D.I.A. “Optimización del Sistema de Tratamiento de Residuos Industriales Líquidos de Copiulemu S.A.”

ANEXO B

Antecedentes Técnicos – Planta de Tratamiento Oxidación Avanzada

1

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS EN COPIULEMU S.A.

4.1.1 Desarrollo experimental, fundamento de los procesos de tratamiento. El desarrollo experimental, como fundamento del proceso de tratamiento, corresponde al Sistema de Simulación, basados en las pruebas Universales de Jarras y el Modulo de Oxidación Avanzada, denominado Oxitop. 4.1.4.1 Concepto de Simulación. El concepto básico de simulación1 es imitar en un sentido práctico, el efecto y característica de realidad de un determinado proceso2 a través de la herramienta computacional. De esta forma se pueden imitar procesos, sistemas, maquinarias, etc. Existe entonces la necesidad de identificar modelos3 que tienen diferentes grados de aproximación, que se denomina confiabilidad del modelo utilizado. Al obtener los modelos, se pueden estudiar comportamientos y relaciones4 entre variables. Existe un simulador de procesos denominado JarTest5, (Test de Jarras). Este simulador JarTest sirve para imitar diferentes procesos de tratamientos de efluentes tales como: Agua Potable, Agua Servida y Residuos Líquidos Industriales. Los datos que se obtienen deben ser procesados con la ayuda estadística de un software de estadística y matemáticas avanzadas para modelar, corregir, relacionar variables y determinar variabilidad de los datos. 4.1.4.2 El Test de Jarras, simulador JarTest. El Test de jarras consiste en un equipo que contiene vasos normalizado de 2.000 ml de capacidad. El Standard de vasos6 para la tabla de gradientes hidráulicos indica vaso de Φ = 5,75” y altura de 7,5”. Las paletas de rotación deben ser normadas7 en 3” en total espaciado a 2,75” del fondo del vaso precipitado. La importancia de este equipo radica en la variabilidad de la velocidad angular de agitación. Esta velocidad simula los movimientos hidráulicos reales a la cual se somete la muestra. El equipo de jarras tiene una velocidad angular variable comandada por un regulador de r.p.m.

1 Simulator – Ciencia que trata de la imitación de procesos – U.A. 1993 – Diseño de Experimentos – Dr. Héctor Varela 2 Proceso – Conjunto de operaciones conectadas por un flujo – U.A. 1993 – Gestión de calidad - Dr. Claudio Aedo 3 Modelo – Desarrollo matemático estadístico que representa el proceso – U.A. 1993 – Simulación - Dr. Miguel Álvarez 4 Relación de Variable – Estadística Aplicada – U.A. 1993 – Jimmy Reyes R - Master en Técnica Aplicada Estadística 5 Ensayos de Jarras – Biblioteca U. De Chile – Arboleda José – Doctorado Sanitario Colombia 6 Método reconocido por EPA – AWWA – AIDIS – SISS – Empresas de Servicios Sanitarios 7 Jar Tester Method – Sanyo Chemicals: Pruebas de Jarras Doctor Arboleda – Biblioteca U. De Chile

D.I.A. “Optimización del Sistema de Tratamiento de Residuos Industriales Líquidos de Copiulemu S.A.”

ANEXO B

Antecedentes Técnicos – Planta de Tratamiento Oxidación Avanzada

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La relación entre las r.p.m y la velocidad lineal es la siguiente8:

60** Ndv π

=

Donde; d = diámetro de las paletas N = r.p.m En términos hidráulicos se denomina Gradiente Hidráulico de velocidad (G), a la velocidad requerida a una potencia determinada óptima para generar una mezcla ideal que produzca una floculación espléndida. Por lo tanto es de vital importancia determinar los gradientes de velocidad con los cuales se trabaja. La siguiente tabla9 muestra la relación entre gradientes y r.p.m para vasos de 2.000 ml, Φ = 5,75” y altura de 7,5”, paletas de rotación normadas en 3” en total espaciado a 2,75” del fondo del vaso precipitado.

Tabla de Gradientes

RPM T = 5ºC (S-1) T = 10ºC (S-1) T = 20ºC (S-1) T = 30ºC (S-1) 60 30 32 36 38 80 44 48 54 56 100 60 66 72 78 120 76 84 90 98 140 96 112 110 120 4.1.4.3 Mediciones a realizar. Se tomó una muestra de RIL proporcionada por la empresa Hidronor S.A. con el objetivo de probar un proceso de reducción de la DBO. El volumen de la muestra a tratar será de 2 litros. Para medir la efectividad del proceso se hará medición de DQO a la muestra cruda y tratada y midiendo con ello la eficiencia de la tecnología. Para proceder a la selección del proceso se caracterizará la muestra de acuerdo a nuestro sistema de detección para tratamiento. La muestra será oxidada mediante la tecnología de Oxidación Avanzada Electro Sonora y se utilizará para esto el siguiente modelo químico de remoción. o Ajuste de pH de la muestra a pH = 5,8 o Oxidación Avanzada activada con corriente y estimulado con frecuencia y uso de reactivo

químico. o Electro coagulación y floculación, desestabilización de cargas con uso de reactivo químico y

crecimiento de floculos con uso de reactivo químico. o Electro decantación, separación por gravedad acelerado con campo eléctrico.

8 Enciclopedia de la Ciencia – Computer Land - Física 9 Tabla experimental desarrollada por I.G.C Ltda..

3

o Electro filtración, separación de sólidos y líquidos aumentando el mecanismo de adsorción y efecto de retención con carga eléctrica.

4.1.4.4 Caracterización. La caracterización ha detectado la presencia de hidrocarburos alifáticos y anillos benzoicos de carácter alfa (α) con deformaciones de cadenas C=O y N-H. Se ha detectado una presencia de DQO = 130.000 mg/l con una DBO aproximada de 65.000 mg/l. Se ha observado en el test de reactividad una variación de la DQO desde 120.000 mg/lt a 150.000 mg/l lo que implica una inestabilidad en el equilibrio del desplazamiento de la reacción química de oxidación de izquierda a derecha y viceversa. Esto implica que el líquido tratado si no es estabilizado después de ser tratado la tendencia de la DQO es al aumento. La técnica es utilizar una estabilización de cargas a nivel de orbítales moleculares para lo cual la experiencia se desarrollará con la aplicación de una frecuencia de corte, componente en la banda 3D. La muestra tiene 4 mg/l de sólidos suspendidos, un color de 450 unidades Pt-Co y una turbiedad de 30 UTN. 4.1.4.5 Procedimiento de la dosis óptima de floculante. Se llenan las seis jarras con 2 litros de muestra cada una. Se deberá enumerar con los siguientes números: 0 (blanco) – 1 – 2 – 3 – 4 – 5. Se agita a 100 r.p.m durante 30 segundos (60 < G < 80) y se agrega el reactivo Maxifloc. Después de agregar el reactivo A, se deberá mantener la agitación por 30 segundos. Al término de los 30 segundos, se deberá disminuir la velocidad a 40 r.p.m (18 < G < 22) por 5 minutos. Al comienzo de la agitación a 40 r.p.m se deberá agregar el reactivo químico y luego se deberá detener la agitación totalmente y decantar por 10 minutos. Una vez finalizados los 10 minutos de decantación se procederá a filtrar. En ambos casos se mide el agua decantada y filtrada. El procedimiento de muestreo que se deberá aplicar es el normalizado. 4.1.4.6 Procedimiento de Oxidación. Para realizar la oxidación10 con oxidantes. Se agrega a la jarra de 2 litros un par de electrodos en la cual se hace circular una corriente eléctrica de una determinada frecuencia y tipo de onda electromagnética. Se deberá realizar la siguiente prueba: Se llenan las seis jarras con 2 litros de muestra cada una. Se deberá enumerar con los siguientes números: 0 (blanco) – 1 – 2 – 3 – 4 – 5. Se agita a 100 r.p.m durante 30 segundos (60 < G < 80) y se aplica un voltaje con una cierta corriente circulante y se aplica ultrasonido, junto a esto se agregan paralelamente dos reactivos oxidantes. Después de agregar los reactivos, se deberá mantener la agitación por 45 segundos.

10 Para trabajar con cualquier tipo de oxidante, es importante determinar las ecuaciones redox o semireacciones posibles y cálculos de potencial.

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Al término de los 45 segundos, se deberá disminuir la velocidad a 40 r.p.m (18 < G < 22) por 2, 3 y 5minutos. Luego se deberá detener la agitación totalmente y filtrar directamente. Una vez obtenidas las dosis óptimas de oxidantes, coagulantes y floculante, se procede a la prueba final de optimización del proceso. 4.1.4.7 Mediciones a realizadas. Durante el desarrollo de la experiencia se han realizado varias mediciones las que se detallan a continuación: Observación Visual – Índice de Willcomb Consiste simplemente en observar la forma como se desarrolla el floc en cada una de las jarras, escogiendo aquella que produzca el floc más grande, de mayor velocidad de asentamiento aparente, y que deje ver un agua más cristalina entre las partículas coaguladas. La comparación de los tamaños del floc no es fácil. Algunos prefieren estimarlo en milímetros en forma muy aproximada.

Índice de Willcomb

NUMERO DEL INDICE DESCRIPCIÓN OBSERVACIÓN 0 No visible Ningún signo de aglutinación 2 Visible Floc muy pequeño, casi imperceptible 4 Disperso Floc bueno, sedimenta muy lentamente 6 Claro Floc bueno, precipita con lentitud 8 Bueno Floc bueno, que se deposita fácil pero no total 10 Excelente Floc muy bueno, que se deposita total

Se define Floc Bueno, como el floc que está bien formado, con tamaño relativamente grande, que se deposita fácil pero no completamente. Las observaciones visuales de este tipo son cualitativas y dependen por eso grandemente del criterio de quien hace los ensayos. De acuerdo a nuestro ensayo, el floculos formado tiene un I.W. = 10 Tiempo de formación del floc Determinar en segundos el tiempo que tarda en aparecer el primer indicio de formación de floc es uno de los sistemas para cuantificar la velocidad de la reacción. La iluminación de la base del agitador ayuda en esta determinación, la que ni aún así suele ser fácil, pues el floc cuando recién se forma, suele ser incoloro. Por otra parte el floc que se forma más rápido no necesariamente es el mejor. La formación del floculos se detecto a los 35 segundos y su crecimiento estable a los 3,5 minutos.

5

Volumen del floc sedimentado

Otra medida muy simple de hacer es verter en un cono Imhoff coagulada y medir a la hora la cantidad de lodos depositados. Cuando la muestra es bastante turbia11 se puede obtener una idea del porcentaje de lodos no compactados que se puede producir en los sedimentadores. Con aguas ligeramente turbias la lectura del volumen de lodos se hace muy difícil pues casi todos los sólidos se quedan pegados a las paredes del cono. En nuestro caso el volumen de sólidos obtenidos es de 250 cc por 1.000 cc de muestra producto de las oxidaciones y procesos involucrados. Cantidad de coagulante residual Es una prueba muy útil para estimar la sobre dosis de coagulante, en especial cuando se usa alumbre. Se ejecuta pipeteando 50 ml del sobrenadante de las pruebas de jarras, después de haber dejado sedimentar el agua por una o dos horas. Se determina Al +3 y Fe+3 en las porciones de 50 ml. El aluminio es soluble en proporción de un 0,2 a 0,4 mg/l y el Hierro máximo 0,3 mg/l por tanto cantidades mayores están indicando que se usó un exceso de coagulante. La medición de Fe3+ es de 0,01 mg/l. Esto implica un uso óptimo de reactivos químicos. Control del pH y la alcalinidad

Es aconsejable medir el pH y la alcalinidad antes y después del proceso de coagulación, debido a la importancia que estos factores tienen en la economía del tratamiento. El pH de salida de la muestra tratada es de pH = 6,8 dentro de lo exigido por la normativa vigente. Turbiedad residual

Las observaciones visuales para estimar el tamaño y calidad del floc en las jarras, en realidad dicen poco sobre la eficiencia y rapidez con que se ha producido la clarificación del agua. La muestra así extraída se puede analizar en dos formas: (a) Directamente midiendo la turbiedad con un turbidímetro fotoeléctrico. Se denomina turbiedad aparente. Esto es la muestra antes de filtrar. La turbiedad residual en este caso es de 135 unidades UTN. (b) Filtrando la muestra del sobrante en un filtro cuyas capas filtrantes son: Arena sílice 98% -24/+75 Tyler, carbón antracita granulometría 0,8 mm y carbón activado con ácido sulfurico al 30%.Esta muestra filtrada se denomina Turbiedad real. La medición de turbiedad real alcanzó a 0,8 UTN. 11 Una Turbiedad directa de 100 UTN es considerada bastante turbia. A turbiedades > 100 UTN diluir.

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Este ensayo trata de reproducir cuidadosamente el proceso de sedimentación y filtración de la planta de tratamiento. La eficiencia del proceso se mide como (Aparente – real)/Aparente y es del 99%. Medición de SST y Color La medición de Color deberá realizarse con la muestra filtrada a través de filtro indicado anteriormente en unidades de Pt Co. La medición se realizará en fotómetro. La medición de SST, deberá realizarse por medio del método normalizado. El color de salida es de < 20 unidades Pt-Co y los SST son 1,2 mg/l. 4.1.4.8 Remoción de DQO.

La depuración biológica constituye el método más racional para la reducción de la DBO5 y de su correspondiente DQO12. La DQO se debe a compuestos orgánicos, en general disueltos y de naturaleza muy diversa como son, disolventes, hidrocarburos aromáticos, derivados nitrogenados y sulfonados, etc. Los procedimientos usuales para la eliminación de esta DQO son los siguientes: • Adsorción a través de carbón activo con regeneración térmica o química. • Ultra filtración y ósmosis inversa. • Oxidaciones diversas (Aire, oxígeno, ozono, Dióxido de cloro, cloro gas) La DQO comprende todo lo que puede tener una demanda de oxígeno, especialmente las sales minerales oxidables (sulfuros, sales de metales de valencia inferior) y la mayor parte de compuestos orgánicos, biodegradables o no biodegradables. Sin embargo los hidrocarburos minerales son resistente a esta oxidación13, lo que da generalmente resultados erróneos. Existe una relación entre la DBO5 y la DQO, la que para cada agua en especial se debe medir. Nuestra experiencia nos ha indicado que ciertas aguas residuales son difíciles de tratar para remover DQO con oxidantes. Para esto se ha desarrollado una técnica de Oxidación Avanzada Electro Estimulada. Esto consiste en aplicar mezclas de súper oxidantes que generen radicales libres. Si el líquido es rico en iones, se somete a un campo eléctrico por medio de dos electrodos entre los que se aplica una diferencia de potencial continua y una corriente circulante de una característica onda filtrada y ampliada con un amplificador operacional. Los cationes se desplazan hacia el electrodo negativo (cátodo) y los aniones hacia el electrodo positivo (ánodo). En medio de este movimiento, superpuesta a la corriente eléctrica va una onda de ultrasonido.

12 DEFRÉMONT, Tratamiento de Efluentes Industriales, Página 812 – Edición 1979 – Manual del Agua 13 DEGRÉMONT, Valoración de la contaminación orgánica, Página 99 – Edición 1979 – Manual del Agua

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Todo este conjunto en medio de reacciones químicas generan radicales libres a una impresionante velocidad creando una súper oxidación. La relación de la componente de la onda de la corriente y su forma, tiene directa relación con la longitud de onda a la que vibran y se excitan los componentes que aportan carga orgánica. Esto se detecta por medio de un barrido espectral. El ultra sonido ayuda a acelerar el medio óptimo para una excelente oxidación. Toda esta tecnología se ha denominado Alfa3. La muestra filtrada tiene una DQO = 25 mg/l (DBO = 12,5 mg/l) lo que denota una muy alta eficiencia de remoción satisfaciendo total y absolutamente el modelo químico planteado. 4.1.5.2 Proceso de Oxidación Avanzada. La acción oxidante de ciertos reactivos químicos puede ser aumentada considerablemente, gracias a la formación de radicales oxidrilos. El iniciador se fundamenta en unos compuestos químicos del tipo órgano metálico, conformados por moléculas orgánicas unidas químicamente a metales. Un ejemplo de iniciadores desarrollados son aquellos denominados tetraamido macro ciclos de hierro (III). Este tipo de catalizador ha sido utilizado en el blanqueamiento de pulpa de madera en la industria de pulpa y papel, con el fin de reemplazar el uso de cloro gas y dióxido de cloro, productos químicos que generan compuestos tóxicos tales como dioxinas y dibenzofuranos. Este tipo de oxidación, se ha utilizado en la destrucción de compuestos tóxicos contenidos en efluentes industriales es aquel en que se utiliza peróxido de hidrógeno y el catalizador sulfoftalocianina de hierro (6,7). El contaminante tratado es el triclorofenol, producto químico utilizado como fungicida, bactericida y preservante. Se ha considerado que el triclorofenol y su análogo pentaclorofenol son cancerígenos. La destrucción de este contaminante se lleva a cabo utilizando nuestro sistema, en presencia del iniciador, a temperatura ambiente y en un lapso de 3 minutos, con una eficiencia de 100% en la eliminación del producto tóxico. Alfa3, es un nombre genérico que relaciona una onda tipo α con tres elementos que son: Productos químicos oxidantes, corriente circulante de onda específico y ultra sonido. Alfa3 es un movimiento vibratorio, con una corriente estimuladora que acelera y favorece la súper oxidación con la generación de radicales libres en medio de un campo muy favorable. 4.1.5.3 Descripción del proceso de tratamiento. Acondicionamiento de pH. El proceso comienza en una unidad de acondicionamiento de pH y regulación de flujo. Este estanque recibe el efluente proveniente de las piscinas de percolados y aguas servidas. Esta agua está exenta de sólidos mayores.

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La condición que el proceso requiere es un pH menor a 6,8 unidades. Para esto se acidificará con ácido sulfúrico concentrado al 98%. Para regular un posible exceso de producto se ha considerado disponer de un estanque con soda cáustica al 50% p/p. OxiTop (Equipo Oxidador). El proceso continúa en este equipo en el que se produce el proceso principal, que genera radicales libres producto del agregado de oxidantes indicados en el punto anterior además de la aplicación de un potencial de oxidación. El mecanismo de oxidación que ocurre consiste en una transferencia de electrones (corriente) activando los orbítales14 atómicos de los contaminantes presentes, provocando fuerzas eléctricas que, acompañadas e interactuando con un activador químico, rompen los enlaces de los contaminantes solubles y coloides. Esta transferencia de electrones aumenta notablemente los potenciales de oxidación15, lo que permite abatir la materia contaminante orgánica. En la actualidad existen varios oxidantes y reductores en el mercado. Sin embargo la nueva tecnología se fundamenta en un proceso de asociación de oxidantes unidos para sumar sus potenciales y actuar en conjunto. Lo mismo ocurre para la reducción. Este tipo de relación entre dos productos de potencial similar, produce un nuevo compuesto doblemente potente llamado MIX de oxidación. El efecto práctico de esta fase es la transformación de los contaminantes solubles en un producto insoluble que debe tratarse en un proceso de separación sólido – líquido en la forma más efectiva posible.

Elecog (Electro Coagulador). El proceso continúa hacia el coagulador, equipo de difusión líquido con líquido y que está diseñado con anillos de pvc para una mezcla completa y cinética de reacción química acelerada. En este punto mediante el agregado de un coagulante y floculante de cargas determinadas se realiza el proceso de la coagulación que es la desestabilización de fuerzas coloidales. Elefloc (Electro Floculador). El percolado tratado en la unidad anterior pasa a la fase de coagulación de los insolubles en una unidad de carga electroquímica coloidal. La adición de reactivos químicos activados por el paso de una corriente eléctrica, distinta de la fase anterior, provoca la total destrucción de las fuerzas que impiden la aglomeración, obteniéndose un alto rendimiento de floculación, formando un floculo grande y estable. Esta unidad contiene un agitador que actúa manteniendo un régimen hidráulico controlado. EleDec (Electro decantador). Una vez que se ha producido la oxidación, la desestabilización coloidal y rompimiento de enlaces, existiendo cambios en la materia por presencia de precipitados, el proceso continúa en

14 Se refiere al nivel cuántico de energía del elemento químico. 15 Frente a oxidantes normales como O2, O3, ClO2, etc.

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esta unidad sedimentadora de base cónica. Aquí se generan la remoción de los sólidos totales y partículas precipitadas producto de la oxidación. Estos sólidos sedimentables son de carácter orgánico e inorgánico. Dispone de barras que hacen circular una corriente de paso aplicado por un potencial voltaico de tipo continuo. Esto polariza la unidad produciéndose un efecto de atracción de cargas lo que acelera notablemente la velocidad de sedimentación. El agua que se procesa en esta unidad continúa su recorrido hacia un estanque de acumulación. Relecox (Desinfectador bacteriano - opcional) El proceso continúa en una última etapa de oxidación antes del filtrado final del ril. El objetivo del Relecox (Reactor eléctrico de oxidación) es aplicar potenciales electro químicos para oxidar las cargas bacterianas presentes y para realizar un pulimento final. Junto con la propiedad de oxidación de tipo bacteriológica, esta unidad tiene un carácter desinfectante reemplazando con ello la cloración final, debido a que el uso de cloro permite la formación de compuestos órgano clorados no aptos para la salud. Electro Filtración. La filtración es básicamente un proceso que permite separar los sólidos menores que no sedimentaron en la etapa anterior. Se instalará un filtro de presión con materiales filtrantes especiales a base de dos distintos absorbedores. La multicapa filtrante está compuesta por arena sílice16 y carbón tipo antracita. Cada filtro tiene dos electrodos con el paso de una corriente circulante que favorece el mecanismo de adsorción y retención. El retrolavado de los filtros se hace con esta misma agua limpia. El agua que sale del sistema de filtración multimedia, pasa a unos filtros de cartuchos de carbón activado con una granulometría de 0,5 a 1 µm. Este carbón activado está basado en absorbedores térmicos de antracita en polvo. El líquido filtrado que corresponde al Ril tratado se entregará en un estanque de distribución para que el cliente instale allí sus bombas de impulsión a su sistema de riego. No obstante esta planta está en condiciones de cumplir el futuro D.S. 90/2000. Deshidratación de lodos. El lodo proveniente del drenaje del ElecDec y del retrolavado de filtros se acumula en un pequeño estanque el cual alimentará un filtro circular diseñado por la empresa Lecaros y Compañía Limitada, especialmente acondicionado para el secado de lodos. El agua limpia de la operación del filtro circular se envía al estanque de distribución del ril tratado. El lodo deshidratado de saca del filtro circular en forma discontinua, con una frecuencia de 2 ciclos en los dos turnos. Estos lodos, estimados en 0,5 a 1 ton/día serán retirados por el

16 Material probado por GGV-DVV, basado en rocas volcánicas.

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operador del vertedero. No habrá problema en depositarlos en el mismo vertedero ya que tendrá características de no toxico según la norma TCLP EPA 1311. 4.5.1.4 Descripción de Operaciones Unitarias Las Operaciones Unitarias descritas en estos proyectos se contemplan como Operaciones de Bombeo, Agitación y Mezclado, Sedimentación de Alta Tasa, Flotación y Filtración. Todas estas operaciones corresponden a operaciones con fluido incompresible. Operaciones Unitarias de Bombeo Las operaciones unitarias de bombeo, se han basado en el criterio de selección de bombas impulsoras. El dimensionado se realiza de la siguiente forma: • Obtener el caudal de impulsión de la bomba, el que se obtiene a través de una serie de

mediciones puntuales, análisis del caudal de descarga y de la histórica de consumo. Con esto se obtiene el volumen útil suministrado por la bomba en la unidad de tiempo. El líquido de compensación como el de goteo, no están contenido en el caudal de la bomba.

• Altura de Impulsión de la bomba, que corresponde al trabajo mecánico utilizable transmitido

por la bomba al líquido que impulsa, relacionado con el peso del mismo, expresado en metros. Dicha altura es independiente de la densidad del producto bombeado, es decir, una bomba centrífuga impulsa el líquido que bombea a una misma altura H, cualquiera que sea la densidad de este. La densidad ρ determina la presión en la bomba e interviene en la potencia absorbida por la misma.

• Altura de impulsión de la instalación. Corresponde a la altura manométrica de la instalación,

y es el resultado de los siguientes componentes:

Hg, altura geodésica de impulsión, corresponde a la diferencia de altura entre los niveles del líquido en aspiración e impulsión. ∆P, corresponde a las diferencias de presiones entre el líquido de aspiración e impulsión. ΣHv, corresponde a la suma de todas las pérdidas de cargas del sistema como, resistencia de tuberías, válvulas, fitting y accesorios, tanto en la aspiración como en la impulsión. ∆ν, diferencia de altura dinámica entre la salida y la entrada a la bomba. Por lo tanto la altura de impulsión a la instalación será: H = Hg + ∆P + ∆ν + Σhv

• Número de revoluciones.

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Mediante el accionamiento con motores trifásico (motores asíncronos con rotor de corto circuito) resultan las siguientes velocidades de servicios Número de polos 2 4 6 8 10 12 14FrecuenciaRed de 50 Hz 2900 1450 960 725 580 480 415Red de 60 Hz 3500 1750 1160 875 700 580 500 • Elección de la bomba Con los datos de caudal, altura de impulsión y frecuencia de la red, se selecciona de entre las curvas disponibles por el fabricante. Después se van obteniendo las restantes magnitudes de la bomba elegida como rendimiento, potencia absorbida y MPS, de la curva concreta de la misma. Operaciones de Agitación y Mezclado. Para estas operaciones unitarias, existen criterios básicos tales como comportamiento hidráulico, carga superficial, cortocircuito hidráulico, tiempo de residencia, números de Reynolds y Froude, tipo de flujo. Comportamiento Hidráulico. Con relación al comportamiento hidráulico17, en este punto, se considera la conducta del fluido en las interconexiones y equipos respectivos. Esto mirado desde el punto de vista de los modelos18 de flujo en los equipos, influencia del tiempo de retención, características hidráulicas de los equipos y pérdidas de cargas estimativas. Para mayor entendimiento de este punto, se procede a definir conceptos19 necesarios para unificar un lenguaje práctico.

Carga Superficial. Se define como la cantidad de m3/d que pasan por la superficie horizontal de un equipo. Para acondicionadores, mezcladores y decantadores de alta tasa la literatura especializada define valores extremos entre 60 a 180 m3/m2 d, estableciendo rangos de operación normal entre 50 y 100 m3/m2 d. Para acondicionadores, mezcladores, decantadores convencionales de tipo horizontal se considera una carga superficial de 10 a 30 m3/m2 d y para acondicionadores, mezcladores, decantadores convencionales de tipo vertical se considera de 10 a 50 m3/ m2 d. Cortocircuito Hidráulico. Se define como cortocircuito, a los espacios muertos20 donde la velocidad de escurrimiento es cero. Los cortocircuitos son indeseables en las operaciones unitarias de tipo continuo. Para

17 Referido a la conducta del fluido en el circuito de transporte. Referencia: Manual de Hidráulica - Williams King - Editorial Noriega 18 Modelos: Relaciones matemáticas que interpretan un comportamiento determinado. Curso Simulación U.A/93 - Miguel Alvarez 19 Significado de varias fuentes: Degremont - Nalco - USACH - Metcalf - Ramalho - Arboleda - U.de Chile 20 Espacios dentro del equipo donde no existe movimiento hidráulico (Arboleda - CEPIS) - Zona de quietud (R.S. Ramalho)

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efecto de los diseños, se deben incluir diferentes factores por efecto de formación de cortocircuito, turbulencia de entrada y salida. Tiempo hidráulico. Se define como el tiempo de residencia, es decir, el período que permanece el fluido dentro de un equipo, generalmente en régimen continuo.

Número de Reynolds. Número sin dimensión que se utiliza para la determinación del régimen hidráulico. Esto define si es laminar, turbulento o de transición21. Se define como22:

Re = V x R / ν

Donde V; es velocidad de circulación del agua.

R; es el radio hidráulico. ν; es viscosidad cinemática definida23 como:

1,00 x 10-6 m2/s a 20 ºC. 0,80 x 10-6 m2/s a 30 ºC. 1,31 x 10-6 m2/s a 10 ºC.

Número de Froude. Es un número adimensional que sirve para apreciar la estabilidad de un proceso circulatorio cuando el flujo está influenciado por la gravedad y las fuerzas de inercia. Se define como24:

)(/ RgvFr =

Donde; v es velocidad.

R es el radio hidráulico g = 9,81 m/s2

Tipo de flujo25. En las unidades de tratamiento, desde el punto de vista hidráulico, el flujo del líquido puede ser de dos tipos: Discontinuo o Intermitente y Continuo. El flujo discontinuo, es el menos usual. Este consiste en el llenado de la unidad, dejar un tiempo el líquido en ella mientras se produce el proceso. El flujo continuo se puede clasificar en 3 modelos que son: Flujo pistón, Flujo mezclado y Flujo no ideal. El flujo pistón es aquél en que todas las partículas de fluido que

21 Manual de Hidráulica - Williams King - Editorial Noriega 22 Extraído del manual Técnico del Agua: Degremont. Edición 1979 23 Antecedentes extraídos del Manual Técnico del Agua: Degremont, Edición 1979 24 Manual Técnico del Agua: Degremont, Edición 1979 25 Ingeniería Sanitaria: Metcalf - Eddy, Editorial Labor S.A.

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entran a la unidad, permanecen en ella el mismo tiempo. El flujo con mezcla, es aquél que mezcla parcial o totalmente el fluido entrante con el fluido que está en la unidad. El flujo no ideal, es aquél intermedio entre el flujo pistón y mezcla con otras posibles alteraciones como zonas muertas (cortocircuitos). Mezclado rápido. La mezcla rápida consiste en estanques de intensidad tal que promueva una mezcla instantánea (flash mixing) homogénea. Cuando se utilizan agitadores mecánicos, se recomienda una mezcla con una velocidad angular de 70 a 150 r.p.m. Los tiempos de residencias varían entre 5 y 10 minutos, para reducir la potencia de transferencia al fluido. Se recomiendan estanques de sección cuadrada (LxL) con una altura útil de 1,2L. El Reynolds deberá ser mayor que 2100. Inicialmente, aplicándose la regla práctica que de 1 Hp de potencia por cada metro cúbico de estanque, el gradiente de velocidad deberá ser mayor que 600 s-1. La fórmula del gradiente en estas condiciones es;

QtPG 2800=

P = Potencia introducida en el agua. Q = Caudal en l/s t = tiempo de residencia en minutos. G = Gradiente de velocidad en segundos-1 (s-1) Operaciones de Coagulación y Floculación. La coagulación es una operación unitaria donde se mezclan fundamentalmente coagulantes químicos (sales trivalentes como Sulfato de Aluminio, Cloruro Férrico, etc). Las sales cationicas tienen una acción preponderantemente en la anulación de cargas eléctricas negativas que poseen los sólidos en suspensión de los afluentes industriales. Esta operación se realiza en un dispositivo de mezcla (ver mezclado). Las operaciones de mezclado se realizan con un aumento de energía a través de anillos de pvc. La administración de reactivos se realiza a través de bombas dosificadoras, y esta operación requiere 1 segundo para realizarse. Es importante realizar la coagulación en un punto donde el Reynolds sea > 2100. La floculación es una operación unitaria que consiste en el crecimiento de flóculos mediante una agitación suave con un tiempo de residencia determinado. El gradiente de velocidad utilizado es entre 40 a 90 s-1. Se hace conveniente entonces verificar el número de Camp, que se define:

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GtCamp = 40.000 < Camp < 120.000 4.1.5.2.4 Operación de Sedimentación de Alta Tasa. Los criterios utilizados para el cálculo de la superficie de un decantador26 es la carga superficial27, medida en m3/m2d; y la carga de materia, medida en kilos de MeS/m2d.

La carga superficial está ligada a la velocidad de sedimentación28 de las materias sólidas. Esta velocidad se puede calcular por la ley de stokes29 en el caso de las partículas granulares, pero debe ser determinada experimentalmente si se trata de partículas floculadas.

Por otra parte, la carga de materias depende, evidentemente, de la concentración de éstas y exige la adopción de una superficie mínima para la eliminación de una cantidad dada de estas materias. En el cálculo del decantador, se adopta la superficie mayor determinada según los dos criterios indicados. Sin embargo, la idea ya antigua, de utilizar decantadores laminares, se ha adquirido de nuevo actualidad. Se basa en el hecho de que la carga superficial de un decantador en caída libre, no depende de su altura, sino de la superficie (área).

Criterio de la carga superficial. Esto significa, que la carga superficial puede utilizarse como base de cálculo de un decantador laminar garantizando el régimen entre los siguientes valores de Reynolds:

500Re5 ≤≤ Cálculo de la velocidad límite La velocidad límite

0µ a la cual se pueden remover partículas depende de α30 (ángulo de placas), µf

31 (velocidad límite), l32 (relación largo - ancho) y e33 (ancho de placa) está dada por la ecuación de velocidad límite de sedimentación34:

26 Manual Técnico del agua; Cuarta edición 1979, Degremont, Capítulo 3. 27 Carga Superficial; es el caudal que pasa por la superficie horizontal del decantador. 28 Velocidad de Sedimentación de la partícula; consiste en el recorrido de la partícula en un fluido en un tiempo t. Esta velocidad es dependiente de las densidades, gravedad y coeficiente de arrastre. 29

wwd

ws

ACgvv

ρρρ )(2 −

= Ecuación de velocidad de sedimentación.

30 Angulo de inclinación de las placas 31 Es la velocidad media del fluido 32 Relación longitud de placa en la dirección de la corriente con respecto a la separación de placas l/e 33 Distancia entre placas o también llamada altura de placas (Degremont Cap. 3 pág. 75) 34 Ingeniería Hidráulica de Arboleda.

15

elf

αα

µµ cossen0

+=

Cálculo de la velocidad de sedimentación entre placas (Canal de conducción).

Desde el punto de vista de las componentes de las velocidades se obtiene que la velocidad de flujo entre placas está determinada por la siguiente ecuación:

60sen0sTv =

Donde sT corresponde a tasa de sedimentación (carga superficial) cuyos valores extremos generalmente varían entre 60 a 180 m3/m2 d. Para las operaciones normales de los decantadores de placas, se trabaja en rangos entre 90 a 150 m3/m2d.

Cálculo del número de Reynolds

El número de Reynolds estará dado por la ecuación:

ϑhvD

=eR

Donde v es la velocidad de sedimentación. kD ; es el diámetro hidráulico

ϑ ; es la viscosidad cinemática.

Cálculo de longitud útil de placa o canal

Re058,0−=elLu

Donde; l es la longitud de placa

e es la distancia entre placas.

Cálculo del factor épsilon

p

p

eee+

=ε

Donde; pe corresponde al espesor de las placas.

16

Cálculo del área de sedimentación.

)1(sen86400

eTsQ−

=Ωα

Donde Q ; es el caudal.

Cálculo de la Tasa de sedimentación equivalente.

αα cosRe013,0sen ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=

el

TsTse

Parámetros de diseño35 de Decantador de Alta Tasa Para el diseño del Decantador de placas se requiere disponer de los siguientes datos: Tasa práctica (m3/m2d), Número de Reynolds, Caudal (m3/d), Forma de placa, Distancia entre placas (m) y Tiempo de residencia (min.) Las justificaciones de los rangos, basada en la literatura actual36 y experiencia37 con estos equipos, se observan en la siguiente tabla:

Parámetro Rango Típico Observación Caudal 300 – 408 m3/d 360 Cualquier valor38

Reynolds 05 – 500 200 Régimen laminar39 Forma 1 - 1,375 - 1,5/1000 Acero o FPV40

Tasa práctica 80 – 120 100 Carga superficial41 Distancia placas 3/100 – 7/100 5/100 Con 60º inclinado42

Tiempo residencia 10 – 20 15 Recomendado43

35 Método de Arboleda: Ingeniería Sanitaria 36 Libros indicados en la bibliografía técnica 37 Referido a experiencia de diseños de equipos decantadores realizado por I.C.G. Ltda 38 Valores de 86.4 m3/d hasta 51.840 m3/d (Planta Vidrios Del’Orto – Planta Tagle Viscachas) 39 Manual de Arboleda: Hidráulica 40 Manual de estructuras para hidráulica 41 Manual Degremont – Arboleda - Kintt 42 Manual de Arboleda 43 Manual de Ingeniería Sanitaria

17

Utilizando las fórmulas anteriores, se calcula el decantador de placas basado en un programa interactivo, confeccionado en Visual Basic V5. Los valores de diseño están considerados a valores medios44 como carga de superficie. Operación de Filtración Los filtros a utilizar son del tipo multimedia (filtración en profundidad). Estos filtros son estanques diseñados para lograr máxima eficiencia en filtrado y limpieza de la arena durante el retrolavado. Son fabricados en una sola pieza de material termoplástico a través de la nueva tecnología de roto moldeado, que lo hace resistente a la corrosión y radiación ultravioleta. Esta compuesto por válvulas selectoras, canastillo distribuidor, columna de PVC y Colectores de plástico rasurado para que fluya el agua filtrada. Este filtro está compuesto por una válvula selectora de 6 posiciones para filtrar, retrolavar, enjuagar, desaguar, recircular y probar. Posee un sistema automático para la eliminación de aire, aumentando con esto la eficiencia del filtrado. La multicapa filtrante está compuesta por sílice45 y Carbón tipo antracita. El fenómeno de paso de una mezcla sólido líquido por un medio poroso, se rige por la ley de Darcy46. Esto implica que la presión P es proporcional a la velocidad lineal de filtración (Vo) siendo el coeficiente de proporcionalidad función de la viscosidad cinemática (u) y la resistencia del medio.

Vo = P / u R Hidráulica de la filtración en profundidad47. La consideración en el diseño de los filtros es la pérdida de carga a través del lecho filtrante. Es importante pensar que a medida que aumenta la suciedad en el filtro la pérdida de carga aumenta. Esto significa una relación directamente proporcional entre el lodo que obstruye el filtro y la pérdida de carga. Es evidente que no se puede predecir sin experimentar cuanta pérdida de carga se tendrá en alguna aplicación. Por otra parte la pérdida de material filtrante se puede estimar utilizando varias ecuaciones diferenciales. Una de las más modernas es el método de cálculo llamado Carmen - Kozeny48 cuyas fórmulas que gobiernan el flujo de agua limpia a través de un medio granular son:

dgLfH 3

3)1(φα

να−=

Donde; H Pérdida de carga, m

α Porosidad del lecho ν Viscosidad cinética, m2/s φ Factor de forma, esfericidad g Constante de gravedad 9,8 m/s2

44 Ingeniería Sanitaria: Tratamiento Físico y Químico: Metcalf Eddy: Editorial Labor 45 Material utilizado por GGV Tecnología, basado enarean 98% sílice y2% rocas volcánicas. 46 Manual Técnico del Agua: Degremont - Edición 1979 47 Programa de gestión y ordenamiento ambiental – USACH 1996 48 Metclaf – Eddy : Ingeniería Santitaria – Editorial Labor S.A

18

d diámetro del grano, m ƒ Coeficiente de fricción L Profundidad del material filtrante en m

Una de las dificultades de esta ecuación, es que debe estimarse la porosidad para diversos grados de obstrucción. Sin embargo el desarrollo que se ha utilizado es el método comúnmente usado por la American Water Works Association49. El número de Reynolds se determina de acuerdo a la ecuación:

Re = V x R / ν

Donde V; es velocidad de circulación del agua.

R; es el radio hidráulico. ν; es viscosidad cinemática definida50 como:

1,00 x 10-6 m2/s a 20 ºC. 0,80 x 10-6 m2/s a 30 ºC. 1,31 x 10-6 m2/s a 10 ºC.

El factor de fricción se calcula de la siguiente forma51:

75,1Re

)1(150 +−

=αf

Para el carbón tipo antracita los datos de referencia son: Tamaño promedio (d) 1,6 mm (1,6 x 10-3 m) Esfericidad (φ) 1 a 20ºC Porosidad (α) 0,42 Para la arena las condiciones que se utilizan son: Tamaño promedio (d) 0,5 mm (5,0 x 10-4 m) Esfericidad (φ) 1 a 20ºC Porosidad (α) 0,42 Otro cálculo de importancia para la determinación de un filtro es la tasa de retrolavado de un lecho mixto52. Para esto se utilizan las siguientes fórmulas:

)1()1(5,1

εα

−−

==lIe

Donde; le Altura del lecho expandido 49 Tchobanoglous, G: A Study of Filtration of Treated Sewage Effluent. Stanford University California 1968 50 Antecedentes extraídos del Manual Técnico del Agua: Degremont, Edición 1979 51 Metcalf – Eddy: Ingeniería Sanitaria: Editorial Labor S.A. 52 Arena y carbón tipo antracita.

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l Altura del lecho le/l Expansión de 50% 1,5

α Porosidad del lecho (mixto 0,42) ε Porosidad del lecho expandido

Las densidades que ocupan los distintos materiales son: Densidad de la arena Sa 2.500 kg/m3 Densidad de la antracita Sh 1.500 kg/m3 Densidad del agua Sw 1.000 kg/m3

613,0)1(

)42,01(5,1 =⇒−

−= ε

ε

Pérdida de Carga del Lecho filtrante en lavado del filtro.

)1)(1( ε−−= Sleh

Donde S Corresponde al peso especifico del lecho

ε Porosidad del lecho expandido

Para la arena 58,0)613,01)(15,2( =−−=leh

Para la antracita 19,0)613,01)(15,1( =−−=leh

Para obtener la pérdida de carga total del lecho se obtiene por la suma de los coeficientes multiplicados por la altura del lecho y su expansión. Esto es:

35,03,077,05,1)58,019,0(5,1 ==+= xxleHt m.c.a

Para arenas de 0,5 mm la velocidad de sedimentación53 promedio es 0,09 m/s, por lo tanto la Tasa de Retrolavado será54:

5,4εsvv =

Donde; ν Velocidad en m/s νs Velocidad de sedimentación de la arena

ε Porosidad del lecho expandido Entonces la Tasa de Retrolavado será:

53 Programa de gestión y Ordenamiento Ambiental USACH 1996 54 Programa de gestión y Ordenamiento Ambiental USACH 1996

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00995,0)613,0(09,0 5,4 ==v m/s = 35,82 m/h

Si el filtro tiene un área de sección de flujo de 7,06 m2, se requiere un caudal de Retrolavado de 253,19 m3/h. Características del Filtro Filtro lento Filtro rápido Tasa de filtración m3/m2d 1 – 4 120 – 480 Profundidad del lecho m 1 0,4 – 0,8 Tamaño de la arena mm 0,5 – 1 0,3 – 0,8 Pérdida carga máxima m 1 2,5 Duración de la carrera d 20 – 90 1 Filtración de Cartucho. Al considerarse la filtración de cartucho, podemos observar que las impurezas en el agua son removidas por varios mecanismos. Entre lo más importantes destacamos: El tamizado, que ocurre en la superficie del cartucho que con su porosidad hace de capa filtrante. Esto consiste en el cernido por efectos de los poros. El otro mecanismo es la resistividad, en la que muchas partículas de mayor tamaño realizan un efecto de resistencia en la interfase del cartucho, actuando como una capa filtrante. El último mecanismo es la adherencia que ocurre en las capas del cartucho y son los responsables de la vida útil del medio filtrante. Corriente de Flujo Ascendente. Para comprender el funcionamiento de la corriente ascendente, es necesario indicar que el filtro es alimentado por bombas a través de la parte inferior del equipo.

El caudal de agua entra en el filtro bajo presión y fluye ascendentemente. Este ascenso del agua a presión permite que se ejerza una fuerza suficientemente necesaria para vencer la resistencia del medio filtrante que son cartuchos tipo membrana. Una vez que se ha atravesado el medio filtrante, el agua se recolecta a través de varios tubos colectores dependiendo del modelo del filtro. En la parte superior existe una pequeña cámara de recolección de fluido limpio conectada a la salida de la cañería.

Este diseño ofrece las siguientes ventajas: - El diseño de corriente ascendente elimina la posibilidad de aire atrapado. - Los cartuchos son livianos y se pueden extraer fácilmente. - Código de colores de cartuchos, en el micrón nominal que se necesita. - Carcazas de filtro disponibles en aceros AISI 304 y AISI 316 L. - El filtro requiere menos espacio que otros filtros convencionales.

21

Remoción y Reemplazo de Cartuchos. Los cartuchos de los filtro se pueden limpiar y reutilizables en la mayoría de las aplicaciones y la mayoría de las clasificaciones de los micrones. La operación de lavados de cartuchos se debe realizar cuando el diferencial de presión sea de 12 psi - 15 psi sobre la diferencia inicial. Por ejemplo, si el filtro comienza a operar con una presión diferencial de 30 psi, se deberá realizar la operación de limpieza cuando la presión diferencial indique 42 psi a 45 psi. Los cartuchos deben ser reemplazados cuando la corriente de flujo haya disminuido a un nivel inaceptable. Esto significa que la diferencia de presión debe ascender a 25 - 30 sobre la diferencia inicial. Con esto se indica que los cartuchos han perdido su capacidad de flujo y requieren de reemplazo. Modelos de Filtros Cartuchos Existen 5 modelos de filtros de cartuchos con los siguientes caudales: Modelo Rango de Caudal Nº de cartuchos GGV 7 7 a 16 m3/h 007 GGV 14 14 a 23 m3/h 014 GGV 24 24 a 74 m3/h 024 GGV 75 75 a 140 m3/h 075 GGV 150 150 a 250 m3/h 150 Modelos de Cartuchos Existen varios modelos de cartuchos que varían en su retención en µm. Los cartuchos de Pleated Polyster Cartridges tienen un rango des de 0,35 µm a 50 µm. Los cartuchos de carbón activado varían desde 5 µm a 24 µm. 4.1.2 Características y/o dimensiones de las unidades de tratamiento. • Generación de Riles y caudales de diseño En este punto se ha considerado la cantidad aproximada de componentes de los riles que se producirán en un año, indicando la concentración máxima diaria, observando la planta de tratamiento a plena capacidad. Los resultados presentados a continuación, obedecen a un desarrollo de pruebas experimentales en el ámbito de laboratorio con simuladores y piloto. Los caudales han sido cuidadosamente aforados, medidos y validados, de la misma forma los elementos contaminantes. Los resultados de las pruebas han sido procesados por medio de esquemas computacionales de simulación y estadística de control de calidad. • Parámetros de Diseño de la Planta de Tratamiento

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Parámetros de Proceso Caudal Entrada m3/h 17,3

Caudal Salida m3/h 15,1

Caudal Lodos m3/h 2,2

Lodos % p/p % 8,3%

CargaOrEntrada kg/d 20.700

CargaOrSalida kg/d 720

DBO5 Entrada mg/lt 50.000

DBO5 Salida mg/lt 50

SST Entrada mg/lt 4.000

SST Salida mg/lt 30

EficienciaCarga % 96,5%

EficienciaDBO5 % 99,9%

El sistema Oxitop, tiene una eficiencia de remoción sobre el 96,5% en carga orgánica y 99,9% en remoción de DBO5. Es un sistema diseñado para altas cargas. Los antecedentes de remoción, se han obtenido de las pruebas experimentales realizadas en el laboratorio de GGV Tecnología. • Dimensiones de la Planta de Tratamiento La planta de tratamiento cuenta con un estanque regulador de pH para oxidación. Determinaciones previas en laboratorio han demostrado que esta tecnología funciona en forma óptima a pH < 5,5. El estanque regulador de pH, es cilíndrico que incluye un agitador Dhiwoll modelo DWS 37 que rotará a 140 rpm

Regulador de pH

Caudal M3/h 17,3

Tiempo de Residencia min 15

Gradiente seg-1 54

Volumen m3 4,31

Coeficiente GT adimensional 126.000

Altura hidráulica m 1,92

Area del floculador m2 2,24

Tasa de trabajo m3/m2 día 185

Velocidad del flujo m/s 0,002

Radio Hidráulico Arista m 1,5

Número de reynolds adimensional 3.201

Velocidad del agitador r.p.m. 140

El equipo oxidador (OXITOP) está compuesto por un estanque cilíndrico de material polietileno. Tiene un agitador Dhiwoll modelo DWS 37 que rotará a 70 rpm con placas y fuente de poder para regulación de voltaje y amperaje. En esta unidad se agrega una frecuencia de ultrasonido como componente de onda superpuesta.

Cálculo del Sistema Oxidador

23

Caudal de diseño m3/h 15 Factor de sobre dimensión % 15%

Caudal real de trabajo m3/h 17,3

Tiempo de residencia min 15

Volumen del Equipo m3 4,31

Tasa de flujo del Oxidador m3/m2d 185

Velocidad del flujo m/s 0,0021

Area del equipo m2 2,24

Altura hidráulica del Oxidador m 1,92

Diámetro del Oxidador m 1,50

Número de Reynolds adimensional 3.201

Intensidad de corriente ampers 2,0

Voltaje volts 50

Potencia watts 100

Espacio entre electrodos ancho m 1,4

Espacio entre electrodos largo m 1,5

Tipo de Electrodo Aluminio Cilindro

Diámetro del electrodo mm 20

Número de electrodos instalados unitario 4

Densidad del líquido a tratar gr/cc 1,01 Conductividad del líquido umhos/cm2 3.500

La electro floculación (ElecFloc) se realiza en un equipo compuesto por un estanque con agitador Dhiwoll modelo DWS 37 que rotará a 70 rpm, con un par de electrodos de barras y fuente de poder amplificada. La corriente circulante es del tipo diente de sierra.

Electro Floculador

Caudal m3/h 17,3

Tiempo de Residencia min 15

Gradiente seg-1 54

Volumen m3 4,31

Coeficiente GT adimensional 48.600

Altura hidráulica m 1,92

Area del floculador m2 2,24

Tasa de trabajo M3/m2 día 185

Velocidad del flujo m/s 0,002

Radio Hidráulico Arista m 1,5

Número de reynolds adimensional 3.201

Velocidad del agitador r.p.m. 80

La electro decantación (ElecDec), está compuesta por un sedimentador de alta tasa, placas paralelas con barras de electrodos para campo magnético.

Memoria de cálculo del Decantador

Tasa de sedimentación m3/m2d 100 Componente de velocidad m/h 4,81

Relación L = l/e m 13,33

24

Caudal de Diseño m3/h 17

Factor []=1,375 0 = 1,33 II = 1 adimensional 1,330 Carga superficial equivalente m/h 3,05

Area de placas del dacntador m2 3,59

Radio Hidráulico (Tubos) mm 75 Area del cilindro 60º m2 0,0048

Velocidad de ascenso m/s 0,0013

Número de Reynolds adimensional 100

Tiempo de residencia horas 0,40 Número de perfiles unidades 750

Largo del tubo m 1,0

Altura de placas m 0,9

Altura total hidráulica m 1,9

Altura sobre placas m 0,2

Altura bajo placas m 0,9

Tubos de 6 metros sanitarios m 125

Altura del fondo lodos m 0,44

Ancho de las placas relativo m 1,89

Diámetro total del tubo m 0,078

Número de Tubos a lo ancho unidades 24

Número de tubos a lo largo unidades 24

Largo de placas real m 1,87

Ancho de placas real m 1,87

Area real del decantador m 3,50

La unidad de acumulación tiene como objetivo alimentar el filtro haciendo de estanque pulmón.

Estanque Acumulador

Caudal m3/h 17,3 15 7,5

Tiempo de llenado min 7 7 7

Volumen de trabajo m3 2,01 1,75 0,88

Factor de descarga % 15% 15% 15%

Caudal de descarga m3/h 19,8 19,8 19,8

Diferencia de caudal m3/h 2,6 4,8 12,3

Tiempo de funcionamiento min 47 22 4

Número de partidas por hora número 1,1 2,1 5,3

La unidad de electro filtración, está compuesta por equipo de multimedia tipo S-166T Hayward, cargado con arena sílice de 98% pureza y 2% de roca volcánica. Incluye filtros terminales de cartucho con carbón activado.

Electro Filtración multimedia Modelo del filtro unid S - 166T

Marca unid HAYWARD

Caudal M3/h 7,5

Máxima presión psi 50

Diámetro mm 450

Largo de manto mm 450

25

Altura de arco mm 150

Material filtrante unid Sílice

Granolumetria mm / u 0,45

Peso material fil kg 50

Area de filtración M2 0,16

Tasa de filtración M3/m2 h 47

Pérdida de carga m.c.a 12

Volumen M3 0,12

Tiempo hidráulico min 0,95

Número de filtros unid 2 4.1.3 Procesos involucrados en cada unidad. Los procesos involucrados en cada unidad son: Ajuste de pH (Ácido – Base), Oxidación (Redox), Coagulación y Floculación, Transferencia de cargas eléctricas (TCE), Vibración Molecular (Mecánica Cuántica). Sin embargo, ocurre una combinación de procesos en cada unidad que se describen a continuación. o Unidad de PH. El proceso de acondicionamiento55 de pH, consiste en la adición de un reactivo químico para adaptar su calidad a su destino. Para esto se recurre a procesos de corrección56 química con el agregado de productos57 de manera tal que preparen un medio de pH adecuado para el trabajo respectivo. Cuando el pH es alcalino y se requiere bajar, se denomina el proceso de acondicionamiento decreciente58. Cuando se está en medio ácido y se requiere aumentar el pH se denomina proceso de acondicionamiento creciente. Cuando se tiene en algunas ocasiones un pH alto o en otras un pH bajo y se necesita llevar a un pH de 7 unidades, se le llama a este procedimiento, proceso de Neutralización59. En la actualidad se ocupan varios reactivos para acondicionar el pH. Estos productos químicos son: Hidróxidos de Calcio y Sodio, Cal apagada, todos estos como reactivos para aumentar pH. Por otra parte se utiliza ácido clorhídrico y sulfúrico, ambos como reactivo para disminuir pH. Todos los reactivos anteriormente usados, se utilizan para como neutralizadores. La corrección de pH es necesaria para que otros procesos como la Oxidación Avanzada funcionen correctamente y con eficiencia adecuada. Por ejemplo, generalmente los procesos de oxidación reducción requieren de un pH adecuado para la acción total del potencial de oxidación, por lo tanto requiere de acondicionamiento. En otros casos, los tratamientos Fisicoquímicos de coagulación y Floculación requieren de un pH óptimo de acción para las remociones de las contaminaciones. o Unidad de Oxidación Avanzada OXITOP

55 Manual de Tratamiento de Agua Degremontt 56 Término que se refiere mediante ácido – base, conducir el pH hasta un rango necesario. 57 Productos alcalinos o productos ácidos, según sea el caso. 58 Química general superior, Masterthon - Mc Graw Hill 59 Manual del Agua - Nalco

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En esta unidad ocurren diferentes tipos de procesos tales como: Oxidación, Precipitación, Vibración Molecular y Transferencia de cargas eléctricas. Precipitación Química.

La remoción de ciertos elementos inorgánicos solubles se puede lograr con el agregado de reactivos adecuados para convertir las impurezas solubles en precipitados insolubles que pasan así a la etapa de floculación y pueden ser removidos por sedimentación. El grado de remoción que se logre depende de la solubilidad. Factores como el pH y la temperatura normalmente afectan el proceso de la precipitación60. La precipitación química considera la adición de productos químicos al agua que alteran el estado físico de ciertos componentes solubles convirtiéndolos en insolubles. Para esto se emplea el producto de solubilidad (Kps). El precipitado voluminoso (flóculos) en su estructura produce un efecto de absorción. Este efecto consiste en atrapar en sus retículos sólidos suspendidos, partículas coloidales, etc. Mediante este método se puede obtener un afluente limpio exento de material en suspensión o en estado coloidal. Una característica de los procesos de precipitación química es la producción de volúmenes relativamente grandes de lodos por efecto de las reacciones que ocurren. Proceso de Oxido Reducción. El proceso de oxido reducción se fundamenta en la actividad electrónica de los elementos químicos, por efectos de los potenciales de ciertas sustancias que permiten que los estados de oxidación química varíen. Los cuerpos oxidantes son aquellos que al intervenir en una reacción química producen la pérdida de electrones y los cuerpos reductores son aquellos que originan la ganancia de electrones. Las reacciones de oxido reducción generan fuerzas electromotriz como el voltaje. La fuerza electromotriz de cada reacción es única y se llama Potencial de Oxidación, que depende de la temperatura, constante R y el PH.

En la actualidad existen varios oxidantes y reductores en el mercado. Sin embargo la nueva tecnología se fundamenta en un proceso de asociación de oxidantes unidos para sumar sus potenciales y actuar en conjunto. Existen mezclas de oxidantes conocidas tales como Fenton y ácido de Caro. Cuando se analizan los potenciales relativos de oxidación como característica oxidante, se observa que el mayor poder de oxidación está en el Flúor con 2,87 Volts,, seguido del radical libre hidroxilo de 2,80 Volts y luego el Ozono con 2,07 volts. Debido a su posición en la escala electroquímica, el Ozono es altamente reactivo y se descompone en oxígeno en un promedio proporcional a la concentración del gas portador. La generación de radicales libres por ácido de Caro o Fenton, ha llevado a potenciales de 2,82 volts. En si genera radicales libres pero un poco más potente que los hidroxilos. 60 La temperatura alta acelera la cinética de reacción hasta un cierto límite.

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Este mismo principio, activado por una corriente eléctrica y estimulada con ultrasonido, aumenta este potencial a valores cercano a 2,86 volts. Esta es la denominada tecnología nacional Alfa3. Esta tecnología consiste en el uso de un reactivo oxidante y un reactivo iniciador que activados y estimulados por una corriente circulante generan radicales hidroxilos. El iniciador se fundamenta en unos compuestos químicos del tipo órgano metálico, conformados por moléculas orgánicas unidas químicamente a metales. Un ejemplo de iniciadores desarrollados son aquellos denominados tetraamido macro ciclos de hierro (III). Este tipo de catalizador ha sido utilizado en el blanqueamiento de pulpa de madera en la industria de pulpa y papel, con el fin de reemplazar el uso de cloro gas y dióxido de cloro, productos químicos que generan compuestos tóxicos tales como dioxinas y dibenzofuranos. Este tipo de oxidación, se ha utilizado en la destrucción de compuestos tóxicos contenidos en efluentes industriales es aquel en que se utiliza peróxido de hidrógeno y el catalizador sulfoftalocianina de hierro (6,7). El contaminante tratado es el triclorofenol, producto químico utilizado como fungicida, bactericida y preservante. Se ha considerado que el triclorofenol y su análogo pentaclorofenol son cancerígenos. La destrucción de este contaminante se lleva a cabo utilizando nuestro sistema, en presencia del iniciador, a temperatura ambiente y en un lapso de 3 minutos, con una eficiencia de 100% en la eliminación del producto tóxico. Ultrasonido. El tratamiento ultrasonoro es uno de los métodos más accesibles para activar metales, es relativamente simple y accesible. Con ultrasonido actualmente se hace la activación de metales para la síntesis de los compuestos de coordinación y órgano metálicos. El ultrasonido (US) es la parte del espectro del sonido de la frecuencia de aproximadamente 16 kHz que está fuera del rango normal del oído humano. Los efectos químicos producidos por el US son derivados de la creación, expansión y destrucción de burbujas pequeñas que aparecen cuando un líquido se está irradiando por US. Este fenómeno, llamado “cavitación”, genera temperaturas altas y presiones en los puntos. Hay que mencionar que la radiación acústica es la energía mecánica (no cuántica) que se transforma en energía térmica. A diferencia de los procesos fotoquímicos, esa energía no se absorbe por las moléculas. Debido al rango extenso de frecuencias de la cavitación, muchas reacciones no son reproducibles. Por lo tanto, cada publicación relacionada con el US generalmente contiene la explicación detallada del equipo (dimensiones, frecuencia e intensidad del US, etc.) La influencia de varios factores para el éxito de la aplicación del US puede ser resumida de la manera siguiente: Frecuencia. El aumento de la frecuencia lleva al descenso de la producción e intensidad de cavitación en los líquidos. Este hecho puede ser explicado así: a las frecuencias altas, el tiempo necesario para que una burbuja que aparece como resultado de la cavitación crezca hasta un tamaño suficiente para afectar a la fase líquida externa lleva al aumento de la intensidad de

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destrucción de burbujas de cavitación, o sea los efectos del US en este caso son más rápidos y más violentos en comparación con la presión normal. Intensidad. En general, el aumento de la intensidad del US fortalece los efectos producidos. Nuestra tecnología ocupa frecuencias del ultra sonido con el objeto de destruir burbujas que se producen en los ánodos y cátodos de la celda de oxidación. Sin embargo nuestras investigaciones han demostrado que gases disueltos son rápidamente destruidos y eliminados del líquido. Esta técnica es muy útil para remoción de nitrógeno total y compuestos nitrogenados. Vibración Molecular La transferencia61 de electrones producto de la alta oxidación más el paso de una corriente circulante genera una activación62 los orbítales63 atómicos de las materias64 presentes, provocando vibración que trasforma solubles en insolubles65 Esta tecnología permite con muy buena eficiencia remover aceites y las grasas, rompiendo enlaces de hidrocarburos66 y coloides, debido al fenómeno de la vibración. Por otra parte, esta vibración favorece aumenta notablemente los potenciales de oxidación67, lo que permite reducir la materia orgánica68. o Unidad de Electro Coagulación Floculación (ElecFloc). Electro Coagulación. El proceso de la coagulación, consiste en desestabilizar las fuerzas de enlace de los coloides presentes en el agua. Estas fuerzas de enlaces no permiten que los coloides se aglomeren o se junten, impidiendo con esto la sedimentación. Esta desestabilización se provoca por la acción química del producto químico cuyo objetivo es aportar una energía superior a las fuerzas de enlaces coloidales de manera que se produzca su rompimiento. A este producto químico se le denomina coagulante. Generalmente los coloides tienen propiedades eléctricas. Existe una directa relación entre sus cargas y la fuerza del enlace. En la medida que las fuerzas eléctricas son neutralizadas la fuerza de enlace tiende a disminuir hasta que se produce el rompimiento permitiendo que los coloides se puedan juntar.

61 Debido al paso de una corriente eléctrica por un electrolito, dependiendo de la intensidad y tiempo de contacto 62 Término utilizado como excitación que permite ser dador o recolector de electrones. 63 Se refiere al nivel cuántico de energía del elemento químico. 64 Materias, referidas a los contaminantes orgánicos e inorgánicos. 65 Fuerzas que permiten romper la emulsión. 66 Provoca una reacción química que libera CO2 67 Frente a oxidantes normales como O2, O3, ClO2, etc. 68 Materia orgánica; hidrocarburos, fecas, agua de sangre, descomposición, etc.

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Para obtener una buena eficiencia de este proceso es necesario tener controlado el flujo, de manera que la mezcla con el coagulante sea completa. Reviste entonces una gran importancia el punto de adición del producto químico. El tiempo de duración de este proceso dura un segundo. El segundo factor importante que incide en la eficiencia del proceso de coagulación es el punto de neutralización o isoeléctrico. Este punto mide la carga del coloide en el agua y nos indica la cantidad necesaria de coagulante que se requiere para la neutralización de las fuerzas coloidales. Cuanto más negativo sea el valor del potencial Z, mayor será la carga de la partícula. Cuanto menor sea el potencial Z, las partículas tienen mayor probabilidad de juntarse a través de una colisión. La aplicación de una corriente circulante equivalente a la carga del coloide permite disminuir la dosis de coagulante y aumentar la eficiencia de coagulación. Nuestro proceso inserta dos electrodos que permiten el paso de la corriente circulante. Electro Floculación. La floculación consiste en el proceso mediante el cual se agrupan los coloides descargados mediante una energía de juntura o unión, hasta formar una partícula pequeña sedimentable llamado floc. La forma de la medición de la energía necesaria para esta juntura sin producir destrucción, es a través del gradiente de velocidad hidráulica, la que se estima en rango de 50 a 80 seg-1.

Se ha observado que se requiere además de la energía, un tiempo mínimo para que el crecimiento sea completo. Este tiempo mínimo se llama tiempo de residencia crítico, y corresponde al momento de permanencia mínimo que se requiera para su crecimiento. Por lo tanto un tiempo menor que el tiempo crítico no permitirá un crecimiento adecuado de los floc. Por otra parte, un tiempo de residencia menor al crítico conferirá la inconsistencia de los floc, permitiendo la formación de microfloc y una baja eficiencia en la sedimentación. Existen dos factores fundamentales que afectan la eficiencia del proceso de floculación. Estos son, el gradiente de velocidad que dependerá de la geometría del agitador mecánico y del estanque del floculador y el tiempo de residencia. Se recomienda para formación de flóculos frágiles utilizar gradientes de velocidad bajo, sin embargo para formación de flóculos fuertes se recomienda usar gradientes de velocidad más altos. Una forma de aumentar la velocidad de crecimiento de los floculos es a través de una acción física que consiste en reunir las partículas en una red de atracción con efecto pegante formando puentes de una superficie a otra produciendo enlaces aglomerados bajo una mezcla óptima de agitación. Esta acción física se consigue a través de un reactivo químico llamado floculante. La floculación no sólo incrementa el tamaño de las partículas del flóculo, sino que afecta su naturaleza física. Para esto se ocupan productos químicos con carga aniónica, catiónica o neutra. Otra particularidad es el alto peso molecular y la forma de la cadena que forman estos productos llamados generalmente poli-electrolitos. Los polielectrólito son grandes cadenas

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moleculares de tipo orgánico soluble en agua, que están formado por bloques llamados monómeros, repetidos en una cadena larga. Nuestra tecnología utiliza un campo eléctrico para acelerar este crecimiento de partículas. Esto se hace con un generador de voltaje que mantiene una tensión sobre el estanque donde se leva a efecto la floculación. 4.1.4 Características generales del agua residual a la entrada y salida de cada unidad. Se indican las características generales del agua residual a la entrada y salida de cada unidad de tratamiento, señalando las eficiencias, tiempo de retención y reducciones esperadas en cada unidad de tratamiento. Según la siguiente tabla.

Eficiencias por Unidades unid Ingreso pH meter Oxitop Elecfloc ElecDec FiltrosCaudal m3/h 17,3 17,3 17,3 17,3 15,9 15,1

DQO gr/m3 100.000 100.000 60.000 30.000 2.000 100

DBO5 gr/m3 50.000 50.000 30.000 15.000 1.000 50

SST gr/m3 4.000 4.500 6.000 6.500 300 30

Eficiencia DBO % 0,0% 0,0% 40,0% 70,0% 98,0% 99,9%

Eficiencia SST % 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 92,5% 99,3%

4.1.5 Balance de masas, indicando cargas resultantes.

Balance de Masas unid Ingreso pH meter Oxitop Elecfloc ElecDec FiltrosCaudal m3/h 17,3 17,3 17,3 17,3 15,9 15,1

DQO gr/m3 100.000 100.000 60.000 60.000 2.000 100

DBO5 gr/m3 50.000 50.000 30.000 30.000 1.000 50

SST gr/m3 4.000 4.500 6.000 6.500 300 30

Flujo DBO kg/h 863 863 518 518 16 1

Flujo lodo m3/h 0,0 0,0 0,0 0,0 1,4 0,8

% de lodos % 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 7,6% 0,7%

Carga resultante kg/d 20.700 20.700 12.420 12.420 381 18

4.2. Otros Antecedentes Relativo al Proyectos del Sistema de tratamiento de Riles 4.2.1 Cantidad de Lodos Generados.

Se indica la cantidad de lodos generados por el sistema de tratamiento de RILES, señalando su manejo y disposición final.

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Caudal y Lodos Generados

Caudal Entrada m3/h 17,3

Caudal Salida m3/h 15,1

Caudal Lodos m3/h 2,2

Lodos % p/p % 8,3%

Lodo 100% seco kg/h 180

Lodo 100% seco kg/d 4.316Lodo 50% humedad kg/d 8.632

• Proceso de secado de los lodos.

Los lodos que se generarán en la operación de la planta, serán estabilizados en un estanque separador (espesador) de 2 m3 los que se descargarán a una cancha de secado como primera alternativa, sin embargo también existe la posibilidad de descargarlo a Decanter Centrífugo para tratamiento de fangos.

La decantación centrífuga es un método rápido y efectivo para deshidratar fangos. La separación tiene lugar dentro de un rotor cilíndrico cónico que incorpora un sinfín girando en la misma dirección del rotor pero a una velocidad ligeramente diferente. Los sólidos se depositan en una capa contra la pared y el líquido forma un anillo interno cuya profundidad se determina mediante niveles ajustables situados al final de la parte cilíndrica. El sinfín transporta los sólidos hacia la parte cónica, al final de la cual son descargados por salidas periféricas a tal efecto mediante la fuerza centrífuga. El líquido es descargado por rebose a través de las salidas del lado opuesto.

Este equipo de tratamiento de lodos corresponde a un Decanter Alfa Laval Serie Nx para un caudal de tratamiento de lodos de 0,2 m3/h, el cual será adquirido directamente por COPIULEMU S.A.

El almacenamiento, retiro, trasporte y destino final se ha proyectad de la siguiente manera:

Una vez que el lodo se ha deshidratado, será almacenado en un container de COPIULEMU S.A. S.A tipo OpenTop, el cual será transportado por un camión COPIULEMU S.A. S.A tipo Rollon off hasta el vertedero de Quilicura. 4.2.2 Programa de Autocontrol y Monitoreo.

La política de una empresa constituye en su acepción más amplia, los principios básicos de la conducta empresarial, adoptando en tiempos recientes, una forma escrita siendo incluida a veces en el manual de estructura y procedimiento de la empresa. Una parte esencial de una empresa corresponde a la política de calidad, que debe ser establecida en todos los procesos productivos. La futura planta de tratamiento de residuos líquidos industriales, es parte de la empresa, que es un sistema, es decir, un conjunto estructurado de máquinas, grupos de personas que produce un resultado, salida o respuesta.

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La operación de un sistema se ve condicionada a factores ambientales externos tales como estructuras, condiciones económicas, factores humanos; y por factores propios del sistema como tiempo de respuesta. Es necesario entonces para entender control y monitoreo, explicar el significado de estos términos a objeto de aplicarlos totalmente. El término control significa proceso de regulación aplicado a la calidad de un producto determinado. Esto quiere decir la determinación de propiedades y atributos, su comparación con normas y la actuación posterior como resultado de esta comparación. Se ha considerado un control de monitoreo trimestral en los parámetros que indica CIIU. No obstante, deberá realizarse un monitoreo por 18 meses certificando calidad. Al margen de esto deberá enviarse una copia mensual de la planilla de operación a la SISS. La etapa de control de la planta está basada en un Programa de aseguramiento de la calidad basado en el siguiente esquema de ISO 9000. • Programa de Aseguramiento de calidad. El siguiente programa de aseguramiento de calidad como medida de control está establecido como requisito completo que debe cumplir el mandante del proyecto. Los títulos de los capítulos o numerales indicados corresponden a lo establecido por la Norma Chilena Nch ISO 9004. • Control de suministros químicos a planta de riles. ISO 9001 4.6/ISO 9002 4.5 La empresa

Cramer deberá identificar los químicos con hojas de seguridad y fichas técnicas. • Control de procesos. ISO 9001 4.9/ISO 9002 4.8 Los procesos deberán ser controlados y

deberá enviarse una carta tipo X-Bar, a la SISS mensualmente. • Control de registros. ISO 9001/9002/9003 capítulos 4.16/4.15/4.10, se deberá llevar la

planilla tal como lo indica la normativa de SISS. Se podrá para interpretación de datos utilizar métodos estadísticos. ISO 9001/9002/9003 capítulos 4.20/4.18/4.11

Para controlar el proceso de tratamiento, se deberá tener una planilla de registro de todas las operaciones y proceso de tratamiento de manera que se cumpla con lo establecido en el diseño de la planta de tratamiento fielmente. Con respecto al monitoreo, que consiste en una forma de vigilar la calidad, se deberá llevar un registro con controles de calidad de agua internos y controles de calidad de agua externos. Para esto se deberá realizar un control quincenal de al menos 5 parámetros DBO, SST, pH y Temperatura. Por otra parte, se debe medir internamente: pH, Color y Turbiedad, DQO. Este control requiere mediciones horarias. Se propone un programa de monitoreo, señalando las frecuencias de las tomas de muestras y análisis, que incluye los parámetros característicos del establecimiento industrial, de acuerdo con la normativa vigente, correspondiente al tipo de cuerpo receptor.