionamiento co=
mo
consecuencia de diseños inapropiados basados en parámetros que no correspon=
den
a las características físico-químicas del efluente, así como a las condicio=
nes
ambientales del lugar en donde se genera el mismo.
Planteamiento del Problema
El agua excedente fruto de las actividades de los seres humanos al no
recibir el manejo anterior moderadas derechamente en organismos u orígenes de aguas nativos se
bautizan en una amenaza difícil tanto para el ambiente como para la salud
humana, ya que estas aguas muestran admisiones concentraciones de material
orgánica, sólidos suspendidos, nutrientes y patógenos.
Justificación de la Investigación
Al ser el agua uno de los recursos empleado por todos quienes habitam=
os
el planeta, a diario se generan millones de litros de agua residual en el m=
undo
lo cual es inevitable ya que son producto de todas las actividades de los s=
eres
humanos tanto domésticas como industriales, estas aguas al no recibir un
tratamiento previo y ser descargadas directamente en cuerpos o fuentes de a=
guas
naturales se convierten en una amenaza grave tanto para el ambiente como pa=
ra
la salud humana, ya que estas aguas presentan altas concentraciones de mate=
ria
orgánica, sólidos suspendidos, nutrientes y patógenos.
Por lo tanto, con el fin de preservar el medio ambiente, cuidar el
recurso hídrico y proteger así la salud pública el desarrollo e implementac=
ión
de procesos de tratamiento de aguas residuales se ha vuelto indispensable.
Siendo actualmente los procesos biológicos los más utilizados dentro de los
cuales tenemos el procedimiento por lodos activos.
Siendo el objetivo principal el diseñar, implementar y poner en funci=
onamiento
una planta de depuración de aguas residuales por lodos activos a escala de
laboratorio en la Facultad de Ciencias de la ESPOCH con la finalidad de que
esta sea empleada para obtener parámetros de diseño y operación que definan las dimensiones y comportam=
iento
de este tipo de tratamiento, además obtener información de que tan benefici=
oso
es su aplicación para determinados tipos de aguas residual, de modo que pue=
da
ser llevado a escala mayor contribuyendo así a la disminución de la carga
contaminante de las aguas residuales generadas a diario logrando mantenerlas
dentro de los límites establecidos por la norma (TULAS).
Marco Teóric=
o
Agua Residual
Se
denomina aguas residuales a todas aquellas que han sido utilizadas para
diversos fines, cuyo destino son las cloacas y son transportadas mediante un
sistema de alcantarillado
Aguas
residuales domésticas se considera a todos los líquidos que provienen diver=
sos
lugares como: viviendas, edificios
comerciales e institucionales. Aguas residuales municipales se conoce a los
residuos líquidos que son transportados por el sistema alcantarillado y
tratados en una planta de tratamiento municipal. Mientras que a las aguas q=
ue
se generan de las descargas de industrias se conoce como aguas residuales i=
ndustriales
=
Características Físicas
Olores
Temp=
eratura
climas
calurosos, esto se debe a que el calor específico del agua es mucho mayor q=
ue
la del aire.
Micr=
oorganismos
Cara=
cterísticas
Químicas
Materia =
Orgánica
Cara=
cterísticas
Biológicas
La mayorí=
a de
los desórdenes intestinales están relacionados a las enfermedades provocadas por bacterias patógenas transportadas por el agua.
Cuando los detergentes entran en contacto con el
agua perturban su tensión superficial y provocan la formación de burbujas, =
esto
se ocasiona gracias a su contenido de agentes superficiales activos o
surfactantes las cuales son sustancias que se combinan en una sola molécula=
un
grupo hidrofóbico con un hidrofílico,
Metodología
de Análisis
=
Parte Experimental, lugar de investigación
La ejecución del presente
proyecto de investigación tuvo lugar en el laboratorio de Análisis Instrume=
ntal
de la Facultad de Ciencias, en la Escuela Superior Politécnica de Chimboraz=
o.
Mientras que la caracterización de las muestras de agua residual durante el
proceso de tratamiento se lo realizó en el laboratorio de Análisis Técnicos=
de
la Facultad de Ciencias.
=
Lugar de muestreo
El lugar seleccionado para la toma de las muest=
ras
de agua residual con las cuales se llevó a cabo los diferentes ensayos
requeridos en este proyecto fue la “Quesera Llin Llin Pucará”, localizada e=
n el
cantón Colta, parroquia de Columbe en la Comunidad de Llin Llin Pucará, la =
cual
viene funcionando desde el año 2010 con el financiamiento de la Cruz Roja
Española y la Fundación La Caixa, su producción es de aproximadamente 200
quesos diarios en presentaciones de 500 y 900 g.
=
Caracterización del agua residual previo al diseño de la
planta.
El agua residual proveniente de la Quesera “Llin
Llin Pucara” fue caracterizada física, química y microbiológicamente a fin =
de
conocer la concentración de contaminantes que esta posee, para lo cual se
procedió de la siguiente manera:
Obtención de la muestra de agua resi=
dual
para los análisis físicos, químicos y microbiológicos
Para la recolección de la mue=
stra
de agua residual se empleó el método de muestreo puntual, ya que se procedi=
ó a
tomar del punto de descarga de la quesera 2 litros del agua residual en un
recipiente previamente purgado, esta muestra fue empleada para los respecti=
vos
análisis físicos y químicos. Mientras que para el análisis microbiológico la
muestra fue recogida en un frasco estéril, evitando así alguna alteración en
los resultados.
Dichas muestras fueron llevad=
as
inmediatamente al laboratorio de Análisis instrumental de la ESPOCH, en don=
de
se llevó a cabo cada uno de los análisis.
Diseño de la planta a escala de laborator=
io
El boceto de la planta de mét=
odo
de agua residual por lodos activos a escala de laboratorio se basó en la
caracterización previa del agua, a partir de lo cual empleando las ecuacion=
es y
valores típicos de diseño citados =
en el
punto 1.1.5.7 del marco teórico se
realizaron los cálculos proporcionados a DBO del efluente, biomasa en el
reactor, volumen del reactor, tiempo medio de retención hidráulica, tiempo
medio de retención celular, producción de lodo, producción de sólidos total=
es
de desecho, caudal de lodos de desecho, caudal de recirculación, relación de
recirculación, carga orgánica volumétrica, relación alimento microorganismo,
demanda de oxígeno, caudal de aire en condiciones normales, caudal de aire
real, volumen de aire requerido por unidad de DBO, volumen de aire requerido por unidad de=
DBO
removida, eficiencia en remoción de DBO total, eficiencia en remoción de DBO
soluble, tasa específica de utilización de sustrato, y dimensiones del sedimentador secundar=
io;
todo esto con el fin de determinar los diversos parámetros de diseño con los
cuales será construida la planta. Además, para el diseño se consideró un ca=
udal
de 200 L/h.
Construcción de la pl=
anta
a escala de laboratorio.
A partir de los valores obten=
idos
en el diseño se decidió considerar el 12% de las dimensiones totales calcul=
adas
para la construcción del equipo; dicha decisión se la tomó por fines
didácticos, económicos y de espacio. Antes de la construcción se elaboró un
plano en el cual constan los tanques con los que contará la planta con sus
respectivas dimensiones, como se muestra a continuación:
Pruebas de control del funcionamiento de la planta=
Antes de iniciar con el tratamiento se realizar=
on
pruebas con agua potable con el fin de verificar el correcto funcionamiento=
de
cada uno de los equipos instalados, es así que al colocar el agua dentro de=
los
tanques se pudo observar una expansión de los mismos y seguido a esto una
filtración del agua producto de la presión ejercida por esta, de modo que se
tomaron las medidas respectivas para solucionar dichos inconvenientes.
Tabla 1:
Parámetros caracterizados en los lodos
|
Paráme=
tro |
Unidades |
Método |
|
|
Sólidos
totales |
mg/L |
Gravim=
étrico |
|
|
N |
% |
Olsen
modificado |
|
|
P |
% |
Olsen
modificado |
|
|
K |
% |
Olsen
modificado |
|
Fuente:
Muestreo para el control de variables durante el tratamiento
EL propósito de conservar un control del desarr=
ollo
del procedimiento del agua residual se procedió a tomar muestras del tanque=
de aireación,
así como del efluente, dichas muestras fueron colectadas en recipientes
previamente purgados y en recipientes estériles, las mismas que fueron
empleadas para efectuar el análisis mencionado
=
Determinación de los coeficientes cinéticos en reactores =
de
mezcla completa
El
medio protegido por Metcalf y Eddy involucra la operación de la planta pilo=
to
en diferentes tiempos de retención, por lo menos para cinco valores diferen=
tes,
dentro de un intervalo de uno a diez días (1).
Los
valores a registrar serán los siguientes:
=
Cálculos preliminares para el diseño de la planta de tratamiento
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
color:windowtext'>Tabla 2. Datos para determinación de parámetros=
de
diseño
|
PARÁME=
TRO |
VALOR<= o:p> |
UNIDAD=
ES |
|
DBO afluente |
28300 |
mg/L |
|
SSV entrada |
13360 |
mg/L |
|
Sólidos totales entrada |
20300 |
mg/L |
|
SST entrada |
18558 |
mg/L |
Fuente: =
Grupo de Investigación.
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
color:windowtext'>Tabla 3. Datos para determinación de parámetros=
de
diseño
|
PARÁME=
TRO |
VALOR<= o:p> |
UNIDAD=
ES |
|
DBO efluente |
7075 |
mg/L |
|
SST salida |
4639.5 |
mg/L |
Fuente: =
Grupo de Investigación.
Para los valores present=
ados
en la tabla X se consideró un 75%
de la eficiencia de la planta.
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
color:windowtext'>Tabla 4.- Datos para determinación de parámetros=
de
diseño
|
PARÁME=
TRO |
VALOR<= o:p> |
UNIDAD=
ES |
|
Caudal afluente |
200 |
L/h |
|
4800 |
L/d |
|
|
3.34 |
L/min |
|
|
4.8 |
m3/d |
Fuente: =
Grupo de Investigación.
El caudal considerado corresponde al 50% del caudal
teórico de las cabezas de poder empleadas
Tabla 5. Datos para determinación de parámetros=
de
diseño
|
PARÁME=
TRO |
VALOR<= o:p> |
UNIDAD=
ES |
|
SSVLM |
4000 |
mg/L |
|
Θc |
11 |
D |
|
Concentración de sólidos totales en el lodo sedimentado |
15000 |
mg/L |
Y (20°C)
|
0.4-0.8
|
mg VSS/mg DBO5=
|
Kd (20°C)
|
0.025-0.075=
|
d-1
|
Fuente: Metcalf
y Eddy
DBO del efluente
Para
la determinación de la DBO del efluente se empleará la ecuación 2.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image152.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image153.png")
Se =3D 4152.115 mg/L
Biomasa en el reactor
En
base a la ecuación 3 tenemos
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image154.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image155.png")
XV=3D
460.85x106 mg SSV XV=3D 460.85 kg SSV
Volumen del reactor
Para conocer el volumen del reactor se empleó la
ecuación 4.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image156.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image157.png")
V=3D
115212.5 L
V=3D 115.21 m<=
sup>3
Con
lo cual se determina que el tanque de aireación tendrá las siguientes medid=
as:
4.25 m de largo, 4.25 m de ancho y 6.5 m de profundidad.
Tiempo medio de retención hidráulica
Para la determinación del tiempo =
que
el agua residual permanecerá en el tanque de aireación nos basamos en la ec=
uación
5.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image158.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image159.png")
τ=3D 3449=
4.76
min
Caudal
de los lodos de desecho
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image160.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image161.png")
Qw=3D 3.49 m3/d Qw=3D 3490 L/d Qw=3D 2.42 L/min
Caudal de recirculación
Se
empleará la ecuación 10.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image162.png")
Se considerará que el 80% de los sólidos son volátiles de=
ntro
del lodo sedimentado.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image163.png")
QR=3D 1.67 L/min QR=
=3D 2404.8
L/d QR=3D 1.67x10
Relación de recirculación
Se
empleará la ecuación 11.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image164.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image165.png")
R=3D 0=
.5 =3D
50% g/min m3
Relación alimento microorganismo. Esta
relación se la determina en base a la ecuación 14.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image166.png")
=
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image167.png")
=3D ![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image168.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image169.png")
=
=3D 0.29
d-1
=
Demanda de oxígeno
Para
este parámetro se determina en base a la ecuación 15.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image170.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image171.png")
=
Caudal de aire en condiciones normales<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
color:windowtext'>
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image172.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image173.png")
Qaire=3D 412.46 m3/d Qaire=3D 412.46x103 L/d
=
Caudal de aire real
Se
utilizará la ecuación 17.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image174.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image175.png")
Qaire
real=3D 5155.75 m3/d Q=
aire
real=3D 5155801.006 L/d
=
Volumen de aire requerido por unidad de DBO aplicada al
tanque de aireación
Se
empleará la ecuación 18.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image176.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image177.png")
37.95 m=
3aire
/ kg DBO
=
Volumen de aire requerido por unidad de DBO removida
Para
el cálculo se empleará la ecuación 19.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image178.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image179.png")
=
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image180.png")
44.48 m
=
Eficiencia en remoción de DBO total
La
eficiencia se determinó en base a la ecuación 20.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image181.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image182.png")
=3D 75%
=
Eficiencia en remoción de DBO soluble
Dicha
eficiencia se determinó en base a la ecuación 21.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image183.png")
E=3D
85%
=
Tasa específica de utilización del sustrato
Este
cálculo se basa en la ecuación 22.
=
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image184.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image185.png")
U=3D 1.54x10-4 min-1
U=3D 0.22 d-1
Diseño del sedimentad=
or
Para el diseño= del sedimentador se consideró el mismo volumen y área del tanque de aireación.<= o:p>
Tasa superficial
La tasa
superficial se determinó según la ecuación 23.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image186.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image187.png")
T=
S=3D
0.27 m2/m3d
Carga de sólidos
Según la ecuac=
ión
24 tenemos
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image188.png")
=
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image189.png")
Cs=3D=
0.07 kg
SS/m2h
Pendiente del tanque de sedimentación (Autores)
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image190.png")
A continuación, se
determinarán cada uno de los caudales necesarios dentro de la planta de
tratamiento de agua residual por lodos activos a escala de laboratorio, lo =
cual
se realizará en base a la ecuación 1.![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image191.png")
Para lo cual se considerará el tiempo que tardo en
llenarse de agua un recipiente de volumen determinado.=
Caudal
del paso del agua tanque reservorio – tanque de aireación=
Tabla6. Datos
para determinación de caudal =
Volumen (L) =
Tiempo (s) =
Caudal (L/s) =
2 =
34,66 =
0,0577 =
2 =
33,64 =
0,0594 =
2 =
33,18 =
0,0603 =
2 =
34,44 =
0,0581 =
2 =
34,64 =
0,0577 2 34,28 0,0583 =
Caudal Promedio (L/s) =
0.0585 Fuente: =
Grupo de Investigación. El caudal fue determinado con la llave de paso abierta al 50%
=
Caudal
del paso del agua tanque de aireación – tanque de sedimentación<=
/a>
Datos para determinación de caudal
|
=
Volumen (L) |
=
Tiempo (s) |
=
Caudal (L/s) |
|
|
=
2 |
=
41,56 |
=
0,0481 |
|
|
=
2 |
=
39,66 |
=
0,0504 |
|
|
=
2 |
=
40,02 |
=
0,0499 |
|
|
=
2 |
=
41,43 |
=
0,0482 |
|
|
=
2 |
=
41,22 |
=
0,0485 |
|
|
=
2 |
=
41,65 |
=
0,0480 |
|
|
=
Caudal Promedio (L/s) |
=
0,04885 |
||
Fuente: =
Grupo de Investigación.
El caudal fue determinado con la llave de paso abierta al 50%
=
Cauda=
l de
salida del agua tratada
<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
color:windowtext'>Tabla 8.- Datos para determinación de caudal´
|
=
Volumen (L) |
=
Tiempo (s) |
=
Caudal (L/s) |
|
=
2 |
=
48,96 |
=
0,0408 |
|
=
2 |
=
46,66 |
=
0,0428 |
|
=
2 |
=
48,82 |
=
0,0409 |
|
=
2 |
=
47,43 |
=
0,0421 |
|
=
2 |
=
47,89 |
=
0,0417 |
|
=
2 |
=
47,65 |
=
0,0414 |
|
Caudal Promedio (L/s=
) |
=
0,0414 |
Fuente: =
Grupo de Investigación.
El caudal fue determinado con la llave de paso abierta al 50%
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image192.png")
Figura 1. Obtención de ks y k (Autores)
Fuente: Grupo de Investigación.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image193.png")
. =3D 0,017 y ![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image194.png")
; de donde tenemos que:
K =3D 58.82 d-1 Ks=3D 11,33 * 58,82
Ks=3D 666,43 mg/L
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image195.png")
en las abscisas y ![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image196.png")
en las ordenadas, en donde la pendiente =
de
dicha recta nos permitirá obtener el valor de Y y la ordenada en el origen =
el
valor de kd.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image197.png")
Figu=
ra
2. Obtención de kd y (Autores)
Repitiendo el procedimiento anterior mediante una
regresión lineal se obtuvo los siguientes valores:
Kd=3D
2,045 d-1 Y=3D 0,=
1215 (mg
SSV/mg DBO)
=
Producción de sólidos totales de desecho
Para
esto se empleará la ecuación 8.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image198.png")
Lodos seco =3D=
0,92
kg SSV/d
Caudal de l=
os Lodos
de Desecho
Nos
basaremos en la ecuación 9.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image199.png")
Qw=
=3D
0.02 m3/d Qw=
=3D
19.24 L/d Qw=3D 0.01 L/=
min
2.1.1.1=
Relación de recirculación
Se empleará la
ecuación 11.
<=
/span>![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image200.png")
R%=3D 6.5 %
=
Índice volumétrico de lodos ivl
Para
determinar este valor usaremos la ecuación 12.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image201.png")
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image202.png")
IVL=3D 17=
.84 mL/g
=
Carga orgánica volumétrica (cov)
La carga orgán=
ica
volumétrica la determinaremos mediante la ecuación 13.
COV =3D ![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image203.png")
COV =3D ![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image204.png")
COV=
=3D 18.56
mg/min L
=
Relación alimento microorganismo
Esta
relación se la determina en base a la ecuación 14.
=3D ![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image205.png")
=3D 17.82 d-1<=
o:p>
=
Demanda de oxígeno
Para
este parámetro se determina en base a la ecuación 15.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image206.png")
=
Volumen de aire requerido por unidad de DBO aplicada al
tanque de aireación
Se
empleará la ecuación 18.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image207.png")
66.41 m=
3aire
/ kg DBO
=
Volumen de aire requerido por unidad de DBO removida
Para
el cálculo se empleará la ecuación 19.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image208.png")
=
66.62 m
=
<=
/h2>
Eficiencia en remoción de dbo total<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif;
color:windowtext'>
La
eficiencia se determinó en base a la ecuación 20.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image209.png")
E=3D 98%
2.1.1.2=
Eficiencia en remoción de dbo soluble
Dicha
eficiencia se determinó en base a la ecuación 21.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image210.png")
E=3D 99%
Tasa específica de utilización del sustrato
Este cálculo se basa en la ecuación 22.=
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image211.png")
U=3D 17.58 d-1
Tasa superficial
La tasa
superficial se determinó según la ecuación 23.
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image212.png")
=
TS=3D
1.88 m2/m3d
.048 m3/s Q=3D 48.23 L/s
Resultados y Discusión
Caracterización del agua residual previo al tratamiento
Tabl=
a11.
Resultados de la caracterización antes=
del
tratamiento
|
PARÁMETRO |
UNIDADES |
RESULTADOS |
|
Ph |
|
5.69 |
|
Temperatura |
°C |
25.9 |
|
Oxígeno disuelto |
mg/L |
1.14 |
|
Demanda química de oxígeno<= o:p> |
mg/L |
32000 |
|
Demanda bioquímica de oxíge=
no |
mg/L |
28300 |
|
Sólidos suspendidos |
mg/L |
18558 |
|
Sólidos sedimentables |
ml/l |
3 |
|
Sólidos volátiles |
mg/L |
13360 |
|
Sólidos totales |
mg/L |
20300 |
|
Mohos y levaduras |
UPC/ml |
5890 |
|
Coliformes totales |
UFC/ ml |
544000 |
|
Escherichia coli. |
UFC/ ml |
182000 |
=
=
Fuente: Autores
=
Al caracterizar el agua residual procedente de la quesera “Llin Llin –
Pucará” se puede observar que esta presenta una alta carga contaminante lo =
cual
se debe a que el agua residual generada a lo largo del proceso es descargada
directamente hacia el río más cercano sin haber recibido tratamiento previo=
, además
gran parte de esta agua corresponde al suero de leche eliminado en la etapa=
de
desuerado ya que solo una pequeña parte de este es comercializado para la a=
limentación
de los animales de la zona.
Diseño de la Planta
Tabl=
a 12.-
Resultados de los cálculos de diseño
|
PARÁMETRO |
VALOR |
UNIDADES |
|
CAUDAL |
||
|
Caudal |
200 |
L/h |
|
AIRE |
||
|
Potencia del compresor |
1 |
HP |
|
PARÁMETROS DE
DISEÑO PARA EL TRATAMIENTO POR LODOS ACTIVOS |
||
|
DBO del efluente |
4.152.115 |
mg/L |
|
Biomasa en el reactor |
460.85 |
Kg SSV |
|
Volumen del reactor |
115.21 |
m3 |
|
Ancho del reactor |
4.25 |
m |
|
Largo del reactor |
4.25 |
m |
|
Profundidad del reactor |
6.5 |
m |
|
Tiempo medio de retención hidráulica |
23.95=
|
h |
|
Producción de lodo |
41.89 |
kg SSV/d |
|
Producción de Sólidos Totales de desecho |
52.36 |
Kg SSV/d |
|
Caudal de los lodos de desecho |
3490 |
L/d |
|
Caudal de recirculación |
2404.8 |
L/d |
|
Relación de recirculación |
50 |
% |
|
Carga orgánica volumétrica |
0.82 |
mg/min L |
|
Relación alimento microorganismo |
0.29 |
d-1 |
|
Demanda de oxígeno |
114.83 |
kg/d |
|
Caudal de aire en condiciones normales |
412.46x103 |
L/d |
|
Caudal de aire real |
5.155.801.006 |
L/d |
|
Volumen de aire requerido por unidad de DBO |
37.95 |
m3aire
/ kg DBO |
|
Volumen de aire requerido por unidad de DBO removida |
44.48 |
m3aire
/ kg DBO |
|
Eficiencia en remoción de DBO total |
75 |
% |
|
Eficiencia en remoción de DBO soluble |
85 |
% |
|
Tasa específica de utilización del sustrato |
0.22 |
d-1 |
|
TANQUE SEDIMENTADOR |
||
|
Caudal |
200 |
L/h |
|
Área |
18 |
m2 |
|
Largo |
4.25<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
m |
|
Ancho |
4.25<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
m |
|
Profundidad |
6.5 |
m2 |
|
Volumen |
115 |
m3 |
|
Tasa superficial |
0.27 |
m2/m3d<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
|
Carga de sólidos |
0.07 |
kg SS/m2h |
|
Pendiente |
20 |
% |
Fuente: Grupo de Investigación.<= o:p>
Las consecuencias de las medidas obtenidos para el boceto de la plan=
ta
presentan valores altos lo cual se debe a que el caudal de 200 L/h con el q=
ue
se trabajó toca a un caudal teórico, así como también la asamblea de los
contaminantes principalmente la DBO y DQO son dominantes.
=
Desarrollo Experimental
=
Caudales
Tabl=
a 13.
Resultados de los caudales
|
PARÁMETRO |
VALOR |
UNIDADES |
|
CAUDALES |
||
|
=
Caudal tanque reservorio tanque de aireación |
0.0585 |
L/s |
|
= Caudal tanque de aireación tanque de sedimentación<= o:p> |
0.04885 |
L/s |
|
Caudal de
salida del agua tratada |
0.0414 |
L/s |
|
Caudal de
recirculación 100% |
0.984 |
L/s |
|
Caudal de
recirculación 75% |
0.966 |
L/s |
|
Caudal de =
recirculación
50% |
0.940 |
L/s |
|
Caudal de
recirculación 25% |
0.546 |
L/s |
Fuente: Grupo de Investigación.
Mientras que los caudal=
es
de recirculación se obtuvieron con la llave de paso abierta a diversos
porcentajes, ya que no siempre se va a requerir un mismo caudal de
recirculación y este se debe adaptar a las necesidades del proceso. Es así =
que
para la parte experimental se empleó un caudal de 0.546 L/s que corresponde=
a
la llave de paso abierta al 25%.
=
Control de variables durante el tratamiento
=
Tiempo de retención hidráulica 72 horas=
Tabl=
a14.-
Tiempo de Retención Hidráulica de 72 h=
oras
|
N˚ de m=
edicines |
Parámetros |
Intervalos de control<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
||
|
pH |
Temperatura ˚C |
OD mg/L |
||
|
1 |
6.12<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
16.8<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
2.4 |
c/12 h |
|
2 |
6.08<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
17.3<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
2.1 |
c/12 h |
|
3 |
5.13<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
17.8<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
1.9 |
c/12 h |
|
4 |
5.18<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
17.5<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
2.5 |
c/12 h |
|
5 |
5.48<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
17.7<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
2.6 |
c/12 h |
|
6 |
6.20<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
17.3<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
2.1 |
c/12 h |
|
Promedios |
5.69<=
/b> |
17.4<=
/b> |
2.27<=
/b> |
|
Fuente: Grupo de Investigación.<= o:p>
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image213.png")
Figura 4. =
Variación de pH en las 72 horas de TRH (Autores)=
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image214.png")
Figura 5. =
Variación de temperatura en las 72 horas de TRH (Autore=
s)
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image215.png")
Figura 6. =
Variación de Oxígeno Disuelto en las 72 horas de TRH
(Autores)
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image216.png")
Figura7. <=
span
style=3D'mso-bookmark:_Toc385234942'>Variación de pH en las 60 horas de TRH (Autores)=
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image217.png")
Figura8. <=
span
style=3D'mso-bookmark:_Toc385234943'>Variación de temperatura en las 60 horas de TRH (Autore=
s)
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image218.png")
Figura 9. Variación de Oxígeno Disuelto en las 60
horas de TRH (Autores)
=
Tiempo de retención hidráulica 48 horas=
Tabla 15. =
Tiempo de Retención Hidráulica de 48 horas
|
N˚ de m=
edicines |
Parámetros |
Intervalos de
control |
||
|
pH |
Temperatura
˚C |
OD mg/L |
||
|
1 |
6.20<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
21.2<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
1.9 |
c/12 h |
|
2 |
6.45<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
20.4<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
2.2 |
c/12 h |
|
3 |
6.83<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
20.9<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
2.1 |
c/12 h |
|
4 |
7.20<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
20.7<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
1.9 |
c/12 h |
|
Promedios |
6.67<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
20.8<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
2025<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Times New Roman",serif;mso-fareast=
-font-family:
"Times New Roman";color:black;mso-ansi-language:ES;mso-fareast-language:E=
S'> |
|
Fuente:
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image219.png")
Figura10. Variación de pH en las 48 horas de TRH
(Autores)
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image220.png")
Figura11. Variación de Temperatura en las 48 hor=
as
de TRH (Autores)
![](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image221.png")
Figura12.<=
span
style=3D'mso-bookmark:_Toc385234947'>Variación de Oxígeno Disuelto en las 48 horas de TRH
(Autores)
=
Conclusiones
Referencias Bibliográficas
BORJA, M. (23 de MAYO de 2011). http://dspace.espoch=
.edu.ec/bitstream/123456789/1626/1/236T0043.pdf.
Obtenido de
http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/1626/1/236T0043.pdf.
Castillo, A. M. (2014). DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN DE UNA PTAR POR LODOS ACTIVOS A ESCALA DE LABORATORIO,
FACULTAD DE CIENCIAS - ESPOCH””. Riobamba.
EDDY, T CALF Y. (2012). Ingenie=
ria
sanitaria tratamiento. evacuacion. NEW YORK USA: MAC GRAW.
gobierno, e. (15 de marzo de 2014)=
. w.w.w.epa-gov./español/.
Obtenido de w.w.w.epa-gov./español/.
Romero, J. (2014). Tratamiento de
aguas residuales. En J. Romero. Bogotá - Colombia.: , Editorial Escuela
Colombiana de Ingeniería., 2014.
usal, c. (24 de noviembre de 2013)=
. http://cidta.usal.es/curso/ETAP/modulos/libros/Caracteristicas.PDF.
Obtenido de
http://cidta.usal.es/curso/ETAP/modulos/libros/Caracteristicas.PDF.
Valdez, E. (2003). Ingenieria de
los sistemas de tratamientos y disposiones de aguas rediduales. Mexic=
o:
Fundacion Ica.
Viracucha. (2012). Tratamiento
biologico de aguas residuales generadas em un ingenio azucarero. Quit=
o:
Universidad Central del Ecuador.
![3Deditorial1.png](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image222.jpg")
PARA CITAR EL ARTÍCULO
INDEXADO.
Castillo Reinoso, A. M., Crioll= o Quizphi, E. C., & Oñate Oñat= e, M. P. (2020). Diseño e implementación de una PTAR por lodos activos a escal= a de laboratorio, Facultad de Ciencias Espoch. Ci= encia Digital, 4(1), 385-406. https://doi.org/= 10.33262/cienciadigital.v4i1.1119
![3Deditorial1.png](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image223.jpg")
=
El artículo que se publica es de exclusiva
responsabilidad de los autores y no necesariamente reflejan el pensamiento =
de
la Revista Ciencia Digital.
El
artículo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parc=
ial
y/o total en otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Ciencia Digital.
![3D"logo_catalogo3b.jpg"](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image224.jpg")
![3D"Logo_cicncia_digital](3D"27articuloAnaMariaCastilloPublicar_archivos/image225.jpg")