CAPITULO IV:

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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA

CARRERA. INGENIERIA QUIMICA

TITULO: Aplicacin del Lombrifiltro para Tratamiento de Aguas Residuales

Autor:Sabina Sonia Coca Chavez

Fecha de defensa: 12 de Noviembre de 2008

Construccin del Lombrifiltro, Diseo experimental, Estudio cintico, optimizacin y dimensionamiento.

Asesor o Tutor de la tesis: MSc. Ing. Felipe Coronado Pando

N de pginas de la tesis: 166 pginasRESUMEN

El presente trabajo de investigacin desarrolla un estudio de la Aplicacin del Lombrifiltro para Tratamiento de aguas Residuales urbanas, el estudio tiene carcter exploratorio experimental, orientado a evaluar la fenomenolgia del proceso en base de la cintica, considerando las variables ms significativas.

Para poder cumplir el problema planteado, para el estudio se seleccionan las aguas residuales de la ciudad de Oruro, verificado la caracterizacin de los principales parmetros, se desarrolla el cultivo de lombriz Roja Californiana, eisenia fotida, se desarrollan pruebas experimentales preliminares de adaptacin al cultivo, se realiza la seleccin y caracterizacin del soporte y sustrato, aserrn de madera blanca y compost de estircol vacuno, para el estudio del proceso en base de antecentes disponibles, considerando el sistema Toh, que representa la aplicacin de los lombrifiltros, se realiza la elaboracin de la fundamentacin terica de la investigacin, aplicando por similitud la teora de los filtros biolgicos percoladores.

De la revisin terica y el anlisis del proceso se establecen las principales variables de aplicacin, que consideran la DBO5, como variable del proceso respecto de la carga orgnica, la influencia del caudal, que expresa la carga hidrulica, y la densidad de siembra de lombrices, como variable de crecimiento del cultivo. En base a las pruebas experimentales preliminares, se desarrollan criterios para el diseo y construccin del prototipo experimental aplicado a la investigacin.

Se realizan pruebas experimentales, en base de un arreglo experimental de tres niveles para las variables seleccionadas, para determinar la cintica del proceso y la aplicacin del modelo matemtico empleado en filtros percoladores. La evaluacin experimental y sistematizacin de datos permite establecer las constantes cinticas del proceso, como resultado se obtienen los valores ptimos, que corresponden a una densidad de siembra de 214 lombrices, para un caudal de 18,92 l/d, con un tiempo de residencia de 9,6 das, para una remocin 96,5%, resultados que son contrastados con una prueba en blanco, considerando el sistema como un biofiltro convencional, que permite establecer que la incorporacin del cultivo de lombriz mejora significativamente la remocin en el tratamiento del agua residual.En base a los resultados de las pruebas experimentales, se desarrolla una aplicacin para el dimensionamiento de instalaciones, seleccionando la localidad de Machacamarca. Para la proyeccin de la poblacin al ao 2025, se establece un caudal de diseo de 288 m3/d, con una concentracin de diseo de 302 mg/l de DBO5, se realiza la evaluacin y dimensionamiento del lombrifiltro, mediante el mtodo NRC, aplicando una recirculacin del 70% del agua tratada, con un rea de 997 m2 y una altura de lecho de 0.937 m, para una remocin de 92,8%, que satisface los requerimientos de su implantacin. La aplicacin incluye criterios de dimensionamiento de las instalaciones complementarias.Para el desarrollo del proyecto, se establecen las siguientes conclusiones:La aplicacin de Lombrifiltros obedece ala proceso de depuracin de aguas residuales, en el cual el cultivo de lombrices mejora la eficiencia de la remocin y reduce la produccin de lodos, como producto del proceso, se tiene la reduccin de carga orgnica del agua residual, al mismo tiempo obtiene la produccin de humus.En base de las pruebas preliminares se realiza la especificacin del tratamiento, para este efecto se construyen y desarrollan tres lombrifiltros en paralelo. Aplicando el equipo experimental y la seleccin de parmetros, se realizan las pruebas experiemntales, mediante un arreglo experimental de 9 pruebas.De la prueba en blanco se observa que el proceso de depuracin en el biofiltro se representa en cuatro fases, una fase de adaptacin de 5 das, una fase de crecimiento y remocin, de 10 das; una fase de redilucin, con el incremento de la DBO5, con una duracin de 3 das, y la fase de remocin secundaria.

De las pruebas experimentales se observa que la inclusin del cultivo de lombrices mejora la eficiencia del proceso de depuracin, respecto de la prueba en blanco, se establece que los mejores niveles de remocin se presenta para caudales bajos, que presentan al mismo tiempo mayor inestabilidad y tendencia de falla del sistema, tambin se observa la influencia de la densidad de siembra en el proceso, que permite mejorar el nivel de remocin de la materia orgnica.

Para el estudio de la cintica del proceso, se aplica el modelo propuesto para filtros percoladores, que supone un modelo de flujo pistn y tasa de remocin de primer orden.En base de la relacin entre las constantes cinticas y las variables aplicadas, se establecen una relacin empricas que se ajustan a ecuaciones de 2do. orden, que se emplean para determinar los valores ptimos tanto de la densidad de siembra de 214 lombrices y caudal 18.92 l/d.

Complementariamente se realiza la evaluacin de la tasa de remocin se realiza una comparacin entre la tasa de remocin en base de la expresin cintica, la tasa de remocin de la prueba en blanco y la tasa de remocin de la prueba del lombrifiltro, de la comparacin se establece que el cultivo de lombrices, mejora el rendimiento del biofiltro en un rango de 49 al 67%.

Se realiza una evaluacin de la tasa de crecimiento del cultivo de lombrices, aplicando relaciones empricas, se establece la relacin de la tasa de crecimiento con las variables consideradas, de estas relaciones se establecen las condiciones de cultivo ptimas que representa valores ligeramente diferentes que para la remocin de la materia orgnica, siguiendo el proceso similar, se establece que para las condiciones ptimas de remocin, la tasa de crecimiento de la poblacin de lombrices alcanza a 9% en un periodo de 10 das.Para aplicar los resultados alcanzados en la investigacin, en el marco proyectivo, se selecciona la poblacin de Machacamarca, en base a la teora de los filtros percoladores, se realiza la seleccin de filtro, que corresponde a biofiltro horizontal, se evala los mtodos de dimensionamiento aplicados a biofiltros y se selecciona el mtodo NRC.De las especificaciones del proyecto, se aplican los resultados de la cintica del proceso, se establece el dimensionamiento sin recirculacin que alcanza a una altura de 2.57 m, presenta problemas de nitrificacin.Para el dimensionamiento del lombrifiltro, aplicando recirculacin del agua tratada, se corrige las ecuaciones del mtodo NRC, y se realizan los balances correspondiendo, estableciendo el dimensionamiento del lombrifiltro con un volumen de 934,12 m3 y un rea de 997.25 m2, con una altura del sustrato-soporte de 0,93 m y una altura total de 1,6 m, con una recirculacin del 70% del agua tratada. Para estas condiciones se requiere una siembra de 32571 Kgr de lombrices.

De la evaluacin comparativa del dimensionamiento se establece que el lombrifiltro representa una alternativa de menor volumen frente a los sistemas de lagunas de estabilizacin, representando una mejor ventaja; por otra parte, se compara con instalaciones desarrolladas en El Meln, Chile.

De los alcances del proyecto y sus limitaciones, se establecen las siguientes recomendaciones:

Es necesario el desarrollo de modelos especficos, en base de la fenomenologa del lombrifiltro, que responde a un ecosistema creado, que permita superar las limitaciones del estudio en base a la similitud con los biofiltros convencionales. En este contexto es necesario desarrollar una modelacin ambiental del ecosistema involucrado, que involucre el estudio de la influencia de las variables no consideradas, en particular la influencia de la temperatura del proceso.

Se debe investigar un modelo orientado al crecimiento del cultivo de la lombriz.Es necesario abordar la investigacin en diferentes escalas, superando las limitaciones experimentales de la investigacin.

Finalmente, el dimensionamiento propuesto debe ser completado con las unidades convencionales descritas y con el diseo estructural.

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