proyecto de investigacion grupo 6, osmosis.docx

“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

ÁREA DE INVESTIGACIÓN: SALUBRIDAD Y MEDIO AMBIENTE

Proyecto de Investigación

PROCESO Y ANALISÍS DE LOS FENÓMENOS DE SUPERFICIE EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

“TOTORA”- AYACUCHO

Responsable: TINCO FLORES, Gabriel

Miembros: ÑAUPARI QUISPE, Ruth Noemí TORRES GUTIERREZ, Nélida

USCATA BARRIENTOS, Thalía Deysi VIZCARRA JAYO, Liz AbigailColaboradores:

Blga. Magaly Meza Sr. Godofredo Anchayhua

Ayacucho- Perú2014

I.GENERALIDADES:

1.1. TÍTULO

PROCESO Y ANALISÍS DE LOS FENÓMENOS DE SUPERFICIE EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “TOTORA”-

AYACUCHO.

1.2. RESPONSABLE

TINCO FLORES, Gabriel

1.3. MIEMBROS Y COLABORADORES

ÑAUPARI QUISPE, Ruth Noemí TORRES GUTIERREZ, Nélida USCATA BARRIENTOS, Thalía Deysi VIZCARRA JAYO, Liz Abigail

Colaboradores:

Blga. Magaly Meza

Sr. Godofredo Anchayhu

1.4. RESUMEN

La Ciudad de Ayacucho, al igual que otras ciudades del Perú presenta un crecimiento demográfico alto, no existe una política de ordenamiento territorial en consecuencia la contaminación de las aguas es uno de los problemas ambientales principales. La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) “La Totora” consta de un sistema de alcantarillado que recibe los desechos de toda la ciudad de Ayacucho. La capacidad de remoción de los desechos sólidos y bacterias coliformes totales (BCT) se ve afectada por el crecimiento poblacional y el mal uso del sistema de alcantarillado como botaderos de basura por parte de los ciudadanos, ya sea en los domicilios o los buzones recolectores. Esto trae como consecuencia que las aguas tratadas de la PTAR “Totora” sean vertidas a las aguas del río Alameda aún con carga de contaminantes alto, originando un riesgo de salud ya que estas aguas son utilizadas río abajo para riego de cultivos como legumbres, hortalizas entre otros y también para uso recreacional.

Los procesos de osmosis, presión osmótica y difusión son fenómenos de superficie que ocurre en el organismo a nivel celular, un ejemplo destacable es el transporte de iones (Na+, K+, Cl-, etc.) entre la membrana interna y externa de las células nerviosas, por medio de la cual generar una diferencia de potencial entre ambos medios con el propósito de transmitir impulsos nerviosos. Otra demostración de este proceso se observa en las células vegetales, específicamente en el transporte de la sabia hacia todas las partes de la planta.

Los procesos ya mencionado anteriormente esta muy bien reflejado en nuestra sociedad.

En las instalaciones hidráulicas de la PTAR se produce específicamente el proceso de OSMOSIS INVERSA donde la sustancia (soluto) se separa del disolvente debido a la aplicación de una presión superficial mayor a la presión osmótica, en las membranas impermeables que no permiten que el agua pase, oponiéndose al flujo normal de la osmosis.

Dado que los residuos humanos originados en los establecimientos públicos llegan a las redes de alcantarillado, por medio de descargas de instalaciones hidráulicas de la edificación. Por ello es preciso realizar un análisis de ciertos parámetros involucrados con el volumen de aguas residuales que ingresan al establecimiento, el caudal, la velocidad media, cantidad de sustancia, entre otros. Estos parámetros nos permitirán determinar la cantidad de aguas residuales que pasan por el proceso de osmosis inversa, la remoción de residuos orgánicos-sólidos y bacterias coliformes Totales (BCT) contenidos en las aguas contaminadas.

El propósito y objetivo de la planta de tratamiento es la separación máxima posible de los diferentes tipos de contaminantes y microorganismos presentes en

las aguas residuales, que se logrará gracias a los procesos osmóticos a las cuales son sometidos.

Producto de todo este proceso las aguas tratadas y cloradas finalmente son vertidas al río Alameda. Los resultados finales de todo el proceso son analizados en los laboratorios de microbiología y físico químico de la planta de tratamiento de aguas residuales - totora, que nos presentan valores que se encuentra dentro de los límites permisibles según los Estándares de Calidad Ambiental del Agua (ENCAA) para agua de categoría 3.

Los resultados obtenidos nos conllevan a formular e idear posteriores modelos estadísticos (físicos y matemáticos), por la cual es necesario tener en cuenta los efectos generados por la variabilidad en las condiciones en que ingresan las aguas residuales y en consecuencia la cantidad de residuos removidos por osmosis inversa.

El presente proyecto se realizó durante los meses de agosto, septiembre, octubre y noviembre del presente año con el propósito de determinar y demostrar la presencia de procesos OSMOTICOS en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Totora- Ayacucho.

1.4.1. Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora” – Ayacucho.

La Planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) “La Totora” se ubica en la ciudad de Ayacucho capital de la provincia de Huamanga, a 3,50 Km del óvalo de la Magdalena, carretera Ayacucho – Huanta.

Las aguas servidas de la Ciudad de Ayacucho son conducidas mediante redes colectoras que ingresan por un emisor principal a la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas de Totora por gravedad y del sector de Santa Elena ingresa por bombeo.

La Empresa Prestadora de Saneamiento de Ayacucho EPSASA S.A. está a cargo de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales PTAR “La Totora”. La misma que cuenta con los siguientes sistemas:

Sistema de Rejas

Vista de la planta de tratamiento de Aguas Totora- Ayacucho

Conformado por rejas gruesas manuales y dos rejillas automáticas, que permiten remover el material grueso (piedras, plásticos, ramas, animales muertos, trapos, etc.)

Desarenadores

Conformado por dos unidades alargadas, que remueven el material sólido (arena) los mismos que se descargan al lecho de arena.

Medidor de Caudal

Un medidor tipo Khafagi de registro continuo y automático que mide el caudal de aguas servidas que ingresan a la Planta de tratamiento.

Tanques Imhoff

Constituido por seis (06) unidades para el tratamiento primario de 30.50 x 17,80 m de dimensiones internas que permiten separar el material sedimentable del agua servida, donde se produce la estabilización de la materia orgánica, los lodos estabilizados son descargados a los lechos de secado. Los efluentes se distribuyen: 17% a las lagunas facultativas y 83% a los filtros percoladores.

Filtros Percoladores

Son cuatro (04) estructuras circulares de un diámetro interno de 32.00 m, diámetro externo de la caja central de 3.10 m, altura efectiva del material de relleno de 4.50 m y volumen disponible de 3.585 m³ las cuales se encuentran rellenadas de piedras tipo pómez de origen volcánico, que permiten reducir la carga orgánica por acción de las bacterias aeróbicas.

Lagunas Facultativas

Dos unidades alargadas que remueven parte de la carga orgánica y coliformes fecales con dimensiones:

- La primera (344 x 56 m con 35.100 m3 de volumen). - la segunda (341 x 49 m con 29.700 m3 de volumen). Lagunas de MaduraciónDos unidades alargadas que mejora la calidad del agua proveniente de

los filtros percoladores y remueve los coliformes fecales con dimensiones:

- La primera (269 x 50 m con 24.000 m3 de volumen) - la segunda (262 x 66 m con 32.000 m3 de volumen)

Lagunas de Maduración Final

Complementa la depuración de las aguas servidas y la posterior cloración de estas, las mismas que se verterán al río Alameda. Esta laguna consta de las dimensiones 253 x 70 m con 32.600 m3 de volumen.

Lechos de Secado

Doce (12) unidades con material filtrante, para la deshidratación de lodos provenientes de los tanques Imhoff.

1.5. JUSTIFICACIÓN

La estructuración del presente proyecto permitirá conocer los diferentes procesos a las cuáles son sometidas las aguas residuales con la finalidad de lograr la remoción de residuos orgánicos-sólidos y Bacterias Coliformes Totales (BCT) contenidos en dichas aguas. La principal caracterización y objetivo nuestro es el reconocimiento de la aplicación de procesos osmóticos presentes en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Totora- Ayacucho.

Estos procesos permiten la reducción de los contaminantes de las aguas residuales que finalmente son vertidas al rio Alameda. Es clave y significativo mencionar que la cuidad de Huamanga es una de las pocas capitales de región que cuenta con estas plantas de tratamiento que ostenta valores que se encuentran dentro de los límites permisibles según los Estándares de Calidad Ambiental del Agua (ENCAA) para agua de categoría 3 a nivel de todo el país, constituyéndose así una práctica permanente para la prevención de enfermedades gastrointestinales y conservación del medio ambiente.

1.6. IMPACTOS Y BENEFICIOS PREVISTOS

Uno de los desafíos mas grandes que enfrenta hoy la humanidad es proporcionar de agua limpia a una inmensa mayoría de la población mundial. El agua es pues un líquido fundamental e indispensable para toda forma de vida, por ello hay una necesidad urgente de desarrollar técnicas innovadoras, eficaces y económicas para el tratamiento de aguas residuales.La contaminación que provoca el arrojo de aguas residuales con tratamiento primario, como es el caso de la ciudad de Huamanga, tienen un impacto sobre el ambiente que genera pérdidas en la sociedad.

Se han aplicado diferentes técnicas de tratamiento a los vertimientos para contrarrestar el impacto ambiental, dentro de las tecnologías tradicionales se encuentran procesos biológicos y procesos fisicoquímicos. Los procesos fisicoquímicos más comunes son: ósmosis inversa, filtración, intercambio iónico, precipitación química, adsorción, entre otros. Nuestra preocupación es atinada por lo que pretendemos hacer notar la importancia del proceso de osmosis inversa en la remoción de sustancias. Esto implica a su vez valorar el tamaño del daño que exige una metodología de evaluación social. Dicha metodología permite estimar la mayor rentabilidad de los cultivos regados con aguas residuales tratadas; los costos evitados por el tratamiento médico de enfermedades gastrointestinales; el incremento del valor de las propiedades aledañas a las descargas por la reducción de malos olores, mosquitos y sancudos; la posibilidad de liberar recursos económicos destinados a la extracción de agua subterránea al disponerse más agua de rehúso; pérdida de productividad de los ecosistemas acuáticos y de la pesca; la necesidad de dedicar recursos a la limpieza de lagos y ríos eutrofizados por la

invasión de maleza acuática.

1.7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:

SUBPROYECTO: TINCO FLORES, Gabriel

ACTIVIDADES

AGOSTO SEPTIEMB. OCTUBRE NOVIEMB.

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Recopilación de información bibliográfica

Recopilación de datos, imágenes y variables en la planta de tratamiento “Totora”-Ayacucho.

Análisis e interpretación de los datos obtenidos en la planta de tratamiento

Estructuración del proyecto de investigación, preparación de las diapositivas y de la maqueta correspondiente al tema. Informe Final.

SUBPROYECTO: ÑAUPARI QUISPE, Ruth Noemí

ACTIVIDADES


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Desarrollo de la segunda presentación del proyecto

Preparación de las diapositivas y de la maqueta correspondiente al tema. Informe Final.

SUBPROYECTO: TORRES GUTIERREZ, Nélida

ACTIVIDADES


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SUBPROYECTO: USCATA BARRIENTOS, Thalía Deysi

ACTIVIDADES


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Desarrollo de la segunda presentación del proyecto


SUBPROYECTO: VIZCARRA JAYO, Liz Abigail

ACTIVIDADES


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1.8. RECURSOS DISPONIBLES:

PERSONAL

RESPONSABLE DEL PROYECTO:

TINCO FLORES, Gabriel

MIEMBROS

ÑAUPARI QUISPE, Ruth Noemí USCATA BARRIENTOS, Thalía Deysi TORRES GUTIERREZ, Nélida VIZCARRA JAYO, Liz Abigail

MATERIAL:

BIBLIOGRAFÍA FOTOCOPIADORA INTERNET IMPRESIÓN CAMARA FOTOGRAFICA LAPTOP/ COMPUTADORA

1.1 PRESUPUESTO

BIENES MATERIALES

DENOMINACIÓN CANTIDAD COSTO(en soles)

Bibliografía 02 20.00

Fotocopias 85 8.50

Internet 12 12.00

Impresión 32 17.80

Materiales para la estructuración de la maqueta.

58.50

TOTAL S/. 116.80

Gastos Imprevistos: 22.10

1.2 FINANCIAMIENTO

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN AUTOFINANCIADO POR LOS MISMOS ALUMNOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA INVOLUCRADOS EN EL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN.

II. PLAN DE INVESTIGACIÓN

2.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cómo influyen los fenómenos de la superficie (OSMOSIS INVERSA, PRESION OSMOTICA) en los diversos procesos de remoción de sustancias y Bacterias Coliformes Totales (BCT) con la finalidad de reducir la carga de contaminantes de las Aguas residuales en la planta de tratamiento de Totora – Ayacucho?

PROBLEMAS ESPECIFICOS

2.1.1 ¿De que manera cada uno de los sistemas (imhoff, , entre otros) determinan el proceso de Remoción en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Totora- Ayacucho?

2.1.2 ¿Cuál es el volumen promedio de Aguas Residuales que desembocan en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho y que efectos causa sobre los procesos osmóticos?

2.1.3 ¿Cuál el porcentaje de remoción de la carga de contaminantes y Bacterias Coliformes Totales (BCT) de las aguas residuales en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho?

2.2 OBJETIVO GENERAL

Evaluar la importancia y determinación de la Osmosis Inversa y Presión Osmótica en los números procesos de remoción de sustancias y Bacterias

Coliformes Totales (BCT) con la finalidad de reducir la carga de contaminantes de las Aguas residuales en la planta de tratamiento de Totora – Ayacucho.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

2.2.1 Determinar de que manera cada uno de los sistemas (imhoff, filtros percoladodos entre otros) influye en los proceso de Remoción en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Totora- Ayacucho.

2.2.2 Determinar el volumen promedio de aguas residuales que desembocan en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho y que efectos causa sobre los procesos osmóticos.

2.1.3 Determinar el porcentaje de remoción de la carga de contaminantes y Bacterias Coliformes Totales (BCT) de las aguas residuales en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho.

2.3 MARCO TEÓRICO

AGUA

COMPOSICIÓN QUÍMICA Fueron Cavendish y Lavoisier en 1780 los primeros en demostrar que el agua estaba compuesta de oxígeno e hidrógeno. Posteriormente Humboldt y Gay Lussac, en 1805, determinaron que la relación volumétrica entre H y O era de 2 a 1.Por último, Dumas en 1842 comprobó que la relación al peso entre estos elementos era de aproximadamente 2 a 16. Fue así como quedó establecido que la molécula de agua estaba constituida por H2O.

La simplicidad de este concepto tan ampliamente conocido es, sin embargo, sólo aparente, pues en realidad la estructura molecular del agua es extraordinariamente compleja, y aún no bien comprendida.Forma de la molécula: Se ha hallado que la molécula del agua tiene una forma angular con el oxígeno colocado en el vértice y las uniones con el hidrógeno formando un ángulo de aproximadamente 104.5º.

Estructura molecular: Desde la época de 1892 los químicos han venido desarrollando diferentes modelos para explicar la estructura molecular del agua. Uno de los más antiguos, aunque no de los más correctos, es el que considera el agua como un arreglo de una, dos o tres moléculas cortas llamadas

monohidrol H2O, dihidrol (H2O)2 y trihidrol (H2O)3.

Hoy, en cambio, se tiende a creer que debido a la polaridad de las moléculas, éstas no pueden estar aisladas en el líquido ni unidas en conjuntos pequeños, sino que tienen que atraerse unas con otras formando grupos cerrados, de manera un tanto similar como se presentan en los sólidos, pero con las distancias interatómicas más expandidas.Se ha concebido por eso la estructura molecular del agua como formada por conjuntos hexagonales, en donde cada molécula está unida a su vecina por medio de un puente de hidrógeno

.

Estructura Molecular del Agua

Ionización y Solvatación

El carácter bipolar del agua impide que las sustancias que se disuelven en ella conserven sus moléculas intactas. Al contrario, la disolución implica la ionización o fraccionamiento de las moléculas en átomos o grupos de átomos con una carga eléctrica positiva (cationes) o negativa (aniones). Por ejemplo, el NaCl en

solución se convierte en ion Na+ e ion Cl-.Esto se debe a que cuando el soluto se dispersa, cada extremo de la molécula de la sustancia es atraído por el dipolo de carga opuesta, lo que produce la ruptura molecular y la consiguiente disociación iónica.

Cada ion crea y transporta su propio campo eléctrico y, por consiguiente, no pueden permanecer aislado de las moléculas de Agua que lo rodean y están polarizados, sino por el contrario, producen una atracción electrostática entre él y los dipolos, los cuales quedan formando una envoltura a su alrededor orientada según su carga. Cuanto más intenso sea el campo del ion, tanto más moléculas de agua atraerá hacia sí. Este fenómeno se llama solvatación.

La disgregación de la molécula del soluto en iones y la solvatación son fenómenos simultáneos.

Representación de la solvatación del ion de Na+

SUSTANCIAS DISPERSAS EN EL AGUA.

Una sustancia puede estar dentro de otra de varios modos diferentes.

Primero: La molécula de una sustancia A puede estar disgregada dentro de una sustancia B. En este caso se dice que la sustancia A está disuelta dentro de la B. Segundo: partículas o gotitas muy pequeñas de la sustancia A pueden estar dispersas dentro de la sustancia B. En este caso se dice que la sustancia A está en estado coloidal dentro de la sustancia B.

Tercero: Partículas relativamente grandes de la sustancia A están flotando dentro de la sustancia B. En este caso se dice que la sustancia A está en suspensión en la

sustancia B. Como se ve, según el tamaño de las partículas del sólido o líquido disgregado dentro de otro, hay un cambio en la clasificación del fenómeno y en las características que este reviste. Cuando hay verdadera solución, el soluto tiene dimensiones aproximadamente iguales o inferiores a 1m; cuando hay estado coloidal, el coloide tiene dimensiones que varían entre 1 m y 1000 m Y cuando hay suspensión gruesa las partículas o gotas suspendidas tienen tamaños iguales o mayores a 1000 m.

OSMOSIS

Proviene de “osmo” que significa “empujar” y “sis” que significa proceso. La ósmosis es el movimiento, el paso o el flujo del agua, del líquido o gas (disolvente en una solución) entre los diferentes tipos de concentración de sustancias que pueden ser disueltas. Es un proceso relacionado con la física y la química, y es esencial para la supervivencia de las células, en el metabolismo celular de los seres vivos, también está relacionada con la disciplina de la biología.

La osmosis es una variedad especial de la difusión que implica el movimiento de las moléculas solventes (en este caso, agua) a través de una membrana de permeabilidad selectiva. Cuando una sustancia se disuelve en un líquido, las moléculas de la sustancia se llaman soluto y son las que se dispersan uniformemente por todo el líquido llamado disolvente, dando lugar a una mezcla resultante de nombre disolución.

Por lo tanto existe un flujo neto de agua en la disolución que da lugar a que el nivel del líquido suba en el comportamiento de la derecha y baje en el de la izquierda. Luego, podemos definir osmosis como la difusión del agua a través de una membrana semipermeable desde una región de baja concentración hasta otra de alta concentración.

Efecto de osmosis en las Células.

Como la membrana plasmática es una membrana semipermeable, la osmosis es un proceso siempre presente en las células dado que la membrana celular permite el paso de moléculas de agua e impide el paso de las moléculas más grandes como todas las pequeñas moléculas orgánicas y las gigantescas macromoléculas de los ácidos nucleicos y de las proteínas.

Los principios que intervienen en el proceso de ósmosis se ilustran mediante la utilización de un aparato llamado tubo en U. El tubo U se divide en dos secciones por una membrana de permeabilidad selectiva que permite que las moléculas de soluto (glucosa, sal y otras). En una parte del tubo se coloca una solución de agua y solutos; en la otra se coloca agua pura. La solución de agua y solutos contiene una concentración de agua menor a la del agua pura, por que las moléculas de soluto han “diluido” las moléculas de agua. Por lo tanto, hay un movimiento neto de las moléculas de agua del lado de agua pura (con mayor concentración de moléculas de agua) hacia el lado del agua con soluto (que tiene menor concentración de moléculas de agua), como resultado de esto el nivel de liquido del lado del agua pura disminuye, mientras que se eleva el del lado del agua con soluto. Sin embargo existe una diferencia en la concentración de las moléculas de agua entre ambos lados, debido a que las moléculas de soluto no pueden moverse a través de la membrana. El movimiento neta del agua continuara, y el nivel del liquido del lado del agua con soluto seguirá aumentando. En condiciones no sujetas a la gravedad, este proceso continuara indefinidamente, pero en la tierra, el peso de la columna de liquido en aumento finalmente ejercerá una presión suficiente para detener el cambio en los niveles del liquido, aunque las moléculas de agua continuaran pasando a través de la membrana en ambas direcciones.

Soluciones isotónicas, hipertónicas e hipotónicas

En todo líquido de los compartimientos de las células vivas se encuentran disueltas sales, azucares y otras sustancias que le confieren a dicho liquido una determinada presión osmótica.

Cuando una célula se coloca en una solución cuya presión osmótica es igual a la suya, no hay movimiento neto de las moléculas de agua, ni hacia fuera ni

hacia dentro de ella; por lo tanto la célula no se hincha ni se encoge. Se dice que el liquido en el cual se coloco la célula es un liquido isotónico (presión osmótica igual) con respecto al interior de la célula.

Si el líquido circundante tiene una concentración de solutos mayor que la del líquido intracelular, y por tanto, una presión osmótica mayor que la de este se dice que es una solución hipertónica. Una célula animal colocada en una solución hipertónica pierde agua y se encoge.

Si el líquido circundante posee una concentración de solutos menor que la del líquido intracelular, y por lo tanto tiene presión osmótica menor que la de este se denomina solución hipotónica; en estas circunstancias, el líquido se desplazara hacia el interior de la célula provocando que esta se hinche.

PRESIÓN OSMÓTICA

La presión osmótica es una presión externa ejercida sobre la solución con mayor concentración de solutos, impidiendo su dilución. De una forma más simple, la presión osmótica es una fuerza que se aplica para impedir el proceso de ósmosis.

Es la presión extra que se debe aplicar para detener el flujo de agua hacia la disolución. Si suponemos que el flujo neto de agua a través de la membrana semipermeable se detiene cuando son iguales las presiones de agua y que el soluto obedece las leyes de gases ideales ya que raramente chocan las unas con las otras, aunque se hallan constantemente en colisión con moléculas de agua, las cuales se comportan como moléculas no interactivas.

Presión osmótica de equilibrio

Esquema del modo de acción de la presión osmótica en azul se representa las moléculas del disolvente y en rojo las del soluto.

La disolución más concentrada se denomina hipertónica y la diluida hipotónica. Como consecuencia de la diferencia inicial de concentración se produce una presión osmótica, apareciendo una diferencia de altura hasta que las concentraciones se igualan.

Se considera que una disolución esta en equilibrio cuando no existe intercambio neto de soluto entre las diferentes partes de la misma. Si la disolución se encuentra rodeada por una membrana, el equilibrio se alcanza cuando la presión exterior (generalmente la presión atmosférica) se iguala

a la presión que el disolvente ejerce sobre la membrana. Esta última es la presión osmótica, que se representa habitualmente mediante la letra griega (Pos).

Cuando se tiene una membrana semipermeable separando dos soluciones de distinta concentración (llamada hipertónica a la mayor concentración e hipotónica la de menor), las moléculas de disolvente (agua por lo general) la atraviesan, pasando de la disolución menos concentrada a la más concentrada, diluyéndose esta última cada vez más, hasta que las concentraciones se igualen. Si el volumen era inicialmente idéntico en las dos soluciones, ocurre que en la solución hipertónica el volumen aumenta, hasta que la presión hidrostática (que aumenta debido al incremento de altura h) iguala las presiones a ambos lados de la membrana. Esta presión hidrostática que tiene el flujo neto de disolvente a la presión osmótica, es el fundamento del osmómetro utilizado para su medición.

¿Qué es la Ósmosis Inversa?

Si se utiliza una presión superior a la presión osmótica, se produce el efecto contrario. Los fluidos se presionan a través de la membrana, mientras que los sólidos disueltos quedan atrás.

Para poder purificar el agua necesitamos llevar a cabo el proceso contrario al de la ósmosis convencional, es lo que se conoce como Ósmosis Inversa. Se trata de un proceso con membranas. Para poder forzar el paso del agua que se encuentra en la corriente de salmuera a la corriente de agua con baja concentración de sal, es necesario presurizar el agua a un valor superior al de la presión osmótica. Como consecuencia a este proceso, la salmuera se concentrará más.

Proceso en el cual se fuerza al agua a pasar a través de una membrana semi-permeable, desde una solución más concentrada en sales disueltas u otros contaminantes a una solución menos concentrada, mediante la aplicación de presión. El Objetivo de la Osmosis Inversa es obtener agua purificada partiendo de un caudal de agua con gran cantidad de sales como puede ser el agua de Mar. De hecho una de las grandes aplicaciones de la Osmosis Inversa es obtener agua potable partiendo del agua de Mar con la escasez de agua originada por el desarrollo humano esté proceso se ha vuelto más rentable.

Historia de Osmosis y Presión Osmótica.

Osmómetro empleado por Wilhelm Pfeffer.

Las primeras investigaciones sobre la presión osmótica fueron realizadas en 1748 por el abad francés Jean Antoine Nollet, cuando era profesor de física en la universidad de navarra, quien descubrió la existencia de las membranas semipermeables. Nollet obtuvo una membrana a partir de una vejiga de cerdo, coloco alcohol a un lado y agua al otro, y observo que el agua fluía a través de la vejiga para mezclarse con el alcohol, pero el alcohol no lo hacía.

Dutrochet descubrió la osmosis en membranas semipermeables al observar que la difusión de disolvente a través de una membrana semipermeables ocurría siempre desde la disolución de menor concentración de un soluto, el cual no podía atravesarla, hasta la disolución de mayor concentración; además, el disolvente que fluye es capaz de ejercer una presión sobre la membrana, la presión osmótica. Dutrochet construyo el primer dispositivo experimental para observar la presencia de la presión osmótica, denominado osmómetro. Al descubrir la osmosis declaró: “Este descubrimiento que he hecho pertenece a una clase nueva de fenómenos físicos que sin duda alguna intervienen fuertemente en los procesos vitales”.

De este modo, Dutrochet intuyo la importancia del fenómeno en las células, las cuales absorberían o retendrían determinadas sustancias.

El inglés Thomas Graham descubrió, en 1854, que las sustancias coloidales no atravesaban ciertas membranas. Sin embargo, los primeros estudios cuantitativos datan de 1877 y se deben al alemán Wilhelm Pfeffer, profesor de botánica en Tubingen y Leipzig, quien preparo una membrana semipermeable artificial precipitado hexacianoferrato (II), Cu2[Fe(CN)6], sobre las paredes de un vaso poroso.

Pfeffer, a partir de la medición de presiones osmóticas en multitud de disoluciones de solutos no volátiles, llegó a las siguientes conclusiones:

A presión constante, la presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de soluto.

La presión osmótica de una concentración determinada es directamente proporcional a la temperatura.

A una temperatura determinada, dos disoluciones con el mismo número de moles tienen la misma presión osmótica.

El holandés Jacibus Henricus Van t Hoff realizó un estudio sistemático de las propiedades coligativas de las disoluciones, que publicó en 1885. En este artículo Van t Hoff formula una expresión, para disoluciones diluidas, que relaciona la presión osmótica con la concentración del soluto, la cual es similar a la ecuación de los gases ideales y proporciona la primera teoría para explicar la presión osmótica.

2.4. HIPÓTESIS:

HIPÓTESIS GENERAL:

Los fenómenos de Osmosis Inversa y Presión Osmótica son importantes y determinantes en los números procesos de remoción de sustancias y Bacterias Coliformes Totales (BCT) con la finalidad de reducir la carga de contaminantes de las Aguas residuales en la planta de tratamiento de Totora – Ayacucho.

HIPOTESIS ESPECÍFICAS:

2.4.1 Cada uno de los sistemas (posas de oxidación, imhoff, entre otros) debido a sus estructuras y organización cumplen funciones especificas en el proceso de Remoción de sustancias determinadas en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Totora- Ayacucho.

2.4.2 El volumen promedio de aguas residuales que desembocan en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho es de 500 l/s, esta cifra es obtenido mediante un medidor que registra el caudal.

El volumen de aguas que ingresa a la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho influye en los procesos de remoción debido a que determina el tiempo de permanencia de las aguas en cada uno de los sistemas, situación que hace que los sistemas trabajen deficientemente.

2.4.3 el porcentaje de remoción de la carga de contaminantes de las aguas residuales en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho en el ultimo año asciende a mas del 90%, lo cual en comparación a los años anteriores nos muestra cifras interesantes.

VARIABLES DE INVESTIGACIÓN:

IDENTIFICACIÓN DE LAS VARIABLES E INDICADORESCONCEPTUALIZACIÓN OPERACIONALIZACIÓNVARIABLE INDEPENDIENTE

Cuantificación de sustancias materia orgánica y bacterias coliformes totales. Esta cuantificación nos permitirá medir expresar, los aspectos cualitativos de la realidad de la remoción en la planta de tratamiento de aguas residuales de totora.

INDICADORES Medidor del caudal

VARIABLES DEPENDIENTES Caudal de las aguas residuales

que ingresan a (PTAR)

Volúmenes de agua Filtraciones y remociones

PORCENTAJE TOTAL DE REMOCIÓN DE SUSTANCIAS Y BACTERIAS COLIFORMES TOTALES.

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 20140

102030405060708090

100

%%

AÑO

PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SUSTANCIAS Y BACTERIAS COLIFORMES TOTALES POR LOS TANQUES INHOFF.

JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE Tanques Imhoff

85,876

85,139

81,179 63,750 98,245 82,838

PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SUSTANCIAS Y BACTERIAS COLIFORMES TOTALES POR LOS FILTROS PERCOLADOS

JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE

Filtros Percolados 98,040 93.364 95.636 98,103 79,245 92,878

100

80

60

40 20 0

80

60

40 20 0

100

%

%

2.6 METODOLOGÍA2.6.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN:Por su finalidad es aplicada, dado que depende de los descubrimientos y aportes de la investigación básica. Se dirige a su aplicación inmediata y no al desarrollo de teorías. Si bien depende de los descubrimientos y avances de la investigación básica, busca conocer para actuar, el cambio. La aplicación, uso y posibles consecuencias de los conocimientos, le interesa la aplicación sobre la realidad antes que el mero desarrollo de teorías generales.2.6.2 NIVEL DE INVESTIGACIÓN.Por su profundidad es:Explicativa: porque presenta el panorama de la realidad histórica de la planta de procesamiento de aguas residuales-totora, brindado una explicación de cómo se comporta la variación de la concentración de diversos solutos o biomoléculas como lípidos, sales, urea, etc.Por otro lado la investigación explicativa indica que se debe realizar un modelamiento del proceso de osmosis en la planta de procesamiento de aguas residuales-totora, en términos de transporte de agua a través de cámara de rejas, actividad microbiana, y por sedimentación.Es explicativa porque trasciende los niveles exploratorios, descriptivo y correlacionar que usa para llegar al nivel explicativo, ya que además de responder a la pregunta ¿Cómo es la realidad? Lo cual es equivalente a decir descripción; trata de responder a la pregunta ¿Por qué es así la realidad que se investiga?, tácitamente se entiende que es exploratoria, descriptiva y correlacionar, además explica el porqué de lo sucedido las causas del fenómeno relacionado con el transporte y el caudal; en cuyo interés está el de explicar en qué condiciones se da este nuevo fenómeno mediante el procesamiento e interpretación de la información brindada por el medidor de caudal.Exploratoria, dado que es un nuevo fenómeno el que ha aparecido y no admite una descripción sistemática, por el que es preciso obtener información aproximada del paso de solutos a través de la cámara de rejas y los IMHOFF. Descriptiva, describe características fundamentales del nuevo fenómeno, hechos o situaciones determinadas que involucran el transporte y el gasto de energía de la planta de tratamiento de aguas residuales de totora.es decir propicia para tener el conocimiento de una realidad tal como se presenta.Correlacional, mide la relación que puede darse o no entre las dos variables, pretendiendo responder a la pregunta ¿en qué medida la cuantificación del tiempo y el porcentaje de residuos en la planta de procesamiento de aguas residuales-totora, mediante estudios en los laboratorios fisicoquímicos. Caracteriza el porcentaje de sustancias que se encuentran en el agua, incluida la cantidad de coliformes.2.6.3 MÉTODO DE LA INVESTIGACIÓN:Por el manejo de recolección de los datos es: cualitativo y cuantitativo.2.6.4 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN Por su diseño es no experimental, dado que la relación entre las variables, el caudal y la sedimentación, son observables y medibles en el contexto .la investigación requiere por lo mínimo 3 meses para alcanzar los objetivos que se plantea.UNIVERSOSe usan lo IMHOFF para la sedimentación y el proceso de osmosis en la planta de tratamiento de aguas residuales-Totora.POBLACIÓN

Está constituida por todas las observaciones realizadas en la cuantificación del porcentaje de sustancias que se encuentran en el agua residual y el tiempo que transcurre.MUESTRAEstá constituida por la selección sistemática de un conjunto de las observaciones, tales como el porcentaje de concentración de lípidos, bacterias y otros. Para conocer la muestra se tiene que saber la cantidad de parámetros que se requiere estudiar.Las formulas que se presentan son para calcular el valor de numerosos procesos relacionados con los procesos osmóticos, que nos indicaran la cantidad de masa de los solutos, molaridad, presión osmótica.Numero de moles

Unidad: mol

n= mPM

n : Numero de moles de soluto (mol)

m: masa(g)

P.M: peso molecular (g/mol)

Concentración Molar Unidad: mol/ L

C=nV

C: molaridad del soluto (mol/L)

n: numero de moles de soluto (mol)

V: volumen de disolvente (l)

Presión Osmótica Unidad: atm, mmhg, Torricelli

pos=nRTV

P os: presión osmótica, en atmosferas (atm).

R: constante universal de los gases ideales (0,082atm.L.K-1.Mol -1)

T: temperatura absoluta, en kelvin (K).

C: concentración molar o molaridad de la disolución, medida en mol/L -1.

Remoción de Turbidez

%DE REMOCION DETURBIDEZ=T i−T fT i

x100

Ti = Turbidez de la muestra antes de la Osmosis inversa

Tf = Turbidez de la muestra después de la Osmosis inversa

Remoción de CT.

%DE REMOCION DECOLIFORMESTOTALES=CT i−CT fCT i

x100

CTi : Cantidad de coliformes totales en muestra inicial

CTf: Cantidad de coliformes totales en muestra después e la osmosis

inversa.

2.7.2. TECNICAS E INSTRUMENTOS Y FUENTES DE RECOPILACIÓN DE DATOS.

Técnicas

Observación de todo el proceso en la planta de tratamiento Análisis Documental de tesinas Interpretación de datos

Instrumentos

Equipos de laboratorio especializados en microbiología y físico química.

Imágenes de la planta de tratamiento- totora. Guía de análisis documental. Guía de observación

Fuentes de recopilación de datos

Imágenes de los procesos osmóticos en la planta de tratamiento- totora.

Datos e información de los procesos que suceden en la planta de tratamiento.

Libros y textos especializados en el tema. Revistas científicos y Páginas virtuales. Tesinas presentados y expuestos sobre el tema.

CONCLUSIONES

El método de OSMOSIS INVERSA y PRESION OSMOTICA resulta ser muy efectivo y útil en el propósito de reducir la carga de contaminantes del efluente de la PTAR “La Totora”. Su aplicación permitió la remoción de turbidez, sólidos totales, sólidos disueltos, coliformes fecales y materia orgánica.En la actualidad el crecimiento demográfico es inevitable, esto origina que también la mayor cantidad de desechos de alcantarillado por lo que es de suma importancia tratar estas aguas mediante la presencia de Plantas de Tratamiento de aguas residuales con el propósito de mantener el equilibrio de nuestra fauna, en general del medio ambiente. Determinamos que la estructura y forma de cada uno de los sistemas

influye en el proceso de remoción de sustancias , material orgánico y bacterias coliformes totales

El volumen promedio que ingresa a la planta de tratamiento influye sobre los diferentes sistemas ya que determina el tiempo de permanencia de las aguas residuales en cada uno de ellos. (Volumen promedio = 500 l/s)

Determinamos el porcentaje de remoción de la carga de contaminantes y bacterias y coliformes totales.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

a. Pfeffer, W. (1921) (en alemán). Osmotische Untersuchungen; Studien zur

Zellmechanik

b. Castillo, L.F. (1997). El fenómeno mágico de la ósmosis. Fondo de

Cultura Económica

c. biología. Charles E. Martin-Claude villee-EDITORIAL INTERAMERICANA primera edición (1987). Segunda edición en 1992 impreso en México.

d. Introducción a la Biofísica. Lic. Wilmer E. Moncada sosae. http//www.wikipedia.osmosis y presión osmótica.

f. Platzer M., Cáceres V. & Fong N. 2002. Investigaciones y

experiencias con biofiltros en Nicaragua, Centro América. XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México, 27 al 31 de octubre.

g. Rolim S. 2000. Sistema de Lagunas de estabilización.Editorial Mc Graw – Hill Interamericana. Bogotá – Colombia.

PROBLEMAS OBJETIVO HIPOTESIS VARIABLE E INDICADORES METODOLOGIAPROBLEMA PRINCIPAL2.1 ¿Cómo influyen los fenómenos de la superficie (OSMOSIS INVERSA, PRESION OSMOTICA) en los diversos procesos de remoción de sustancias y Bacterias Coliformes Totales (BCT) con la finalidad de

la carga de inantes de las

residuales en la e tratamiento de

Totora – Ayacucho? PROBLEMAS SECUNDARIOS2.1.1 ¿De qué manera cada uno de los sistemas (posas de oxidación, imhoff, entre otros) determinan el proceso de Remoción en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Totora-

2.1.2 ¿Cuál es el volumen promedio de Aguas Residuales que desembocan en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho y que efectos causa sobre los procesos osmóticos?

el porcentaje de de la carga de

inantes y Bacterias Coliformes Totales (BCT) de las aguas residuales en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho?

OBJETIVO GENERALEvaluar la importancia y determinación de la Osmosis Inversa y Presión Osmótica en los números procesos de remoción de sustancias y Bacterias Coliformes Totales (BCT) con la finalidad de reducir la carga de contaminantes de las Aguas residuales en la planta de tratamiento de Totora – Ayacucho.OBJETIVOS ESPECIFICOS 2.2.1 Determinar de que manera cada uno de los sistemas (posas de oxidación, imhoff, entre otros) influye en los proceso de Remoción en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Totora- Ayacucho.2.2.2 Determinar el volumen promedio de aguas residuales que desembocan en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho y que efectos causa sobre los procesos osmóticos.2.1.3 Determinar el porcentaje de remoción de la carga de contaminantes y Bacterias Coliformes Totales (BCT) de las aguas residuales en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho.

HIPÓTESIS GENERALLos fenómenos de Osmosis Inversa y Presión Osmótica son importantes y determinantes en los números procesos de remoción de sustancias y Bacterias Coliformes Totales (BCT) con la finalidad de reducir la carga de contaminantes de las Aguas residuales en la planta de tratamiento de Totora – Ayacucho.HIPOTESIS ESPECÍFICAS2.4.1 Cada uno de los sistemas (posas de oxidación, imhoff, entre otros) debido a sus estructuras y organización cumplen funciones específicas en el proceso de Remoción de sustancias determinadas en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Totora- Ayacucho.2.4.2 El volumen promedio de aguas residuales que desembocan en la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho es de 500 l/s, esta cifra es obtenido mediante un medidor que registra el caudal.El volumen de aguas que ingresa a la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho influye en los procesos de remoción debido a que determina el tiempo de permanencia de las aguas en cada uno de los sistemas, situación que hace que los sistemas trabajen deficientemente.2.4.3 el porcentaje de remoción de la carga de contaminantes de las aguas residuales de la Planta de Tratamiento Totora- Ayacucho.

VARIABLE INDEPENDIENTE Cuantificación de

sustancias materia orgánica y bacterias coliformes totales. Esta cuantificación nos permitirá medir expresar, los aspectos cualitativos de la realidad de la remoción en la planta de tratamiento de aguas residuales de totora.

INDICADORES Medidor del caudal

VARIABLES DEPENDIENTESCaudal de las aguas residuales que ingresan a (PTAR)INDICADORES

Volúmenes de agua* Filtraciones y remociones

1.TIPO DE INVESTIGACION Aplicada

2. NIVELES DE INVESTIGACION Aplicativa Exploratorio Descriptiva Correlacional

3. METODO Cualitativo y cuantitativo Deductivo e inductivo Análisis y síntesis Interpretación

estadística4. DISEÑO

Investigación no experimentada

5. POBLACIONEstá constituida por todas las observaciones realizadas en la cuantificación del porcentaje de sustancias que se encuentran en el agua residual y el tiempo que transcurre.6.MUESTRAselección sistemática de un conjunto de las observaciones, tales como el porcentaje de concentración de lípidos, bacterias y otros7. TECNICAS

Observación de todo el proceso en la planta de tratamiento

Análisis Documental de tesinas

Interpretación de datos

8. INSTRUMENTOS

Equipos de laboratorio especializados en microbiología y físico química.

Imágenes de la planta de tratamiento- totora.

Guía de análisis documental.

Guía de observación

proyecto de investigacion grupo 6, osmosis.docx

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