ecua dbo

Republica Bolivariana de Venezuela Universidad Rafael Urdaneta

Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química

DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA ECUACIÓN QUE RIGE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA PROCESADORA DE CANGREJOS. Tutor Académico: Tutor Industrial Ing. Luis Vargas M. Sc Ing. Daisy Isea M.Sc

Realizado por: Br. Jina Paola Dangond Gil

C.I. 83.448.716 Br. Riczely Lisseth Mendoza Ysea

C.I.17.819.806

Maracaibo, Abril 2008

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II

Este trabajo representa un aporte del Centro de Investigación del Agua. Universidad del Zulia, para la difusión del conocimiento científico universal.

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III

DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA ECUACIÓN QUE RIGE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA PROCESADORA DE CANGREJOS. _______________ _______________ Tutor Académico Tutor Industrial Ing. Luis Vargas Ing. Daisy Isea ________________ ________________ Autora Autora Br. Jina Dangond Br. Riczely Mendoza

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IV

DEDICATORIA

A mi SANTO PADRE, mi guía, mi compañía, mi fortaleza, a ti dios gracias por permitirme sentir tu presencia, por no dejarme caer y ver hoy uno de mis más grandes sueños cumplidos al lado de los seres que amo…

A mis padres MAGLENIS YSEA y JOSE MENDOZA sin duda los mejores del mundo, gracias por su apoyo incondicional, su confianza, su paciencia, por sus consejos, enseñanzas, y sobre todo su amor y por ayudarme a ser lo que hoy soy. Son un ejemplo a seguir. A mi princesa hermosa MARIANA VALENTINA gracias mi angelito por darme alegría, la voluntad y el incentivo todos los días de mi vida para querer alcanzar todas mis metas, sabes que todos mis triunfos son para ti, TE AMO. A ti ALBERT XAVIER por ser mi amor, mi compañía y darme todo tú apoyo, y estar hay en las buenas y en las malas. Gracias por tu paciencia y preocuparte por mi te amo. A mis hermanos JOSÉ MANUEL Y KELLY CAROLINA por estar siempre dispuestos a escucharme, apoyarme, y ayudarme. Gracias por su compañía a lo largo de mi vida y su amor incondicional. A mis tías Magaly, Xiomara y Zuleida por ser un gran apoyo, buenas consejeras y darme su cariño, para ustedes también son mis logros. A mi abuela Sira por sus consejos su amor, apoyo y paciencia. Te quiero mucho. A Jina Paola por ser mi compañera de tesis, de clases y por ser mi amiga. Manita gracias por Todo. A mis Amigos y Compañeros de clases por el cariño el apoyo la ayuda y por permitirme aprender de cada uno de ustedes. Y finalmente a todas aquellas personas que me apoyaron y que de alguna manera dieron su ayuda para poder hoy alcanzar esta meta.

RICZELY

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V

DEDICATORIA

A ti mi Dios por guiarme hasta alcanzar esta meta, por no desampararme y

llevarme en tus hombros en los momentos difíciles.

A la señora Luz Marina Gil, mi mami que más que ser mi ejemplo a seguir es la

razón de mi vida.

A mis hermanos Karina, Joel, Kelvin y José que junto con mi mamá son mi

motivo, mi inspiración y mi fortaleza, los amo.

A mis sobrinos Mariangel, Rafael y Laura, cada vez que los veo tan llenos de

vida y entusiasmo crece mi amor por ustedes, los adoro.

A mi familia y amigos que siempre estuvieron atentos a mi recorrido hacia esta

meta y nunca dejaron de demostrar su preocupación por mí.

A Riczely, manita esto no hubiera sido lo mismo sin ti.

A mis profesores y compañeros de clases que más que enseñarme a ser un

profesional, me enseñaron a ser mejor persona.

A las familias que sin conocerme me abrieron las puertas de su casa, haciendo

de mí un integrante más de la familia, gracias por su voto de confianza.

JINA

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VI

AGRADECIMIENTO

A ti DIOS por darme la vida, guiarme, y permitirme culminar mi carrera.

A todo el personal del Centro de Investigación del Agua por ser la institución que apoyo y respaldo este trabajo.

A todo el personal de PROMARCA por toda su atención y colaboración.

Al tutor académico Ing. Luís Vargas y a la tutora industrial Ing. Daisy Isea, por guiar mis pasos en la elaboración de la Tesis de Grado y por brindarme su ayuda en todo momento.

Al técnico del laboratorio de Centro de Investigación del agua José Delgado . A mi mami Magleni Ysea por ser un ejemplo de constancia, un apoyo, por darme tú ayuda y tu amor que me permitieron ser quien soy. A mi papá José Mendoza por ser un padre ejemplar, un apoyo, una guía, y por darme todo lo necesite para llegar hasta aquí. A ti hija Marianita por ser tan hermosa y ser mi incentivo para querer lograr esto y mucho mas. A mi esposo Albert Xavier por su apoyo incondicional, su amor, comprensión y paciencia. A mis hermanos Kelly y José por brindarme su cariño, apoyo y compañía a lo largo de toda mi vida. A mis tías y mi abuela por brindarme su apoyo, ayuda y consejos a lo largo de mi vida. A mi compañera de Tesis Jina Paola por toda su ayuda y apoyo brindado durante la realización de este proyecto.

A todos mis compañeros de clases y mis amigos por su confianza, apoyo y por vivir y compartir conmigo momentos de alegrías y tristezas, de triunfos y fracasos que me sirvieron de estimulo.

Y a todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron con la realización de este trabajo.

RICZELY

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VII

AGRADECIMIENTO Gracias Dios, por ser mi compañía en todo momento y siempre hacerme saber que estuviste allí conmigo. Mami, gracias a ti soy lo que soy, esto es tuyo. Kathy, Joe, Kelvin y José saben que mis logros llevan consigo parte de su amor, atención y cuidado hacia mí, esta meta alcanzada siéntanla propia. Maye, Rafa y Laura, mis amores, gracias por que nunca dejaron de sorprenderme alegrarme en los momentos que compartimos. A mi familia quiero que hagan parte de esto, ya que gracias a ustedes siempre me he sentido orgulloso de venir de donde vengo. A todos mis manitas y manitos que he encontrado, todos me aportaron algo en el camino, justo lo que necesitaba. A mi manita Riczely, gracias por el apoya, las risas, los desvelos y los consejos. A mis profesores y tutores, por enseñarme las fórmulas y ecuaciones para ser un mejor ser humano.

JINA

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VIII

DANGOND, Jina. MENDOZA, Riczely. DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA ECUACIÓN QUE RIGE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA PROCESADORA DE CANGREJOS. Tesis Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química, Maracaibo, Abril 2008.

RESUMEN En esta investigación se determinaron los parámetros cinéticos que rigen la demanda bioquímica de oxígeno en aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos en la región zuliana. La finalidad de este estudio fue obtener una data de valores de las constantes de biodegradación y de la demanda última que sirvan para consultar al momento del diseño de una planta de tratamiento de aguas o el estudio de las mismas. Se determinaron los parámetros a través de los métodos de la Pendiente de Thomas, el método gráfico de Thomas y el método gráfico de Fujimoto; todo esto se hizo a las temperaturas de 20ºC, que es la temperatura estándar y a 33ºC, que es una temperatura similar a la región. Los métodos que se ajuntan al análisis de las aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos son el método grafico de Thomas y el método de Fujimoto. La metodología fue de tipo experimental y de diseño experimental de campo, debido a que los datos fueron recogidos directamente de la realidad con el propósito de la obtención de los valores de los parámetros. El resultado obtenido con respecto a la constante de biodegradación (k), y de la demanda última (L), son proporcional a la temperatura de incubación. Descriptores: Demanda Bioquímica de Oxígeno, constantes de biodegradación y demanda ultima, método de la pendiente de Thomas, método gráfico de Thomas y método gráfico de Fujimoto, parámetros. [email protected] [email protected]

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IX

DANGOND, Jina. MENDOZA, Riczely. DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA ECUACIÓN QUE RIGE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA PROCESADORA DE CANGREJOS. Tesis Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química, Maracaibo, Abril 2008.

ABSTRAC In this investigation there decided the kinetic parameters that govern the biochemical demand of oxygen in waste water of an industry procesadora of crabs in the region zuliana. The purpose of this study was to obtain a byline of values of the constants of biodegradation and of the last demand that serve to consult to the moment of the design of a plant of water treatment or the study of the same ones. The parameters decided across the methods of Thomas's Slope, Thomas's graphical method and Fujimoto's graphical method; all that did to itself to the temperatures of 20ºC, which it is the standard temperature and to 33ºC, that is a temperature similar to the region. The methods that live together to the analysis of the waste water of an industry procesadora of crabs are Thomas's graphical method and Fujimoto's method. The methodology was of experimental type and of experimental design of field, due to the fact that the information was gathered directly from the reality by the intention of the obtaining of the values of the parameters. The result obtained with regard to the constant of biodegradation (k), and of the last demand(L), they are proportional to the temperature of incubation.

Describers: Biochemical Demand of Oxygen, constants of biodegradation and demand finalizes, method of Thomas's slope, Thomas's graphical method and Fujimoto's graphical method, parameters. [email protected] [email protected]

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X

INDICE

DEDICATORIA IV AGRADECIMIENTO VI RESUMEN VIII ABSTRAC IX INDICE GENERAL X INDICE DE TABLAS XII INDICE DE GRAFICOS XIV INDICE DE FOTOS XVII INTRODUCCION XIX CAPITULO I: EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del problema 22

1.2 Formulación del problema 23

1.3 Objetivos de la investigación 23

1.3.1Objetivo General 23

1.3.2Objetivos Específicos 24

1.4Justificación de la Investigación 24

1.5 Delimitación de la Investigación 26

1.5.1 Delimitación Espacial. 26

1.5.2Delimitación Temporal 26

1.6 Alcances 26

CAPITULO II: MARCO TEORICO 2.1 Descripción de la Empresa 28

2.2 Antecedentes 31

2.3 Bases Teóricas 35

2.3.1 Aguas Residuales 35

2.3.2 Oxígeno Disuelto 39

2.3.3 Demanda Química de Oxígeno 40

2.3.4 Demanda Bioquímica de Oxígeno 41

2.3.5 Constantes de la Ecuación de la DBO 56

2.3.6 Métodos para Determinar las Constantes Cinéticas 58

2.3.7 Efectos de la Temperatura 63

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XI

2.3.8 Potencial de Hidrógeno 66

2.3.9 Sólidos Suspendidos 66

2.4 Cuadro de Variables 67

2.5 Definición de Términos Básicos 69

CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO 3.1 Tipo de Investigación 73

3.2 Diseño de la Investigación 73

3.3 Población y Muestra 74

3.4 Fases de la Investigación 75

3.5 Métodos y Técnicas de Análisis de Información 78

CAPITULO IV: RESULTADOS Y DISCUSION DE RESULTADOS 4.1 Análisis de los Resultados 81

4.2 Determinación de las Constantes de Biodegradación y Demanda

Última. 97

4.3 Análisis de los gráficos 109

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 116 PAGINAS WEBS CONSULTADAS 118 APENDICE A 119 APENDICE B 133 APENDICE C 137

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XII

INDICE DE TABLAS

Tabla Nº 1 Valores de la DBO de la muestra Nº 1 a 20 ºC y 33ºC 80

Tabla Nº 2 Valores de la DBO de la muestra Nº 2 a 20ºC y 33 ºC 81







Tabla Nº 9 Valores de k y L a 20 ºC de las muestras 1, 2, 3, y 4 86




Tabla Nº 13 Valores de k a 20 ºC y 33 ºC. Método de Fujimoto 90

Tabla Nº 14 Valores de k a 20 ºC y 33 ºC. Método Grafico de Thomas 91

Tabla Nº 15 Valores de L a 20ºC y 33 ºC. Método de Fujimoto 92

Tabla N º 16 Valores de L a 20ºC y 33 ºC. Método Grafico de Thomas 92

Tabla Nº 17 Valores promedios de la constante de biodegradación (k) 93

Tabla Nº 18 Valores promedios de la demanda última (L) 94

Tabla Nº 19 Valores de ph de las muestras 94

Tabla Nº 20 Valores de los sólidos suspendidos presentes en las muestras 95

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XIII

INDICE DE FIGURAS

Figura 1- DBO en función del tiempo y a varias temperaturas 42

Figura 2- Efecto de la constante de relación k en la DBO 56

Figura 3- Efecto de la constante k en la DBO 57

Figura 4- Aplicación del Método de Fujimoto 59

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XIV

INDICE DE GRÁFICOS

Grafico 1- Método de Thomas de la muestra Nº 1 a 20 ºC 96

Gráfico 2- Método de Thomas de la Muestra N º1 a 33 ºC 97

Gráfico 3- Método de Fujimoto de la Muestra N º4 a 20 ºC 97



Gráfico 6-Método de Fujimoto de la Muestra N º5 a 33ºC 99 Gráfico 7- Método de Thomas de la Muestra N º3 a 20 ºC 99

















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XV










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XVI

INDICE DE FOTOS

Foto Nº 1 Fachada de la Industria Procesadora de Cangrejos. 121

Foto Nº 2 Salida de las Aguas Residuales de la Industria Procesadora

De Cangrejos. 121

Foto Nº 3. Canal de Salida de las Aguas Residuales de la industria

Procesadora de Cangrejos. 122

Foto Nº 4 Digestores donde se realiza las pruebas de Demanda Química de

Oxigeno. 122

Foto Nº 5 Espectrofotómetro Hach modelo DR/ 2000. 123

Foto Nº 6 Agua Aireada. 123

Foto Nº 7 Nutriente para el agua aireada necesarios en el proceso de la

DBO. 124

Foto Nº 8 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de

Sulfato Manganoso. 124


Alcali - Nitruro. 125


Acido Sulfúrico Concentrado. 125

Foto Nº 11 Botellas Winkler. La diferencia e Intensidad del Color es un

indicador de la presencia y cantidad de oxigeno en cada botella. 126

Foto Nº 12.Se retiran 100 ml de solución a la Botella Winkler. 126

Foto Nº 13. Se le agregan 2 ml de Almidón como indicador. 127

Foto Nº 14 Cambio de color en la muestra por la presencia de almidón como

indicador. 127

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XVII

Foto Nº 15 Titulación de la Muestra con Tiosulfato de Sodio. 128

Foto Nº 16 Cambio de color de la muestra por la presencia de Tiosulfato de

Sodio. 128

Foto Nº 17. El color transparente indica la finalización de la titulación. 129

Foto Nº 18 Incubadora a 20º C. 129

Foto Nº 19 Incubadora a 33 ºC. 130

Foto Nº 20 Filtro utilizado para la prueba de los Sólidos

Suspendidos 130

Foto Nº 21 Mufla utilizada para la prueba de los Sólidos Suspendidos

Volátiles. 131

Foto Nº 22 pHmetro 131

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19

INTRODUCCION

Las actividades humanas dan lugar a la producción de una amplia gama de

productos residuales, muchos de los cuales utilizan el agua como vehículo de

transporte; y para poder ser descargado en otros reservorios han de ser

cuidadosamente tratados.

Las aguas residuales generalmente contienen pequeñas cantidades de

sólidos inorgánicos y orgánicos; y varias concentraciones de gases disueltos. La

mayoría de las impurezas de esta agua se transforman, pero solo una pequeña

parte de estas transformaciones son de naturaleza química, estando las demás

relacionadas con procesos biológicos. En estas ultimas, la relación entre las

sustancias contenidas en el agua residual y el oxígeno es fundamental. Las aguas

residuales industriales constituyen parte importante de las aguas residuales de

una población, y por consiguiente deben tomarse las medidas adecuadas en

materia de eliminación de la materia orgánica. Durante el proceso de

descomposición de la materia orgánica se utiliza el oxígeno disuelto del agua

receptora, llegando a agotarlo y produciendo condiciones anóxicas.

Se ha prestado mayor interés al tratamiento de las aguas residuales

industriales debido al proceso de la industrialización. Prácticamente toda la clase

de material que entra a una planta se puede convertir en una impureza de sus

aguas residuales; las propiedades físicas, químicas y biológicas de esta agua son

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20

tan variadas como la industria misma, sin embargo, todo este conjunto de agua

deben ser asimiladas por el medio ambiente, sin que ello suponga un perjuicio,

para la salud y el bienestar de un ser vivo.

Analizando los métodos convencionales, para medir la potencia polucional

de las aguas residuales, la demanda bioquímica de oxígeno es hasta el momento,

la de mayor significación; ésta en conjunto con la demanda química de oxígeno es

capaz de evaluar la materia responsable de la polución de las aguas naturales de

la forma más exacta. La constante de biodegradación (k) y la demanda última (L),

son los parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la DBO. Para obtener estos

valores es necesario recurrir a una evaluación a través de fórmulas y métodos

conocidos, de los cuales se aconseja aplicar el método de la pendiente de

Thomas, el método de Yoshinori Fujimoto y el método gráfico de Thomas para

observar cual de ellos produce valores similares, es decir que se ajusten a los

parámetros.

Generalmente k y L son estudiados a una temperatura de 20ºC, ya que los

valores de DBO a esa temperatura y a 5 días (condiciones estándar) son

considerados óptimos, porque se consumen del 60% al 70% de oxígeno disuelto.

En esta investigación, se realizó mediciones diarias de DBO a 20ºC y 33ºC,

durante 10 días consecutivos para las ocho muestras tomadas.

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21

CAPITULO I

El Problema

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22

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

1.1. Planteamiento del Problema

A nivel mundial, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una prueba

usada para la determinación de los requerimientos de oxígeno para la degradación

bioquímica de la materia orgánica en las aguas municipales, industriales y en

general residuales. Su aplicación permite calcular los efectos de las descargas de

los efluentes domésticos e industriales sobre la calidad de las aguas de los

cuerpos receptores.

Los parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la demanda bioquímica de

oxigeno, han sido estudiados por muchos investigadores y, se ha determinado que

la temperatura es uno de los parámetros que influyen sobre la constante de

biodegradación (k) y, sobre la demanda última (L).

Por otro lado, la descarga de aguas residuales industriales puede contaminar

los cuerpos de aguas superficiales, estuarios, océanos y también los suelos,

cuando dichas descargas se emplean para riego o cuando se aplican plaguicidas

que los contengan. Tanto el agua como el suelo son degradados por la acción de

los microorganismos, generando sus respectivos alquilfenoles, además de otros

metabolitos, los cuales son más persistentes, más hidrofóbicos y biológicamente

más activos. (21)

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23

De allí surge la necesidad de la creación de una base de datos regional, es

decir, crear un sistema donde se localicen todos los parámetros necesarios para

el diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales , pero con valores

tomados y adaptados a la región zuliana.

Generalmente la constante de biodegradación (k) y la demanda última (L),

son estudiadas a una temperatura de 20 ºC, por lo que es de importancia obtener

los valores de estas constantes a diferentes temperaturas, así como también

determinar estos valores en aguas residuales industriales.

1.2. Formulación del Problema

¿Cómo determinar los parámetros cinéticos de la ecuación que rige la demanda

bioquímica de oxigeno en aguas residuales, en una industria Procesadora de

Cangrejos?

1.3. Objetivos de la Investigación

1.3.1. Objetivo General

Determinar los parámetros cinéticos de la ecuación que rige la demanda

bioquímica de oxigeno en aguas residuales de una industria Procesadora de

Cangrejos.

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24

1.3.2. Objetivos Específicos

1. Determinar experimentalmente valores de la demanda química de

oxigeno y la demanda bioquímica de oxigeno a 20º C y 33º C en las muestras

tomadas.

2. Calcular los parámetros de demanda total y constante de velocidad

de la biodegradación de la materia orgánica aplicando el método de fujimoto,

método grafico de Thomas y la pendiente de Thomas.

3. Establecer comparaciones entre los métodos para proponer el o los

métodos que más se ajusten en la industria ensayada y el análisis de la

información obtenida.

1.4. Justificación de la Investigación

El establecimiento de la metodología de la DBO ya que es el que constituye

el mejor criterio para medir el grado de de polución de agua ó el potencial

contaminante de un residuo, lo que permite que futuros trabajos sean delineados

uniformemente y así establecer una base de datos más confiable.

Desde el punto de vista práctico este trabajo permite ver la aplicabilidad de

diferentes métodos para encontrar los valores de los parámetros k y L en la

ecuación básica de la DBO.

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25

Por otro lado, permite estudiar la influencia de la temperatura en la

biodegradabilidad de la materia orgánica de las aguas residuales de las industrias

mencionadas.

Del mismo modo, se persigue obtener una data de los valores de los

constantes cinéticos k y L en la ecuación básica de la DBO propios del Estado

Zulia, que proporcionen información en cuanto a las constantes cinéticas

ajustadas al clima local que permitan dimensionar las instalaciones de tratamiento

de agua residuales; medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento y

controlar el cumplimiento de las limitaciones a que están sujetos los vertidos a

cuerpos de aguas. Al disponer de valores propios de la región se podrían mejorar

los diseños de futuras plantas de tratamientos de aguas residuales.

Para la empresa representa una gran importancia, ya que esta puede hacer

uso de los valores (constantes) para la construcción de una planta de tratamiento

de agua o estudios acerca del tratamiento de las aguas.

Además, el valor teórico del presente estudio estará fundamentado por

diversidad de autores, que servirán de apoyo para esta investigación y para otras

en general.

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26

1.5. Delimitación de la Investigación

1.5.1. Delimitación espacial

Esta investigación define su alcance territorial a las instalaciones de una

industria procesadora de cangrejos ubicada en El Bajo Municipio San Francisco,

en el Estado Zulia.

1.5.1. Delimitación temporal

Dicho trabajo especial de grado se efectuó en un lapso comprendido desde

Mayo del 2007 hasta Marzo del 2008.

1.6.- Alcances

Determinando los parámetros cinéticos de la ecuación que rige la

demanda bioquímica de oxigeno en aguas residuales de una industria

procesadora de cangrejos, se determinarán experimentalmente valores de la

demanda química de oxigeno y la demanda bioquímica de oxigeno a 20º C, y

33ºC en las muestras tomadas, luego se calcularan los parámetros de demanda

total y constante de velocidad de la biodegradación de la materia orgánica

aplicando el método de fujimoto, método grafico de Thomas y la pendiente de

Thomas, y finalmente comparar la información obtenida para proponer el o los

métodos que más se ajusten según la industria ensayada.

DERECHOS RESERVADOS

27

CAPITULO II

Marco Teórico

DERECHOS RESERVADOS

28

CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.1 Descripción de la empresa

Desde el inicio de sus operaciones, la industria procesadora de cangrejos,

se ha dedicado al procesamiento de carne de cangrejo azul (Callinectes

sapidus), capturado en aguas del Lago de Maracaibo, Estado Zulia. La

elaboración del producto se realiza siguiendo las más estrictas normas de

Buenas Prácticas de Fabricación para la obtención del producto inocuo para

el consumidor.

Es una planta localizada en el Sector la Cruz, Parroquia El Bajo, Municipio

San Francisco del Estado Zulia, Venezuela. La empresa dispone de

instalaciones adecuadas para el procesamiento de carne de cangrejo. Existe

en los actuales momentos un proyecto para la implementación de la planta de

tratamiento tanto para agua servida como para las aguas de proceso, la

misma quedara ubicada en un sitio donde no estará en contacto con el

personal que trabaja en la misma, ni con ninguna fase del proceso.

La superficie de la planta es de 2.323 m2. Específicamente para el proceso

de cangrejo existen 1.432 m2 disponibles para las áreas de cocinado,

desconchado, salas de extracción de carnes blancas (cangrejeras), de

extracción de carnes de colmillo, de revisado, área de pesado y área de

embalaje. Además de existir nueve cavas para la conservación del producto,

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29

bien sea, cocinado o producto terminado. Así mismo, una planta fabricadora

de hielo.

La industria procesadora de cangrejos presenta al mercado diferentes tipos

de cortes de carne de cangrejo fresco, siendo los principales mercados

estados Unidos y Venezuela.

• Política de la Empresa

Producir carne de cangrejo fresco para la exportación, siguiendo las normas

de calidad exigidas por los mercados Nacionales e Internacionales

garantizando la inocuidad del producto, utilizando como materia prima carne

de cangrejo azul (jaiba) Callinectes sapidus. Todo esto orientado a una

gestión empresarial al mejoramiento continuo de sus actividades, utilizando

prácticas normalizadas de manejo operativo y administrativo, considerando

en la misma los criterios de salud y seguridad de los trabajadores, clientes o

terceros, y la prevención de la contaminación, que en conjunto con la

participación activa del cuadro directivo, gerencial, supervisorio y en general

de todos sus trabajadores.

• Misión:

Orienta sus actividades bajo criterios de mejoramiento continuo de los

procesos para obtener como producto final carne de cangrejo fresco y

pasteurizado inocuos y de calidad nutricional para la exportación, siguiendo

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30

las normas de calidad exigidas por los mercados nacionales e

internacionales, utilizando como materia prima cangrejo del genero

Callinectes sapidus capturados en aguas del Lago de Maracaibo del Estado

Zulia, Venezuela, manteniendo un compromiso constante con sus clientes,

empleados, proveedores y el medio ambiente.

• Visión:

Ser una empresa modelo en calidad de servicio, cubriendo todos los

aspectos de la carne de cangrejo azul y procesamiento de la misma, en el

ámbito Nacional e Internacional. Para obtener como meta un alimento seguro

para nuestros consumidores y cada día aumentar nuestra confiabilidad,

integrando a este reto a la comunidad relacionada con el sector cangrejero

regional, nacional e internacional; manejando a la empresa con los valores de

sus accionistas con trabajo honesto, eficiente, competitivo de la mano de

todos sus empleados, generando así satisfacción del nivel de vida de cada

una de sus familias.

• Metas Específicas:

1. Producir carne de cangrejo fresco en sus diferentes presentaciones o

cortes inocuos y de óptima calidad.

2. Cumplir estrictas normas de calidad en la producción de carne de

cangrejo, según las exigencias de los mercados.

DERECHOS RESERVADOS

31

3. Generar empleos directos e indirectos para colaborar con la economía

venezolana.

4. Generar divisas a través de los mercados de exportación.

5. Colaborar con las instituciones Gubernamentales en la investigación

de evaluación y mantenimiento del recurso del cangrejo y en los

controles de calidad en la línea de producción.

2.2 Antecedentes

• Pineda Karla (2006) realizó el trabajo de investigación de pre-grado

titulado “Determinación de los parámetros cinéticos que rigen la ecuación

de la DBO en efluentes industriales”. Su objetivo general fue determinar los

valores de k y L que son requeridos para el diseño de plantas de aguas

residuales de una industria láctea y una de bebidas gaseosas, mediante la

aplicación del método de los mínimos cuadrados, el método de Fujimoto y

el método de Thomas y los objetivos específicos fueron los siguientes:

determinar los valores de k y L por el método de los mínimos cuadrados, el

método de Fujimoto y del gráfico de a temperaturas de 20ºC y 35ºC.

Establecer comparaciones entre los métodos mencionados para la

obtención de una mayor concordancia y precisión de los resultados

obtenidos. Comparar los valores de k y L entre una industria láctea y una de

bebidas gaseosas.

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32

• Acebedo Francisco y Flores Angela (mayo 2003) autores del trabajo

de investigación titulado “Comportamiento de un Reactor Aeróbico no

convencional al tratar un efluente de una Industria procesadora de

camarones”. Los cuales tenían como meta principal buscar nuevas

alternativas tecnológicas de tratamiento para minimizar el impacto

contaminante de sus efluentes, evaluar el comportamiento de un reactor

aerobio no convencional.

Obtuvieron como resultado: los valores presentados DQO, SST, y

SSV, nitrógeno y fósforo se encontraron fuera de los limites permisibles de

descarga establecidos por las normas venezolanas, siendo esto un indicativo

de que se requiere un estudio del sistema y se recomienda la aplicación de

un postratamiento para disminuir las concentraciones de la mayoría de los

parámetros antes mencionados.

• Kwong Elsa, Salas Noelia (julio 2002), dichos autores realizaron la

investigación con el titulo de “Perfiles Estratigráficos de temperatura, OD y

pH de la laguna facultativa de la planta Dr. Nerio Rosales. Los cuales

tuvieron como objetivo principal estudiar las variaciones de T°, OD y pH con

la profundidad de una laguna facultativa; conocer la ubicación de las capas

que resultan de la estratificación térmica, además de la distribución de OD

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33

en la misma. Esta investigación se llevo acabo en la laguna facultativa de la

planta de tratamiento de aguas residuales (Dr. Nerio Rosales).

El análisis de los resultados obtenidos permitió observar la variación de la

temperatura el OD y el pH con la profundidad de la laguna; se demostró

también que el máximo valor de los parámetros medidos se encuentra ubicado

en la superficie. Esto permitirá calcular el volumen y el tiempo de retención

hidráulico real de esta unidad, con lo cual es posible ajustar los parámetros de

diseño a fin de evaluar el comportamiento hidráulico y conocer el volumen útil

real de la laguna.

En este trabajo se proporciona información que contribuye al buen

funcionamiento de la laguna, ya que conociendo como es la distribución de la

temperatura en la laguna, se puede estimar el mezclado térmico de la misma.

El procedimiento para la medición de los parámetros se llevó de forma

estratificada, dividiendo en tres niveles de profundidad, la medición se realizó

en forma puntual, que proporcionan información necesaria para analizar el

comportamiento de la laguna en cuanto a objetivos planteados.

• Juan Soto (Septiembre 1999) realizó la investigación titulada

“Tratamiento anaeróbico de aguas residuales de camaronera en un reactor

tipo UASB”. Su objetivo principal era el de evaluar el comportamiento de las

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34

aguas residuales de una industria procesadora de camarones situada orillas

del mismo, aplicando tratamiento anaeróbico de aguas residuales.

La investigación consistió en encontrar condiciones de entrada al reactor

para verificar si era posible aplicar un tratamiento anaeróbico al mismo tiempo

conseguir una optima operabilidad del sistema. De igual forma encontrar

condiciones de salida del reactor para así establecer criterios de tratabilidad

de estos desechos líquidos.

El sistema montado en el laboratorio fue controlado, monitoreado por el

parámetro pH, temperatura, alcalinidad, DQO, SST, y SSV. El cloro es un

producto muy usado en esta camaronera que puede causar inhibición al ser

utilizado en el tratamiento anaerobio debido a su toxicidad por lo que fue

medido en campo, en los puntos de muestreo. El resultado de aplicar un

tratamiento anaerobio a la camaronera se consideró satisfactorio

encontrándose eficiencia tanto en la remoción de DQO como producción de

metano y temperatura.

Para la realización de esta investigación se consideró necesario la

descripción y análisis de procesos del cual proviene el agua residual a tratar ya

que nos conduce a determinar el tipo de compuesto químico agregado durante

el proceso.

DERECHOS RESERVADOS

35

• Meléndez Luís, Rodríguez Aníbal (año 2002) Autores del trabajo de

investigación titulado “ tratamiento de efluentes de una industria

camaronera en un reactor RBC” este tenia como objetivo evaluar

tecnologías de tratamiento para disminuir el impacto contaminante de sus

efluentes; se evaluó el comportamiento de un reactor biológico rotativo de

contacto (RBC); mediante la evaluación de los siguientes parámetros: pH,

alcalinidad, demanda química de oxigeno soluble (DQOs), demanda

química de oxigeno total (DQOt), nitrógeno orgánico (N-org), nitrógeno

amoniacal (N-NH+4), nitritos (N-NO-2), Nitratos (N-NO-3), fósforo (P-PO4-3),

carbono orgánico total (COT), sólidos suspendidos totales (SST) y sólidos

suspendidos volátiles (SSV).

El sistema no resultó óptimo para disminuir las concentraciones de las

formas de fósforos y nitrógenos evaluados a los niveles de descargas a

cuerpos de aguas superficiales, por lo que se requiere la implementación de un

postratamiento.

2.3 BASES TEORICAS

2.3.1 Aguas Residuales

Las aguas residuales generalmente contienen pequeñas cantidades de

sólidos inorgánicos y orgánicos; y concentraciones variables de gases disueltos, y

en caso de las aguas residuales domésticas un m3 de agua puede contener 500 g.

DERECHOS RESERVADOS

36

de sólidos. Con respecto a las aguas residuales industriales podemos decir que

constituyen parte importante de las aguas residuales de una población y por

consiguiente deben tomarse en cuenta las medidas adecuadas en materia de

eliminación de la materia orgánica. (16)

Modo de Descomposición de la Materia Orgánica

La descomposición de la materia orgánica puede ocurrir en condiciones

aeróbica o anaeróbica. El proceso aeróbico requiere una aportación continua de

oxigeno disuelto libre mientras que el proceso anaeróbico aunque también

requiere oxigeno este procede de los compuestos químicos y no del oxigeno libre

disuelto.

Características de las Aguas Residuales

El entendimiento de la naturaleza de las características físicas, química y

biológica de las aguas residuales es esencial para el proyecto y funcionamiento de

las instalaciones para su recolección, tratamiento, evacuación y para la técnica de

calidad ambiental. Un estudio de tipo sanitario, para determinar las características

de las aguas residuales pueden clasificarse en análisis físicos, químicos y

biológicos, para encontrar la concentración de los diferentes componentes

orgánicos, inorgánicos y gases. (27)

Según la concentración de los compuestos físicos, químicos y biológicos, el agua

residual se puede clasificar en fuerte, media y débil.

DERECHOS RESERVADOS

37

En general las aguas están compuestas por un 99.9% de agua y un 0.1 %

de materiales en suspensión y solución que imparten características indeseables.

Las sustancias que se han agregado al agua durante su uso comprenden:

• Materia Orgánica de ciudades e industrias que demandan oxigeno

disuelto del agua para su oxidación, el vertido de materia orgánica a

cursos de agua rebaja las concentraciones de oxigeno disuelto y afecta,

la biota natural hasta hacer desaparecer especies.

• Materia en suspensión provenientes de ciudades, industrias, cría de

animales, etc... que se depositan en el fondo de ríos, lagos y mares

modificando los nichos naturales.

• Metales pesados y compuestos tóxicos de la industria que en

concentraciones pequeñas, afectan la vida acuática y a los usuarios del

agua.

• Color y turbidez de diversos orígenes, crean problemas estéticos

hacen inadecuada a el agua para uso domestico e industrial.

• Nitrógeno y fósforo de aguas residuales domésticas principalmente,

fertilizan las aguas, pueden originar crecimientos masivos de algas.

• Aceites, grasas y materia flotante de ciudades e industrias, generan

condiciones desagradables a la vista, restringe la transferencia de

oxigeno del oxigeno del aire al agua y afecta la biota.

• Compuestos orgánicos que puedan originar sabores desagradables,

compuestos refractarios que no son transformados por la hacino de

DERECHOS RESERVADOS

38

microorganismos y persisten en el medio acuático y se acumulan en la

cadena alimentaría del ecosistema. Estos compuestos se originan

principalmente en las industrias.

• Calor de agua de enfriamiento de la industria y plantas térmicas,

modificando el ecosistema y afectan a las especies acuáticas, además

rebajan la transferencia de oxigeno y las concentraciones de saturación

de oxigeno disuelto y aceleran el consumo de oxigeno en el agua.

2.3.2 OXIGENO DISUELTO (OD)

Todos los organismos requieren oxigeno de una forma u otra para realizar

los procesos metabólicos que generan la energía necesaria para su crecimiento y

su reproducción.

Las medidas de OD disuelto son de gran importancia para mantener las

condiciones aeróbicas en aguas naturales que reciben materia polucional

(orgánica), y en los procesos de tratamiento aeróbicos aplicados a la purificación

de desechos domésticos e industriales.

Métodos de Determinación de OD

El método de Winkler, es un método volumétrico y es el método de las

determinaciones de rutina del oxigeno disuelto. Para eliminar ciertas interferencias

que se presentan comúnmente en las aguas se han efectuado varias

modificaciones al método original. La selección del procedimiento analítico que

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39

deba aplicarse depende de la naturaleza de la muestra y de las interferencias que

se tengan. Para el método de Winkler y para las diferentes modificaciones se

hacen las recomendaciones pertinentes con respecto a las condiciones en las que

debe usarse. Entre las diversas modificaciones tenemos la de Alsterberg (nitruro

de sodio), la mas utilizada, la modificación de Theriaul y otras.

2.3.3 DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)

La demanda química de oxígeno es un parámetro analítico de la polución

que mide materia químicamente oxidable en una muestra líquida. Esta prueba es

ampliamente usada (al igual de la DBO) como una medida de fuerza polucional de

las aguas residuales domésticas e industriales .La prueba da una medida de

contenido de materia orgánica en términos de la cantidad total de oxígenos

requerido para la oxidación a dióxido de carbono y agua.

Si las aguas residuales llevan sustancias tóxicas, esta técnica puede

constituir el único método práctico para la determinación de la carga orgánica. La

oxidación química es relativamente más rápida si se le compara con la oxidación

biológica y no está sujeta a variables (siembra, toxicidad, etc.) como lo esta un

sistema biológico.

Una de las principales limitaciones de la DQO con respecto a la DBO es

que no permite diferenciar entre la materia biodegradable y la no biodegradable

así como tampoco provee información de la velocidad a la cual la materia

DERECHOS RESERVADOS

40

biodegradable es estabilizada en las condiciones que existen en la naturaleza,

tampoco mide la demanda de oxigeno debido a la nitrificación. (4)

Es particularmente valiosa en los estudios de diseño, para determinar y

controlar pérdidas a través de los sistemas cloacales. Los resultados son

obtenidos en un tiempo de duración corto y las medidas operacionales a tomar

pueden ser realizadas con prontitud.

2.3.4 DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO)

Cantidad de oxigeno requerido para la respiración de los microorganismos

responsable de la estabilización (oxidación) de la materia orgánica, a través de su

actividad metabólica en medio aeróbico y a un tiempo y temperatura dados,

representa por si mismo el parámetro de mayor significación al estudiar el

tratamiento de las aguas residuales.

La DBO se ejerce en dos etapas: la primera ejercida por los componentes

carbonaceos en el proceso de hidrolización por la acción de los microorganismos

y la segunda, como consecuencia de la nitrificación , de los componentes

nitrogenados, que también son oxidados por las masas biológicas presentes en el

liquido. (14)

La figura 1 muestra como se ejerce, en función del tiempo y a varias

temperaturas dadas, la demanda bioquímica de oxigeno.

DERECHOS RESERVADOS

41

Fig. 1 Demanda bioquímica de oxigeno en función del tiempo y a varias

temperaturas. (21)

Método Estándar de Calculo de DBO (1)

La prueba de la DBO se basa en las determinaciones del oxigeno disuelto;

en consecuencia, la precisión de los resultados esta influenciado en gran medida

por el cuidado que se tenga en la medición de este ultimo. La DBO se puede

medir en forma directa en unas pocas muestras, pero en general se requiere un

procedimiento de dilución.

• Método Directo: En las muestras en las que la DBO en cinco días

no excede de 7 mg/l no es necesaria la dilución, siempre que sean aireadas

DERECHOS RESERVADOS

42

para acercar el nivel de oxigeno disuelto a la saturación al comienzo de la

prueba. El procedimiento usual consiste en ajustar la muestra a

aproximadamente 20 ˚C y airearla por difusión para tratar de alcanzar la

saturación, aumentando o disminuyendo el contenido del gas disuelto en la

muestra. Se llenan dos o mas recipientes con la muestra; se hace

inmediatamente el análisis del oxigeno disuelto al menos en uno de ellos y

los demás se colocan a una incubadora por el tiempo deseado. Después de

este tiempo, se determina la cantidad de oxigeno disuelto que quedan en

las muestras incubadas y se calcula la DBO.

• Método de Dilución: Este método de medición de la DBO se basa

en el concepto fundamental de que la velocidad de degradación bioquímica

de la materia orgánica es directamente proporcional a la cantidad de

material no oxidado que existe en el momento.

Una gran cantidad de materiales residuales son sometidos a la

prueba de la DBO: pueden variar desde residuos industriales que pueden

estar libres de microorganismos, hasta aguas residuales con abundancia de

ellos. Muchos residuos industriales tienen valores de DBO sumamente

altos, y se deben hacer diluciones muy altas para cumplir con los

requerimientos impuestos por la solubilidad ilimitada del oxigeno. Las aguas

residuales tienen un gran aporte de elementos nutrientes, como nitrógeno y

fósforo, pero muchos residuos industriales son deficientes en uno y algunas

veces en ambos elementos. Debido a estas limitaciones el agua de dilución

DERECHOS RESERVADOS

43

utilizada en el análisis debe compensar la deficiencia de cualquier muestra;

puesto que estas limitaciones no siempre se conocen; es una buena

práctica usar un agua de dilución que prevea estas eventualidades.

Agua de Dilución: El pH de esta agua puede variar entre 6,5 y 8,5 sin

afectar la actividad de las bacterias. Se acostumbra amortiguar la solución

mediante un sistema de fosfato a un pH aproximado de 7; este

procedimiento es esencial para mantener el pH siempre en condiciones

favorables. Las condiciones apropiadas de pH se mantienen mediante los

fosfatos de potasio y de sodio que se agregan para suministrar la capacidad

de amortiguación. Mientras que las condiciones osmóticas se mantienen

mediante la adición sales de calcio y de magnesio que participan en el

contenido total de sales. (1)

Las sales de potasio, sodio, calcio y magnesio que se agregan para

dar capacidad de amortiguación y condiciones osmóticas adecuadas,

también sirven para proporcionar a los microorganismos estos elementos

que son necesarios para su crecimiento y metabolismo. El cloruro ferrico, el

sulfato de magnesio y el cloruro de amonio aportan los requerimientos de

hierro azufre y nitrógeno. El buffer de fosfato suministra el fósforo que se

pueda necesitar.

El agua dilución siempre debe ser sembrada con agua residual o con otro

material que asegure una población uniforme de organismos a varias diluciones y

DERECHOS RESERVADOS

44

para dar la oportunidad a la materia orgánica presente en el blanco del agua de

dilución a que se expongan al mismo tipo de organismo a los involucrados en la

estabilización del residuo. Por ultimo, el agua de dilución debe ser aireada para

saturarla con oxigeno antes del uso.

La demanda bioquímica de oxigeno se puede calcular a través de la

siguiente ecuación, si no se requiere inóculo:

fcn DD

DBO−=

ρ Ecuación Nº 1

Donde:

cD : OD inicial de dilución

fD : OD final de dilución

ρ : Fracción decimal de la muestra usada

n : Periodo de incubación

Cinética de la Demanda Bioquímica de Oxigeno

La cinética de la reacción de la DBO por razones de tipo práctico, se

formula de acuerdo con una reacción de primer orden, la cual acusan una rata de

consumo directamente proporcional a la concentración de una sustancia única

reaccionando, que se supone es la que reacciona en función del tiempo, se puede

representar de acuerdo a:

DERECHOS RESERVADOS

45

kLdtdL

−= Ecuación Nº 2

L : Concentración de la materia orgánica al tiempo t (mg/l).

dtdL : Velocidad de desaparición de la materia orgánica por oxidación biológica en

condiciones aeróbicas.

t : Tiempo de incubación

k : Constante de la velocidad de biodegradación (días -1).

Esta ecuación puede integrarse del siguiente modo

∫∫ −=tLt

Ll

dL dtk0

En logaritmo:

∫ −=Lt

L

ktLn

∫ −=Lt

L

ktLn

Entonces: tkT eLL −= Ecuación Nº 3

Si LtYL +=

DERECHOS RESERVADOS

46

LLt

LY+=1

LLt

LY

−= 1

Se tiene que a cualquier tiempo de incubación t:

Y= L (1-e –k t ) Ecuación Nº 4

Y= L(1- 10 –k t ) Ecuación Nº 5

Donde:Y : Cantidad de DBO ejercida en el tiempo t.

Ke = 2.303*k

La cual es el modelo matemático para la primera fase de la curva de la DBO.

Limitaciones de la Demanda Bioquímica de Oxigeno (24)

Son numerosas las limitaciones que se le han formulado a la DBO como

una medida de la cantidad de oxigeno necesario para obtener la oxidación

bioquímica de la materia orgánica existente en una muestra de agua.

Estas limitaciones son de naturaleza diferente, alguna de ellas son:

DERECHOS RESERVADOS

47

• Presencia de compuestos tóxicos que inhiben la actividad de

los microorganismos.

Es conocido el efecto que causa sobre el metabolismo de los

microorganismos los compuestos tóxicos y algunos iones. Se sabe que los

iones de cobre, cromo hexavalente, plomo, níquel, zinc, arsénico, los cianuros

y compuestos como el cloruro de mercurio y las cloraminas inhiben o retardan

el metabolismo de los microorganismos, cuando algunos de estos iones se

encuentran en las muestras incubadas para determinar la DBO, se obtienen

resultados mas bajos que los reales que pueden conducir a conclusiones o

interpretaciones erróneas a los resultados.

En estudios realizados en el centro de investigación Robert A. Taft, sobre

efectos de los compuestos de cobre, cromo, níquel y zinc aislados o en

combinaciones demostraron que es posible adaptar a los microorganismos a la

presencia de esos elementos y todavía mas, obtener la oxidación de los

mismos.

En desechos industriales se pueden presentar descargas muy alcalinas o

ácidas, cuyos valores de pH sea un medio desfavorable para degradar la

materia orgánica oxidable, obteniendo así los resultados de la DBO más bajos

que los reales a pesar de las soluciones que se le agregan al agua de dilución

en estos casos es necesario neutralizar las muestras antes de la incubación, o

aclimatar a los microorganismos al desecho industrial en estudio para

DERECHOS RESERVADOS

48

determinar la DBO En las determinaciones de la DBO de las aguas servidas de

las industrias, se ha encontrado que cuando las concentraciones de fósforo y

nitrógeno amoniacal son muy bajas, se obtienen resultados de la DBO

menores que los reales.

• Temperatura de incubación de las muestras

Experimentos realizados en la determinación de la DBO han conducido a

resultados distintos para temperatura de incubación. Se encontró que los

valores más altos corresponden a las temperaturas de incubación mayores. En

la expresión matemática de la DBO

)1( kteLY −−−

La demanda bioquímica total (L) de la primera etapa es un valor fijo, que se

puede calcular para cada desecho particular. A mayor temperatura del análisis

se obtiene valores más altos de Y (valor de la DBO) para un periodo de

incubación de (t) días, el mayor valor de Y es consecuencia d una velocidad de

reacción más alta o un mayor valor de (k) para que el exponencial sea menor.

(5)

• El inóculo bacterial

Para obtener resultados satisfactorio de la DBO, es importante hacer una

selección adecuada de los microorganismos con que se siembran las botellas

de DBO, especialmente cuando se hace en muestreos de desechos de plantas

DERECHOS RESERVADOS

49

de elaboración de alimentos o desechos industriales difíciles de oxidar por

acción biológica.

La utilización de microorganismos que no han estado en contacto con el

desecho al que se hace la determinación de la DBO, puede conducir a

resultados más bajos si se tiene en cuenta que estos organismos deben

desarrollar las enzimas capaces de desdoblar los compuestos orgánicos del

desecho. Los mejores resultados se obtienen si se toma como inóculo el agua

receptora a una distancia de 3 a 8 km. aguas debajo de la descarga. (11)

Cuando no es posible obtener microorganismos adaptados al desecho es

necesario formar un cultivo aclimatado en el laboratorio; esto se obtiene

cuando a un cultivo de microorganismos se agregan dosis crecientes del

desecho, durante un periodo apreciable de tiempo, para que los organismos

presentes en el cultivo inicial desarrollen los mecanismos que les permitan

desdoblar los compuestos de difícil oxidación bioquímica, para así obtener

resultados reales de DBO, y además estos resultados serán mayores de los

que se obtendrán con siembra de microorganismos tomados al azar. (11)

Se han hecho estudios de laboratorio sobre el efecto del número de

microorganismos sembrados en una botella de DBO y los resultados obtenidos

para el consumo de oxígeno son sensiblemente iguales para las diferentes

concentraciones del inóculo bacterial inicial. De esta forma queda demostrado

que la DBO es una medida de concentración de la materia orgánica que puede

DERECHOS RESERVADOS

50

ser oxidada bioquímicamente y el resultado depende la adaptación y otros

factores de bacterias encargadas de oxidar esa materia orgánica durante el

periodo de incubación. (4)

En estudios recientes del consumo de oxigeno con el tiempo de incubación,

se han observado varios tipos de curvas en las que se distinguen:

a) Para los compuestos carbonáceos. La curva de velocidad

decreciente de reacción cinética.

b) Las curvas descritas como “autocatalíticas” en las que se observa

una especie de retardo aunque los microorganismos estén en fase de

crecimiento logarítmico; en este caso el oxigeno sirve como catalizador

durante un periodo corto de tiempo.

c) Curvas en las que se encuentran dos fases: se caracterizan porque

se observa una transformación rápida del substrato en productos de

almacenamientos en las células, seguidas de una fase de utilización

endógena de los productos de almacenamiento. Este tipo de curva se

presenta con inóculos iniciales.

d) Bush observó un tipo de curva para substratos carbonáceos en las

que se presenta una demanda rápida de oxigeno seguida de una segunda

etapa. Las dos etapas están separadas por un receso en la utilización de

oxigeno: la utilización de oxigeno después del receso que excede la

DERECHOS RESERVADOS

51

respiración endógena se atribuye a la actividad de predadores aunque

también se ha encontrado en cultivos puros. Este receso se presenta en 48

horas después de iniciar la incubación de las botellas de DBO, cuando la

población bacterial en las botellas incubadas es máxima y cuando se ha

ejecutado entre un 30 y 40% de la demanda teórica de oxigeno del

substrato, siempre que sea posible hacer el cálculo de la demanda teórica.

• Presencia de algas en las botellas incubadas.

Las algas tienen la capacidad de sintetizar oxigeno cuando están expuestas

a la luz y utilizan oxigeno cuando están en la oscuridad para respiración y otras

funciones de su metabolismo. Esta circunstancia hace pensar que la presencia

de algas en muestras tomadas para determinar la DBO puede a conducir a

resultados errados en la medición del consumo de oxigeno durante el periodo

de incubación. (23)

• El orden y la molecularidad de las reacciones.

En la DBO se producen reacciones químicas en las que interviene

compuestos orgánicos, oxigeno y microorganismos que, mediante sistemas

enzimáticos oxidan la materia orgánica y de estas reacciones obtienen la

energía para sintetizar materia celular, es así como podemos encontrar una

fase de adaptación de los microorganismos una etapa de crecimiento

logarítmico en la que hay una concentración elevada de materia orgánica,

DERECHOS RESERVADOS

52

seguida de un periodo de receso y una etapa final de muerte y reparación

endógena. Durante una prueba de la DBO se reproduce una curva de

crecimiento bacterial según el proceso antes descrito, al mismo tiempo, los

microorganismos transforman los compuestos orgánicos en formas utilizables

por ellos en su metabolismo, en esta forma un compuesto orgánico es llevado

a su estado de oxidación total a través de reacciones intermedias que pudieran

conducir a reacciones de un orden molecular distinto al supuesto para calcular

la constante de reacción k. (15)

• Duración de la prueba de DBO.

Se han desarrollado pruebas que permiten obtener una medida de consumo

total del oxigeno en varias horas utilizando cultivos masivos o la técnica del

respirómetro de Warburg.

Vale la pena mencionar alguna de las modificaciones de la DBO para

obtener el consumo de oxigeno en un periodo más corto de tiempo. Así, en

pruebas de la DBO, tomando en cuenta el consumo de oxigeno a intervalos

de dos horas, encontraron que después de la utilización intensa de oxigeno

presentaba un receso(en la utilización de oxigeno) que corresponde al

momento en que la población bacterial es máxima; esta circunstancia,

permite tomar el valor de la DBO como una medida de la DBO total por

cuando el receso corresponde a la utilización total de la materia orgánica y el

oxigeno utilizado después del receso corresponde a la respiración de los

DERECHOS RESERVADOS

53

microorganismos y la oxidación de compuestos almacenados en las células.

(14)

Se proponen un sistema para obtener la Demanda Total biológica de Oxigeno

(DTbO) en 8 horas utilizando un cultivo masivo de microorganismos para

oxidar el substrato y midiendo la Demanda Química de Oxigeno (DQO) a

diferentes intervalos de tiempo.

La técnica de Warburg ha sido utilizada en la medida de oxidación biológica

de compuestos orgánicos y desechos. Mediante este sistema es posible

obtener la curva completa de la DBO se utiliza en pruebas aisladas cuando es

necesario hacer un número muy grande de determinaciones. (1)

Mediante esta técnica, se acelera la velocidad de la reacción química en la

degradación de la materia orgánica y es posible extender la prueba hasta

obtener la degradación completa de los componentes oxidables

biológicamente. Se puede seguir el proceso de la oxidación biológica

observando la desaparición de los compuestos orgánicos y el oxigeno, o la

aparición de los productos de la oxidación (CO, materia celular, iones

inorgánicos, etc.). (24)

• Interpretación de los resultados obtenidos en la determinación

de la DBO.

DERECHOS RESERVADOS

54

En la práctica diaria se siembran muestras duplicadas de varias diluciones

para determinar la DBO después de 5 días de incubación (tiempo de

incubación estándar). Las muestras duplicadas tiene por objeto comprobar la

eficacia de la técnica del laboratorio al encontrar concentraciones iguales o

similares de oxigeno disuelto en las botellas con las mismas diluciones.

En el cálculo de la DBO se encuentran con frecuencia discrepancia en los

resultados numéricos para cada dilución incubada. En estos casos la

interpretación de los resultados es muy importante porque existen varias

alternativas para determinar la DBO real.

Es necesario hacer una interpretación de los resultados, los cuales podrán no

ser iguales para diferentes diluciones de una misma muestra. Para la selección

de los valores de la DBO es necesario tener en cuente que las muestras no se

filtraron, siendo posible que en una muestra se agregara mayor cantidad de

sólidos orgánicos si la mezcla no fue uniforme en el recipiente de donde se

tomó. Es necesario tener en cuente la técnica utilizada para sembrar las

muestras y otras variables que pudieran intervenir en el resultado final de la

determinación para cada dilución.

Existen varias alternativas para la selección de la DBO:

a) Cuando los resultados son muy próximos unos a otros es posible

tomar el valor medio como la DBO verdadera.

DERECHOS RESERVADOS

55

b) Se calcula la variación, en el consumo de oxigeno, que corresponde

al cambio en el volumen de la muestra que se sembró.

2.3.5 CONSTANTES DE LA ECUACIÓN DE LA DBO

Constante de Velocidad de Degradación (k)

El valor de k varía significativamente con el tipo de agua residual. Los

valores de k pueden encontrarse entre 0,05 día-1 a 0,3 día-1 o más. Para un

mismo valor de DBO última, la absorción de oxígeno variará con el tiempo y con

los diferentes valores de k se muestran en la figura 2.

Fig. 2. Efecto de la constante de relación k en la DBO. (24)

La velocidad de oxidación depende de la temperatura, concentración de

nutrientes, de población microbiana, etc. El valor de k es la pendiente de la curva

DERECHOS RESERVADOS

56

de la DBO y su efecto en el valor de la demanda puede observarse en la Figura 3.

(24)

Fig. 3. Efecto de la constante k en la DBO (21)

El valor de k depende del tipo de agua residual, mientras mas contaminada el

valor es mayor.

Las condiciones estándar para la determinación experimental de la DBO se refiere

a un período largo de incubación de cinco días ; en la figura 3, el intervalo

estándar de cinco días representaría una gran diferencia en los grados de

oxidación, en relación con la temperatura a la cual se realiza el proceso de

oxidación.

DERECHOS RESERVADOS

57

Esto indica que los valores de la DBO5, sin un conocimiento adicional de la

velocidad de oxidación son de poca significación práctica.

Demanda Última (L)

El valor de la última demanda (L) es considerando como un límite teórico, antes

que uno real. Los valores de L son útiles, para predecir la ultima demanda en

relación a las fuentes de oxigeno de un cuerpo de agua. Este valor de Demanda

Total, es la que tiene importancia y no la demanda para un tiempo determinado.

Determinación de los Parámetros k Y L

Existen varias maneras de determinar k y L a partir de una serie de medidas de la

DBO: Método grafico de Fujimoto, Método grafico de Thomas y la pendiente de

Thomas entre otros.

2.3.6 METODOS PARA DETERMINAR LAS CONSTANTES CINETICAS

El método grafico de Fujimoto (9)

Permite una solución grafica de la ecuación de la DBO, de la primera etapa,

consideradas dentro de las formulaciones de una ecuación de primer orden, a

través del método de diferenciales finitas.

El método consiste en plotear DBOt+1, versus DBOt, los puntos que resultan

representan aproximadamente una línea recta, independiente del parámetro L. La

intersección de este ploteo con una línea de pendiente m=1 da el valor de L. la

constante de velocidad K se obtiene a través de la ecuación:

DERECHOS RESERVADOS

58

kLLLn T −=

kt

LYLn )1( −

Donde: k = donde Y es uno de los valores medidos de la DBO al correspondiente

tiempo t.

Fig. 4. Aplicación del método de fujimoto. (9)

Método de Thomas (25)

El método de Thomas esta basado en la semejanza de dos series de

funciones. Es un procedimiento grafico sustentado en la función:

DERECHOS RESERVADOS

59

31

32

313

1

43.3)3.2()(

L

kkLYt

+=−

Donde:Y : DBO ejercida en el tiempo t.

k : Constante de reacción en base 10.

L : DBO ultima.

La ecuación tiene la forma de una línea recta

btaZ +=

Donde: 31

)( YtZ =

31

)3.2(−

= kLa

31

32

43.3 L

kb =

Se grafica Z vs. t, determinándose la pendiente b y el intersecto a, los cuales

pueden usarse para calcular k y L:

abk 61.2=

33.21ka

L =

DERECHOS RESERVADOS

60

Para usar el método, se requiere varias observaciones de Y en función de t.

Deben hacerse estas observaciones los primeros siete a diez días debido a la

interferencia producida por el nitrógeno después de este tiempo de incubación. (21)

Método de la Pendiente de Thomas (25)

Este método supone el ajustar una curva a través de un conjunto de puntos

procedentes de datos de modo que la suma de los cuadrados residuales (la

diferencia entre el valor observado y el valor de la curva ajustada) tenga que ser

un mínimo, Al utilizar este método, pueden ajustarse distintos tipos de curvas

mediante un conjunto de puntos. Por ejemplo, para una serie de medidas de DBO

a lo largo del tiempo sobre la misma muestra, la siguiente ecuación será válida

para cada uno de los distintos puntos:

)( nn

YDBOukty

−=∂∂ Ecuación Nº 6.

Donde:Y : valor de la DBO

n : Número de puntos procedentes de los datos

k : Constante de velocidad de reacción.

En esta ecuación 6 se desconoce los valores de k y DBOU. Si se supone que ty∂

∂

representa el valor de la pendiente de la curva que debe ajustarse mediante todos

los puntos para un valor dado de k y DBOU y debido al error experimental,

DERECHOS RESERVADOS

61

encontraremos que los dos miembros de la ecuación 6 no son iguales sino que

difieran entre si en una cantidad R.

Escribiendo la ecuación 6 en función de R se tendrá:

( )tyYDBOukR∂∂

−−= Ecuación Nº 7

Simplificando y utilizando la notación Y ′ para ty∂

∂ se obtiene:

YkYKDBOuR ′−−= Ecuación Nº 8

Sustituyendo en la ecuación 8

kDBOua =

kb =−

Se tendrá:

YbYaR ′−+= Ecuación Nº 9

Si la suma de los cuadrados de los residuales R tiene que ser un mínimo, las

siguientes ecuaciones deben cumplirse:

(∂/∂a) ∑ R2 = ∑ 2R (∂/∂a) = 0

(∂/∂b) ∑ R2 = ∑ 2R (∂/∂b) = 0 Ecuación. 10

Si las operaciones indicadas en la operación 10 se llevan a cabo utilizando el valor

residual R definido por la ecuación 9 se obtendrán las siguientes ecuaciones:

DERECHOS RESERVADOS

62

∑ ∑ =′−+ 0YYbna

∑ ∑ ∑ =′−+ 02 YYYbYa Ecuación Nº11

Donde:Y : valor de la DBO (mg/ l)

n : numero de puntos procedentes de los datos

b : -K

a : -b DBOU (mg/l día )

( )tYY

Y nn

Δ−

=′ −+

211

2.3.7 Efecto de la Temperatura

Es de interés la influencia que ejerce la temperatura sobre la Constante de

Velocidad (k) y la Demanda Ultima (L).

El cambio de valores de la constante de desoxigenación en función de la

temperatura, puede ser estimado esencialmente con la expresión que derivo

Phelps relacionada con los efectos de la temperatura sobre k´, basado en la

expresión de Van’t Hoff-Arrhenius. (20)

2

lnRT

Edt

kd= Cuya integración daría,

( )12

12

1

2lnTRTTTE

ktkt

×−

= o en base 10

DERECHOS RESERVADOS

63

( )12

12

1

2

3,2log

TRTTTE

ktkt

×−

= ; llamando 123,2 TRT

EN×

=

( )121

2log TTNktkt

−= ; ( )12101

2 TTN

ktkt −=

Considerando a N = cte ( )12

1

2 TT

ktkt −= θ Ecuación Nº 13.

Para el caso de la DBO toma la forma bastante utilizada 20202 )047.1( −= TkkT

El valor de 1,047 es considerando constante para un rango de temperatura

entre 15 ˚C y 30 ˚C, pero en realidad por corresponder al valor de la DBO toma la

forma bastante utilizada θ (coeficiente de temperatura), es variable. Sus valores

son cómputos experimentalmente, al determinarse los valores k1 a diferentes

temperaturas para luego aplicar la ecuación 13.

En cuanto la dependencia de la última demanda con respecto a la

temperatura, la formula de Theriault muestra que:

[ ])20(020.0120 −+= TLLT Ecuación Nº 14

Donde: TL : Valores de L a cualquier temperatura.

20L : Valores de L a 20 ˚C.

Los estudios antes citados, presentan las siguientes formulaciones para

diferentes rangos de temperatura:

DERECHOS RESERVADOS

64

[ ])20(0113.0120 −+= TLLT 20˚C A 25 ˚C

[ ])20(033.0120 −+= TLLT 20˚C A 25 ˚C

Y como formula más aceptada que cubre el rango entre 20ºC y 35ºC

[ ])20(0193.0120 −+= TLLT

Para encontrar la relación que muestra la dependencia de L con respecto a

diferentes rangos de temperatura, se procede utilizando la ecuación:

)(20 YtXLX +=

Se determina la demanda última (L), a diferentes temperaturas (LT).

Se obtienen dos ecuaciones con dos incógnitas:

• Para el rango Ct º201 = y Ct º202 ≥

220

YtXLLT +=

Para Ct º201 = y CT LL º20=

11 YtX +=

Obteniéndose de esa manera X e Y.

La expresión tiene la forma:

)(20 YtXLLT += ó

DERECHOS RESERVADOS

65

[ ])20(20 −+= tYXLLT

Obteniéndose de esta manera, la relación para cada rango de temperatura.

2.3.8 Potencial de Hidrogeno (pH)

El conocimiento del pH es muy importante, ya que este valor debe ser

mantenido dentro de un rango favorable a los microorganismos que se encargan

de la biodegradación de la materia orgánica, la mayoría de los microorganismos

ejercen su acción a valores comprendido entre 6 y 9. Por tal motivo se debe

mantener el pH en el rango especificado, debido a que un incremento de pH,

origina un aumento de la concentración del amoniaco procedente de los

compuestos amoniacales. (17)

2.3.9 Sólidos Suspendidos

La materia sólida presente en los líquidos residuales, que mide la

concentración y estado físico de los constituyentes del líquido cloacal, es de

interés para determinar la presencia de aquellos sólidos que por su naturaleza le

comunican propiedades indeseables al agua.

Su concentración permite predecir, en base a la eficiencia de las distintas

etapas de tratamiento que se estimen como necesarios, el mayor o menor grado

de purificación esperados.

DERECHOS RESERVADOS

66

Aun cuando los resultados de los residuos (total, fijo y volátil) están sujetos

a errores apreciables a causa de la perdida de compuestos volátiles durante la

evaporación de dióxido de carbono y minerales volátiles durante la incineración y

de oxido de calcio en las cenizas, junto con los reportados por los ensayos de

demanda química y bioquímica de oxigeno, son los mas representativos para

conocer y estimar sobre la materia mineral y orgánica de los despojos líquidos. (21)

2.4 CUADRO DE VARIABLES

Objetivo General: Determinar los parámetros cinéticos de la ecuación que rige la

demanda bioquímica de oxígeno en aguas residuales de las industrias.

Objetivos Variables Dimensión Indicador

Determinar

experimentalmente

los valores de la

DQO y DBO a

20ºC y 33ºC.

Parámetros

cinéticos de la e

caución que rige

la demanda

bioquímica de

oxigeno en

aguas

residuales

Valores de la

DQO y DBO

-Temperatura (20ºC

y 33ºC),

- Oxigeno disuelto

- Ph

-Sólidos

suspendidos.

Calcular los

parámetros de

demanda total y la

Parámetros de k

y L

-Método gráfico de

Fujimoto,

-Método gráfico de

DERECHOS RESERVADOS

67

constante de

velocidad

aplicando el

método de

Fujimoto, el del

gráfico y la

pendiente de

Thomas

Thomas.

-La pendiente de

Thomas

Establecer

comparaciones

entre los métodos

para proponer el

método que más

se ajuste según la

industria a través

del análisis de la

información

obtenida

Método gráfico

de Fujimoto y

Thomas y el

método de la

pendiente de

Thomas

-Análisis y

comparación de los

métodos entre sí.

DERECHOS RESERVADOS

68

2.5 DEFINICION DE TERMINOS BASICOS

Cloraminas: son un tipo de aminas orgánicas que se producen cuando el

amoníaco y el cloro (en forma de ácido hipocloroso) reaccionan entre sí. Cada vez

se emplea más la cloramina en vez de cloro en las plantas de tratamiento de agua,

debido a que la cloramina es mucho más estable y no desaparece del agua

asegurando la desinfección hasta el momento en que el agua llega al consumidor.

En el tratamiento del agua con cloramina, se forma monocloramina (NH2Cl) al

añadir cloro y amoníaco bajo ciertas condiciones.

En el tratamiento del agua con cloro, los subproductos de desinfección que se

forman son una combinación de cloraminas inorgánicas, a la que también se llama

residuos combinados de cloro.

Componentes Nitrogenados: El nitrógeno que se asimila bajo la forma de nitrato

tiene que ser reducido en la célula a amoniaco para que pueda incorporarse como

grupo amino a dos aminoácidos: el ácido glutámico y ácido aspartico. Estos dos

aminoácidos son los precursores de todos los compuestos nitrogenados de la

materia viva. Las proteínas y ácidos nucleicos son los principales componentes

nitrogenados del material celular.

Los compuestos orgánicos nitrogenados que sintetizan las plantas son utilizados

como fuentes de nitrógeno por todo el reino animal. Cuando los animales asimilan

materias vegetales, hidrolizan en mayor o menor grado los complejos compuestos

DERECHOS RESERVADOS

69

nitrogenados pero el nitrógeno queda en su mayor parte en forma orgánica

reducida.

Materia orgánica: Aproximadamente el 50% de las basuras de nuestra casa lo

compone la materia orgánica que, para que nos entendamos, es todo aquello que

se puede descomponer, como: restos de comida, vegetales, frutas, hojas y

ramas que resultan de limpiar las macetas o el jardín cáscaras de huevo o

moluscos compresas y pañales sucios, restos de infusiones. etc.

Nicho: es un término que describe la posición relacional de una especie o

población en un ecosistema o el espacio concreto que ocupa en el ecosistema. En

otras palabras, cuando hablamos de nicho ecológico, nos referimos al "trabajo" o a

la función que desempeña cierto individuo dentro de una comunidad.

Nitrificación: Se define como un proceso de oxidación bacteriana del amoniaco a

nitritos y nitratos, bajo condiciones aeróbicas.

La nitrificación es realizada por bacterias nitrificantes, que son susceptibles a un

cierto numero de factores ambientales, tales como: temperatura, pH, oxigeno

disuelto, otros microorganismos.

DERECHOS RESERVADOS

70

Reservorio: Un área natural o artificial sostenida y usada para almacenar agua.

La biota puede desglosarse en una flora y una fauna, según los límites, mal

definidos, de la Botánica y la Zoología.

Respiración Endógena: se caracteriza por el consumo que realizan las bacterias

de su propia biomasa, a modo de reserva, para poder continuar con sus funciones

vitales, de tal modo que decrece su materia activa y, por lo tanto, completando la

oxidación total de la materia orgánica degradable.

DERECHOS RESERVADOS

71

CAPITULO III

Marco Metodológico

DERECHOS RESERVADOS

72

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

3.1 TIPO DE INVESTIGACION Teniendo en cuenta que “el tipo de investigación se establece en función del

tipo de problema que se desea solucionar, los objetivos que se pretendan lograr y

la disponibilidad de recursos”. Según Chávez, (1994).

Además que “toda investigación puede definirse como el intento de conocer,

indagar, saber algo, con el propósito de ampliar nuestros conocimientos sobre una

cierta esfera de problemas. Señalando que la investigación experimental “es un

estudio en el que al menos una variable es manipulada y las unidades son

aleatoriamente asignadas a los distintos niveles o categorías de las variables

manipuladas”. Según Hernández y otros, (1991).

El diseño de la investigación se determino de tipo experimental, el cual es la

estrategia que adopta el investigador para responder al problema planteado

mediante una serie de actividades; se procedió a seleccionar y recoger una

importante cantidad de muestras en la industria procesadora de cangrejos, para

analizar en el laboratorio y determinar los parámetros deseados.

3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACION Existen muchas propuestas de clasificación de los tipos de diseño a

implementar pero de manera primaria, en relación con el tipo de datos que se

DERECHOS RESERVADOS

73

deben recolectar, se puede clasificar en diseño de campo (datos primarios) y

diseño documental o bibliográfico (datos secundarios). Cabe destacar, sin

embargo, que cada investigación posee un diseño propio, por lo que el

investigador debe tener presente las diferentes herramientas metodológicas que le

permitan llevar a cabo un trabajo de investigación. Según Bavaresco de Prieto,

Aura. (2001).

Podemos considerarlo también un estudio de campo, debido a que se

compiló la información de las características de las aguas analizadas, para la

determinación de los parámetros, es decir, la información directamente del lugar

de los hechos, o del campo que se pretende estudiar, (Bavaresco 1997).

En virtud de los objetivos en estudios y las variables involucradas con miras

para la determinación de los parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la

demanda bioquímica de oxigeno, con el propósito de la obtención de los valores

de la constante cinética y demanda ultima a temperaturas propias de la región, y

ya que los datos empleados son de fuentes primarias y éstas fueron recogidas

directamente de la realidad, en el mismo instante de tiempo como se presentan, el

diseño de la investigación es diseño experimental de campo.

3.3 POBLACION Y MUESTRA

Según Chávez (1994), “la población de un estudio es el universo de la

investigación sobre el cual se pretende generalizar los resultados, está constituida

por características o estratos que le permiten distinguir los sujetos, unos de otros.”

Por su parte, Hernández y Otros (1998) sostiene que la población “Es el

conjunto de todos los casos que concuerdan con una serie de especificaciones”.

Basándose en las exposiciones de los autores citados, puede señalarse que la

población en la presente investigación, está conformada por la totalidad de la

DERECHOS RESERVADOS

74

planta procesadora de cangrejo.

La toma de muestras se realizó directamente de las descargas de agua residual

de la industria procesadora de cangrejo. Los muestreos se realizaron

semanalmente, obteniendo 2 muestras en cada visita. Tomando en cuenta la

operatividad de la planta, los horarios de muestreo escogidos fueron entre las

siete y nueve de la mañana y para la una y tres de la tarde.

3.4 FASES DE LA INVESTIGACION

Con la finalidad de mostrar un enfoque más detallado de la metodología

que se utilizó, a continuación se presentan los objetivos específicos divididos por

fases, en cada una de las cuales se detalla la metodología inherente a las mismas.

OBJETIVO Nº 1: Determinar experimentalmente valores de la demanda química

de oxigeno y la demanda bioquímica de oxigeno a 20º C y 33ºC en las muestras

tomadas.

Análisis de pH: Luego de obtenidas las muestras, se procede a hacerles un

análisis de pH. Primeramente se calibra el equipo introduciendo el electrodo de

calomel en la solución Buffer de pH=7, y calibrarlo con el botón respectivo. Lavar

nuevamente el electrodo y repetir la operación con buffer pH=4. Sumergir el

electrodo en el recipiente de la muestra y leer el valor de cada muestra.

Análisis de DQO: Se toman 9 tubos de ensayo y cada uno contiene una

mezcla de 1ml de dicromato de potasio, 3ml de H2SO4 concentrado, 1ml Ag2SO4.

Para hacer el blanco se toman 3 de los 9 tubos de ensayo se le adiciona 2ml de

agua destilada a cada uno, se agita. Luego para el patrón se toman otros 3 tubos

DERECHOS RESERVADOS

75

y se le agregan 2ml de patrón DQO de 500mg a cada uno y se agita. A los últimos

3 tubos se le agregan 2ml de muestra y se agitan. Posteriormente los 9 tubos de

ensayos se colocan dentro del digestor por 2 horas a 140 ºC. Se sacan y se

espera a que se enfríe.

Las muestras se introducen en las celdas del Hach (Espectrofotómetro).

Se enciende el equipo y se introduce el método 0 (este corresponde a la

determinación de la DQO) a una longitud de onda de 600 nm. Se hace cero con el

blanco (agua destilada), es decir, se calibró el equipo, para luego introducir el

patrón y por ultimo los tubos que contenían las muestras. (1)

Determinación de la DBO: A través de la DQO se halla la dilución

apropiada, se diluye la muestra para que satisfaga los requerimientos (que el O2

al final de la incubación sea igual a 2 y que el oxigeno consumido sea mayor igual

a 2).El agua de dilución se prepara a partir de agua destilada introduciéndose en

un recipiente, a esto se le agrega 1 ml de solución amortiguadora de fosfato, 1 ml

de sulfato de magnesio,1ml de cloruro de calcio y 1 ml de cloruro férrico, todo esto

se agrega por cada litro de agua. Toda esta dilución se coloca a airear por 3 o 4

horas.

Se prepara en base al % de dilución arrojados por la DQO 3.5 litros de

muestra para 20ºC y 33ºC. En un recipiente se agrega el volumen de muestra de

acuerdo al % de muestra y se completa con agua de dilución hasta 3.5 litros, se

agita hasta homogeneizar la muestra, luego se procede a llenar las once botellas

de Winkler por cada temperatura. Tapar herméticamente, dejando un sello de

agua.

Las botellas de Winkler fueron previamente identificadas por muestra

puntual y temperatura. Posteriormente cada grupo de botellas son llevadas a la

incubadora de 20ºC Y 33ºC.

DERECHOS RESERVADOS

76

Determinación del oxígeno disuelto. (Método de Winkler): Se determina

inmediatamente el oxigeno disuelto a una muestra por cada temperatura (reporte

del OD mg/l a partir del día 0). Este procedimiento se realiza durante diez (10)

días consecutivos. (1)

El procedimiento para determinar el oxigeno disuelto es el siguiente:

Agregar a la muestra contenida en una de las botellas Winkler 1 ml de

solución de sulfato manganoso y 1 ml del reactivo alcali-nitruro ambos por debajo

de la superficie, tapar cuidadosamente la botella para excluir las burbujas de aire y

descartar el liquido desplazado del recipiente contenido en el cuello ensanchado

de la botella, dejar en reposo hasta observar claramente el reposo del precipitado

y dejar que este descienda hasta la mitad de la botella, este procedimiento se

repite nuevamente.

Destapar y agregar 1 ml de acido sulfúrico concentrado, la adicción debe

hacerse lentamente dejando que el acido descienda lentamente por el cuello de la

botella.

Vaciar 100 ml del líquido y titular los 200 ml de muestra restantes

contenidos en la botella.

Se le agregan 2 ml de almidón como indicador se aprecia la aparición de

un color azul al añadirlo.

Se titula con solución de tiosulfato de sodio 0.025 N y proseguir la titulación

hasta que desaparezca el color azul por primera vez.

OBJETIVO Nº 2: Calcular los parámetros de demanda total y constante de

velocidad de la biodegradación de la materia orgánica aplicando el método de

fujimoto, método gráfico de Thomas y la pendiente de Thomas.

Tratamiento de la información: Haciendo uso de las técnicas analíticas y

estadísticas como lo son: el método de fujimoto, método gráfico de Thomas y la

pendiente de Thomas, se depuró y analizó la información recolectada.

DERECHOS RESERVADOS

77

Tanto la recolección como el tratamiento de la información se realizaron

siguiendo las fases de la metodología propuesta.

OBJETIVO Nº 3: Establecer comparaciones entre los métodos para proponer los

métodos que más se ajusten según la industria de los efluentes de las muestras

analizadas.

Comparación de los resultados: Se analizan los resultados obtenidos por

tres métodos distintos entre sí, y se seleccionan al menos dos cuta data sea

congruente.

Presentación de los resultados: Los resultados fueron analizados y

presentados al tutor y asesor de esta investigación .De igual forma se formuló

conclusiones y recomendaciones.

3.5 METODOS Y TECNICAS DE ANALISIS DE INFORMACION Según Sabino (2000): “Finalizadas las tareas de recolección el investigador

quedará en posesión de un cierto número de datos, a partir de los cuales será

posible sacar las conclusiones generales que apunten a esclarecer el problema

formulado. Pero esa masa de datos, por sí sola, no nos dirá en principio nada, no

nos permitirá alcanzar ninguna conclusión sí, previamente, no ejercemos sobre

ella una serie de actividades tendientes a organizarla, a poner orden en todo ese

multiforme conjunto“.

Las técnicas de recolección de datos que se aplicaron en la presente investigación

son las siguientes:

DERECHOS RESERVADOS

78

Técnicas de lectura evaluativa

Es la que se utiliza para realizar una lectura crítica; es decir aquella que no

solo permite comprender el mensaje del autor sino también lo valora. Según

Fuenmayor, (1999). En esta investigación se utilizaron las técnicas de lectura

evaluativa, debido a que se realizó una revisión y análisis de varios autores

relacionados con el área de tratamiento de aguas residuales, lo cual permitió la

formulación confiable de la metodología propuesta.

Es importante señalar que la información que se obtuvo de la revisión

bibliográfica y de la INTERNET asentaron las bases para el establecimiento de la

metodología que se siguió para alcanzar los objetivos propuestos.

Observación documental

Para esta investigación se aplicó la técnica de observación documental

debido a que consiste en el diseño de una metodología para determinación de los

parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la demanda bioquímica de oxigeno,

para lo cual fue necesario tomar como patrón de comparación la información

existente.

.

DERECHOS RESERVADOS

79

CAPITULO IV

Resultados y Análisis

DERECHOS RESERVADOS

80

CAPITULO IV

RESULTADOS Y ANALISIS

4.1 Análisis de los Resultados

Las tablas 1 a la 16 muestran los valores obtenidos de DBO, del tipo de

muestra puntual a las temperaturas de incubación de 20 ºC y 33ºC, en una

secuencia de diez días.

Tabla Nº 1 Valores de la DBO de la muestra Nº 1 a 20 ºC y 33ºC.

Fuente: Dangond y Mendoza, 2008

Muestra:1 DQO=297

DBO

DIA 20ºC %dil=2.2 33ºC %dil=2.2

1 100 127

2 136 218

3 236 273

4 291 281

5 314 300

6 327 314

7 341 327

8 345 341

9 345 <341

10 355 <341

DERECHOS RESERVADOS

81



En las tablas numero 2 y 3 se presentan valores de DBO a la temperatura de

33 ºC hasta el octavo día, debido a que en los dos últimos días del ensayo

realizado para estas muestras se obtuvo un valor de oxigeno final menor al

recomendado (2 mg/l valor establecido por el método estándar de la DBO),

para obtener resultados confiables. También se puede observar para la

muestra 5 a las temperaturas de 20 ºC y 33 ºC y en la muestra 7 a 33ºC.

Muestra:2 DQO=254

DBO


1 111 133

2 161 153

3 211 278

4 322 367

5 383 378

6 394 387

7 400 394

8 406 417

9 411 <417

10 111 <417

DERECHOS RESERVADOS

82





Muestra:3 DQO=866

DBO


1 33 30

2 56 70

3 85 96

4 133 126

5 159 181

6 193 200

7 207 207

8 215 222

9 237 230

10 256 248

Muestra:4 DQO=1006

DBO


1 50 73

2 91 123

3 127 155

4 164 177

5 195 209

6 227 241

7 250 268

8 259 282

9 282 295

10 295 300

DERECHOS RESERVADOS

83





Muestra:5 DQO=319

DBO

DIA 20ºC %dil=7 33ºC %dil=7

1 7 13

2 16 23

3 44 53

4 66 74

5 73 91

6 83 99

7 90 100

8 104 104

9 107 107

10 <107 <107

Muestra:6 DQO=510

DBO


1 23 42

2 74 68

3 103 106

4 119 142

5 174 168

6 178 203

7 184 226

8 223 229

9 229 229

10 242 248

DERECHOS RESERVADOS

84




Fuente: Dangond y Mendoza, 2008.

Muestra:7 DQO= 185

DBO

DIA 20ºC %dil=2 33ºC %dil= 1

1 115 145

2 190 230

3 230 275

4 255 310

5 270 330

6 280 345

7 290 360

8 315 370

9 335 <370

10 360 <370

Muestra:8 DQO:302

DBO

DIA 20ºC % dil=1.5 33ºC %dil=1

1 40 60

2 140 193

3 207 273

4 253 333

5 293 387

6 327 427

7 387 447

8 407 460

9 420 473

10 440 480

DERECHOS RESERVADOS

85

Se puede notar en todas las muestras que la DBO va aumentando a

medida que pasan los días, esto se debe a que hay un consumo continuo de

oxígeno disuelto; de igual forma se observa que los valores obtenidos a una

temperatura de incubación de 33 ºC son mayores que a 20 ºC; la diferencia entre

los valores de DBO, se debe al hecho de que a mayor temperatura se acelera el

consumo de oxigeno disuelto; debido a una mayor actividad bacteriana y en

consecuencia un mayor requerimiento de energía necesaria para el crecimiento y

la reproducción de las bacterias.

4.2 DETERMINACION DE LA CONSTANTE DE BIODEGRADACION (k) Y

DEMANDA ÙLTIMA (L)

Aplicando el método de la pendiente de Thomas, Gráfico de Fujimoto, y de

Thomas, se obtuvo los valores de k y L.

El método de la Pendiente de Thomas no se aplicó, ya que al obtener la

Demanda Última (L), resultó menor que la DBO10, t, donde t es la temperatura a la

cual se realizó el ensayo.

Al observar los resultados obtenidos para los tres métodos seleccionados

para determinar k y L, se aprecia que los valores de Demanda Bioquímica de

DERECHOS RESERVADOS

86

Oxigeno, de las muestras de la Industria Procesadora de Cangrejos, se ajustan al

Método de Fujimoto y el Método Gráfico de Thomas.

Las tablas 9, 10,11, y 12 contienen los valores obtenidos de las constantes

de velocidad (k) y demanda última (L) de las muestras puntuales de la industria

procesadora de cangrejos para las temperaturas 20 ºC, y 33ºC, calculados a partir

del Método Gráfico de Thomas y Fujimoto.

Tabla Nº 9 Valores de k y L a 20 ºC de las muestras 1, 2, 3, y 4.

MT: Método Grafico de Thomas

MF: Método Grafico de Fujimoto.


TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL TEMPERATURA: 20 ºC

MUESTRA

METODO

k (días-1)

L (mg/l)

1

MT

MF

0.15

0.12

333

400

2

MT

MF

0.13

0.13

464

420

3

MT

MF

0.04

0.05

278

332

4

MT

MF

0.06

0.07

393

348

DERECHOS RESERVADOS

87


TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL

TEMPERATURA: 20 ºC

MUESTRA

MÉTODO

k (días-1)

L (mg/l)

5

MT

MF

0.06

0.09

121

103

6

MT

MF

0.05

0.10

357

242

7

MT

MF

0.18

0.08

326

455

8

MT

MF

0.06

0.09

577

475

MT: Método Gráfico de Thomas

MF: Método Gráfico de Fujimoto


DERECHOS RESERVADOS

88


TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL TEMPERATURA: 33ºC

MUESTRA

METODO

k (días-1)

L (mg/l)

1 MT

MF

0.02

0.18

370

355

2 MT

MF

0.15

0.15

497

450

3 MT

MF

0.09

0.08

404

270

4 MT

MF

0.09

0.09

349

350


MF: Método Grafico de Fujimoto


DERECHOS RESERVADOS

89


TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL TEMPERATURA: 33 ºC

MUESTRA

MÉTODO

k (días-1)

L (mg/l)

5

MT

MF

0.13

0.11

148

109

6

MT

MF

0.06

0.06

331

350

7

MT

MF

0.19

0.17

389

393

8

MT

MF

0.09

0.11

559

525


MF: Método Grafico de Fujimoto.


Se observan que en los resultados de los dos métodos seleccionados no

hay una gran diferencia entre los valores obtenidos y en algunos casos como la

muestra número 2 a 20ºC Y 33ºC y la muestra 6 a 20ºC los resultados son iguales

tanto para el método gráfico de Thomas como para el método de Fujimoto; lo que

indica que los dos métodos se ajustan perfectamente al análisis de aguas

residuales de una industria procesadora de cangrejos.

DERECHOS RESERVADOS

90

En la tabla Nº 13 están reportados los valores de la constante de

biodegradación (k), de la Industria Procesadora de Cangrejos, aplicando el

Método de Fujimoto, para las temperaturas seleccionadas.

Tabla Nº 13 Valores de k a 20 ºC y 33 ºC. Método de Fujimoto.


VALORES DE k(días-1)

MUESTRA

20ºC

33ºC

1

2

3

4

5

6

7

8

0.12

0.13

0.05

0.07

0.09

0.10

0.08

0.09

0.18

0.15

0.08

0.09

0.11

0.06

0.17

0.11


En la tabla Nº 14 están reportados los valores de la constante de

biodegradación (k), de la Industria Procesadora de Cangrejos, aplicando el

Método Gráfico de Thomas, para las temperaturas seleccionadas.

DERECHOS RESERVADOS

91

Tabla Nº 14 Valores de k a 20 ºC y 33 ºC. Método Gráfico de Thomas.


VALORES DE k(días-1)

MUESTRA

20ºC

33ºC

1

2

3

4

5

6

7

8

0.15

0.13

0.04

0.06

0.06

0.05

0.18

0.06

0.02

0.15

0.09

0.09

0.13

0.06

0.19

0.09


En la tabla Nº 15 se presentan los valores de la Demanda Ultima

obtenidos a través del Método de Fujimoto para las temperaturas de 20ºC y 33

ºC. Se `puede observar que en Demanda Última, los valores aumentan al

incrementarse la temperatura de incubación.

DERECHOS RESERVADOS

92

Tabla N º 15 Valores de L a 20ºC y 33 ºC. Método de Fujimoto.


VALORES DE L (mg/l))

MUESTRA

20ºC

33ºC

1

2

3

4

5

6

7

8

400

420

332

348

103

242

455

475

355

451

270

350

109

350

393

325


Tabla N º 16 Valores de L a 20ºC y 33 ºC. Método Grafico de Thomas.


VALORES DE L (mg/l))

MUESTRA

20ºC

33ºC

1

2

3

4

5

6

7

8

333

465

278

393

121

357

326

577

370

497

405

349

148

332

389

559

DERECHOS RESERVADOS

93


En las Tablas número 13, 14,15 y 16 se puede notar la diferencia entre los

valores de la constante de biodegradación de la materia orgánica (k) y demanda

ultima (L) en relación a la temperatura a partir del método gráfico de Thomas y el

método de Fujimoto; se observa que tanto los valores de k como de L se

incrementan al aumentar la temperatura de incubación, ya que al aumentar la

temperatura se acelera la velocidad con la que los microorganismos encargados

de la estabilización de la materia orgánica consumen el oxigeno disuelto.

Lo anteriormente expuesto esta fundamentado en la Ecuación de Arrhenius que

establece: k = A.e-Ea/RT ,es decir que a mayor temperatura mayor velocidad de

reacción. Resultados similares fueron encontrados por Pineda en su trabajo de

grado año 2006.

Seleccionado los métodos que mejor se ajustan a los análisis de las aguas

residuales de una industria procesadora de Cangrejos, se procede a calcular el

promedio de los valores de k y L.

Tabla Nº 17 Valores promedios de la constante de biodegradación (k)

VALORES DE k ( días-1)

TEMPERATURA

20ºC

33ºC

MT

MF

0.09

0.09

0.10

0.12


DERECHOS RESERVADOS

94

Tabla Nº 18 Valores promedios de la demanda última (L)

VALORES DE L ( mg/l)

TEMPERATURA

20ºC

33ºC

MT

MF

356

347

365

350

Al observar los valores de la constante de biodegradación (k) y Demanda Última (L


) promedios, para las diferentes temperaturas, se obtiene que los valores de

k y L aumentan con el incremento de la temperatura de incubación.

En la Tabla Nº 19 se observa que los valores obtenidos de pH .

TABLA N. 19: VALORES DE pH DE LAS MUESTRAS.


MUESTRA

pH

1

2

3

4

5

6

7

8

7.16

7.36

6.78

7.15

6.80

6.90

6.75

6.76


DERECHOS RESERVADOS

95

Se aprecia que los valores de Ph se encuentran entre 6 y 9, lo cual

favorable para los microorganismos que se encargan de la biodegradación de la

materia orgánica, ya que necesitan estar dentro de este rango para ejercer su

acción de estabilización.

La tabla Nº 20 muestra los valores de los sólidos suspendidos totales,

volátiles y fijos.

TABLA 20: VALORES DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS PRESENTES EN LAS MUESTRAS.


MUESTRA

SÓLIDOS

SUSPENDIDOS

TOTALES(mg/l)

SÓLIDOS

SUSPENDIDOS

VOLATILES(mg/l)

SÓLIDOS

SUSPENDIDOS

FIJOS(mg/l)

1

2

3

4

5

6

7

8

94.0

136

56.0

155

74.0

171

142

50.0

20.00

8.00

8.00

9.00

18.0

15.0

12.0

5.00

74.0

128

48.0

146

56.0

156

130

45.0


DERECHOS RESERVADOS

96

Los valores presentados en esta tabla, junto con los reportados por los

ensayos de Demanda Química y Bioquímica de Oxígeno son los más

representativos para conocer y estimar la materia mineral y orgánica en las aguas

residuales.

Los sólidos suspendidos fijos dan una idea de la cantidad de materia

mineral presente en la muestra y los sólidos suspendidos volátiles son muy

representativos y constituyen mayormente los sólidos orgánicos presentes en la

muestra.

4.3 Análisis de las Métodos Gráficos A continuación se presentan los gráficos 1 y 2 obtenidos a partir del Método

Grafico de Thomas para la muestra numero uno y los gráficos 3 y 4 obtenidos a

partir del Método de Fujimoto para la muestra numero cuatro, a las temperaturas

de 20ºC Y 33 ºC, es importante aclarar que se presentan uno de los ocho

muestreos realizados para cada método. El resto de las graficas se encuentran

reflejadas en el apéndice A.

Grafico 1- Método de Thomas de la muestra Nº 1 a 20 ºC.

Método de Thomas: 20ºC

050

100150200250300350

0 2 4 6 8 10 12 t (días)

(t/y) 1/3*10-3

DERECHOS RESERVADOS

97

Gráfico 2- Método de Thomas de la Muestra N º1 a 33 ºC.

Gráfico 3- Método de Fujimoto de la Muestra N º4 a 20 ºC

Método de Fujimoto: 20ºC

050

100150200250300350

0 50 100 150 200 250 300

y(t)

y(t+

1)


0 50

100 150 200 250 300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 t(días)

(t/y) 1/3*10-3

DERECHOS RESERVADOS

98



050

100150200250300350

0 50 100 150 200 250 300 350

y(t)

y(t+

1)

Se puede observar en las graficas obtenidas a partir del Método Grafico de

Thomas y del Método de Fujimoto que las rectas debido a su linealidad nos

indican que los análisis a aguas residuales de una industria procesadora de

cangrejos se ajustan perfectamente al análisis realizado; caso contrario

sucede con el método de la Pendiente de Thomas, ya que no es aplicable para

el estudio de este tipo de agua residual.



020406080

100120140

0 20 40 60 80 100 120

y(t)

y(t+

1)

DERECHOS RESERVADOS

99

Gráfico 6-Método de Fujimoto de la Muestra N º5 a 33ºC


020406080

100120140

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

y(t)

y(t+

1)

Se pude observar una falta de linealidad al principio de las rectas de

algunas muestras debido a que los primeros días de incubación los

microorganismos requieren un tiempo de adaptación para las nuevas

condiciones ambientales en las que se encuentran, esta fase se denomina

“Fase de retardo”; y en los últimos días de incubación se da la llamada “Fase

estacionaria”, debido a que las bacterias han agotado los nutrientes necesarios

para el crecimiento.

Gráfico 7- Método de Thomas de la Muestra Nº 3 a 20ºC

Metodo de Thomas:20 ºC

305310315320325330335340345

0 2 4 6 8 10 12

t(días)

(t/y)

1/3*

10-3

DERECHOS RESERVADOS

100

Gráfico 8- Método de Thomas de la Muestra N º3 a 33 ºC

En los casos donde se presentan puntos dispersos de la recta, es debido a

que las muestras analizadas presenta cambios en su naturaleza, en

comparación al resto de las muestras analizadas lo que indican un problema

en cuanto a la aplicación de los métodos seleccionados, las muestras tomadas

tienen una menor carga orgánica ya que en el día de la recolección el proceso

operativo de la planta no fue el normal, porque se estaban descargando unos

tanques de agua, lo que indica que el agua esta mas diluida, y a mayor dilución

son menores los valores de DBO obtenidos.


2829303132330 3435

0 2 4 6 8 10 1

t(días)

DERECHOS RESERVADOS

101

CONCLUSIONES

- El valor de la constante de biodegradación (k), aumenta con la temperatura

de incubación,siendo: 0.09 días-1 para T= 20ºC, 0.12 días-1 para T = 33ºC,

obtenidos a partir del Método de Fujimoto y para el Método Grafico de

Thomas son: k=0.09 días-1 para T= 20ºC y k= 0.10 dias1 para T= 33ºC

- El valor obtenido de la Demanda Ultima a partir del Método Grafico de

Thomas es de : 356 mg/l para T=20ºC y L= 365 mg/l para T=33ºC y por

el Método de Fujimoto es: L=347 mg/l para T=20ºC y L= 350 mg/l para

T=33ºC.El valor de la Demanda Ultima (L), es mayor al aumentar la

temperatura de incubación.

- Los Métodos que se ajusta a los valores de la Demanda Bioquímica de

Oxigeno, de las aguas residuales de las Industria Procesadora de

Cangrejos, son el Método de Fujimoto y el Método Grafico de Thomas.

- El método de la Pendiente de Thomas no aplicó, ya que al obtener la

Demanda Última (L), resulta menor que la DBO10, t, donde t es la

temperatura a la cual se realizó el ensayo.

- - Al tener mayor carga orgánica de material biodegradable en el agua

residual, la DBO se incrementará notoriamente y en consecuencia, los

parámetros cinéticos de esta ecuación se verán incrementados.

- Los valores de k y L depende y se ven afectados por la temperatura,

concentración y naturaleza de la materia orgánica presente en el agua

residual.

DERECHOS RESERVADOS

102

RECOMENDACIONES

- Aplicar el Método Grafico de Thomas y de Fujimoto para el cálculo de los

parámetros cinéticos; demanda ultima (L) y constante de biodegracion (k)

en aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos.

- Continuar con esta investigación, en otros tipos de industrias, para obtener

amplia información para zona con clima tropical, por ser estos parámetros

determinantes en el diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales.

- Para el diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales,

deben realizarse, estudios particulares, ya que los procesos de producción

son diferentes, aun cuando el producto final sea similar.

- Cuando el proceso productivo de una industria varía cada día de la

semana, deben realizarse el estudio tomando muestras durante el ciclo del

proceso productivo (días o semanas), para así obtener muestras

representativas del tipo de líquido residual.

- En las regiones tropicales se deben hacer estudios de los valores de (k) y

(L), que son determinantes en el diseño de sistemas de tratamientos de

aguas residuales y, a la vez debe hacerse para distintas industrias , aun

cuando los productos que se obtengan sean similares, esto debido a que el

proceso de industrialización es diferente.

DERECHOS RESERVADOS

103

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1.- AMERICAN PUBLIC HEALTH ASOCIATION. Standarsd Methods for examination of water and wastewater (1989). 17th edition.

2.- BAVARESCO de Prieto, Aura. Proceso Metodológico en la investigación (1997). 3ra Edición. Ediluz.

3.- BORSUK, M. Bayesian Parameter estimation in a MIxed- order modelo f BOD Decay (2000). Wat. Res.

4.- BRABECK, K; Zahradkova, S; Nemejcova, D; Peril, P; Kokes, J; Jarrkovsky, S. Hidrología (2004).

5.- CATALAN, E. Tratamiento y Depuración de Aguas (1990).Herman Blume

6.- CHAVEZ, N. Introducción a la investigación (1994). 1ra Edición.

7.- COX, R; Imhoff, C. The Slope Method of Evaluating the Constant of First Stage BOD Curve (1990).

8.- DEGREMONT, L. Manual Teórico del Agua (1979). Artes Gráficas.

9.- FUJIMOTO, Y. Graphical Use of First Stage BOD (1964). Luso.

10.- GOTTSCHALK, G. Bacterial Metabolism. 2nd Edition. New York. 1986.

11.- HATFIELD, W. Modelling of BOD-DO (1987). Wat. Res.

12.- HERNANDEZ, R; C Baptista. Metodología de la Investigación (1998). Mc Graw Hill.

13.- LEDUC, R; Mc Bean, E. Stochastic Model of First- order BOD Kinetics.(1986). Wat. Res.

14.- MAOYU, Y. An autocatalytic model for the Kinetics of BOD Test (1990). Wat.Res.

15.- METCALF, L ; Eddy, H. Ingeniería de Aguas Residuales (1998). Mc Graw Hill.

16.- METCALF, L ; Eddy, H. Ingeniería Sanitaria (1985). Labors S.A.

17.- MILLER, J.C. Millar, J.N. Estadística para Química Analítica (1993). Addison- Wesley Iberoamericana.

18.- NEMEROW, N. Aguas Residuales Industriales (1977). H. Blume Ediciones.

19.- REDIER, J. Análisis de las Aguas (1981). Omega.

20.- RIEDEL, K; Lange, K; Stein, M. A Microbial Sensor for BOD (2002). Wat. Res.

21.- RIVAS M., G. Tratamientos del Agua Residual (1967). UCV.

22.- SHEPPARD, P. Manual de Aguas para Usos Industriales Vol 2 (1987). Ciencia y Técnica.

23.- SNOEYING, V., Jenkins, D. Química del Agua (2004). Editorial Limusa.

DERECHOS RESERVADOS

104

24.- TAN, T. A new biosensor for rapid oxygen demand measurement (1999). Wat. Res.

25.- THOMAS, H. Methods for BOD(1997). Stands.

26.- WINKLER, M. Tratamiento Biológico de Aguas de Desechos (1996). Limusa.

27.- WOLFANG, P. El Tratamiento de las Aguas Residuales Domésticas (1976). Urmo.

28.- ZHENRONG, Q. Response Characteristics of a Dead – Cell BOD Sensor (1998). Wat. Res.

DERECHOS RESERVADOS

105

PAGINAS WEB CONSULTADAS

www.google.com

www.monografias.com

www.auyantepuy.com

www.altavista.com

http://www.cepis.org.pe/index.html

DERECHOS RESERVADOS

106

APÉNDICE A


Gráfico 10- Método de Thomas de la Muestra Nº 2 a 33ºC


0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8 10 t(días)

(t/y) 1/3*10-3


280290300310320330340350

0 2 4 6 8 10 12 t(días)

(t/y) 1/3*10-3

DERECHOS RESERVADOS

107




260270280290300310320330

0 2 4 6 8 10 12t(días)

(t/y) 1/3*10-3

Método de Thomas: 33 ºC

050

100150200250300350

0 2 4 6 8 10 12 t (días)

(t/y) 1/3*10-3

DERECHOS RESERVADOS

108




0 100 200 300 400 500 600

0 2 4 6 8 10 12t (días)

(t/y) 1/3*10-3


370 380 390 400 410 420 430 440 450

0 2 4 6 8 10 12t(días)

(t/y) 1/3*10-3

DERECHOS RESERVADOS

109




290

300310

320

330

340350

360

0 2 4 6 8 10 12

t(días)

(t/y) 1/3*10-

3


280 290 300 310 320 330 340 350

0 2 4 6 8 10 12 t(días)

(t/y) 1/3*10-3

DERECHOS RESERVADOS

110



Método de Thomas : 20ºC

0 50

100 150 200 250 300 350

0 2 4 6 8 10 12 t(días)

(t/y) 1/3*10-3


0 50

100 150 200 250 300

0 2 4 6 8 10

t(días)

(t/y) 1/3*10-3

DERECHOS RESERVADOS

111




0 50

100 150 200 250 300 350

0 2 4 6 8 10 12 t(días)

(t/y) 1/3*10-3

Mètodo de Thomas: 33ºC

0 50

100 150 200 250 300

0 2 4 6 8 10 12 t(días)

(t/y) 1/3*10-3

DERECHOS RESERVADOS

112


Metodo de Fujimoto: 20ºC

050

100150200250300350400

0 50 100 150 200 250 300 350 400

y(t)

y(t+

1)


Método de Fujimoto : 33ºC

0

100

200

300

400

0 50 100 150 200 250 300 350

y(t)

y(t+

1)

DERECHOS RESERVADOS

113



0

100

200

300

400

500

0 100 200 300 400 500

y(t)

y(t+

1)



0

100

200

300

400

500

0 100 200 300 400 500

y(t)

(t/y)

1/3*

10-3

DERECHOS RESERVADOS

114



0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250

y(t)

y(t+

1)



050

100150

200250300

0 50 100 150 200 250

y(t)

y(t+

1)

DERECHOS RESERVADOS

115



0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250

y(t)

y(t+

1)



050

100150200250300

0 50 100 150 200 250

y(t)

y(t+

1)

DERECHOS RESERVADOS

116


Metodo de Fujimoto: 20ºC

050

100150200250300350400

0 50 100 150 200 250 300 350 400

y(t)

y(t+

1)


Método de Fujimoto : 33ºC

0

100

200

300

400

500

0 50 100 150 200 250 300 350 400

y

y(n+

1)

DERECHOS RESERVADOS

117



0

100

200

300

400

500

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

y(t)

y(n+

1)

Gráfico 32-Método de Fujimoto de la Muestra N º8 a 33 ºC


0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500

y(t)

y(n+

1)

DERECHOS RESERVADOS

118

APENDICE B

DBO t-T = (O2i - O2f) * 100 / % dilucion =

DBO 1-20 = (8.6 - 6.3) * 100 / 2.2 = 115

DBO 2-20 = (8.6 - 4.8) * 100 / 2.2= 190

DBO 3-20 = (8.6 -4.0) * 100 / 2.2= 230

DBO 4-20 = (8.6 - 3.5) * 100 / 2.2= 255

DBO 5-20 = (8.6 - 3.2) * 100 / 2.2= 270

DBO 6-20 = (8.6 - 3.0) * 100 / 2.2= 280

DBO 7-20 = (8.6 - 2.8) * 100 / 2.2= 290

DBO 8-20 = (8.6 - 2.3) * 100 / 2.2= 315

DBO 9-20 = (8.6 - 1.9) * 100 / 2.2= 335

DBO10-20 = (8.6 - 1.4) * 100/ 2.2 = 360

Constante de Biodegradacion (k) y Demanda Ultima (L)

Método de Thomas

Gráfico (t/y)1/3 vs. t

(1/115)1/3 = 0.2056 1

(2/190)1/3 =0.2192 2

(3/230)1/3 =0.2354 3

(4/255)1/3 =0.2503 4

(5/270)1/3 =0.2646 5

(6/280)1/3 =0.2778 6

(7/290)1/3 =0.2890 7

(8/315)1/3 =0.2939 8

(9/335)1/3 =0.2995 9

(10/360)1/3 =0.3029 10

A: Intercepto de la recta con el eje Y

A: 0.1925

DERECHOS RESERVADOS

119

B: Y2 – Y1 / X2 - X1 =

B: (0.289 - 0.1925) / (7- 0) = 0.014

k= 2.61 * B / A

k = 2.61 * (0.014) / 0.1925 = 0.18

L= 1/ 2.3 * k * A3

L= 1 /2.3 * (0.18)*(0.1925)3 = 326

Método de Fujimoto

DBO = Y

Grafico Y(n+1) vs. Y (t)

190 115

230 190

255 230

270 255

280 270

290 280

315 290

335 315

360 335

Trazar la mejor recta por esos puntos

Trazar una recta de 45º y donde se intersecten las rectas se va al eje y o x y se

lee la Demanda Ultima (L).

L = 455 mg/ l

k = t / log (1- y/L)

k = 1/ log (1- 115/ 455) = 0.1265

k = 2/ log (1- 190/ 455) =0.1174

k = 3/ log (1- 230/455) =0.1019

k = 4/ log (1- 255/455) =0.0890

k = 5/ log (1- 270/455) =0.0780

k = 6/ log (1- 280/ 455) =0.0690

DERECHOS RESERVADOS

120

k = 7/ log (1- 290/ 455) =0.0629

k = 8/ log (1- 315/455) =0.0640

k = 9/ log (1- 335/455) =0.0643

k = 10/ log (1- 360/ 455) =0.0680

k promedio es:

k = 0.0841 días-1

Método de la Pendiente de Thomas

na + b∑Y - ∑Y’ = 0

a ∑ Y + b ∑ Y2 - ∑ YYʹ = 0

Y’ = (Y n+1 - Y n-1) / 2 ∆t

k = - b ; ∆t = 1

L= -a / b

Y Yʹ YYʹ Y2

230 32.5 7475.0 52900

255 20.0 5100.0 65025

270 12.5 3375.0 72900

280 10.0 2800.0 78400

290 17.5 5075.0 84100

315 22.5 7087.5 99225

355 22.5 7537.5 112225

∑Y =1975 ∑Y’ = 155 ∑ YY' = 38450 ∑ Y2 = 564775

7a + 1975b – 155 = 0

a1975 + b564775 – 38450 = 0

a = 219.72

b = -0.70

L = 313

DERECHOS RESERVADOS

121

APENDICE C

Foto Nº 1 Fachada de la Industria Procesadora de

Cangrejos.

Foto Nº 2 Salida de las Aguas Residuales de la Industria Procesadora de Cangrejos.

DERECHOS RESERVADOS

122

Foto Nº 3. Canal de Salida de las Aguas Residuales de la

Industria Procesadora de Cangrejos

Foto Nº 4 Digestores donde se realiza las pruebas de

Demanda Química de Oxigeno

DERECHOS RESERVADOS

123

Foto Nº 5 Espectrofotómetro Hach modelo DR/ 2000.

Foto Nº 6 Agua Aireada.

DERECHOS RESERVADOS

124

Foto Nº 7 Nutriente para el agua aireada necesarios en el proceso de la DBO.

Foto Nº 8 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Sulfato Manganoso.

DERECHOS RESERVADOS

125

Foto Nº 9 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Alcalino - Nitruro.

Foto Nº 10 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Acido Sulfúrico Concentrado.

DERECHOS RESERVADOS

126

Foto Nº 11 Botellas Winkler. La diferencia e Intensidad del Color es un indicador de la presencia y cantidad de

oxigeno en cada botella.

Foto Nº 12.Se retiran 100 ml de solución a la Botella Winkler

DERECHOS RESERVADOS

127

Foto Nº 13. Se le agregan 2 ml de Almidón como indicador

Foto Nº 14 Cambio de color en la muestra por la presencia de almidón como indicador.

DERECHOS RESERVADOS

128

Foto Nº 15 Titulación de la Muestra con Tiosulfato de Sodio.

Foto Nº 16 Cambio de color de la muestra por la presencia de

Tiosulfato de Sodio.

DERECHOS RESERVADOS

129

Foto Nº 17. El color transparente indica la finalización de

la titulación.

Foto Nº 18 Incubadora a 20º C.

DERECHOS RESERVADOS

130

Foto Nº 19 Incubadora a 33 ºC.

Foto Nº 20 Filtro utilizado para la prueba de los Sólidos Suspendidos

DERECHOS RESERVADOS

131

Foto Nº 21 Mufla utilizada para la prueba de los Sólidos Suspendidos Volátiles.

Foto Nº 22 Phmetro

DERECHOS RESERVADOS

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