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Tesis

By Josue and Laura
by

Josue P. Guzman

on 10 September 2015

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Transcript of Tesis

Sustentado por:

Laura Rivera
Josué Guzmán

"Estudio de Factibilidad de un Sistema de Tratamiento Primario para las Aguas de Irrigación del Recinto Santo Domingo de la Universidad Nacional Pedro Henríquez Ureña: Diseño de una Columna de Adsorción de Carbono”
Objetivos
Justificación
Con carbón activado
Isoterma
Conceptos Teóricos
Funcionamiento del proceso
El tratamiento con carbón activado suele implicar al menos una columna o reactor lleno de GAC.


El proceso de adsorción con carbón activado ocurre en tres pasos:
1. Macro transporte
2. Micro transporte
3. Adsorción

El nivel de actividad de la adsorción depende de la concentración del contaminante en el agua, la temperatura y la polaridad de la sustancia.
Una de las características más importantes de un adsorbente es la cantidad de adsorbato que se puede acumular. La relación de equilibrio a temperatura constante entre la cantidad de adsorbato por unidad de adsorbente qe y su concentración de equilibrio de la solución Ce se llama isoterma de adsorción.
Modelo de Freundlich
Procedimiento
Modelo de Langmuir
Zonas de la columna
Recolección de Agua pluvial
La adsorción es un proceso por el cual una o más partículas se acumulan
sobre una superficie. Este proceso cuenta con dos elementos, la sustancia
que se adsorbe, el adsorbato, y la sustancia
sobre la que se produce la acumulación, el adsorbente.
Adsorción
Tipos de reactores
de Adsorción.
Superficial
Subsuperficial
Subterránea
Escorrentía
Adsorción
El carbón activado es un producto que posee una estructura cristalina similar a la del grafito. El carbón activado es capaz de retener en su superficie uno o más componentes (átomos, moléculas, iones) que se encuentren disueltas en el líquido que entra en contacto con él.
Carbón Activado
• Diseñar un sistema de tratamiento primario mediante una torre de adsorción de carbón activado.
• Analizar el agua pluvial.
• Evaluar el carbón activado granulado para el funcionamiento de la columna.
• Evaluar los parámetros de diseño de la torre de adsorción.
• Diseñar una columna a pequeña escala.
• Realizar un análisis con resultados obtenidos.
• Realizar un estudio de factibilidad .
Como egresados de la carrera de ingeniería química, tenemos las herramientas suficientes y la creatividad necesaria poner en marcha, sistemas bien integrados; con baja huella ecológica y es por esta razón que creemos necesario un estudio de factibilidad para el empleo de columnas de adsorción de carbón activado para las aguas pluviales de la UNPHU.
General
Específicos


Las aguas pluviales son las aguas provenientes de las lluvias que escurren superficialmente por el terreno.
Las aguas negras, por otra parte, es un término que se utiliza para describir aguas residuales que contienen o han sido contaminadas por heces fecales, orina u otras descargas higiénicas.
Aguas Pluviales y Aguas Negras
Son las aguas que caen y corren sobre los techos de los edificios, en calles, aceras y en cualquier otra superficie impermeable durante un evento de lluvia.
Tipos:
1) Recolección de agua pluvial para muestreo

2) Análisis cualitativo de muestras

3) Análisis de pruebas Batch

4) Experimento de Columnas de Adsorción

5) Determinación de DQO y metales

6) Cálculo de capacidad de cisterna

7) Diseño de columna de Adsorción

8) Cálculo de Factibilidad de proyecto a gran escala

Análisis Cualitativo de la Muestras
El análisis cualitativo se realiza para determinar los iones presentes en el agua pluvial.
Análisis de Pruebas Batch
El tercer paso desarrollado en el análisis fue el de realizar pruebas batch. Las pruebas batch son aquellas pruebas que nos permiten saber la cantidad de carbono que se necesita para eliminar una determinada cantidad de sustancia.
Experimento de Columnas
1) Se realizó un lavado del carbón activado con agua de osmosis, por un tiempo de 10 horas.
2) Se tomaron 50 ml de cada una de las muestras recolectadas por separado antes de pasarlas por la columna.
3) Determinación de DQO para muestras individuales y toda la muestra junta
4) Cálculo de Caudal Experimental

Qexp = (vol. de columna) (Qb)
Determinación de DQO y Metales
La Demanda Química de Oxígeno, es un parámetro que mide la cantidad de materia orgánica susceptible de ser oxidada por medios químicos que hay en una muestra líquida. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en mg O2/L.
La determinación cuantitativa de metales se realizó en colaboración con el Laboratorio de la Dirección General de Aduanas (DGA). El método utilizado fue el de espectrometría de masas (MS). Este método utiliza el movimiento de iones en campos eléctricos y magnéticos para clasificarlos de acuerdo a su relación masa-carga.
Capacidad de Cisterna
Q= C * I * A

Donde:

Q= Caudal
C= Coeficiente de escorrentía
I= Intensidad de la precipitación
A= Superficie de la zona afectada

Diseño de columna de adsorción.
1) Volumen del lecho
2) Tiempo de contacto entre el carbón y el agua
3) Cantidad de masa necesaria para llenar la columna
4) Volumen de agua tratado por unidad de adsorbente
5) Cantidad de carbono utilizado o adsorbido por día
6) Cantidad de tanques que se necesitan para contener la cantidad de carbón que se requiere para la adsorción
7) Tiempo en el que el carbón necesita ser lavado
8) Volumen de agua tratada
9) Agua de lavado
10) Cantidad de agua de lavado requerida a un tiempo de 1 hora.
Cálculo de Factibilidad de Proyecto a gran Escala
Este análisis fue realizado con el diseño de la columna de adsorción. De acuerdo a los materiales necesarios para la puesta en marcha del diseño de las columnas, se elaboró un presupuesto en el que se observó el costo total de montaje del sistema.
RESULTADOS
Leyenda de Resultados
1) Mercurio, cadmio, hierro, cromo y zinc.
2) Mercurio, hierro, cromo y zinc
3) Mercurio y cadmio.
4) Mercurio, cobre, hierro y plomo.
5) Plomo, hierro y zinc
6) Mercurio, hierro y zinc.

Marcha Analítica
Datos de Pruebas Batch
La pendiente encontrada es de 0.25, por lo tanto n= 1/pendiente = 1/0.25=4.02
Experimentos de columnas para determinar Demanda Química de Oxígeno (DQO).
Caudal Experimental

Volumen de columna = 50 ml
Qb = 2 BV/h

Qexp = (2) (50) / 60 min
Qexp = 1.7 ml/min

Vb = (700)/(15) = 47 ml/g
Cálculos de capacidad de Cisterna
Punto 1
Edificio 11
Datos:
A = 5041m2
C = 0.5
I: 3.1 pulg/h×m2 (0.0787 m/h)

Q1= (0.5)(0.0787)(5041)
Q1= 198 m3/h



Punto 2
Edificios 1 y 2
Datos:
A=6749m2
C=0.5
I: 3.1 pulg/h×m2 (0.0787 m/h)

Q2= (0.5)(0.0787)(6749)
Q2= 266 m3/h





Punto 3
Edificio 4
Datos:
A=5377m2
C=0.55
I: 3.1 pulg/h×m2 (0.0787 m/h)

Q3= (0.55)(0.0787)(5377)
Q3= 233 m3/h

Punto 4
Edificios 3 y 5
Datos:
A=3436m2
C=0.55
I: 3.1 pulg/h×m2 (0.0787 m/h)

Q4= (0.55)(0.0787)(3436)
Q4= 149 m3/h

Punto 5
Edificio 8
Datos:
A=1787m2
C=0.5
I: 3.1 pulg/h×m2 (0.0787 m/h)

Q5= (0.5)(0.0787)(1787)
Q5= 70.3 m3/h



Punto 6
Edificio 5
Datos:
A=1182m2
C=0.85
I: 3.1 pulg/h×m2 (0.0787 m/h)

Q6= (0.85)(0.0787)(1182)
Q6= 79.1 m3/h



QT= 995 m3/h


Volumen de Escorrentías
V=Q×T
V= (995)(0.5)
V= 498 m3

Vcisterna = Volumen de Escorrentía

Vcisterna = 498 m3
Caudal necesario para vaciar la cisterna en 24 horas
Datos:
Diámetro exterior de tanque = 560 mm = 0.56 m
Carga a columna = 60 m3/ d * m2
Qb = 2 Bv/h

Área de tanque = PI * (0.56)2 / 4 = 0.25 m2
Q = (0.25) (60) = 15 m3/ d

Tiempo de uso de Cisterna
T = Vcisterna/Q =
T= 498/15 =
33.7 d

Cálculos para diseño de Columna
Volumen de lecho = 15/2/ 24 = 0.32 m3.
Tiempo de contacto = (0.32)/(15) = 0.02 d = 30 min.

M = (0.32)(400) =
M= 120 kg

Masa de carbón para la columna
Carbono adsorbido/dia = Carbono/día = (15)/(0.047) = 319 kg/ día.
Volumen de tanque: (Area de tanque)(Altura de tanque)
Vtanque: (0.25)(0.94)=
Vtanque=0.23m3

Tanques necesarios = 0.32/0.23 = 1.39 ≈ 2 Tanques
Tiempo de ruptura = (120)/(319)= 1 d

El volumen de agua tratada = (1)(15) = 15 m3.

El agua de lavado = (0.25)(600)= 150 m3/d.
Análisis de Costos
Conclusiones
• Se analizó el agua de escorrentía de la UNPHU en busca de metales pesados y demás contaminantes.
• Se realizaron diversos experimentos a pequeña escala para poder obtener los parámetros de diseño del sistema.
• Se diseñó una columna de adsorción de lecho fijo en paralelo que sirve como filtro de aguas de escorrentías para su uso en el riego de las zonas verdes de la UNPHU.
• Se realizó un estudio de factibilidad donde se demuestra la rentabilidad del proceso.
• Se mantuvo la filosofía de ‘Pienso en Verde’ propia de la UNPHU, en todo el proceso.


Recomendaciones
1. Limpieza del carbón activado por retro lavado con 6 m3 de agua destilada o de osmosis durante 60 minutos.
2. Cambio del carbón activado después de 6 a 12 meses
3. Adición de una columna de arena
4. Adición de un ablandador

Referencias
Leyenda de Puntos de Muestreo

1) Cuneta–Odontología/ Veterinaria
2) Cuneta – Edificio 2/ Arquitectura / Play
3) Cuneta – Edificio 4 (lado Este)
4) Cuneta– Edificio 4 /Parqueo Biblioteca/Edificio 5
5) Cuneta–Edificio 8 parqueo/zona verde
6) Caño Edificio 5
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