construcción y puesta en marcha de una planta piloto de
TRANSCRIPT
Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
2015
Construcción y puesta en marcha de una planta piloto de Construcción y puesta en marcha de una planta piloto de
procesos avanzados PTAP con fines pedagógicos en el programa procesos avanzados PTAP con fines pedagógicos en el programa
de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de Ingeniería Ambiental y Sanitaria
Andrea Carolina Cabrera Forero Universidad de La Salle, Bogotá
Ivon Lorena Camelo Castillo Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria
Part of the Environmental Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Cabrera Forero, A. C., & Camelo Castillo, I. L. (2015). Construcción y puesta en marcha de una planta piloto de procesos avanzados PTAP con fines pedagógicos en el programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/547
This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Ambiental y Sanitaria by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
+
CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE UNA PLANTA PILOTO DE
PROCESOS AVANZADOS PTAP CON FINES PEDAGÓGICOS EN EL
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
ANDREA CAROLINA CABRERA FORERO
IVON LORENA CAMELO CASTILLO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ
2015.
2
CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE UNA PLANTA PILOTO DE
PROCESOS AVANZADOS PTAP CON FINES PEDAGÓGICOS EN EL
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
ANDREA CAROLINA CABRERA FORERO
IVON LORENA CAMELO CASTILLO
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO AMBIENTAL
Y SANITARIO
OSCAR FERNANDO CONTENTO RUBIO
ING. QUÍMICO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ
2015
3
Nota de Aceptación
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Bogotá D.C, Marzo 8 del 2015
4
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo es resultado de iniciar y culminar exitosamente este recorrido
que Dios nos ha permitido lograr. Gracias a Él nos hemos encontrado a personas
maravillosas que han sabido ofrecer soluciones a nuestros inconvenientes de
manera desinteresada, es por esto que agradecemos de manera especial a los
comerciantes que aunque no tenían el conocimiento técnico, ayudaban a resolver
las situaciones cotidianas a las cuales nos veíamos enfrentadas durante la
ejecución del proyecto.
Agradecemos a nuestros padres que nos brindaron su apoyo y conocimiento para
facilitar la construcción y puesta en marcha de este proyecto; quienes además, no
solo hoy sino que siempre vivieron y estuvieron a nuestro lado para ayudarnos y
darnos su apoyo durante todas las etapas de este proceso académico.
Al Ingeniero Calle, quien nos orientó y nos dio la posibilidad de conocer esta
necesidad que hoy el laboratorio de Ambiental presenta y quien además nos
confió esta importante labor de ser parte del mejoramiento de nuestra Universidad.
A nuestro director de tesis el ingeniero Oscar Fernando Contento Rubio, quien
además de su confianza y apoyo en la dirección de este proyecto, fue quien
orientó los procedimientos necesarios para la implementación de los diferentes
espacios disponibles para la ejecución de este proyecto.
De manera muy especial damos gracias a los laboratorios de automatización,
eléctrica e industrial por proporcionarnos su conocimiento, ayuda y colaboración
dentro de sus instalaciones, que sin importar el horario siempre estuvieron allí
dispuestos a resolver nuestras inquietudes en lo referente al uso de maquinaria y
herramientas mecánicas.
Por último agradecemos al laboratorio de Ciencias Básicas por proporcionarnos un
espacio de trabajo y brindarnos sus servicios disponibles.
5
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ....................................................................................................................... 11
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 12
2. OBJETIVOS ............................................................................................................. 14
2.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 14
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 14
3. ANTECEDENTES .................................................................................................... 15
4. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 18
4.1. DESMINERALIZACIÓN .................................................................................... 18
4.2. FILTRACION POR MEMBRANAS.................................................................... 22
4.3. DESINFECCIÓN .............................................................................................. 25
5. MARCO LEGAL ....................................................................................................... 30
6. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 31
6.1. FASE I. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ................... ¡Error! Marcador no definido.
6.2. FASE II. UNIDADES DE TRATAMIENTO ............ ¡Error! Marcador no definido.
6.3. FASE III. MONTAJE DE LA PLANTA PILOTO ................................................. 43
6.4. FASE IV. OPERATIVIDAD ............................................................................... 45
7. RESULTADOS ......................................................................................................... 58
7.1. FILTROS DE MEMBRANA ............................................................................... 60
7.2. COLUMNAS DE INTERCAMBIO IÓNICO ........................................................ 69
7.3. REACTOR UV .................................................................................................. 77
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................................. 97
9. CONCLUSIONES ........................................................ ¡Error! Marcador no definido.
10. RECOMENDACIONES ............................................ ¡Error! Marcador no definido.
11. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 108
6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Especificaciones resinas aniónicas .......................................................... 20 Tabla 2. Especificaciones de resinas catiónicas .................................................... 20 Tabla 3. Parámetros de diseño de intercambiador de lecho fijo ............................ 21 Tabla 4. Tipos de membranas comunes en el mercado ........................................ 23
Tabla 5 Marco legal ............................................................................................... 30 Tabla 6. Dimensiones tenidas en cuenta para el dimensionamiento ..............¡Error!
Marcador no definido. Tabla 7 Fórmulas ..................................................... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 8. Preparación de la muestra ......................... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 9. Preparación de solución regenerante ........ ¡Error! Marcador no definido. Tabla 10. Preparación de la muestra ....................... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 11 Tipo de muestras preparadas para la prueba de cloro.. ¡Error! Marcador
no definido. Tabla 12 Caudales de Trabajo ................................. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 13. Dimensionamiento filtros de membrana ................................................. 60
Tabla 14. Capacidad de los filtros de membrana ................................................... 60 Tabla 15. Cálculo de nuero de Reynolds ............................................................... 61
Tabla 16. Pérdidas del sistema de filtración .......................................................... 62 Tabla 17. Descripción de cada una de las zonas de la unidad de filtración .......... 64 Tabla 18. Resultados de pruebas de aforo de caudal del filtro .............................. 67
Tabla 19. Resultados de eficiencia según la turbidez de los filtros de membrana . 68
Tabla 20. Concentración de solidos a la entrada ................................................... 68 Tabla 21. Concentración de solidos a la salida ...................................................... 68 Tabla 22. Eficiencia de los filtros de membrana según solidos totales .................. 68
Tabla 23. Dimensiones columnas de intercambio iónico ....................................... 69 Tabla 24. Cálculo número de Reynolds ................................................................. 70
Tabla 25. Pérdidas de energía columnas de intercambio iónico ............................ 71 Tabla 26. Descripción de las zonas de las columnas de intercambio iónico .......... 73
Tabla 27. Pruebas de aforo de caudal ................................................................... 75 Tabla 28. Resultados de eficiencia para conductividad ........... ¡Error! Marcador no
definido. Tabla 29. Determinación de dureza en las muestras problema de entrada ........... 76 Tabla 30. Determinación de dureza en las muestras problema de salida .............. 76
Tabla 31. Eficiencia del tratamiento según dureza total ......................................... 76 Tabla 32. Dimensionamiento Reactor UV .............................................................. 77
Tabla 33. Volumen medido .................................................................................... 78 Tabla 34. Cálculo N Reynolds Q 1 ......................................................................... 78 Tabla 35 Cálculo N Reynolds Q 2 .......................................................................... 79 Tabla 36 Cálculo N Reynolds Q 3 .......................................................................... 81 Tabla 37 Cálculo N Reynolds Q 4 .......................................................................... 82
Tabla 38 Pérdidas R. UV para Q1 ......................................................................... 83 Tabla 39 Pérdidas R. UV para Q2 ......................................................................... 84
7
Tabla 40. Pérdidas R. UV para Q3 ........................................................................ 84 Tabla 41 Pérdidas R. UV para Q4 ......................................................................... 85 Tabla 42 Carcaza del Reactor UV ......................................................................... 87 Tabla 43 Accesorios del reactor UV ....................................................................... 88
Tabla 44. Descripción eléctrica de la unidad ......................................................... 90 Tabla 45 Aforo de Caudal 1 R. UV ......................................................................... 91 Tabla 46 Aforo de Caudal 2 R. UV ......................................................................... 91 Tabla 47 Aforo de Caudal 3 R. UV ......................................................................... 92 Tabla 48 Aforo de Caudal 4 R. UV ......................................................................... 92
Tabla 49. Resultados de Cloro............................................................................... 93 Tabla 50 Resultados Petrifilm ................................................................................ 93
Tabla 51 Resultados Aguas altamente contaminadas ........................................... 94
Tabla 52 Eficiencia de remoción Agua altamente contaminada de E. Coli ............ 95 Tabla 53 Resultados Agua con baja contaminación .............................................. 96 Tabla 54 Resultados eficiencia agua con baja contaminación .............................. 96
8
LISTA DE GRÁFICAS
Ilustración 1. Acción germicida de la luz UV sobre las bases nitrogenadas .......... 25 Ilustración 2. Espectro electromagnético con una escala expandida de la radiación
UV ................................................................................................................... 26 Ilustración 3 Cinética de inactivación de la desinfección UV ................................. 27
Ilustración 4 Desviaciones de la ley de Chick ........................................................ 27 Ilustración 5 Reactor plano y Reactor anular ......................................................... 29 Ilustración 6 Tipos de sistemas de desinfección con Luz UV ................................ 29 Ilustración 7. Fases de la Metodología. ................... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 8. Instalación y montaje del filtro ............ ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 9. Reconstrucción de las columnas de intercambio ¡Error! Marcador no
definido. Ilustración 10. Construcción y montaje del reactor UV ............ ¡Error! Marcador no
definido. Ilustración 11. Pruebas hidráulicas filtro de membrana, columnas de intercambio y
reactor UV ......................................................... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 12. Preparación de las muestras problema ............ ¡Error! Marcador no
definido. Ilustración 13. Determinación de turbidez y sólidos totales ..... ¡Error! Marcador no
definido. Ilustración 14. Regeneración por método batch....... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 15. Medición de pH durante la regeneración. ......... ¡Error! Marcador no
definido. Ilustración 16. Muestras problema de entrada y salida. ........... ¡Error! Marcador no
definido. Ilustración 17. Titulaciones para dureza total ........... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 18. Titulación para dureza cálcica .......... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 19. Test kit Ortho y Rojo ......................... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 20. Pruebas de Cloro .............................. ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 21. Petrifillm de pruebas microbiologicas ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 22 Tren de Tratamiento filtración por membranas, desmineralización y
desinfección UV. ............................................................................................. 58 Ilustración 23 Tren de tratamiento Microfiltración y desmineralización .................. 59 Ilustración 24 Tren de tratamiento, desmineralización y desinfección por UV ....... 59
Ilustración 25. Tren de tratamiento filtración por membranas y desinfección UV. . 60 Ilustración 26. Estado previo de los filtros de membrana ....................................... 63
Ilustración 27. Unidad de filtración por membranas reconstruida .......................... 64 Ilustración 28. Evidencia de tratamiento para determinación de eficiencia ............ 67 Ilustración 29. Estado inicial resinas de intercambio .............................................. 72 Ilustración 30. Columnas de intercambio iónico reconstruidas .............................. 73 Ilustración 31. Reactor UV construido. ................................................................... 87
Ilustración 32. Resultados desviación de la ley de Chick en el reactor (Tr Vs Log N/No) .............................................................................................................. 94
9
Ilustración 33 Resultados desviación de la ley de Chick en el reactor (Tr Vs N/No*100) ....................................................................................................... 95
10
GLOSARIO
AGUA POTABLE: Agua que por reunir los requisitos organolépticos, físicos,
químicos y microbiológicos, en las condiciones señaladas en el Decreto 475 de
1998, puede ser consumida por la población humana sin producir efectos
adversos a la salud. (RAS, 2000)
CALIDAD DEL AGUA: Conjunto de características organolépticas, físicas,
químicas y microbiológicas propias del agua. (RAS,2000)
CAUDAL DE DISEÑO: Caudal estimado con el cual se diseñan los equipos,
dispositivos y estructuras de un sistema determinado. (RAS, 2000)
CONTROL DE CALIDAD DEL AGUA POTABLE: Análisis organolépticos, físicos,
químicos y microbiológicos realizados al agua en cualquier punto de la red de
distribución, con el objeto de garantizar el cumplimiento de las disposiciones
establecidas en el Decreto 475 de 1998. (RAS, 2000)
CONDUCTIVIDAD: Índice TDS o Sólidos totales disueltos (siglas en ingles de
Total Dissolved Solids) es una medida de la concentración total de iones en
solución. EC es realmente una medida de la actividad iónica de una solución en
términos de su capacidad para transmitir corriente. (LENNTECH, 2000)
DESMINERALIZACIÓN: Es el proceso de separación de minerales disueltos
(sales) y otras sustancias indeseables contenidas en las aguas salobres o
marinas, para convertirlas en agua adecuada para el consumo humano, agua apta
para uso industrial o agrícola. (Asociación Española de desmineralización y
Reutilización, 2009)
DUREZA: es una de los parámetros para calificar la calidad del agua. Las aguas
duras son aquellas que provienen de fuentes con carbonatos de Ca y de Mg.
Tienen la propiedad de acumular sarro en las cañerías e inhibe la capacidad del
jabón de hacer espuma. (ALDABE, 2004)
ESCHERICHIA COLI: Escherichia coli es una bacteria habitual en el intestino del
ser humano y de otros animales de sangre caliente. Aunque la mayoría de las
cepas son inofensivas, algunas pueden causar una grave enfermedad de
transmisión alimentaria. La infección por E. coli se transmite generalmente por
consumo de agua o alimentos contaminados, como productos cárnicos poco
cocidos y leche cruda. (ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALÚD, 2015)
FILTRACIÓN POR MEMBRANA: es usado para procesos avanzados y
tratamiento terciario de agua potable. (Gray, 2005)
MICROFILTRACIÓN: Es un proceso físico comercializado en un producto listo
para usar cartucho o carcasa modular que puede eliminar las partículas entre 0,05
y 5 micras de tamaño. Las membranas vienen en una variedad de formas, tales
como tubular, capilares, fibras huecas y hojas enrolladas en espiral (Gray, 2005)
11
NORMA DE CALIDAD DEL AGUA POTABLE: Valores de referencia admisibles
para algunas características presentes en el agua potable, que proporcionan una
base para estimar su calidad. (RAS, 2000)
PLACAS PETRIFILM: Método microbiológico que consiste en una familia de
placas listas para usarse diseñadas para ofrecer ahorro de tiempo, incremento de
productividad, fiabilidad y eficiencia. Su diseño tiene una película rehidratable
cubierta con nutrientes y agentes gelificantes. (ALONSO NORE LINA XIMENA,
2008)
PLANTA DE POTABILIZACIÓN: Conjunto de obras, equipos y materiales
necesarios para efectuar los procesos que permitan cumplir con las normas de
calidad del agua potable. (RAS, 2000)
PLANTA PILOTO: Modelo para simular operaciones, procesos y condiciones
hidráulicas de la planta de tratamiento, utilizando para este efecto el agua de la
fuente de abastecimiento. (RAS, 2000)
RADIACIÓN UV: Radiación luminosa que corresponde al espectro
electromagnético en su parte visibles, que se extiende desde el extremo del color
violeta comprendida entre 10-7 y 10-9 metros de longitud de onda (λ) hasta
frecuencias mayores. El UV próximo está entre 200 y 380 nm y el UV lejano o de
vacío entre 10 y 200 nm. (SOCHA & BÁEZ, 2010)
RESINAS CATIONICAS: son resinas las cuales intercambian iones positivos
como Na+ y Ca+. Estas son clasificadas como acido fuerte o acido débil
dependiendo del grado de acidez. (CANO, 1997)
RESINAS IONICAS: las resinas de Intercambio Aniónico intercambian aniones
como Cl- o SO4-. Estas son clasificadas de acuerdo a la fuerza de su base en
resinas de intercambio base fuerte o base débil. (CANO, 1997)
TRANSMITANCIA: La transmitancia se define como la capacidad que tiene el agua para dejar pasar la luz, en este caso la UV, a través de ella. Es leída a una longitud de onda de 254 nm y se expresa como un porcentaje de la transmitancia que presenta el agua desionizada (establecida como 100%). La transmitancia es disminuida por ciertos compuestos orgánicos e inorgánicos, así como por los sólidos suspendidos. (COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA , 2007) TURBIEDAD: Es una expresión de la propiedad óptica de una muestra, que origina que al pasar un haz de luz a través de ella, la luz se disperse y se absorba en vez de transmitirse en línea recta. (SECRETARÍA DE ECONOMÍA DE LOS ESTADOS UNIDOS MÉXICANOS, 2001) SOLIDOS TOTALES: Corresponde a la cantidad de material (sólidos) que es
retenido después de realizar la filtración de un volumen de agua. Es importante
como indicador puesto que su presencia disminuye el paso de la luz a través de
agua evitando su actividad fotosintética en las corrientes, importante para la
producción de oxígeno. (CORPONARIÑO, 2002)
12
RESUMEN
Este documento desarrolla la construcción y puesta en marcha de una planta
piloto de agua potable con procesos avanzados en el programa de Ingeniería
Ambiental y Sanitaria, mediante el uso de filtros, resinas de intercambio catiónico y
aniónico y reactor UV, los cuales fueron evaluados e implementados mediante 4
fases. En primera instancia se realizó la revisión bibliográfica y se procedió a la
segunda fase correspondiente a la evaluación del estado de las unidades, en la
cual se determinó que las resinas y los filtros debían tener adecuaciones en los
accesorios y elementos que permitieran su correcto funcionamiento, mientras que
el reactor UV debía ser construido en su totalidad. Teniendo en cuenta esto, se
continuó con la construcción de la planta piloto y se finalizó con la fase de
operatividad en la que se comprobó eficiencias en cada una de las unidades
mediante análisis de parámetros fisicoquímicos tales como solidos totales,
turbiedad, conductividad, dureza, coliformes y/ó caudal considerando cada caso.
Se obtuvieron valores de eficiencia de hasta 64.44% en turbiedad y 99.31% en
solidos totales durante filtración; 20 % en conductividad y 100% en dureza para la
desmineralización; 53% en aguas con concentraciones de coliformes de 814 UFC
a un tiempo de retención de 1h y 100% para muestras con concentraciones de
130 UFC a un tiempo de retención de 1,52 s en el caso de la desinfección por
radiación UV. La inactivación de los microorganismos fue variando en función del
tiempo de retención, aumentado a medida que el tiempo de contacto era mayor. El
tren de tratamiento para esta planta piloto debe estar sujeto al caudal del reactor
UV, sin embargo este documento desarrolla las pruebas de operatividad para cada
unidad de manera que puedan ser usadas de forma individual o colectiva según se
requiera.
PALABRAS CLAVE: “Microfiltración”, “desmineralización”, “radiación ultravioleta”,
“tratamiento de agua potable”, “planta piloto”.
13
1. INTRODUCCIÓN
A nivel mundial, actualmente, muchas poblaciones carecen de acceso a agua
potable causando enfermedades como diarreas, fiebre, dengue y malaria entre
otras por su consumo incontrolado, de manera que para asegurar un tratamiento
del agua que permita el consumo por parte de los seres humanos y utilización en
procesos rigurosos de producción de alimentos es necesario la implementación de
sistemas avanzados de potabilización del agua que aseguren la ausencia de
sustancias nocivas, patógenos y contaminantes que puedan afectar la salud del
consumidor.
Frente a este tema la Universidad de La Salle, como ente formador de Ingenieros
Ambientales y Sanitarios brinda la solución a este tipo de problemáticas por
medio de una base teórica de los tratamientos y un complemento práctico
mediante la implementación de una planta piloto de potabilización del agua con
procesos avanzados tales como filtración por membranas, desmineralización por
intercambio iónico y desinfección por radiación ultravioleta.
Las membranas de microfiltración consiguen la eliminación de contaminantes de
una corriente de alimentación por un proceso de separación basado en la
retención de contaminantes sobre una superficie de membrana. A consecuencia
de su gran tamaño de poro, se utiliza primariamente para eliminación de partículas
y se puede operar bajo condiciones de presión ultra bajas. (Joseph G. Jacangelo,
2013).
La operación de intercambio iónico comprende el intercambio entre los iones
presentes en una disolución (contaminantes) y los iones de un sólido (resina).
(Webdelprofesor). Estos iones permiten que el agua conduzca electricidad.
Algunas veces se conocen como electrolitos. Estas impurezas iónicas pueden
causar problemas en los sistemas de enfriamiento, calefacción y generación de
vapor. Los iones comunes que se encuentran en la mayoría de las aguas incluyen
los cationes de carga positiva calcio, magnesio y sodio. Los aniones de carga
negativa aportan alcalinidad como los sulfatos, cloruros y silicio (Avilla, 2002).
La radiación ultravioleta (UV), encontramos que es una alternativa establecida y
cada vez más popular frente al uso de productos químicos para la desinfección de
agua potable, aguas residuales y aguas industriales de varias calidades. Los
sistemas de desinfección UV pueden ser diseñados para una amplia gama de
14
aplicaciones siempre que se preste la debida atención a la calidad del agua que
se está desinfectando y a los objetivos de desinfección buscados. (Cairns, 2013).
Este documento abordará la construcción de una planta piloto que permitirá al
estudiante operar y conocer en la práctica estas tecnologías de tratamiento
avanzado con la facilidad de evaluar diferentes alternativas articuladas, su
respectiva aplicabilidad y eficiencia.
15
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Implementar diferentes operaciones unitarias mediante el diseño y construcción de
unidades para el montaje de una planta piloto de procesos avanzados de agua
potable en la Universidad de La Salle, con flexibilidad modular que permita
resolver diferentes escenarios pedagógicos.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Adecuar las unidades disponibles de tratamiento avanzado de agua
potable para desarrollar una planta piloto que optimice los procesos
pedagógicos que dentro de la Universidad se desarrollan.
Construcción y puesta en marcha de una planta piloto de tratamiento de
agua potable que facilite la operatividad de cada una de las unidades
propuestas.
Realizar las respectivas pruebas para cada una de las unidades de
tratamiento, con el fin de garantizar el funcionamiento del proceso
16
3. ANTECEDENTES
El tratamiento del agua tiene por objeto fundamental mejorar la calidad física,
química y bacteriológica del agua proveniente de las diferentes fuentes naturales,
con contaminación o sin ella con el fin de entregarla apta para el consumo,
innocua y aprovechable, para el hombre, animales, agricultura e industrias
(Opazo, 1999).
El crecimiento de la demanda de agua potable con altos estándares de calidad ha
intensificado en las últimas décadas el estudio de las sustancias nocivas,
estableciendo que los compuestos más hidrofílicos y de menor peso molecular son
los más difíciles de eliminar por métodos químicos tradicionales tales como la
coagulación y floculación, al igual que los contaminantes orgánicos persistentes
los cuales son a menudo menos biodegradables y permanecen después de
tratamiento de agua potable convencional (Kim, Drewes, Summers, & Amy, 2007),
dando lugar al estudio e implementación de procesos fisicoquímicos de
postratamiento avanzado para el agua (Gray, 2005).
Las primeras referencias sobre la investigación en el campo de las membranas
datan de mediados del siglo XVIII. En dichos trabajos se observaron y estudiaron
fenómenos osmóticos. Sin embargo hubo que esperar hasta el siglo XX para que
se comercializaran las primeras membranas. Pero sin duda el detonante más
importante en tecnologías de membranas se produjo hace tan sólo tres décadas
con el desarrollo de las membranas asimétricas, consistentes en una fina capa
selectiva depositada sobre un soporte poroso. Estas membranas permitían
obtener mayores densidades de flujo de permeado con el mismo espesor que una
membrana simétrica. (GONZÁLEZ, 2010)
En 1935, dos científicos Británicos B:A Adams y B:L Holmes descubrieron que las
resinas sintéticas tenían propiedades de intercambio iónico en productos de
condensación de la formalina y el fenol, polifenol o tanina, creando las primeras
resinas. El desarrollo y la producción de resinas con intercambio iónico
continuaron desde 1936 en la industria moderna, (Hendericks, 2006) la
corporación Mitsubishi Kasei inició investigaciones sobre la manufactura de
resinas de intercambio iónico en 1938 y empezó la producción industrial en 1946
con Diaion K (una condensación de polímeros de fenol ácido sulfnico y formalina)
y Diaion A. A veces, la distribución de una gran cantidad de Dianion a varios
17
laboratorios contribuyó al estudio de las resinas de intercambio iónico y se
formaron las bases de las técnicas de hoy. (CANO, 1997)
Las aplicaciones prácticas de la radiación ultravioleta comenzaron en 1901 cuando
se consiguió producir esta luz artificialmente. Esta técnica se consideró para la
desinfección del agua de bebida cuando se comprobó que el cuarzo era una de
los pocos materiales casi totalmente transparente a la radiación ultravioleta, lo que
permitió la envoltura protectora de los tubos. Los primeros intentos experimentales
se llevaron a cabo en Marsella, Francia, en 1910. Entre 1916 y 1926, se usó UV
en los Estados Unidos para la desinfección del agua y para proveer agua potable
a los barcos. Sin embargo, la popularidad del cloro y sus derivados, asociados a
su bajo costo de aplicación, hicieron que se retardara la producción de equipos
hasta la década de 1950 y más aún hasta la de 1970 en que las lámparas
comienzan a ser confiables y de vida prolongada. (ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE
LA SALÚD, 2015)
Desde los años 40, el crecimiento industrial ha sido sobresaliente y las resinas de
intercambio son ahora usadas no solo para el tratamiento de aguas como en el
pasado, sino en una gran variedad de campos incluyendo la industria de la comida
y medicina, o como catalizador. (CANO, 1997)
Los trabajos más recientes en cuanto a las membranas se han centrado en el
desarrollo de nuevos materiales para la fabricación de membranas, en la
modelización de los diversos procesos de separación por membranas y en la
determinación de la influencia de numerosas variables en dichos procesos.
(GONZÁLEZ, 2010)
La aparición de los subproductos de la desinfección (SPD), sobre todo aquellos
asociados a la desinfección con cloro, hicieron que numerosos sistemas pasaran
de éste a la UV. Al comienzo del siglo XXI, en Europa existen unos 2.000 sistemas
de aguas desinfectados con UV, y una planta en Alemania, trata nada menos que
un caudal de 329.000 m3/día. A pesar de que la radiación UV no otorga ninguna
acción residual al agua tratada, la desinfección con radiación ultravioleta se ha
venido utilizando ampliamente en los sistemas de abastecimiento de agua de
pequeños establecimientos, como hospitales, industrias de alimentos y bebidas y
hoteles. Recientemente se ha incrementado su uso para la desinfección de
efluentes de plantas de tratamiento de aguas servidas y ha vuelto a recibir
atención como desinfectante de pequeños sistemas de agua, debido a su
capacidad de desinfectar sin producir cambios físicos o químicos notables en el
18
agua tratada. Existe en el mercado una gama de equipos para grandes plantas de
tratamiento de agua hasta un pequeño artilugio que cabe en una mano y que los
caminantes usan para desinfectar aguas de lagos y ríos. (ORGANIZACIÓN
MUNDIAL DE LA SALÚD, 2015)
La investigación es otro campo de aplicación para las plantas piloto en diferentes
áreas académicas e industriales. Un ejemplo de esto es la Planta piloto universal
móvil de ensayo de membranas mediante gradiente de presión para Microfiltración
(MF), Ultrafiltración (UF), Nanofiltración (NF) y Osmosis Inversa (OI/RO) fabricado
en la Universidad de Cantabria, es una invención que hace referencia a una planta
que permite el ensayo de módulos de cualquier geometría (planos, tubulares,
espirales, fibra hueca, etc.) los cuales soportan membranas para cualesquiera de
los rangos de trabajo de MF, UF, NF y (OI/RO), comercializados por cualquier
fabricante.
Para efectos académicos la Universidad de la Salle como ente formador de
Ingenieros Ambientales y Sanitarios en lo que respecta a la solución de
problemáticas por medio de una base teórica de las operaciones unitarias y un
complemento práctico, ha incentivado a través de tesis y procesos investigativos el
uso de estas tecnologías; este es el caso de la implementación de un prototipo de
una planta de tratamiento de agua potable con procesos convencionales que
comprende diferentes etapas, aireación, coagulación, floculación, sedimentación,
filtración y desinfección. También encontramos la evaluación de la degradación de
fenoles en una fase acuosa a nivel de laboratorio mediante fotocatálisis
heterogénea con suministro de energía solar, la evaluación a nivel laboratorio de
un sistema de oxidación fotocatalitica heterogénea para la degradación de un
colorante reactivo usado en la industria textil y los sistemas de control purificado
de agua para muestras clínicas, las cuales han sido tesis desarrolladas en la
Universidad de La Salle.
19
4. MARCO TEÓRICO
El agua como recurso imprescindible y vital para los seres vivos se ha convertido
en objeto de estudio para diagnosticar su disponibilidad y calidad, con el fin de
optimizar las operaciones unitarias dentro de un sistema de potabilización que
permitan mejorar su calidad a fin de obtener un recurso consumible y que cumpla
con los estándares regulatorios de agua potable.
Dentro del tratamiento del agua potable existen las operaciones unitarias
convencionales y los procesos avanzados. El tratamiento convencional puede
normalmente producir agua saludable, sin embargo, el aumento de estándares de
agua potable debido a la presencia de nitratos, compuestos orgánicos clorados,
agentes patógenos resistentes al cloro, problemas de sabor y olor, etc, junto con la
creciente demanda de agua potable por muchas industrias para la producción de
productos farmacéuticos, comidas, bebidas, fabricación de ordenadores, ha dado
lugar a muchos procesos de post-tratamiento físicoquímico que se emplean en las
plantas de tratamiento de agua. Estos incluyen adsorción, intercambio catiónico,
desinfección por UV, ozonización y membranas de filtración incluyendo la micro
filtración y osmosis inversa. Con el fin de cumplir con el nuevo estándar de
plaguicidas de 0,1 µg𝑙−1 y eliminar las trazas de drogas farmacéuticas del agua
potable, la filtración por carbón activado y ozonización son cada vez más
comunes. (N.F.Gray, 2005). Los tratamientos avanzados de agua potable que se
estudiaran se encuentran descritos a continuación:
4.1. DESMINERALIZACIÓN
El proceso de desmineralización es un proceso químico que emplea el intercambio
reversible de iones de la misma carga entre un medio iónico sólido y una solución.
En este proceso el agua se desmineraliza usando resinas de intercambio iónico y
catiónico que pueden eliminar casi el 100% de sales que contiene el agua, pero no
compuestos orgánicos, bacterias o virus (Aquasalud treatment, 2011). Se utiliza
principalmente para ablandar el agua de cationes de Ca2+y Mg2+ que son
intercambiados por N𝑎+ donde el 𝑁𝑎2𝑅 es el medio de intercambio iónico con R el
polímero cargado negativamente. El intercambio Iónico se lleva a cabo en un
reactor de lecho fijo de flujo descendente. La capacidad de intercambio iónico de
los medios se mide por el número de cargas que puede reemplazar por unidad de
volumen expresado como equivalentes (eq𝑚−3). Esto se hace experimentalmente
usando una columna simple que contiene un volumen conocido de medio. Las
20
capacidades normales para las resinas de intercambio de ablandamiento de agua
son entre 100 y 1500 eq𝑚−3. La resina granular se encuentra en un tanque
cerrado similar en el diseño a un filtro de arena rápido presurizado. La cantidad de
resina debe corresponder a una profundidad entre 0,8 y 2,0 m para evitar
cortocircuitos en el agua, con caudales <1𝑚3𝑚𝑖𝑛−1𝑚−3 de medio. (N.F.Gray,
2005). Una vez que el rendimiento cae, la cama se vuelve a lavar con agua limpia
para eliminar los sólidos y luego se regenera lavando con soluciones de NaOH y
H2SO4 (Aquasalud treatment, 2011).
El intercambio iónico es una técnica usada para eliminar o sustituir contaminantes
de baja concentración en el líquido a tratar tal como se había mencionado
anteriormente (Web del profesor, 2014), por lo que el agua utilizada para el
ablandamiento debe tener una turbidez y concentración de cloro baja y estar libre
de materia orgánica que pueda ser adsorbida sobre los sitios del medio inactivo
(N.F.Gray, 2005); esto prolongara la duración del ciclo y evita valores intolerables
de regenerante que se convierten en un problema persistente para el tratamiento.
(Amberjet, 2012). Las resinas de intercambio iónico son esferas porosas menores
de 1mm hechas de polímeros insolubles.(ACF). La humedad de una resina
(retención de humedad) está relacionada con su porosidad, esta retención de
humedad se expresa generalmente como porcentaje de la masa de una resina en
una forma iónica determinada. Aproximadamente la mitad de la masa de una
resina es agua excepto cuando la resina está seca o cuando el agua de
hidratación normal ha sido reemplazada por un solvente orgánico. Está claro que
una resina de humedad alta tiene menos materia seca y por lo tanto lleva menos
grupos activos y tiene una capacidad más baja. Por el otro lado, una resina muy
porosa proporciona un acceso más fácil a los iones de gran tamaño.
En las resinas de tipo gel, la humedad tiene una relación inversa con la tasa de reticulación del esqueleto. Eso no vale para resinas macroporosas porque se puede ajustar su porosidad artificial sin depender de la tasa de reticulación. En general, las resinas de baja humedad tienen una cinética más lenta y padecen de un riesgo de envenenamiento.
A continuación se presentan el tipo de las resinas existentes y sus características
según las categorías de intercambiadores iónicos:
21
Tabla 1. Especificaciones resinas aniónicas
RESINAS ÁCIDAS FUERTES: RESINAS ÁCIDAS DÉBILES:
Esqueleto sólido: Poliestireno
entrecruzado con divinilbenceno
(DVB)
Esqueleto sólido: Copolímeros de DVB y
Ac. Acrílico o metacrilato
Resinas Comerciales con 2-12%
DVB
Tienen grupos carboxílicos como los sitios
de intercambio
Matriz polimérica retiene los grupos
funcionales negativos e intercambia
cationes
Son altamente eficientes en su
regeneración
Grupo funcional más característico
resinas ácido fuerte es el grupo
benceno-sulfónico
Son sometidas a una capacidad reducida
de un incremento en el flujo volumétrico,
bajas temperaturas y una relación de
dureza a alcalinidad por debajo de uno
Operan a cualquier pH Parcialmente ionizadas (menor capacidad
de cambio)
Son las preferidas para suavización
y es la primera unidad en un
desmineralizador de dos lechos
No se pueden utilizar a pH bajos
Fuente: (Web del profesor, 2014) (Hendricks, 2006)
Tabla 2. Especificaciones de resinas catiónicas
RESINAS BÁSICAS FUERTES RESINAS BASICAS
DÉBILES
Esqueleto sólido: Poliestireno
entrecruzado con divinilbenceno Amplia variedad
Grupo funcionales amonio cuaternario
constituyen las cargas fijas positivas
Ej. Estructura polimérica de
poliestireno-DVB pero con
grupos amina ternaria
Resinas equivalentes a NaOH aunque
pueden degradarse a T>60ºC,
particularmente a altos pH
No se utilizan a alto pH
Los dos principales grupos son Tipo I y
Tipo II
Pueden sufrir problemas de
oxidación y ensuciamiento
Las de tipo I tienen 3 grupos metilo
Las de Tipo II un grupo etanol
reemplaza uno de los grupos metilo
Fuente: (Web del profesor, 2014) (Hendricks, 2006)
22
El tipo de resina a utilizar sea fuerte o débil corresponde a las características del
agua a usar y la frecuencia de regeneración que se desee ejecutar.
Las dos principales técnicas de regeneración para intercambiadores iónicos son
los métodos batch y en columna, durante esta operación se logra por utilización de
una solución reactiva (sal, ácido, álcali), la reversibilidad del fenómeno de
intercambio, haciendo que se liberen las sustancias retenidas en el medio iónico.
El método en columna puede ser dividido de acuerdo a como se ejecute el
proceso, en lechos fijos o móviles. En el primer caso los lechos fijos, también
pueden clasificarse según se efectué la regeneración, en cocorriente o en
contracorriente. La operación batch consiste en colocar la resina y el líquido a
tratar en un tanque, para posteriormente mezclar y permitir llegar al equilibrio
durante 8 horas aproximadamente para ser usada en un nuevo ciclo (IDRECO
SUDAMERICANA SA, 1990)
A continuación se presentan los valores típicos de parámetros de diseño para un
intercambiador de lecho fijo los cuales aseguran un mínimo de fugas y un buen
contacto liquido-resina.
Tabla 3. Parámetros de diseño de intercambiador de lecho fijo
Valor Unidad
Longitud mínima de lecho 61-76 cm
Flujo de solución a tratar: 0.27-0.67 m3/(min·m2)
Flujo de regenerante: 0.13-0.27 m3/ (min·m2)
Lavado: aplicado flujo 0.13-
0.20 m3/(min·m2) 4-13.4 m3
Fuente: (Web del profesor, 2014)
En el proceso de ablandamiento con resinas de intercambio iónico, el calcio y el
magnesio en solución en el agua deben ser desplazados por un ión del material
sólido insoluble que constituye la resina. En la práctica debe usarse una resina
catiónica como las zeolitas operando en el ciclo del sodio para que el calcio y el
magnesio sean reemplazados por el sodio de la zeolita y viceversa. El
ablandamiento debe realizarse por ciclos en el intercambiador, en cada uno de los
cuales se alcanza a tratar un determinado volumen de agua, la duración de un
ciclo debe definirse por la capacidad de intercambio. (MINISTERIO DE
DESARROLLO ECONÓMICO, 2000)
23
Las características generales que debe tener un intercambiador para el
tratamiento de aguas potables son las siguientes: El producto intercambiador debe
ser insoluble en las condiciones normales de empleo; debe constituirse por granos
de gran homogeneidad y de tales dimensiones que su pérdida de carga en el
lecho sea aceptable; la variación de los iones retenidos por el intercambiador no
debe producir la degradación de su estructura física. Se hace referencia a las
zeolitas del tipo de poliestirenos sulfonados. Las características de operación de
una resina de intercambio iónico de poliestireno deben cumplir las siguientes
especificaciones: Capacidad operativa de intercambio entre 45 g/L y 80 g/L; tasa
de flujo debe estar entre 120 m3 /(m2 .día) y 350 m3 /(m2 .día); tasa de
regeneración entre 300 m3 /(m2 .día) y 350 m3 /(m2 .día); dosis de sal
regenerante entre 80 kg/m3 y 320 kg/m3; tiempo de contacto con la salmuera
debe ser de 25 min a 45 min. Las resinas de ciclo de sodio sintéticas pueden tener
una capacidad de intercambio dos veces mayor con la mitad del requerimiento de
material regenerante, pero tiene un costo más alto, la regeneración es por
tratamiento ácido. (MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO, 2000)
4.2. FILTRACIÓN
La filtración por membranas es un proceso sofisticado que emplea principalmente
membranas sintéticas poliméricas para la filtración física de soluciones con
partículas diminutas bajo presión. La filtración por membranas es ampliamente
usada para los tratamientos avanzados y terciarios de las plantas de tratamiento
de agua residual (N.F.Gray, 2005). Inicialmente, las membranas fueron
consideradas sobre todo para la desalinización de agua de mar. Desde la década
de 90´s, el alcance de la filtración de membrana se ha ampliado para incluir la
remoción de organismos (bacterias y virus), compuestos orgánicos e iones. El
propósito ha incluido el tratamiento de agua potable, agua para procesos
industriales, agua ultrapura para la industria electrónica, reutilización de aguas
residuales y la separación de sólidos en tratamiento de aguas residuales por
membranas inmersas (Hendricks, 2006). Las membranas requieren retrolavados
periódicos ya sea de agua o gas bajo presión para remover sólidos atrapados de
los microporos. Los materiales de las membranas generalmente son polímeros
sintéticos orgánicos como el acetato de celulosa (CA), poliamida, polisulfona,
polivinilideno y politetrafluoretileno siendo los más comunes. (Cheryan, 1986). El
CA puede tolerar < 2 mg/L de Cloro. Por otra parte también son usadas las
membranas inorgánicas incluyendo la cerámica que proporcionan una estructura
fuerte y otros materiales incluyendo alúmina, cerio, vidrio, titanio y circonio
24
(Hendricks, 2006). A continuación se describen los tipos de procesos por
membranas:
Microfiltración
La microfiltración (MF) es un proceso físico comercializado en un producto listo
para usar como cartucho o sección modular que puede eliminar las partículas de
tamaño entre 0,05 y 5 µm. Las membranas pueden venir en variedad de formas,
como las tubulares, capilares, de fibra hueca y hojas enrolladas en espiral. El agua
a tratar es presurizada de 100-400 kPa, forzando el permeado a través de la
membrana con el material particulado retenido. La gran densidad de poros resulta
en una baja resistencia hidrodinámica permitiendo altas tasas de flujo. Existen
varios diseños diferentes de sistemas de microfiltración, pero este puede ser
clasificado según la forma en la cual es introducida el agua a la membrana. El
sistema funciona con un flujo de entrada perpendicular a la membrana la cual
retiene las partículas acumulándolas en la superficie de la membrana formando
una torta de filtro. El de flujo cruzado es donde el flujo es introducido
tangencialmente a la superficie de la membrana que promueve la auto limpieza
asegurando periodos largos de operación entre el retrolavado. La ultrafiltración
posee en su membrana microporos más pequeños, donde se requiere una presión
por encima de 3000 kPa que fuerza el agua sin tratar a través de la membrana.
(N.F.Gray, 2005).
Las membranas de microfiltración pueden remover la mayor parte de las partículas
suspendidas encontradas en el agua, incluyendo quistes de protozoarios como
Gyardia lamblia y Cryptosporidium parvum ooquiste, brindando remoción de
algunas bacterias, sin embargo la ultrafiltración remueve mayor parte de ellas
tales como Salmonella typhi, Vibrio cólera y algunos virus, excluyendo a la
Hepatitis y el polio las cuales son eliminadas por nanofiltracion. (Hendricks, 2006).
Una amplia variedad de membranas fabricadas con diferentes capacidades de
eliminación están disponibles. En la
Tabla 4. Tipos de membranas comunes en el mercado, se muestran los dos tipos
de filtración descritos anteriormente junto con los tamaños de poro y presiones de
operación comunes.
Tabla 4. Tipos de membranas comunes en el mercado
Densidad de flujo
Presión de
operación
Tipo de Tamaño del (m3/m2/h) (gpm/ft2) kPa psi
25
membrana Poro (mm)
Microfiltración
(MF) 0,1-2 167-1670 68-684 25-210 5-30
Ultrafiltración
(UF) 0,01-0,1 42-500 17,205 105-415 15-60
Fuente: (Thompson, 1992)
Los filtros microporosos de profundidad proporcionan una barrera física al paso de
las partículas, y se caracterizan por sus puntuaciones de tamaño de partícula
nominal. Los filtros de profundidad son de fibra enredada o materiales
comprimidos para formar una matriz que retiene las partículas por adsorción al
azar. (ACF)
El funcionamiento del filtro se puede mejorar mediante el uso de microfiltros que
incorporan una superficie modificada, que atraerá y retendrá a aquéllos coloides,
que suelen ser mucho más pequeños que el tamaño de poro en la membrana. Los
filtros de profundidad (típicamente de 1- 50 micras) son utilizados comúnmente
como una manera económica de remover la masa de sólidos suspendidos y
proteger a las tecnologías posteriores de purificación de incrustamiento y
obstrucción. Se reemplazan periódicamente. (ACF)
El carbón activado es utilizado como pretratramiento para remover cloro y
cloraminas del agua de alimentación para que éstas no dañen las membranas de
los filtros y las resinas de intercambio iónico. La mayoría del carbón activado es
producido “activando” el carbón de leña de cáscaras de coco o tostando carbón a
800 – 1000 º C en la presencia de vapor de agua y CO2. El lavado ácido elimina
gran parte de los óxidos residuales y otros materiales solubles. El carbón activado
utilizado usualmente en el tratamiento de agua tiene tamaños de poros en un
rango de 500-1000 nm y un área superficial de alrededor de 1000 metros
cuadrados por gramo. El carbón es utilizado en gránulos o cartuchos moldeados y
encapsulados que producen un menor número de partículas finas. El carbón
activado reacciona químicamente con 2-4 veces su peso en cloro, produciendo
cloruros. Ésta reacción es muy rápida y los filtros de carbón pequeños pueden
remover efectivamente el cloro del agua. La ruptura de la cloramina por el carbón
es una reacción catalítica relativamente lenta que produce amoniaco, nitrógeno y
cloruro; se necesitan volúmenes más grandes de carbono. El incrustamiento
orgánico puede reducir la efectividad del carbono y es dependiente del suministro
de agua local. Esto debe ser considerado al dimensionar las unidades de carbono.
(ACF)
26
27
4.3. DESINFECCIÓN
Para los procesos avanzados, la desinfección cumple con los objetivos de
desactivación y destrucción de organismos patógenos con el fin de prevenir la
dispersión de enfermedades transmitidas a través del agua, mediante tecnologías
que permiten asegurar una calidad del agua para su consumo.
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
El sistema de desinfección con luz ultravioleta (UV) transfiere energía
electromagnética desde una lámpara de vapor de mercurio al material genético del
organismo (ADN o ARN). Cuando la radiación UV penetra en las paredes de la
célula de un organismo, penetra al material genético de los microorganismos
retardando su habilidad de reproducción. (EPA, 1999).
El ADN está constituido por nucleótidos compuestos a su vez por una molécula de
azúcar, otra de fosfato y una base nitrogenada. Las bases nitrogenadas pueden
ser púricas o pirimídicas. Los nucleótidos con base pirimídicas son la citosina
(encontrada en el ADN y ARN), la timina (encontrada solamente en el ADN) y el
uracilo (encontrado sólo en el ARN). Las de bases púricas son la adenina y la
guanina. En la Ilustración 1, se observa como la radiación de luz ultravioleta
penetra la pared celular de los organismos y es absorbida por el ADN y el ARN
dimerizando dos bases (las une entre sí con un doble enlace), lo cual impide la
reproducción o produce la muerte de la célula (Metcalf y Eddy, 1996). La
dimerización de dos timinas es la más eficiente para inactivar los microrganismos
(Darby et al., 1995). (COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA , 2007)
Ilustración 1. Acción germicida de la luz UV sobre las bases nitrogenadas
Fuente: (COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA , 2007)
La radiación ultravioleta en el rango de 200< λ< 300 nm causa daño en el ADN, el
28
cual impide la replicación del ADN y por lo tanto inactiva la organismo. Prescott et
al, (1993) menciona que la λ <260 nm es más letal para los microorganismos. La
longitud de onda predominante emitida por lámparas de bajas presiones es λ<254
nm, la cual es altamente efectiva aunque ligeramente menos que λ <260 nm.
(Hendricks, 2006). La región de UV se divide en cuatro subregiones: UV de vacío,
UV-C, UV-B y UV-A (COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA , 2007)
Ilustración 2. Espectro electromagnético con una escala expandida de la radiación
UV
Fuente: (COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA , 2007)
La generación de UV con lámparas implica el paso de un arco eléctrico a través de
vapor de mercurio el cual crea la radiación de 253,7 nm de longitud de onda, que
tiene aproximadamente 85% de la eficacia de un germicida del ideal de longitud de
onda 260-265 nm. (Snicer, 2000). Existen lámparas de UV de menor, media y alta
presión, siendo las más comunes las de baja presión las cuales manejan una
presión de vapor de mercurio de 10-3 < p(Hg)<10-2mm Hg con una temperatura
superficial de 40- 50 °C. Alrededor del 85% de la energía emitida es ɣ=253.7 nm.
La vida útil de una lámpara UV es alrededor de 7500-8800 h (basado en un
reinicio cada 8 horas). Las lámparas de baja presión son usualmente cilíndricas
con 0.9<diámetro<4cm y de 10< longitud<160 cm. (Hendricks, 2006).
Factores que influyen en la acción desinfectante de la radiación UV
Aplicando la desinfección por radiación UV se debe tener en cuenta los siguientes
factores: a) tiempo de contacto; b) intensidad de la radiación; c) tipo de
organismos y d) calidad del agua
a) Tiempo de contacto: Quizá sea esta una de las variables más importantes
en el proceso de desinfección. Su comportamiento es generalmente como
se muestra en la Ilustración 3 en la cual la mortalidad de los patógenos
aumentan en cuanto mayor sea el tiempo de contacto, cuya cinética de
inactivación corresponde a la ley de chick:
29
Ilustración 4 Desviaciones de la ley de
Chick
𝑁 = 𝑁0𝑒−𝑘𝐼𝑡
En donde
𝑁0 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑏𝑖𝑜𝑠 𝑝𝑟𝑒𝑣𝑖𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑈𝑉
𝑁 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑏𝑖𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑈𝑉
𝐼 = 𝐼𝑛𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑏𝑖𝑎𝑛𝑎
Se observan a menudo derivaciones de la ley de Chick ya sea como un “hombro”
a dosis bajas o “colas” a dosis altas (Ver Ilustración 4). Los hombros a dosis bajas
pueden ser explicados usando la cinética de inactivación de eventos en series
(Severin et al, 1984). En cinética de eventos en series, la inactivación de un
microbio se produce sólo después que haya ocurrido daño significativo dentro del
microbio. En concordancia con lo anterior, el inicio de la inactivación (observada
con una curva de respuesta de dosis) parece requerir una dosis de umbral. No
todos los microbios demuestran cinética observable de eventos en serie en sus
curvas de respuesta de dosis. Severin et al (1984) y Harris et al (1987) observaron
inactivación de virus siguiendo la ley de Chick e inactivación bacteriana siguiendo
la cinética de eventos en serie. Chang et al (1985) observó inactivación viral y la
inactivación de algunos patógenos bacterianos siguiendo la ley Chick mientras que
la inactivación de quistes, esporas y otras bacterias tenían “hombros”. (CAIRNS,
1990)
b) Intensidad de la radiación: A menor distancia del agua respecto al punto de emisión de los rayos, mayor será la intensidad de los mismos y por tanto la desinfección será más eficiente. Con respecto a esta condición, existe
Ilustración 3 Cinética de inactivación de la
desinfección UV
Fuente: (CAIRNS, 1990) Fuente: (CAZCO, 2010)
30
una regla general que dice que no debe haber más de 75 mm de profundidad de agua para asegurar que cada porción de la misma sea alcanzada por los rayos adecuadamente. (NEWPUBLICCRIMINIS, 2014).
c) Tipos de microorganismos: La radiación ultravioleta se mide en
microvatios por centímetro cuadrado (μW/cm2) y la dosis en microvatios
segundo por centímetro cuadrado (μWs/cm2) (radiación x tiempo). La
resistencia al efecto de la radiación dependerá del tipo de microorganismo.
No obstante, la dosificación de luz ultravioleta requerida para destruir los
microorganismos más comunes (coliformes, pseudomonas, etc.) varía entre
6.000 y 10.000 μWs/cm2. Las normas para la dosificación de luz ultravioleta
en diferentes países varían entre 16.000 y 38.000 μWs/cm2.
(NEWPUBLICCRIMINIS, 2014).
d) Calidad del agua: La temperatura del agua tiene poca o ninguna influencia
en la eficacia de la desinfección con luz ultravioleta, pero afecta el
rendimiento operativo de la lámpara de luz ultravioleta, cuando la misma
está inmersa en el agua. La energía ultravioleta es absorbida por el agua,
pero en mucho mayor grado es absorbida por los sólidos en suspensión o
disueltos, turbiedad y color. En el agua para consumo humano, la
concentración de los sólidos en suspensión es generalmente inferior a 10
ppm, nivel al que empieza a experimentar problemas con la absorción de la
luz ultravioleta. La turbiedad debe ser tan baja como sea posible y en todo
caso, deben evitarse turbiedades mayores de 5 UTN.
(NEWPUBLICCRIMINIS, 2014). Los metales son una gran interferencia
durante la radiación ya que absorben la luz ultravioleta. (COMISIÓN
NACIONAL DEL AGUA , 2007)
CONFIGURACIONES TÍPICAS PARA EL MONTAJE DE UN REACTOR UV
Existen dos tipos de configuraciones para el montaje de un reactor UV, los
reactores planos y anulares, tal como se muestra en el esquema de la ilustración
sus características se encuentran a continuación:
Reactor Plano: Consta de un paralepípedo rectangular delgado, limitado por dos
planos paralelos hechos de vidrio cuarzo, entre los cuales circula el medio
reaccionante, dos lámparas tubulares UV de emisión continua y dos reflectores
parabólicos que alojan las lámparas tubulares. (SOCHA & BÁEZ, 2010)
31
Reactor Anular: El sistema reaccionante está contenido en un espacio anular
cilíndrico que rodea a una lámpara tubular que actúa como fuente de radiación. La
cual emite en todo su volumen, principalmente en el rango. (SOCHA & BÁEZ,
2010)
Ilustración 5 Reactor plano y Reactor anular
Reactor anular Reactor plano
Fuente: (SOCHA & BÁEZ, 2010)
Según el tipo de lámparas de mercurio se puede clasificar la configuración de las
lámparas en canales abiertos, cámaras cerradas, tubos en teflón, tubos en forma
de u o lámparas planas, según se muestra en la
Ilustración 6
Ilustración 6 Tipos de sistemas de desinfección con Luz UV
32
FUENTE: (MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO, 2000)
5. MARCO LEGAL
Tabla 5 Marco legal
Norma Descripción
Resolución 2115 de 2007
(Min. Protección; Min. De Ambiente,
Vivienda y Desarrollo Territorial)
Resolución en la cual se señalan
características, instrumentos básicos y
frecuencias de sistemas de control y
vigilancia para la calidad de agua para
consumo humano.
Decreto 1575 de 2007
(Ministerio de la protección social)
Decreto por el cual se establece el
Sistema para la Protección y Control
de la Calidad del Agua para Consumo
Humano
RAS 2000 SECCIÓN II TÍTULO C
Sistemas de potabilización
Reglamento del sector técnico de agua
potable y saneamiento básico para los
sistemas de potabilización.
33
34
6. METODOLOGÍA
Este proyecto contempla 4 fases para su elaboración dentro de las cuales la
primera de ellas es la revisión bibliográfica, la segunda corresponde a las
unidades de tratamiento, la tercera comprende la construcción de la planta piloto y
termina con la fase 4 llamada operatividad. A continuación se observa en la
Ilustración 7 las actividades desarrolladas para cada una de las fases
mencionadas previamente.
Ilustración 7. Fases de la Metodología.
6.1. FASE I. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
En la primera fase se realiza la revisión bibliográfica que corresponde a la
documentación referente al tema de procesos avanzados de agua potable,
FASES DE LA METODOLOGÍA
FASE I REVISIÓN BIBLIGRÁFICA
Revision de tesis.
Revision de Cibergrafia y
articulos
Revision de libros
Estado del arte
FASE II UNIDADES DE TRATAMIENTO
Evaluación de piezas existentes,
Evaluación de piezas a reemplazar
Evaluación de piezas por incorporar
Dimensionamiento
FASE III MONTAJE DE LA PLANTA
PILOTO
Instalación
Montaje
FASE IV
OPERACIÒN
Pruebas hidráulica
Pruebas de aforo de caudal
Pruebas de eficiencia
35
enfocada a las unidades que se van a contemplar dentro de este documento. Se
tienen en cuenta las unidades implementadas a nivel industrial y tesis enfocadas a
la aplicación de estos tratamientos.
6.2. FASE II. UNIDADES DE TRATAMIENTO
En esta fase se realiza la evaluación del estado actual de las unidades de resinas
de intercambio, filtros de membrana y reactor UV, contemplando aquellos
accesorios y piezas que deben ser añadidos y/o reemplazados. En esta fase se
evaluaron los aditamentos equipos y piezas que se requieren en el tratamiento. A
continuación se describen para cada una de las unidades de tratamiento, las
actividades realizadas.
6.2.1. FILTROS DE MEMBRANA
Dimensionamiento
Para obtener la capacidad de los filtros se tomó en cuenta los parámetros como
diámetros y el largo tanto del cartucho y la carcasa, según se muestra en la Tabla
6
Tabla 6 Dimenisonamiento filtros
TECNOLOGÍA PARÁMETRO UNIDAD
FILTROS
Número de unidades #
Largo de la carcasa Lc cm
Diámetro de la carcasa Dc cm
Diámetro del cartucho Dca cm
Largo del cartucho Lca cm Fuente: Propia
La capacidad de los filtros fue difícil de cuantificar con exactitud ya que el volumen
real de agua tratada cambia debido a que algunas zonas de la unidad poseen una
morfología compleja de detallar, razón por la cual se calcula de forma manual el
volumen efectivo de la unidad mediante un aforo. Se calculó inicialmente el
volumen de la carcasa considerado su diámetro y longitud. Del mismo modo se
procedió con el cartucho y se calculó el volumen neto del filtro mediante la
diferencia entre estos volúmenes
Volumen de la carcasa
36
𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 𝐷𝑐2
4∗ 𝐿𝑐
𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ (12.7 𝑐𝑚)2
4∗ 50.8 𝑐𝑚
𝑉𝑐 = 6435,18 𝑐𝑚3 = 6.4 𝐿
Volumen del cartucho
𝑉𝑐𝑎𝑟 = 𝜋 ∗ 𝐷𝑐𝑎2
4∗ 𝐿𝑐𝑎
𝑉𝑐𝑎𝑟 = 𝜋 ∗ (6.35 𝑐𝑚)2
4∗ 50 𝑐𝑚
𝑉𝑐𝑎𝑟 = 1608,80 𝑐𝑚3 = 1.61 𝐿
Volumen neto del filtro
𝑉𝑛𝑒𝑡𝑜 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑐𝑎𝑟
𝑉𝑛𝑒𝑡𝑜 = 6.4 𝐿 − 1.61 𝐿 = 4.83 𝐿
Donde
Vc= Volumen de la carcasa (L)
Vcar= Volumen del cartucho (L)
Ilustración 8 Dimensiones
Fuente: Propia
37
A continuación se muestra el resumen de fórmulas implementadas para conocer la
capacidad de los filtros.
Tabla 7 Resumen de fórmulas de filtro
TECNOLOGÍA PARÁMETRO UNIDAD FÓRMULA
FILTRACIÓN
Área de la carcasa
cm2 Ac 𝐴𝑐 =𝜋 𝐷𝑐2
4
Volumen de la carcasa
cm3 Vc 𝑉𝑐 = 𝐴𝑐 𝑥𝐿
Área del cartucho
cm2 Acar 𝐴𝑐 =𝜋 𝐷𝑐𝑎𝑟2
4
Volumen del cartucho
cm3 Vcar 𝑉𝑐𝑎𝑟 = 𝐴𝑐𝑎𝑟 𝑥 𝐿
Área neta del filtro
cm2 Af 𝐴𝑓 = 𝐴𝑐 − 𝐴𝑐𝑎𝑟
Volumen neto del filtro
cm3 Vf 𝑉𝑓 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑐𝑎𝑟
Fuente: Propia
Numero de Reynolds
El procedimiento de dimensionamiento de la parte hidráulica considero el cálculo
del número de Reynolds teniendo en cuenta la temperatura a la que se
encontraba el fluido y de esta forma conocer sus propiedades como la densidad,
viscosidad dinámica y viscosidad cinemática. Posteriormente, se determinó el área
de contacto del fluido con tuberías y mangueras mediante la siguiente ecuación:
𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
En donde:
𝐷𝑖 = 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑛𝑔𝑢𝑒𝑟𝑎 𝑜 𝑡𝑢𝑏𝑜
Una vez hallado el área, se procedió a calcular la velocidad teniendo en cuenta los
caudales de operación de cada unidad, mediante la siguiente ecuación:
38
𝑉 =𝑄
𝐴
En donde:
𝑄 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙
𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎
𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
Teniendo estos valores, se determinó el número de Reynolds por donde pasaba el
fluido de la siguiente forma para cada una de las unidades
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
𝑁𝑅 = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑦𝑛𝑜𝑙𝑑𝑠
𝑉 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑜𝑑𝑎𝑑
𝐷 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜
η = 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎
El número de Reynolds fue calculado para el flujo de agua que pasa a través de
las dos carcasas de los filtros.
Perdidas
Las pérdidas hidráulicas fueron calculadas en función de las longitudes de las
tuberías y mangueras, los accesorios y las contracciones y expansiones
respectivas de cada unidad.
En el caso de los filtros las pérdidas por fricción fueron evaluadas con la ecuación
de Manning, bajo una condición de caudal promedio de 0,26 m3/h, considerando
que la longitud total de la tubería de PVC de ½ in en la entrada es de 0.8 m y su
factor de fricción de 0.010 considerando su diámetro, mientras que la manguera
de plástico usada posee una longitud de 4 m, con un coeficiente de rozamiento de
0.006. Las pérdidas por accesorios en este caso fueron determinadas por el codo
de 90°, las válvulas de globo y las contracciones y expansiones súbitas.
Los parámetros considerados para la fase de dimensionamiento fueron aquellas
medidas que permitieron determinar los volúmenes efectivos de cada una de las
unidades.
39
RESINAS DE INTERCAMBIO
Dimensionamiento
Las columnas de intercambio poseen en su interior un lecho de resinas, el cual es
considerado como un factor importante al momento de realizar su
dimensionamiento, para esto se tomó la altura alcanzada por la resina en cada
una de las columnas en función del peso. El volumen ocupado del lecho de cada
una de las resinas se determinó por su densidad promedio establecida en la
bibliografía (ρ = 720 g/L) y el volumen efectivo de las columnas fue la diferencia
entre el volumen de las carcasas y el del material contenido en cada una de ellas.
Tabla 8. Dimensionamiento columnas de intercambio
TECNOLOGÍA PARÁMETRO SÍMBOLO UNIDAD
COLUMNAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
Altura del lecho H m
Peso de la resina Wr m
Largo de la columna L m
Diámetro de la columna D
m
Fuente: Propia
Cálculo del volumen efectivo de la unidad de intercambio catiónico
El volumen ocupado por la resina es determinado de acuerdo a los siguientes
parámetros
𝑉𝑙 =𝑊𝑟
𝜌
𝑉𝑙 =3.36 𝑘𝑔 ∗
1000 𝑔 1 𝑘𝑔
720 𝑔𝐿 ∗
1000 𝐿1 𝑚3
= 0.005 𝑚3 = 5 𝐿
𝐻 =𝑉
𝐴=
𝑉
𝜋 ∗𝐷𝑐2
4
𝐻 =0.005 𝑚3
𝜋 ∗(0.117 𝑚)
4
2 = 0.433 𝑚 = 43.3 𝑐𝑚
40
El volumen de la columna es calculado de la siguiente manera
𝑉𝑐 = 𝐴 ∗ 𝐿 = 𝜋 ∗ 𝐷2
4∗ 𝐿
𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ (0.117 𝑚)2
4∗ 0.906 𝑚 = 0.010 𝑚3 = 10 𝐿
𝑉 𝑒𝑓𝑒 = 𝑉𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 − 𝑉𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎
𝑉𝑒𝑓𝑒 = 10 𝐿 − 5 𝐿 = 5 𝐿
𝑉𝑒𝑓𝑒 = 4.83 𝐿
Donde
H =Altura del lecho (m)
Wr= Peso de la resina (kg)
𝜌 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 (g/L)
Vl= Volumen del lecho (L)
D= Diámetro de la columna (m)
Vc= Volumen de la columna (L)
V efe= Volumen efectivo (L)
A continuación se muestra la Tabla 9 con el resumen de fórmulas empleadas para
el cálculo de la capacidad de las columnas de intercambio.
Tabla 9 Resumen de fórmulas desmineralización
TECNOLOGÍA PARÁMETRO UNIDAD FÓRMULA
DESMINERALIZACIÓN
Área del columna
cm2 Ac 𝐴𝑐 =𝜋 𝐷𝑐2
4
Volumen del lecho
cm3 Vl 𝑉𝑙 = 𝐴𝑐 𝑥 𝐿
Volumen de la columna
cm3 Vc 𝑉𝑐 = 𝐴𝑐 𝑥 𝐿
Volumen efectivo de la
unidad cm3 Vefe 𝑉𝑒𝑓 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑐
Fuente: Propia
Numero de Reynolds
El número de Reynolds para el caso de las columnas de intercambio se calculó
teniendo en cuenta el flujo que pasa por las dos columnas de intercambio.
41
Perdidas
Las pérdidas por fricción, calculadas con la fórmula de Manning, fueron evaluadas
bajo una condición de caudal promedio de 0,199 m3/h, considerando que las
longitudes totales de las tubería de PVC de ½ in en la entrada de la columna de
intercambio catiónica y aniónica son de 1.04 m y 1.080 respectivamente y el
factor de fricción fue evaluado en 0.010 de acuerdo con su diámetro, mientras que
las mangueras de plástico usadas poseen una longitud de 8.5 m y 7 m para la
resina catiónica y aniónica respectivamente, con un coeficiente de rozamiento de
0.006.
Las pérdidas por accesorios para la primera columna son causadas en este caso
por el uso de tres codos de 90°, una válvula de globo y una contracción y
expansión súbitas, mientras que para la columna de intercambio aniónica las
perdidas por accesorios son causadas por el uso de dos codos de 90°, dos
válvulas de globo y una contracción y expansión súbitas. Dentro del
dimensionamiento de las resinas se tuvo en cuenta el flujo de solución a tratar
para cada columna de intercambio el cual es el cociente entre el caudal y el
volumen de resina presente en cada una de las columnas, expresado en
m3/min*m3.
REACTOR UV
Dimensionamiento
En el caso del reactor UV se realizó el cálculo de las dimensiones reales y
aparentes. Para el primer caso se calculó el volumen real del reactor de forma
experimental, teniendo en cuenta un caudal de trabajo para el cual se tomó el
tiempo. Se halló el volumen multiplicando el caudal por el tiempo. Para el segundo
caso se sacó el volumen aparente conociendo la longitud de la lámpara y la
carcasa de la siguiente forma:
𝑉𝑐 =𝜋 𝐷𝑐2
4𝑥𝐿𝑒𝑓
𝑉𝑐 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎
𝐷𝑐 = 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎
𝐿𝑒𝑓 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎
Para el área de la carcasa Ac se contempla que
42
𝐴𝑐 =𝜋 𝐷𝑐2
4
En donde:
𝐴𝑐 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎
𝐷𝑐 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎
El área neta del reactor fue calculado mediante la diferencia entre las dos áreas
así:
𝐴𝑟 = 𝐴𝑐 − 𝐴𝑙
𝐴𝑟 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
𝐴𝑐 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎
𝐴𝑙 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙á𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎
El volumen neto del reactor fue calculado de la siguiente forma:
𝑉𝑟 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑙
𝑉𝑟 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
𝑉𝑐 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑐𝑎𝑠𝑎
𝑉𝑙 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙á𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎
Tabla 10. Dimensionamiento Reactor UV
TECNOLOGÍA PARÁMETRO SÍMBOLO UNIDAD
REACTOR UV
Potencia de lámpara P W
Largo de la carcasa Lc cm
Largo efectivo de la Carcasa
Lefc-c cm
Diámetro de la carcasa Dc
cm
Diámetro de la lámpara Dl cm
Longitud efectiva de la lámpara
Lefc-L
cm
Fuente: Propia
El área y el volumen de la lámpara son calculadas de la misma forma del reactor
pero considerando las respectivas dimensiones de diámetro y longitud. En la Tabla
11 se muestra el resumen de fórmulas y unidades empleadas para el
dimensionamiento de todas las unidades.
43
Tabla 11 Resumen de Fórmulas Reactor UV
TECNOLOGÍA PARÁMETRO UNIDAD FÓRMULA
RADIACIÓN UV
Área de la carcasa cm2 Ac 𝐴𝑐 =
𝜋 𝐷𝑐2
4
Volumen de la carcasa
cm3 Vc 𝑉𝑐 =𝜋 𝐷𝑐2
4𝑥𝐿𝑒𝑓
Área de la lámpara cm2 Al 𝐴𝑙 =𝜋 𝐷𝑙2
4
Volumen de la lámpara
cm3 Vl 𝑉𝑙 =𝜋 𝐷𝑙2
4𝑥𝐿𝑒𝑓
Área neta del reactor
cm2 Ar 𝐴𝑟 = 𝐴𝑐 − 𝐴𝑙
Volumen neto del reactor
cm3 Vr 𝑉𝑟 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑙
Fuente: Propia
Ilustración 9 Dimensionamiento Reactor UV
Numero de Reynolds
44
El número de Reynolds fue calculado teniendo en cuenta que el reactor es de tipo
anular, para observar el comportamiento del flujo dentro del reactor.
Perdidas
Las pérdidas del reactor UV fueron calculadas dentro de cada uno de los caudales
de experimentación considerando las longitudes totales de la tubería de PVC de
½” tanto de entrada como de salida, las mangueras y los accesorios, que para el
caso del Reactor UV consistiría en un codo de 90°, tres válvulas de bola y dos
racores.
A continuación se puede apreciar la metodología y cálculos usados para la
determinación de las pérdidas mencionadas anteriormente de cada una de las
operaciones unitarias, usando como ejemplo la columna de intercambio catiónico.
- Velocidad en la tubería y mangueras
𝑉 =𝑄
𝐴
Donde
V= Velocidad del agua (m/s)
Q= Caudal de la unidad (m3/h)
A= Área de la tubería y manguera
𝑉 =0.199
𝑚3
ℎ∗
1 ℎ𝑜𝑟𝑎3600 𝑆
𝜋 ∗(0.0166 𝑚)
4
2
𝑽 = 𝟎. 𝟐𝟓𝟔 𝒎/𝒔
- Perdidas por fricción
𝒉𝒇 = 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 + 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑛𝑔𝑢𝑒𝑟𝑎
𝒉𝒇 =𝒇𝒕𝒖𝒃𝒆𝒓𝒊𝒂 ∗ 𝑳 ∗ 𝑽𝟐
𝑫 ∗ 𝟐 ∗ 𝒈+
𝒇𝒎𝒂𝒏𝒈𝒖𝒆𝒓𝒂 ∗ 𝑳 ∗ 𝑽𝟐
𝑫 ∗ 𝟐 ∗ 𝒈
45
ℎ𝑓 = 0.010 ∗ 1.04 𝑚 ∗ (0.256
𝑚𝑠 )2
0.0166 𝑚 ∗ 2 ∗ 9.8 𝑚/𝑠2+
0.006 ∗ 8.05 𝑚 ∗ (0.256𝑚𝑠 )2
0.0166 𝑚 ∗ 2 ∗ 9.8 𝑚/𝑠2
ℎ𝑓 = 0.012 𝑚
- Perdidas por accesorios
Perdida por válvula de bola (2)
ℎ1 =𝐾𝑣𝑎𝑙𝑣𝑢𝑙𝑎 ∗ 𝑉2
2 ∗ 𝑔
ℎ1 = 2 ∗ (1.5 ∗ (
0.256 𝑚𝑠 )
2
2 ∗ 9.8 𝑚/𝑠2)
ℎ1 = 0.00962 𝑚
Perdida por codo de 90° (3)
ℎ2 = 𝐾𝑐𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 90° ∗ 𝑉2
2 ∗ 𝑔
ℎ2 = 3 ∗ (1.5 ∗ (
0.256 𝑚𝑠 )
2
2 ∗ 9.8 𝑚/𝑠2)
ℎ2 = 0.015 𝑚
Perdida por contracción súbita (2)
ℎ3 = 𝐾𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑏𝑖𝑡𝑎 ∗ 𝑉2
2 ∗ 𝑔
46
ℎ3 = 2 ∗ (1.0 ∗ (
0.256 𝑚𝑠 )
2
2 ∗ 9.8 𝑚/𝑠2)
ℎ3 = 0.064 𝑚
Perdida por expansión súbita (1)
ℎ4 = 𝐾𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑏𝑖𝑡𝑎 ∗ 𝑉2
2 ∗ 𝑔
ℎ4 = (1.0 ∗ (
0.256 𝑚𝑠 )
2
2 ∗ 9.8 𝑚/𝑠2)
ℎ4 = 0.160 𝑚
Total de pérdidas
𝒉𝒕 = 𝒉𝒇 + 𝒉𝟏 + 𝒉𝟐 + 𝒉𝟑 + 𝒉𝟒
Donde
ℎ𝑡 = 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
ℎ𝑓 = 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
ℎ1, 𝑛 = 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠
𝒉𝒕 = 0.012 𝑚 + 0.00962 𝑚 + 0.015 𝑚 + 0.064 𝑚 + 0.160 𝑚
𝒉𝒕 = 𝟎. 𝟐𝟔𝟏 𝒎
6.3. FASE III. MONTAJE DE LA PLANTA PILOTO
Teniendo en cuenta la fase anterior se procedió a realizar la instalación y montaje
de los accesorios y piezas correspondientes a cada una de las unidades. En los
filtros de membranas se reemplazaron las tuberías y universales de PVC de ½ in
y mangueras plásticas de calibre delgado con sus respectivas uniones de 1/2 in
en la entrada y salida de los filtros tal como se muestra en la Ilustración 10. La
válvula de paso destinada para regular el caudal a la entrada de la unidad se ubicó
antes del manómetro que registra presiones máximas de 100 psi y se reemplazó
47
el cartucho de filtración de polietileno de 10 micras. La restauración del soporte de
los filtros, se hizo eliminando las partes oxidadas con lija y pintando con aerosol
metálico.
Se adicionaron a la estructura los aditamentos tales como válvulas de registro
para realizar el muestreo a la entrada y salida de la unidad con el fin de verificar la
eficiencia del agua tratada, se instalaron 2 tees de ½ in, 2 racores y acoples
rápidos para manguera permitiendo la flexibilidad modular en la planta ya que
facilita la unión entre el filtro y otra unidad. Para el bombeo del agua fue utilizada
una bomba con un caudal de 35 L/min con la cual se regulaba la presión y de esta
forma se obtenían valores menores a la máxima permisible requerida por el
cartucho, que para nuestro caso correspondía a 2 psi.
Ilustración 10. Instalación y montaje del filtro
FUENTE: Propia
En el tratamiento de desmineralización se reestructuraron los accesorios de
entrada y salida con el fin de llevar un control del tratamiento del agua efectuado
en esta unidad, para lo cual se instaló en la columna de intercambio catiónico una
estructura de PVC conformada desde su entrada por un cuerpo roscado para
manguera, seguida de un buje y una tee la cual permitió instalar la llave para el
muestreo lateral. Seguido a esto, se insertó una válvula de paso para regular el
caudal y un manómetro para el control de la presión, para finalmente unir
mediante dos codos de 90° y una universal la entrada a la columna. En la
columna de intercambio iónico, se instalaron tanto en la entrada como en la salida
puntos de muestreo haciendo uso de nuevas universales, tees, válvulas de bola y
racores permitiendo la unión de las mangueras plásticas en todos sus extremos.
En la siguiente Ilustración 11 se aprecia el procedimiento de instalación y montaje
de las columnas de las resinas.
48
Ilustración 11. Reconstrucción de las columnas de intercambio
Fuente: Propia
La metodología utilizada para la construcción del reactor ultravioleta, consistió en
realizar un corte de un tubo PVC hasta la medida de la coraza de vidrio que
contenía la lámpara, seguido a esto se incorporó la lámina de aluminio para
recubrir el interior del PVC y sellar los extremos mediante los adaptadores de
limpieza. A continuación se realizó un orificio al tubo tanto en la salida como en la
entrada y se procedió a incorporar los aditamentos para finalmente poner las
correspondientes mangueras (Ver Ilustración 11). La adecuación del balasto
electrónico se realizó a la medida de la lámpara, para insertarla en la coraza de
vidrio, posteriormente se realizó las conexiones con el conductor eléctrico y se
incrusto la clavija de caucho plana.
Ilustración 12. Construcción y montaje del reactor UV
Fuente: Propia
6.4. FASE IV. OPERACIÓN
Para esta etapa se ejecutaron diferentes pruebas para la evaluación de cada una
de las unidades. A continuación se describen las actividades realizadas para el
49
cumplimiento de esta fase.
6.4.1. Pruebas hidráulicas
Las pruebas hidráulicas del sistema de tratamiento, tubería, manguera y
accesorios fueron enfocadas a encontrar fugas para posteriormente subsanarlas,
de manera que se usó un bombeo de agua a presiones altas durante un tiempo
aproximado de 20 min, donde se identificaron los puntos críticos a intervenir para
los cuales se usó macilla epóxica y soldadura de PVC para subsanar las fugas. En
la
Tabla 12 se muestran la ejecución de dichas pruebas.
Tabla 12 Pruebas hidráulicas
PRUEBAS HIDRÁULICAS
Unidad Características Ilustración
FILTRO
La ilustración muestra las pruebas de fugas realizadas para el filtro de membrana. Se inicia el bombeo por la parte izquierda inferior, el flujo de agua atraviesa los dos cartuchos y se termina la prueba en el muestreador derecho.
RESINA DE INTERCAMBIO
En cuanto a las resinas la alimentación del flujo inicia en la parte superior de la resina catiónica atraviesa el interior de la columna e inicia la alimentación de la resina aniónica obteniendo así el flujo en la parte inferior de esta columna.
50
REACTOR UV
En el reactor UV la alimentación del flujo en el reactor inicia en la parte inferior y su punto de salida se encuentra en la parte lateral por rebose.
Fuente: Propia
6.4.2. Pruebas de aforo de caudal
Los aforos de caudal fueron realizados por el método volumétrico de forma tal que
se registraron manualmente los volúmenes acumulados de agua en la unidad de
tiempo transcurrida varias veces, para posteriormente ser promediados.
En la unidad de filtración el caudal, fue determinado bajo el criterio de operación
del filtro, es decir presión en los cartuchos y las carcasas.
Para las columnas de intercambio se tuvo en cuenta el flujo de solución a tratar de
diseño, para lo cual se usó una bomba de 0.5 HP y Qmax= 35 L/min, caudal que
fue regulado mediante la válvula de salida de la bomba, de manera tal que se
obtuvieran flujos y presiones pequeñas. Durante el procedimiento se ejecutaron 6
aforos por el método volumétrico para los filtros y 5 para las resinas en la entrada
de cada una de las unidades.
El caudal es uno de los factores que influye en la acción desinfectante del reactor
UV porque se encuentra relacionado específicamente con el tiempo de contacto,
el cual es quizás una de las variables más importantes ya que a medida que
aumenta el tiempo de contacto, la mortalidad de los patógenos aumenta. Para
poder observar esta variación, se establecieron 4 caudales distintos, los cuales
fueron medidos volumétricamente y promediados según las repeticiones
necesarias para cada caso. Este procedimiento se realizó con una probeta de
250ml y una micropipeta de 1ml para los volúmenes más pequeños usando un
cronómetro.
6.4.3. Pruebas de eficiencia
51
- Filtros
La eficiencia de los filtros fue determinada bajo los parámetros de turbidez y
solidos totales los cuales son determinantes para un tratamiento de este tipo, por
lo cual fue necesario ejecutar 3 ensayos con concentraciones desde 0.01 % hasta
0.05 % de solidos (Arcilla) (Ver Tabla 13), simulando un agua potable con una
carga de sedimentos producto del arrastre de corrientes superficiales tal como
muestra en Ilustración 13.
Ilustración 13. Preparación de las muestras problema
Pesaje de la muestra Arcilla +agua
La determinación de las cantidades de solidos a adicionar en las muestras
problema para obtener las concentraciones requeridas se calcularon a partir de
las siguientes ecuaciones.
𝐶1 ∗ 𝑉1 = 𝐶2 ∗ 𝑉2
𝑉1 = 𝐶2 ∗ 𝑉2
𝐶1
𝑊1 = 𝐶2 ∗ 𝑉2 ∗ 𝜌
𝐶1
Donde
C1= Concentración inicial (mg/L)
V1= Volumen inicial (L)
C2= Concentración final (mg/L)
V1= Volumen final (L)
W = Peso de solidos (g)
52
𝜌 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 (𝑔
𝑐𝑚3)
𝑊1 = 0.01% ∗ 5 𝐿 ∗
1 𝑚3
1000 𝐿 ∗ 1.51𝑔
𝑐𝑚3 ∗(100 𝑐𝑚)3
1𝑚3
100%
𝑊1 = 0.76 𝑔
Tabla 13. Preparación de la muestra
Concentración de solidos
Volumen agua
Cantidad de solidos
(%) P/P ppm (L) (g)
0,01 151 5,00 0,76
0,03 453 5,00 2,27
0,05 755 5,00 3,78
Durante cada uno de los ensayos se tomaron las muestras a la entrada y a la
salida de los filtros, en sus respectivos sitios de muestreo, con el fin de determinar
la eficiencia a través de caracterizaciones físicas al agua. Se recolectaron 6
muestras (Ilustración 14) correspondientes a cada una de las concentraciones
descritas anteriormente y fueron analizadas en el turbidímetro (HACH) 2100 N de
manera instantánea. Para la determinación de solidos totales se registraron los
pesos de las cápsulas de porcelana sin ningún tipo de sustancia y previamente
desecadas para luego adicionar 100 ml de cada una de las muestras, posterior a
esto se procedió a evaporar en la estufa a 105 °C durante una hora. Finalmente
se tomaron los pesos finales de la cápsula con los sólidos remanentes.
Ilustración 14. Determinación de turbidez y sólidos totales
La concentración de la cantidad de solidos fue determinado por la siguiente
ecuación.
Muestras de entrada y salida
después del tratamiento
Medición de turbidez con
turbidimetro
53
𝐶𝑆𝑇 (𝑚𝑔
𝐿) =
𝑊𝑐 − 𝑊𝑐 + 𝑠
𝑉𝑚
Donde
CST= Concentración solidos totales (mg/L)
Wc= Peso de la capsula de evaporación vacía (mg)
Wc+s = Peso de la capsula de evaporación + residuos seco (mg)
Vm = Volumen de la muestra (L)
𝐶𝑆𝑇 (𝑚𝑔
𝐿) =
(50.8882 𝑔 − 50.8743 𝑔) ∗1000 𝑚𝑔
1 𝑔
100 𝑚𝑙 ∗ 1 𝐿
1000 𝑚𝑙
𝐶𝑆𝑇 (𝑚𝑔
𝐿) = 139.0
- Columnas de intercambio iónico
Con el fin de establecer la eficiencia de esta unidad se realizó en primera instancia
la regeneración debido al agotamiento de cada una de las resinas. El
procedimiento inicio con un contralavado del lecho en flujo ascendente de agua
para eliminar las materias en suspensión acumuladas en la superficie del lecho
durante 10 minutos a un caudal de 199 L/h, posterior a esto las resinas fueron
extraídas de las columnas para introducir el regenerante diluido en agua mediante
el método batch, colocando la resina y el líquido a tratar en un tanque durante 8 h
como se muestra en la Ilustración 15, mezclando para permitir llegar al equilibrio.
La concentración del NaOH usado para la regeneración de la resina aniónica fue
del 3.5 % p/p y la del H2SO4 usado para la resina catiónica fue del 0.8 % p/v.
Finalmente la solución fue filtrada y la resina separada para desplazar el
regenerante con agua desionizada para luego ser introducida de nuevo a cada
columna. La Tabla 14 describe los volúmenes usados de cada solución para la
regeneración.
Ilustración 15. Regeneración por método batch.
54
Tabla 14. Preparación de solución regenerante
REGENERACIÓN
Resina
catiónica
Concentración para
regeneración (%)
Volumen agua
resina (L)
Concentración
de H2SO4 (%)
Volumen de
H2SO4 (ml)
0,80 5 95,97 0,04
Resina
aniónica
Concentración para
regeneración (%)
Volumen agua
resina (L)
Concentración
de NaOH (%)
Volumen de
NaOH (g)
3,5 7 97 0,25
A continuación se procedió a lavar de nuevo el lecho de la resina con agua
desionizada con el caudal anteriormente mencionado, para eliminar el exceso de
regenerante, hasta obtener la calidad esperada de agua en la salida con un pH
neutro tal como se había medido en la entrada, de manera que se comprobara la
inexistencia de regenerante remanente en la resina. Para la medición de pH fue
usado el multiparámetro HL991301, el cual fue calibrado previamente haciendo
uso de los patrones de calibración (buffer de pH). La Ilustración 16 muestra el
procedimiento mencionado anteriormente.
Ilustración 16. Medición de pH durante la regeneración.
55
Para determinar la remoción alcanzada por el intercambio iónico en lecho fijo, fue
necesario medir los parámetros fisicoquímicos de conductividad y dureza, para lo
cual se procedió en primer lugar a preparar una muestra con una concentración de
sales determinadas que nos permitieran evidenciar a la salida la efectividad del
tratamiento. Se adicionaron a cada muestra de 6 litros de agua hidroxido de Calcio
al 96% y carbonato de sodio al 99,9 % según los pesos mostrados en la Tabla 15
para obtener concentraciones de cada uno de estas soluciones
Tabla 15. Preparación de la muestra
Volumen de
muestra (L)
Peso de Na2CO3
(g)
Peso de H2CaO2
(g)
6 0,60 0,63
6 1,20 1,25
6 1,80 1,88
A continuación se realizaron tres corridas haciendo pasar las muestras iniciales
por las columnas de intercambio a un caudal de 199 L/h hasta agotar al máximo
de la muestra de entrada, obteniendo así tres muestras finales a las cuales se les
realizó la medición de conductividad y determinación de dureza total y cálcica tal
como se procedió con las muestras de entrada (Ilustración 17). La conductividad
fue determinada mediante el multiparámetro HL991301, mientras que la dureza
total de calcio y magnesio fueron halladas mediante el método volumétrico,
realizando una titulación con EDTA al 0,1 N.
56
Ilustración 17. Muestras problema de entrada y salida.
Muestras de salida de entrada y después del tratamiento
Para el caso de la dureza total fue usado el indicador NET (Negro de ericromo T)
el cual formo un complejo de color rojo vino con los iones Ca+2 y Mg+2 presentes
en la muestra, permitiendo seguidamente la adición de EDTA con la bureta digital
hasta aparecer el color azul intenso, punto final de la titulación en medio básico tal
como se muestra en la Ilustración 18.
Ilustración 18. Titulaciones para dureza total
Para el caso de la dureza cálcica fue usado el indicador Murexida el cual formó un
complejo de color rosa salmón con los iones Ca+2 presentes en la muestra,
permitiendo seguidamente la adición de EDTA con la bureta digital hasta obtener
un azul violeta, punto final de la murexida en medio alcalino tal como se muestra
en la Ilustración 19.
Ilustración 19. Titulación para dureza cálcica
Muestra de entrada
Indicador NET
(Rojo vino)
Muestra de entrada
titulación EDTA
(Azul)
Muestras de salida
Indicador NET (Punto
final Azul) Azul)
57
Se registraron los volúmenes de EDTA usados en cada una de las titulaciones de
manera que se pudiera obtener la dureza total de agua mediante el siguiente
procedimiento teniendo en cuenta que el volumen de agua a titular fue de 50 ml.
𝐶𝑚𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 𝑉𝑚 = 𝐶2 ∗ 𝑉2
𝐶𝑚 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐶2 ∗ 𝑉2
𝑉𝑚=
0,1𝑒𝑞 − 𝑔
𝐿 ∗100 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
2 𝑒𝑞 − 𝑔 ∗ 𝑉𝑚 ∗ 1000
50 𝑚𝑙
𝐷 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 =0,1
𝑒𝑞 − 𝑔𝐿 ∗
100 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
2 𝑒𝑞 − 𝑔 ∗ 1,5 𝑚𝑙 ∗ 1000
50 𝑚𝑙= 150
𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝐿
Donde
Cm= Dureza total de la muestra (mg CaCO3/L)
1000= Factor de conversión de ml a litros de volumen de la muestra
𝑉𝑚= Volumen de la muestra (ml)
C2= Concentración del titulante EDTA (N)
𝐶𝑚𝐶𝑎+2 ∗ 𝑉𝑚 = 𝐶2 ∗ 𝑉2
𝐶𝑚𝐶𝑎+2 = 𝐶2 ∗ 𝑉2
𝑉𝑚=
0,1𝑒𝑞 − 𝑔
𝐿 ∗100 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
2 𝑒𝑞 − 𝑔 ∗ 𝑉𝑚 ∗ 1000
50 𝑚𝑙
𝐶𝑚𝐶𝑎+2 =0,1
𝑒𝑞 − 𝑔𝐿 ∗
100 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
2 𝑒𝑞 − 𝑔 ∗ 0,47 𝑚𝑙 ∗ 1000
50 𝑚𝑙= 47
𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝐿
Muestra de entrada
Indicador Murexida
(Rosado salmón)
Muestra de salida
titulación EDTA
(Fucsia)
Muestras de salida
Indicador Murexida
(Rosado salmón)
58
Donde
Cm 𝐶𝑎+2= Dureza cálcica de la muestra (mg CaCO3/L)
1000= Factor de conversión de ml a litros de volumen de la muestra
𝑉𝑚= Volumen de la muestra (ml)
C2= Concentración del titulante EDTA (N)
La dureza de magnesio fue determinada por la diferencia entre la dureza total y la
de calcio
𝐷𝑀𝑔+2 = 𝐷𝑇 − 𝐷Ca+2
𝐷𝑀𝑔+2 = 150 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝐿− 47
𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝐿
𝐷𝑀𝑔+2 = 103 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝐿
Reactor UV
Existen gran variedad de virus humanos que pueden ser removidos por radiación
ultravioleta. Para efectos de este trabajo se midió la eficiencia del reactor UV
mediante la inactivación del crecimiento de Coliformes totales. Inicialmente se
preparó la muestra contaminada la cual requería la ausencia de cloro, por lo cual
fue necesario hervir el agua y dejarla reposar con el fin de contaminarla con
coliformes fecales.
Se realizó una prueba de cloro con un Test Kit Ortho y Rojo (Ilustración 20 e
Ilustración 21) para las siguientes muestras que se encuentran en Tabla 16.
Tabla 16 Tipo de muestras preparadas para
la prueba de cloro
MUESTRA TIPO DE AGUA
1 Agua Potable
2 Agua Hervida
3 Agua problema
Fuente: Propia
Ilustración 20. Test kit Ortho y Rojo
59
Ilustración 21. Pruebas de Cloro
Fuente: Propia
Se tomaron los siguientes caudales de trabajo para realizar las mediciones:
Tabla 17 Caudales de Trabajo
Muestra Caudal (L/min)
M00 3.18
M01 1.43
M02 0.57
M03 0.1708
Fuente: Propia
Muestra problema 1
La muestra problema 1, es un agua contaminada directamente con coliformes
fecales, con el fin de observar el comportamiento con caudales de trabajo. La
preparación de la muestra consistió inicialmente en hervir 15 L de agua, para
posteriormente contaminarla con coliformes totales humanos. Se preparó la misma
muestra para los diferentes caudales a tratar y se tomó 1ml de la muestra M00
para inocularla en el Petrifil 3M de E.coli- Coliformes. Se realizaron las diferentes
corridas para los caudales planteados y se inocularon las muestras de salida.
Ilustración 22. Petrifillm de pruebas microbiologicas
60
Fuente: Propia
Muestra problema 2
Para trabajar tiempos de retención menores a la muestra problema 1 se emplea
una muestra de yogurt, se realiza el mismo procedimiento de inoculación con una
dilución de 1:10 de la muestra, sin embargo solo se efectuó para un caudal de
trabajo de 1.43 (L/min) a un tiempo de retención de 1.52 min debido a insuficiencia
de placas de Petrifilm.
61
7. RESULTADOS
La planta piloto de procesos avanzados está compuesta por 3 tecnologías de
tratamiento como se puede observar en la Ilustración 23, las cuales son filtros de
membrana, resinas de intercambio iónico y reactor UV. El caudal usado para
trabajar este tren de tratamiento en serie, debe corresponder al caudal de trabajo
del UV ya que aquí se presentan los caudales mínimos. Sin embargo esto puede
variar si los requerimientos del agua a tratar nos conducen a emplear la filtración y
la desmineralización Ilustración 24; desmineralización y desinfección por
radiación UV (Ilustración 25) y filtración y desinfección por radiación UV (Ilustración
26).
Ilustración 23 Tren de Tratamiento filtración, desmineralización y desinfección UV.
Fuente: Propia
FILTROS
RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO
REACTOR UV
62
Ilustración 24 Tren de tratamiento filtración y desmineralización
Fuente: Propia
Ilustración 25 Tren de tratamiento, desmineralización y desinfección por UV
Fuente: Propia
FILTROS
RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO
RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO
REACTOR UV
63
Ilustración 26. Tren de tratamiento filtración y desinfección UV.
Fuente: Propia
A continuación se presentan los resultados por operación unitaria en las diferentes
fases de ejecución del proyecto.
7.1. FILTROS
El dimensionamiento que se obtuvo en los filtros arrojó una capacidad de agua disponible a tratar de 1,89 durante un tiempo de 26.33 segundos aproximadamente (Tabla 19) y las dimensiones del housing (carcasa de los filtros) y del cartucho se describen en la Tabla 18.
Tabla 18. Dimensionamiento filtros de
Parámetro Dimensión Unidad Dimensión
nominal
Número de unidades # 2
Largo de la carcasa Lc 50.8 cm 20”
Diámetro de la carcasa Dc 12.7 cm 5”
Diámetro del cartucho Dca 6.35 cm 2.5”
Largo del cartucho Lca 50.8 cm 20”
Fuente: Propia
Tabla 19. Capacidad de los filtros
Parámetro Valor Unidad Valor
comercial Unidad
comercial
FILTROS
64
Volumen calculado de la carcasa Vc 6435.18 cm3 6.44 L
Volumen calculado del cartucho Vcar 1608.80 cm3 1.61 L
Volumen neto calculado del filtro V neto 4826.39 cm3 4.83 L
Volumen medido de la carcasa Vc 4192,0 cm3 4.19 L
Volumen medido del cartucho Vcar 2300,0 cm3 2.30 L
Volumen neto medido del filtro Vneto 1892,0 cm3 1.89 L
Fuente: Propia Las pérdidas totales de 0.048 m evaluadas en esta unidad, corresponden a las pérdidas por fricción de la tubería de 0,8 m y la manguera de 4 m de longitud, 3 válvulas de globo, 1 codo de 90° y 1 contracción y expansión, tal como se muestra en la Tabla 21 y el número de Reynolds para cada sección se presenta a continuación.
Tabla 20. Cálculo de numero de Reynolds
Cálculo número de Reynolds
Datos del agua
Temperatura 20 °C Caudal m3/s
Densidad, 998 Kg/m2
7,18E-05 Viscosidad Dinámica 1,02E-03 Pa. S
Viscosidad Cinemática (v) 1,02E-06 m2/s
Sección Parámetro Unidad Valor Fórmula
Cuerpo del filtro
Diámetro Externo In 4"
Diámetro interno (Di) M 0,112
Área m2 0,01
Velocidad, V m/s 7,29E-
03
Reynolds
798,55
Observación Laminar
Tubería de entrada y
salida
Diámetro Externo In 1/2
Diámetro interno (Di) M 0,0166
Área m2 0,0002
Velocidad, V m/s 3,32E-
01
Reynolds
5387,83
𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
V=𝑄
𝐴
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4 V=
𝑄
𝐴
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
65
Observación Turbulento
Manguera de entrada y
salida
Diámetro Externo In 1/2
Diámetro interno (Di) M 0,0166
Área m2 0,0002
Velocidad, V m/s 3,32E-01
Reynolds
5387,83
Observación Turbulento
Fuente: Propia
Tabla 21. Pérdidas del sistema de filtración
Parámetro Símbolo Valor Unidad
Peso específico del agua 1000 kg/m3
Caudal unitario Qa. Unit 0,26 m3/h
# Unidades #UN 2
Longitud de tubería en el sistema Lt 0,8 m
Longitud de manguera en el sistema
Lm 4 m
Diámetro tubería y manguera D 0,017 m
Velocidad en la tubería V 0,33 m/s
Factor de fricción para manguera de 1/2 in
f 0,006
Factor de fricción para PVC de 1/2 in
f
0,010
Pérdidas por fricción hf 0,011 m
Perdida por válvula de bola (3) h1 0,025 m
Perdida por codo de 90° (1) h2 0,008 m
Perdida por contracción súbita (1) h3 0,001 m
Perdida por expansión súbita (1) h4 0,003 m
Total de perdidas ht 0,048 m Fuente: Propia
Durante el diagnóstico y evaluación de las piezas y accesorios a reemplazar y restaurar se registraron los daños presentados en las tuberías y universales
𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
V=𝑄
𝐴
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
66
debido a fracturas, mientras que en las mangueras plásticas se observaron taponamientos y excesiva contaminación tanto en la entrada como en la salida, por lo cual fueron reemplazas totalmente. El manómetro disponible en la entrada de la unidad, se encontraba roto en su interior y no registraba ninguna presión por el paso del agua. El cartucho de membrana de carbón activado se inspeccionó y se comparó con respecto a los que se encuentran disponibles en el mercado, y se estableció que estaba en buen estado, sin embargo para la membrana de polipropileno, el cual retiene las partículas más finas presentes en el agua, se observó el deterioro y colmatación. Finalmente el soporte de los filtros presentaba oxidación y pintura degradada en todas sus caras. En la Ilustración 27 se puede observar el estado en el cual se encontraba la unidad antes de su respectiva restauración. Con el fin de realizar el control del agua tratada se consideró la adición de válvulas de registro para facilitar el muestreo a la entrada y salida de la unidad, las cuales implicaban la adquisición de accesorios como tees, la instalación de racores, acoples rápidos para manguera y el uso de una bomba que alcanzara la cabeza y proporcionara la presión mínima requerida por los filtros.
Ilustración 27. Estado previo de los filtros de membrana
Fuente: Propia
Después de realizar la instalación y montaje, la unidad de filtración quedó conformada por dos unidades de filtración tal como se muestra en la Ilustración 28, zonas de muestreo y conexión para usar de manera conjunta con otras unidades permitiendo modularidad en los procesos. Los materiales y las especificaciones técnicas de cada una de las zonas se encuentran descritas en la Tabla 22. En la zona de filtración (Housing), es almacenada el agua y los cartuchos de microfiltración, La primera unidad de filtración corresponde a una membrana de carbón activado en bloque que remueve cloro y retiene solidos de hasta 10 µm y el segundo de ellos es una membrana de polipropileno que retiene solidos de 10 µm de diámetro.
67
Ilustración 28. Unidad de filtración por membranas reconstruida
Fuente: Propia
68
Tabla 22. Descripción de cada una de las zonas de la unidad de filtración
Zona Descripción Especificaciones
técnicas
Registro fotográfico
Zona de filtración
(Housing)
Carcasas de polipropileno
reforzado de alta calidad. Diámetro de 5 in y largo de
20 in
*Temperatura de operación: 2 a 65ºC. * Presión máxima de operación: 100 psi.
Medios filtrantes
Membrana de carbón activado en
bloque con diámetro de 2.5 in, e interno de 1.1 in,
con grado de retención de 10
µm
* Temperatura 4,4° C a 82.2° C
* Presión máxima de operación: 250 psi * Presión mínima: 2
psi * Presión diferencial
máxima: 100 PSI *Caudal máximo 5
GPM
Medio filtrante de polipropileno con tamaño de poro de
10 µm, diámetro externo de 2,5 in e
interno de 1.1 in con largo de 20
pulgadas
* Temp máxima operacional : 63° C * Temp y presión max 20° C y 46.4
psi * Recomendable
reemplazable caída de presión: 21.75
PSI *Rango de
temperatura 4.4 ° C a 45° C
* Caudal máximo 2 GPM
69
Entrada y salida
Mangueras de 1/2 in, unidos a racores y
amarradas por abrazaderas,
finalizando con acoples Rápidos
N/A
Purga y
muestreo
Válvulas tipo globo de PVC de 1/2 in,
las cuales se encuentran
ubicadas a la entrada y salida de
los filtros
N/A
Medición de presión
Manómetro de 1/2 in, caja negra CV con registro de
presión entre 0 a 100 psi ubicado
antes de la válvula de globo que
regula el caudal.
N/A
Control de caudal
Válvula tipo globo de 1/2 in, ubicada en la entrada de la unidad después de
las mangueras
N/A
Soporte
Estructura de aluminio con
pintura metalizada, la cual amarra a
los filtros con tuercas
N/A
Fuente: Propia
70
- Operación
Para la etapa de aforo de caudal se obtuvo un caudal promedio de 258,45 L/h, registrando una presión de 4.5 psi tal como se muestra en la Tabla 23, el cual fue seleccionado como caudal de operación teniendo en cuenta los criterios de presión mínima de operación 2psi.
Tabla 23. Resultados de pruebas de aforo de caudal del filtro
Aforo Volumen
(ml)
Tiempo
(s)
Caudal
(ml/s)
1 90 1.1 81.82
2 80 1.2 66.67
3 75 1.1 68.18
4 82 1.1 74.55
5 78 1.2 65.00
6 82 1.1 74.55
Caudal promedio (ml/s) 71.79
Caudal promedio (L/hora) 258.45
Caudal promedio (m3/hora) 0.26
Fuente: Propia El porcentaje de remoción para los filtros durante las tres corridas ejecutadas en función de la turbidez fue del 62,78 % (Tabla 20), mientras que para la concentración de solidos fue del 98,23 % (Tabla 27) que se traduce en remoción de color tal como se evidencia en la Ilustración 29. A continuación se muestran en las Tabla 25 y Tabla 26 las concentraciones de solidos halladas durante el ensayo realizado en el laboratorio de la entrada y la salida para cada una de las corridas junto con datos y eficiencias halladas.
Ilustración 29. Evidencia de tratamiento para determinación de eficiencia
Muestra 3 de entrada y salida Muestra 1 de entrada y salida
71
Tabla 24. Resultados de porcentaje de remoción según la turbidez
Inicial (NTU) Final (NTU) Remoción (%)
37,8 14,9 60,58
108 38,4 64,44
145 53,2 63,31
Fuente: Propia
Tabla 25. Concentración de solidos a la entrada
Peso capsula (g)
Peso final (105°C) (g)
Concentración de solidos (mg/L)
50,8743 50,8882 139,00
46,9690 47,0029 339,00
69,7376 69,8583 1207,00
Fuente: Propia
Tabla 26. Concentración de solidos a la salida
Peso capsula
(g)
Peso final (105°C)
(g)
Concentración de
solidos (mg/L)
72.8452 72.8618 2,20
69.7522 69.7566 8,30
57,3418 57,3726 15,40
Fuente: Propia
Tabla 27.Eficiencia de los filtros de membrana según solidos totales
Concentración de solidos
(ppm)
Concentración de solidos
(mg/L)
Concentración de solidos (mg/L)
151 139 2,2
453 339 8,3
755 1207 15,4
Fuente: Propia La correlación entre los dos parámetros medidos experimentalmente, siendo solidos totales y conductividad se presenta en la Ilustración 30 con el fin de determinar el porcentaje de remoción.
72
0
10
20
30
40
50
60
2.2 8.3 15.4
CORRELACION ENTRE ST y TURBIDEZ MUESTRA DE SALIDA
Turb
idez
(N
TU)
Solidos totales (mg/L)
Ilustración 30. Correlación entre solidos totales y turbidez de la muestra de entrada
y salida
7.2. COLUMNAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
Las dimensiones determinadas para las columnas de intercambio corresponden a una altura aproximada del lecho de la resina catiónica igual a 43.3 cm mientras que la de resina aniónica es de 68.1 cm, las cuales permiten un tratamiento efectivo de 5 L y 7 L respectivamente a un tiempo de 1.57 min; el flujo de solución a tratar en el intercambiador catiónico es de 0,71 m3/min*m3 mientras que para el intercambiador aniónico es de 0,45 m3/min*m3, que junto con otras medidas descritas en la Tabla 28 permitieron dimensionar estas columnas de intercambio iónico.
Tabla 28. Dimensiones columnas de intercambio iónico
Resina Catiónica Aniónica Unidad
Parámetro Valor Valor
Lecho de resina
Altura 0,681 0,433 m
Peso de la resina 5,28 3,360 kg
Área del columna 0,011 0,011 m2
Volumen del lecho 0,007 0,005 m3
Flujo de solución a tratar 0,453 0,712 m3/min*m3
Columna
Largo de la columna 0,906 0,906 m
Diámetro de la columna 0,117 0,117 m
Área del columna 0,011 0,011 m2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
139 339 1207
CORRELACION ENTRE ST y TURBIDEZ MUESTRA DE ENTRADA
Solidos totales (mg/L)
Turb
idez
(N
TU)
73
Volumen de la columna 0,010 0,010 m3
Volumen efectivo de la unidad
0,002 0,005 m3
Fuente: Propia Las pérdidas de energía para la columna de intercambio catiónica y aniónica son de 0.26 m y 0,25 m respectivamente, para un caudal promedio de 199,31 L/h. Las pérdidas por fricción para la columna de intercambio catiónico corresponden a una tubería de PVC de 1,04 m y manguera de 8,5 m mientras que las pérdidas por accesorios pertenecen a las 2 válvulas de globo, 3 codos de 90°, 2 contracciones y una expansión súbita. Las pérdidas por fricción para la columna de intercambio aniónica corresponden a una tubería de PVC de 1,08 m y manguera de 7 m, mientras que las pérdidas por accesorios pertenecen a las 2 válvulas de globo, 2 codos de 90°, 2 contracciones y una expansión súbita, como se describe en la Fuente: Propia Tabla 30. En número de Reynolds para esta unidad presenta flujos turbulentos en tuberías y mangueras mientras que en las columnas el flujo es laminar tal como describe la Tabla 29.
Tabla 29. Cálculo número de Reynolds
Cálculo número de Reynolds
Datos del agua
Temperatura 20 °C Caudal m3/s
Densidad, 998 Kg/m2
5,54E-05 Viscosidad Dinámica ( ) 1,02E-03 Pa. S
Viscosidad Cinemática (v) 1,02E-06 m2/s
Sección Parámetro Unidad Valor Fórmula
Cuerpo de cada resina
Diámetro Externo in 4"
Diámetro interno (Di) m 0,112
Área m2 0,01
Velocidad, V m/s 5,62E-03
Reynolds
615,82
Observación Laminar
Tuberia de entrada y salida
Diámetro Externo in ½
Diámetro interno (Di) m 0,0166
Área m2 0,0002
𝐴
=𝜋𝐷𝑖2
4
V=𝑄
𝐴
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
74
Velocidad, V m/s 2,56E-01
Reynolds
4154,91
Observación Turbulento
Manguera de entrada y salida
Diámetro Externo in ½
Diámetro interno (Di) m 0,0166
Área m2 0,0002
Velocidad, V m/s 2,56E-01
Reynolds
4154,91
Observación Turbulento
Fuente: Propia
Tabla 30. Pérdidas de energía columnas de intercambio iónico
Tipo de resina
Catiónica Aniónica Parámetro
Símbolo Valor Valor Unidad
Peso específico del agua 1000 1000 kg/m3
Caudal unitario Qa. Unit 0,00006 0,0001 (m3/s)
# Unidades #UN 1 1
Longitud de tubería del sistema Lt 1,04 1,080 m
Longitud de manguera del sistema Lm 8,5 7 m
Diámetro tubería y manguera D 0,017 0,017 m
Velocidad en la tubería V 0,256 0,256 m/s
Factor de fricción para manguera de 1/2 in f 0,006 0,006
Factor de fricción para PVC de 1/2 in f 0,010 0,010
Pérdidas por fricción hf 0,012 0,011 m
Perdida por válvula de bola (2) h1 0,0100 0,0100 m
Perdida por codo de 90° (3) (2) h2 0,015 0,0100 m
Perdida por contracción súbita h3 0,064 0,0641 m
Perdida por expansión súbita h4 0,160 0,16033 m
Total de perdidas ht 0,262 0,2551 m Mediante inspección visual y pruebas hidráulicas iniciales se observó que las columnas de intercambio disponibles en la universidad, contaban con una carcasa
V=𝑄
𝐴
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
V=𝑄
𝐴
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
75
en buen estado, acompañadas de tapas roscadas de que facilitaron la inspección. La cantidad de resina catiónica contenida en la columna respectiva poseía un peso de 3.36 kg correspondiente a 5 litros y en la segunda columna se encontraron 5.28 kg de resina aniónica correspondientes a 7 litros; los olores del material desmineralizador evidenciaba saturación por sales fuertes, generando un aroma desagradable. Para las dos columnas se observaron las mangueras contaminadas por moho y sedimentos presentando obstrucción en muchas de sus zonas (Ilustración 31). Las universales destinadas al ingreso del agua a las unidades, se encontraban en buen estado y solo una de ellas poseía fugas de agua excesiva, finalmente el soporte de las unidades evidenciaba deterioro y oxidación en la parte de atrás por lo cual sería necesario su restauración. Las piezas por incorporar fueron evaluadas, según los requerimientos operacionales que requiriese esta unidad, por lo cual se plantearon accesorios a la entrada y salida de cada una de las columnas para realizar muestreo, ajuste de caudal y medición de presión. De igual forma se consideró el uso de una bomba para transportar el agua a la unidad.
Ilustración 31. Estado inicial resinas de intercambio
Fuente: Propia
Después de la construcción y montaje la unidad de desmineralización, esta quedó conformada por varias zonas descritas al detalle en la Tabla 31, las cuales tienen como fin tratar el agua y permitir a los estudiantes la toma de muestras y unión de esta unidad a otra de manera fácil y rápida tal como se aprecia en la Ilustración 32. Las dos columnas de intercambio poseen en su interior, la resina de intercambio catiónico (3,36 kg) y aniónica (5,28 kg) que retienen en su interior los iones de Ca+2 y Mg+2 presentes en el agua para intercambiarlos por Na+2.
76
Ilustración 32. Columnas de intercambio iónico reconstruidas
Fuente Propia
Tabla 31. Descripción de las zonas de las columnas de intercambio iónico
Zona Descripción Especificaciones
técnicas
Registro
fotográfico
77
Columna de intercambio
Tubo de PVC de 114 mm con limpiador de adaptador sanitario 4''
Presión de trabajo a 23° C y 160 PSI,
Estructura de entrada columna de intercambio
catiónica
2 válvulas livianas de bola de ½”, racor de manguera plástica, 2
codos de pvc ½”, buje ¾ * ½ , universal
de ½”, manómetro 100 psi
Manipular con precaución la estructura de
entrada y salida para evitar
fracturas que produzcan fugas
Estructura de salida
columna de intercambio
catiónica
Universal de ½”, Codo de ½”, racor
manguera de plástico
Resina catiónica
Peso: 5.28 kg. Resina Fuerte: Acido Benceno sulfónico. Resina Débil: Acido
poliacrílico entrecruzado con
DVB
Color: Amarillo Estado Físico:
Perlas Olor: Inodoro a
ligero olor Peligros del producto:
Irrita los ojos. Riesgo de resbalar Temperatura del
almacenamiento: 0 - 50 °C
Estructura de entrada columna de intercambio
aniónica
Universales de ½”,
Codos de ½”, tee de ½”, válvulas livianas
de bola de ½”, racores de manguera plástica
Manipular con precaución la estructura de
entrada y salida para evitar
fracturas que
78
Estructura de salida
columna de intercambio
aniónica
produzcan fugas
Resina aniónica
Peso: 3.36 kg Resina básica fuerte:
Estructuras de amonio cuaternario.
Resina básica débil: Amina ternaria sobre
poliestireno
Color: Café amarilloso
Estado Físico: Perlas
Olor: Inodoro a ligero olor
Peligros del producto:
Irrita los ojos. Riesgo de resbalar Temperatura del
almacenamiento: 0 - 50 °C
Fuente: Propia
- Operación
Para la realización de los aforos de caudal se llevaron a cabo 5 mediciones obteniendo un caudal promedio de 199,31 L/h, tal como se muestra en la Tabla 32.
Tabla 32. Pruebas de aforo de caudal
Volumen
(L)
Tiempo
(s)
Caudal
(L/s)
Aforo 1 4,56 88,8 0,051
Aforo 2 5,73 102 0,056
Aforo 3 5,81 100,2 0,058
Aforo 4 4,87 84 0,058
Aforo 5 5,12 96 0,053
Caudal promedio (L/s) 0,0554
Caudal promedio (L/h) 199,311
Caudal promedio (m3/h) 0,199
Fuente: Propia
79
El porcentaje de remoción fue evaluado con muestras de agua problema que poseían durezas totales iniciales entre 150 y 175 mg CaCO3/L, tal como muestra la Tabla 34, sin embargo tras el tratamiento con las dos columnas se obtuvieron remociones promedio en el parámetro de conductividad del 20 % y en dureza total del 100 % como se evidencia en la Tabla 36
Tabla 33. Resultados de porcentaje de remoción para conductividad
Conductividad inicial (mS)
Conductividad final (mS)
Remoción (%)
0.25 0.22 12.00
0.34 0.26 23.53
0.37 0.28 24.32
Fuente: Propia
Tabla 34. Determinación de dureza en las muestras problema de entrada
Dureza total entrada (mg CaCO3/L)
Dureza calcio entrada (mg CaCO3/L)
Dureza magnesio entrada
(mg CaCO3/L) V(EDTA) ml C (mg CaCO3 /L) V (EDTA) ml C (ppm)
1,5 150,00 0,47 47,00 103,00
1,64 164,00 0,49 49 115,00
1,75 175,00 0,51 51 124
Fuente: Propia
Tabla 35. Determinación de dureza en las muestras problema de salida
Dureza total salida (mg CaCO3/L) Dureza calcio salida
(mg CaCO3/L)
Dureza magnesio
salida (mg CaCO3/L) V(EDTA) ml C (ppm) V (EDTA) ml C (ppm)
0 0,00 0 0,00 0,00
0 0,00 0 0,00 0,00
0 0,00 0 0,00 0,00
Fuente: Propia
Tabla 36. Remoción de dureza total del tratamiento
C entrada (mg CaCO3 /L)
C salida (mg CaCO3 /L)
Remoción (%)
150 0 100
164 0 100,00
175 0 100,00
Fuente: Propia
80
La correlación entre los parámetros medidos de conductividad y dureza, para determinar la remoción alcanzada para el tratamiento de desmineralización se evidencia en la Ilustración 33.
Ilustración 33. Correlación entre dureza y conductividad en la muestra de entrada
7.3. REACTOR UV
En la Tabla 37 se presenta el dimensionamiento del Reactor UV, mostrando inicialmente las longitudes necesarias para el cálculo del volumen teórico
Tabla 37. Dimensionamiento Reactor UV
PARÁMETRO UNIDAD VALOR FORMULA
Potencia de lámpara
W 15 P
Largo de la carcasa
Cm 67.5 L
Largo efectivo de la Carcasa
Cm 46.1 Lef -C
Diámetro de la carcasa
Cm
11.4
Dc
Diámetro de la lámpara
Cm 7.1
Dl
Longitud efectiva de la
lámpara Cm 46.1 Lef
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
150.00 164.00 175.00
CORRELACION ENTRE DUREZA y CONDUCTIVIDAD MUESTRA DE ENTRADA
Dureza Total (mg CaCO3/L)
Co
nd
uct
ivid
ad (
mS)
81
Área de la carcasa
cm2 102.07 Ac 𝐴𝑐 =
𝜋 𝐷𝑐2
4
Volumen de la carcasa
cm3 4705.4 Vc 𝑉𝑐 =𝜋 𝐷𝑐2
4𝑥𝐿𝑒𝑓
Área de la lámpara
cm2
39.59
Al 𝐴𝑙 =𝜋 𝐷𝑙2
4
Volumen de la lámpara
cm3
1825.19
Vl 𝑉𝑙 =𝜋 𝐷𝑙2
4𝑥𝐿𝑒𝑓
Área neta del reactor
cm2 62.5 Ar 𝐴𝑟 = 𝐴𝑐 − 𝐴𝑙
Volumen neto del reactor
cm3 1825.19 Vr 𝑉𝑟 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑙
Fuente: Propia El volumen medido fue de acuerdo a cada uno de los caudales aforados tal como describe la siguiente Tabla 38.
Tabla 38. Volumen medido
Volumen medido
Caudal (L/s) Tiempo (s) Volumen (L)
0.05 39 2.07
0.01 171 1.62
0.02 120 2.86
Promedio 2.18
Fuente: Propia El número de Reynolds (NR) fue calculado para los diferentes caudales de trabajo para cada una de secciones del reactor. En la Tabla 39, se calculó el NR en el cuerpo del reactor, la tubería de entrada y salida y la manguera de entrada y salida, para cada uno de los casos se obtuvo un flujo laminar.
Tabla 39. Cálculo N Reynolds Q 1
Cálculo número de Reynolds
Datos del agua
Temperatura 20 °C Caudal m3/s
Densidad, 998 Kg/m2
5,30E-05 Viscosidad
Dinámica (𝜂) 1,02E-03 Pa. S
Viscosidad 1,02E-06 m2/s
82
Cinemática (v)
Sección Parámetro Unidad Valor Fórmula
Cuerpo del reactor
Diámetro Externo in 4"
Diámetro interno (Di) m 0,112
Área m2 0,01 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V m/s 5,38E-
03
Reynolds
589,86 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
591,04 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Tubería de entrada y
salida
Diámetro Externo in ½
Diámetro interno (Di) m 0,0166
Área m2 0,0002 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V m/s 1,10E-
01
Reynolds
1786,83
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
1790,41
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Manguera de entrada y
salida
Diámetro Externo in ½
Diámetro interno (Di) m 0,0166
Área m2 0,0002 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V
1,10E-01
Reynolds
1786,83
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
1790,41
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Fuente: Propia Para un caudal de 2,38E-05 m3/s, se encontró un flujo laminar en cada una de las secciones según se muestra en la Tabla 40.
Tabla 40 Cálculo N Reynolds Q 2
Cálculo número de Reynolds
V=𝑄
𝐴
V=𝑄
𝐴
V=𝑄
𝐴
83
Datos del agua
Temperatura 20 °C Caudal m3/s
Densidad, 998 Kg/m2
2,38E-05 Viscosidad Dinámica
(𝜂) 1,02E-
03 Pa. S
Viscosidad Cinemática (v)
1,02E-06
m2/s
Sección Parámetro Unidad Valor Fórmula
Cuerpo del reactor
Diámetro Externo in 4"
Diámetro interno (Di) m 0,112
Área m2 0,01 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V m/s 2,42E-03
Reynolds
264,83 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
265,36 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Tubería de entrada y salida
Diámetro Externo in ½
Diámetro interno (Di) m 0,0166
Área m2 0,0002 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V m/s 1,10E-01
Reynolds
1786,83 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
1790,41 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Manguera de entrada y salida
Diámetro Externo in ½
Diámetro interno (Di) m 0,0166
Área m2 0,0002 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V
1,10E-01
Reynolds
1786,83 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
1790,41 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Fuente: Propia Del mismo modo en el caso de un caudal de 9,49E-06 m3/s (Tabla 41), cuyas secciones dieron como resultado flujos laminares.
V=
𝑄
𝐴
V=
𝑄
𝐴
V=𝑄
𝐴
84
Tabla 41 Cálculo N Reynolds Q 3
Cálculo número de Reynolds
Datos del agua
Temperatura 20 °C Caudal m3/s
Densidad, 998 Kg/m2
9,49E-06 Viscosidad
Dinámica (𝜂) 1,02E-03 Pa. S
Viscosidad Cinemática (v)
1,02E-06 m2/s
Sección Parámetro Unidad Valor Fórmula
Cuerpo del reactor
Diámetro Externo in 4"
Diámetro interno (Di)
m 0,112
Área m2 0,01 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V m/s 9,64E-
04
Reynolds
105,61 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
105,82 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Tubería de entrada y
salida
Diámetro Externo in 1/2
Diámetro interno (Di)
m 0,0166
Área m2 0,0002 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V m/s 1,10E-
01
Reynolds
1786,8 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
1790,4 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Manguera de entrada y
salida
Diámetro Externo in 1/2
Diámetro interno (Di)
m 0,0166
Área m2 0,0002 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V
1,10E-01
Reynolds
1786,83 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
1790,41 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Fuente: Propia
V=𝑄
𝐴
V=𝑄
𝐴
V=
𝑄
𝐴
85
Finalmente se obtuvo un flujo laminar ( Tabla 42) en las diferentes secciones del reactor trabajando un caudal de 2,85E-06 m3/s
Tabla 42 Cálculo N Reynolds Q 4
Calculo número de Reynolds
Datos del agua
Temperatura 20 °C Caudal m3/s
Densidad, 998 Kg/m2
2,85E-06
Viscosidad Dinámica
(𝜂) 1,02E-03 Pa. S
Viscosidad Cinemática (v) 1,02E-06 m2/s
Sección Parámetro Unidad Valor Fórmula
Cuerpo del reactor
Diámetro Externo in 4"
Diámetro interno (Di) m 0,112
Área m2 0,01 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V m/s 2,89E-
04
Reynolds 31,66 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds 31,72 𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Tubería de entrada y salida
Diámetro Externo in 1/2
Diámetro interno (Di) m 0,0166
Área m2 0,0002 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V m/s 1,10E-
01
Reynolds
1786,83
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
Reynolds
1790,41
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Manguera de entrada y salida
Diámetro Externo in 1/2
Diámetro interno (Di) m 0,0166
Área m2 0,0002 𝐴 =𝜋𝐷𝑖2
4
Velocidad, V
m/s 1,10E-
01
Reynolds
1786,83
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷𝑥 𝜌
𝜂
V=
𝑄
𝐴
V=
𝑄
𝐴
V=𝑄
𝐴
86
Reynolds
1790,41
𝑁𝑅 =𝑉 𝑥 𝐷
𝑣
Observación Laminar
Fuente: Propia Las pérdidas calculadas para el reactor UV, fueron calculadas para los diferentes caudales, según se muestra en la Tabla 43, Tabla 44, Tabla 45 y Tabla 46, considerando las pérdidas por fricción, pérdidas por válvulas de bola, pérdidas por codo de 90, pérdidas por expansión y por contracción súbita.
Tabla 43 Pérdidas R. UV para Q1
PÉRDIDAS
DATOS DE
ENTRADA
PARÁMETRO
VALOR UNIDAD FÓRMULA
Peso específico del agua
r 998 kg/m3
Caudal unitario Qa. Unit 5,30E-05 m3/s
Longitud de tubería en el sistema
Lt 0,8 m
Longitud de manguera en el
sistema Lm 1,7 m
Diámetro tubería y manguera
D 0,112 m
Velocidad en la tubería
V 5,38E-03 m/s
Factor de fricción para manguera de
1/2 in f 0,006
Factor de fricción para PVC de 1/2 in
f 0,010
PÉRDIDAS
Pérdidas por fricción hf 2,40211E-
07 m
Pérdida por válvula de bola
h1 0,0000013 m
Pérdida por codo de 90°
h2 2,21734E-
06 m
Pérdida por expansión
h3 7,09843E-
05
m
Pérdida por contracción súbita
h4 2,83937E-
05
m
Total de pérdidas ht 0,0001 m ℎ𝑡 = ℎ𝑓 + ℎ1 +
ℎ2 + ℎ3 + h4
V=𝑄
𝐴
ℎ𝑓 = 𝑓 ∗ 𝐿 ∗ 𝑉
𝐷 ∗ 2 ∗ 𝑔
ℎ1 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ2 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ2 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ3 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
87
Fuente: Propia
Tabla 44 Pérdidas R. UV para Q2
PÉRDIDAS
DATOS DE ENTRADA
PARÁMETRO
VALOR UNIDAD FORMULA
Peso específico del agua
r 998
kg/m3
Caudal unitario Qa. Unit 2,38E-05 m3/s
Longitud de tubería en el sistema
Lt 0,8 m
Longitud de manguera en el
sistema Lm 1,7 m
Diámetro tubería y manguera
D 0,112 m
Velocidad en la tubería
V 2,42E-03
m/s
Factor de fricción para manguera de
1/2 in f
0,006
Factor de fricción para PVC de 1/2 in
f 0,010
PÉRDIDAS
Pérdidas por fricción
hf 4,84225E-
08
m
Pérdida por válvula de bola
h1 0,00000001
m
Pérdida por codo de 90°
h2 4,46977E-07
m
Pérdida por expansión
h3 1,43092E-05
m
Pérdida por contracción súbita
h4 5,72368E-06
m
Total de pérdidas ht 1.08x10-7 m ℎ𝑡 = ℎ𝑓 + ℎ1 + ℎ2 +
ℎ3 + h4
Fuente: Propia
Tabla 45. Pérdidas R. UV para Q3
PÉRDIDAS
DATOS DE ENTRADA
PARÁMETRO
VALOR UNIDAD FORMULA
Peso específico del agua
r 998
kg/m3
Caudal unitario Qa. Unit 9,49E-06 m3/s
Longitud de tubería Lt 0,8 m
ℎ𝑓 = 𝑓 ∗ 𝐿 ∗ 𝑉
𝐷 ∗ 2 ∗ 𝑔
V=𝑄
𝐴
ℎ1 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ2 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ2 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ3 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
88
en el sistema
Longitud de manguera en el
sistema Lm 1,7 m
Diámetro tubería y manguera
D 0,112 m
Velocidad en la tubería
V 9,64E-04
m/s V=𝑄
𝐴
Factor de fricción para manguera de
1/2 in f
0,006
Factor de fricción para PVC de 1/2
in f
0,010
PÉRDIDAS
Pérdidas por fricción
hf 7,69969E-09
m
Pérdida por válvula de bola
h1
2.1 x10-7
m
Pérdida por codo de 90°
h2
7,1074E-08
m
Pérdida por expansión
h3
0,0307328
m
Pérdida por contracción súbita
h4 9,10127E-07
m
Total de perdidas ht 1.0x10-6 m ℎ𝑡 = ℎ𝑓 + ℎ1 + ℎ2 +
ℎ3 + h4
Fuente: Propia
Tabla 46 Pérdidas R. UV para Q4
PÉRDIDAS
DATOS DE ENTRADA
PARÁMETRO
VALOR UNIDAD FORMULA
Peso específico del agua
r 998
kg/m3
Caudal unitario Qa. Unit 2,85E-06 m3/s
Longitud de tubería en el sistema
Lt 0,8 m
Longitud de manguera en el
sistema Lm 1,7 m
Diámetro tubería y manguera
D 0,112 m
Velocidad en la tubería
V 2,89E-04
m/s V=𝑄
𝐴
ℎ𝑓 = 𝑓 ∗ 𝐿 ∗ 𝑉
𝐷 ∗ 2 ∗ 𝑔
ℎ1 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ2 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ2 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ3 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
89
Factor de fricción para manguera de
1/2 in f
0,006
Factor de fricción para PVC de 1/2 in
f 0,010
PÉRDIDAS
Pérdidas por fricción
hf 6,9193E-
10 m
Pérdida por válvula de bola
h1 6.6x10-6 m
Pérdida por codo de 90°
h2 6,38705E-09
m
Pérdida por expansión
h3 2,04471E-07
m
Pérdida por contracción súbita
h4 8,17883E-08
m
Total de pérdidas ht 4.0E-05
m
ℎ𝑡 = ℎ𝑓 + ℎ1 + ℎ2 +ℎ3 + h4
Fuente: Propia
- Montaje El reactor UV construido es de tipo anular y posee una zona de entrada en la parte inferior
y una zona de salida por la parte superior lateral, además cuenta con un recubrimiento
interno de aluminio para permitir la reflexión de los rayos U.V tal como se muestra en la
Ilustración 34.
ℎ𝑓 = 𝑓 ∗ 𝐿 ∗ 𝑉
𝐷 ∗ 2 ∗ 𝑔
ℎ1 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ2 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ2 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
ℎ3 = 𝐾 ∗𝑉2
2𝑔
90
Ilustración 34. Reactor UV construido.
Fuente: Propia
En la Tabla 47 y 44 se encuentran las descripciones de los elementos usados para la construcción del reactor UV, teniendo en cuenta que por facilidades constructivas el material usado para la carcasa fue PVC, ya que es liviano y común en el mercado y los accesorios usados para la entrada y salida cumplen con la función de ingresar y evacuar el agua además de permitir un control del tratamiento mediante la regulación del caudal y las válvulas de muestreo.
Tabla 47 Carcaza del Reactor UV
UNIDAD DESCRIPCIÓN ILUSTRACIÓN
Tubo de PVC sanitario de 114
mm
Cuerpo del reactor ultravioleta
Fuente: Coval
Lámpara
de UV
15W
Balastro
Tapón de
caucho
91
Limpiador adaptador sanitario 4”
Se encuentran puestos en cada
lado del reactor para tapar tanto la
entrada como la salida
Fuente: Casa Velez
Collarín 3x 1/2
Permite empalmar fácilmente la salida con la carcasa del
reactor
Fuente: Grupo Samir
Lámina de aluminio
Esta lámina permite la reflexión de la luz dentro del reactor
Fuente: Alucom
Tabla 48 Accesorios del reactor UV
ACCESORIOS DESCRIPCIÓN ILUSTRACIÓN
PVC adaptador macho Estos accesorios son usados tanto en la salida como en la entrada del reactor, tanto para conducir el agua como para realizar las mediciones correspondientes
Fuente: Gestión integral
de suministros
PVC adaptador hembra
Fuente: Gestión integral
de suministros
92
Tubo de PVC de ½”
Fuente: Almacenes
Canaima
PVC buje ¾ * ½
Fuente: homecenter
PVC tee de ½”
Fuente: homecenter
PVC Codo de ½”
Fuente: Construrama
Blanquita
Racor manguera plástica
Fuente: Propia
Válvula liviana de bola de ½”
Fuente: Propia
93
Finalmente para la parte eléctrica y el bombeo de la unidad encontramos necesarios los siguientes elementos:
Tabla 49. Descripción eléctrica de la unidad
ELEMENTO DESCRIPCIÓN ILUSTRACIÓN
Balasto electrónico marca Bester
Permite el soporte de la lámpara. Su
voltaje resiste desde 110V -112v y 60Hz
Fuente: Propia
Coraza de vidrio
La coraza de vidrio permitirá aislar la
lámpara del flujo del agua
Fuente: Propia
Tapón de caucho macizo t-13
Se pondrá en la superficie de la
coraza de vidrio que no permita la
infiltración del agua 58x68
Fuente: Propia
Lámpara germicida
Es una lámpara General Electric de
15 w
Conducto eléctrico cable dúplex 2x14
Permite la conducción de
energía hasta la lámpara
Fuente: Propia
Clavija en caucho pata plana 15 A
Permite conectarlo a una toma
corriente de Máximo de 150V
Fuente: Propia
94
Bomba Sumergible
Permite la extracción del agua,
para conducirla hacia la entrada del
reactor
Fuente: Propia
Fuente: Propia
- Operación Pruebas de aforo de caudal Durante las pruebas hidráulicas se encontraron fugas en la entrada de la unidad las cuales fueron subsanadas. Los aforos se hicieron para 4 caudales distintos y los resultados presentan caudales promedio de 23.81 mL/s (Tabla 50), 2.85 mL/s (Tabla 51), 9.49 mL/s (Tabla 52) y 53. 03 mL/s (Tabla 53). El primer caudal se obtiene a partir de 3 repeticiones, según se muestra en la Tabla 50
Tabla 50 Aforo de Caudal 1 R. UV
Pruebas de aforo de caudal
Volumen (ml) Tiempo (s) Caudal (ml/s)
Aforo 1 30 1.4 21.43
Aforo 2 30 1.2 25.00
Aforo 3 30 1.2 25.00
Caudal promedio (ml/s) 23.81
Caudal promedio (L/hora) 85.71
Caudal promedio (m3/hora) 0.09
Fuente: Propia En el siguiente caudal se obtuvo un promedio de 2,85 ml/s con 4 repeticiones y los datos mostrados en la Tabla 51.
Tabla 51 Aforo de Caudal 2 R. UV
Pruebas de aforo de caudal
Volumen (ml) Tiempo (s) Caudal (ml/s)
Aforo 1 3.5 1.3 2.69
Aforo 2 3.5 1.3 2.69
Aforo 3 3 1 3.00
95
Aforo 4 2.7 0.9 3.00
Caudal promedio (ml/s) 2.85
Caudal promedio (L/hora) 10.25
Caudal promedio (m3/hora) 0.01
Fuente: Propia Para el siguiente aforo se obtuvo un caudal promedio de 9,49 ml/s, realizando 4 aforos de los cuales se obtuvieron los volúmenes y tiempos contemplados en la Tabla 52
Tabla 52 Aforo de Caudal 3 R. UV
Pruebas de aforo de caudal
Volumen (ml) Tiempo (s) Caudal (ml/s)
Aforo 1 12.5 1.2 10.42
Aforo 2 10 1.2 8.33
Aforo 3 9.5 1 9.50
Aforo 4 10.7 1.1 9.73
Caudal promedio (ml/s) 9.49
Caudal promedio (L/hora) 34.18
Caudal promedio (m3/hora) 0.03
Fuente: Propia El siguiente y último aforo se obtuvo un promedio 53.03 mL/s, realizando tres repeticiones del aforo según se muestra en la Tabla 53.
Tabla 53 Aforo de Caudal 4 R. UV
Pruebas de aforo de caudal
Volumen (ml) Tiempo (s) Caudal (ml/s)
Aforo 1 60 1.1 54.55
Aforo 2 60 1.1 54.55
Aforo 3 65 1.3 50.00
Caudal promedio (ml/s) 53.03
Caudal promedio (L/hora) 190.91
Caudal promedio (m3/hora) 0.19
Fuente: Propia Pruebas microbiológicas En cuanto a la verificación de la ausencia de cloro, se realizó mediante el Test de cloro arrojando los siguientes resultados para las diferentes muestras Tabla 54.
96
Tabla 54. Resultados de Cloro
MUESTRA TIPO DE AGUA VALOR
(ppm)
1 Agua Potable 0,3
2 Agua Hervida 0
3 Agua problema 0
Fuente: Propia La interpretación del resultado de las placas de Petrifilm, para altas concentraciones de Coliformes totales, teniendo en cuenta las muestras de salida de los diferentes caudales, se presentan en la Tabla 55.
Tabla 55 Resultados Petrifilm
MUESTRA CAUDAL (L/min) RESULTADO INTERPRETACIÓN
(UFC)
M00 3.18
814
M01 1.43
719
M02 0.57
692
M03 0.17
459
M04 0.17 380
97
Fuente: Propia Los resultados para el reactor UV mostraron una mayor disminución de la población a medida que los tiempos de retención eran mayores, este parámetro fue regulado mediante la reducción del caudal.
Tabla 56 Resultados Aguas altamente contaminadas
Muestra
de agua
lluvia
Volumen
de agua
(L)
Tiempo de
retención
(min)
Caudal
(L/min)
W/m2 Población
inicial
(No) (UFC)
Población
final (N)
(UFC)
Muestra 0 2,18 0,69 3,18
6880.73
814 -
Muestra 1 2,18 1,53 1,43 814 719
Muestra 2 2,18 3,83 0,57 814 692
Muestra 3 3,42 20,00 0,1708 814 459
Muestra 4 10,25 60,00 0,1708 814 380
Fuente: Propia Teniendo en cuenta la tabla anterior se graficó la ley de Chick, relacionando el tiempo de retención y el LOG (N/N0), se obtuvo el mismo comportamiento cuando se tomó N/N0 X 100, como se muestra en la Ilustración 35 e Ilustración 36.
Ilustración 35. Resultados desviación de la ley de Chick en el reactor (Tr Vs Log
N/No)
Fuente: Propia
-0.40
-0.35
-0.30
-0.25
-0.20
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00
LOG
(N
/N0
)
TIEMPO DE RETENCION (MIN)
Ley de Chick
98
Ilustración 36 Resultados desviación de la ley de Chick en el reactor (Tr Vs
N/No*100)
Fuente: Propia De acuerdo a la variación de caudal los resultados de eficiencias fueron mayores a medida que se disminuye el caudal según se muestra en la Tabla 57, siendo la muestra 4 la que posee mayor remoción.
Tabla 57 Porcentaje de remoción con mayores concentraciones de Coliformes
Eficiencia
Tiempo de
retención (min)
Población inicial (No)
Población final (N)
Remoción (%)
M1 1,53 814 719 11,671
M2 3,83 814 692 14,988
M3 20,00 814 459 43,612
M4 60,00 814 380 53,317
Fuente: Propia Se realizó una prueba de eficiencia usando una dilución de yogurt de 1:10, en el cual se evidenció una eficiencia del 100% para un caudal de 1.43 L/min según se muestra en la Tabla 58 y Tabla 59
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00
N/N
O *
10
0
TIEMPO DE RETENCIÓN (MIN)
Ley de Chick
99
Tabla 58 Resultados Agua con concentración de coliformes mayor.
Muestra de agua lluvia
Volumen de agua
(L)
Tiempo de retención
(min)
Caudal (L/min)
W/m2 Población inicial (No)
(UFC)
Población final (N) (UFC)
Muestra 1 2,18 1,52 1,43 6871,43 130 0
Fuente: Propia
Tabla 59 Resultados de % de remoción en concentración de coliformes menor
Eficiencia
Tiempo de
Retención (min) Población inicial (No)
(UFC) Población final (N)
(UFC) Remoción
(%)
M1 1,52 130 0 100,000
Fuente: Propia
100
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Unidad de filtración
El caudal promedio de operación de los filtros fue de 258.45 L/h (Ver Tabla 19)
que para un volumen efectivo de agua tratada de 1,89 L, representa un tiempo de
operación total promedio de 26.32 segundos, permitiendo cumplir con los
requerimientos mínimos de caudal para los cartuchos entre 250 – 300 L/h, presión
mínima de 2psi y máxima de 40 psi, presentados en las especificaciones técnicas
de la Tabla 22. El régimen de flujo calculado en dentro de esta unidad es de tipo
laminar y las pérdidas de energía son de 0.048 m (Ver tabla 21), las cuales no son
significativas en este tratamiento, sin embargo se debe tener en cuenta que las
pérdidas por válvulas de bola corresponden al 52.77%, accesorios necesarios
para el muestreo y regulación de flujo.
La unidad de filtración quedo conformada por dos cartuchos, la primera de ellas
es un filtro de carbón activado en bloque con una habilidad de retención de
sedimentos de hasta 10 µm y aunque el carbón activado hace parte de un proceso
de adsorción es utilizado en gránulos o cartuchos moldeados y encapsulados que
producen un menor número de partículas finas, reaccionando rápidamente para
remover efectivamente el cloro del agua; el segundo cartucho es una membrana
de profundidad fundida que incorpora un núcleo de polipropileno, brindando una
superficie de filtración amplia para la remoción de sólidos de 10 µm. Los
porcentajes de remoción promedio determinados durante la fase de operación
para esta unidad muestran una efectividad del 62,78% en remoción de turbidez y
95,43 %, logrando concentraciones finales después de la filtración de ST= 2,2
ppm y turbidez de 14,9 NTU, realizadas a partir de aguas problemas con
concentraciones máximas de solidos totales igual a 1207 ppm y 145 NTU, valores
que no corresponden a un agua potable, por lo cual se espera que para un agua
con concentraciones de solidos totales entre los 100 a los 500 mg/l, la efectividad
del tratamiento alcance una remoción más alta, cumpliendo con el límite máximo
permisible de turbidez = 2 NTU según la resolución 2115 de 2007. Cabe resaltar
que al realizar los análisis de las muestras problema de salida, se observo una
mayor remoción a medida que las concentraciones de sólidos y turbidez
aumentan, lo cual indica que los filtros pueden ser usados con una mayor carga.
101
Resinas de intercambio iónico
La unidad de desmineralización quedo conformada por dos tipos de resinas
(catiónicas y anionicas), durante el diagnóstico de esta unidad no se logró
encontrar información pertinente del tipo de resinas presentes en la universidad
por lo cual se asumieron características medias entre resinas débiles y fuertes
tanto para las catiónicas como para las aniónicas, de manera que durante la
regeneración fuera posible liberar las sales presentes del medio.
Durante las pruebas de operatividad realizadas con aguas blandas de dureza
máxima igual a 175 mg/L y conductividad de 370 µs/cm (Ver Tabla 34) , que
representan presencia de sustancias minerales, se encontraron remociones de
dureza total aportada por iones de calcio y magnesio del 100 % para los tres
ensayos ejecutados usando un caudal promedio de 199 L/h (Ver Tabla 36), sin
embargo durante la medición de conductividad la remoción promedio fue del 20
% (Ver ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.). Teniendo en cuenta que
estos dos parámetros se correlacionan entre si tal como se muestra en la
Ilustración 33, siendo la conductividad directamente proporcional a la dureza, la
señal de conductividad en la muestra de salida está evidenciando presencia no
solo de Ca y Mg sino otras sales que intervienen en la medición de conductividad
por lo cual la remoción promedio de conductividad es muy pequeña respecto a la
de dureza total.
En la unidad de desmineralización el caudal promedio usado fue de 199.31 L/h
(Ver Tabla 32), con un tiempo de residencia de 90 segundos en la columna de
intercambio catiónica y 36,12 segundos para la columna de intercambio aniónica
considerando los volúmenes efectivos de cada una presentados en la Tabla 28 (5
y 7 L respectivamente), por lo cual el caudal óptimo de operación de las resinas
puede mantenerse dentro del promedio de los 170 a los 200 L/h donde se asegura
un flujo de solución a tratar de 0,45 m3/min*m3 para las resinas aniónicas, que se
encuentra dentro de los rangos de diseño de 0,27-0,67 m3/min*m3 , establecidos
en la bibliografía (Ver Tabla 3) mientras que para las resinas catiónicas este flujo
fue de 0,71 m3/min*m3, valor por fuera del rango de diseño por lo cual se sugiere
aumentar la altura del lecho de resina catiónica de 5 L a 6 aproximadamente.
El régimen de flujo calculado en dentro de esta unidad es de tipo laminar y las
pérdidas de energía para la columna de intercambio catiónica son de 0.040 m y
para la columna de intercambio anionica es de 0,030 m (Ver
Tabla 30), las cuales no son significativas en este tratamiento, sin embargo se
102
debe tener en cuenta que las pérdidas por fricción y válvulas de bola
corresponden al 62.55% aproximadamente para estas unidades
Reactor uv
En lo que respecta al reactor UV se tuvo en cuenta los principales
microorganismos de mayor interés en el agua potable como los coliformes, los
cuales fueron expuestos a la radiación ultravioleta; la muestra se tomó con
grandes cantidades de coliformes para evaluar la eficiencia en condiciones
extremas, considerando la variación de los tiempo de retención y de esta forma
observar su comportamiento con respecto a la ley de Chick. Se comprobó que
existía una desviación de esta ley debido que la inactivación no es lineal, tal como
se muestra en la Ilustración 35. Este fenómeno se presenta debido a las zonas
muertas del reactor, específicamente atrás del balasto y parte superior de la zona
de evacuación del agua, lugares en los cuales existen aglutinaciones de
microbios. Por otra parte los sólidos presentes y la cantidad de biomasa que
posiblemente existía en la muestra facilitaban la absorción de los microorganismos
por el rayo UV, además de impedir la penetración efectiva de la luz, lo cual
causaba las variaciones en el comportamiento de la inactivación según la ley de
chick. Adicional a lo anterior se puede afirmar que no existían otros componentes
como metales que contribuyeran a la absorción del UV, lo que impide la
inactivación de los microorganismos debido a que no se alcanza a penetran en su
ADN. Esta ausencia se garantizó mediante el empleo de agua potable e
inoculación de coliformes directa. En los resultados de eficiencia de esta unidad
se puede apreciar el aumento de la inactivación a medida que los tiempos de
retención son mayores. Para los tiempos de 3.83min y 20min se encontró que sus
diferencias de eficiencia son más relevantes debido que sus intervalos de tiempo
son mayores, este comportamiento se puede observar en la tabla de eficiencias de
remoción del reactor UV Tabla 57. Sin embargo se sugiere que se realicen más
pruebas con el tiempo de retención entre los 50 a 90 minutos, de manera tal que
se encuentre el punto en el que la tasa de mortalidad sea constante para un
tiempo determinado. Se comprobó que para aguas con baja contaminación a un
caudal de 1.43 L/min, se obtuvo remociones del 100%, sin embargo es necesario
realizar más ensayos y comprobar su efectividad con otros caudales.
Analisis generales
103
El número de Reynolds evaluado en las tuberías y mangueras de los filtros y las
resinas es turbulento con valores que oscilan entre los 4000 y 5300 debido a su
alto caudal y tiempo de retención bajo, mientras que dentro de las estructuras los
valores se encuentran dentro del régimen laminar (Re= 600-800), sin embargo
dentro del reactor y para cada una de las secciones por las que pasa el fluido tales
como tuberías y mangueras se presenta un flujo de régimen laminar con Reynolds
entre 200 a 1800 debido a los caudales tan bajos manejados en esta unidad.
Las pérdidas de energía calculadas para la unidad de filtración son de 2,5 m (Ver
tabla 21) , mientras que para las columnas de intercambio catiónica y aniónica son
de 1,214 m y 1,207 m, para las cuales se presentan los mayores valores en
pérdidas debido a las válvulas de globo. Sin embargo debido a las bajas
velocidades del agua en el reactor UV las pérdidas de energía son irrelevantes,
del orden de 6,3 x 10 -5 m.
Las accesorios adicionados a las unidades de intercambio iónico, filtros de
membrana y reactor UV fueron seleccionados con el objetivo de permitir a los
estudiantes en los espacios académicos realizar análisis del agua de entrada y
salida mediante muestreadores, regular los flujos a través de válvulas y usar las
unidades de manera individual o colectiva. Los materiales usados para las
adecuaciones y construcción de todas las unidades fueron en PVC, ya que es un
material económico el cual fue usado en este tipo de unidad. El PVC ofrece a las
estructuras un alta resistencia a los choques y es ideal para evitar la corrosión por
exceso de humedad y altas temperaturas, disminuyendo costosos mantenimiento
y reemplazos, adicional a esto este material es liviano por su baja densidad (1,4
g/cm3) lo que ofrece una fácil manipulación, que con un coeficiente de rugosidad
bajo representa menores perdidas de energía.
104
9. CONCLUSIONES
Las unidades de tratamiento de procesos avanzados de agua potable que se
encontraban disponibles en la Universidad para su adecuación, correspondían a
los filtros de membrana y las columnas de intercambio. Las piezas por incorporar,
fueron evaluadas con el fin de facilitar el monitoreo y control tanto en la entrada
como la salida de cada una de las unidades. Durante el diagnóstico del estado de
los filtros de membranas y las columnas de intercambio iónico, se realizó una
inspección visual en donde se registraron los daños presentados en las tuberías y
accesorios debido a fisuras y/o contaminación. Se procedió a reemplazar cada
una de las unidades. El Reactor UV fue elaborado en su totalidad, ya que las
unidades de UV de la Universidad, estaban siendo usados para fines
investigativos. Se realiza la construcción de un equipo anular con una lámpara
germicida cuyos puntos de muestreo se encuentra en la parte inferior del equipo
(zona de entrada) y en la parte superior lateral del equipo (zona de salida).
Se realizaron diferentes pruebas para garantizar el funcionamiento de las
unidades. En la unidad de filtración se obtuvieron porcentajes de remoción hasta
del 62.78% de turbidez y 98,72% en solidos totales, para muestras problema de
1207 ppm ST y 145 NTU . El caudal de operación se estableció en un rango de
250 a 300 L/h el cual cumple con los requerimientos técnicos mínimos de presión
2 psi y flujo para cada uno de los cartuchos.
La unidad de desmineralización consta de resinas de intercambio catiónico y
aniónico que cumplen con una remoción del 100 % en dureza total, cálcica y
magnésica siempre y cuando se realice la respectiva regeneración del medio. El
caudal de operación para esta unidad se estableció entre los 170 a los 200 L/h. La
remoción de conductividad del 20%. El flujo de solución a tratar para la resina de
intercambio anionica es de 0,45 m3/min/m3, aceptable dentro de los rangos de
diseño.
En el reactor UV se realizó la prueba de E. Coli, mediante la cual se apreció que la
inactivación de los microorganismos fue aumentando a medida que se disminuía
el caudal, obteniendo eficiencias de 53.32 % para el tiempo de retención de 1 hora
con aguas altamente contaminadas. Se presentó una desviación con respecto a la
ley de Chick ya que la disminución de los microorganismos no fue lineal, debido a
las zonas muertas presentadas en el reactor y los sólidos presentes en esta
muestra. Se realizó una última prueba con una cantidad menor de coliformes,
105
mediante una dilución de yogurt a 1:10 con un caudal de 1.53 L/min, en el cual se
obtuvo una eficiencia de remoción de 100%
106
10. RECOMENDACIONES
10.1. RECOMENDACIONES TRATAMIENTO AVANZADO
FILTROS DE MEMBRANA
En caso de realizar adecuaciones en los filtros de membrana, se sugiere
incorporar un punto de muestreo en medio de los filtros de membrana como se
muestra en la Ilustración 37. Esto permite muestrear el agua después de pasar por
el primer cartucho y realizar un análisis de eficiencia por cada membrana y en
conjunto. Este criterio permitirá tomar decisiones con mayor facilidad al momento
de reemplazar el cartucho y hacer las modificaciones correspondientes según
sean los requerimientos de calidad del agua a tratar.
Ilustración 37 Modificación adición válvula de muestreo
En caso de que se requiera reemplazar las carcasas o housing de los filtros, se
recomienda implementar materiales transparentes, que permitan a los estudiantes
ver el proceso de tratamiento.
En las prácticas se podría plantear un cambio de filtros de menor micraje y material con el fin de evaluar la eficiencia para distintas tecnologías. Si se quiere obtener el caudal de trabajo según el tipo de agua, es necesario incorporar
107
variadores de velocidad para cubrir varios rangos de trabajo ya sea por micro filtración ultrafiltración o nano filtración. Para observar el comportamiento del cartucho con carbón activado se recomienda emplear pruebas de adsorción que permitan ver su capacidad de retención.
RESINAS DE INTERCAMBIO
El control de la planta se podría optimizar mediante un sistema automatizado que
incluya una pantalla de control en las columnas de intercambio en donde se
muestre parámetros como el caudal y el volumen del agua a tratar restante hasta
la siguiente regeneración. Aunque en caso de requerir una regeneración extra se
puede hacer de forma manual mediante los métodos de batch o recirculación
según se explica en este documento.
Para observar la eficiencia de las columnas de intercambio con mayor detalle, se
sugiere evaluar la porosidad en las resinas y eventualmente compararlas con otro
tipo de resinas o zeolitas cuya capacidad sea más eficiente durante la operación.
REACTOR UV
Para poder observar con mayor detalle las variaciones que puede tener la
transmitancia con respecto a la efectividad del tratamiento se recomienda
contemplar la incorporación de lámparas que permitan llegar a los estándares que
determinada agua requiera para ser potable teniendo en cuenta su calidad. Otro
aspecto relacionado con la radiación está ligado en garantizar que el líquido sea
radiado en su totalidad, esto se logra mediante las condiciones hidráulicas como
se aprecia en la
Ilustración 6, en donde se sugieren varios tipos de configuraciones según el tipo
de lámpara y de esta forma minimizar los cortos circuitos y las zonas muertas que
en nuestro reactor se presenta.
10.2. RECOMENDACIONES DE OPERACIÓN DE LAS UNIDADES
10.2.1. FILTROS DE MEMBRANA
Las principales recomendaciones de instalación para el filtro de membrana son: a)
ubicar el equipo en la pared a una distancia prudente con referencia al piso, para
108
permitir fácilmente el mantenimiento; b) Se debe instalar el equipo alejado de la
luz solar, en lugar seco y sin humedad.
Para iniciar las pruebas de operación es necesario revisar inicialmente que los
cartuchos se encuentren bien enroscados, es decir que los empaques del housing
se encuentren y que impidan la infiltración del agua.
El caudal en los filtros depende principalmente del tipo de membrana y la calidad
del agua con la cual se encuentra el agua a tratar, teniendo en cuenta esto se
selecciona las condiciones de operación; por lo tanto se recomienda tener las
características técnicas de la membrana y realizar las pruebas de solidos totales
iniciales correspondientes.
Se sugiere revisar la presión inicial, ya que puede presentar una variación en la
lectura final y representa la saturación presente de los filtros realizar.
Se propone realizar las limpiezas de las membranas y para esto se recomienda
elaborar un protocolo de limpieza ya que la calidad del agua problema no
solamente es implementado para agua potable, esto permitirá alargar la vida
media a de las membranas. El protocolo debe ir adaptándose al tipo de suciedad
que se va generando, es decir realizar pruebas de laboratorio que permitan
observar la eficiencia de tratamiento y de esta manera evidenciar de forma clara el
momento en el cual deben ser cambiadas las membranas.
Es necesario adaptar las limpiezas en función de las condiciones de operación
que sufre la membrana en el ciclo de funcionamiento normal, como la presión la
cual debe ser revisada al iniciar el proceso de limpieza y al inicio del proceso de
tratamiento. Es importante hacer retrolavados a las membranas de filtración para
aumentar el tiempo de vida de estas unidades, sin embargo ya que esta unidad no
permite ejecutar lavados en contracorriente, se debe retirar y limpiar manualmente
los cartuchos. Para indiciaciones adicionales es necesario leer la ficha técnica de
los cartuchos.
10.2.2. COLUMNAS DE INTERCAMBIO
En cuanto a la instalación de las resinas de intercambio se recomienda ubicar el
soporte en un lugar de fácil acceso tanto para operar el equipo como para realizar
109
el mantenimiento, es decir al momento de realizar el cambio de las resinas o una
regeneración por el método batch.
Se recomienda que el equipo sea situado en una superficie plana, en un lugar
donde esté protegido de la luz solar, la lluvia y la humedad, ya que estos factores
pueden afectar o alterar la eficiencia de las resinas, debido a que en su interior
puede formarse una biopelícula de microrganismos.
Se recomienda ubicar el equipo alejado ácidos o vapores, verificando las normas
de seguridad que para el caso se requiera evitando accidentes o posibles riesgos
al operador del equipo.
Conocer el estado inicial de las resinas bajo una inspección visual es imposible,
por lo tanto es necesario
Las pruebas de eficiencias para las resinas deben realizarse con aguas duras para
garantizar su eficiencia en estos rangos de calidad de agua.
La regeneración de las resinas siempre debe realizarse periódicamente al evidenciar la saturación del lecho.
Para evitar el deterioro del material de las resinas se debe garantizar que el agua a tratar contengan mínimas cantidades de cloro (máximo 2 ppm)
10.2.3. REACTOR UV
En cuanto a la instalación de
Realizar un adecuado control de esterilidad
Considerando que los microorganismo poseen una capacidad para reparar los
daños causados por la radiación UV en su ADN, se podría trabajar con los
diferentes rangos de exposición durante intervalos de tiempo para regular este
fenómeno, además se sugiere aplicar pequeñas dosis de cloro al final del
tratamiento y así garantizar la acción residual en el agua potable.
Se recomienda realizar mayores pruebas para determinar el tiempo de retención
óptimo, es decir que se logre llegar al punto de estabilización en donde los
110
microorganismos ya no reaccionan ante la radiación a la cual se encuentran
expuestos.
Se debe garantizar un programa de mantenimiento preventivo para el uso de la
tecnología de radiación UV, en la cual se contemple una remoción de sustancias
disueltas que impida la transmitancia de la luz UV. Este fenómeno también puede
ser causado por sustancias inorgánicas como el hierro, el calcio, el magnesio y el
manganeso los cuales se precipitan y se depositan en el la carcasa de la lámpara,
evitando que la radiación sea efectiva.
Se recomienda realizar más ensayos con aguas de bajas concentraciones de
coliforme y observar el comportamiento con respecto a la ley de Chick.
La temperatura de agua y el pH tienen poco o ningún impacto en la tasa de inactivación de microbios por UV, sin embargo la temperatura afecta el rendimiento operativo de la lámpara ya que influye directamente con la rapidez de la desinfección. Se recomienda trabajar con las temperaturas del agua en la que los microorganismos presentes no puedan sobrevivir y de esta forma hacer más rápido el tratamiento.
111
11. BIBLIOGRAFÍA
ALDABE, B. A. (2004). Química 2. Química en acción. Buenos Aires, Argentina: Ediciones
Colihue S.R.I.
ALONSO NORE LINA XIMENA, J. A. (2008). Estudio Comparativo en técnicas de
recuento rápido en el mercado y placas Petriflium 3M para el análsis de alimentos.
Bogotá, Colombia : Pontificia Universidad Javeriana.
AMBERJET, A. Y. (11 de Noviembre de 2012). El intercambio iónico, principios básicos.
Recuperado el 2015 de Enero de 05, de http://dardel.info/IX/IX_Intro_ES.html
AMERICAN WATER WORK ASSOCIATION RESEARCH FOUNDATION. (1998).
Tratamiento del agua por procesos de membrana. Aravaca: McGrawHill.
AQUASALUD TREATMENT. (2 de Mayo de 2011). FUNCIONAMIENTO DE LOS
PROCESOS INDUSTRIALES DE DESMINERALIZACIÓN DE AGUA. Recuperado
el 4 de Octubre de 2014, de http://www.desmineralizadores.com/proceso.html
ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE DESALACIÓN Y REUTILIZACIÓN. (2009). Guía de
Desalación: Aspectos técnicos y sanitario en producción de agua de consumo
humano. Madrid: Composiciones Rali, S.A.
AVILLA, J. A. (Junio de 2002). Lo Esencial Acerca del Intercambio Iónico. Obtenido de
www.aqualatinoamerica.com
CAIRNS, H. B. (1990). Desinfección de agua por medio de luz ultravioleta . LÓNDON,
CÁNADA.
CANO, J. C. (1997). Adsorción de plata en resinas de intercambio iónico a partir de
soluciones de bromuro. Universidad de Sonora .División de Ingeniería.
CAZCO, C. N. (2010). Desinfección del Agua para uso humano. Quito: Escuela
Politécnica Nacional.
COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA . (12 de 2007). Manual de agua potable, Alcantarillado
y Saneamiento. MÉXICO.
CORPONARIÑO. (27 de 07 de 2002). Glosario . Obtenido de Sólidos Suspendidos
Totales : http://corponarino.gov.co/modules/wordbook/entry.php?entryID=367
EPA. (1999). Folleto informativo de tecnología de aguas residuales. . Desinfección con luz
ultravioleta. 832-F-99-064.
GONZÁLEZ, J. F. (Julio de 2010). Control Avanzado en Procesos Industriales de
Microfiltraci´on y Ultrafiltraci´on tangencial. España: Universidad Politécnica de
valencia.
GRAY, N. (2005). Water technology anhwd introduction for enviromental scentists and
enginerieers. Chennai: El SEVIER BUTTERWORTH HEINEMANN.
HENDRICKS, D. (2006). Water Treatment Unit Processes Phisical and Chemical. Taylor &
Francis.
IDRECO SUDAMERICANA SA. (1990). Generaldiades sobre el intercambio iónico.
Rosario.
112
JOSEPH G. JACANGELO, M. W. (2013). Tratamiento del agua por procesos de
membrana. Durban, Sudafrica: Universidad de Natal.
KIELEY, G. (2001). Ingeniería Ambiental Fundamentos, Entornos, Tecnologías y Sistemas
de Gestión. España: McGrawHill.
KIM, T.-U., DREWES, J. E., SUMMERS, R. S., & AMY, G. L. (2007). Solute transport
model for trace organic neutral and charged compounds through nanofiltration and
reverse osmosis membranes. WATER RESEARCH 41, 3977– 3988.
M, C. (1986). Ultrafiltration Handbook. Pensilvania, Pennsylvania: Echnomic Publishing
Company. Inc.
MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. (Noviembre de 2000). Reglamento de
Saneamiento Básico . Sección II Título C Sistemas de Potabilización . República
de Colombia.
NEWPUBLICCRIMINIS. (3 de 09 de 2014). NewPublicCriminis. Obtenido de
www.bvsde.paho.org/bvsacg/fulltext/desinfeccion/capitulo4.pdf
ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALÚD. (2015). Temas de Salúd. OMS.
OPAZO, F. U. (1999). INGENIERIA SANITARIA APLICADA A SANEAMIENTO Y SALUD
PUBLICA. México: Limusa Noriega Editores .
SECRETARÍA DE ECONOMÍA DE LOS ESTADOS UNIDOS MÉXICANOS. (2001).
Análisis de Agua. Obtenido de Determianción de Turbiedad en aguas naturales,
residuales y reesiduales tratadas:
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/NMX-AA-038-SCFI-2001.pdf
SNICER, G. M. (2000). UV Inactivation of Viruses in natural Waters . Denver: AWWA
Research Foundation and American Water Works Association.
SOCHA, Á. M., & BÁEZ, D. K. (2010). Evaluación a nivel laboratorio de un sistema de
oxidación fotocatalítica heterogénea para la degradación de un colorante reactivo
usado en la industria textil. Bogotá, Colombia.
TAE-UK KIMA, J. E. (2007). Solute transport model for trace organic neutral and charged
compounds through nanofiltration and reverse osmosis membranes. Water
Research, 3977– 3988.
THOMPSON, M. (18 de Junio de 1992). The Role of Membrane Filtration in Drinking
Water Treatment. Engineering Considerations for Design of Mmebrane Filtration
Facilities for Drinking Water Supply. Denver: Proceedings of annual Conference
American Water Works Association.
UNIVERSIDAD DE ALCALA . (16 de Enero de 2008). Aplicación de la ozonización en el
tratamiento de aguas: descripción y funcionamiento. Recuperado el 5 de Octubre
de 2014, de MIOD uun lugar para el agua:
http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2008/01/16/82477
WEB DEL PROFESOR. (2014). Recuperado el 4 de Octubre de 2014, de
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/csalas/OPIV/intercambio_ionico.pdf
W.J, M. (2002). Ultraviolet Light in water and wastewater Sanitation. Boca Raton. FL:
Lewis Publisher.