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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
10-13-2017
Diseño de un prototipo para el tratamiento de aguas residuales Diseño de un prototipo para el tratamiento de aguas residuales
domésticas, basado en electrocoagulación domésticas, basado en electrocoagulación
Lindsay Karime Robles Mendoza Universidad de La Salle, Bogotá
Andrés Felipe López Bueno Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil
Part of the Civil Engineering Commons, and the Hydraulic Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Robles Mendoza, L. K., & López Bueno, A. F. (2017). Diseño de un prototipo para el tratamiento de aguas residuales domésticas, basado en electrocoagulación. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/315
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1
Diseño De Un Prototipo Para El
Tratamiento De Aguas Residuales
Domésticas, Basado En
Electrocoagulación
Lindsay Karime Robles Mendoza Andrés Felipe López Bueno
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
DISEÑO DE UN PROTOTIPO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DOMÉSTICAS, BASADO EN ELECTROCOAGULACIÓN
LINDSAY KARIME ROBLES MENDOZA
ANDRÉS FELIPE LÓPEZ BUENO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2017
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Diseño De Un Prototipo Para El Tratamiento De Aguas Residuales Domésticas, Basado En
Electrocoagulación
Lindsay Karime Robles Mendoza
Andrés Felipe López Bueno
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de ingeniero civil
Director
Ing. Edder Alexander Velandia Durán
MSc. Ingeniería Civil e Industrial
Codirector
Ing. Gustavo Adolfo Arciniegas Rojas
MSc. Ciencias de la Ingeniería Informática
Asesor
Ing. Leonardo Calle Páez
MSc. Ingeniería Ambiental
Universidad de La Salle
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Civil
Bogotá D.C.
2017
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Nota de aceptación
Firma del presidente del jurado
Firma del jurado
Firma del jurado
Bogotá D.C. octubre 13 de 2017
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Agradecimientos
Los autores expresan su agradecimiento a:
Edder Alexander Velandia Durán, Ingeniero Civil y MSc. en Ingeniería Civil e Industrial.
Directo del trabajo de investigación, por la colaboración y apoyo prestado al trabajo
investigativo.
Gustavo Adolfo Arciniegas Rojas, Ingeniero Electrónico e Ingeniero de Sistemas y MSc.
en Ciencias de La Ingeniería Informática. Codirector del trabajo de investigación, por la
orientación y aportes brindados en el desarrollo de la investigación.
Leonardo Calle Páez, Ingeniero Químico de la Universidad Nacional de Colombia,
exdirector del programa de Ingeniería Ambiental de la Universidad de La Salle. Quien aportó su
experiencia en el trabajo de investigación, facilitó la realización de los ensayos de laboratorio
que se presentan en el presente proyecto investigativo, así como el préstamo del espacio de
investigación.
Manuel Antonio Tobito Cuberos, Ingeniero Civil y director del programa de Ingeniería
Civil de la Universidad de La Salle. Quien hizo posible la coordinación interdisciplinaria del
proyecto, y facilitó el préstamo del espacio de investigación.
Carolina Londoño Ocampo, Ingeniera Industrial, Directora de Laboratorios de la Facultad
de Ingeniería de la Universidad de La Salle, por su apoyo en el desarrollo del proyecto y la
asignación del espacio de investigación.
Los docentes Ing. Efraín Bernal Alzate, Ing. Oscar Fernando Contento Rubio, Ing. Julio
César Ramírez Rodríguez por las asesorías y aportes en la ejecución del proyecto.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Los docentes del programa de Ingeniería Civil de la Universidad de La Salle: María
Alejandra Caicedo Londoño, Alejandro Franco Rojas y Luis Efrén Ayala Rojas, quienes
contribuyeron a la formación profesional en el área de hidráulica, hidrología y saneamiento.
7
Dedicatoria
Dedicamos cada uno de los triunfos que se puedan derivar de nuestra labor tanto de
estudiantes como de investigadores a nuestros abuelos, quienes fueron parte fundamental en
nuestra formación personal.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Contenido
CONTENIDO 8
ÍNDICE DE TABLAS 14
ÍNDICE DE FIGURAS 15
CAPÍTULO 1 GENERALIDADES 18
INTRODUCCIÓN 19
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 22
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 25
JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO 26
OBJETIVOS 29
OBJETIVO GENERAL. 29
OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 29
ALCANCE Y DELIMITACIONES 29
CAPÍTULO 2 MARCO REFERENCIAL 31
MARCO CONCEPTUAL 32
MARCO TEÓRICO 41
LAS AGUAS RESIDUALES. 41
IMPORTANCIA HISTÓRICA DE LAS AGUAS RESIDUALES 42
FLUJO DE LAS AGUAS RESIDUALES 46
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS Y AGUAS RESIDUALES URBANAS 47
Aguas residuales urbanas o municipales: 47
Aguas residuales domésticas: 47
TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES 48
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 50
EFICIENCIAS TÍPICAS DE REMOCIÓN 53
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
TRATAMIENTO POR ELECTROCOAGULACIÓN 53
FUNDAMENTOS ELÉCTRICOS EN LA ELECTROCOAGULACIÓN 59
ANTECEDENTES TEÓRICOS 65
PROCESOS AVANZADOS DE TRATAMIENTO Y DEPURACIÓN DE LAS AGUAS M EDIANTE
ELECTROCOAGULACIÓN. 65
EVALUACIÓN DEL EFECTO DE LA ELECTROCOAGULACIÓN EN LA DISMINUCIÓN DE LA CARGA
CONTAMINANTE EN AGUAS RESIDUALES. 68
APLICACIÓN DE LA ELECTROQUÍMICA EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. 72
DISEÑO DE UNA CELDA DE ELECTROCOAGULACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA
INDUSTRIA LÁCTEA. 75
ELECTROCOAGULACIÓN DE AGUAS RESIDUALES. 77
ANÁLISIS DE ANTECEDENTES 79
Materiales de electrodos 79
Tipos de corriente eléctrica 80
Intensidades de corriente, tensión y densidades de corriente empleadas 81
MARCO NORMATIVO 82
DECRETO 1076 DE 2015 82
RESOLUCIÓN 631 DE 2015 82
RAS 2000, TÍTULO E 83
RETIE 83
RESOLUCIÓN CRA 750 DE 2016 COMISIÓN DE REGULACIÓN DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO
BÁSICO 84
MARCO CONTEXTUAL 84
Bogotá D.C. 84
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUALES SALITRE 85
Datos generales 86
Sistema de captación 87
Producción mensual PTAR SALITRE 87
Procesos y operaciones 88
Ampliación de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre 89
PUNTOS DE TOMA DE MUESTRAS 90
CAPÍTULO 3 DESARROLLO METODOLÓGICO 92
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
RECURSOS DE LA INVESTIGACIÓN 93
MATERIALES Y EQUIPOS. 93
OFICINA DE INVESTIGACIÓN. 93
LABORATORIOS DE ELÉCTRICA Y AMBIENTAL. 94
VEHÍCULOS DE TRANSPORTE DE MUESTRAS. 94
METODOLOGÍAS UTILIZADAS EN LOS ENSAYOS DE LABORATORIO 94
CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS CRUDAS 103
PROTOCOLO CARACTERIZACIÓN AGUAS CRUDAS. 104
ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO DEL AGUA RESIDUAL CRUDA. 104
ANÁLISIS ELÉCTRICO DEL AGUA RESIDUAL CRUDA. 105
RESULTADOS CARACTERIZACIÓN INICIAL. 105
RESULTADOS TEST DE JARRAS. 106
Test de jarras agua residual doméstica cruda 106
Test de jarras agua residual urbana cruda 109
CAPÍTULO 4 MODELO PRELIMINAR 113
REACTOR. 114
SISTEMA ELÉCTRICO. 116
VARIABLES PRELIMINARES. 119
Materiales de electrodos. 119
Separación de electrodos. 120
Tipos de corriente eléctrica. 121
Intensidad de corriente. 121
Tiempo de exposición. 122
PRUEBAS PRELIMINARES. 122
Protocolo pruebas preliminares. 122
Análisis físico químico de las aguas tratadas (preliminares). 127
Cuadro de datos preliminares. 127
RESULTADOS PRELIMINARES. 128
Tipo de corriente. 128
Corriente directa. 128
Corriente alterna. 129
Intensidad de corriente. 130
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Material electrodos. 131
Electrodos: acero inoxidable – acero inoxidable. 131
Electrodos: cobre -hierro. 132
Separación de electrodos. 133
Separación de electrodos de cinco centímetros. 133
Separación de electrodos de dos centímetros y medio. 133
Tiempos de exposición. 134
CAPÍTULO 5 MODELO DEFINITIVO 135
REACTOR. 136
SISTEMA ELÉCTRICO. 137
MATERIAL DE ELECTRODOS. 138
SEPARACIÓN DE ELECTRODOS. 140
CORRIENTE ELÉCTRICA. 140
VARIABLES DEFINITIVAS TIEMPO E INTENSIDAD DE CORRIENTE. 140
PRUEBAS DEFINITIVAS. 141
Protocolo pruebas definitivas. 141
Análisis físico químico aguas de las aguas tratadas. 144
Cuadro de datos definitivo. 144
CAPÍTULO 6 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 145
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 146
COMPORTAMIENTO DQO AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 146
COMPORTAMIENTO COLOR AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 147
COMPORTAMIENTO TURBIDEZ AGUA RESIDUAL DOM ÉSTICA TRATADA. 148
COMPORTAMIENTO SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS (TDS) AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 149
COMPORTAMIENTO SÓLIDOS TOTALES (SST) AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 150
COMPORTAMIENTO CONDUCTIVIDAD AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 151
COMPORTAMIENTO TEMPERATURA DURANTE EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA. 152
COMPORTAMIENTO DEMANDA BIOLÓGICA DE OXÍGENO 5 DÍAS (DBO5) AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA
TRATADA. 152
COMPORTAMIENTO OXÍGENO DISUELTO (OD) AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 153
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
COMPORTAMIENTO VOLTAJE (V) AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 154
COMPORTAMIENTO POTENCIAL HIDRÓGENO (PH) AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 155
COMPORTAMIENTO COLIFORMES AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA TRATADA. 156
AGUAS RESIDUALES URBANAS 157
COMPORTAMIENTO DQO AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 157
COMPORTAMIENTO COLOR AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 158
COMPORTAMIENTO TURBIDEZ AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 159
COMPORTAMIENTO SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS (TDS) AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 160
COMPORTAMIENTO SÓLIDOS TOTALES (SST) AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 161
COMPORTAMIENTO CONDUCTIVIDAD AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 162
COMPORTAMIENTO TEMPERATURA AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 163
COMPORTAMIENTO DBO5 AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 164
COMPORTAMIENTO OXÍGENO DISUELTO (OD) AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 165
COMPORTAMIENTO VOLTAJE (V) AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 166
COMPORTAMIENTO POTENCIAL HIDRÓGENO (PH) AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 167
COMPORTAMIENTO COLIFORMES AGUA RESIDUAL URBANA TRATADA. 167
GRASAS Y ACEITES. 169
COMPARATIVA RESULTADOS OBTENIDOS 171
CAPÍTULO 7 COSTO DEL TRATAMIENTO 174
COSTO POR COAGULACIÓN QUÍMICA 175
COSTO DE TRATAMIENTO EN EL ELECTROCOAGULADOR CONSTRUIDO 175
AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA. 176
AGUA RESIDUAL URBANA. 176
COSTO DE TRATAMIENTO PARA UN CONDOMINIO (DISEÑO TEÓRICO). 177
DIMENSIONAMIENTO TEÓRICO DEL REACTOR (DISEÑO TEÓRICO). 179
PARÁMETROS ELÉCTRICOS (DISEÑO TEÓRICO). 180
COSTO DE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA. 183
COSTO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA. 183
RECOMENDACIONES OPERACIONALES DEL TRATAMIENTO POR ELECTROCOAGULACIÓN. 184
CAPÍTULO 8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 186
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
CONCLUSIONES 187
RECOMENDACIONES 190
POSIBLES MEJORAS DEL SISTEMA 190
ESTUDIOS Y ENSAYOS ADICIONALES 191
FUTUROS PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN 191
BIBLIOGRAFÍA 193
ANEXOS 196
ANEXO A NORMAS ENSAYOS DE LABORATORIO 197
ANEXO B REGISTRO FOTOGRÁFICO 198
ANEXO C FORMATOS 199
ANEXO D MEMORIAS DE CÁLCULOS 200
ANEXO E INFORME PTAR EL SALITRE 201
14
Índice de Tablas
Tabla 1 Metas e indicadores del ODS 6 ....................................................................................................................................28
Tabla 2 Impactos negativos de las aguas residuales no tratadas en la salud humana, el medio ambiente y las
actividades productivas ................................................................................................................................................................45
Tabla 3 Ventajas y desventajas de determinados sistemas de tratamiento de aguas residuales .....................................50
Tabla 4 Eficiencias típicas de remoción ....................................................................................................................................53
Tabla 5 Porcentajes de remoción obtenidos (Hernández, 2011) ..........................................................................................67
Tabla 6 Valores de intensidad y densidad de corriente, Medina y Acosta (2009) .............................................................70
Tabla 7 Porcentajes máximos de remoción Medina y Acosta, (2009) .................................................................................71
Tabla 8 Remoción de parámetros para agua residual de floricultor Gilpavas, (2008) ....................................................74
Tabla 9 Características fisicoquímicas del agua residual, Ruiz y Giraldo, (2007) ...........................................................76
Tabla 10 Condiciones de operación Morante, (2002) ............................................................................................................78
Tabla 11 Análisis del agua Morante, (2002) ............................................................................................................................79
Tabla 12 Metodologías utilizadas para la realización de pruebas físico-químicas...........................................................95
Tabla 13 Resultados caracterización inicial agua residual cruda .................................................................................... 105
Tabla 14 Concentraciones test de jarras agua doméstica y urbana. ............................................................................... 106
Tabla 15 Caracterización agua doméstica coagulada con Cloruro Férrico (FeCl3).................................................... 106
Tabla 16 Caracterización agua urbana coagulada con Cloruro Férrico (FeCl3)........................................................ 109
Tabla 17. Combinaciones de electrodos realizadas. ............................................................................................................ 120
Tabla 18 Pruebas preliminares realizadas ............................................................................................................................ 126
Tabla 19 Formato para toma de datos de pruebas preliminares ....................................................................................... 128
Tabla 20 Tiempos de exposición para los diferentes valores de corriente....................................................................... 141
Tabla 21 Formato para toma de datos en pruebas definitivas .......................................................................................... 144
Tabla 22 Prueba Coliformes agua residual doméstica........................................................................................................ 156
Tabla 23 Coliformes aguas residuales urbanas .................................................................................................................... 168
Tabla 24 Cálculo grasas y aceites .......................................................................................................................................... 170
Tabla 25 Comparación tiempos requeridos para porcentajes de remoción máximos, agua residual doméstica ..... 172
Tabla 26 Comparación tiempos requeridos para porcentajes de remoción máximos, agua residual urbana........... 172
Tabla 27 Comparación porcentajes de remoción obtenidos por electrocoagulación y con FeCl3 ............................. 173
Tabla 28 Costo tratamiento agua residual doméstica ........................................................................................................ 176
Tabla 29 Costo tratamiento agua residual urbana............................................................................................................... 176
Tabla 30 Cálculos electrocoagulador proyectado................................................................................................................ 182
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Índice de Figuras
Figura 1 Vertimiento aguas residuales Río Bogotá (El Tiempo, 2016)...............................................................................24
Figura 2 Descarga de aguas residuales en Cúcuta (La Opinión, 2016). ............................................................................25
Figura 3. Flujo de aguas residuales. Adaptada de “Aguas residuales, el recurso desaprovechado” (UNESCO,
2017). ...............................................................................................................................................................................................46
Figura 4 Montaje equipo de electrocoagulación (Monsalve y Cardona, 2014). ...............................................................57
Figura 5 Fuente de F.E.M............................................................................................................................................................62
Figura 6 Multímetro......................................................................................................................................................................64
Figura 7. Ubicación PTAR el Salitre, (Google, 2017)............................................................................................................85
Figura 8. Punto de muestreo Conjunto Residencial Torres de Sevilla, Bogotá (Google, 2017). ....................................90
Figura 9 Punto de muestreo Conjunto Residencial Torres de Sevilla, Bogotá. .................................................................91
Figura 10. Punto de muestreo Río Arzobispo sobre la carrera 70 con calle 87, Bogotá (Goog le, 2017).....................91
Figura 11 Punto de muestreo Río Arzobispo sobre la carrera 70 con calle 87, Bogotá. .................................................91
Figura 12. Oficina sede de investigación Universidad De La Salle.....................................................................................93
Figura 13. Equipo CNC Universidad De La Salle. .................................................................................................................94
Figura 14. Muestras de agua para análisis de color y turbidez............................................................................................96
Figura 15. Turbidímetro empleado en pruebas de turbidez...................................................................................................96
Figura 16 Espectrofotómetro.......................................................................................................................................................97
Figura 17. Espectrofotómetro prueba DQO .............................................................................................................................97
Figura 18 Prueba de jarras, floculación y coagulación .........................................................................................................98
Figura 19. Prueba de jarras, sedimentación ............................................................................................................................98
Figura 20. Prueba de densidad ...................................................................................................................................................99
Figura 21. Filtrado de muestras para prueba de grasas y sólidos .......................................................................................99
Figura 22 PetriFilm prueba de coliformes ............................................................................................................................ 100
Figura 23. Equipo de incubación coliformes......................................................................................................................... 100
Figura 24. Desecador en prueba de sólidos .......................................................................................................................... 101
Figura 25. Prueba de sólidos ................................................................................................................................................... 101
Figura 26. Dedal prueba de grasas......................................................................................................................................... 102
Figura 27. Prueba DBO5........................................................................................................................................................... 102
Figura 28. Balanza analítica .................................................................................................................................................... 103
Figura 29. Protocolo caracterización aguas crudas............................................................................................................ 104
Figura 30 Resultados Conductividad y Sólidos Totales Disueltos, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica. ..... 107
Figura 31 Resultados Color, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica. ...................................................................... 107
Figura 32 Resultados Turbidez, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica.................................................................. 108
Figura 33 Resultados pH, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica. ........................................................................... 108
Figura 34 Resultados DQO, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica. ....................................................................... 109
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Figura 35 Resultados Conductividad y Sólidos Totales Disueltos, Test de Jarras – Agua Residual Urbana. .......... 110
Figura 36 Resultados Color, Test de Jarras – Agua Residual Urbana. ........................................................................... 110
Figura 37 Resultados Turbidez, Test de Jarras – Agua Residual Urbana. ...................................................................... 111
Figura 38 Resultados pH, Test de Jarras – Agua Residual Urbana. ................................................................................ 111
Figura 39 Resultados DQO, Test de Jarras – Agua Residual Urbana. ............................................................................ 112
Figura 40 Reactor en vidrio. .................................................................................................................................................... 115
Figura 41: sección transversal electrodos. ............................................................................................................................ 115
Figura 42 Sistemas eléctricos preliminares ........................................................................................................................... 117
Figura 43 Variac y puente rectificador con disipador de calor......................................................................................... 117
Figura 44 construcción fuente reguladora de corriente...................................................................................................... 118
Figura 45 Electrodos de hierro, cobre y acero inoxidable. ................................................................................................ 119
Figura 46 Diagrama de flujo Protocolo pruebas preliminares.......................................................................................... 124
Figura 47 Resultados preliminares corriente directa. ......................................................................................................... 129
Figura 48 Resultados preliminares corriente alterna.......................................................................................................... 129
Figura 49 Resultados preliminares intensidad de corriente............................................................................................... 130
Figura 50 Resultados preliminares agua tratada. ................................................................................................................ 131
Figura 51 Resultados preliminares electrodos acero-acero............................................................................................... 131
Figura 52 Resultados preliminares electrodos cobre-hierro.............................................................................................. 132
Figura 53 Resultados preliminares electrodos separados 5 cm......................................................................................... 133
Figura 54 Resultados preliminares electrodos separados 2.5 cm ..................................................................................... 134
Figura 55 Reactor pruebas finales. ......................................................................................................................................... 136
Figura 56 Esquema reactor construido .................................................................................................................................. 137
Figura 57. Esquema sistema eléctrico definitivo .................................................................................................................. 137
Figura 58: Color del agua tratada con dos combinaciones. .............................................................................................. 139
Figura 59 Color del agua tratada terminada la electrocoagulación, electrodos acero – acero.................................. 139
Figura 60 Color del agua tratada terminada la electrocoagulación, electrodos cobre - hierro ................................. 140
Figura 61 Diagrama de flujo del protocolo de pruebas definitivas .................................................................................. 143
Figura 62 Resultados DQO agua residual doméstica tratada. .......................................................................................... 146
Figura 63 Remoción DQO agua residual doméstica tratada. ............................................................................................ 146
Figura 64 Color agua residual doméstica tratada. .............................................................................................................. 147
Figura 65 Remoción color agua residual doméstica tratada. ............................................................................................ 147
Figura 66 Turbidez agua residual doméstica tratada.......................................................................................................... 148
Figura 67 Remoción turbidez agua residual doméstica tratada. ....................................................................................... 148
Figura 68 Sólidos totales disueltos agua residual doméstica tratada ............................................................................... 149
Figura 69 Remoción sólidos totales disueltos agua residual doméstica tratada. ........................................................... 149
Figura 70 SST agua residual doméstica tratada................................................................................................................... 150
Figura 71 % Remoción SST agua residual doméstica tratada ........................................................................................... 150
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
Figura 72 Conductividad agua residual doméstica tratada. .............................................................................................. 151
Figura 73 Remoción conductividad agua residual doméstica tratada. ............................................................................ 151
Figura 74 Temperatura agua residual doméstica tratada. ................................................................................................. 152
Figura 75 DBO5 agua residual doméstica tratada. .............................................................................................................. 153
Figura 76 Remoción DBO5 agua residual doméstica tratada. ........................................................................................... 153
Figura 77 Oxígeno disuelto agua residual doméstica tratada. .......................................................................................... 154
Figura 78 Aumento oxígeno disuelto agua residual doméstica tratada. .......................................................................... 154
Figura 79 Voltaje agua residual doméstica tratada............................................................................................................. 155
Figura 80 pH agua residual doméstica tratada. ................................................................................................................... 155
Figura 81 Prueba Coliformes agua residual doméstica cruda y tratada. ....................................................................... 157
Figura 82 DQO agua residual urbana tratada ..................................................................................................................... 158
Figura 83 Remoción DQO agua residual urbana tratada .................................................................................................. 158
Figura 84 Color agua residual urbana tratada .................................................................................................................... 159
Figura 85 Remoción color agua residual urbana tratada................................................................................................... 159
Figura 86 Turbidez agua residual urbana tratada ............................................................................................................... 160
Figura 87 Remoción turbidez agua residual urbana tratada ............................................................................................. 160
Figura 88 Sólidos totales disueltos agua residual urbana tratada.................................................................................... 161
Figura 89 Remoción sólidos totales disueltos agua residual urbana tratada ................................................................. 161
Figura 90 SST agua residual urbana tratada ........................................................................................................................ 162
Figura 91 Remoción SST agua residual urbana tratada ..................................................................................................... 162
Figura 92 Conductividad agua residual urbana tratada..................................................................................................... 163
Figura 93 Remoción conductividad agua residual urbana tratada................................................................................... 163
Figura 94 Comportamiento temperatura durante tratamiento del agua residual urbana. ........................................... 164
Figura 95 DBO5, agua residual urbana. ................................................................................................................................ 164
Figura 96 Remoción DBO5, agua residual urbana. ............................................................................................................. 165
Figura 97 Oxígeno disuelto, agua residual urbana.............................................................................................................. 165
Figura 98 Aumento oxígeno disuelto, agua residual urbana.............................................................................................. 166
Figura 99 Variación voltaje, agua residual urbana............................................................................................................. 166
Figura 100 Variación voltaje, agua residual urbana........................................................................................................... 167
Figura 101 Resultados prueba Coliformes agua urbana .................................................................................................... 169
Figura 102 Variación contenido de grasas en agua residual doméstica. ........................................................................ 171
Figura 103 Variación contenido de grasas en agua residual urbana............................................................................... 171
Figura 104 Esquema del tratamiento unidad residencial ................................................................................................... 178
Figura 105 Dimensiones reactor diseño a escala................................................................................................................. 180
18
CAPÍTULO 1
Generalidades
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
19
Introducción
Las aguas residuales provenientes de los diferentes usos humanos afectan negativamente
el ambiente impidiendo su conservación; Los cuerpos de agua superficiales al ser utilizados
como receptores de vertimientos de aguas residuales se ven perjudicados en términos de calidad,
aun mas cuando las aguas residuales vertidas no reciben ningún tipo de tratamiento que
contribuya con su descontaminación.
Es responsabilidad de cada usuario o de las empresas prestadoras de servicios públicos
realizar la descontaminación de las aguas residuales domésticas, empleando cualquiera de las
opciones de tratamiento de forma eficiente, durable y económica. Dentro de las opciones de
tratamiento viables para las aguas residuales se encuentra la electrocoagulación, opción que
permite la remoción de sólidos disueltos, materia orgánica, grasa y estabilización de pH. Esta
alternativa de tratamiento se ha empleado en otros países y en Colombia se han desarrollado
algunos trabajos investigativos, pero sin ningún uso a escala real.
Nuestro compromiso con el ambiente motivó el desarrollo de la investigación realizada,
la cual se considera como importante dentro del ejercicio profesional de un ingeniero civil.
El proceso investigativo se desarrolló en la Universidad de La Salle, mediante el empleo
de recursos de la institución educativa como laboratorios, personal docente y administrativo. La
investigación consistió en el diseño y construcción a escala de laboratorio de un prototipo de
electrocoagulador, como opción de tratamiento de aguas residuales domésticas y urbanas. En el
cual se desarrollaron diferentes pruebas de laboratorio a fin de analizar la eficiencia del sistema,
mediante el tratamiento de agua residual no convencional basado en electrocoagulación, con el
cual se mejoró la calidad del agua, medida en función de diferentes parámetros fisicoquímicos
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
20
como: sólidos, pH, turbidez, color, DQO, temperatura, DBO, densidad relativa y oxígeno
disuelto.
Basados en los fundamentos teóricos de la electrocoagulación se llevó a cabo el diseño y
construcción de dos reactores de vidrio a escala de laboratorio, cada uno con capacidad para
tratar 9 litros. Se realizaron diferentes tipos de pruebas que permitieron la identificación de las
variables determinantes dentro del proceso y las condiciones óptimas de operación dentro de las
cuales están: tiempos de exposición, material de electrodos, separación de electrodos y tipo e
intensidad de corriente.
Las muestras de agua residual utilizada para evaluar el proceso de electrocoagulación se
obtuvieron en la ciudad de Bogotá, por la facilidad operativa en la realización de las pruebas.
Con el fin de comparar la influencia que tienen sobre el proceso las características fisicoquímicas
del agua residual cruda se optó por utilizar agua residual de dos diferentes fuentes: la primera fue
agua residual denominada como agua residual doméstica obtenida de la caja de inspección del
conjunto residencial torres de Sevilla; la segunda fue denominada agua residual urbana la cual se
extrajo del río Arzobispo sobre la carrera 70 con calle 87.
Con la experimentación realizada se obtuvieron eficiencias de remoción de DQO (75-
83%), DBO5 (89-100%), sólidos totales disueltos (51-54%), turbidez (93-97%), color (82-95%),
conductividad (51-52%), Coliformes (99.9%), al igual que el aumento del porcentaje de oxígeno
disuelto (349 – 578%) con respecto al agua residual cruda.
Los resultados conseguidos han generado expectativas sobre la implementación del
sistema de tratamiento a nivel doméstico. La posible mejora en términos de eficiencia energética
con la implementación de energía solar como fuente de abastecimiento, llama la atención debido
a que potencializa sus beneficios en temas ambientales y económicos.
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Cabe mencionar que el proyecto investigativo estuvo conformado por profesionales de
ingeniería civil, eléctrica y ambiental, lo que permitió el desarrollo interdisciplinar en la
construcción del prototipo, el protocolo de tratamiento aplicado y el análisis de los resultados
obtenidos.
Al momento, la investigación ha sido presentada en el Evento Internacional Agua 2016:
Equidad, Agua y Sustentabilidad con el poster: “Prueba Piloto para el Tratamiento de Aguas
Residuales Mediante Electrocoagulación, Caso de Aguas Frescas y Maduras de la Red Sanitaria
de Bogotá, y en el Primer Seminario Internacional Centros Urbanos Sostenibles Y Resilientes.
Desarrollo Urbano en Tecnologías de Agua y Saneamiento, Construcción, Energía y Movilidad”
con la ponencia: “Tratamiento De Aguas Residuales Urbanas Mediante Electrocoagulación,
Caso De Estudio Piloto En Bogotá”. También, se encuentra en proceso de publicación de un
artículo con la Revista de Investigación Agraria y Ambiental (RIAA), la cual es una publicación
oficial de la Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente (ECAPMA) de
la Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD), destinada a publicar artículos que son
resultado de las investigaciones originales en el área agraria, ambiental y áreas afines. La revista
RIAA se encuentra indexada en Categoría B en el Índice Bibliográfico Nacional, por Publidex-
Colciencias.
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Descripción del Problema
Toda actividad humana requiere del uso del agua, y con esto es imposible no generar
alteraciones a la calidad de la misma. El grado de contaminación depende del tipo de actividad y
de manera recíproca el tipo de tratamiento requerido para devolverle parte de las características
iniciales.
Según el Informe Mundial sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos de las Naciones
Unidas para la educación la ciencia y la cultura UNESCO 2017: Aguas residuales, el recurso
desaprovechado, se afirma que:
En todo el mundo las áreas urbanas enfrentan enormes desafíos. La aceleración
del crecimiento urbano, cambios en las prácticas familiares y laborales, y la
proliferación de asentamientos informales implicarán un reto cada vez mayor para
la prestación de servicios. Esto se suma al impacto de los eventos extremos, el
cambio climático y la migración en zonas en conflicto.
La modificación de los patrones de urbanización produjo una mayor
inequidad ya que las personas que viven en condiciones de pobreza en algunas
regiones desarrolladas enfrentan los mismos desafíos que aquellas en regiones en
desarrollo. Para el año 2030 se espera que la demanda mundial de energía y agua
aumente 40% y 50%, respectivamente (ONU-Hábitat, 2016). Dicho crecimiento
tendrá lugar sobre todo en las ciudades, lo cual implicará la aplicación de nuevos
métodos para la gestión de aguas residuales. A su vez, la gestión de aguas
residuales puede también brindar algunas de las respuestas necesarias para
resolver otros desafíos, como la producción de alimentos y el desarrollo
industrial. (UNESCO, 2017, p.51).
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Existe una preocupación por la contaminación de las fuentes de agua dulce, debido a su
importancia para los usos de los seres vivos, según el Informe de las Naciones Unidas Para el
Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo:
Los recursos de agua dulce se ven reducidos por la contaminación. Unos 2
millones de toneladas de desechos son arrojados diariamente en aguas receptoras,
incluyendo residuos industriales y químicos, vertidos humanos y desechos
agrícolas (fertilizantes, pesticidas y residuos de pesticidas) (…). Se estima que la
producción global de aguas residuales es de aproximadamente 1,500 Km3.
(UNESCO, 2003, p.9).
En Colombia los sistemas requeridos para la captación, transporte, tratamiento y
disposición final de las aguas residuales son precarios, o en muchos casos inexistentes, según el
Informe Técnico sobre Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales en Colombia, de la
Superintendencia de Servicios Públicos:
Departamentos como Bolívar, Magdalena, Cauca, Córdoba Chocó, San Andrés
Islas, Guainía, Guaviare y Vichada mantienen coberturas promedio de
alcantarillado inferiores al 50%. Muchos municipios de estos departamentos
carecen de sistemas de alcantarillado y sus aguas residuales son dispuestas
mediante alternativas individuales de disposición directamente sobre las fuentes
hídricas receptoras, [a esto se suma que el 71.89% de las redes de los sistemas de
alcantarillado son combinados]. (Superintendencias de Servicios Públicos
Domiciliarios Superservicios, 2013, p.21).
Los niveles de contaminación en las fuentes hídricas son elevados. Para el año 2013 solo
el 26% de los municipios del país contó con algún sistema de tratamiento de agua residual STAR
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(Superservicios, 2013, p.67). Una de las causas para la no realización del tratamiento son los
altos costos de construcción operación y mantenimientos de las grandes plantas.
En el 2013 “el 52% de los sistemas existentes estaban diseñados para llevar a cabo el
tratamiento secundario de las aguas residuales, los cuales tratan 13.3 m3/s” (Superservicios,
2013, p.67). Es importante aclarar que en los tratamientos secundarios las remociones de cargas
contaminantes en algunos casos son menores a las de diseño.
Imágenes publicadas por diarios colombianos como El Tiempo y La Opinión, presentadas
en las
Figura 1 y Figura 2, han retratado la problemática de las descargas de aguas residuales en
fuentes hídricas de Bogotá y Cúcuta, evidenciando la deficiencia existente en el manejo de
dichos vertimientos.
Figura 1 Vertimiento aguas residuales Río Bogotá (El Tiempo, 2016).
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Figura 2 Descarga de aguas residuales en Cúcuta (La Opinión, 2016).
Con la investigación se entrega una alternativa para la solución de los problemas
relacionados con la contaminación del agua, y la cual es posible implementar en diferentes
escalas; ya sea para un único usuario de servicios públicos o para unidades residenciales.
Formulación del problema.
¿Será posible lograr el tratamiento de aguas residuales domésticas mediante
electrocoagulación, con la implementación de un modelo a escala, en términos de remoción de
DBO5, Sólidos, grasas y estabilización de pH?
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Justificación del Proyecto
La problemática ambiental y social generadas por la contaminación de las fuentes
hídricas -que para Colombia son en su mayoría producto de la imposibilidad de tratamiento
debido a: (a) los precarios o inexistentes sistemas de alcantarillado, (b) la falta de plantas de
tratamiento de agua residual y (c) la no implementación de nuevas tecnologías de tratamiento-
apoya la realización de la investigación mediante la cual se evalúa una alternativa de tratamiento
para las aguas residuales basada en la electrocoagulación. En esta se brindan los parámetros
involucrados en el diseño y operación de tratamiento, lo cual nos ubica como los en indagar y
diseñar este tipo de sistema para el agua residual de Bogotá.
El prototipo de electrocoagulador permite ser implementado como sistema
descentralizado de tratamiento de aguas residuales (DEWATS, por sus siglas en inglés), el cual
en el Informe Mundial de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos
2017, se plantea que:
(Los DEWATS son sistemas que) han sabido integrarse correctamente como parte
de los sistemas de saneamiento para zonas urbanas en rápido crecimiento y para
ciertas comunidades aisladas donde se descarta el saneamiento tradicional por
motivos económicos. Los DEWATS y el saneamiento de bajo costo […] son
complementarios por naturaleza. Los DEWATS pueden ser también una solución
a mediano plazo a la espera del diseño a gran escala de los sistemas centralizados
y sus posibilidades de uso son sumamente flexibles.
De hecho, en muchos países, los sistemas de tratamiento de aguas residuales
centralizados de gran porte ya no serían la opción más viable para la gestión de
aguas urbanas por sus elevados costos de mantenimiento y demanda en materia de
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recursos. Además, generalmente requieren grandes extensiones de tierra, son
demasiado rígidos como para satisfacer las necesidades de las zonas urbanas de
rápido crecimiento. Esto es así tanto para la infraestructura de abastecimiento de
agua y aguas residuales, la recolección de aguas pluviales y el drenaje.
Los DEWATS prestan servicios a propiedades individuales o a pequeños
grupos de propiedades. Hacen posible la recuperación de nutrientes y energía, el
ahorro de agua dulce y garantizan el acceso al agua en tiempos de escasez
(OCDE, 2015b). Podrían necesitar una inversión inicial menor a la de las redes
centrales por tuberías, y son más eficaces para adaptarse ante la necesidad de
ampliar o reducir el servicio. Sin embargo, sí necesitan personal con un mínimo
de capacitación para llevar adelante la operación y el mantenimiento. A través de
las tecnologías descentralizadas, los barrios sostenibles en las ciudades podrían
sustituir parcialmente los sistemas públicos tradicionales (OCDE, 2013b). Una
dificultad que presentan los DEWATS es que las comunidades locales deben vivir
cerca de una planta de tratamiento, por lo tanto, es necesario considerar que la
estética de la planta sea aceptable. Por este motivo, generalmente se prefieren los
sistemas con diseño en lecho de juncos. (UNESCO, 2017, p. 123).
El proceso de electrocoagulación se lleva a cabo por medio de la utilización de corriente
directa en aguas residuales sin la necesidad de adicionar compuestos químicos, es un tratamiento
eficiente y tiene la capacidad de mejorar la calidad del agua residual; Su implementación se
puede llegar realizar con fuentes de energía renovables “energía solar” lo cual posibilita el uso
doméstico en zonas rurales o sin acceso a redes de energía, involucrando eficiencia energética.
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En relación con la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible de la Asamblea General de
las Naciones Unidas, en la cual dentro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) se
encuentra el garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para
todos (ODS 6), mediante la investigación se aporta una herramienta al cumplimiento de las
metas 6.3 y 6.6, de dicha organización, como se evidencia en la Tabla 1.
Tabla 1 Metas e indicadores del ODS 6
Metas e indicadores del ODS 6 Meta Indicadores
6.1 Para 2030, lograr el acceso universal y equitativo al agua potable, a un
precio asequible para todos
6.1.1 Proporción de la población que utiliza servicios
de agua potable administrados de forma segura
6.2 Para 2030, lograr el acceso equitativo a servicios de saneamiento e
higiene adecuados para todos y poner fin a la defecación al aire libre,
prestando especial atención a las necesidades de las mujeres y las niñas y
las personas en situaciones vulnerable
6.2.1 Proporción de la población que utiliza servicios
de saneamiento administrados de forma segura que
incluyan instalaciones para lavarse las manos con agua
y jabón
6.3 para 2030, mejorar la calidad del agua mediante la reducción de la
contaminación, la eliminación del vertimiento y la reducción al mínimo de
la descarga de materiales y productos químicos peligrosos, la reducción a
la mitad del porcentaje de aguas residuales sin tratar y un aumento
sustancial del reciclado y la reutilización en condiciones de seguridad a nivel mundial
6.3.1 proporción de aguas residuales tratadas de
forma segura
6.3.2 proporción de las masas de agua con buena
calidad de agua ambiental
6.4 Para 2030, aumentar sustancialmente la utilización eficiente de los
recursos hídricos en todos los sectores y asegurar la sostenibilidad de la
extracción y el abastecimiento de agua dulce para hacer frente a la escasez de agua y reducir sustancialmente el número de personas que sufren de
escasez de agua
6.4.1 Cambio con el tiempo en la eficiencia en el
consumo de agua
6.4.2 Nivel de estrés hídrico: extracción de agua dulce en proporción a los recursos de agua dulce
disponibles
6.5 Para 2030, poner en práctica la gestión integrada de los recursos
hídricos a todos los niveles, incluso mediante la cooperación transfronteriza, según proceda
6.5.1 Grado de aplicación de la gestión integrada de
los recursos hídricos (0-100) 6.5.2 proporción de zonas de cuencas transfronterizas para las que existe
un acuerdo operacional de cooperación en materia de
recursos hídricos
6.6 para 2020, proteger y restablecer los ecosistemas relacionados con el agua, incluidos los bosques, las montañas, los humedales, los ríos, los
acuíferos y los lagos
6.6.1 Cambio con el tiempo en la extensión de los ecosistemas relacionados con el agua
6.a para 2030, ampliar la cooperación internacional y el apoyo prestado a
los países en desarrollo para la creación de capacidad en actividades y programas relativos al agua y el saneamiento, incluidos el acopio y
almacenamiento de agua, la desalinización, el aprovechamiento eficiente
de los recursos hídricos, el tratamiento de aguas residuales y las
tecnologías de reciclaje y reutilización
6.a.1 Cuantía de la asistencia oficial para el desarrollo
relacionada con los recursos hídricos y el saneamiento que forma parte de un plan de gastos
coordinado por el gobierno
6.b Apoyar y fortalecer la participación de las comunidades locales en la
mejora de la gestión del agua y el saneamiento
6.b.1 Proporción de unidades administrativas locales
con políticas y procedimientos establecidos y
operativos para la participación de las comunidades
locales en la gestión de los recursos hídricos y el
saneamiento
Fuente: UNESCO, 2017
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Objetivos
Objetivo general.
Realizar el diseño y prueba piloto de un prototipo para el tratamiento de aguas residuales
domésticas, basado en la metodología de electrocoagulación.
Objetivos específicos.
• Revisión estado del arte de la electrocoagulación del agua residual doméstica.
• Determinar los parámetros eléctricos: tensión, densidad de corriente, frecuencia y
forma de onda a aplicar en el prototipo, según las características electro –
químicas del agua residual doméstica.
• Diseñar y construir el prototipo de Electrocoagulador para una prueba piloto e
identificar las variables sensibles de la modelación (tiempo de exposición e
intensidades de corriente).
• Determinar la eficiencia del sistema respecto a DBO5, Sólidos, grasas y
estabilización de pH.
• Establecer relación costo y eficiencia en el tratamiento.
Alcance y Delimitaciones
La presente investigación buscó construir un dispositivo capaz de generar el proceso
físico de la coagulación de los contaminantes presentes en aguas residuales de origen doméstico,
usando como único medio corriente eléctrica. La eficiencia del dispositivo construido se
determinó mediante el análisis de pruebas de laboratorio, donde se obtuvieron resultados de la
calidad del agua tratada y se compararon con la del agua cruda.
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La investigación se limitó a la ejecución de pruebas piloto, en las cuales, a escala de
laboratorio, y con un volumen de tratamiento de 9 litros por prueba, se logró determinar las
condiciones óptimas de tiempo de exposición e intensidad de corriente eléctrica requerida, así
como los materiales a emplear, separaciones y tipos de corriente en los electrodos.
Es de aclarar que las pruebas del electrocoagulador se realizaron con muestras de agua de
la ciudad de Bogotá, por la facilidad de la toma de las mismas, mas no representa una propuesta
de tratamiento única para Bogotá. También, para su aplicación en calidades de agua residual
cruda diferentes a las estudiadas se recomienda realizar pruebas con el electrocoagulador y
evaluar las características físico-químicas de las mismas.
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CAPÍTULO 2
Marco Referencial
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Marco Conceptual
A modo de glosario, se presentan a continuación los términos más relevantes involucrados
dentro de la investigación.
Agua residual doméstica: Son las procedentes de los hogares, así como las de las
instalaciones en las cuales se desarrollan actividades
industriales, comerciales o de servicios y que correspondan
a: 1. Descargas de los retretes y servicios sanitarios.
2. Descargas de los sistemas de aseo personal (duchas y
lavamanos), de las áreas de cocinas y cocinetas, de las
pocetas de lavado de elementos de aseo y lavado de paredes
y pisos y del lavado de ropa (No se incluyen las de los
servicios de lavandería industrial). (Ministerio de
Ambiente y Desarrollo Sostenible MINAMBIENTE, 2015,
p.1).
Agua residual urbana: “Incluye tanto las aguas residuales municipales como las
escorrentías urbanas, lo que potencialmente contiene una
amplia gama de contaminantes” (UNESCO, 2017, p.176).
Aguas residuales: “Agua que contiene material disuelto y en suspensión,
luego de ser usada por una comunidad o industr ia ”
(Ministerio de Desarrollo Económico, 2000, p.5E).
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Análisis: “Examen del agua, agua residual o lodos, efectuado en
laboratorio” (Ministerio de Desarrollo Económico, 2000,
p.5E).
Ánodo: “Elemento de los dispositivos electrónicos que recibe el
flujo de corriente de electrones” (Malvino, 1999, p.1094).
Bacteria: “Grupo de organismos microscópicos unicelulares, rígidos
carentes de clorofila, que desempeñan una serie de
procesos de tratamiento que incluyen oxidación biológica,
fermentaciones, digestión, nitrificación y desnitrificac ión”
(Ministerio de Desarrollo Económico, 2000, p.5E).
Cátodo: “Elemento de los dispositivos electrónicos que proporciona
el flujo de corriente de electrones” (Malvino, 1999,
p.1094).
Circuito eléctrico: “Lazo cerrado formado por un conjunto de elementos,
dispositivos y equipos eléctricos, alimentados por la misma
fuente de energía y con las mismas protecciones contra
sobretensiones y sobrecorrientes” (Ministerio de Minas y
Energía, 2013, p.19).
Coliformes: “Bacterias gram negativas de forma alargada capaces de
fermentar lactosa con producción de gas a la temperatura
de 35 o 37 °C (Coliformes Totales). Aquellas que tienen las
mismas propiedades a la temperatura de 44 o 45 °C. se
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
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denominan Coliformes Fecales” (Ministerio de Desarrollo
Económico, 2000, p.5E).
Corriente alterna: “Corriente eléctrica que invierte su dirección de forma
repetida; las cargas eléctricas vibran alrededor de puntos
relativamente fijos” (Anónimo, 2016, conceptos básicos).
Corriente directa o
continua:
“Es el paso de electrones por un conductor siempre en el
mismo sentido y con una intensidad constante a lo largo del
tiempo (...). Una corriente continua mantiene
constantemente el mismo valor de la intensidad y el mismo
sentido" (Departamento de electrónica IES Juan de la
Cierva, p.11).
Corriente eléctrica: “Es el movimiento de cargas eléctricas entre dos puntos
que no se hallan al mismo potencial, por tener uno de ellos
un exceso de electrones respecto al otro” (Ministerio de
Minas y Energía, 2013, p.21).
DBO5 Demanda
Bioquímica de Oxígeno 5
días:
“Cantidad de oxígeno usado en la estabilización de la
materia orgánica carbonácea y nitrogenada por acción de
los microorganismos en condiciones de tiempo y
temperatura especificados (...) cinco días y 20 °C”
(Ministerio de Desarrollo Económico, 2000, p.7E).
Densidad de corriente: “Expresa la cantidad de flujo de carga en un punto dentro
de un conductor (...), es una cantidad microscópica y se
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representa por un vector en la dirección de la corriente en
un punto dentro del conductor” (Barco, Rojas,y Restrepo,
2012, p.171).
DQO Demanda Química
de Oxígeno:
“Medida de la cantidad de oxígeno requerido para
oxidación química de la materia orgánica del agua residual,
usando como oxidantes sales inorgánicas de permanganato
o dicromato en un ambiente ácido y a altas temperaturas”
(Ministerio de Desarrollo Económico, 2000, p.7E).
Eficiencia de tratamiento: “Relación entre la masa o concentración removida y la
masa o concentración en el afluente, para un proceso o
planta de tratamiento y un parámetro específico;
normalmente se expresa en porcentaje” (Ministerio de
Desarrollo Económico, 2000, p.7E).
Electricidad: “Una forma de energía obtenida del producto de la potencia
eléctrica consumida por el tiempo de servicio” (Minister io
de Minas y Energía, 2013, p.22).
Fuente eléctrica o fuente de
fuerza electromotriz (fem):
Existen varios dispositivos como pilas, baterías,
generadores eléctricos y acumuladores entre otros
en los cuales mantienen una diferencia de potencial
entre dos puntos de un conductor. A estos
dispositivos se les denomina Fuentes de fuerza
electromotriz (fem).
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Una fuente de fuerza electromotriz (fem) es un
dispositivo el cual transforma energía química,
mecánica o cualquier otro tipo de energía en
energía eléctrica. (Barco et al., 2012, p.174).
Fuerza electromotr iz
(fem):
Trabajo que debe hacer la fuente sobre los
portadores de carga para moverlos de un punto de
bajo potencial a un punto de mayor potencial. En
otras palabras, es la diferencia de potencial entre
los bornes de la fuente cuando no está
suministrando corriente eléctrica. (Barco et al.,
2012, p.174).
Hidrólisis: “Proceso químico en el cual la materia orgánica se
desdobla en partículas más pequeñas por la acción del
agua” (Ministerio de Desarrollo Económico, 2000, p.7E).
Intensidad de corriente: "Es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una sección
transversal cualquiera de un conductor en la unidad de
tiempo” (Barco et al., 2012, p.169).
Metales pesados: “Son elementos tóxicos que tiene un peso molecular
relativamente alto. Usualmente, tienen una densidad
superior a 5.0 g/cm3, por ejemplo, plomo, plata, mercurio,
cadmio, cobalto, cobre, hierro, molibdeno, níquel, zinc”
(Ministerio de Desarrollo Económico, 2000, p.9E).
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Muestra puntual: “Muestra de agua residual tomada al azar en un momento
determinado para su análisis. Algunos parámetros deben
determinarse in situ y otros en el laboratorio” (Minister io
de Desarrollo Económico, 2000, p.9E).
Muestreo manual: “El que no se realiza con equipos. Puede ser muy costoso y
demorado para muestreos a gran escala” (Ministerio de
Desarrollo Económico, 2000, p.9E).
Oxígeno disuelto: “Concentración de oxígeno medida en un líquido, por
debajo de la saturación. Normalmente se expresa en mg/l”
(Ministerio de Desarrollo Económico, 2000, p.9E).
pH Potencial Hidrógeno: “Logaritmo, con signo negativo, de la concentración de
iones hidrógeno, en moles por litro” (Ministerio de
Desarrollo Económico, 2000, p.9E).
Plano eléctrico: “Representación gráfica de las características de diseño y
las especificaciones para construcción o montaje de
equipos y obras eléctricas” (Ministerio de Minas y Energía,
2013, p.28).
Planta de tratamiento
(de agua residual):
“Conjunto de obras, instalaciones y procesos para tratar las
aguas residuales” (Ministerio de Desarrollo Económico,
2000, p.9E).
Planta piloto: “Planta de tratamiento a escala de laboratorio o técnica, que
sirve para el estudio de la tratabilidad de un desecho líquido
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o la determinación de las constantes cinéticas y los
parámetros de diseño del proceso” (Ministerio de
Desarrollo Económico, 2000, p.9E).
Pretratamiento: “Procesos de tratamiento localizados antes del tratamiento
primario” (Ministerio de Desarrollo Económico, 2000,
p.10E).
Puente rectificador: “Tipo más común de circuito rectificador. Tiene cuatro
diodos. dos de los cuales conducen al mismo tiempo. Para
un transformador dado, produce la tensión continua de
salida mayor con el rizado menor” (Malvino, 1999,
p.1101).
Resistencia eléctrica: “La resistencia eléctrica de un conductor [representa] la
relación entre la diferencia de potencial V entre dos puntos
del conductor y la intensidad de la corriente I que por él
circula” (Barco et al., 2012, p.179).
Sedimentación: “Proceso físico de clarificación de las aguas residuales por
efecto de la gravedad. Junto con los sólidos sedimentab les
precipita materia orgánica del tipo putrescible” (Minister io
de Desarrollo Económico, 2000, p.10E).
Tensión eléctrica: “La diferencia de potencial eléctrico entre dos conductores,
que hace que fluyan electrones por una resistencia. Tensión
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es una magnitud, cuya unidad es el voltio” (Ministerio de
Minas y Energía, 2013, p.31).
Tratamiento primario: Tratamiento en el que se remueve una porción de
los sólidos suspendidos y de la materia orgánica
del agua residual. Esta remoción normalmente es
realizada por operaciones físicas como la
sedimentación. El efluente del tratamiento
primario usualmente contiene alto contenido de
materia orgánica y una relativamente alta DBO.
(Ministerio de Desarrollo Económico, 2000,
p.10E).
Tratamiento secundario: “Es aquel directamente encargado de la remoción de la
materia orgánica y los sólidos suspendidos” (Ministerio de
Desarrollo Económico, 2000, p.10E).
Variac Transformador variable con el cual
podemos obtener una tensión de salida de
corriente alterna entre 0V y la tensión de
alimentación. Está constituido por un
núcleo en forma toroidal sobre el que esta
arrollado el transformador, en uno de los
lados del núcleo magnético las espiras
están libres de aislamiento. Sobre ellas
mediante un eje central discurre una
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escobilla con un rodillo de carbono, que es
accionada por un mando unido a un eje.
Este mando dispone de una caratula con
una serigrafia en la que se indica el voltaje
según el ángulo de giro del mando
(Electrónica pascual, 2017)
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Marco Teórico
Las aguas residuales.
Se abordó el concepto de las aguas residuales, desde el enfoque dado por la Organización
de las Naciones Unidas para la educación, la ciencia y la cultura (UNESCO), presente en su
informe mundial sobre el desarrollo de los recursos hídricos -aguas residuales, el recurso
desaprovechado- realizado en el año 2017: dentro del documento se indica que:
Las aguas residuales son un componente crítico del ciclo del agua y deben ser
tomadas en cuenta durante todo el ciclo de gestión del agua: desde la captación de
agua dulce, el tratamiento, la distribución, el uso, la recolección y el tratamiento
posterior hasta su reutilización y retorno final al medio ambiente, donde se repone
la fuente para las subsiguientes captaciones de agua (…). Sin embargo, la mayoría
de las veces, la atención que se da a la gestión del agua después de su uso ha sido
un componente del ciclo de gestión del agua a menudo pasado por alto.
La gestión de las aguas residuales generalmente recibe poca atención social y
política en comparación con los retos del abastecimiento de agua, especialmente
en el contexto de la escasez de agua. Sin embargo, ambos están intrínsecamente
relacionados: actuar con negligencia en relación con las aguas residuales puede
tener impactos altamente perjudiciales para la sostenibilidad del abastecimiento de
agua, la salud humana, la economía y el medio ambiente. (UNESCO, 2017, p.17).
El informe de la UNESCO adopta una definición amplia e inclusiva de aguas residuales,
adaptada de Raschid-Sally y Jayakody (2008), la cual se presenta a continuación:
Las aguas residuales se consideran como una combinación de uno o más de los
siguientes: efluentes domésticos que consisten en aguas negras (excremento, orina
y lodos fecales) y aguas grises (aguas servidas de lavado y baño); agua de
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establecimientos comerciales e instituciones, incluidos hospitales; efluentes
industriales, aguas pluviales y otras escorrentías urbanas; y escorrentías agrícola,
hortícola y acuícola. (UNESCO p.17).
Importancia histórica de las aguas residuales
Con el fin de mostrar la importancia histórica del manejo de las aguas residuales, se
presenta a continuación un apartado del texto, sistemas arqueológicos de aguas residuales: el caso
de la antigua Roma, incluido dentro del informe Aguas Residuales El Recurso Desaprovechado,
realizado por la UNESCO.
La gestión de aguas residuales ha sido practicada por varios milenios, y ha
evolucionado y mejorado a lo largo de la historia humana. Los etruscos, por
ejemplo, desarrollaron sistemas de canales para recolectar diferentes flujos de
agua, y los romanos posteriormente asimilaron estas técnicas, mejorándolas y
adaptándolas a sus necesidades.
Las primeras alcantarillas de la antigua Roma fueron construidas por
Tarquinius Superbus alrededor del siglo VII a. C. Consistían en un sistema de
canales a cielo abierto que drenaba el agua de los pantanos en el fondo de los
valles de las siete colinas (tierra inhabitable en ese entonces) y la transportaba al
Tíber. Estos sistemas de drenaje evolucionaron lentamente y los romanos
finalmente construyeron un complejo sistema de alcantarillas cubierto por piedras,
similar a los drenajes modernos. La evacuación de las letrinas se realizaba hacia el
sistema de alcantarillado principal y luego, a través de un canal central, al río o
arroyo más cercano.
El segmento más sofisticado del sistema de alcantarillado romano fue la Cloaca
Máxima cubierta, el colector más grande entre los diversos colectores de aguas
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
43
residuales. Construido primero como un canal de agua dulce abierto, alrededor de
los siglos II y I a. C. se transformó en un monumental túnel subterráneo con
paredes de toba y bóvedas.
Conocida como la «máxima cloaca» de Roma (traducción literal de su nombre),
la Cloaca Máxima es una obra maestra de la ingeniería hidráulica y la arquitectura.
Es uno de los artefactos sanitarios más impresionantes del mundo antiguo, que
proporcionó el drenaje necesario para la creación del Foro Romano y se convirtió
en la pieza central de una red de saneamiento que brindó servicios de higiene a las
colinas alrededor de Roma. Un grabado de Piranesi muestra el colector, tal como
lucía en 1778, donde las aguas residuales se vertían al río Tíber cerca del Ponte
Palatino.
Sin embargo, con el tiempo el río Tíber llegó a estar sumamente contaminado,
lo que causó graves problemas para los romanos que usaban su agua para beber,
cocinar, lavar y otros fines. El vertido de las alcantarillas aguas abajo de la ciudad
no fue suficiente para garantizar una adecuada calidad del agua aguas arriba.
Además, debido a que el sistema de drenaje transportaba aguas negras y
escorrentía urbana (es decir, era un «sistema de alcantarillado combinado»),
durante fuertes precipitaciones subía el reflujo por las grandes aberturas a lo largo
de las calles, exponiendo así a los romanos a las aguas residuales.
Para drenar el agua de lluvia de las calles hacia la Cloaca, los romanos
construyeron drenajes circulares especiales en forma de grandes máscaras, que
representaban a los dioses del río tragando agua (la famosa Boca de la Verdad era
probablemente una de ellas). Otro rasgo distintivo del sistema de alcantarillado
romano fue la tarifa establecida para el uso de las letrinas públicas o el alquiler de
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
44
orinales, lo que lo convierte en uno de los primeros ejemplos históricos del
principio de «usuario-pagador» para los servicios de saneamiento.
Un estudio de 1889 de la Cloaca Máxima y otras alcantarillas llevó a la
restauración de ciertas partes que podían ser conectadas al sistema de
alcantarillado «moderno» y ser utilizadas en un proyecto que sigue beneficiando a
Roma hasta el día de hoy. Fuentes: Ammerman (1990), Bauer (1993), Narducci
(1889), Lanciani (1920) y Bianchi (2014). Con los aportes de Chiara Biscarini y
Lucio Ubertini (UNESCO-PHI ITALIA). (UNESCO, 2017, p.18).
45
4.1.1. Impactos de las aguas residuales no tratadas
A continuación, en la Tabla 2 se presentan los principales impactos negativos producidos por el residual no tratada.
Tabla 2 Impactos negativos de las aguas residuales no tratadas en la salud humana, el medio ambiente y las actividades productivas
Impactos negativos de las aguas residuales no tratadas en la salud humana, el medio ambiente y las actividades productivas
Impacto en: Ejemplos de impactos
Salud
• Aumento de la carga de morbilidad debido a la reducción de la calidad del agua potable
• Aumento de la carga de morbilidad debido a la reducción de la calidad del agua de baño
• Aumento de la carga de morbilidad debido a alimentos nocivos (pescado contaminado, verduras y otros productos de regadío)
• Aumento del riesgo de morbilidad cuando se trabaja o se juega en un área irrigada por aguas residuales
Medio Ambiente
• Disminución de la biodiversidad
• Degradación de los ecosistemas acuáticos (por ejemplo, eutrofización y zonas muertas)
• Olores desagradables
• Disminución de oportunidades recreativas
• Aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero
• Aumento de la temperatura del agua
• Bioacumulación de toxinas
Economía
• Reducción de la productividad industrial
• Reducción de la productividad agrícola
• Reducción del valor de mercado de los cultivos cosechados, si se usan aguas residuales peligrosas para el riego
• Reducción de las oportunidades de actividad recreativa y acuáticas (reducción del número de turistas o reducción de la disposición a pagar por los servicios recreativos)
• Reducción de las capturas de peces y mariscos, o reducción del valor de mercado de pescados y mariscos
• Aumento de la carga financiera sobre la asistencia sanitaria
• Aumento de las barreras al comercio internacional (exportaciones)
• Costos más alto al tratamiento del agua (para el suministro humano y otros)
• Reducción de precios de propiedades cerca de masas de agua contaminadas Nota: Adaptada de “Aguas residuales, el recurso desaprovechado” (UNESCO, 2017).
46
Flujo de las aguas residuales
Los flujos de aguas residuales son tan variados como sus fuentes y los tipos de
componentes que contienen, siendo estos últimos una función de los primeros.
(…) [La Figura 3] ofrece una visión general de los principales flujos de aguas
residuales, desde su generación en la fuente hasta su destino final. Las aguas
residuales no recolectadas (y todos sus componentes) terminan en el medio
acuático. Esto también ocurre con las aguas residuales que se recogen y se
eliminan sin tratamiento, cuya proporción, en algunos casos, puede ser
considerable (…). El tratamiento de aguas residuales puede permitir la separación
del agua y otros componentes, que luego pueden ser reutilizados o eliminados.
(UNESCO, 2017, p.20).
Figura 3. Flujo de aguas residuales . Adaptada de “Aguas residuales, el recurso desaprovechado” (UNESCO, 2017).
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47
Aguas residuales domésticas y aguas residuales urbanas
Es necesario presentar los conceptos de agua residual doméstica y agua residual urbana,
debido a que estas dos definiciones dividen la investigación en dos partes.
Aguas residuales urbanas o municipales:
Son “aguas residuales procedentes de fuentes domésticas, industriales, comerciales e
institucionales en un asentamiento (…). La composición de las aguas residuales municipales
puede variar considerablemente ya que refleja la variedad de contaminantes liberados por las
diferentes combinaciones de fuentes” (UNESCO, 2017, p.176).
Dentro de los componentes típicos de las aguas residuales municipales se encuentra una
“amplia gama de contaminantes, tales como microorganismos patógenos, nutrientes y materia
orgánica, metales pesados y contaminantes emergentes” (UNESCO, 2017, p.20).
Aguas residuales domésticas:
Son aguas residuales “compuestas de aguas negras, aguas grises y potencialmente otros
tipos de aguas residuales derivadas de actividades domésticas en asentamientos residenciales”
(UNESCO, 2017, p.176).
Las aguas residuales domésticas tienen como componentes químicos típicos:
“excrementos humanos (microorganismos patógenos), nutrientes y materia orgánica. También
pueden contener contaminantes emergentes (por ejemplo, productos farmacéuticos, fármacos y
disruptores endocrinos)” (UNESCO, 2017, p.40).
La composición exacta de este tipo de agua varía dependiendo de las regiones y las
culturas, las diferencias alimenticias, los tipos de productos de aseo, el consumo de agua potable,
entre otros; no es posible estandarizar para una ciudad cualquiera la calidad del agua residual
doméstica que se desea tratar, por tanto, imposibilita la existencia de fórmulas o modelos únicos
de tratamiento y exige la realización de diseños especializados para cada una.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
48
Tratamiento de las aguas residuales
Para la UNESCO, (2017):
El tratamiento de las aguas residuales consiste en una combinación de procesos
físicos, químicos y biológicos para eliminar los componentes de las aguas
residuales.
Los procesos físicos permiten la eliminación de sustancias mediante el uso de
fuerzas naturales (por ejemplo, la gravedad), así como de barreras físicas, tales
como filtros y membranas o radiación ultravioleta (UV), que se utilizan
principalmente para la desinfección. El uso de membranas está aumentando debido
a la alta calidad de los efluentes después del tratamiento y para la eliminación
efectiva de microcontaminantes orgánicos, desde pesticidas hasta productos
farmacéuticos y de cuidado personal (Liu et al., 2009). Los sistemas de membrana
se caracterizan por un alto consumo energético y altos niveles de funcionamiento y
mantenimiento (Visvanathan et al., 2000).
Los procesos químicos se usan a menudo para la desinfección y la eliminación
de metales pesados. El tratamiento primario químicamente asistido, por ejemplo,
mediante el uso de sales férricas o polielectrolito, puede eliminar la DBO y los
sólidos, pero el lodo generado es frecuentemente difícil de tratar y eliminar (ONU-
Agua, 2015a). Se ha demostrado que la oxidación químicamente avanzada elimina
los compuestos perturbadores endocrinos (EDC) (Liu et al., 2009).
Los procesos biológicos en el tratamiento de aguas residuales reproducen la
degradación que ocurre naturalmente en ríos, lagos y arroyos. Estos procesos se
utilizan en plantas de tratamiento de aguas residuales donde los reactores
biológicos están diseñados para potenciar la degradación bioquímica en
condiciones cuidadosamente controladas, aumentando así la eliminación de
contaminantes y la estabilización de los lodos.
Los procesos que tienen lugar en los biorreactores pueden ser aeróbicos o
anaeróbicos. Los primeros a menudo necesitan más energía para mantener las
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
49
condiciones aeróbicas dentro del reactor, y los desechos orgánicos se convierten
en biomasa (lodo) y dióxido de carbono (CO2). Sin embargo, impide la formación
de metano (CH4), que tiene un mayor potencial de calentamiento climático que el
CO2 (Cakir and Stenstrom, 2005). Los procesos de tratamiento anaeróbico
generalmente requieren menos energía y tienen una menor producción de lodos y
generan CH4, pero esto puede ser capturado y usado como una fuente de energía.
Los procesos físicos, químicos y biológicos se combinan para lograr diferentes
«niveles» de aguas residuales: preliminares, primarios, secundarios, terciarios y
cuaternarios (…).
La selección de las tecnologías más adecuadas depende del tipo de
componentes, de la carga contaminante, del uso anticipado de las aguas residuales
tratadas y de la asequibilidad económica. (…). Uno de los subproductos del
tratamiento de aguas residuales es el lodo residual. El lodo generado es rico en
nutrientes y materia orgánica, lo que le confiere un potencial considerable como
acondicionador del suelo y fertilizante. En muchos casos, sin embargo, no se
percibe el valor beneficioso de los lodos residuales debido a las preocupaciones
acerca de los patógenos, metales pesados y otros compuestos que puedan contener.
Otros subproductos útiles de las aguas residuales incluyen biogás (es decir, CH4) y
calor, que pueden recuperarse para un uso beneficioso en la planta de tratamiento
o en la comunidad adyacente.
La gestión y el funcionamiento reales de los sistemas de tratamiento de aguas
residuales son actividades complejas que pueden beneficiarse de un método de
evaluación de riesgos que analiza la cadena de componentes que conforman el
sistema. Dichas evaluaciones pueden ayudar a garantizar su correcto
funcionamiento con los niveles de eficiencia esperados y poner de relieve los
eslabones débiles en la cadena que podrían causar problemas de salud y seguridad.
(UNESCO, p.47).
50
Ventajas y desventajas de los sistemas de tratamiento de aguas residuales
A continuación, en la Tabla 3 se presentan ventajas y desventajas de algunos de los sistemas de tratamiento de aguas residuales.
Tabla 3 Ventajas y desventajas de determinados sistemas de tratamiento de aguas residuales
Ventajas y desventajas de determinados sistemas de tratamiento de aguas residuales
Tipo Naturaleza de las aguas
residuales Ventajas Desventajas Componentes eliminados
Sistemas sépticos Aguas residuales domésticas
Simple, duradero, de fácil
mantenimiento, requiere un
espacio pequeño
Baja eficiencia de tratamiento;
necesidad de un tratamiento
secundario; efluente no inodoro; el
contenido debe eliminarse a
intervalos frecuentes
DQO, DBO, TSS; grasas
Sanitarios de compostaje
Excrementos humanos, papel
higiénico, aditivo de carbono,
residuos de alimentos
Reducir el consumo de
desechos y apoyar el
reciclaje de nutrientes (por
ejemplo, el uso de lodos
resultantes en la agricultura)
Necesidad de diseño y
mantenimiento adecuados para
proteger el medio ambiente y la
salud humana
Volumen reducido de 10 al 30%;
patógenos
Filtro anaeróbico
Aguas residuales domésticas e
industriales depositadas
previamente de relación
DQO/DBO estrecha
Simple y bastante duradero,
si está bien construido y las
aguas residuales han sido
tratadas previamente de
forma adecuada; alta
eficiencia de tratamiento; se
requiere poca superficie
El material del filtro puede causar
altos costos de construcción; se
puede obstruir el filtro; efluente no
inodoro
DBO, total de sólidos disueltos,
TSS
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
51
Tipo Naturaleza de las aguas
residuales Ventajas Desventajas Componentes eliminados
Tratamiento anaeróbico (por
ejemplo, biodigestor, RAFA,
etc.)
Excrementos humanos,
desechos animales y agrícolas
Reciclado del recurso; el gas
producido se puede utilizar
para generación de energía,
cocina e iluminación
Funcionamiento y mantenimiento
complejos, que pueden llevar a
fugas de gas o a una reducción y
bloqueo del tanque digestor con
sólidos; el tratamiento anaeróbico
a menudo proporciona poca
eliminación de nutrientes
DQO, DBO, TSS; grasas
Estanques de estabilización
Estanques anaeróbicos,
facultativos y de maduración
Aguas residuales domésticas,
industriales y agrícolas;
buenas para ciudades
pequeñas y medianas
Los estanques de maduración
pueden lograr una buena
eliminación bacteriana;
necesitan ser desenlodados a
intervalos regulares – o
hacerlo puede tener
consecuencias graves-; el
biogás puede ser recuperado
como fuente de energía
Uso intensivo de tierra; a veces
DBO y SS altos en efluentes de
algas, pero relativamente
inofensivos; vistos a veces como
proceso del clima cálido, pero
puede ser utilizado en climas
moderados
DBO, SS, TN, TP
Estanques de estabilización de
aguas residuales a base de
lentejas de agua
Aguas residuales domésticas y
agrícolas
No hay riesgo de
obstrucción; altas tasas de
eliminación de nutrientes
Uso intensivo de tierra; necesidad
de cosecha constante; inadecuado
en regiones muy ventosas
DBO, SS, TP, metales
Humedales artificiales
Aguas residuales domésticas y
agrícolas; pequeñas
comunidades; tratamiento
terciario para industrias
Baja o ninguna necesidad de
energía; bajos costos de
mantenimiento; proporciona
valor estético, comercial y
para el hábitat
Uso intensivo de tierra; se puede
obstruir el sistema TSS, DQO, TN, TP
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52
Tipo Naturaleza de las aguas
residuales Ventajas Desventajas Componentes eliminados
Tratamiento biológico
anaeróbico (es decir, lodos
residuales activados)
Aguas residuales domésticas e
industriales
Los aireadores de acero
inoxidable son resistentes a
las aguar residuales corrosivas
y las hacen adecuadas para las
plantas industriales de pulpa y
papel, la industria química y
entorno extremos.
Buena eliminación de la DBO
y la planta se puede operar
para facilitar la eliminación de
nitrógeno y fósforo.
Rápido, económico
comparado con otros
métodos, libre de olores.
Requisitos de mantenimiento
altos; ineficientes en aguas
profundas (por lo tanto, las
cuencas son generalmente
proco profundas) y en
condiciones climáticas de
congelación
Poca eliminación de cargas
bacterianas y alta producción de
lodos
DBO, SS, TN, TP
Sistema de membranas
Microfiltración, ultrafiltración,
nanofiltración, RO
Aguas residuales depositadas
previamente; pueden utilizarse
en combinación con procesos
biológicos (MBR, MBBR)
Procesos que cierran el ciclo
del agua y producen agua de
alta pureza para su
reutilización
Costos más altos y mayores
requisitos en funcionamiento,
mantenimiento y consumo de
energía.
La Microfiltración y la
ultrafiltración eliminan todos los
agentes biológicos y las
macromoléculas; la nanofiltración
elimina las moléculas orgánicas
simples; la ósmosis inversa elimina
los iones inorgánicos
Nota: Compilado por Birguy M. Lamizana-Diallo(PNUMA) y Ángela Renata Cordeiro Ortigara (WWAP), basado en OMS (2006) y ONU-Agua (2015a),
presentados por (WWD R 2017, pág. 46)
DBO Demanda biológica de oxígeno - DQO Demanda química de oxígeno - MBBR (por sus siglas en inglés) Reactor de lecho móvil con biofilm - MBR
(por sus siglas en inglés) reactores biológicos de membrana -RO (por sus siglas en inglés) Osmosis inversa - SS Sólidos en suspensión - TDS (por sus
siglas en inglés) Total de sólidos disueltos - TN (por sus siglas en inglés) Nitrógeno total - TP (por sus siglas en inglés) fósforo total - TSS Total de sólidos
en suspensión -RAFA Reactor anaerobio de flujo ascendente
53
Eficiencias típicas de remoción
A continuación, en la Tabla 4 se presentan las eficiencias típicas de remoción de cargas
contaminantes para algunos tipos de tratamiento de agua residual.
Tabla 4 Eficiencias típicas de remoción
Eficiencias típicas de remoción
Unidades de tratamiento
Eficiencia en la remoción de constituyentes, porcentaje
DBO DQO SS P N Org NH3-N Patógenos
Rejillas Desp1 Desp Desp Desp Desp Desp Desp
Desarenadores 0-5 0-5 0-10 Desp Desp Desp Desp
Sedimentación primaria 30-40 30-40 50-65 10-20 10-20 0 Desp
Lodos activados (convencional) 80-95 80-95 80-90 10-25 15-20 8-15 Desp
Filtros percoladores Alta tasa, roca 65-80 60-80 60-85 8-12 15-50 8-15 Desp
Súper tasa, plástico 65-85 65-85 65-85 8-12 15-50 8-15 Desp
Cloración Desp Desp Desp Desp Desp Desp 100
Reactores UASB 65-80 60-80 60-70 30-40 - - Desp
Reactores RAP 65-80 60-80 60-70 30-40 - - Desp
Filtros anaeróbicos 65-80 60-80 60-70 30-40 - - Desp
Lagunas de
oxidación
Lagunas anaeróbicas 50-70 - 20-60 - - - 90-99.9
Lagunas aireadas 80-95 - 85-95 - - - 90-99.9
Lagunas facultativas 80-90 - 63-75 30 - - 90-99.9
Lagunas de
maduración
60-80 - 85-95 - - - 90-99.9
Ultravioleta Desp Desp Desp Desp Desp Desp 100
Fuente: RAS 2000, Título E, Pág. E.46 1. Despreciable
Tratamiento por electrocoagulación
La electrocoagulación para Restrepo, Arango y Garcés, (2006) se define “como un
proceso en el cual son desestabilizadas las partículas de contaminantes que se encuentran
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
54
suspendidas, emulsionadas o disueltas en un medio acuoso, induciendo corriente eléctrica en el
agua a través de placas metálicas paralelas de diversos materiales” (p.62).
La electrocoagulación en su proceso lleva a cabo la electrolisis, la cual esta consignada en
las leyes de Faraday, Gutierrez (1986) explica que “la conducción de la corriente por una
disolución de un electrolito va acompañada de cambios químicos que tienen lugar en los
extremos del conductor introducido en la disolución” (Gutiérrez, p.166).
Para su estudio es necesario emplear corriente continua; con el fin de facilitar el proceso
se conectan placas metálicas, que son las que se introducen en la disolución, estas placas reciben
el nombre de electrodos, en ellos se producen los cambios químicos que la corriente origina. Al
electrodo conectado al polo negativo se le llama cátodo y al electrodo conectado al polo positivo
se le llama ánodo (Gutiérrez, 1986).
Los productos químicos que se forman en la electrolisis se desprenden (en caso de
ser gases), o se depositan (si son sólidos), en los electrodos. Por tanto, la reacción
química producida por la corriente eléctrica se realiza en la superficie de los
electrodos. (Gutiérrez, 1986, p.177).
Faraday (1883) intercaló un amperímetro en el circuito de electrolisis, para
medir la intensidad I, y pesó la cantidad G, de sustancia desprendida o depositada
en los electrodos, en un tiempo t. De este modo conocía la cantidad de
electricidad =I t, que había pasado a través de la disolución del electrolito y el
peso, G, de sustancia producida. Con estos datos estableció las siguientes leyes
empíricas, llamadas leyes de Faraday:
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
55
1ª El peso, G de sustancia desprendida o depositada en los electrodos es
proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado a través de la disolución
electrolítica.
2ª Las cantidades de diferentes sustancias producidas por la misma cantidad de
electricidad son proporcionales a los equivalentes químicos de dichas sustancias.
(Gutiérrez, 1986, p.177)
Adicionalmente Restrepo et al., (2006) indican que en el proceso de electrocoagulación:
Las reacciones más importantes que pueden sufrir las partículas de contaminantes
son: hidrólisis, electrólisis, reacciones de ionización y formación de radicales
libres. Estas reacciones cambian las propiedades del sistema agua- contaminantes,
que conlleva a la eliminación de la carga contaminante del agua. (Restrepo et al.,
p.66).
La producción de iones generados por los electrodos desencadena la eliminación de
contaminantes que pueden producirse por: reacciones químicas y precipitación, y por procesos
físicos de agregación de coloides que dependiendo de su densidad pueden flotar o precipitar
(Restrepo et al., 2006).
El proceso de electro coagulación involucra diferentes tipos de reacciones fisicoquímicas
durante su implementación, Hernández (2011) en su investigación concluye que:
Cuando se ejecuta un procedimiento electroquimico como la electrocoagulacion,
se producen simultaneamente seis funciones basicas entre los dos electrodos y en
la solucion electrolitica [las cuales son]:
[a] oxidación [en esta] se proporcionan electrones al ánodo para oxidar las
impurezas presentes en la solución.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
56
[b] reducción [donde] se proporcionan electrones por el cátodo para reducir las
impurezas presentes en la solución.
[c] electroforesis: Los iones con carga o cargas positivas se mueven desde el
ánodo al cátodo; mientras que los iones con carga o cargas negativas se mueven
desde el cátodo al ánodo.
[d] ataque electroquímico: (…) el ánodo se somete a una ionización de modo
de oxidación para liberar cationes mediante la aplicación de un voltaje adecuado
entre los dos electrodos, para hacer que la solución tenga la conductividad
apropiada.
[e] electrolisis: el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno.
[f] polarización: las impurezas y las moléculas de agua se polarizan en
respuesta a la aplicación del campo eléctrico formado entre los dos electrodos
cuando se aplica el voltaje adecuado, de forma que los iones con carga o cargas
negativas se acumulan cerca del ánodo y los iones con carga o cargas positivas se
acumulan cerca del cátodo (Hernández, p.20).
En general las transformaciones químicas generadas por este proceso consisten en
ganancia y pérdida de electrones o reducción y oxidación.
Con el fin de observar los elementos necesarios para llevar a cabo el tratamiento de aguas
residuales utilizando electrocoagulación, se muestra en la Figura 4 el montaje del equipo de
electrocoagulación creado y utilizado por Monsalve y Cardona (2014). La fuente eléctrica, los
electrodos, la cubeta electrolítica y el drenaje utilizado para el vaciado del recipiente contenedor
fueron algunos de los equipos y elementos utilizados para el desarrollo de la investigación.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
57
Figura 4 Montaje equipo de electrocoagulación (Monsalve y Cardona, 2014).
A continuación, se realiza una descripción del tratamiento basado en electrocoagulación,
presentado por la compañía española HIDRETEC, compañía que comercializa equipos para el
tratamiento de aguas residuales mediante la utilización de esta tecnología.
El tratamiento por electrocoagulación, en su esencia es similar a un proceso
fisicoquímico de coagulación-floculación en el que es necesario añadir una serie
de productos químicos basados normalmente en sales metálicas para conseguir el
proceso de coagulación, es decir, de desestabilización de los coloides
responsables de la materia en suspensión.
Mediante el procedimiento de electrocoagulación, se aplica una diferencia de
potencial a unos electrodos metálicos (normalmente aluminio y/o hierro). De esta
forma, se produce una rápida desestabilización de los coloides por aplicación
eléctrica y disolución de iones metálicos de los electrodos empleados.
La consecuencia es una importante reducción en el contenido en sólidos en
suspensión y eliminación de la DQO y DBO5 debido fundamentalmente a la
desestabilización de los coloides y la decantación y separación de materia
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
58
orgánica, aceites, grasas y metales pesados, así como iones calcio y magnesio. Por
otra parte, también se produce la desinfección de bacterias, virus o parásitos.
[Algunos de los beneficios del tratamiento son]: [a] tratamiento de agua
residual con alta carga orgánica, color o sólidos en suspensión; [b] baja
generación de lodos; [c] coste reducido de instalación y montaje al tratarse de
equipos compactos; [d] bajo coste de explotación; [e] no se requieren productos
químicos [f] eliminación de color y olor debido a que se trata de procesos
fisicoquímicos y no biológicos; [g] tratamiento instantáneo; [h] ampliable y
modular; [i] no se requiere obra civil; [j] automatismo y bajo mantenimiento; [k]
comparativa con otros sistemas; [l] es más eficiente en la reducción de DQO,
sólidos en suspensión y color; [m] tratamiento de varios contaminantes en un sólo
proceso; [n] sistema más compacto, sin obra civil y fácilmente transportable en
contenedor marítimo; [o] la conductividad y sales disueltas favorecen el
tratamiento; [p] precipita metales pesados como hierro, manganeso, incluso el
cromo VI que necesitaría tratamientos diferentes a los otros metales; [q] el
proceso esteriliza e higieniza tanto el agua residual como los lodos producidos,
siendo adecuados para compostaje; [r] mediante la eliminación carbonatos evita
las incrustaciones y la posterior aparición de legionella; y [s] los Costes de
operación entre un 50-60% más bajos en comparación a los tratamientos físico-
químicos.
La electrocoagulación ha sido utilizada de manera experimental en el tratamiento de
aguas residuales de varios orígenes, en cada una de las experimentaciones se han utilizado
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
59
diferentes parámetros físicos y eléctricos, con el fin de conocer la influencia de los mismos sobre
el proceso y buscar mayores eficiencias.
Se realizaron consultas a investigaciones realizadas sobre electrocoagulación con el fin de
generar un soporte teórico capaz de encaminar la investigación desarrollada a la obtención de
resultados satisfactorios, a continuación, se describen en detalle las metodologías; las bases
teóricas; los parámetros físicos, químicos y eléctricos; los resultados y las conclusiones de dichas
investigaciones.
La información recopilada en los capítulos de marco teórico y antecedentes teóricos
contribuyeron al cumplimiento de uno de los objetivos específicos propuestos para esta
investigación, adicionalmente permitieron el desarrollo de la investigación consignada en este
documento que lleva por nombre Diseño de un prototipo para el tratamiento de aguas residuales
domésticas, basado en electrocoagulación.
Fundamentos eléctricos en la electrocoagulación
La electrocoagulación involucra diferentes fenómenos y procesos de carácter eléctrico los
cuales deben ser definidos y contextualizados para entender claramente su fundamento. A
continuación, se definen parámetros eléctricos utilizados en el proceso de electrocoagulación
como: corriente eléctrica, conductor eléctrico, intensidad de corriente, densidad de corriente,
fuerza electro motriz, fuente generadora de fuerza electromotriz y resistencia eléctrica.
Según Young y Freedman (2009) “una corriente eléctrica es todo movimiento de carga de
una región a otra” (p.847), es decir que, la carga eléctrica en movimiento constituye una
corriente eléctrica; a su vez cualquier medio portador de carga eléctrica es un conductor
eléctrico; existen diversos tipos de conductores eléctricos dentro de los que se encuentran: (a)
conductores metálicos, en los cuales la corriente eléctrica es transportada por los electrones; (b)
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conductores gaseosos en los cuales la carga eléctrica es conducida por electrones y/o por iones
positivos; y (c) conductores líquidos (Electrolitos) en los cuales la corriente es llevada por iones
positivos como negativos (Barco et al., 2012, p.169).
La cantidad de corriente electrica que atraviesa una seccion transversal de un conductor
electrico en la unidad de tiempo se define como intensidad de corriente, se denota con la letra I y
para el sistema de unidades metro, kilogramo, segundo MKS equivale a la intensidad de
corriente que se produce cuando circula un Coulomb durante un segundo:
𝐼 =𝑄
𝑡=
𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏
𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
Donde:
I=Intensidad de corriente
Q=Carga de un Coulomb
T= Tiempo 1 segundo
La corriente eléctrica genera diferentes efectos sobre el medio en el cual circula, los
efectos más significativos son: (a) efecto calorífico, modificando la temperatura del conductor;
(b) efecto magnético, produciendo campos magnéticos alrededor del conductor y (c) efectos
químicos, produciendo reacciones químicas en los ácidos bases y sales (Barco et al., 2012,
p.170).
La densidad de corriente es uno de los parámetros eléctricos considerado como de los
más importantes dentro de esta experimentación, representa la cantidad de corriente eléctrica en
un punto dentro de un conductor eléctrico, su representación es vectorial y tiene la dirección de
la corriente; si la densidad de corriente es constante en toda el área de la sección transversal del
conductor y es paralela a las líneas de corriente, esta densidad se denota con la letra J y equivale
a:
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𝐽 =𝐼
𝐴𝑟 [
𝐴
𝑚2]
Donde
I= Intensidad de corriente eléctrica en Amperios
Ar = Área de la sección transversal del conductor eléctrico en metros cuadrados. (Barco et
al., 2012, p.171).
Para un mismo valor de densidad de corriente pueden llegar a existir infinitas
combinaciones de corriente electrica y area de seccion transversal del conductor electrico.
La fuerza electromotriz o (fem) según (Barco et al., 2012) se define como:
El trabajo que debe hacer [una] fuente [de fuerza electromotriz] sobre los
portadores de carga para moverlos de un punto bajo de potencial a un punto de
mayor potencial, (…) es la diferencia de potencial [que existe] entre los bornes de
la fuente cuando no está suministrando corriente eléctrica. (p174).
La unidad de la fuerza electromotriz es el Voltio.
La fuente generadora de fuerza electromotriz es definida por (Barco et al., 2012) como:
“un dispositivo el cual transforma energia quimica, mecanica o cualquier tipo de energia en
energia electrica” (Barco et al., p. 174).
“Existen varios dispositivos como pilas, baterias, generadores electricos y acumuladores
entre otros en los cuales mantienen una diferencia de potencial entre dos puntos de un
conductor” (Barco et al., 2012, p.174), los cuales son considerados como fuentes generadoras de
fuerza electromotriz.
La facultad de ingeniería de la Universidad De La Salle cuenta con fuentes generadoras
de fuerza electromotriz. En la Figura 5 se muestra una de estas fuentes eléctricas, la cual fue
utilizada en parte de la experimentación realizada para el desarrollo de esta investigación.
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Figura 5 Fuente de F.E.M.
La resistencia eléctrica es definida por Barco et al. (2012) como la oposicion que presenta
el conductor al paso de la corriente electrica que por el circula, se mide como la relacion entre la
diferencia de potencial V entre dos puntos del conductor y la intensidad de la corriente I que por
el circula, se presenta en la siguiente ecuacion:
𝑅 =𝑉
𝐼
Donde:
R resistencia eléctrica del conductor en OHM (O)
V= diferencia de potencial en Voltios
I= intensidad de corriente en Amperios
En la experimentación este concepto de resistencia eléctrica fue implementado y
calculado para el conductor líquido.
Dentro de los circuitos eléctricos es importante definir el concepto de la potencia eléctrica
la cual “es el trabajo que hace la fuente de voltaje para mover los portadores de carga de un
potencial bajo a un potencial alto en la unidad de tiempo” (Barco et al., 2012, p.188).
La potencia electrica que entrega la fuente de voltaje al circuito es:
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𝑃 = 𝑉 ∙ 𝐼
E implementando la ley de OHM
𝑉 = 𝐼 ∙ 𝑅
Se tiene que la potencia disipada o consumida en la resistencia R es igual a:
𝑃 = 𝐼2 ∙ 𝑅
Donde:
P= potencia en watt
I= intensidad de corriente en Amperios
R= resistencia en OHM
V= diferencia de potencial en Voltios
Con el fin de realizar control eléctrico al circuito realizado para el tratamiento de agua
residual doméstica basado en electrocoagulación, fue necesario utilizar instrumentación eléctrica
la cual permite conocer los valores de tensión, corriente eléctrica y resistividad en un instante
determinado.
Algunos de estos instrumentos eléctricos son:
Amperímetro: Para Serway se define como:
Dispositivo que mide la corriente (…). La corriente debe ser medida al pasar
directamente por el amperímetro, así que este debe estar en serie con la corriente
que se va a medir (…), idealmente un amperímetro debería tener resistencia cero
para no alterar la corriente que va a medirse. (Serway, 2004, p.158).
Voltímetro: dispositivo que mide las diferencias de potencial entre dos puntos
cualesquiera en un circuito, este dispositivo puede medir simplemente colocando las terminales
en dos puntos sin cortar el circuito, es posible hacer mediciones en paralelo a cualquier elemento
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incluido dentro del circuito. La resistencia teórica de un voltímetro se considera como infinita ya
que no debe circular corriente por él (Serway, 2004, p.158-159).
Existen dispositivos los cuales son capaces de medir diferentes parámetros eléctricos,
estos se conocen como multímetros; un multímetro es capaz de realizar mediciones de corriente
ya sea en corriente alterna AC o en corriente directa DC, mediciones de diferencias de potencial,
mediciones de resistencia eléctrica entre otras; para la investigación realizada se utilizó un
multímetro marca fluke de propiedad de la Universidad De La Salle el cual se muestra en la
Figura 6.
Figura 6 Multímetro.
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Antecedentes Teóricos
En Colombia y alrededor del mundo se han adelantado diferentes investigaciones
relacionadas con el tratamiento de aguas residuales provenientes de diversas actividades
humanas, gran número de investigaciones se basan en la electrocoagulación como técnica de
tratamiento; los resultados de estas investigaciones fueron tomados como referencia para la
definición de los diferentes parámetros involucrados en el diseño, construcción y operación del
prototipo de electrocoagulador. Pueden citarse las siguientes investigaciones como las más
relevantes.
Procesos avanzados de tratamiento y depuración de las aguas mediante
electrocoagulación.
Producto de un estudio doctoral en la Universidad Politécnica de Madrid España, resultó
una monografía doctoral en la cual se investigaron procesos avanzados de tratamiento y
depuración de las aguas mediante electrocoagulación. Según Hernández:
La electrocoagulación es una técnica efectiva para desestabilizar coloides en los
tratamientos de aguas potables, residuales e industriales. A la vez es un método de
tratamiento electroquímico muy prometedor que no requiere adición de reactivos
químicos y tiene un futuro importante en la tecnología del tratamiento del agua
(Hernández, 2011, p.42).
Con esta tesis el autor buscó realizar un sistema relativamente simple, económico y de
bajo consumo energético, que sirviera para ser utilizado en la mejora de la calidad de aguas
residuales o aguas normales que circulan por los ríos, para posteriormente ser utilizadas en
diferentes actividades (Hernández, 2011). Esta investigación fue desarrollada y ejecutada en tres
diferentes fases, las cuales se describen a continuación:
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En la fase número uno se realizó el diseño y construcción de un reactor a escala de
laboratorio, cuyo material fue vidrio y sus dimensiones internas útiles de 35.00 x 89.00 x 3.00
cm. Para el funcionamiento del reactor fue necesaria la instalación de dos placas metálicas de
aluminio, de sección transversal rectangular, con dimensiones de 54.00 x 38.40 cm; Este reactor
se utilizó principalmente para evidenciar de manera preliminar los efectos de la
electrocoagulación sobre las muestras de agua.
En la segunda fase se encaminó a realizar “ensayos a escala de laboratorio, encaminados
a estudiar la influencia de las variables que intervienen en el proceso como: la intensidad de
corriente, conductividad, temperatura, y las variaciones de pH resultante” (Hernández, 2011,
p.126). Es importante mencionar que estos ensayos se realizaron con agua del río manzanares,
aguas debajo de la depuradora de viveros de la villa y en la salida de Madrid, aguas abajo de la
depuradora de la china, en la ciudad de Madrid España.
Adicionalmente y en simultánea Hernández (2011):
Realizó un estudio sobre el efecto de la separación entre placas sobre la
conductividad, intensidad de corriente, densidad de corriente, temperatura y
voltaje. Para ello se sometió el agua del grifo del laboratorio, de conductividad
alrededor de 100 µS/cm, a electrocoagulación en celdas con separación entre
placas de 10.10; 9.00; 7.40 y 3.25 cm. (p.126).
La segunda fase sirvió como fundamento para el desarrollo de la fase posterior; permitió
evidenciar que uno de los parámetros básicos de diseño es la relación de la superficie electrónica
sobre el volumen de la disolución (A/V), siendo una medida del potencial para la liberación de
coagulante.
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La tercera y última fase constaba de la construcción de una planta de tratamiento con
capacidad para tratar 144 l/h en flujo continuo, la planta contó con tres secciones: (a) sección de
dosificación, en la cual se adicionaron químicos según los resultados de pruebas fisicoquímicas
realizadas al agua; (b) sección de alimentación – electrocoagulación, en la cual se evaluaron
cuatro tipos de electrodos aluminio, hierro, acero y grafito; y (c) la sección de decantación –
flotación.
La realización de ensayos durante las tres fases, produjeron resultados que permitieron a
Hernández (2011) afirmar que:
En relación con la densidad de corriente, (…) tiene un gran efecto en el proceso
de [electrocoagulación] EC. A altas densidades de corriente, la disolución anódica
de los materiales de electrodo (Al ó Fe) se incrementa generando gran cantidad de
coagulante, para la eliminación de contaminantes (p.321).
Las conclusiones reportadas por el autor se resumen brevemente en la Tabla 5, donde se
muestran los porcentajes de remoción para los diferentes parámetros evaluados con las
configuraciones de electrodos utilizadas.
Tabla 5 Porcentajes de remoción obtenidos (Hernández, 2011) Porcentajes de remoción obtenidos (Hernández, 2011)
Porcentajes de remoción
Parámetro
Aluminio Hierro Aluminio Hierro
Aluminio Hierro Grafito Grafito
Turbidez >80% Incrementó 80% - 92% Incrementó
SST 60% - 85% 20% - 60% 50% Incrementó
DQO 61% - 81% 51% - 82% 42% - 66% 33% - 60%
Coliformes totales 99.80% 99.99% -- 98.70%
NOTA: SST: sólidos suspendidos totales; DQO: demanda química de oxígeno. Adaptado de (Hernández,
2011).
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El autor mostró que el costo del proceso depende del consumo de los electrodos de
sacrificio y de la energía eléctrica consumida, también aseguró que la energía consumida cuando
se utilizaron electrodos de hierro fue ligeramente menor, pero indicó que su utilización
incrementaba la turbidez del agua, lo cual la hizo inutilizable para diferentes actividades.
Hernández (2011) observó que el consumo energético adicionando un electrolito
disminuye considerablemente, respecto a la temperatura en todos los ensayos no hubo
incremento que superara los tres grados centígrados; Por otra parte, el pH sufrió un incremento
ligero con todas las combinaciones realizadas.
Evaluación del efecto de la electrocoagulación en la disminución de la carga
contaminante en aguas residuales.
Los investigadores Medina y Acosta (2009) evidenciaron una problemática social
relacionada con la contaminación del agua, la cual tomaron como base para dar sustento a su
investigación consignada en el trabajo “Evaluación del efecto de la electrocoagulación en la
disminución de la carga contaminante en aguas residuales” (p.1). La problemática enunciada
contribuye a: (a) la destrucción de ecosistemas; (b) la disminución de autodepuración del agua
debido al incremento de carga contaminante y (c) a la proliferación de enfermedades, que según
los autores son causadas por los vertimientos de tipo industrial, los cuales se llevan a cabo sobre
los sistemas de alcantarillado o cuerpos de agua superficiales sin ningún tipo de tratamiento que
contribuya a su descontaminación.
Basados en las causas y consecuencias de la problemática social, Medina y Acosta
(2008) consideraron que la electrocoagulación “surge como una de las mejores alternativas para
el tratamiento de efluentes de tipo industrial, debido a su versatilidad, áreas de operación
pequeñas y además no es necesario el uso de aditivos químicos para lograr la separación.” (p.20);
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ahondando en las ventajas de la electrocoagulación los investigadores Medina y Acosta (2008) la
consideraron:
Como una técnica benigna o amiga del medio ambiente. Es muy adecuada para el
tratamiento de las aguas residuales de diversa procedencia, recuperación de suelos
contaminados, desalación de disoluciones, regeneración de oxidantes, reductores
bases y ácidos. Y para la síntesis de diferentes compuestos orgánicos e
inorgánicos por su gran especificidad y economía. (p.23).
Para Medina y Acosta, el impacto social generado por la implementación de esta
tecnología es la de disminuir el consumo de agua brindada por las empresas prestadoras de
servicio, debido a la posibilidad de reutilizar el agua para diferentes usos, posterior al tratamiento
de electrocoagulación.
Medina y Acosta en su trabajo plantearon como objetivo general “evaluar el efecto de la
electrocoagulación en la disminución de la carga contaminante en aguas residuales” (p.22), para
su desarrollo estudiaron dentro del proceso de electrocoagulación “el comportamiento e
influencia (…) de los siguientes parámetros de control: tipos de electrodos, distancia entre ellos,
cantidad de voltaje medio y cantidad de corriente circulada en electrodos, tiempo de aplicación
de corriente y volumen tratado” (Medina & Acosta, 2009, p.24).
Para las pruebas realizadas fue necesaria la construcción de un reactor plástico con
capacidad máxima de dos litros y la utilización de cuatro tipos de electrodos: titanio (como
cátodo fijo) hierro aluminio y zinc. La variedad de ánodos dieron como resultado seis
combinaciones de la siguiente manera: (a) titanio – hierro, (b) titanio – aluminio y (c) titanio –
zinc para el tratamiento del agua tipo doméstica proveniente de la entrada de la Laguna de
oxidación del centro de investigación del agua de la Universidad del Zulia, adicionalmente las
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combinaciones (d) titanio – hierro, (e) titanio – aluminio y (f) titanio – zinc para el tratamiento
del agua tipo industrial proveniente de una industria avícola del estado Zulia; en todas las
combinaciones se estableció un tiempo de operación de 60 minutos, una separación de electrodos
de 2 centímetros, agitación constante de 60 revoluciones por minuto (RPM) y 60 minutos de
reposo para sedimentación.
En la Tabla 6 se muestran los valores de intensidad y densidad de corriente para todas las
combinaciones de electrodos con los cuales se realizó el tratamiento de electrocoagulación.
Tabla 6 Valores de intensidad y densidad de corriente, Medina y Acosta (2009)
Valores de intensidad y densidad de corriente, Medina y Acosta (2009)
Cátodo Parámetro Ánodo
Hierro Aluminio Zinc
Titanio
Intensidad de
corriente (mA) 100, 160, 250 y 400. 100, 160, 250 y 400 100, 160, 250 y 400
Densidad de corriente
(mA/cm2) 7.95; 12.71; 19.87 y 31.79 5.07; 8.12; 12.69 y 20.30 5.07; 8.12; 12.69 y 20.30
Nota: mA: miliamperios. Adaptado de Medina y Acosta, (2009).
Dentro de la metodología implementada, se realizó una caracterización fisicoquímica de
las aguas residuales antes y después de ser sometidas a tratamiento de electrocoagulación, se
tuvieron en cuenta paramentos como: (a) temperatura, (b) conductividad, (c) PH, (d) alcalinidad,
(e) color, (f) turbidez, (g) cloruros, (h) dureza total, (i) dureza cálcica, (j) dureza magnésica, (k)
nitrógeno total, (l) nitrógeno amoniacal, (m) fósforo disuelto total, (n) sólidos suspendidos, (o)
sulfatos y (p) demanda química de oxígeno; con el fin de monitorear y conocer la combinación
de electrodos que produjera el mayor impacto positivo en cuanto a remoción de contaminantes y
calidad del agua.
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Por último, se realizó la “caracterización de los lodos formados después del proceso de
electrocoagulación” (Medina & Acosta, 2009, p.120) sobre una muestra de lodo resultante de
todas las pruebas realizadas. La muestra fue filtrada, posteriormente llevada al horno a una
temperatura de 120 grados durante dos días con el fin de retirar cualquier presencia de agua
sobre la muestra; ya en estado sólido la muestra de lodos fue expuesta a un proceso que provoca
la incineración y remoción total de materia orgánica, para finalmente ser sometida a pruebas
fisicoquímicas que permitieron identificar parámetros como: nitrógeno total, fósforo disuelto
total y metales disueltos.
En las conclusiones realizadas se afirma que “A mayor densidad de corriente circulada
por los electrodos y menor separación de los mismos, se obtiene mayor porcentaje de remoción
de contaminantes” (p. 175). En la Tabla 7 se muestran los máximos valores de remoción para
algunos de los parámetros más importantes analizados sobre los diferentes tipos de agua.
Tabla 7 Porcentajes máximos de remoción Medina y Acosta, (2009)
Porcentajes máximos de remoción Medina y Acosta, (2009)
Cátodo Parámetro
Ánodo Aluminio
A R doméstica A R industrial
Titanio
DQO 85% 86%
Color 99% 96%
Turbidez 92% 97%
Sólidos suspendidos 96% 97%
Nota: DQO: demanda química de oxígeno. Adaptado de Medina y Acosta, (2009).
Se evidenció contenido de metales en los lodos analizados, para lo cual los autores
concluyeron que “se deben principalmente a las pérdidas del material del ánodo utilizado durante
cada proceso de electrocoagulación” (p.176).
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Aplicación de la electroquímica en el tratamiento de aguas residuales.
Evidentemente desde hace varios años existen problemáticas en torno al agua, según
Gilpavas (2008):
Actualmente con el crecimiento de la población mundial se ha vuelto un reto
proveer agua limpia para toda la población, especialmente en los países en vía de
desarrollo, a causa de que los cuerpos de agua están siendo contaminados por
residuos industriales y otras actividades que realiza el hombre. (Gilpavas, p.1).
Estas problemáticas incentivaron a realizar una investigación mediante la cual se evaluó
una nueva tecnología basada en electrocoagulación para el tratamiento de agua residual
proveniente de dos industrias: la primera es “la industria del cuero [la cual está catalogada] como
una de las más contaminantes de aguas debido a que se utilizan procedimientos muy artesanales
a través de todo el proceso, especialmente en la curtición” (Gilpavas, 2008, p.1). La segunda
industria es la industria textil, la cual para su proceso de teñido utiliza gran cantidad de
colorantes, generando “efluentes que pueden contener partículas suspendidas, altos valores de
PH, aportar materia orgánica e inorgánica susceptible de ser oxidada (DBO Y DQO)
(Mohammad et al. 2004)” (Gilpavas, 2008, p.2).
La investigación realizada por Gilpavas (2008) tuvo como objetivo:
Evaluar el método de electrocoagulación como una alternativa en el tratamiento
de aguas residuales procedentes de la industria de curtiembres y floricultivo, para
la degradación del contaminante, DQO, DBO5 y [carbono orgánico total] COT,
midiendo las concentraciones de los contaminantes (cromo y colorante) antes y
después del tratamiento. (Gilpavas, p.3).
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Para su cumplimiento fue necesaria la construcción de dos reactores tipo batch a escala de
laboratorio con capacidad de 0.25 y 1.02 litros empleados para ensayos preliminares y
definitivos respectivamente, en los que se utilizaron electrodos de hierro y aluminio, junto con un
agitador magnético.
Las pruebas preliminares se realizaron con el fin de identificar variables, disminuir el
número de ensayos experimentales, mejorar el diseño de la celda, determinar los parámetros a
monitorear, conocer el tiempo de residencia, velocidad de agitación y seleccionar material de
electrodos optimo, para lo cual se realizaron las siguientes combinaciones: hierro – hierro, hierro
– aluminio, aluminio – aluminio.
Los ensayos finales se llevaron a cabo durante una hora de exposición, agitación de 382
RPM, electrodos de hierro y aluminio, y una distancia de 5 mm entre electrodos; Se
monitorearon parámetros antes y después del proceso de electrocoagulación como: temperatura,
pH, conductividad, cromo, materia orgánica y color.
Dentro de los resultados encontrados por los autores para el agua residual proveniente de
la curtiembre, la electrocoagulación fue un tratamiento exitoso, la remoción de cr+3 para una
concentración inicial de 5456.70 partes por millón (ppm) en un tiempo de reacción de dos horas
alcanzó un porcentaje del 81.99%. En el segundo caso con concentración inicial de cr+3 3280
ppm y tiempo de exposición de una hora se obtuvo un porcentaje de remoción de 99.76% lo cual
según el autor son resultados favorables ya que se “espera que con un tiempo de reacción de
aproximadamente 2 horas, con una concentración de 3280 ppm se logre reducir hasta una
concentración de Cr+3 0.5 ppm, establecida como límite máximo para vertimientos de aguas
industriales residuales por el Decreto 1594 de 1984” (Gilpavas, 2008, p.62).
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Este tratamiento permitió aumentar la biodegradabilidad del agua residual, se degrado
carga orgánica y carbono orgánico total; el porcentaje de degradación llegó hasta un 50.67% de
DQO y 18.97% COT para la muestra con concentración de 5456.70 ppm, de 60% de DQO y
51.23% COT para la muestra con concentración de 3280 ppm ambos con tiempo de exposición
de una hora.
Gilpavas (2008) identificó que los parámetros que tuvieron mayor influencia en la
eficiencia del proceso de electrocoagulación fueron: (a) distancia entre electrodos, (b) interacción
distancia entre electrodos-agitación, (c) agitación-agitación, (d) concentración inicial interacción
de concentración inicial-concentración inicial, (e) electrodo-electrodo, (f) voltaje y (g) voltaje-
voltaje, en donde las interacciones distancia de electrodos-agitación y electrodo-electrodo son
directamente proporcionales al porcentaje de remoción de Cr+3, mientras que, las interacciones
concentración inicial-concentración inicial y voltaje-voltaje, así como la distancia entre
electrodos, agitación, concentración inicial y el voltaje son inversamente proporcionales a la
variable de respuesta.
Para el agua residual proveniente de un floricultivo se encontraron condiciones óptimas
de operación las cuales fueron: intensidad de corriente 2.04 A, conductividad 1434 µS/cm y una
concentración de 1.6, para unos resultados que se muestran en la Tabla 8.
Tabla 8 Remoción de parámetros para agua residual de floricultor Gilpavas, (2008)
Remoción de parámetros para agua residual de floricultor Gilpavas, (2008)
Parámetro Tiempo (minutos)
8 10 14
DQO 53.31% 68.26% 76.25%
Color 97.23% 89.39% 98.38%
COT 41.81% 41.81% 41.81%
Nota: DQO: demanda química de oxigeno; COT: carbono orgánico total. Adaptado de Gilpavas, (2008).
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Diseño de una celda de electrocoagulación para el tratamiento de aguas residuales
de la industria láctea.
Según Ruiz y Giraldo (2007):
Tradicionalmente los contaminantes presentes en las aguas residuales han sido
eliminados por coagulación química, mediante la adición de agentes químicos que
propician la neutralización de las cargas de partículas que se encuentran
suspendidas o en forma coloidal, dando como resultado la disminución de las
repulsiones entre partículas, que son aglomeradas para su posterior precipitación.
(Ruiz y Giraldo, p.57).
“Efluentes líquidos de diferentes procesos industriales se han tratado por
electrocoagulación (Kobya, 2003 y Ping, 2005) obteniendo resultados alentadores en la remoción
de contaminantes” (Ruiz & Giraldo, 2007, p.57), por esta razón se desarrolló una investigación
en la cual se evaluaron diferentes aspectos a tener en cuenta dentro del diseño de una celda de
electrocoagulación, la distancia entre electrodos, selección del electrodo de sacrificio,
configuración de la celda de electrocoagulación, parámetros eléctricos, dimensiones y números
de electrodos fueron los más relevantes.
En dicha investigación se construyó un reactor tipo Bach, el cual “tiene importancia a
nivel de laboratorio ya que permite el estudio del proceso y [la identificación de] los parámetros
a ser controlados” (Ruiz & Giraldo, 2007, p.57). Para la experimentación se llevaron a cabo
pruebas sobre aguas residuales de la industria láctea, las cuales fueron caracterizadas
previamente al tratamiento, en la Tabla 9 se muestran los valores para los parámetros evaluados.
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Tabla 9 Características fisicoquímicas del agua residual, Ruiz y Giraldo, (2007)
Características fisicoquímicas del agua residual, Ruiz y Giraldo, (2007)
Parámetro Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3
pH 10.02 11.49 10.92
Conductividad (µS/cm) 1925 2980 2450
DQO (ppm) 5697 6306 6175
Grasas y aceites (ppm) 581 782 678
Nota: DQO: demanda química de oxigeno; S: siemens; ppm: partes por millón. Adaptado de Ruiz y Giraldo.
2007.
Para la determinación de aspectos relacionados al diseño de la celda, se realizaron
pruebas exploratorias por medio de las cuales se determinó: la distancia apropiada entre
electrodos, los niveles de pH, densidad de corriente y tiempo de exposición adecuados.
Durante las pruebas Ruiz y Giraldo (2007) observaron que para separaciones entre
electrodos inferiores a 10 mm los tratamientos se hacen prolongados, adicionalmente se
presentaron atascamientos por deposición de lodo, impidiendo la circulación del medio acuoso y
la generación de turbulencias, lo que resultó en bajas remociones de DQO. Para distancias
superiores a 10 mm no se presentaron cambios importantes en el proceso en comparación con los
resultados obtenidos a 10 mm, por lo cual se sugirió una separación óptima de 10 mm.
Realizado el análisis de los resultados obtenidos en las pruebas exploratorias Ruiz y
Giraldo (2007) aseguran que se obtienen mayores remociones de contaminantes utilizando como
electrodo de sacrificio el hierro, a valores de pH bajos y con un tiempo de exposición de 15
minutos.
El diseño, construcción y montaje del sistema de electrocoagulación definitivo se llevó a
cabo para una capacidad de dos litros, con electrodos rectangulares de “hierro y aluminio
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
77
dispuestas en paralelo y conectadas a una fuente de voltaje de corriente directa” (Ruiz & Giraldo,
2007, p.61).
Para el diseño de la celda los autores concibieron una distribución volumétrica que
contempla tres regiones: zona de flotación (1/4 h), zona de reacción (2/4 h) y zona de
sedimentación (1/4 h). las dimensiones de los electrodos coinciden con la altura de la zona de
reacción y el ancho del reactor; el número de electrodos se determinó suponiendo una separación
máxima entre electrodos de 14 mm más un espesor de 3 mm para cada placa y un ancho de
reactor igual a 140 mm, calculando así se obtuvo un total de 6 electrodos.
La fuente eléctrica se construyó con una capacidad de 25 A y 16 V basados en que “la
conexión mono polar el voltaje total será igual al voltaje entre los electrodos (Uo). en el caso de
la conexión bipolar el voltaje se calcula como:
𝑈 = (𝑁 − 1)𝑈0
Con U= voltaje total, N= número de electrodos y U0= voltaje entre electrodos.
Electrocoagulación de aguas residuales.
La Universidad Nacional de Colombia sede Manizales publicó un documento en el cual
muestra la aplicación de metodologías no convencionales para la floculación de agua residual de
diferente tipo, “se considera que las partículas que están en suspensión en el agua tienen un
carácter eléctrico que las hacen recolectoras de iones de carga opuesta” (Morante, 2002, p.484).
Con ayuda de los iones como el sulfato de aluminio o el cloruro férrico aportados por los
electrodos y la aplicación de una diferencia de potencial, se genera un reacomodamiento de
cargas eléctricas que provocan la unión y generación de partículas más grandes conocidas como
flocs (Morante, 2002).
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78
Lo que se pretende con la electrocoagulación es disminuir las técnicas de coagulación –
floculación convencional o de forma química, para esto se presenta un modelo de un reactor
electrolítico el cual consta de un recipiente de termoplástico y una fuente de energía que induce
la corriente eléctrica por medio de los electrodos; En el reactor se evaluaron los porcentajes de
remoción de grasas y aceites de aguas residuales provenientes de la empresa productora de
gelatina PROGEL S.A.
Dentro de la metodología utilizada esta evaluar la influencia en el proceso que tienen los
tipos de electrodos, distancia entre ellos, tipo de flujo, voltaje, corriente, temperatura y tiempo de
exposición. El experimento se realizó con agua residual del proceso de producción de gelatina,
obtenidas semanalmente durante 16 semanas, Morante (2002) obtuvo las condiciones propias
para el ensayo, los cuales arrojaron los valores más favorables (tiempo de tratamiento, voltaje,
corriente, número de electrodos, separación entre electrodos material de electrodos, tamaño de
electrodos.) mostrados en la Tabla 10.
Tabla 10 Condiciones de operación Morante, (2002)
Condiciones de operación Morante, (2002) Muestra A.R. PROGEL Numero de electrodos 8
Volumen tratado 1000 ml Separación entre electrodos 5.00 mm
Voltaje inicial 2.70 V Cátodo 4 electrodos de Al
Corriente inicial 0.07 A Ánodo 4 electrodos de Fe
Tiempo de tratamiento 15 min Tamaño de electrodos (10.00x14.00x0.10) cm
Tipo de operación BATCH Área superficial de electrodos 294.00 cm2
Nota: Adaptado de Morante, 2002.
Los valores para los parámetros analizados en la muestra resultante de las condiciones
óptimas fueron: (a) PH, (b) turbiedad, (c) conductividad, (d) DQO, (e) grasas, (f) aceites y (g)
alcalinidad los cuales se muestran en la Tabla 11.
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79
Tabla 11 Análisis del agua Morante, (2002)
Análisis del agua Morante, (2002) Propiedad Agua cruda Agua electrocoagulada
Temperatura (ºC) 19.70 19.00
pH 10,86 13.06
Turbiedad (NTU) 140.00 125.00
Conductividad (Mohs) 1.20 1.78
DQO (Mg/L) 3104 931.20
Grasas y aceites (Mg/L) 1195 115
Alcalinidad (Mg/L CaCO3) 375 300
Hierro (ppm) 0.84 0.79
Aluminio (ppm) 2.62 2.53
Promedio voltaje (v) 2.70
Corriente promedio (A) 0,18
Densidad de corriente (A/m2) 6.26
Potencial (KW-h/m3) 0.12
Valor. E. eléctrica ($/m3) 20.23
Nota: DQO: demanda química de oxígeno; v: voltios; A: amperios. Adaptado de Morante 2002.
Análisis de antecedentes
Como información relevante se indican parámetros específicos utilizados por diversos
autores los cuales son: el material de electrodos, los tipos de corriente eléctrica, las Intensidades
de corriente, tensión y densidades de corriente.
Materiales de electrodos
Dentro de las investigaciones consultadas, se identificó que Hernández (2011) analiza y
descubre que en la mayoría de los antecedentes “se adoptan distintos tipos de ánodos y cátodos,
siendo los de aluminio, hierro y acero inoxidable, los más utilizados (…) las investigaciones han
sido realizadas en plantas de pequeño tamaño, a nivel de laboratorio y en sistema batch” (p.107),
a su vez algo parecido ocurre con Monsalve & Cardona (2014) los cuales aseguran que en su
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80
experimento “para encontrar los % de remoción más altos se fijó inicialmente un cátodo de
Acero y un ánodo de Al” (p.53).
Retomando el trabajo realizado por Hernández (2011), este realiza una descripción de la
investigación adelantada por Bukhari (2008) el cual trata agua residual urbana mediante
electrocoagulación usando como único material de electrodos, acero inoxidable, y con el cual
elimina sólidos suspendidos, turbidez y DBO.
Sobre un agua residual doméstica se aplicó un proceso electroquímico en el cual el
material utilizado para los electrodos fue el cinc, aluminio y grafito con el fin de evidenciar la
remoción de fosfatos en la muestra de agua, la cual fue extraída del río Egido en la ciudad de
Popayán Colombia (Medina & Acosta, 2009).
Por último, un estudio adelantado para la remoción de color en aguas residuales del
proceso de tinturado de una curtiembre mediante electrocoagulación realizado en la ciudad de
Cali utiliza una celda electroquímica monopolar la cual cuenta con dos electrodos; un ánodo de
hierro cobre o aluminio y un cátodo de grafito (Orozco y Castro, 2012).
Tipos de corriente eléctrica
Dentro de la información recopilada Hernández (2011) indica que para procesos de
electrocoagulación:
Normalmente se emplea una fuente de alimentación de corriente continua, con el
fin de minimizar la oxidación y pasivacion de la superficie de los electrodos. (…).
También usaron una fuente de alimentación de corriente alterna con 6 electrodos
de aluminio (tres pares) en el tratamiento de aguas residuales coloidales
procedentes de la industria petroquímica (p.24).
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81
Al mismo tiempo la corriente alterna o continua han sido usadas con propósitos de
desinfección electroquímica del agua, ha sido demostrado en la inactivación de una variedad de
microorganismos, incluyendo virus, bacterias, algas, Coliformes y estreptococos fecales.
(Hernández, 2011, p.35).
En la mayoría de los documentos producto de las experimentaciones realizadas sobre
electrocoagulación se utilizan fuentes de alimentación de corriente directa, el primer caso es el
de Morales y Acosta (2010) donde “se siguió con el principio de un reactor tipo batch (…) [que]
se conectó a una fuente de voltaje (de 50 a 60dc), con corriente directa (de 3A)” (p.38).
Intensidades de corriente, tensión y densidades de corriente empleadas
En la investigación realizada para el tratamiento de 2 litros de aguas residuales
provenientes del proceso de impresión de la industria papelera hecha por Monsalve y Cardona
(2014) “se especificó la densidad de corriente con valores de 10, 20, 30 y 40 A/m2 y para cada
uno de estos valores se hicieron 3 ensayos con tiempos de exposición de 5, 10, y 15 minutos”
(p.53), todos correspondientes para un área de electrodos igual a 154.5 cm2, así mismo la
corriente aplicada para el tratamiento de 1,5 litros de agua residual urbana hecho por Bukhari
(2008) fue de 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, y 0.8 A con un área efectiva de electrodo de 44 cm2, para cada
corriente el tiempo de contacto fue de 5, 10, 20, 30 y 50 minutos.
Los valores de densidad de corriente que se aplicaron para los ánodos de aluminio y cinc
están comprendidos dentro del rango de 3.54 y 50.75 mA/cm2 y para el ánodo de hierro entre
3.97 y 79.46 mA/cm2 durante distintos intervalos de tiempo comprendidos entre 15 minutos y
una hora, lo anterior realizado sobre una muestra de agua residual urbana y residual industrial
por Medina & Acosta (2009).
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82
Marco Normativo
Decreto 1076 de 2015
Decreto único reglamentario del sector ambiente y desarrollo sostenible, el cual, para
efectos de la investigación rige sobre: los vertimientos al sistema de alcantarillado y exigenc ias
mínimas en Colombia (artículo 2.2.3.3.9.15), así como los usos del agua residual tratada, ya sea
para uso agrícola, pecuaria, preservación de flora y fauna (artículo 2.2.3.3.9). También establece
en la sección 21 vertimiento por uso doméstico y municipal: artículo 2.2.3.2.21.3 imposibilidad de
verter aguas residuales en sistemas de alcantarillado público; Cuando las aguas residuales no
puedan llevarse a sistemas de alcantarillado público, regirá lo dispuesto en el artículo 145 del
Decreto-ley 2811 de 1974, y su tratamiento deberá hacerse de modo que no produzca deterioro de
las fuentes receptoras, los suelos, la flora o la fauna. artículo 2.2.3.2.21.4 sistema de alcantaril lado
y tratamiento de residuos líquidos.
En todo sistema de alcantarillado se deberán someter los residuos líquidos a un
tratamiento que garantice la conservación de las características de la corriente receptora con
relación a la clasificación a que refiere el artículo 2.2.3.2.20.1 del decreto-ley 2811 de 1974.
Sección 4, vertimientos. artículo 2.2.3.3.4.1 sustancias de interés sanitario. se nombran las
sustancias de interés sanitario, dentro de las cuales se encuentran: arsénico, plomo, bario, selenio,
cadmio, acenafteno, cianuro, acroleína, cobre, acrilonitrilo, cromo, benceno, mercurio,
bencidina, níquel, tetracloruro de carbono (tetraclorometano), plata.
Resolución 631 de 2015
Parámetros y valores límite máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos
de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público. El capítulo V denominado
parámetros fisicoquímicos y sus valores límites máximos permisibles en los vertimientos
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
83
puntuales de Aguas Residuales Domésticas, (ARD) y de las Aguas Residuales (ARD – ARnD) de
los prestadores del servicio público de alcantarillado a cuerpos de aguas superficiales, presenta
condiciones mínimas de calidad, parámetros físicos y componentes químicos como lo son pH,
DQO, DBO5, SST, grasas, aceites y sustancias activas al azul de metileno, los cuales deben
cumplir en sus valores máximos permisibles en el punto de entrega a la fuente superficial.
RAS 2000, Título E
Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. A continuación, se
hace un listado de elementos del Título E del RAS 2000 que fueron valorados en el desarrollo de
la investigación.
• Cadena de Custodia
• Métodos de Muestreo
• Recipientes para las muestras
• Cantidad
• Preservación de las muestras
• Parámetros mínimos de calidad del agua que deben medirse
• Eficiencias típicas de remoción
• Tratamiento primario, Sedimentadores
RETIE
Reglamento Técnico De Instalaciones Eléctricas, Artículo 12. Clasificación de los niveles
de tensión. Por el cual se estandarizan los niveles de tensión para sistemas de corriente alterna.
Siendo para el caso del proyecto de investigación nivel baja tensión, tensión nominal entre 25V y
1000V.
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84
Resolución CRA 750 DE 2016 Comisión de Regulación de Agua Potable y
Saneamiento Básico
En la cual se estipula el consumo básico (m3/suscriptor/mes) de agua potable, para
ciudades y municipios con relación a la altitud promedio en m.s.n.m. La resolución 750 contiene
los topes máximos de consumo básico permitidos para un usuario, promueve el uso racional del
agua y desincentiva a los consumidores que sobrepasen los límites estipulados. Esta norma se
tuvo como referencia en el cálculo del consumo máximo esperado de un usuario residencial,
durante el diseño teórico del reactor.
Marco Contextual
Bogotá D.C.
Ubicada en el centro del país, en la cordillera oriental, la capital (…) [de
Colombia] tiene una extensión aproximada de 33 kilómetros de sur a norte y 16
kilómetros de oriente a occidente y se encuentra situada en las siguientes
coordenadas: Latitud norte: 4° 35'56'' y longitud oeste de Greenwich: 74°04'51''.
Está dentro de la zona de confluencia intertropical, produciendo dos épocas de
lluvia; en la primera mitad del año en los meses de marzo, abril y mayo y en la
segunda en los meses de septiembre, octubre y noviembre.
La temperatura varía de acuerdo con los meses del año, desde diciembre hasta
marzo son altas, al contrario de abril y octubre en donde son más bajas.
Su altura media está en los 2625 metros sobre el nivel del mar.
Clima: Bogotá se caracteriza por tener un clima moderadamente frío, con cerca
de 14 ºC en promedio. Aun así, por ser un clima tropical, el frío se acentúa en
jornadas de lluvia o de poco sol. Por otro lado, en los días muy soleados la
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85
sensación térmica puede incrementarse hasta los 23 ºC o más. Tiene una humedad
aproximada cercana al 80% (…).
En ocasiones ocurren lluvias torrenciales o "aguaceros", las cuales también
ocasionalmente vienen acompañadas de "granizo".
Con ocasión al cambio climático y los fenómenos del niño y la niña, el clima de
Bogotá es impredecible, generalmente entre marzo, mayo, septiembre y
noviembre son meses de lluvias intensas, el resto de meses la precipitación es
menor. Se pueden presentar cambios repentinos de temperatura, por eso se debe
estar siempre preparado para el frío, el sol y la lluvia. (Alcaldía Mayor de Bogotá,
2015).
Planta de tratamiento de agua residuales Salitre
La ciudad de Bogotá cuenta con una única planta de tratamiento de aguas residuales, la
cual se encarga de tratar las aguas residuales de la zona norte de la ciudad (Figura 7 ). La
información presentada a continuación es retomada de la página oficial del acueducto de Bogotá
EAB, quien es la entidad encargada de su administración.
Figura 7. Ubicación PTAR el Salitre, (Google, 2017).
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
86
La planta de tratamiento de aguas residuales PTAR salitre es un complejo
tecnológico fundamental para el saneamiento del río Bogotá. En la PTAR salitre
se tratan aguas residuales del norte de la ciudad, generadas por más de dos
millones de bogotanos, principalmente de hogares, oficinas, colegios y
universidades, entre otros. De esta manera, se asegura que las aguas de la Planta
vertidas al Río Bogotá -tras el proceso de tratamiento- contribuyan al saneamiento
del principal afluente de la ciudad. (EAB, 2017)
Datos generales
• Planta de tratamiento primario químicamente asistido. Tratamiento de
lodos por medio de digestión anaerobia mesofílica.
• Población atendida: 2.200.000 habitantes aproximadamente.
• Cuenca de alimentación: Aguas residuales generados en la cuenca del río
Salitre o Juan Amarillo, la cuenca del humedal Torca y la cuenca del
humedal la Conejera.
• Área de la cuenca de alimentación: 13815 hectáreas sin incluir los cerros
orientales.
• Caudal medio de tratamiento: 4 m3/s
• Eficiencia de remoción: 40% DBO – 60% de SST
• Tiempo de retención hidráulica a Q medio: 3 horas 20 minutos
• Sistema de operación: Cuenta con un software de supervisión SCADA
(Sistema de supervisión, control y adquisición de datos) basado en una
organización de computadores y autómatas programables (PLC’s), unidos
a través de una red de comunicación de fibra óptica, la cual toma toda la
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
87
información y la refleja en pantallas con mínimos, de esta manera las
operaciones pueden determinar el estado de los equipos y las tendencias
de las variables en tiempo real.
• Planta de personal: 69 trabajadores
• Áreas de trabajo: Operaciones, mantenimiento eléctrico, gestión
ambiental, servicios generales, seguridad industrial y salud ocupacional.
(EAB, 2017)
Sistema de captación
Las aguas son conducidas hasta la planta por medio de un sistema de
interceptores, teniendo como eje primordial el interceptor Salitre al cual se
conecta todo el sistema de alcantarillado de la cuenca. Las aguas pluviales son
separadas para ser servidas en el humedal Juan Amarillo y posteriormente al río
Bogotá (EAB, 2017).
Producción mensual PTAR SALITRE
• Biogás: 350,300 m3/mes
• Biosólido 4,500 ton/mes
• Lodos primarios 164,935 m3/mes
• Lodo digerido 33,994.1 m3/mes
• Residuos sólidos retirados 50 ton/mes
• en cribado grueso y fino
• Arenas 7.5 m3/mes
• Grasas 60 m3/mes
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88
Procesos y operaciones
Captación: Se cuenta con una compuerta para control de nivel hidráulico, que
permite el ingreso de las aguas residuales hacia la planta y el paso de crecientes
con Q> a 10 m3/s hacia el río Bogotá. La captación se realiza desde el canal
Salitre, que constituye el tramo final de todo el sistema de alcantarillado residual
de la zona norte de la ciudad. El ingreso del agua cruda se realiza por medio de
tornillos gravitacionales (tornillos de Arquímedes), que elevan el agua cruda hasta
9.5 m de altura […].
Cribado: Realizado por medio de dos sistemas de rejas, uno para cribado grueso
con 10 cm de reparación entre barrotes, y uno de cribado delgado con 2.5 cm de
separación entre barrotes.
Desarenado-desengrasado: Se realiza en 6 canales, retirando grasas por flotación
y arenas por decantación. Cada canal tiene unas dimensiones de 4 m x 30 m y
4,35 m de profundidad con un tiempo de retención a Q medio de 7-9 minutos.
Cuenta con tres puentes que incorporan raspadores de grasas y bombas de succión
de arenas, Todo el sistema incorpora 4 unidades de inyección de aire que generan
flujo helicoidal en el agua haciendo más eficiente el proceso de separación de
grasas y arenas. Igualmente se aprovecha la turbulencia generada para lograr la
mezcla rápida del coagulante.
Coagulación y floculación: Se adiciona cloruro férrico como coagulante y
polielectrolíto aniónico como floculante. La adición de FeCl3 se realiza en los
mismos canales de desengrasado y desarenado. El polímero se adiciona al final de
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
89
los canales. Cantidades aproximadas de aplicación: 32 g de FeCl3/m3 y 0.4 g de
polímero por m3.
Sedimentación primaria: Realizada en 8 estanques sedimentadores de fondo
cónico. Cada tanque cuenta con raspador de fondo para lodos y de superficie para
grasas. Dimensiones: diámetro de 43 m, altura 5.4 m. Tiempo de retención 3
horas.
Sistema de distribución en la línea de aguas: Al interior de la planta el agua se
distribuye por medio de vasos comunicantes.
Entrega de aguas tratadas: La entrega de aguas tratadas al río Bogotá se realiza
también por gravedad, En los casos que por la precipitación en la cuenca alta y/o
media se supere el nivel de entrega, entran en funcionamiento bombas tipo axial
con capacidad unitaria nominal de 2.6 m3/s. Existen 4 unidades instaladas listas
para entrar en operación cuando es necesario. (EAB, 2017).
Ampliación de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre
En abril de 2016, la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR) adjudicó
la construcción de las obras de ampliación de la PTAR salitre, por un valor de Un Billón
Trescientos Cincuenta y Siete Mil Quinientos Noventa y Cinco Millones ciento Sesenta y Tres
Mil Seiscientos Cuarenta Pesos Colombianos ($1.357.595.163.640) al consorcio expansión
PTAR Salitre, conformado por la empresa española Aqualia, la empresa colombiana CASS
Constructores y la griega Aktor.
Con esta ampliación se espera pasar de 4 m3/s a 7.1 m3/s del agua tratada, y dar servicio
a más de 3 millones de personas. Este proyecto hace parte del megaproyecto de la CAR
“Adecuación Hidráulica y Recuperación Ambiental del Río Bogotá”. Las aguas tratadas se
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
90
destinarán al distrito de riego La Ramada, ubicado en los municipios cercanos de Cota, Funza,
Mosquera y Soacha.
Puntos de toma de muestras
Con el fin de diseñar, construir y evaluar el prototipo, se elaboraron las pruebas con agua
residual de la ciudad de Bogotá. En la cual se escogieron dos puntos de muestreo, el primero
corresponde a un conjunto residencial de la ciudad (Conjunto Residencial Torres de Sevilla)
ubicada en la carrera 68d # 40-53 al sur de la ciudad de Bogotá y que cuenta con 624 unidades
residenciales (Figura 8 y Figura 9); el segundo punto se tomó en el Río Arzobispo sobre la
carrera 70 con calle 87 en el nor-occidente de la ciudad (Figura 10 y Figura 11).
El objetivo de contar con los dos puntos de muestreo fue analizar el comportamiento del
electrocoagulador y la calidad del agua residual doméstica (caso del Conjunto Residencial) y el
agua residual Urbana (caso Río Arzobispo).
Figura 8. Punto de muestreo Conjunto Residencial Torres de Sevilla, Bogotá (Google, 2017).
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
91
Figura 9 Punto de muestreo Conjunto Residencial Torres de Sevilla, Bogotá.
Figura 10. Punto de muestreo Río Arzobispo sobre la carrera 70 con calle 87, Bogotá (Google, 2017).
Figura 11 Punto de muestreo Río Arzobispo sobre la carrera 70 con calle 87, Bogotá.
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CAPÍTULO 3
Desarrollo Metodológico
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93
Recursos de la Investigación
Para el desarrollo de la investigación se contó con diversos recursos, entre los cuales se
encuentran los recursos humanos conformados principalmente por el equipo investigador y
asesores, de igual forma se contó con materiales, equipos y laboratorios para la realización de las
prácticas.
Materiales y equipos.
Los materiales empleados consistieron en probetas, beakers, pipetas, tubos de ensayo,
gradillas, caneca de 50 litros y demás utensilios para toma de muestras.
Los equipos empleados fueron una fuente eléctrica y un variac con los cuales se
realizaron las conexiones eléctricas. Para el monitoreo eléctrico se emplearon multímetros y
pinzas amperimétricas, también se utilizaron herramientas como: taladro de árbol y esmeril. Para
el análisis de la calidad de agua se emplearon equipos como: multiparámetro, turbidímetro,
espectrofotómetro, balanza analítica, bomba de vacío, equipo de jarras y oxímetro.
Oficina de investigación.
Se contó con una oficina de investigación en la Universidad de La Salle, en dónde se
desarrollaron todas las pruebas, la cual se muestra en la Figura 12.
Figura 12. Oficina sede de investigación Universidad De La Salle.
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94
Laboratorios de eléctrica y ambiental.
Las pruebas de laboratorio para el análisis de la calidad del agua se realizaron en los
laboratorios de Ingeniería Ambiental de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de La Salle.
También se hizo uso de los laboratorios de Ingeniería Eléctrica de la Facultad para la
construcción del prototipo de electrocoagulador, en los cuales se cortaron las celdas con la ayuda
del equipo de corte CNC, mostrado en la Figura 13.
Figura 13. Equipo CNC Universidad De La Salle.
Vehículos de transporte de muestras.
Debido a que el volumen de agua trasportado para cada una de las pruebas era de
aproximadamente 45 litros, fue necesario el uso de carros particulares, con los cuales se
trasladaron las muestras desde su punto de toma hasta la Universidad de La Salle sede centro.
Metodologías Utilizadas en los Ensayos de Laboratorio
Para la medición de los parámetros fisicoquímicos del agua residual antes y después de
realizado el proceso de electrocoagulación, fue necesario llevar a cabo una serie de pruebas las
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95
cuales se basaron en diferentes normativas colombianas y en los procedimientos propuestos por
los fabricantes de los instrumentos de medición utilizados; A continuación, en la Tabla 12 se
relacionan las metodologías utilizadas para hallar cada parámetro especifico.
Tabla 12 Metodologías utilizadas para la realización de pruebas físico-químicas
Metodologías utilizadas para la realización de pruebas físico-químicas.
Parámetro Metodología Observaciones
Grasas y aceites Según IDEAM TP0150 determinación de grasas y aceites en aguas por el método
soxhlet
DQO Según reactor digestion method 8000 manual HACH.
DBO5 Según manometric BOD measuring devices oxitop y manual de operaciones equipos
Velp para determinación manométrica de la D.B.O.5
Sólidos Totales Disueltos TDS
totales
Según manual de instrucciones medidor de pH/CE/TDS/temperatura portátil modelo HI 991300.
Medición directa con la sonda
Sólidos Suspendidos
Totales SST Según IDEAM TP0436 Sólidos Totales Secados A 103 – 105ºC
Turbiedad Según user manual 2100AN HACH edition 6. Medición directa
en el equipo
Color Según manual del usuario DR 2700 HACH, edición 4. Medición directa
en el equipo
pH Según manual de instrucciones medidor de pH/CE/TDS/temperatura portátil modelo HI 991300.
Medición directa con la sonda
Conductividad Según manual de instrucciones medidor de pH/CE/TDS/temperatura portátil modelo
HI 991300.
Medición directa
con la sonda
Temperatura Según manual de instrucciones medidor de pH/CE/TDS/temperatura portátil modelo
HI 991300.
Medición directa
con la sonda
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96
Parámetro Metodología Observaciones
Oxígeno disuelto Según instruction manual HI 9146 portable waterproof microprocessor dissolved
oxygen meter.
Medición directa
con la sonda
Test de Jarras
Según NTC 3903 procedimiento para el método de
jarras en la coagulación-floculación del agua
Coliformes Según guía de interpretación petrifilm placas para recuento de Coliformes.
Nota: Las normas y los manuales utilizados para cada una de las pruebas realizadas se encuentran consignadas en
el Anexo A.
A continuación, se presentan en las Figura 14, Figura 15, Figura 16 y Figura 17 los equipos
empleados en los ensayos de turbidez y color y DQO.
Figura 14. Muestras de agua para análisis de color y turbidez
Nota: muestras recolectadas para análisis de color y turbidez, en agua cruda y tratada
Figura 15. Turbidímetro empleado en pruebas de turbidez
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Figura 16 Espectrofotómetro
Nota: Equipo empleado en pruebas de color
Figura 17. Espectrofotómetro prueba DQO
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En las Figura 18 y Figura 19 se presentan la prueba de jarras realizada en el agua urbana
y doméstica. Las pruebas de jarras se emplearon como referencia en la caracterización inicial de
las mismas, para lo cual fueron evaluadas seis dosificaciones de Cloruro Férrico como
coagulante.
Figura 18 Prueba de jarras, floculación y coagulación
Nota. Proceso de floculación y coagulación de las seis dosis de coagulante empleadas, dicha prueba se realizó tanto
para el agua cruda doméstica como para la urbana.
Figura 19. Prueba de jarras, sedimentación
Nota. Proceso de sedimentación y recolección de muestras coaguladas con Cloruro Férrico, para posterior análisis
fisicoquímico de las mismas, realizadas en el agua cruda doméstica y urbana.
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99
La Figura 20 presenta la toma de densidad en una muestra de agua residual cruda.
Figura 20. Prueba de densidad
En la Figura 21 se presenta el proceso de filtrado de una muestra, práctica realizada en las
pruebas de sólidos y grasas.
Figura 21. Filtrado de muestras para prueba de grasas y sólidos
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En las Figura 22 y Figura 23 se presentan los materiales y equipos empleados en las
pruebas de coliformes realizadas.
Figura 22 PetriFilm prueba de coliformes
Figura 23. Equipo de incubación coliformes
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101
En las Figura 24 y Figura 25 se presenta el proceso de enfriado en desecador de los
sólidos, luego del secado en horno, y las sólidos obtenidos.
Figura 24. Desecador en prueba de sólidos
Figura 25. Prueba de sólidos
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102
En la Figura 26 se presenta un dedal para la prueba de grasas y aceites, en su interior se
depositó el papel filtro, obtenido luego del proceso de filtrado de la muestra.
Figura 26. Dedal prueba de grasas
La Figura 27 presenta los cabezales y botellas empleados en la prueba de DBO5.
Figura 27. Prueba DBO5
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103
La balanza analítica empleada en las diferentes pruebas de laboratorio realizadas se
presenta en la Figura 28.
Figura 28. Balanza analítica
Caracterización de las Aguas Crudas
Con el fin de conocer la calidad de agua residual cruda de los dos puntos de muestreo, se
realizaron pruebas de caracterización inicial, por medio de pruebas físico-químicas. Para lo cual
se recolecto una muestra de agua residual doméstica y urbana, los días 24 de octubre 2016 y 01
de septiembre de 2016 respectivamente
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104
Protocolo caracterización aguas crudas.
En la Figura 29 se presenta el protocolo utilizado en la caracterización de las aguas
crudas.
Figura 29. Protocolo caracterización aguas crudas.
Análisis físico químico del agua residual cruda.
A continuación, se enlistan las pruebas de calidad de agua realizadas para los dos puntos
de muestreo.
• Prueba de jarras
• Sólidos
• pH
• Turbidez
• Color
• DQO
• Temperatura
• Densidad relativa
• Oxígeno disuelto
INICIO PRUEBA
CARACTERIZACIÓN AGUAS
CRUDAS
Recolección muestra agua
cruda
Transporte de las muestras a
laboratorio Prueba de pH
Prueba de
temperatura
Prueba de
conductiv idad
Prueba de Sólidos
Totales Disueltos Prueba de turbidez Prueba de Color
Prueba DQO Fin Prueba DBO
105
Análisis eléctrico del agua residual cruda.
El análisis eléctrico del agua se realizó midiendo la conductividad eléctrica de las aguas
crudas en los dos puntos de muestreo.
Resultados caracterización inicial.
Basados en los resultados de la caracterización inicial de las aguas residuales, a
continuación, en la Tabla 13 se presenta el resumen de los datos obtenidos tanto para las aguas
domésticas como para las urbanas. En la tabla es posible evidenciar que las cargas contaminantes
presentes en el agua urbana resultan ser menores a las obtenidas en el agua residual doméstica.
Lo que podría evidenciar el efecto diluyente del agua lluvia, y la posible descomposición que
presentan las aguas crudas en el trayecto recorrido en las redes de alcantarillado.
Tabla 13 Resultados caracterización inicial agua residual cruda
Resultados caracterización inicial agua residual cruda.
Tipo de
agua cruda
Turbidez
(NTU)
Color
(PtCo) pH
Conductividad
(mS)
Sólidos
totales
disueltos
(ppt)
Temperatura
(°C)
DQO
(mgO2/l) DBO5
Doméstica 170 1790 8.45 0.83 0.41 20 873 300
Urbana 28.9 464 7.26 0.606 0.3 19.5 231 86.4
De manera general, los resultados obtenidos en las pruebas realizadas a la calidad del
agua residual urbana cruda, coincide con los resultados presentados por la PTAR El Salitre para
el mismo tipo de muestra, lo anterior, basado en el Informes Mensual de Actividades de dicha
entidad, del mes de noviembre de 2016, fecha en la que se efectuaron las pruebas definitivas, el
cual se encuentra en el anexo E. Con lo cual se entrega un parte de confiabilidad en la
caracterización del agua residual analizada.
De la misma manera, como se evidencia en los resultados obtenidos y el informe de la
PTAR El Salitre, las cargas contaminantes encontradas en el agua residual urbana cruda se
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106
encuentran por debajo del promedio de las mismas. Esta condición se debió a la temporada de
lluvias que se presentó en el mes de la toma de las muestras.
Resultados test de jarras.
Test de jarras agua residual doméstica cruda
La prueba de jarras se realizó empleando como coagulante Cloruro Férrico (FeCl3), y se
evaluaron seis concentraciones diferentes, como se muestra en la Tabla 14.
Tabla 14 Concentraciones test de jarras agua doméstica y urbana.
Concentraciones test de jarras agua doméstica y urbana.
Coagulación Floculación Sedimentación
Prueba Concentración
(mg/l)
Frecuencia
(rpm)
Tiempo
(min)
Frecuencia
(rpm)
Tiempo
(min) Tiempo (min)
1 20 120 1 20 15 60
2 50 120 1 20 15 60
3 100 120 1 20 15 60
4 150 120 1 20 15 60
5 200 120 20 20 15 60
6 300 120 20 20 15 60
En la Tabla 15 se presentan los resultados de la caracterización para cada una de las
concentraciones del test de jarras del agua residual doméstica, y de manera gráfica de la Figura
30 a la Figura 34.
Tabla 15 Caracterización agua doméstica coagulada con Cloruro Férrico (FeCl3).
Caracterización agua doméstica coagulada con Cloruro Férrico (FeCl3).
Concentración (mg/l) Turbidez
(NTU) Color (Pt-Co) pH
Conductividad (mS)
Sól idos totales disueltos (ppt)
Temperatura (°C)
DQO
Cruda 170 1790 8.45 0.83 0.41 20 873
20 189 1984 8.35 0.94 0.47 20.3 794
50 187 1991 8.13 0.99 0.5 20.3 802
100 190 2028 7.58 0.98 0.49 20.3 790
150 180 1974 7.19 1.05 0.53 20.4 693
200 100 1149 6.36 1.04 0.52 20.3 513
300 1.11 59 5.61 1.24 0.62 20.4 311
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107
Figura 30 Resultados Conductividad y Sólidos Totales Disueltos, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica.
Figura 31 Resultados Color, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 50 100 150 200 250 300 350
Co
nd
ucti
vid
ad
(m
S )
-
ST
D (
pp
t)
Concentración FeCl3 (mg/l)
Conductividad (mS) Sólidos Totales Disueltos (ppt)
0
500
1000
1500
2000
2500
0 50 100 150 200 250 300 350
Pt-
Co
Concentración FeCl3 (mg/l)
Color (Pt-Co)
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108
Figura 32 Resultados Turbidez, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica.
Figura 33 Resultados pH, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 50 100 150 200 250 300 350
NT
U
Concentración FeCl3 (mg/l)
Turbidez (NTU)
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
0 50 100 150 200 250 300 350
pH
Concentración FeCl3 (mg/l)
pH
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109
Figura 34 Resultados DQO, Test de Jarras – Agua Residual Doméstica.
Test de jarras agua residual urbana cruda
En la Tabla 16 se presentan los resultados de la caracterización para cada una de las
concentraciones del test de jarras del agua residual urbana, y de manera gráfica de la Figura 35 a
la Figura 39.
Tabla 16 Caracterización agua urbana coagulada con Cloruro Férrico (FeCl3).
Caracterización agua urbana coagulada con Cloruro Férrico (FeCl3).
Concentración (mg/l) Turbidez
(NTU) Color (Pt-Co) pH
Conductividad (mS)
Sólidos
totales disueltos
(ppt)
Temperatura (°C)
DQO
Cruda 38.9 559 7.26 0.606 0.3 18.9 231
20 16.9 292 6.69 0.48 0.272 18.9 179
50 2.66 40 6.18 0.539 0.283 18.6 95
100 1.85 15 6.24 0.562 0.297 18.6 321
150 1.25 9 5.5 0.553 0.29 18.7 101
200 55 1226 3.46 0.64 0.333 9 140
300 39.5 1426 2.81 1.127 0.588 18.8 153
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 50 100 150 200 250 300 350
mg
O2 /
l
Concentración FeCl3 (mg/l)
DQO (mg O2/l)
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110
Figura 35 Resultados Conductividad y Sólidos Totales Disueltos, Test de Jarras – Agua Residual Urbana.
Figura 36 Resultados Color, Test de Jarras – Agua Residual Urbana.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 50 100 150 200 250 300 350
Co
nd
ucti
vid
ad
(m
S )
-
ST
D (
pp
t)
Concentración FeCl3 (mg/l)
Conductividad (mS) Sólidos Totales Disueltos (ppt)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 50 100 150 200 250 300 350
Pt-
Co
Concentración FeCl3 (mg/l)
Color (Pt-Co)
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111
Figura 37 Resultados Turbidez, Test de Jarras – Agua Residual Urbana.
Figura 38 Resultados pH, Test de Jarras – Agua Residual Urbana.
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250 300 350
NT
U
Concentración FeCl3 (mg/l)
Turbidez (NTU)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 50 100 150 200 250 300 350
pH
Concentración FeCl3 (mg/l)
pH
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112
Figura 39 Resultados DQO, Test de Jarras – Agua Residual Urbana.
0
50
100
150
200
250
300
350
0 50 100 150 200 250 300 350
mg
O2 /
l
Concentración FeCl3 (mg/l)
DQO (mg O2/l)
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
113
CAPÍTULO 4
Modelo Preliminar
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114
Con el fin de evidenciar los efectos generados por el proceso de electrocoagulación sobre
las aguas residuales domésticas y urbanas, fue necesario realizar una serie de pruebas
preliminares mediante las cuales se observó: (a) la influencia que tienen las variables sobre el
proceso, (b) la necesidad de incluir e implementar equipos requeridos para la correcta medición
de los diferentes parámetros, (c) la elaboración de los protocolos para la realización de las
pruebas finales y (d) la visualización de los efectos sobre el agua que tuvieron las diferentes
configuraciones del sistema, determinantes para la toma de decisiones. Estas pruebas fueron el
primer acercamiento que se tuvo a la electrocoagulación posterior a la revisión bibliográfica.
El modelo preliminar está compuesto principalmente por: un reactor, donde se genera el
efecto de electrocoagulación sobre las muestras de agua a tratar y un sistema eléctrico capaz de
poner a circular corriente eléctrica a través de los diferentes electrodos utilizados en el
tratamiento.
Reactor.
El reactor construido que se muestra en la Figura 40 está compuesto por un recipiente de
vidrio de 6 mm de espesor con unas dimensiones internas de 1000 mm de largo, 150 mm de
ancho y 200 mm de alto, soportado por un marco metálico el cual proporciona confinamiento en
todas las caras cuando el reactor se encuentra lleno; Inicialmente se dispusieron trozos
rectangulares de vidrio de 4 mm de espesor y 50 mm de separación para crear guías que
ayudaran a la correcta colocación de los electrodos.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
115
Figura 40 Reactor en vidrio.
En el reactor se utilizaron electrodos rectangulares los cuales cuentan con unas
dimensiones de 130 mm de alto, 145 mm de ancho y una sección rectangular adicional de 20 mm
x 20 mm en la parte superior para la conexión entre electrodos, la cual se realizó por medio de
una varilla roscada con diámetro de 3/16 de pulgada, el detalle de la sección transversal de los
diferentes electrodos se muestra en la Figura 41.
Figura 41: sección transversal electrodos.
Durante las pruebas preliminares se realizaron modificaciones sobre el reactor, con el fin
de mejorar su funcionamiento y facilitar su operación; un cambio importante realizado sobre él
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
116
reactor fue su división en dos partes iguales, por medio de la colocación de un vidrio de 6 mm de
espesor en la mitad de la cara más larga (división en dos módulos), este cambio permitió
disminuir el tiempo requerido para el lavado y preparación entre dos pruebas, la modificación
también posibilito la realización simultanea de algunas pruebas.
El segundo cambio fue la eliminación de los vidrios laterales utilizados como guías para
los electrodos, se realizó esta eliminación para facilitar la extracción e inclusión del juego de
electrodos (armados sobre la varilla roscada).
También se realizaron perforaciones sobre los vidrios laterales del reactor en las cuales se
colocaron válvulas de corte cuya función fue la de desaguar los reactores sin necesidad de
trasladarlos.
Para lograr la separación requerida entre electrodos, se dispusieron sobre las varillas
roscadas dos roscas para cada electrodo, una sobre cada cara con el fin de evitar su
desplazamiento y garantizar el paralelismo entre las placas; adicionalmente las varillas roscadas
cumplieron la función de conductor eléctrico permitiendo cargar el sistema por medio de los
ánodos y cátodos.
Sistema eléctrico.
El diseño del sistema eléctrico empleado para la realización de las pruebas fue realizado
por el Ingeniero Gustavo Arciniegas, codirector del proyecto investigativo, quien mediante el
desarrollo de las mismas indicaba las modificaciones que fueron implementadas por los
investigadores. En la Figura 42 se presentan los esquemas de los sistemas eléctricos
preliminares.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
117
Figura 42 Sistemas eléctricos preliminares
Como se mencionó anteriormente, el sistema eléctrico utilizado tuvo cambios mediante la
realización de pruebas, inicialmente se implementó una fuente de corriente directa con capacidad
de 3 amperios; debido al tamaño del reactor construido y al volumen tratado resultó la necesidad
de incrementar los valores de corriente, para esto se utilizó un transformador variable o variac el
cual permite la variación de la tensión en corriente alterna lo que posibilitó la experimentación
con corriente alterna utilizando directamente el variac sobre el reactor y con corriente directa
utilizando el variac junto a un puente rectificador de corriente que se muestran en la Figura 43.
Figura 43 Variac y puente rectificador con disipador de calor.
Circuito
Corriente Directa
Circuito
Corriente Alterna
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
118
El puente rectificador de corriente es un dispositivo electrónico que permite la conversión
de corriente alterna en corriente directa, para su utilización fue necesaria la implementación de
un disipador de calor y un ventilador de 12 V. Con este último sistema se obtuvo un rango de
valores de corriente directa de 0 A - 18 A como valor máximo, puesto que el sistema eléctrico
dispuesto en el laboratorio donde se llevaron a cabo las pruebas contó con un dispositivo de
protección eléctrica denominado disyuntor o breaker el cual se accionaba con una corriente de 20
A.
Simultáneamente a la realización de pruebas se llevó a cabo por parte del ingeniero
Arciniegas el diseño de una fuente reguladora de tensión y de corriente con la cual se pretendía
someter las muestras de agua a valores de intensidades de corriente superiores a los 20 A y
exponerlas al efecto de pulsos eléctricos de alta frecuencia. La construcción de esta fuente se
realizó por parte de los autores de esta investigación, y su proceso se muestra en la Figura 44.
Esta fuente fue utilizada para la realización de pruebas mediante las cuales se realizó inspección
visual del efecto de los pulsos eléctricos sobre las aguas residuales.
Figura 44 construcción fuente reguladora de corriente.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
119
Variables preliminares.
Materiales de electrodos.
Según la bibliografía consultada, en los procesos de electrocoagulación se han usado gran
variedad de materiales para los electrodos, dentro de estos se encuentran: hierro, cobre, aluminio,
acero inoxidable, cinc y grafito, siendo los más utilizados el hierro y aluminio, estos dos
materiales cuentan con la mayor cantidad de información respecto a su uso en la
electrocoagulación.
Para la investigación se decidió trabajar con tres tipos de materiales: hierro, cobre y acero
inoxidable, mostrados en la Figura 45, dado que son materiales poco implementados en los
procesos de electrocoagulación y a los cuales se contó con acceso.
Figura 45 Electrodos de hierro, cobre y acero inoxidable.
Con el fin de identificar los beneficios y perjuicios de cada uno de los materiales
utilizados en el proceso de electrocoagulación se realizaron las pruebas preliminares en las
cuales se evaluaron diversas combinaciones de materiales mostrados en la Tabla 17. Durante
varias de estas pruebas se monitorearon los parámetros fisicoquímicos del agua que no
representaron ningún costo para su medición y se realizó inspección visual detallada con el
propósito de encontrar la combinación de material que generara los mayores beneficios en
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
120
cuanto a calidad del agua, para finalmente realizar las pruebas definitivas sobre las que se
hicieron las mediciones de todos los parámetros (DQO, DBO5, sólidos, grasas y pH).
Tabla 17. Combinaciones de electrodos realizadas.
Combinaciones de electrodos realizadas.
Combinación de materiales
Comb. Nº Ánodo Cátodo
1 Acero Inox. Acero Inox.
2 Cobre Hierro
Separación de electrodos.
La separación de electrodos sin duda alguna es una de las variables más influyentes en el
proceso de electrocoagulación, dentro de las pruebas preliminares, se realizó la modificación de
esta variable en dos ocasiones 50 mm y 25 mm. Inicialmente se realizaron pruebas con
distancias entre electrodos ánodo - cátodo de 50 mm, esta distancia fue utilizada para las
combinaciones de material mostradas en la Tabla 17 y adicionalmente la combinación acero
inoxidable – acero inoxidable con placas neutras (sin carga eléctrica) localizadas entre ánodo y
cátodo para la cual la elevación fuerte de temperatura fue una limitante y motivó su descarte.
A partir de la división del reactor a la mitad, se trabajó con la distancia mínima entre
electrodos la cual fue de 25 mm, utilizada en las combinaciones de material mencionados, y con
las observaciones obtenidas modificando el valor de la separación de electrodos se evidencio que
para todas las combinaciones de materiales se presentó una mejoría o un mayor efecto de
coagulación cuando la distancia entre electrodos ánodos-cátodos se hacía menor; esto debido a
que la separación de electrodos es directamente proporcional a la resistividad de la muestra de
agua contenida en el reactor.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
121
Tipos de corriente eléctrica.
Dentro de la información bibliográfica consultada se encontró que para tratamientos de
aguas residuales de diferentes procedencias se han utilizado los dos tipos de corrientes, la
corriente alterna y la corriente continua; basados en esto y ya que se contaba con los equipos
eléctricos se realizaron pruebas preliminares con la utilización de los dos tipos de corriente.
En primer lugar, se expuso las muestras de agua a tratar con corriente directa, para los
diferentes valores de intensidad de corriente se evidenciaron cambios.
La corriente alterna generó cambios sobre la muestra de agua, aparentemente mucho
menores, requiriendo de más tiempo de exposición para su visualización, adicionalmente durante
el proceso se generaron olores particulares que no se percibieron con la utilización de la corriente
directa. Por último, se realizaron pruebas mediante la utilización de pulsos eléctricos en las
cuales los resultados fueron similares a los evidenciados con corriente directa, exceptuando los
tiempos, los cuales fueron un poco mayores para este caso.
Intensidad de corriente.
La intensidad de corriente en primer lugar fue determinada por el tipo de fuente eléctrica
utilizada, las primeras pruebas fueron realizadas con 3 A.
Implementado el sistema conformado por el variac y el puente rectificador de corriente
fue posible elevar el valor de corriente eléctrica, llegando a un máximo de 20 A para el cual se
presentó un inconveniente con la protección eléctrica del sistema dispuesto en el laboratorio
donde se realizaron las pruebas, por tal motivo se determinó como valor máximo de corriente
posible para utilizar 18 A.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
122
Con el fin de comparar el efecto que tiene el valor de la intensidad de corriente eléctrica
en el proceso de electrocoagulación se realizaron pruebas con 15 A y 7.5 A para evidenciar si el
comportamiento de la corriente versus reducción de parámetros era directamente proporcional.
Por último, mediante la implementación de pulsos eléctricos se logró superar la barrera de
los 20 A en el pico, debido a que las descargas de condensadores incluidos en la fuente
permitieron la circulación de corriente.
Tiempo de exposición.
Los tiempos de exposición variaron a medida que se realizaban pruebas, la corriente fue
un factor determinante en el tiempo de exposición, los tiempos variaron dentro de un rango de 30
minutos a 120 minutos, la temperatura y el cambio de color del agua fueron decisivos para la
asignación de tiempos de exposición de cada intensidad de corriente analizadas.
Pruebas preliminares.
Se realizaron ensayos preliminares con el fin de determinar el material de electrodos
adecuado, la separación de los mismos, descartar el tipo de corriente eléctrica e identificar un
rango de tiempo e intensidad de corriente en el tratamiento por electrocoagulación. En estos
ensayos se obtuvieron datos de observación, eléctricos y fisicoquímicos del agua tratada,
mediante los cuales fue posible determinar las condiciones del diseño definitivo.
Protocolo pruebas preliminares.
Durante la realización de las pruebas requeridas para el desarrollo de la investigación,
surgió la necesidad de crear un protocolo de elaboración de pruebas, el cual permitiera generar
uniformidad en la realización de las mismas y así poder comparar de forma correcta los
resultados obtenidos en cada una de ellas.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
123
Basados principalmente en las investigaciones consultadas y descritas en el capítulo de
marco teórico se realizó una primera elaboración del protocolo de pruebas preliminares, las
metodologías de dichas investigaciones sirvieron como base para la organización y asignación de
las diferentes actividades.
Este protocolo presentó algunos cambios, a medida que se realizaron las pruebas se
incluyeron y/o modificaron actividades debido a su necesidad, como resultado se presenta en la
Figura 46 el diagrama de flujo en el que se identifican las actividades a realizar, cada una de ellas
con sus requerimientos. El diagrama de flujo presentado se divide en cuatro grandes actividades
las cuales son:
• Disposición de la muestra de agua a tratar
• Preparación del reactor.
• Monitoreo eléctrico, físico y visual del proceso de electrocoagulación.
• Sedimentación y análisis físico químico de la muestra tratada.
El protocolo de pruebas preliminares sirvió como base para la elaboración del protocolo
de las pruebas definitivas, el cual se presenta en la Figura 46. Este protocolo fue creado,
modificado y utilizado desde el día 06 de agosto de 2016 hasta 16 de noviembre de 2016, tiempo
en el cual se realizaron alrededor de 24 pruebas preliminares. En la Tabla 18 se presentan las
fechas y las pruebas realizadas en la etapa preliminar.
En cada prueba preliminar se recolectaron muestras en diferentes tiempos, con las cuales
se compararon algunos parámetros físico-químicos necesarios, con el fin de determinar las
condiciones eléctricas adecuadas, así como los rangos de tiempos de exposición de las pruebas
definitivas.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
124
Figura 46 Diagrama de flujo Protocolo pruebas preliminares
¿Es la muestra del
tiempo deseado?
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125
A continuación, se detallan algunos aspectos enunciados en la Figura 46:
• Recolección muestra de agua: se realizó teniendo en cuenta las recomendaciones
y normativas existentes. El volumen recolectado corresponde al necesario en la
realización de las pruebas, por lo general se recogían alrededor de 45 litros.
• Transporte de las muestras de laboratorio: se realizó teniendo en cuenta las
recomendaciones y normativas existentes.
• Lavado del reactor: se realizó de manera manual, mediante agua, jabón y cepillos.
• Llenado del reactor: realizado de manera manual, con un volumen de 9 litros.
• Recolección de muestra de agua cruda: se separa una muestra de agua cruda, con
el fin de determinar la calidad inicial del agua a tratar.
• Ajuste de intensidad de corriente: se ajusta la intensidad de corriente eléctrica
deseada, según la prueba a realizar, empleando el variac y los equipos de
monitoreo eléctrico.
• Monitoreo temperatura y tensión eléctrica: se realiza monitoreo de la temperatura
del agua en el reactor, a fin de no generar el fisuramiento de las paredes del
mismo. El control de tensión se realiza para mantener la corriente eléctrica
constante durante el tratamiento.
• Tiempo de sedimentación: se establece un tiempo de sedimentación de 2 horas
para todas las muestras recolectadas.
• Realización pruebas físico-químicas: posterior a la sedimentación se realizan
pruebas físico-químicas con el fin de analizar las muestras de agua tratadas.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
126
Tabla 18 Pruebas preliminares realizadas
Pruebas preliminares realizadas
Fecha Origen de muestra
Aspectos evaluados Material de electrodos
Separación Tipo de
corriente
eléctrica
Intensidad de corriente A
Tensión empleada V
6-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH e inspección visual del
color
Acero inoxidable - acero inoxidable con
placas neutras
5.00 cm Corriente
directa 3,43 26,30
6-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH e inspección visual del
color
Cobre - hierro 2.50 cm Corriente
directa
9-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura,
conductividad, pH e inspección visual del
color
Acero inoxidable - acero inoxidable con
placas neutras 5.00 cm
Corriente directa
2,00 20,90
9-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH e inspección visual del
color
Cobre - hierro 2.50 cm Corriente
directa 7,07 20,95
10-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura e inspección visual del
color
Acero inoxidable - acero inoxidable con
placas neutras 5.00 cm
Corriente directa
10-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura e inspección visual del
color Cobre - hierro 2.50 cm
Corriente directa
12-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura e inspección visual del
color Cobre - hierro 2.50 cm
Corriente directa
15,00 49,50
17-ago-16
Rio
Arzobispo
Temperatura e inspección visual del
color Cobre - hierro 2.50 cm
Corriente
directa 15,00 31,50
18-ago-16
Rio
Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH e
inspección visual del color
Acero inoxidable - acero inoxidable con
placas neutras 5.00 cm
Corriente
directa 15,00 87,80
18-ago-16
Rio
Arzobispo
Temperatura e inspección visual del
color Cobre - hierro 2.50 cm
Corriente
directa 15,00
19-ago-16
Rio
Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH e
inspección visual del color
Acero inoxidable - acero inoxidable con
placas neutras 5.00 cm
Corriente
directa 15,00 89,00
19-ago-16
Rio
Arzobispo
Temperatura e inspección visual del
color Cobre - hierro 2.50 cm
Corriente
directa 15,00 25,60
22-ago-16
Rio
Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH e
inspección visual del color
Acero inoxidable - acero inoxidable con
placas neutras 5.00 cm
Corriente
directa 15,00 102,50
23-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH e inspección visual del
color
Cobre - hierro 2.50 cm Corriente
directa 15,00 21,10
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
127
Fecha Origen de muestra
Aspectos evaluados Material de electrodos
Separación Tipo de
corriente eléctrica
Intensidad de corriente A
Tensión empleada V
24-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH, color
y turbidez
Acero inoxidable - acero inoxidable
2.50 cm Corriente
directa 15,00 40,00
24-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH, color
y turbidez Cobre - hierro 2.50 cm
Corriente directa
7,50 27,18
29-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH, color
y turbidez
Acero inoxidable - acero inoxidable
2.50 cm Corriente
directa 15,00 31,50
29-ago-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH, color
y turbidez Cobre - hierro 2.50 cm
Corriente directa
15,00 44,60
30-sep-16
Conjunto residencial
Temperatura, conductividad, pH, color
y turbidez
Acero inoxidable - acero inoxidable
2.50 cm Corriente
directa 15,00 25,26
1-oct-16
Conjunto residencial
Temperatura, conductividad, pH, color
y turbidez
Acero inoxidable - acero inoxidable
2.50 cm Corriente
directa 7,50 12,00
6-oct-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH, color,
turbidez y DQO
Acero inoxidable - acero inoxidable
2.50 cm Corriente
directa 15,00 22,27
7-oct-16
Rio Arzobispo
Temperatura, conductividad, pH, color,
turbidez y DQO
Acero inoxidable - acero inoxidable
2.50 cm Corriente
directa 7,50 13,43
24-oct-16
Conjunto residencial
Temperatura, conductividad, pH, color,
turbidez y DQO
Acero inoxidable - acero inoxidable
2.50 cm Corriente
directa 7,50 14,34
25-oct-16
Conjunto residencial
Temperatura, conductividad, pH, color,
turbidez y DQO
Acero inoxidable - acero inoxidable
2.50 cm Corriente
directa 15,00 17,46
Análisis físico químico de las aguas tratadas (preliminares).
A cada una de las pruebas preliminares se les realizaron ensayos de laboratorio, como lo
son: pruebas de DQO, sólidos totales disueltos, pH, turbidez, color, temperatura y conductividad.
Los cuales fueron registrados fotográficamente en el Anexo B y en el cuadro de datos
preliminares.
Cuadro de datos preliminares.
Continuando con el objetivo de la estandarización de las pruebas preliminares, se
construyó la Tabla 19 en la cual fueron registrados los resultados para cada uno de los ensayos.
Esta tabla también se entrega dentro del Anexo C para una mejor apreciación.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
128
Tabla 19 Formato para toma de datos de pruebas preliminares Formato para toma de datos de pruebas preliminares
Resultados preliminares.
A continuación, se presentan los resultados de las pruebas preliminares.
Tipo de corriente.
Corriente directa.
Se pudo apreciar en las pruebas realizadas mediante corriente directa la formación de
flocs durante el proceso de tratamiento. De igual manera fue posible observar la formación de
una capa sobrenadante espumosa desde el inicio del proceso como se observa en la Figura 47(a).
Se observó un aumento de temperatura del agua y la formación de burbujas que se desplazaban
hacia la lámina del agua. El agua tratada y sedimentada evidenciaba una disminución de las
partículas sólidas, agua color trasparente y sin olor, como se evidencia en la Figura 47(c) y
Figura 47(d).
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
129
(a) (b)
(c) (d)
Figura 47 Resultados preliminares corriente directa.
Corriente alterna.
En las pruebas de corriente alterna no se evidenciaron cambios en el agua durante ni
después del tratamiento. En la Figura 48(a) se muestra el agua residual antes de iniciar su
tratamiento; No se presentaron ninguno de los fenómenos descritos en el proceso con corriente
directa. Al finalizar la prueba se observó acumulación de sedimentos propia del proceso de
estabilización en el que se encontró el agua, ver Figura 48(b).
(a) (b)
Figura 48 Resultados preliminares corriente alterna.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
130
Intensidad de corriente.
Inicialmente se realizaron pruebas con intensidades de corriente de 2A, estas pruebas se
llevaron a cabo mediante la utilización de una fuente de fuerza electromotriz con capacidad de
3A y el montaje se muestra en la Figura 49(a). Mediante la realización de la prueba se observó la
formación de algunas burbujas en el agua y la generación de pequeños sobrenadantes, como se
evidencia en las Figura 49(b) y (c), los cuales aparecieron durante el proceso; al finalizar el
proceso de electrocoagulación se daba paso a la sedimentación de los flocs formados, como se
observa en la Figura 49 (d). Estos comportamientos incentivaron a incrementar el valor para la
intensidad de corriente a un valor de 7.5A, con el cual se evidenció que al aumentar la corriente
eléctrica el tiempo que tardaban en aparecer los flocs y sobrenadantes disminuyó
considerablemente. Para comparar los resultados obtenidos se realizaron pruebas con corriente
de 15A y 18A, encontrando que el tiempo de aparición de flocs y sobrenadantes disminuía aún
más.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 49 Resultados preliminares intensidad de corriente.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
131
Material electrodos.
Se realizaron pruebas en las cuales se emplearon electrodos de acero inoxidable tanto para el
ánodo como para el cátodo, de igual forma se ejecutaron otras pruebas con electrodos de cobre e
hierro como ánodo y cátodo respectivamente. Dichas pruebas permitieron reconocer grandes
diferencias durante el proceso de tratamiento, En la Figura 50 se observan muestras de agua
tratada en la fase preliminar.
Figura 50 Resultados preliminares agua tratada.
Electrodos: acero inoxidable – acero inoxidable.
Durante el proceso de tratamiento, el agua tomó tonalidades que iniciaban con color blanco, al
transcurrir el tiempo adquirió un color naranja oscuro como se muestra en la Figura 51(a), al
mismo tiempo se evidencio la presencia de espuma la cual se muestra en la Figura 51(b). Y
finalmente durante la etapa de sedimentación el agua adquirió tonalidad traslucida, Figura 51(c).
(a) (b)
(c) Figura 51 Resultados preliminares electrodos acero-acero.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
132
Electrodos: cobre -hierro.
Las pruebas con esta combinación de electrodos obtuvieron resultados similares a los obtenidos
con la combinación de acero inoxidable descrita anteriormente; La diferencia principal radicó en
la coloración del agua al finalizar el proceso, ver Figura 52(d) agua de color azul; durante la
realización de las pruebas se evidencio un cambio de color importante en el agua ver Figura
52(a) y Figura 52(b), el agua durante el tratamiento intensifico su color considerablemente, este
proceso se originó por el desprendimiento de partículas de cobre en el agua que finalmente se
depositaron sobre los electrodos de hierro produciendo un efecto de galvanizado. La presencia de
espuma durante el proceso fue evidente como se observa en la Figura 52(c),
(a) (b)
(c) (d)
Figura 52 Resultados preliminares electrodos cobre-hierro.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
133
Separación de electrodos.
Se probaron dos separaciones de electrodos en la etapa preliminar, con 5 y con 2.5
centímetros entre electrodos
Separación de electrodos de cinco centímetros.
Para realizar las pruebas con electrodos a 5 cm de separación y con corriente de 15A fue
necesario emplear tensiones de 90V. Visualmente el agua presentaba todas las características de
formación de flocs, sedimentos y sobrenadantes, al igual que la coloración, siendo particular que
en todas las celdas existía variaciones de tonalidades. La temperatura alcanzaba 60°C en menos
de 15 minutos, (Figura 53 ).
Figura 53 Resultados preliminares electrodos separados 5 cm.
Con el fin de reducir la tensión requerida se realizaron pruebas con separaciones menores,
en este caso de 2.5 cm entre electrodos.
Separación de electrodos de dos centímetros y medio.
La reducción en la tensión requerida para garantizar una corriente de 15A fue drástica,
pues pasó de requerir 90V a solamente 25V. Esto trajo consigo la reducción de la temperatura
del proceso, logrando ejecutar pruebas hasta más de 50 minutos sin alcanzar 60°C. El proceso en
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
134
el reactor fue el mismo, formación de flocs, sedimentos, sobrenadantes, burbujas, evidenciando
un cambio en la tonalidad, de modo que se volvieron uniformes en todas las celdas (Figura 54).
Figura 54 Resultados preliminares electrodos separados 2.5 cm
Tiempos de exposición.
Los tiempos de exposición estuvieron delimitados por la temperatura alcanzada en el
reactor debido a las paredes de vidrio del mismo, pues como ya se había evidenciado, al
aumentar la corriente (que implicaba aumento de tensión eléctrica) aumentaba también la
temperatura, de modo que para la corriente de 7.5A las pruebas se lograban realizar hasta por
120 minutos y para la corriente de 15A podía estar entre los 60 y 90 minutos, alcanzando
temperaturas superiores a 60°C.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
135
CAPÍTULO 5
Modelo Definitivo
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
136
Con el fin de desarrollar los objetivos propuestos en esta investigación y tomando como base los
resultados obtenidos en las pruebas preliminares, se realizaron ajustes y modificaciones al
modelo preliminar concebido inicialmente descrito en el capítulo Modelo preliminar.
Estas modificaciones se efectuaron sobre el reactor y el sistema eléctrico utilizados en la
realización de las pruebas definitivas, sobre las cuales se controlaron las diferentes variables
como: material de electrodos, separación de electrodos, intensidad de corriente eléctrica y tiempo
de exposición, adicionalmente se realizó la medición y monitoreo de los parámetros
fisicoquímicos del agua que permitieron identificar cualitativamente los efectos de la
electrocoagulación sobre aguas residuales domésticas y urbanas.
Reactor.
El reactor luego de realizadas las modificaciones consideradas como necesarias para el
buen funcionamiento del sistema, contó con las siguientes características:
Dos reactores iguales, cada uno con capacidad de tratar nueve litros, y con unas
dimensione internas de 500 mm de largo, 150 mm de ancho y 200 mm de alto.
Dos válvulas de corte de flujo una para cada reactor, utilizadas para desagüe.
Un juego de nueve cátodos y nueve ánodos conectados entre sí por medio de una varilla
roscada junto con un par de tuercas y arandelas las cuales mantenían los electrodos en su lugar
como se muestra en la Figura 55.
Figura 55 Reactor pruebas finales.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
137
En la Figura 56 se presenta de manera esquemática el reactor construido.
Figura 56 Esquema reactor construido
Nota: unidades en milímetros
Sistema eléctrico.
Al igual que en el modelo preliminar, el sistema eléctrico definitivo fue diseñado por el
ingeniero Gustavo Arciniegas, y construido por los investigadores. En la Figura 57 se presenta el
esquema del sistema eléctrico definitivo.
Figura 57. Esquema sistema eléctrico definitivo
Circuito
Corriente Directa
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
138
Para el cual se contó con una fuente de 30 V reguladora de tensión y de corriente la cual
fue diseñada por el ingeniero Gustavo Adolfo Arciniegas Rojas codirector de la investigación y
construida por sus autores. Esta fuente permitió realizar las pruebas finales utilizando corriente
directa en un rango de 0 A - 18 A como valor máximo, adicionalmente posibilitó la realización
de pruebas mediante la utilización de pulsos eléctricos. Estas últimas pruebas no contaron con
medición de parámetros fisicoquímicos, únicamente se realizó inspección visual obteniendo
resultados aproximados a los obtenidos en las pruebas preliminares utilizando corriente directa,
por tal razón se recomienda para investigaciones próximas basadas en electrocoagulación utilizar
este tipo de corriente pulsada, ya que se pueden llegar a obtienen beneficios adicionales.
Material de electrodos.
Posterior a la obtención de resultados de las pruebas preliminares con las combinaciones
propuestas en el Capítulo 4, se decidió trabajar para las pruebas finales con la combinación Nº1
acero inoxidable – acero inoxidable, esta combinación presentó el mejor comportamiento;
Después de pasado el tiempo de sedimentación en la mayoría de los casos la apariencia del agua
tratada fue mucho mejor que la expuesta con las demás combinaciones.
En la
Figura 58 se observa el color del
agua tratada poco tiempo después de
finalizada la prueba con la utilización de
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
139
electrodos de acero inoxidable - acero inoxidable (Izquierda) y cobre - hierro (derecha).
Figura 58: Color del agua tratada con dos combinaciones.
Pasado el tiempo de sedimentación, el cual para las pruebas preliminares llegó a ser de 2 horas,
se obtuvieron resultados como los mostrados en la Figura 59 donde el agua es tratada con
electrodos de acero inoxidable, y la Figura 60 en la cual el agua tratada con electrodos cobre –
hierro.
Mediante los resultados obtenidos, se pudo verificar que el tratamiento con electrodos acero –
acero respondía mejor en términos de color al tratamiento basado en electrocoagulación. La
muestra tratada con electrodos de hierro y cobre permaneció con una tonalidad azul,
posiblemente generado por el efecto de galvanizado.
Figura 59 Color del agua tratada terminada la electrocoagulación, electrodos acero – acero
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
140
Figura 60 Color del agua tratada terminada la electrocoagulación, electrodos cobre - hierro
Separación de electrodos.
Debido a la división del reactor en dos partes iguales, la separación de los electrodos se
modificó, tuvo un valor mínimo de 25 mm entre ánodo y cátodo el cual fue el utilizado para la
realización de las pruebas finales.
El juego de electrodos contó con nueve ánodos y nueve cátodos de acero inoxidable los
cuales se conectaron por medio de una varilla roscada la cual sirvió como conductor eléctrico,
permitió ajustar la separación entre electrodos y mantener el paralelismo entre las placas.
Corriente eléctrica.
El tipo de corriente eléctrica utilizado en las pruebas finales fue corriente directa y sus
respectivos valores fueron: 7.5A, 15 A y 18 A como máximo valor, ya que en las pruebas
preliminares se determinó una limitante respecto al valor de la corriente eléctrica el cual no podía
superar los 20 A debido a la protección eléctrica con la que contaba el laboratorio en el cual se
realizaron las pruebas.
Variables definitivas tiempo e intensidad de corriente.
Las variables definitivas que se tuvieron en cuenta y las cuales se controlaron en las
pruebas finales fueron: el tiempo de exposición, la intensidad de corriente y la densidad de
corriente la cual involucra las dimensiones y la geometría de los electrodos.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
141
Basados en los resultados obtenidos de las pruebas preliminares, en las cuales se
evidencio que el aumento de corriente eléctrica en el sistema provocaba aumentos de
temperatura, y que las altas temperaturas provocaban fisuras en las paredes del reactor, se definió
de manera preventiva establecer un tiempo máximo para cada una de las corrientes analizadas,
las cuales se muestran en Tabla 20.
Tabla 20 Tiempos de exposición para los diferentes valores de corriente
Tiempos de exposición máximos empleados en los diferentes valores de corriente
Intensidad de
corriente (A)
Tiempo de
exposición (minutos)
7.5 120
15 90
18 60
Pruebas definitivas.
Se realizaron las pruebas definitivas con el propósito de analizar el agua tratada bajo las
condiciones o variables definidas en las pruebas preliminares, como lo fueron los parámetros
eléctricos, materiales de electrodos tiempos de exposición, distancia entre electrodos e
intensidades de corriente, de modo que las únicas variables a modelar en esta etapa fueron los
tiempos de exposición y la intensidad de corriente eléctrica. En estas pruebas se realizaron
análisis físico químicos al agua tratada, y con ellas se identificaron las eficiencias.
Protocolo pruebas definitivas.
Basados en el protocolo de pruebas preliminares se realizó el protocolo de pruebas
definitivas, el cual sirvió para realizar estas pruebas bajo las mismas condiciones, lo que permitió
comparar los resultados obtenidos en cada una de estas.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
142
El protocolo se muestra en la Figura 61, el cual se presenta como un diagrama de flujo
similar al protocolo de pruebas preliminares con dos grandes diferencias, la primera el número
de ensayos definitivos (el cual consistió en 5 muestras, una por cada tiempo), y la segunda se
evidencia en el tipo de pruebas de caracterización fisicoquímicas a las muestras de agua tratadas.
Este protocolo de pruebas se utilizó el día 19 de noviembre de 2016, día en el cual se
realizaron las tres pruebas definitivas.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
143
Figura 61 Diagrama de flujo del protocolo de pruebas definitivas
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
144
Análisis físico químico aguas de las aguas tratadas.
El análisis físico químico de las aguas tratadas consistió en la realización de pruebas de
DQO, DBO5, grasas, sólidos, temperatura, pH, oxígeno disuelto, turbidez, color, densidad
relativa y Coliformes, con las cuales se realizó la validación de los porcentajes de remoción para
cada una de las corrientes aplicadas y los tiempos de exposición.
Cuadro de datos definitivo.
Se construyó la Tabla 21 en la cual fueron registrados los resultados para cada uno de los
ensayos. Esta tabla se entrega dentro del Anexo C para una mejor apreciación.
Tabla 21 Formato para toma de datos en pruebas definitivas
Formato para toma de datos en pruebas definitivas
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
145
CAPÍTULO 6
Resultados y Análisis de Resultados
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
146
Aguas Residuales Domésticas
Comportamiento DQO agua residual doméstica tratada.
En la Figura 62 y Figura 63 se muestran respectivamente la concentración de DQO
obtenida y porcentaje de remoción de la demanda química de oxígeno (DQO) del agua residual
tratada con respecto a la cruda. El parámetro inicialmente fue medido en mgO2/l. En esta gráfica
se evidencia un comportamiento decreciente para las tres corrientes, obteniendo un mayor
porcentaje de remoción en la corriente de 18A (75%, minuto 60), seguido por la de 15A (66%,
minuto 60) y la de 7.5 A (70%, minuto 120).
Figura 62 Resultados DQO agua residual doméstica tratada.
Figura 63 Remoción DQO agua residual doméstica tratada.
0
200
400
600
800
1000
0 20 40 60 80 100 120
DQ
O (
mg
O2/l
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Rem
oció
n D
QO
(%
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
147
Comportamiento Color agua residual doméstica tratada.
En la Figura 64 y Figura 65 se muestran respectivamente las unidades de Color el
porcentaje de remoción de color del agua residual tratada con respecto a la cruda. El parámetro
inicialmente fue medido en unidades de platino cobalto (PtCo). En esta gráfica se evidencia un
comportamiento similar para las corrientes de 18A y 15A, obteniendo un mayor porcentaje de
remoción en la corriente de 18A (95%, minuto 60), seguido por la de 15A (41%, minuto 70). De
manera contraria, en la corriente de 7.5A se presentó aumento en el color del agua tratada (54%,
minuto 120).
Figura 64 Color agua residual doméstica tratada.
Figura 65 Remoción color agua residual doméstica tratada.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 20 40 60 80 100 120
Co
lor
(PtC
o)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
-100
-50
0
50
100
150
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Rem
oció
n c
olo
r (%
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
148
Comportamiento turbidez agua residual doméstica tratada.
En la Figura 66 y Figura 67 se muestra respectivamente la turbidez y el porcentaje de
remoción de turbidez del agua residual tratada con respecto a la cruda. El parámetro
inicialmente fue medido en NTU. En esta gráfica las corrientes de 18A y 15A obtuvieron un
mayor porcentaje de remoción, siendo en la corriente de 18A (97%, minuto 60), seguido por la
de 15A (54%, minuto 70). De manera contraria, en la corriente de 7.5A se presentó aumento en
la turbidez del agua tratada (38%, minuto 120).
Figura 66 Turbidez agua residual doméstica tratada.
Figura 67 Remoción turbidez agua residual doméstica tratada.
0
50
100
150
200
250
300
0 20 40 60 80 100 120
Tu
rbid
ez
(NT
U)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Rem
oció
n t
urb
idez
(%)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
149
Comportamiento sólidos totales disueltos (TDS) agua residual doméstica tratada.
Las Figura 68 y Figura 69 muestran la cantidad de sólidos totales disueltos y el
porcentaje de remoción de los sólidos totales disueltos del agua residual tratada con respecto a la
cruda. El parámetro inicialmente fue medido en ppt. En esta gráfica se evidencia un
comportamiento similar para las tres corrientes, obteniendo un mayor porcentaje de remoción en
la corriente de 18A (51%, minuto 60), seguido por la de 7.5A (36%, minuto 120) y la de 15 A
(28%, minuto 90).
Figura 68 Sólidos totales disueltos agua residual doméstica tratada.
Figura 69 Remoción sólidos totales disueltos agua residual doméstica tratada.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 20 40 60 80 100 120
Só
lid
os
tota
les d
isu
elt
os T
DS
(pp
t)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Rem
oció
n s
ólid
os to
tale
s
dis
uelt
os (
%)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
150
Comportamiento sólidos totales (SST) agua residual doméstica tratada.
En la Figura 70 se presentan los resultados obtenidos en la prueba de sólidos suspendidos
totales y en la Figura 71 los porcentajes de remoción de los mismos, para el agua residual
doméstica.
Figura 70 SST agua residual doméstica tratada
Figura 71 % Remoción SST agua residual doméstica tratada
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 20 40 60 80 100 120 140
SS
T (
mg
/l)
Tiempos de exposición (minutos)
SST 15A Conjunto SST 18A Conjunto
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
0 20 40 60 80 100 120 140
% R
em
oció
n S
ST
Tiempos de exposición (minutos)
SST 15A Conjunto SST 18A Conjunto
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
151
Comportamiento conductividad agua residual doméstica tratada.
Las Figura 72 y Figura 73 muestran los resultados obtenidos en la prueba de
conductividad y el porcentaje de remoción de la conductividad del agua residual tratada con
respecto a la cruda. El parámetro inicialmente fue medido en mS. En esta gráfica se evidencia
un comportamiento similar para las tres corrientes, obteniendo un mayor porcentaje de remoción
en la corriente de 18A (51%, minuto 60), seguido por la de 7.5A (36%, minuto 120) y la de 15 A
(27%, minuto 90).
Figura 72 Conductividad agua residual doméstica tratada.
Figura 73 Remoción conductividad agua residual doméstica tratada.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 20 40 60 80 100 120
Co
nd
ucti
vid
ad
(m
S)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Rem
oció
n c
on
du
cti
vid
ad
(%
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
152
Comportamiento temperatura durante el tratamiento del agua residual doméstica.
El proceso de electrocoagulación generó un incremento al valor de la temperatura del
agua residual doméstica durante el tiempo de tratamiento. En la Figura 74 se observa que, para
los tres valores de intensidad de corriente utilizados, la temperatura tuvo un comportamie nto
tendiente a ser lineal creciente a medida que transcurría el tiempo de exposición. A su vez la
temperatura durante el tratamiento es directamente proporcional a la intensidad de corriente.
La variación en la temperatura, que fue medida en grados centígrados (º), se debe
principalmente a reacciones químicas producidas por el paso de corriente eléctrica inducida
mediante los electrodos metálicos a través del agua residual; la temperatura más alta fue de 60º
que se produjo bajo el efecto de una intensidad de corriente de 18A con un tiempo de exposición
de 60 minutos, seguido por la corriente de 15A con 57°C a los 90 minutos, y la de 7.5A con
31°C a los 120 minutos.
Figura 74 Temperatura agua residual doméstica tratada.
Comportamiento demanda biológica de oxígeno 5 días (DBO5) agua residual
doméstica tratada.
El comportamiento de la DBO5 medido inicialmente en mgO2/l respecto al tiempo de
exposición presenta una disminución considerable para las tres intensidades de corriente
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Tem
pera
tura
(°C
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
153
utilizadas. Los valores mostrados en las Figura 75 y Figura 76 corresponden respectivamente a
los valores obtenidos en la prueba de DBO5 y los porcentajes de remoción calculados del agua
residual tratada con respecto a la cruda, en los cuales se obtuvo un mayor porcentaje de remoción
en la corriente de 7.5A (89%, minuto 120), seguido por la de 18A (80%, minuto 60) y la de 15 A
(71%, minuto 60).
Figura 75 DBO5 agua residual doméstica tratada.
Figura 76 Remoción DBO5 agua residual doméstica tratada.
Comportamiento oxígeno disuelto (OD) agua residual doméstica tratada.
En la Figura 77 y Figura 78 se presenta respectivamente la cantidad de oxígeno disuelto y
el porcentaje de incremento del oxígeno disuelto del agua residual tratada con respecto a la
0
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80 100 120
DB
O5
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Rem
oció
n D
BO
5 (%
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
154
cruda, en los cuales se obtuvo un mayor porcentaje de aumento en la corriente de 15A (578%,
minuto 90), seguido por la de 7.5A (513%, minuto 90).
Figura 77 Oxígeno disuelto agua residual doméstica tratada.
Figura 78 Aumento oxígeno disuelto agua residual doméstica tratada.
Comportamiento voltaje (V) agua residual doméstica tratada.
El comportamiento de la tensión durante el tiempo del tratamiento presenta un
incremento en todos los casos lo cual se puede deber al cambio en la temperatura del agua y la
disminución de la conductividad durante el tratamiento.
El incremento del valor de la tensión se presenta de manera inestable debido a que
durante el proceso de medición el volumen de la muestra varió en el tiempo producto de la
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100 120
Oxí
gen
o d
isu
elt
o O
D (
mg
/l)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Au
men
to O
xíg
en
o d
isu
elt
o O
D
(%)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
155
extracción de muestra de agua para su análisis fisicoquímico; esta variación se incrementó con
los valores de corriente eléctrica más altos como se observa en la Figura 79.
Figura 79 Voltaje agua residual doméstica tratada.
Comportamiento potencial hidrógeno (pH) agua residual doméstica tratada.
El pH es un parámetro sensible a diferentes condiciones principalmente al cambio de
temperatura, en la Figura 80 se observa el comportamiento del pH de las tres corrientes
evaluadas al agua residual doméstica, en esta figura el pH se comporta de manera similar para las
tres corrientes, manteniéndose variante entre los rangos de pH (8-10).
Figura 80 pH agua residual doméstica tratada.
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Vo
ltaje
(V
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
5
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7
8
9
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11
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
pH
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
156
Comportamiento Coliformes agua residual doméstica tratada.
Mediante el empleo de PetriFilm, se realizó la prueba de Coliformes en las aguas
residuales tratadas domésticas, en cada una de las corrientes eléctricas estudiadas. Para la
muestra cero (agua cruda) se realizaron diluciones en 10-5 y paras las muestras tratadas en 10-4 y
10-8. A fin de obtener mayor certeza sobre las pruebas se emplearon duplicados para cada
muestra.
En la Tabla 22 se presentan los resultados de los conteos realizados para cada una de las
muestras y diluciones, en la cual, también se puede evidenciar una reducción del 100% de
Coliformes presentes en el agua tratada, con respecto al agua cruda. De igual manera, se
evidencia que el efecto bactericida sobre las Coliformes se presentó en las tres corrientes
eléctricas. En la Figura 81 se pueden observar algunas de las muestras.
Tabla 22 Prueba Coliformes agua residual doméstica
Prueba Coliformes agua residual doméstica
Corriente (A) Dilución Tiempo (min) # Duplicado Colonias Observadas Coliformes / ml
0 10-5 0 1 7 700.000 0 10-5 0 2 6 600.000
7.5 10-4 120 1 0 0
7.5 10-4 120 2 0 0
7.5 10-8 120 1 0 0 7.5 10-8 120 2 0 0
15 10-4 60 1 0 0 15 10-4 60 2 0 0
15 10-8 60 1 0 0 15 10-8 60 2 0 0
18 10-4 60 1 0 0 18 10-4 60 2 0 0
18 10-8 60 1 0 0
18 10-8 60 2 0 0
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
157
(a)Prueba de coliformes (b) Coliformes agua sin tratar
(c) Coliformes tratamiento 7.5A (d) Coliformes tratamiento 18A
Figura 81 Prueba Coliformes agua residual doméstica cruda y tratada.
Aguas Residuales Urbanas
Comportamiento DQO agua residual urbana tratada.
La Figura 82 y Figura 83 muestran la remoción y el porcentaje de remoción de la
demanda química de oxígeno (DQO) del agua residual tratada con respecto a la cruda. El
parámetro inicialmente fue medido en mgO2/l. En esta gráfica se evidencia un comportamiento
similar para las tres corrientes, obteniendo un mayor porcentaje de remoción en la corriente de
15A (75%, minuto 60), seguido por la de 18A (83%, minuto 40) y la de 7.5 A (73%, minuto 90).
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
158
Figura 82 DQO agua residual urbana tratada
Figura 83 Remoción DQO agua residual urbana tratada
Comportamiento color agua residual urbana tratada.
Las Figura 84 y Figura 85 muestran el color y el porcentaje de remoción de color del
agua residual tratada con respecto a la cruda. El parámetro inicialmente fue medido en PtCo. En
esta gráfica se evidencia un comportamiento similar para las corrientes de 15A y 7.5A,
diferenciando en la corriente de 18A en la cual en los primeros 30 minutos de tratamiento
aumenta el color. Obteniendo un mayor porcentaje de remoción en la corriente de 15A (82%,
minuto 30), seguido por la de 7.5A (79%, minuto 60), y la corriente de 18A (73%, minuto 40).
0
50
100
150
200
250
0 20 40 60 80 100 120
DQ
O (
mg
O2/l
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
0 20 40 60 80 100 120
Rem
oció
n D
QO
(%
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
159
Figura 84 Color agua residual urbana tratada
Figura 85 Remoción color agua residual urbana tratada
Comportamiento turbidez agua residual urbana tratada.
La Figura 86 y Figura 87 muestran la turbidez y el porcentaje de remoción de turbidez del
agua residual tratada con respecto a la cruda. El parámetro inicialmente fue medido en NTU. En
esta gráfica se evidenció un comportamiento similar en las corrientes de 18A y 7.5A las cuales
en los primeros 20 y 30 minutos respectivamente aumentan la turbidez. En esta prueba las
corrientes de 18A y 15A obtuvieron un mayor porcentaje de remoción, siendo en la corriente de
18A (93%, minuto 50), seguido por la de 15A (88%, minuto 50) y la corriente de 7.5A (79%,
minuto 60).
0
100
200
300
400
500
0 20 40 60 80 100 120
Co
lor
(PtC
o)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
-150.00
-100.00
-50.00
0.00
50.00
100.00
0 20 40 60 80 100 120
Rem
oció
n C
olo
r (%
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
160
Figura 86 Turbidez agua residual urbana tratada
Figura 87 Remoción turbidez agua residual urbana tratada
Comportamiento sólidos totales disueltos (TDS) agua residual urbana tratada.
Las Figura 88 y Figura 89 muestran lo sólidos totales disueltos y el porcentaje de
remoción de los mismos, en el agua residual tratada con respecto a la cruda. El parámetro
inicialmente fue medido en ppt. En esta gráfica se evidencia un comportamiento similar para las
tres corrientes, obteniendo un mayor porcentaje de remoción en la corriente de 18A (54%,
minuto 30), seguido por la de 15A (50%, minuto 40) y la de 7.5 A (50%, minuto 90).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 20 40 60 80 100 120
Tu
rbid
ez
(NT
U)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
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120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Rem
oció
n t
urb
idez
(%)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
161
Figura 88 Sólidos totales disueltos agua residual urbana tratada
Figura 89 Remoción sólidos totales disueltos agua residual urbana tratada
Comportamiento sólidos totales (SST) agua residual urbana tratada.
En la Figura 90 se presentan los resultados obtenidos en la prueba de sólidos suspendidos
totales y en la Figura 91 los porcentajes de remoción de los mismos, para el agua residual
urbana. En las gráficas se evidencia un comportamiento inestable para las corrientes de 7.5 A y
15 A las cuales a su vez presentan aumentos en la cantidad de solidos suspendidos totales, sin
embargo la corriente de 18 A evidencia remoción en la cantidad de solidos suspendidos totales
en un 82%.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 20 40 60 80 100 120
Só
lid
os
tota
les d
isu
elt
os T
DS
(pp
t)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
10
20
30
40
50
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Rem
oció
n s
ólid
os to
tale
s
dis
uelt
os (%
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
162
Figura 90 SST agua residual urbana tratada
Figura 91 Remoción SST agua residual urbana tratada
Comportamiento conductividad agua residual urbana tratada.
Las Figura 89 y Figura 93 muestran la conductividad y el porcentaje de remoción de la
conductividad del agua residual tratada con respecto a la cruda. El parámetro inicialmente fue
medido en mS. En esta gráfica se evidencia un comportamiento similar para las tres corrientes,
obteniendo un mayor porcentaje de remoción en la corriente de 7.5A (52%, minuto 90), seguido
por la de 18A (50%, minuto 30) y la de 15 A (50%, minuto 90).
0
0.5
1
1.5
2
0 20 40 60 80 100 120 140
SS
T m
g/L
Tiempos de exposición (minutos)
SST 15A Urbana SST 18A Urbana SST 7.5A Urbana
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
0 20 40 60 80 100 120 140
Rem
ocio
n S
ST
(%
)
Tiempos de exposición (minutos)
SST 15A Urbana SST 18A Urbana SST 7.5A Urbana
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
163
Figura 92 Conductividad agua residual urbana tratada
Figura 93 Remoción conductividad agua residual urbana tratada
Comportamiento temperatura agua residual urbana tratada.
El comportamiento de la temperatura durante el tratamiento del agua residual urbana es
similar al presentado en el tratamiento de agua residual doméstica, el efecto de la corriente
eléctrica sobre la temperatura es notable, en la Figura 94 se evidencia el incremento que tiene la
temperatura en función del tiempo de exposición y del valor de intensidad de corriente utilizada.
La mayor temperatura durante el tratamiento fue de 88º que se presentó con la corriente
de 18A y un tiempo de exposición de 50 minutos.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 20 40 60 80 100 120
Co
nd
ucti
vid
ad
(m
S)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
10
20
30
40
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Co
nd
ucti
vid
ad
(m
S)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
164
Figura 94 Comportamiento temperatura durante tratamiento del agua residual urbana.
Comportamiento DBO5 agua residual urbana tratada.
En las Figura 95 y Figura 96 se observa el comportamiento del DBO5 y el porcentaje de
remoción del mismo en el agua tratada con respecto al agua cruda para las tres intensidades
de corriente, las cuales tienen la misma tendencia, en donde en los tiempos iniciales del
tratamiento hasta la tercera parte del tiempo total presenta incremento en los porcentajes de
remoción, posteriormente hay un decaimiento en los porcentajes removidos.
Con la corriente eléctrica de 18 A - los 30 minutos de tratamiento se presenta una remoción
del 100% de DBO5. seguido por la de corriente de 15A (97%, minuto 60) y la de 7.5A
(96.3%, minuto 90).
Figura 95 DBO5, agua residual urbana.
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Tem
pera
tura
(°C
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
DB
O5
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
165
Figura 96 Remoción DBO5, agua residual urbana.
Comportamiento oxígeno disuelto (OD) agua residual urbana tratada.
En las Figura 97 y Figura 98 se presenta el contenido de oxígeno disuelto y el porcentaje de
incremento del mismo en el agua residual tratada con respecto a la cruda, en los cuales se
obtuvo un mayor porcentaje de aumento en la corriente de 7.5A (349%, minuto 50), seguido
por la de 15A (320%, minuto 20).
Figura 97 Oxígeno disuelto, agua residual urbana.
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
0 20 40 60 80 100 120
Rem
oció
n D
BO
5(%
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
2
4
6
8
10
12
0 20 40 60 80 100 120
Oxí
gen
o d
isu
elt
o O
D (
mg
/l)
Tiempos de exposicioón (minutos)
Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
166
Figura 98 Aumento oxígeno disuelto, agua residual urbana.
Comportamiento voltaje (V) agua residual urbana tratada.
En la Figura 99 se muestra el comportamiento de la tensión durante el tratamiento de
agua residual urbana, se evidencia decrecimiento en los primeros minutos de tratamiento y un
incremento en el tiempo final, este comportamiento es más pronunciado cundo el valor de la
intensidad de corriente aumenta y se presenta debido al cambio en la resistividad eléctrica del
agua durante la exposición al flujo de corriente.
Es importante aclarar que durante el proceso de medición de la tensión el volumen de la
muestra varió, producto de la extracción de muestra de agua para su análisis fisicoquímico final.
Figura 99 Variación voltaje, agua residual urbana.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Au
men
to O
xíg
en
o d
isu
elt
o O
D
(%)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 15A Corriente de 7.5 A
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Vo
ltaje
(V
)
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
167
Comportamiento potencial hidrógeno (pH) agua residual urbana tratada.
El pH es un parámetro sensible a diferentes condiciones principalmente al cambio de
temperatura, en la Figura 100 se observa el comportamiento del pH de las tres corrientes
evaluadas al agua residual doméstica, en esta figura el pH se comporta de manera similar para las
tres corrientes, manteniéndose variante entre los rangos de pH (7-10).
Figura 100 Variación voltaje, agua res idual urbana.
Comportamiento Coliformes agua residual urbana tratada.
Del mismo modo que con las aguas domésticas, se realizó la prueba de Coliformes
mediante el empleo de PetriFilm en las aguas residuales tratadas domésticas, en cada una de las
corrientes eléctricas estudiadas. Para la muestra cero (agua cruda) se realizaron diluciones en
10-5 y paras las muestras tratadas en 10-4 y 10-8. A fin de obtener mayor certeza sobre las pruebas
se emplearon duplicados para cada muestra.
En la Tabla 23 se presentan los resultados de los conteos realizados para cada una de las
muestras y diluciones, en la cual, también se puede evidenciar una reducción del 100% de
Coliformes presentes en el agua tratada, con respecto al agua cruda.
De igual manera, se evidencia que el efecto bactericida sobre las Coliformes se presentó
en las tres corrientes eléctricas. En la Figura 101 se pueden observar algunas de las muestras.
5
6
7
8
9
10
11
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
pH
Tiempos de exposición (minutos)
Corriente 18A Corriente 15A Corriente de 7.5 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
168
Tabla 23 Coliformes aguas residuales urbanas
Coliformes aguas residuales urbanas
Corriente
(A)
Dilución
(min) Tiempo # Duplicado
Colonias
Observadas
Coliformes /
ml 0 0 0 1 Incontable Incontable 0 0 0 2 Incontable Incontable
0 10-2 0 1 193 19,300 0 10-2 0 2 229 22,900
0 10-4 0 1 16 160,000 0 10-4 0 2 18 180,000
7.5 0 120 1 2 2 7.5 0 120 2 1 1
7.5 10-2 120 1 0 0
7.5 10-2 120 2 0 0
7.5 10-4 120 1 0 0
7.5 10-4 120 2 0 0
15 0 60 1 0 0 15 0 60 2 0 0
15 10-2 60 1 0 0 15 10-2 60 2 0 0
15 10-4 60 1 0 0 15 10-4 60 2 0 0
18 0 50 1 0 0 18 0 50 2 0 0
18 10-2 50 1 0 0
18 10-2 50 2 0 0
18 10-4 50 1 0 0
18 10-4 50 2 0 0
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
169
(a) Coliformes sin tratamiento (b) Coliformes con 7.5A
(C) Coliformes 15A (d) Coliformes 18A
Figura 101 Resultados prueba Coliformes agua urbana
Grasas y aceites.
Se realizó la evaluación del comportamiento de las grasas y aceites en el agua tratada y se
comparó con las aguas residuales crudas, tanto para el agua doméstica como para la urbana.
Obteniendo los resultados presentados en la Tabla 24 y de manera gráfica en las Figura 102y
Figura 103. Es posible observar que existe reducción en el contenido de grasas en las aguas
tratadas, al igual que un comportamiento inestable del mismo en el tiempo, lo cual se puede
relacionar con el aumento de las temperaturas durante el tratamiento al aumentar el tiempo de
exposición.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
170
Tabla 24 Cálculo grasas y aceites
Cálculo grasas y aceites
Muestra Tiempo
(min)
Corriente
(A)
Volumen fi ltrado
(ml)
Volumen fi ltrado
(l)
Peso inicial
(gr)
Peso final
(gr)
peso de grasas
(gr)
grasas
(gr/l)
grasas
(mg/l)
Conjunto 0 0 500 0.5 74.7961 74.8828 0.0867 0.17340 173.40
Conjunto 30 7,5 240 0.24 76.0294 76.0296 0.0002 0.00083 0.83
Conjunto 50 7,5 360 0.36 73.537 73.5744 0.0374 0.10389 103.89
Conjunto 60 7,5 360 0.36 76.0805 76.1022 0.0217 0.06028 60.28
Conjunto 90 7,5 440 0.44 74.6003 74.6235 0.0232 0.05273 52.73
Conjunto 120 7,5 440 0.44 77.3343 77.3687 0.0344 0.07818 78.18
Conjunto 30 15 370 0.37 73.2026 73.2097 0.0071 0.01919 19.19
Conjunto 50 15 360 0.36 74.618 74.6404 0.0224 0.06222 62.22
Conjunto 60 15 400 0.4 74.154 74.1734 0.0194 0.04850 48.50
Conjunto 70 15 342 0.342 76.0642 76.086 0.0218 0.06374 63.74
Conjunto 90 15 400 0.4 76.0381 76.0603 0.0222 0.05550 55.50
Conjunto 10 18 500 0.5 73.3844 73.4212 0.0368 0.07360 73.60
Conjunto 20 18 500 0.5 76.1413 76.1432 0.0019 0.00380 3.80
Conjunto 30 18 500 0.5 74.169 74.1708 0.0018 0.00360 3.60
Conjunto 50 18 500 0.5 76.1277 76.137 0.0093 0.01860 18.60
Conjunto 60 18 500 0.5 74.6972 74.698 0.0008 0.00160 1.60
PTAR 0 0 500 0.5 79.6435 79.6784 0.0349 0.06980 69.80
PTAR 10 18 500 0.5 76.7195 76.7522 0.0327 0.06540 65.40
PTAR 20 18 500 0.5 74.6161 74.6457 0.0296 0.05920 59.20
PTAR 30 18 500 0.5 76.0869 76.1236 0.0367 0.07340 73.40
PTAR 40 18 500 0.5 74.5192 74.5394 0.0202 0.04040 40.40
PTAR 50 18 500 0.5 77.0138 77.0393 0.0255 0.05100 51.00
PTAR 20 15 500 0.5 75.223 75.249 0.026 0.05200 52.00
PTAR 30 15 500 0.5 77.0215 77.0332 0.0117 0.02340 23.40
PTAR 40 15 500 0.5 73.5806 73.604 0.0234 0.04680 46.80
PTAR 50 15 500 0.5 76.1087 76.1241 0.0154 0.03080 30.80
PTAR 60 15 500 0.5 75.5055 75.5273 0.0218 0.04360 43.60
PTAR 30 7,5 500 0.5 73.5806 73.604 0.0234 0.04680 46.80
PTAR 50 7,5 500 0.5 76.3647 76.3862 0.0215 0.04300 43.00
PTAR 60 7,5 500 0.5 74.3459 74.3656 0.0197 0.03940 39.40
PTAR 90 7,5 500 0.5 76.757 76.7753 0.0183 0.03660 36.60
PTAR 120 7,5 500 0.5 76.1087 76.1341 0.0254 0.05080 50.80
Nota: los valores resaltados en color rojo se descartaron en el análisis de la información, debido a la dispersión de
los mismos.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
171
Figura 102 Variación contenido de grasas en agua residual doméstica.
Figura 103 Variación contenido de grasas en agua residual urbana.
Comparativa Resultados Obtenidos
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en las aguas residuales urbanas y
domésticas, se construyeron las Tabla 25 y Tabla 26, en las cuales se realizan las comparativas
de los tiempos de exposición requeridos para obtener el mayor porcentaje de remoción en los
diferentes parámetros fisicoquímicos analizados, en el caso del oxígeno disuelto se presenta el
porcentaje de aumento.
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
0 20 40 60 80 100 120 140
Gra
sas (
mg
/l)
Tiempo (min)
7.5 A 15 A 18 A
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
0 20 40 60 80 100 120 140
Gra
sas (
mg
/l)
Tiempo (min)
7.5 A 15 A 18 A
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
172
Tabla 25 Comparación tiempos requeridos para porcentajes de remoción máximos, agua residual doméstica
Comparación tiempos requeridos para porcentajes de remoción máximos, agua residual
doméstica
Parámetro
Doméstica
7,5A 15A 18A
Tiempo Remoción % Tiempo Remoción % Tiempo Remoción %
DQO 120 70 60 66 60 75
DBO5 120 89 60 80 60 72
Sólidos disueltos totales 120 36 90 28 60 51
Turbidez 0 0 70 54 60 97
Color 0 0 70 40 60 95
Grasas 30 99.5 30 89 50 89
Coliformes 120 100 60 100 60 100
Conductividad 120 36 90 27 60 51
Oxígeno disuelto 90 514 90 578 - -
Tabla 26 Comparación tiempos requeridos para porcentajes de remoción máximos, agua residual urbana
Comparación tiempos requeridos para porcentajes de remoción máximos, agua residual urbana
Parámetro
Urbana
7,5A 15A 18A
Tiempo Remoción % Tiempo Remoción % Tiempo Remoción %
DQO 90 75 60 83 40 78
DBO5 90 96 50 97 30 100
Sólidos disueltos totales 90 50 40 50 30 54
Turbidez 60 80 30 86 40 91
Color 50 80 30 82 40 73
Grasas 90 48 30 67 40 42
Coliformes 120 100 60 100 50 100
Conductividad 90 52 40 50 30 50
Oxígeno disuelto 50 350 20 320 - -
Realizando la comparación de los porcentajes de remoción obtenidos en el tratamiento
por electrocoagulación con el proceso de coagulación química, en el cual fue empleando Cloruro
Férrico (FeCl3) en concentración de 150 mg/l para el agua urbana y 300 mg/l para la doméstica,
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
173
realizadas para las mismas muestras de agua, se pudo evidenciar las ventajas frente a la
coagulación química, como se evidencia en la Tabla 27.
Tabla 27 Comparación porcentajes de remoción obtenidos por electrocoagulación y con FeCl3
Comparación porcentajes de remoción obtenidos por electrocoagulación y con FeCl3.
Parámetro % Remoción máxima por
electrocoagulación % Remoción máxima por coagulante
DQO 83 33 % (concentración de 150 mg/l) y 66%
(concentración de 300 mg/l) Sólidos
disueltos totales
54 3.33 % concentración de 150 mg/l) y aumento de
50% (concentración de 300 mg/l)
Turbidez 97 99
Color 95 98
Conductividad 52 8% concentración de 150 mg/l) y aumento de
50% (concentración de 300 mg/l)
pH Alcalino (7,9) Ácido (-6,-2)
Olor Sin olor Con olor
Los resultados obtenidos en los porcentajes de remoción alcanzados en la presente
investigación tienen un comportamiento similar a los reportados por los autores de los
antecedentes teóricos, de modo que las eficiencias del tratamiento son muy parecidas. Sin
embargo, no se consideran comparables los resultados debido a las diferencias en los tiempos de
exposición, calidad inicial de las muestras, volúmenes, material de electrodos y configuración
general de los electrocoaguladores.
174
CAPÍTULO 7
Costo del Tratamiento
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
175
Costo por Coagulación Química
Basado en las pruebas de jarras realizadas al agua residual doméstica y urbana, y los
porcentajes de remoción obtenidos para las dosificaciones de FeCl3 empleados, en los cuales los
mejores porcentajes de remoción se obtuvieron con dosis de 150 mg/l y 300 mg/l para las
muestras de agua residual urbana y doméstica respectivamente, se realizó el cálculo del costo por
coagulación química.
De este modo, analizando el valor comercial del FeCl3 en Colombia, el cual se encuentra
alrededor de los $1000 pesos por Kilogramo, se pudo establecer el costo por coagulación
química para el agua urbana y la doméstica, resultando $0.15 y $0.3 pesos por litro
respectivamente, en las concentraciones mencionadas; lo cual a su vez significa un costo de $150
y $300 pesos por metro cúbico.
Costo de Tratamiento en el Electrocoagulador Construido
Basados en los parámetros eléctricos (intensidad de corriente, tensión, tiempo de
exposición y separación de electrodos) obtenidos de las pruebas definitiva y que presentaron el
mejor comportamiento en términos de remoción de contaminantes, se realiza el cálculo del costo
eléctrico del tratamiento. Cabe resaltar que únicamente se tuvo en cuenta el costo de la energía
eléctrica empleada en el proceso, descartando costos constructivos, de equipos e insumos.
Para dicho cálculo, se tuvo en cuenta el volumen del reactor, el cual determinó es de 9
litros, y el valor del costo del KW/h utilizado para la realización de los cálculos presentados es el
correspondiente al de un usuario en sector residencial, con nivel de tensión 1, estrato cuatro y
propiedad del cliente, en la ciudad de Bogotá $ 418.7361 kWh, tomado de las tarifas de energía
eléctrica de CODENSA reguladas por la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG) para
el mes de septiembre de 2017.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
176
Agua residual doméstica.
Con los resultados de las pruebas definitivas se procedió a realizar los cálculos
correspondientes al costo del tratamiento para cada uno de los escenarios 7.5A, 15A y 18A.; en
la Tabla 28 se presentan los costos del tratamiento para el agua residual doméstica en el
electrocoagulador construido, el valor se obtuvo por medio de la potencia eléctrica requerida y el
tiempo de exposición.
Tabla 28 Costo tratamiento agua residual doméstica
Costo tratamiento agua residual doméstica
Corriente (A)
Tensión requerida
(V)
Tiempo de tratamiento
(horas)
Potencia (KW)
KWh
Costo eléctrico
total tratamiento
(pesos)
Costo litro tratado (pesos)
Costo m3 tratado (pesos)
7.5 13 2 0.09 0.19 81,65 9,07 9072,62
15 19 1.2 0.28 0.34 143,21 15,91 15911,97
18 22 1 0.39 0.39 165,82 18,42 18424,39
Agua residual urbana.
De igual manera que como se hizo para el agua residual doméstica, se realizó el cálculo
de los costos del tratamiento del agua residual urbana en el electrocoagulador construido, estos
costos obtenidos se muestran en la Tabla 29.
Tabla 29 Costo tratamiento agua residual urbana
Costo tratamiento agua residual urbana
Corriente (A)
Tensión requerida
(V)
Tiempo de tratamiento
(horas)
Potencia (KW)
KWh
Costo eléctrico
total tratamiento
(pesos)
Costo litro
tratado (pesos)
Costo m3 tratado (pesos)
7.5 25 1.5 0.18 0.28 117,77 13,09 13085,51
15 40 1 0.6 0.6 251,24 27,92 27915,74
18 50 0.7 0.9 0.63 263,80 29,31 29311,53
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
177
Costo de Tratamiento para un Condominio (diseño teórico).
A fin de presentar una aproximación al diseño de un electrocoagulador que permita tratar
las aguas residuales domésticas de un condominio, se propuso evaluar las condiciones conocidas
del agua residual doméstica del conjunto residencial torres de Sevilla, el cual fue objeto de
análisis en la investigación.
El diseño propuesto consiste en un sistema de tratamiento por electrocoagulación tipo
batch, para lo cual se deberá tener en cuenta un tanque de regulación de aguas residuales que se
encargará de retener los caudales pico de agua residual y suministrar de manera controlada el
volumen de agua que pasará al electrocoagulador.
El proceso de tratamiento de agua residual propuesto consta de: zona de cribado que
permite retener el material flotante, tanque de regulación el cual regula de manera automatizada
el paso del caudal estrictamente necesario para el tratamiento, zona de electrocoagulación en la
cual se presentan los procesos físico químicos necesarios para llevar a cabo el tratamiento, zona
de sedimentación y finalmente una conducción al sistema de alcantarillado. En la Figura 104 se
muestra el esquema general para el tratamiento propuesto del agua residual doméstica.
Es importante mencionar que, para la obtención del costo del tratamiento del agua
residual producida por un conjunto residencial solo se tuvo en cuenta el valor operativo del
electrocoagulador, en ningún momento se involucraron los costos de construcción de tanque de
regulación, electrocoagulador, sedimentador y demás obras requeridas.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
178
Figura 104 Esquema del tratamiento unidad residencial
Ahora bien, para determinar el costo de tratamiento del sistema se realizó el
dimensionamiento del electrocoagulador, de modo que se asumió como caudal de agua residual
el producido por una unidad residencial de 624 usuarios (al igual que el Conjunto Residencial
Torres de Sevilla), basados en el consumo máximo de agua potable esperado en un usuario de la
ciudad de Bogotá y el coeficiente de descarga de agua residual estipulado por el RAS 2000, en
donde:
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑜𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 = 𝑑𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑥 0,85 𝑥 𝑁° 𝑑𝑒 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠
Según la resolución CRA 750 DE 2016 de la Comisión De Regulación del Agua Potable
y Saneamiento Básico, en la cual se estipula el consumo básico (m3/suscriptor/mes), para
ciudades y municipios con altitud promedio por encima de 2000 msnm a partir de 1° de enero de
2018, el consumo máximo de agua potable esperado para el caso de Bogotá es de
11 𝑚3 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜/𝑚𝑒𝑠.
Tanque de regulación Cribado
Sedimentador
Electrocoagulador
Inicio
Tratamiento
Salida a red de
alcantarillado
Fuente eléctrica
Paneles solares
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
179
De modo que:
𝑄. 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑜𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 = 11 𝑚3 𝑥 0,85 𝑥 624 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠
= 5834.4 𝑚3 /𝑚𝑒𝑠
𝑄. 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑜𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 =5834.4 𝑚3
30 𝑑í𝑎𝑠= 194.48 𝑚3 /𝑑í𝑎
Debido al caudal de agua a tratar, se consideró que el electrocoagulador debería funcionar
de manera continua durante 24 horas, de modo que el tamaño del electrocoagulador se pudiese
reducir y mantener la capacidad de tratamiento de todo el volumen de agua. Es ahí donde nace la
importancia del tanque de regulación, el cual se encargará de controlar los caudales pico y
permitir la dosificación al electrocoagulador y de este modo se realice el tratamiento del agua
durante 60 minutos antes de descargarla al sedimentador y recibir nuevamente agua cruda para el
tratamiento.
De manera que el volumen del electrocoagulador se estableció en 8,5 𝑚3 , con un tiempo
de exposición de tratamiento de 60 minutos.
Dimensionamiento teórico del reactor (diseño teórico).
Teniendo en cuenta el volumen de agua residual que se tratará por hora (8.5 m3), se
propusieron las dimensiones para el reactor y los electrodos, como se muestra en la Figura 105.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
180
Figura 105 Dimensiones reactor diseño a escala
Parámetros eléctricos (diseño teórico).
El proceso de diseño se realizó mediante el escalamiento de los parámetros eléctricos del
electrocoagulador construido en la investigación, de modo que se obtuvo la corriente eléctrica
requerida por cm2 y la resistividad por cm de un electrodo.
En la Tabla 30 se muestran los cálculos realizados para el diseño del electrocoagulador
proyectado, en el cual se presentan diferentes configuraciones en el número de celdas y sus
respectivas variaciones en el costo del tratamiento. Esta tabla también se entrega en el Anexo D
para su mejor apreciación.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
181
Cabe aclarar que estos cálculos son basados en el comportamiento eléctrico promedio,
debido a la variabilidad de la calidad del agua residual cruda.
Los cálculos mostrados en la Tabla 30 se realizaron con los resultados obtenidos de las
muestras de agua de la ciudad de Bogotá, esto no significa que su aplicabilidad esté sujeta a esta
ciudad; si se garantizan las condiciones eléctricas (intensidad de corriente eléctrica requerida por
unidad de área (cm2), la resistividad por unidad de longitud (cm) de electrodo) y se tiene
características fisicoquímicas del agua residual cruda similares es posible que el dispositivo
permita obtener eficiencias semejantes, recomendado siempre efectuar las pruebas realizadas en
la investigación a fin de conocer los valores reales de cada caso.
El costo energético de tratamiento mostrado en unidades de $/Litro disminuye
considerablemente al aumentar el número de electrodos en el reactor; esto se debe a que el
incremento en el número de electrodos, en un reactor de dimensiones constantes, tendría menor
distancia entre ánodo - cátodo, lo que produce una disminución del valor de resistividad eléctrica
del agua residual a tratar. Teniendo en cuenta lo anterior, al aumentar el número de electrodos se
disminuyen la tensión y corriente requeridas para producir el mismo efecto sobre el agua
residual.
De manera operativa y teniendo en cuenta la economía del tratamiento, la opción del
reactor de 29 celdas resulta ser la más adecuada, ya que se requeriría 90 V Y 65 A.
182
Tabla 30 Cálculos electrocoagulador proyectado
Cálculos electrocoagulador proyectado
183
Costo de implementación del sistema.
Para conocer el costo aproximado de implementación del sistema de electrocoagulac ión,
se determinaron los costos de los principales elementos que componen el sistema, como lo son el
reactor, los electrodos, el sedimentador y la fuente de alimentación de corriente. Basados en el
diseño teórico para la unidad residencial, se desglosan a continuación los ítems mencionados.
Construcción Reactor con capacidad para tratar 8.5m3/h $ 2`430.000 COP
Estructura de sedimentación 8.5m3/h x 3 unidades. $4`860.625 COP
Electrodos en acero inoxidable quirúrgico (2.0m X 1.50m) x 30 unidades. $28`500.000 COP
Fuente de alimentación de corriente Phoenix contact QUINT-
PS/3AC/48DC/20 x 6 unidades.
$22`500.000 COP
COSTO DE IMPLEMENTACIÓN APROX. $58’290.625 COP
Costo de operación del sistema.
El costo aproximado de operación del sistema se determinó teniendo en cuenta el costo
anual de la energía eléctrica, propia del tratamiento, el mantenimiento trimestral preventivo de
los equipos eléctricos, mantenimientos correctivos anuales y el costo de un operador.
Salario de operador por un año $10`890.611 COP
Mantenimiento preventivo de los equipos eléctricos 4 por año (5% costo
de equipos eléctricos c/u.)
$4`500.000 COP
Mantenimiento correctivo de los equipos eléctricos 1 por año (8% del
costo de los equipos)
$1`800.000 COP
Costo energía eléctrica anual (73.000 m3 tratado/año) $20’856.100 COP
COSTO OPERACIONAL ANUAL APROX. $38’046.711 COP
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
184
Recomendaciones operacionales del tratamiento por electrocoagulación.
El sistema deberá ser automatizado en aspectos como el llenado, vaciado, puesta en
marcha y control de niveles de tensión y corriente eléctrica, al igual que auto-limpieza entre
ciclos de funcionamiento. También deberá contar con sistemas de monitoreo en tiempo real de
temperatura.
Es importante que el electrocoagulador cuente con suficiente ventilación a fin de evitar
acumulaciones de gases como el hidrógeno. La ubicación del mismo deberá quedar bajo una
superficie cubierta y quedar protegido del acceso a personas no autorizadas.
Durante el proceso de tratamiento se requiere de la supervisión de personal calificado,
que a su vez deberá registrar los cambios en las características físico-químicas del agua residual
cruda y tratada.
El material de electrodos recomendados por la investigación son los de acero inoxidable,
cambios en los mismos generan comportamientos distintos a los esperados en el diseño. Se
deberá garantizar el buen estado de los electrodos en todo ciclo.
Se recomienda que el reactor sea construido en materiales resistentes a cambios de
temperatura, golpes, de fácil limpieza y que en lo posible permita observar el interior del mismo.
De acuerdo con los cálculos presentados en la Tabla 30, la tensión y la corriente eléctrica
a aplicar deberá corresponder a la distribución de los electrodos.
A fin de disminuir el costo del tratamiento, los riesgos, costos de construcción y
operación, al igual que la posibilidad de implementar la energía solar, el sistema construido
deberá ser aquel que emplee la menor corriente y tensión eléctrica, garantizando el tratamiento
del agua.
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
185
Es recomendable que el sistema de tratamiento por electrocoagulación sea implementado
con energías alternativas, y de esta forma se podrían disminuir los costos operacionales.
El personal encargado de la manipulación de los equipos deberá contar con
conocimientos en seguridad eléctrica y pruebas de calidad del agua.
186
CAPÍTULO 8
Conclusiones y Recomendaciones
Diseño De Un Proto tipo Para El Tratamiento De Agu as Residu al es Domésticas, Basado En El ectrocoagu l ación
187
Conclusiones
Las pruebas realizadas permitieron identificar el tipo de corriente eléctrica necesaria para
lograr el proceso de electrocoagulación, como lo son la corriente directa o continua. En el caso
de la corriente alterna no se evidenciaron formaciones de flocs o cambios físicos en el agua a
tratar. De igual forma, la intensidad de corriente aplicada en el tratamiento requirió una
determinada cantidad de tensión, lo cual permitió definir la intensidad de corriente como el
parámetro a controlar y la tensión como el parámetro dependiente.
La separación de electrodos estuvo controlada por la tensión eléctrica, puesto que para
poder alcanzar las corrientes evaluadas con separaciones de electrodos mayores a 2.5 cm se
requerían tensiones mayores a los 90V. Dicha condición conllevó al ajuste de las distancias entre
las celdas, y de esta forma se definió la densidad de corriente aplicada en el sistema.
La combinación de materiales de electrodos con mejores resultados fueron los de la
combinación acero inoxidable-acero inoxidable, debido a que los flocs formados presentaban
mayor tamaño y consistencia. Por el contrario, los electrodos de combinación cobre-hierro
producían un efecto de galvanizado no deseado en el tratamiento del agua residual.
Con la experimentación realizada se obtuvieron eficiencias en el tratamiento del agua
residual doméstica como en la urbana, como lo son: remoción de DQO (75-83%), DBO5 (89-
100%), sólidos totales disueltos (51-54%), turbidez (93-97%), color (82-95%), conductividad
(51-52%), Coliformes (99.9%), al igual que el aumento del porcentaje de oxígeno disuelto (349 –
578%) con respecto al agua residual cruda. Destacando que la mejor eficiencia del tratamiento se
presentó en el agua residual urbana.
La cantidad de las grasas y aceites presentes en el agua durante el tratamiento presento
variaciones, posiblemente producto de los aumentos de temperaturas alcanzadas en el proceso de
electrocoagulación, por lo cual se registraron valores dispersos en las mismas. A pesar de ello se
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obtuvieron remociones con respecto al agua residual cruda. Este fenómeno se evidenció al
comparar los resultados de las pruebas de grasas y aceites, de las muestras de agua tratada, con la
variación de temperatura en el tiempo.
Los resultados obtenidos en los análisis físico-químicos de las muestras de agua tratada se
encuentran dentro de los rangos exigidos en la resolución 631 de 2015 para las descargas en
cuerpos de agua como en redes de alcantarillado. De igual manera, los resultados obtenidos en
las pruebas de pH, Coliformes, color y grasas se encuentran dentro del rango exigido para el uso
en fines recreativos de contacto secundario y para la realización de tratamiento de potabilización,
cabe aclarar que para poder garantizar estos usos se requiere el análisis de otros componentes.
Al realizar la comparación del costo de tratamiento de agua residual por
electrocoagulación y el costo de coagulación química, mediante cloruro férrico, en las cuales el
costo promedio de la primera puede estar en $285.7 / m3, mientras que para la segunda tan solo
de $150 / m3 , se podrían pensar en descartar en primera instancia el proceso eléctrico; sin
embargo, los porcentajes de remoción obtenidos difieren en gran medida en parámetros como
DQO, pH, sólidos disueltos totales, olor, remociones de Coliformes, DBO5 y grasas, para los
cuales la coagulación química presenta pocos beneficios, tal como se presentó en las Tabla 26 y
Tabla 27. De esta forma, habría que entender que los resultados obtenidos para la coagulación
química corresponden a los que se podrían obtener como parte de un tratamiento primario
convencional, mientras que la electrocoagulación implementada con un proceso de tratamiento
posterior como la filtración, podría garantizar el tratamiento requerido en la normatividad
vigente colombiana.
Con la investigación se encontró una posible viabilidad técnica para el tratamiento por
electrocoagulación, mediante el diseño construido, dando paso a nuevas investigaciones y al
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desarrollo de estudios que permitan determinar la viabilidad económica y financiera. A
momento, se puede inferir que la opción viable para la implementación (tomando como caso de
estudio la ciudad de Bogotá) sería la de emplear energías alternas como la solar en el
funcionamiento del sistema.
Debido a los requerimientos eléctricos, se recomienda la implementación del tratamiento
por electrocoagulación en sistemas descentralizados o en zonas rurales, mediante el uso de
energía solar.
190
Recomendaciones
Posibles mejoras del sistema
Posterior al proceso de electrocoagulación es importante que el agua residual tratada se
sedimente, ya sea en el mismo reactor o en un lugar dispuesto exclusivamente para esto; Se
recomienda que, si no se dispone de un sedimentador, la geometría del reactor contribuya a la
sedimentación y evite la acumulación de material sedimentado; Para esto se propone construir el
reactor con una geometría similar a la de un sedimentador convencional, la cual tiene la losa de
fondo con pendiente y descarga.
Durante el proceso realizado el incremento en la temperatura jugó un papel importante,
en varios casos condicionó el proceso de electrocoagulación; Se recomienda implementar un
sistema de refrigeración capaz de controlar los incrementos “bruscos” de temperatura
El proceso de electrocoagulación produce sobre el agua residual espumas y natas
sobrenadantes durante su proceso; se recomienda la implementación de un sistema capaz de
hacer el retiro de estos compuestos sobrenadantes de forma progresiva durante el proceso para su
posterior cauterización; En muchos casos por efectos de la temperatura o por el tiempo de
sedimentación existió recombinación de los compuestos con el agua residual ya tratada.
Sería conveniente evaluar sistemas posteriores al tratamiento por electrocoagulación, se
recomienda evaluar el uso de un sistema de filtración posterior a la sedimentación del agua
electrocoagulada, este proceso podría llegar a mejorar las eficiencias obtenidas.
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Estudios y ensayos adicionales
Durante el proceso de electrocoagulación se evidencio la presencia de vapores para los
cuales debe existir un análisis que permita su caracterización, se desconoce si estos pueden tener
algún tipo de uso energético, como es el caso del hidrógeno.
Se deberán generar nuevos estudios que permitan identificar las características del
material sobrenadante, formado durante el proceso de electrocoagulación. De igual forma
analizar la composición físico-química de los lodos producidos.
Se recomienda ampliar los ensayos para caracterización fisicoquímica del agua antes y
después del tratamiento, -para el caso colombiano los dispuestos en el decreto 1075 de 2015- con
el fin de conocer más a fondo los posibles usos del agua tratada.
Se recomienda hacer un análisis detallado de los componentes económicos y financieros
en los procesos de electrocoagulación a escala real; para esto se recomienda investigar sobre el
efecto que tiene el proceso de electrocoagulación sobre los materiales utilizados en los electrodos
y en su construcción.
Se recomienda elevar los valores de corriente eléctrica utilizados, con el fin de evidenciar
la posibilidad de obtener los resultados del tratamiento en un tiempo más corto.
Se recomienda implementar un sistema de medición de parámetros en tiempo real, que
permita conocer detalladamente su variación durante el proceso.
Futuros proyectos de investigación
Basados en las experimentaciones preliminares, se recomienda adelantar investigaciones
con la utilización de corriente eléctrica pulsada; Energéticamente puede llegar a ser más eficiente
su uso comparado con la corriente directa; a diferencia de la corriente eléctrica directa la
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potencia requerida para el proceso de tratamiento no es constante durante el tiempo y su uso
puede llegar a generar la circulación de valores más altos de corriente, con una tensión baja.
Se recomienda adelantar investigaciones sobre tratamientos de potabilización y/o
desinfección del agua basados en procesos eléctricos; Microbiológicamente el proceso de
electrocoagulación de aguas residuales respondió de manera satisfactoria.
Se recomienda investigar sobre el diseño e implementación de un equipo de
sedimentación, filtros y sistemas de secado de lodos, que integren el proceso de tratamiento por
electrocoagulación.
Se recomienda para futuras investigaciones basadas en electrocoagulación, la realización
de un análisis detallado de los posibles tipos de flocs formados, características físicas y químicas
de los mismos, tiempos de formación etc.
193
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ANEXOS
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ANEXO A
Normas Ensayos de Laboratorio
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ANEXO B
Registro Fotográfico
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199
ANEXO C
Formatos
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200
ANEXO D
Memorias De Cálculos
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201
ANEXO E
Informe PTAR el Salitre