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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIAQUIMICA E INGENIERIA DE ALIMENTOS

APROVECHAMIENTO INDUSTRIAL DE RECURSOS NATURALES

ANTEPROYECTO:

“DISEÑO DE UN PROCESO QUÍMICO PARA LA

RECUPERACIÓN DE ALUMINIO CONTENIDO EN LOS

LODOS PROVENIENTES DE LA PLANTA POTABILIZADO DE

AGUA “LAS PAVAS”.”

PRESENTADO POR:

NOMBRE DE LOS ESTUDIANTES Carpio Arteaga, Carlos Carpio

Martínez Osorto, Alexander Vladimir

Ruiz Barrientos, Ramiro Ruiz

PROFESORA:

M.I. MARICELA SARAVIA

Noviembre, 12, 2014

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Índice

I. INTRODUCCION…………………………………………………………………...1

II. ANTECEDENTES…………………………………………………………………..2

III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………………..4

IV. OBJETIVO GENERAL……………………………………………………………..5

V. OBJETIVOS ESPECIFICOS……………………………………………………….5

VI. ALCANCES………………………………………………………………………….6

VII. OBSERVACIONES………………………………………………………………….6

VIII. JUSTIFICACION……………………………………………………………………7

IX. PROPUESTA DE CONTENIDO TEMATICO……………………………………9

X. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………………...12

XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y EVALUACIONES…………………..14

XII. PLANIFICACIÓN DE LOS RECURSOS A UTILIZAR……………………….17

XIII. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………...18

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I. INTRODUCCIÓN

La planta potabilizadora de agua “las pavas”, capta para su funcionamiento agua del rio

Lempa y abastece gran parte de la zona metropolitana de San Salvador como se establece en el

boletín estadístico de la institución (2011). Funciona bajo un sistema convencional de

operaciones: floculación, sedimentación, filtración y cloración; obteniendo como residuo lodos

aluminosos.

En todo el mundo se está viviendo una mayor conciencia y preocupación en cuanto al daño que

se le está ocasionado al medio ambiente, principalmente por la gran cantidad de residuos

generados en diferentes procesos (Barba, Mesa, Rosero, 1998).

Siguiendo esa línea de acción a continuación se establecerán las directrices a seguir en el

desarrollo de la propuesta de un proceso químico para la recuperación del aluminio presente en

los lodos producidos en la planta las pavas, se plantearan lineamientos generales de la

importancia ambiental que representa el proyecto, incluyendo las razones de la rentabilidad

económica que puede generar. Además de todos los distintos puntos y campos a desarrollar en el

abordaje de la propuesta como un tema de trabajo de graduación.

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II. ANTECEDENTES.

Las aguas superficiales contienen sólidos suspendidos que son removidos durante el proceso

de potabilización, generando lodos químicos que representan del 0.3 al 1% del agua tratada

(Martin, Montellano, Piña, Sandoval, 1998). Actualmente en El Salvador la Administración

Nacional de Acueductos y Alcantarillados (ANDA) en sus 7 plantas potabilizadoras a nivel

nacional son las encargadas de este rubro (MARN, 2013); incluida la planta potabilizadora de

agua (PPA) “las Pavas” donde se utiliza como agente coagulante el Policloruro de Aluminio

(PAC) y los lodos producidos son deshidratados con polímero y posteriormente dispuestos como

material de relleno en un terreno cercano a la planta ocasionando daños al medio ambiente al ser

vertidos en el suelo debido a altas concentraciones de aluminio contenida en dichos lodos,

posteriormente estos alcanzan el río corriente abajo sin ningún proceso posterior para remoción

de contaminantes.

Los efectos ambientales del Aluminio, son mayormente debido a los problemas de acidificación.

El Aluminio puede acumularse en las plantas y causar problemas de salud a animales que

consumen esas plantas. Elevadas concentraciones de Aluminio no sólo causan efectos sobre los

peces, pero también sobre los pájaros y otros animales que consumen peces contaminados e

insectos y sobre animales que respiran el Aluminio a través del aire.

Bajo este contexto, la recuperación de aluminio a partir de estos lodos ricos en aluminio ofrece

una opción potencialmente atractiva de disposición. El proceso efectivo de recuperación remueve

el mayor contaminante inorgánico (aluminio) mientras que reduce el volumen de lodo y por

consiguiente reduce el costo de la disposición final, (Barba, Mesa, Rosero, 1998). Dicho proceso

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fue patentado por W. M. Jewell en 1903, en los Estados Unidos, y se practicó posteriormente en

Japón, Inglaterra y Polonia. La extracción con ácido sulfúrico es la más ampliamente aceptada,

sin embargo, el uso de otros ácidos como el clorhídrico y bases como el hidróxido de sodio y de

calcio también han sido utilizados, Martin at al. (1998).

En el país se cuenta con un estudio acerca de la recuperación de aluminio, en forma de sulfato,

dicho estudio fue realizado a nivel de laboratorio para el tratamiento de los lodos de la PPA “Las

Pavas” (Vargas, 2012).

En los procesos de potabilización de agua para consumo humano se adicionan grandes

cantidades de coagulante para la remoción de contaminantes como partículas suspendidas y

disueltas en las aguas superficiales; cuando este proceso finaliza, este coagulante (PAC) sigue

presente en los residuos generados en forma de hidróxido de aluminio hidratado, Martin at al.

(1998). La recuperación como sulfato de aluminio de los lodos de la PPA “las Pavas” y su

reutilización, es posible mediante acidificación con ácido sulfúrico, desde la perspectiva técnica

y económica.

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III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

La administración nacional de acueductos y alcantarillados (ANDA), encargada de

potabilización y la distribución de agua potable en El Salvador, presenta como consecuencia de

dicho proceso, en cada una de sus plantas potabilizadoras de agua (PPAs) la generación de lodos

químicos ricos en aluminio, debido al uso de PAC como agente coagulante, lo que provoca

impactos ambientales significativos en el suelo y los cuerpos de agua superficiales en los que

estos son dispuestos.

Actualmente en la PPA “Las Pavas” existe una iniciativa en cuanto a la disposición de estos

lodos con alto contenido de aluminio, desde el punto de vista de la sostenibilidad del proceso,

desarrollando un tratamiento preventivo de los lodos donde se recuperará la carga contaminante

y la reducción del volumen del lodo antes de realizar la disposición final de estos.

Por ello, para minimizar el impacto ambiental que este tipo de residuos generan sobre el medio

ambiente se ha propuesto el “diseño de un proceso químico para la recuperación de aluminio de

la planta potabilizadora Las Pavas ”, con lo cual se reducirá la contaminación latente al momento

de la disposición final de los lodos en dicha PPA, adicional a esto se examinará la posibilidad de

estudiar la reutilización in situ del producto recuperado desde el punto de vista de la factibilidad

técnica y económico.

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IV. OBJETIVO GENERAL:

Diseñar un proceso químico para la recuperación de aluminio, de tal forma que puedan

establecerse los parámetros de funcionamiento óptimos para el desarrollo del proceso a

nivel de laboratorio y a escala de planta piloto haciendo uso de lodos vertidos por la

planta potabilizadora de agua “las pavas”.

V. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Determinar el modelo cinético de la reacción involucrada en el mecanismo de

recuperación del aluminio.

Determinar los valores de las variables fisicoquímicas (tiempo, velocidad, pH,

viscosidad, etc.) a escala de laboratorio con las cuales se obtiene el mayor porcentaje de

recuperación de aluminio de los lodos vertidos por la PTA “las pavas”.

Diseñar el prototipo de una planta piloto para la recuperación de aluminio.

Desarrollar una propuesta de implementación de una planta piloto donde se establezcan

sus dimensiones, mecanismos y dispositivos adecuados para realizar el proceso de

recuperación de aluminio de los lodos provenientes de la planta potabilizadora de agua

“Las pavas”.

Cuantificar los beneficios ambientales y económicos como consecuencia del diseño de un

proceso químico para la recuperación de aluminio en la PPA “Las Pavas”.

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VI. ALCANCES:

Diseño y desarrollo de una planta a escala piloto para la recuperación de aluminio de los

lodos provenientes de la PTA “Las pavas”.

Determinación de modelo cinético de la reacción involucrada en el proceso de

recuperación del aluminio.

Establecimiento de los valores fisicoquímicos óptimos de reacción para obtener el mejor

rendimiento de recuperación de aluminio.

• Identificación de los beneficios ambientales y económicos a obtener al implementar la

medida.

VII. OBSERVACIONES.

El estudio de los lodos se establecerá con lodos extraídos de la planta potabilizadora de

agua “las pavas”.

El diseño del proceso y todos sus componentes se establecerán en función del coagulante

usado en el proceso realizado en la PTA “Las Pavas”, el Policloruro de aluminio (PAC).

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VIII. JUSTIFICACION.

El agua es un recurso imprescindible para el ser humano, el proceso de potabilización con el

cual es adaptada desde su origen, cualquiera que sea, hacia las condiciones para ser considerada

apta para el consumo requiere de un proceso que depende de la circunstancia de captación de la

misma.

El proceso desarrollado por la planta potabilizadora las pavas con el cual el agua extraída del rio

lempa es potabilizada, involucra una serie de etapas que tienen como fin principal en un inicio

clarificar el agua captada.

De este proceso de clarificación, surgen como subproducto lodos con alto contenido de aluminio,

la implementación de un proceso químico para la recuperación de este aluminio representaría

para la planta una oportunidad de ahorro económico en cuanto a materia prima por el

aprovechamiento del aluminio recuperado y en la disposición final de residuos, ya que al

disminuir el contenido de aluminio en los lodos estos requerirán menor inversión en su

tratamiento posterior.

El impacto ambiental se vería favorecido con el desarrollo de este proceso químico de

recuperación de aluminio, en cierta medida por la reducción del volumen de lodos generados

como residuo del proceso y por otra parte por la mejor gestión de materia prima que se podrá

obtener al hacer uso del aluminio recuperado en el proceso.

Algo a tomar muy en cuenta del porque de la investigación es el cambio de químico utilizado

para la floculación, antes, Sulfato de Aluminio, ahora, Policloruro de Aluminio (PAC) del cual

no se cuenta con información acerca de la cinética que experimentan al darles tratamiento a los

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desechos con alto contenido de aluminio presentados por este nuevo químico, punto que será

abordado por la investigación propuesta.

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IX. PROPUESTA DE CONTENIDO TEMATICO.

• Introducción

• Resumen Ejecutivo.

CAPITULO I. GENERALIDADES DEL ESTUDIO.

• Objetivos del estudio

• Origen y finalidad del estudio

• Alcances y limitaciones

• Definición del problema

• Importancia

• Justificación.

CAPITULO II. MARCO TEORICO

•Proceso de potabilización de aguas.

- Aguas Superficiales.

- Aguas Subterráneas.

-Aguas Pluviales.

• Características de los lodos.

-Lodos de coagulación.

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-Sulfato de Aluminio.

- Policloruro de aluminio.

-Cantidad de lodos en el tratamiento de aguas.

Métodos de tratamiento de lodos.

-Acondicionamiento.

-Deshidratación.

• Recuperación de aluminio.

-Tipos de aluminio.

-Química de los coagulantes.

-Variables que afectan la recuperación del aluminio

CAPITULO III: DETERMINACIÓN DE LOS RECURSOS DISPONIBLES.

• Diseño de procedimiento de laboratorio.

CAPITULO IV: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS ÓPTIMOS DE REACCIÓN.

• Cantidad de sólidos disueltos.

• Ph.

• Tiempo de mezcla.

• Velocidad de mezcla.

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CAPITULO V: OBTENCIÓN DE DATOS CINÉTICOS, ANÁLISIS ESTADÍSTICO Y

MODELO DE LA REACCIÓN.

Presentación de datos cinéticos.

• Análisis estadístico.

• Modelo cinético de la reacción.

CAPITULO VI: DISEÑO Y PROPUESTA DE DESARROLLO DE UN PROCESO

QUÍMICO DE RECUPERACIÓN DE ALUMINIO.

• Diseño de proceso químico.

• Diseño de planta piloto.

• Propuesta de desarrollo de planta piloto.

CONCLUSIONES.

RECOMENDACIONES.

BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES.

ACRÓNIMOS.

GLOSARIO DE TÉRMINOS.

ANEXOS.

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X. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.

En la realización de esta investigación será utilizado un enfoque cuantitativo que también

es conocido como matemático, en el cual su principal característica es la utilización de números

y la interpretación de datos numéricos, esto ayudado de la estadística.

Para el desarrollo de un proceso químico para la recuperación de aluminio en la PPA “Las

Pavas” se tomará en cuenta una serie de puntos de suma importancia como son: los objetivos de

la investigación, la metodología a utilizar para la realización del trabajo; es decir, método y tipo

de diseño de investigación, obtención de datos parámetros óptimos de reacción, obtención de

datos cinéticos, entre otros, que ayudará a determinar el alcance en cuanto a aporte que se

obtendrá con la investigación realizada.

10.1 Tipo de investigación.

Según el objeto de estudio que se persigue, será el desarrollo de una investigación de tipo

aplicada ya que llevará a cabo la utilización de los conocimientos a la práctica, para aplicarlos, en

provecho del medio ambiente y la población cercana a la PPA “Las Pavas”.

10.2 Metodología a utilizar para la realización del trabajo.

10.2.1 Determinación de los recursos disponibles.

En este apartado se realizará la recopilación de procedimientos de reacción establecidos para

la recuperación de aluminio, para lodos provenientes de plantas potabilizadoras de agua.

Se evaluarán los recursos con que se cuentan en cuanto a material, equipo y reactivos necesarios para

el desarrollo de una marcha experimental para la recuperación de aluminio.

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10.2.2 Determinación de parámetros óptimos de reacción.

Con esto se pretende conocer los valores óptimos de las variables fisicoquímicas involucradas

en la reacción, con los cuales se obtendrá una mayor recuperación de aluminio a escala de

laboratorio.

10.2.3 Obtención de datos cinéticos, análisis estadístico y modelo cinético de la reacción.

Luego de la obtención de los parámetros óptimos de reacción se estudiará el comportamiento

de concentración de aluminio contra tiempo de dicha reacción, para posteriormente realizar un

análisis estadístico de los datos con los cuales se dispondrá a obtener el modelo cinético de la

reacción.

10.2.4 Diseño y propuesta de desarrollo de un proceso químico de recuperación de

aluminio.

Con el modelo cinético de la reacción se dispondrá al diseño de un proceso químico para la

recuperación de aluminio a escala de planta piloto como lo son parámetros de funcionamiento,

equipo, etc. Además se realizará una propuesta de desarrollo de dicha planta piloto para la

recuperación de aluminio.

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XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y EVALUACIONES.

Actividades Febrero Marzo Abril Mayo

1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S

Elaboración del Perfil de Trabajo

de Graduación.

X

Revisión del Perfil Propuesto por

parte del asesor.

Corrección de observaciones.

X

Revisión del Perfil por parte de la

Coordinadora de Trabajos de

Graduación.

X

Corrección de observaciones. X

Entrega del perfil a Junta Directiva X

Entrega del Perfil de Graduación a

Comité Técnico y Junta Directiva.

X

Aprobación. X

Elaboración de Anteproyecto de

Trabajo de Graduación.

X

Revisión de inventario de recursos

en laboratorio de ANDA.

X

15

Capacitación de uso de equipo en

laboratorio de ANDA.

X X

Visita a la planta potabilizadora de

agua “Las Pavas”.

X

Investigación Bibliográfica. X

Redacción del documento X

Revisión por parte del asesor X

Correcciones del documento X

Revisión por parte de la

coordinadora de trabajos de

graduación.

X

Defensa del Anteproyecto de

Trabajo de Graduación.

X

Entrega de Capítulo I y II.

Generalidades de estudio e

Investigación bibliográfica

X

Determinación de parámetros

óptimos de reacción.

X X X

16

Actividades Junio Julio Agosto Septiembre

1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S 1S 2S 3S 4S

Entrega de capítulo III y IV:

Determinación de parámetros

óptimos de reacción.

X X X X

Obtención de datos cinéticos

para los parámetros óptimos de

reacción.

X X

Análisis estadístico de los datos

cinéticos.

X X

Determinación de la cinética de

cinética de la reacción

X X

Diseño de una planta piloto para

la recuperación de aluminio.

X X X X

Entrega del capítulo V y VI:

Modelo de reacción y diseño de

una planta piloto.

X

Preparación del documento final X

Revisión por parte del asesor. X

Correcciones. X

Entrega de documento final. X

Defensa Final de Trabajo de

Graduación.

X

17

XII. PLANIFICACIÓN DE LOS RECURSOS A UTILIZAR.

RECURSOS IMPORTE

Bienes

Papel

Lapicero

Lápiz

Computadora

Equipo protección

Empastados (3)

$ 20.00

$ 5.00

$ 3.00

$ 600.00

$ 45.00

$ 30.00

Equipo de laboratorio

Fotómetro Spectroquant® NOVA 60 A

Probador de jarras

Phmetro

$ 4,192.00

$ 3,230.00

$ 1, 568.00

Material de laboratorio

Celda rectangular, 50mm (2)

Vaso de precipitado, 1000 ml (6)

Vaso de precipitado, 50 ml (6)

Vaso de precipitado, 100 ml (6)

Balón volumétrico, 100 ml (3)

Balón volumétrico, 50 ml (3)

Micropipeta (3)

$ 270.00

$ 192.00

$ 18.00

$ 24.00

$ 99.00

$ 96.00

$ 840.00

Reactivos

Kit de pruebas para aluminio (2)

Ácido sulfúrico

$ 520.00

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Servicios

Agua

Luz

Transporte

Fotocopias

Impresiones

Internet

$ 45.00

$ 135.00

$ 200.00

$ 25.00

$ 40.00

$ 180.00

TOTAL

$ 12,377.00

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XIII. BIBLIOGRAFIA.

Anaya-Durand, A. Pedroza-Flores, H. (2008). Escalamiento, el arte de la ingeniería química:

Plantas piloto, el paso entre el huevo y la gallina. Red de Revistas Científicas de América

Latina, el Caribe, España y Portugal. 23 (1), 31-39. Recuperado de

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Barba, L. Mesa, E. Rosero, M. (1998). RECUPERACION DE SULFATO DE ALUMINIO

DE LODOS GENERADOS DURANTE EL PROCESO DE POTABILIZACION DEL

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http://www.researchgate.net/publication/260183405_RECUPERACION_DE_SULFATO

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Jiménez, B. E. Martínez, M. A. Vaca, M. (2002). RECUPERACIÓN DE SULFATO DE

ALUMINIO DE LODOS PROVENIENTES DE UN TRATAMIENTO PRIMARIO

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HIDRICO DE EL SALVADOR, CON ENFASIS EN ZONAS PRIORITARIAS.

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Sandoval, L. Martín, A. Piña, M. Montellano, L. (1998). ESTUDIO PILOTO PARA REDUCIR

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