Diseño Reuso Agua

8/17/2019 Diseño Reuso Agua

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PROPUESTA DE UN SISTEMA PARA LA REUTILIZACIÓN DEL AGUA PROVENIENTE DE LAS ÚLTIMAS ETAPASDEL LAVADO INDUSTRIAL DE TEXTILES HOTELEROS Y HOSPITALARIOS

JUAN CAMILO BEDOYA VASQUEZ 1

PROPUESTA DE UN SISTEMA PARA LA REUTILIZACIÓN DEL AGUA

PROVENIENTE DE LAS ÚLTIMAS ETAPAS DEL LAVADO INDUSTRIAL DETEXTILES HOTELEROS Y HOSPITALARIOS

JUAN CAMILO BEDOYA VASQUEZ

UNIVERSIDAD DE LA SALLEFACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTA, D.C.2005


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PROPUESTA DE UN SISTEMA PARA LA REUTILIZACIÓN DEL AGUA

PROVENIENTE DE LAS ÚLTIMAS ETAPAS DEL LAVADO INDUSTRIAL DETEXTILES HOTELEROS Y HOSPITALARIOS

JUAN CAMILO BEDOYA VÁSQUEZ

Proyecto de grado para optar el título deIngeniero Ambiental y Sanitario

DirectorROBERTO BALDA AYALA

INGENIERO DE ALIMENTOSMagíster en Ingeniería Sanitaria

UNIVERSIDAD DE LA SALLEFACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTA, D.C.

2005


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Nota de aceptación:

Firma del Director

Firma del Jurado

Firma del Jurado

Bogotá D.C. Diciembre de 2005


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AGRADECIMIENTOS

Desde la creación de la idea hasta la obtención de los resultados de estainvestigación, estuvo acompañada de diversas entidades y personas que dealguna u otra manera aportaron al adelanto de este trabajo y por consiguiente ala feliz culminación del objetivo propuesto.

Fundamentalmente agradecer a la Universidad de La Salle, por involucrarmeen los compromisos y responsabilidades que adquiere el Ingeniero Ambiental,formado en esta escuela. Al ingeniero Roberto Balda, por sus conocimientos ydirección. Al Doctor Carlos Eduardo Parra, gerente Tecnoclean de Colombia,por su acompañamiento, orientación y apoyo económico. Al señor MichaelFrase, gerente de Servitelas Ltda., quien facilitó el ingreso a la planta y el

espacio para desarrollar las etapas de recolección de información yexperimental de la investigación. Y a mi madre, por su paciencia y consejos, entodas y cada una de las fases de este trabajo.


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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN..............................................................................................19

OBJETIVOS .....................................................................................................20

1. IMPLICACIONES DEL REUSO DEL AGUA................................................21

1.1 EVOLUCIÓN DEL CONCEPTO DE REUSO.............................................21

1.2 IMPORTANCIA DE LA CONSERVACIÓN Y REUSO DEL AGUA.............22

1.3 APLICACIONES DE LAS AGUAS RESIDUALES RECUPERADAS ..........24

1.4 ASPECTOS A CONSIDERAR EN LA PLANIFICACIÓN DE LARECUPERACIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES ..................25

1.4.1 Bases de la planificación. .................................................................................... 25

1.4.1.1 Objetivos del proyecto...................................................................................... 25 1.4.1.2 Zona de estudio................................................................................................ 26

1.4.2 Estudio del mercadeo.......................................................................................... 26

1.4.3 Análisis monetario. .............................................................................................. 26

1.4.3.1 Análisis económico y financiero. ...................................................................... 27 1.4.3.2 Costo y precio del agua.................................................................................... 27

1.4.4 Otros factores que afectan a la planificación....................................................... 28

2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SERVICIO DE LAVADO INDUSTRIAL DETEXTILES.........................................................................................................29

2.1 EL LAVADO Y SUS PRINCIPIOS BÁSICOS..............................................29

2.2 LOS TEXTILES...........................................................................................29

2.3 LA SUCIEDAD............................................................................................30

2.4 EL AGUA Y EL pH......................................................................................30

2.5 EL pH..........................................................................................................31

2.6 VERTIDOS DE LAS LAVANDERÍAS..........................................................31

2.6.1 Origen y características de los vertidos de las lavanderías. ............................... 31

3. TRATAMIENTO AL AGUA RESIDUAL PARA SU REUTILIZACIÓN..........34

3.1 MECANISMOS DE LA FILTRACIÓN..........................................................34


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3.6.1 Teoría de la adsorción......................................................................................... 43

3.6.2 Producción de carbón activado. .......................................................................... 44

3.6.3 Propiedades de la adsorción............................................................................... 45

3.7 INTERCAMBIO IÓNICO .............................................................................45

3.7.1 Resinas de Intercambio Catiónico en Ácido Fuerte (Ciclo Sódico). .................... 46

3.7.2 Tamaño y lecho de flujo. ..................................................................................... 46

4. MARCO CONTEXTUAL...............................................................................47

5. DISEÑO METODOLÓGICO .........................................................................49

5.1 ACTIVIDADES Y CONTENIDOS...............................................................49

5.1.1 Fase I (Fase de diagnóstico).............................................................................. 49

5.1.1.1 Entrevista a la gerencia de las empresas......................................................... 49 5.1.1.2 Visita técnica .................................................................................................... 49 5.1.1.3 Recopilación de información, ........................................................................... 49 5.1.1.4 Establecimiento de parámetros........................................................................ 49 5.1.1.5 Establecimiento de los criterios y metodologías para la toma y preservación demuestras....................................................................................................................... 50 5.1.1.6 Establecimiento del volumen diario de agua.................................................... 50

5.1.2 Fase II (Fase de aplicación) ................................................................................ 50 5.1.2.1 Alternativas de tratamiento............................................................................... 50 5.1.2.2 Selección y diseño del sistema de tratamiento ................................................ 50 5.1.2.3 Elaboración de planos e ingeniería de detalle del sistema piloto diseñado. .... 50 5.1.2.4 Montaje y puesta en marcha el sistema piloto seleccionado, .......................... 50 5.1.2.5 Monitoreo y control........................................................................................... 51 5.1.2.6 Estudio de la viabilidad técnico-económica,..................................................... 51

6. DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA PARA LA RECUPERACIÓN YREUTILIZACIÓN DE AGUA INDUSTRIAL DE LAVANDERÍAS .....................52

6.1 PROBLEMÁTICA DEL ALTO CONSUMO DE AGUA POR PARTE DE LASEMPRESAS DE LAVADO INDUSTRIAL DE TEXTILES ..................................52

6.2 PROCESOS Y PROCEDIMIENTOS PARA EL LAVADO INDUSTRIAL DETEXTILES HOTELEROS Y HOSPITALARIOS.................................................52

6.2.1 Proceso de lavado hotelero................................................................................ 53

6.2.2 Proceso de lavado hospitalario. ......................................................................... 55

6.3 COMPOSICIÓN DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS EMPLEADOS ENLOS DIFERENTES PROCESOS DE LAVADO INDUSTRIAL DE TEXTILES

HOTELEROS Y HOSPITALARIOS...................................................................55


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6.3.1 Tensoactivos. ...................................................................................................... 55

6.3.2 Álcalis. ................................................................................................................. 55

6.3.3 Secuestrantes. .................................................................................................... 55

6.3.4 Antirredepositantes ............................................................................................. 56

6.3.5 Blanqueadores ópticos........................................................................................ 56

6.3.6 Enzimas............................................................................................................... 56

6.3.7 Blanqueadores .................................................................................................... 56

6.3.8 Neutralizante ....................................................................................................... 56

6.4 ESTABLECIMIENTO DE PARÁMETROS NECESARIOS PARA LACARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS QUE PROVIENEN DE LAS ÚLTIMASETAPAS, DE CADA UNO DE LOS PROCESOS DE LAVADO........................56

6.5 CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS QUE PROVIENEN DE LASÚLTIMAS ETAPAS, DE CADA UNO DE LOS PROCESO DE LAVADOINDSUTRIAL DE TEXTILES.............................................................................57

6.5.1 Establecimiento de los criterios y metodologías para la toma y preservación demuestras....................................................................................................................... 57

6.5.2 Toma de muestras .............................................................................................. 58

6.5.2.1 Procesos hoteleros........................................................................................... 58 6.5.2.2 Procesos hospitalarios ..................................................................................... 59 6.5.2.3 Análisis de las muestras compuestas ............................................................. 60

6.6 BALANCE HÍDRICO DE LA EMPRESA SERVITELAS Ltda. .....................60

7. PROPUESTA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO PARA RECUPERAR YREUTILIZAR EL AGUA RESIDUAL ...............................................................64

7.1 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO...........................................64

7.1.1 Columnas de Filtración........................................................................................ 64

7.1.1.1 Descripción de los filtros de Arena.................................................................. 66 7.1.1.2 Descripción de los filtros de Carbón Activado (C.A.)....................................... 67 7.1.1.3 Descripción de la columna de intercambio iónico resina catiónica en ciclosódico (R.C.) ................................................................................................................ 68

7.3 MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA PILOTOSELECCIONADO PARA LA RECIRCULACIÓN DEL AGUA RESIDUAL, DELOS PROCESOS DE LAVADO DE TEXTILES HOTELEROS .........................69

7.4 CONTROL DE LAS CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS DE

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA PILOTO SELECCIONADO .....................69


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7.4.1 Metodología de muestreos.................................................................................. 70

7.4.2 Ciclos de filtrado.................................................................................................. 70

7.4.3 Toma del agua residual a recircular. ................................................................... 71

7.4.3 Proceso de filtración........................................................................................... 72

7.4.5 Lavado de filtros .................................................................................................. 72

7.4.6 Regeneración de la resina catiónica en ácido fuerte (ciclo sódico)..................... 73

7.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS DE LA PLANTA PILOTO .....74

7.5.1 Turbidez. En esta gráfica se evidencia el comportamiento de este parámetro encada uno de los filtros, el Afluente y el Efluente a lo largo del tiempo. ........................ 74

7.5.1.1 Medias de cuadrados mínimos ....................................................................... 76

7.5.1.2 Prueba del rango múltiple de Duncan. Esta prueba asigna letras para agruparlos valores de la media de los mínimos cuadrados que se aproximan entres si.......... 76

7.5.2 Dureza. En ésta gráfica se evidencia que la columna de intercambio iónico,empieza a ser efectiva para la remoción de la dureza a partir de la hora 10 defuncionamiento siendo está la hora en la cual la resina catiónica en ciclo sódico seactiva. ........................................................................................................................... 77

7.5.2.1 Medias de cuadrados mínimos. ...................................................................... 78 7.5.2.2 Prueba del rango múltiple de Duncan. ............................................................ 78

7.5.3 Alcalinidad. ......................................................................................................... 79

7.5.3.1 Medias de cuadrados mínimos. ...................................................................... 80 7.5.3.2 Prueba del rango múltiple de Duncan. ............................................................ 80

7.5.4 Caudal y Presión. ............................................................................................... 80

8. ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA PARA EL MONTAJEDE UN SISTEMA A ESCALA REAL CON BASE EN LOS RESULTADOS DELSISTEMA PILOTO CONSTRUIDO...................................................................82

8.1 ANÁLISIS FINANCIERO LA IMPLAMENTACIÓN DEL SISTEMA.............82

CONCLUSIONES.............................................................................................85

RECOMENDACIONES.....................................................................................87

BIBLIOGRAFIA................................................................................................88


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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Comparación de las características sanitarias de aguas residuales delavanderías, comerciales y domésticas. ...........................................................32

Tabla 2. Aguas residuales tipo en una lavandería. ...........................................32

Tabla 3. Aguas del efluente de una lavandería normal (m. compuesta 24 h). ..33

Tabla 4. Grados de suciedad del textil..............................................................53

Tabla 5. Parámetros de calidad para los textiles hoteleros y hospitalarios......57

Tabla 6. Volúmenes de desagües en las máquinas de lavado industrial..........61

Tabla 7. Parámetros de diseño.........................................................................65

Tabla 8. Costos de instalación del sistema de filtración...................................83

Tabla 9. Costos de mantenimiento anual.........................................................83

Tabla 10. Costo y ahorro por consumo de agua para SERVITELAS Ltda.......83

Tabla 11. Evaluación financiera de la implementación del sistema.................84

Tabla 12. Rangos de evaluación.......................................................................84


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LISTA DE FOTOS

Foto 1. Entrada Servitelas Ltda.........................................................................47

Foto 2. Maquinaria de lavado industrial. ...........................................................47

Foto 3. Servicio de doblado y planchado..........................................................47

Foto 4. Servicio de secado ...............................................................................47

Foto 5. Maquinaria de lavado ...........................................................................54

Foto 6. Tubería de desagüe..............................................................................54

Foto 7. Ubicación toma de datos ....................................................................611

Foto 8. Ubicación toma de datos ......................................................................61

Foto 9. Planta Piloto ubicada en UNISALLE....................................................65

Foto 10. Planta Piloto ubicada en SERVITELAS LTDA. ..................................65

Foto 11. Materiales de análisis de muestras.....................................................69

Foto 12. Puntos de muestreo............................................................................70

Foto 13. Puntos de muestreo............................................................................70

Foto 14. Válvula de check.................................................................................71

Foto 15. Control de Caudal...............................................................................71

Foto 16. Toma del Agua a tratar en la PPTAR..................................................71

Foto 17. Recipiente de almacenamiento ..........................................................71

Foto 18. Recipiente de almacenamiento para la PPTAR..................................72

Foto 19. Sistema de bombeo............................................................................72

Foto 20. Valvulas de regulación de presión .....................................................72

Foto 21. Recipiente para lavado de filtros.........................................................73

Foto 22. Evacuación de aguas de lavado .........................................................73

Foto 23. Regeneración de la resina catiónico...................................................74


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LISTA DE CUADROS

Cuadro 1. Diagrama de flujo del proceso de lavado industria..........................48

Cuadro 2. Diagrama de flujo .............................................................................63


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LISTA DE ANEXOS

ANEXO A..........................................................................................................89

ANEXO B..........................................................................................................91

ANEXO C..........................................................................................................95

ANEXO D..........................................................................................................97

ANEXO E..........................................................................................................99

ANEXO F ........................................................................................................100

ANEXO G .......................................................................................................101

ANEXO H......................................................................................................1029


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ABREVIATURAS

A: Afluente

CHS: Carga hidráulica superficialCA: Carbón Activado

DQO: Demanda bioquímica de oxigeno

E: Efluente

PPTAR: Planta piloto de tratamiento de aguas residuales

R.C: Resina Catiónica

ST: Sólidos totales

SV: Sólidos volátiles

SST: Sólidos suspendidos totales

SSF: Sólidos suspendidos fijos

SSV: Sólidos suspendidos volátiles

S.I.L: Servicios industriales de lavado


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GLOSARIO

AGUAS RESIDUALES: aguas que se producen como resultado de actividades

industriales, agrícolas o urbanas. Tales aguas portan sustancias o materialesindeseables de muy distinta naturaleza, según su origen (compuestosorgánicos, metales, microorganismos) lo que plantea el problema de losvertidos y su tratamiento.

ALCALINIDAD: la alcalinidad de un agua residual está provocada por lapresencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos, de elementos como elcalcio, el magnesio, el sodio, el potasio o el amoniaco. La alcalinidad ayuda aregular los cambios del pH, producidos por la adición de ácidos.

CARBÓN ACTIVO: carbón de gran pureza y textura extraordinariamenteporosa, por lo que la relación superficie/volumen es muy elevada. Se utilizacomo elemento filtrador por su capacidad de adsorción.

CAUDAL: volumen de agua que pasa por unidad de tiempo a través de unasección dada de un curso o conducción de agua; también se dice del curso deagua, sin referencia a la sección.

CONDUCTIVIDAD: inversa de la resistividad específica. Se mide en ohm -1 m-1 o Siemens/m. La conductividad depende de la migración de cargas eléctricas(electrones o iones). El agua pura no es buena conductora, pero sí lo es el

agua con sustancias iónicas disueltas, por lo que la medida de la conductividaddel agua sirve para medir la salinidad.

DEMANDA BIOQUIMICA DE OXÍGENO (DBO): cantidad de oxígeno usado enla estabilización de la materia orgánica carbonácea y nitrogenada por acción delos microorganismos en condiciones de tiempo y temperaturaespecificados generalmente cinco días y 20º C). Mide indirectamente elcontenido de materia orgánica biodegradable.

DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO): medida de la cantidad de oxígenorequerido para oxidación química de la materia orgánica del agua residual,

usando como oxidantes sales inorgánicas de permanganato o dicromato en unambiente ácido y a altas temperaturas.

DETERGENTES: sustancias utilizadas en limpieza por sus propiedadestensoactivas y emulsionantes (pueden solubilizar sustancias insolubles en aguacomo grasas y aceites). Los vertidos de detergentes a las aguas puedenproducir problemas ambientales debido a que algunos no son biodegradables,y otros, que pueden ser degradados, incluyen en su composición fósforo enforma de fosfato, lo que puede producir eutrofización.

INTERSTICIOS: espacios vacíos que quedan entre partículas, este espacio

esta definido como la porosidad del medio, medida en porcentaje.


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KILOGRAMO: unidad de masa del Sistema Internacional de Unidades (SI) quecorresponde a la del cilindro de platino-iridio conservado en el BureauInternational des Poids et Measures de Sèvres. Abreviatura kg.

MATERIA EN SUSPENSIÓN: están formadas por partículas sólidas flotando enel seno del agua. Dependiendo del tamaño de las partículas, se pueden dividiren las que son capaces de formar suspensiones estables aún en el agua enreposo (soluciones coloidales) y las que sólo se encuentran en suspensióncuando el agua está en movimiento.

MUESTRA COMPUESTA: combinación de muestras individuales de agua oagua residual tomadas a intervalos predeterminados a fin de minimizar losefectos de variabilidad de la muestra individual.

MUESTRA COMPUESTA: mezcla de varias muestras instantáneasrecolectadas en el mismo punto de muestreo en diferentes tiempos. La mezclase hace sin tener en cuenta el caudal en el momento de la toma.

PLANTA PILOTO: planta de tratamiento a escala de laboratorio o técnica, quesirve para el estudio de la tratabilidad de un desecho líquido o la determinaciónde las constantes cinéticas y los parámetros de diseño del proceso.

pH: medida de la acidez o basicidad de una disolución. Se define como elmenos logaritmo de la concentración de iones de hidrógeno, expresada enmoles por litro. La escala de pH varía de 0 a 14. Las soluciones neutras tienen

un pH 7, las ácidas menor que 7 y las básicas o alcalinas, mayor que 7.SEDIMENTACIÓN: la sedimentación de partículas puede obedecer a causasmecánicas como el depósito por gravedad o el depósito de las partículas demayor tamaño cuando el agente de transporte sufre una disminución develocidad y por tanto de energía cinética.

SÓLIDOS SEDIMENTABLES: fracción del total de sólidos en el agua que seseparan de la misma por acción de la gravedad, durante un periododeterminado y en unas condiciones preestablecidas.

SÓLIDOS DISUELTOS: fracción del total de sólidos en el agua que pasan através de un papel de filtro estandarizado. Incluyen la materia coloidal, loscompuestos orgánicos solubles e inorgánicos (sales).

SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN: fracción del total de sólidos en el agua quepueden ser separados por filtración a través de un papel de filtro estandarizado.Incluyen los sólidos volátiles (materia orgánica).


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RESUMEN

Esta investigación fue dirigida a través de la facultad de Ingeniería Ambiental ySanitaria, de la Universidad de la Salle y orientada por Tecnoclean deColombia, se desarrolló en un lapso de 12 meses. Se diseño y construyo unsistema piloto de filtración para remover las partículas sólidas, detergentes ycontrolar otro tipo de características físico-químicas, del agua residualproveniente de las tres últimas etapas del lavado industrial de textiles. Pararealizar este diseño se ejecutaron diferentes actividades, las cuales sedividieron por etapas de la siguiente manera:

La primera etapa, consistió en la recopilación de información acerca de losdiferentes programas de lavado, etapas, tiempos de duración, consumos de

agua (Niveles Alto y Medio), los usos de detergentes para el lavado y lastemperaturas requeridas, comúnmente utilizados en el proceso de lavadoindustrial de textiles.

En la segunda etapa, se realizaron análisis físico-químicos al agua residual delas etapas finales para los diferentes programas de lavado; diferenciando sugrado de suciedad (Alto y Medio) y el tipo de prenda. Con esta información ylas características encontradas en el agua residual, se establecieronparámetros de control en el agua, que va a ser recirculada en el proceso delavado de textiles hoteleros y hospitalarios. Se obtuvo también por medio de unseguimiento realizado en el proceso de lavado de textiles hoteleros, que seestablecieran los volúmenes de agua potenciales a ser sometidos a untratamiento para su posterior reutilización en el lavado industrial de textiles.

Definidos los parámetros de control del agua residual y como tercera etapa, sedeterminó el sistema de tratamiento, con el objetivo de mejorar lascaracterísticas del agua y ubicarla dentro del rango óptimo, sin afectar elproceso de lavado de textiles. El desarrollo de la parte experimental seadelanto en las instalaciones de Servitelas Ltda., contando además con lacolaboración y apoyo de la gerencia de esta industria.

El análisis posterior de la información recolectada a lo largo de todo el procesoexperimental, llevó a concluir que el sistema de filtración estudiado en estainvestigación proporciona la eficiencia necesaria para que sea viableimplementar programas de recirculación de aguas residuales, agregandobeneficios económicos por la disminución en la facturación por consumo deagua y además el beneficio ambiental que se encuentra por la reducción en lasdescargas de aguas residuales.


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ABSTRACT

This investigation was directed through the faculty of EnvironmentalEngineering and Sanitary, of the University of the Salle and oriented byTecnoclean of Colombia; it was developed in a lapse of 12 months. Design andI am constructed to a system filtration pilot to remove solid, detergent particlesand to control another type of characteristics physical-chemistries, of theoriginating residual water of the three last stages of the industrial washing oftextiles. In order to make this design different activities were executed, whichwere divided by stages of the following way:

The first stage consisted of the information compilation about the differentprograms from washing, stages, times of duration, water consumptions (LevelsHigh and Average), the uses of detergents for the washing and the requiredtemperatures, commonly used in the process of industrial washing of textiles.

In the second stage, analyses were made physical-chemistries to the residualwater of the final stages for the different programs from washing; differentiatingits degree from dirt (High and Average) and the type of article. With thisinformation and the characteristics found in the residual water, settled downparameters of control in the water, that is going to be recirculated in the processof washing of hotel and hospitable textiles. It was also obtained by means of apursuit made in the process of washing of hotel textiles that settled down the

potential volumes of water to being put under a treatment for their laterreusability in the industrial washing of textiles.

Defined the parameters of control of the residual water and like third stage, thetreatment system was determined, with the objective to improve thecharacteristics of the water and to locate it within the optimal rank, withoutaffecting the process of washing of textiles. The development of theexperimental part advance in the facilities of Servitelas Ltda., counting itself inaddition on the collaboration and support to the management of this industry.The later analysis of the information collected throughout all the experimentalprocess, I take to conclude that the system of filtration studied in this

investigation provides the necessary efficiency so that he is viable to implementprograms of residual water recirculation, adding economic benefits by thediminution in the invoicing by water consumption and in addition theenvironmental benefit that is by the reduction in the residual water unloadings.


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INTRODUCCIÓN

En los temas acerca de la protección del medio ambiente podemos resaltar uno

muy importante, este es el manejo que se le está dando al recurso hídrico, laconservación de éste por medio de la disminución en su demanda hasta elcontrol de la contaminación, en donde a ninguno de estos se le esta realizandoun control efectivo, al contrario se está viendo que tiene un comportamientocreciente.

El agua de ríos, quebradas, entre otros, es un recurso cada vez más escaso,debido a la demanda y contaminación a la que se enfrentan diariamente por lasindustrias que no hacen un uso racional de éstos.

Existen muchas industrias donde su materia prima es el agua, elemento

indispensable para poder llevar a cabo sus procesos y actividades y así poderllevar al mercado un producto para el consumo humano.

El desarrollo de este proyecto está enfocado a las industrias que tienen comoactividad principal el lavado de textiles hoteleros y hospitalarios en basehúmeda, es decir, que lavan estos textiles con agua proveniente de la empresade acueducto y alcantarillado de Bogotá D.C. Este proceso de lavado acarreauna alta demanda sobre el recurso hídrico si se tiene en cuenta el número deindustrias que prestan este servicio externo a entidades hoteleras yhospitalarias actualmente en la ciudad de Bogota D.C. No solo existenindustrias que prestan un servicio externo sino que muchas de estas entidadescuentan con sus propias instalaciones de lavado interno de ropa.

En virtud de lo anterior, este proyecto busca poder presentar a estas industriasun sistema de tratamiento con el cual se recuperen y recirculen sus aguasresiduales del lavado de textiles, únicamente en las últimas etapas del proceso,para de esta manera disminuir en cierto grado la demanda sobre el recursoagua y lograr, de una manera indirecta, su contaminación.


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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar e Implementar un sistema piloto para la recuperación y reutilización delefluente de las últimas etapas de lavado de textiles de tipo hotelero que resulteeficiente y económicamente viable.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Determinar el grado de contaminación del agua residual generada en losdiferentes procesos que se llevan a cabo en las máquinas de lavadoindustrial de textiles hoteleros y hospitalarios.

• Identificar la calidad y cantidad de agua suministrada al proceso delavado de textiles hoteleros.

• Determinar alternativas de disminución de los productos químicos queson adicionados a los procesos de lavado de textiles hoteleros.

• Determinar tiempos y volúmenes de almacenamiento y ciclos derecirculación del agua residual de lavado de textiles hoteleros.

• Realizar el montaje y puesta en marcha del sistema piloto seleccionado.

• Determinar la viabilidad del proceso de recirculación propuesto para laindustria de lavado de textiles hoteleros.


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1. IMPLICACIONES DEL REUSO DEL AGUA

1.1 EVOLUCIÓN DEL CONCEPTO DE REUSOLa reutilización y recirculación del agua es un concepto relativamente nuevo enla mentalidad de aquellas personas, si no todas, que por tener el recurso adisposición sin limitación alguna, es consumido y sus excesos o desechosarrojados al alcantarillado o a alguna fuente superficial sin ningunadiscriminación. Sin embargo, la naturaleza por medio del ciclo hidrológico,viene reciclando y reutilizando el agua hace millones de años y con muchaeficiencia.

Las ciudades, la agricultura y las industrias lo han hecho durante muchos años,de una forma indirecta o por lo menos un reuso no planeado, que resulta de lacaptura de aguas que ya fueron utilizadas y devueltas por usuarios aguasarriba. Millones de personas en el mundo son abastecidas por esta formaindirecta de reuso del agua1.

Durante muchos años este sistema ha funcionado de forma ampliamentesatisfactoria o por lo menos así pasa en muchas regiones, parte delagravamiento de la contaminación, básicamente por la falta de un tratamientoadecuado a efluentes urbanos, cuando se presenta su total inexistencia.

El tema ha evolucionado de una forma denominada directa de reuso, que es

aquélla en la que se trata un efluente para ser reutilizado con una determinadafinalidad, como por ejemplo, una practica de reuso de efluentes urbanostratados para fines agrícolas.

En forma directa o planeada, el hombre ha utilizado tecnologías y prácticas derecuperación y reutilización del agua, que han atravesado una serie de etapasen los últimos 200 años2.

La primera etapa fue motivada por una idea basada en el conceptoconservacionista en el que los sujetos de la sociedad deberían ser conservadosy utilizados para preservar el medio ambiente; esto era direccionado para la

eliminación de la contaminación en los ríos. A finales del siglo XIX, surgió unconcepto de tratamiento de efluentes domésticos por disposición que no sólofue utilizado en Gran Bretaña, Alemania y en los Estados Unidos con unenfoque central de reducir la contaminación de los ríos, sino también como unmétodo conservacionista de recarga en la recarga de acuíferos3.

La segunda etapa que se puede considerar parte o final de los años noventa,cuyo principal enfoque fue básicamente la necesidad de conservar o reusar

1 Manual para la Conservación y Reuso del Agua para la Industria. Volumen 1. Colombia:20052

Ibid., p.43 Ibid., p.6


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Lamentablemente, los aspectos que atañen a la sostenibilidad de las aguasdulces no parecen constituir una consideración primordial en la planificación yejecución de proyectos de aprovechamiento de aguas, como tampoco en laasignación de permisos de utilización. En realidad, en la mayoría de los casos

los derechos de agua no están subordinados a los efectos que puedan tener enel medio ambiente ni pueden ser modificados para reducir un peligro para elmedio ambiente. Las tendencias actuales indican que, a menos que se formuley ponga en práctica efectivamente una política sostenible sobre ordenación delos recursos hídricos, la base de estos recursos se ha de deteriorar con cadavez mayor rapidez.

En relación con el tema hídrico, la gestión del Sistema Nacional Ambientalcreado mediante la ley 99 de 1993 que reestructuró la gestión ambiental en elpaís en cabeza del Ministerio del Medio Ambiente, se sustenta por un lado enlas funciones y competencias asignadas por la regulación vigente y por otrolado en la experiencia y memoria institucional adquiridas tanto por elINDERENA y en la nueva estructura del SINA, por el Ministerio, sus Institutosde Investigación adscritos y vinculados y la red de 33 Corporaciones Autónomas Regionales y de Desarrollo Sostenible del País.

Según un Estudio Nacional de Aguas adelantado por el IDEAM, es claro que deno modificar las tendencias y hábitos de crecimiento continuo del consumo deagua en todos los sectores (mediante el fomento del uso racional, reducción deconsumos, entre otras estrategias), Colombia en un escenario de 15 años ( año2016), estará enfrentando condiciones deficitarias de agua afectando

especialmente el normal abastecimiento de los sistemas de acueducto queabastecen de agua potable a la población.

En virtud de lo anterior es importante estar pensando en alguna alternativa quecombata el problema citado, por lo que se hace importante la adopción desistemas de recuperación y recirculación del agua a nivel industrial urbano quees un paso estratégico y conlleva a los siguientes beneficios:

Beneficios ambientales• Reducción en el vertimiento de efluentes industriales a los cursos de agua,

posibilitando la mejora en la calidad de las aguas.• Reducción en la captación de aguas superficiales y subterráneas, ayudando

a una situación ecológica más equilibrada.• Aumento de disponibilidad de agua para usos más exigentes, como el

abastecimiento público, hospitalario, etc.

Beneficios económicos• Conformidad ambiental en relación con las leyes o normas ambientales

establecidas, posibilitando una mejor introducción de productoscolombianos en los mercados internacionales.

• Cambios en las leyes de producción y consumo.• Reducción en los costos de producción.


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• Aumento en la competitividad en el sector.• Habilitación para recibir incentivos y coeficientes reductores en el cobro del

uso del agua.

Beneficios sociales• Ampliación en las oportunidades de negocios para las empresas

prestadoras de servicios y equipamiento s en toda la cadena productiva.• Ampliación en la generación de empleos directos e indirectos.• Una mejor imagen en el sector productivo frente a la sociedad, con un

reconocimiento de empresas socialmente responsables.

1.3 APLICACIONES DE LAS AGUAS RESIDUALES RECUPERADASEn la planificación e instrumentación de los planes de recuperación y

reutilización de aguas residuales, el factor que normalmente determina el gradode tratamiento necesario y el nivel de confianza deseado de los procesos yoperaciones de tratamiento suele ser el uso a que se destina el agua. En elproceso de planificación es necesario evaluar la fiabilidad de las operaciones yprocesos de tratamientos existentes o propuestos, ya que la recuperación deaguas residuales obliga a un suministro continuo de agua de determinadacalidad.

Principales usos del agua en la Industria

De una manera genérica, se puede decir que en agua tiene los siguientes usos

en la industria:

• Consumo humano: agua utilizada en ambientes sanitarios, vestuarios,cocinas, restaurantes, fuentes de agua o cualquier actividad que tengacontacto humano directo.

• Materia prima: como materia prima el agua es incorporada como productofinal, por ejemplo, lo que ocurre en la industrias de cervezas y refrigerantes,de productos de higiene personal e higiene domestico, de cosméticos, dealimentos y conservas y de fármacos, o sino el agua que es para laobtención de otros productos, por ejemplo el hidrógeno por medio deelectrolisis de agua.

• Uso como fluido auxiliar: el agua, como fluido auxiliar, puede ser utilizadaen diversas actividades, destacándose la preparación de suspensiones ysoluciones químicas, compuestos intermediarios, regenerantes químicos,vehículo y para las operaciones de lavado en general.

• Uso para generación de energía: para este tipo de aplicación, el aguapuede ser utilizada por medio de la transformación de energía cinética.


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• Otros usos: utilización del agua para incendios, riego de áreas verdes o enla incorporación de diversos subproductos generados en los procesosindustriales, sea en fase sólida, líquida o gaseosa.

1.4 ASPECTOS A CONSIDERAR EN LA PLANIFICACIÓN DE LARECUPERACIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES5 En la planificación efectiva de la recuperación y reutilización de aguasresiduales, los objetivos y principios básicos de desarrollo del plan deben estarclaramente definidos. El proyecto de recuperación y reutilización óptimo seconsigue integrando en un solo plan las necesidades de tratamiento del aguaresidual y las necesidades de agua de abastecimiento. Este enfoque integradoes ligeramente diferente al de la planificación convencional de plantas detratamiento de aguas residuales, en los que sólo se incluye el transporte,

tratamiento y vertido de las aguas residuales municipales e industriales.El plan de recuperación y reutilización de aguas residuales ideal debe incluir lossiguientes análisis: Determinación de las necesidades de tratamiento yevacuación de aguas residuales; Determinación de la demanda y recursos deagua de abastecimiento; Determinación de los beneficios en el abastecimientode agua en función del potencial de reutilización; Análisis del mercado para elagua residual recuperada; Análisis económico e ingenieril de las posiblesalternativas, y Desarrollo del plan y análisis financiero. A continuación sedescriben los factores de importancia que intervienen en la planificación desistemas de recuperación y reutilización de aguas residuales.

1.4.1 Bases de la planificación. Los objetivos del proyecto y la zona deestudio son los dos componentes críticos que constituyen la base de laplanificación.

1.4.1.1 Objetivos del proyecto. La recuperación y reutilización de las aguasresiduales puede servir para desarrollar funciones tanto de control de lacontaminación como de abastecimiento de agua. La atención prestada sobrelas ventajas que, para la red de abastecimiento de agua, pueden conseguirse

durante el proceso de planificación de las instalaciones sólo ha aumentado enla última década. El hecho de ignorar el potencial de las aguas residuales comoagua de abastecimiento ha conducido, con frecuencia, a la construcción deinstalaciones que, ahora, coartan el desarrollo de este recurso agua alternativo.Por ejemplo, en algunos lugares resultaría más sencillo optimizar lareutilización del agua residual si en lugar de grandes plantas de tratamientopara uso regional, se hubieran construido pequeñas plantas de tratamientosatélite concebidas pensando en las posibilidades de reutilización.

5

METCALF and EDDY. Ingeniería de Aguas Residuales, Tratamiento, vertido y reutilización.Madrid. Vol 2. Mc. Graw Hill, 1995. p.1288.


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Debido a que la mayoría de las entidades reguladoras se establecen con unúnico objetivo, las actuaciones de estas agencias también tienden a tener unsolo objetivo. La recuperación y reutilización óptima del agua residual seconsigue de forma más efectiva en el ámbito de una planificación multidirigida,

con el esfuerzo tanto de los organismos que gestionan el abastecimiento deagua como de los que gestionan las aguas residuales. Una vez identificadoslos beneficios y beneficiarios de la reutilización del agua residual, existendiversas posibilidades de reparto de responsabilidades y gastos entre lospromotores de las actuaciones.

1.4.1.2 Zona de estudio. La delimitación de la zona afectada por el estudio o elproyecto es otro aspecto crítico en las labores de planificación, en las que sedeben tener en cuenta dos horizontes de actuación. El primero que seestablece en función de la zona de servicio directa del plan de actuación. Elsegundo, que también se debe incluir en el proyecto, se extiende a la zona queaporta menos capital o recibe menos beneficios con el proyecto. Por lo tanto, lazona de estudio para la planificación de las instalaciones incluye: la zona quedebe ser servida por la planta de tratamiento que hay que incorporar en la redde alcantarillado, y la zona que puede beneficiarse, potencialmente, de loscaudales de agua recuperada. Para evaluar los costos y beneficios delproyecto, la zona de estudio debe incluir:la zona afectada por los beneficios ambientales del agua residual, y la zonaque se beneficia del aumento de agua de suministro de la nueva fuente derecursos hídricos debida a la recuperación del agua residual.

1.4.2 Estudio del mercadeo. A al hora de planificar un proyecto dereutilización de aguas residuales, es fundamental encontrar posiblesconsumidores capaces y deseosos de consumir agua recuperada. El éxito delos planes de reutilización de aguas residuales depende, en gran medida, de lacapacidad de asegurar un mercado y una salida para el agua recuperada. Unestudio de mercadeo consiste en dos partes: la primera es la determinación dela información general, incluyendo los usos potenciales del agua recuperada, yla segunda son los estudios de los posibles usuarios del agua recuperada y susnecesidades.

1.4.3 Análisis monetario. A pesar de que los factores técnicos, ambientales ysociales, son de gran importancia en el desarrollo de un proyecto, actualmenteparece ser que los factores fundamentales a la hora de determinar laimplantación o no de un proyecto de reutilización son factores monetarios. Sinembargo, en el futuro, en la determinación de la viabilidad de un proyecto dereutilización, se dará mayor importancia a factores ambientales y sociales queno a la mera relación costo-beneficio.


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1.4.3.1 Análisis económico y financiero. Los análisis monetarios, basados en laeconomía de los recursos hídricos, se pueden clasificar en dos categorías:análisis económicos, y análisis financieros. El análisis económico se centra enel valor de recursos invertidos en la construcción y explotación de un proyecto,

medidos en términos monetarios. Por otro lado, el análisis financiero se centraen los costes y beneficios esperados de un proyecto, desde el punto de vistadel promotor del proyecto y los entes participantes, y del resto de los afectadospor el mismo. Estos costos y beneficios esperados pueden no reflejar el valorde los recursos invertidos debido a las transferencias monetarias. Mientras queel análisis económico valora los proyectos de recuperación y reutilización deaguas residuales en el contexto del impacto social, el análisis financiero secentra en la posibilidad de obtener recursos económicos a partir depresupuestos, subvenciones del gobierno, préstamos y bonos para pagar elproyecto. Básicamente, el resultado del análisis económico debería ser larespuesta a la pregunta “¿Se debe llevar a cabo un proyecto de reutilización?”.Sin embargo, la siguiente pregunta es de igual importancia: “ Se puede llevar acabo un proyecto de reutilización?”. Ambos enfoques son necesarios, pero sólose someten a análisis financiero aquellos proyectos de recuperación yreutilización de aguas residuales que resultan viables económicamente.

1.4.3.2 Costo y precio del agua. Un aspecto importante en el análisis monetariode los proyectos de recuperación y reutilización de aguas residuales es ladiferencia entre el costo y el precio del agua. En un análisis económico, solo seconsidera el futuro flujo de recursos invertidos u obtenidos a partir del proyecto.

Las inversiones en recursos realizadas en el pasado se consideran inversionesa fondo perdido que no tienen importancia alguna en las futuras decisiones deinversión. Por lo tanto, en el análisis económico, no se incluye la deudacontraída como consecuencia de inversiones anteriores. El precio del agua esel precio pagado a un distribuidor de agua por la compra del agua. El precio delagua suele reflejar el conjunto de desembolsos, pasados y actuales, realizadospara la construcción del proyecto y para cubrir los costos administrativos delsistema, que suelen ser fijos. En el análisis económico sólo son importantes loscostos de construcción, explotación y mantenimientos futuros.

Para determinar el beneficio en el abastecimiento de agua de un proyecto de

recuperación y reutilización de aguas residuales en un análisis económico, elproyecto se suele comparar al desarrollo de una nueva fuente de recursoshídricos. Al llevar a cabo este análisis, los costos importantes para lacomparación son los futuros costos de: construcciones de nuevas instalacionesde agua de abastecimiento, y la explotación y mantenimiento de todas lasinstalaciones necesarias para el tratamiento y distribución de la nueva fuentede suministro desarrollada. Por lo tanto, el precio actual y futuro del agua noproporcionaría una base de comparación válida para la valoración de losbeneficios de un plan de reutilización de aguas residuales.

Por otro lado, la consideración de los precios cobrados por el agua limpia y el

agua recuperada es importante para la determinación de la viabilidad financiera


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del proyecto. El precio que se cobra a los usuarios es el costo anticipado delagua y, por lo tanto, los precios tendrán en cuenta a los potenciales usuarios ahora de determinar su voluntad de participación en el proyecto de reutilización.

1.4.4 Otros factores que afectan a la planificación. Además de los análisismonetarios, existe una serie de factores que es necesario evaluar durante laplanificación de u proyecto para la recuperación y reutilización de aguasresiduales. Algunos factores que tienen especial importancia en el desarrollo deun proyecto son: características de la demanda de agua; requisitos de calidaddel agua, y determinación del alcance óptimo del proyecto. Un proyecto dereutilización de agua residual es un proyecto de suministro de agua a pequeñaescala que pretende ajustar el suministro a la demanda, proporcionar nivelesde tratamiento adecuados, almacenar el agua recuperada y suministrar lasreservas o excesos de agua de abastecimiento disponibles.


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2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SERVICIO DE LAVADO INDUSTRIAL DETEXTILES6

Las lavanderías industriales de ropa son todos aquellos establecimientosdedicados a la prestación de servicios, para sí o para terceros, de lavado,reacondicionamiento, desinfección y planchado de ropa que no sea de usodomiciliario, excluyendo aquellos servicios que presten servicios de carácterdomiciliario y/o comunitario (tintorerías y lavaderos automáticos).

2.1 EL LAVADO Y SUS PRINCIPIOS BÁSICOSEl lavar ropa es una operación que tiene por objeto devolverle a sus tejidos suaspecto inicial. Para esto es necesario:

- Eliminar las manchas (suciedad).- Conservar las fibras y los colores.- Descontaminarla.- Dejar el tejido con suavidad.

Esto se logra conociendo las máquinas que se utilizan y los productos quesean apropiados de acuerdo al tipo de suciedad, las fibras textiles y el agua;por lo tanto es necesario estar al tanto de factores de lavado:

- Naturaleza de la manchas.

- Clase de fibra textil del tejido.- Influencia del agua.- Ciclos de lavado.

2.2 LOS TEXTILESBajo el nombre de textiles se entiende un producto plano, tejido, formado por elentrelazamiento regular de hilos. El hilo está formado por un conjunto de fibrasdispuestas paralelamente y unidas solidariamente por la aplicación de unatorción.

La fibra es un material susceptible de ser transformado en hilo.

Las fibras con las que se elaboran los hilos para fabricar las telas se clasificanen: Fibras Naturales, artificiales y sintéticas.

Las naturales son las fibras que existen en la naturaleza y se utilizan sinmodificación de sus moléculas por reacciones químicas y se dividen en:vegetales, animales y metálicas.

6 PARRA, Carlos Eduardo. Curso básico de lavado en agua. Bogotá: Mayo de 1992.p.10.


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Las artificiales son las fibras obtenidas por reacciones entre productosnaturales y químicos.

Las sintéticas son fibras obtenidas por reacciones de productos químicos. Se

utilizan los obtenidos del carbón y de petróleo.

2.3 LA SUCIEDADLa suciedad o mugre, son los cuerpos extraños indeseables que se depositan oadhieren a los textiles; o los tinturan.

Está formada por diferentes componentes, sin embargo, según la clase de ropay el uso que se les dé, existen composiciones de suciedad específica, porejemplo: la ropa interior y de la cama, tendrá sudor, grasa, albúmina, orina etc.

2.4 EL AGUA Y EL pHEl agua es el componente más sencillo e importante del lavado; por sí sola, através de su acción disolvente puede eliminar un porcentaje grande desuciedad como azúcares, almidones, materia proteica, etc.

El agua es el medio para llevar los productos químicos necesarios para lavar lasuciedad, eliminarla y después mediante los enjuagues retirar los residuos deestos productos.

El agua sola no moja totalmente una superficie y esto se observa por la formaen que se recoge en pequeñas gotas en una superficie con grasa; las fuerzasque impiden este humedecimiento se conoce como:

• TENSIÖN SUPERFICIAL-Líquido en contacto con el aire.• TENSIÓN SUPERFICAL-Líquido en contacto con un sólido o con otro

líquido.

Sin embargo, cuando un jabón o un tensoactivo (detergente) es disuelto enagua, estas fuerzas son reducidas al mínimo y el agua se extienderápidamente, penetrando y mojando rápidamente el tejido textil.

Por todo esto la calidad del agua para lavar es importante. El agua pura naturales extremadamente rara pues según su origen contiene diferentes productosdisueltos, por ejemplo: el agua de lluvia contiene gas carbónico, amoniaco,anhidro sulfuroso, polvo, etc. El agua de superficie contiene materiasorgánicas, hierro y otros minerales; las aguas subterráneas son en general máslimpias, pero fuertemente cargadas de sales minerales como calcio, magnesio,hierro, manganeso, etc.


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2.5 EL pHLa actividad del lavado está influenciada por el pH (acidez o alcalinidad) al igualque las fibras textiles.Esto quiere decir que, según la naturaleza de la fibra es preciso elegir un pHque no modifique su composición química y no afecte sus propiedades.

2.6 VERTIDOS DE LAS LAVANDERÍAS7 La industria del lavado constituye un servicio y no un proceso de fabricación,por lo que resulta normal que no existan subdivisiones específicas. Los vertidosde las lavanderías se componen de jabones, carbonato sódico y detergentesutilizados para quitar la grasa, suciedad y almidón que poseen los trajes yropas sucias. Estos vertidos poseen una gran turbidez y alcalinidad y unamateria orgánica rápidamente putrescible con una DBO de 400 a 1.000 ppm. El

método habitual para tratar estos vertidos consiste en una precipitaciónquímica, después de haber ajustado el pH mediante dilución o la adición deproductos químicos. Si se necesitara un segundo tratamiento auxiliar, sepueden oxidar con suma facilidad los vertidos mediante la utilización de filtrosbacterianos. Algunas veces se utiliza el método de lodos activados, pero noresulta eficaz como el de los filtros bacterianos. La enorme distribución y usode máquinas automáticas, accionadas por monedas, en las zonas que no estánprovistas de colectores, está creando problemas especialmente graves.

2.6.1 Origen y características de los vertidos de las lavanderías. Los

vertidos se producen en el lavado de las ropas, que normalmente se colocanen un cilindro o tambor doble junto con agua y jabón y otros agentes para sulavado. El giro o rotación del cilindro perforado interior (el cilindro exteriorpermanece fijo) produce la agitación necesaria para liberar o disolver lasimpurezas (la suciedad) de los tejidos. La cantidad de álcali utilizado ( y por lotanto, las formulas del lavado) varía con el tipo y cantidad de suciedad; latendencia actual consiste en utilizar álcalis, tal como el ortosilicato, el cualposee unos valores bajos como tampones.

El U.S. Public Health Service calcula que el consumo de agua de laslavanderías llega a los 33,3 litros de agua por kilogramo de ropa. También

describe el carácter fácilmente putrescible de los vertidos de las lavanderías,sumamente alcalinos, muy turbios, con mucho color, y que contienen grandescantidades de jabón, carbonato sódico, grasa, suciedad, tintes y restos deropas, pudiendo ser su DBO media igual al doble de las aguas residualesurbanas y, en ocasiones, es cinco veces superior. También presenta losanálisis (tabla 1) de los vertidos de las lavanderías comerciales de lavado encasa particulares. El U.S. Public Health Service de los Estados Unidos indicaen su estudio que la mayoría de los vertidos procedentes de las lavanderíastienen unas composiciones químicas que se encuentran dentro de los límites

7

NEMEROW, L. Tratamiento de vertidos industriales y peligroso: Ediciones Díaz de Santos,1998. p.435.


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que se especifican en la Tabla No.2 ( aquí se evidencian algunas discrepanciasentre las cargas de contaminación que figuran en las tablas 1 y 2).

Tabla 1. Com paración d e las características sanitarias de ag uas residuales de lavand erías, com erciales ydo mést ic as *.

Análisis Comercial Doméstica

pH

Alcalinidad total, (mg/L CaCO3).

Sólidos totales, (mg/L).Sólidos volátiles, (mg/L).

DBO5, (mg/L).

Oxigeno consumido, (mg/L).

G y A, (mg/L).

10.3

511

2.1141.538

1.860

868

554

8.1

678

3.3142.515

3.813

1.045

1.406* ““Com ercial” se ref iere a una larga escala de op eraciones c omo líneas de serv icio de h oteles y restau rantes,

mientras que “Domésticas” s e ref iere al proceso de lavado en hog ares (nota del auto r).

Tabla 2. Ag uas residuales tipo en u na lavand ería.

Análisis Intervalo de Valores

pH

Alcalinidad como superior a pH, 7.0

CO3 Na3 (mg/L).

Sólidos totales, (mg/L).

DBO5, (mg/L).

9.0-9.3

60-250

800-1.200

400-450* ““Comercial” s e ref iere a una larga escala de operacio nes co mo líneas de serv icio d e hoteles y restaurantes,

mientras que “Domésticas” s e ref iere al proceso de lavado en hog ares (nota del auto r).


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Nemerow también muestra un estudio del tratamiento de los vertidosprocedentes de máquinas automáticas de lavado por introducción de monedasy de las lavanderías pequeñas. La mayoría de estas instalaciones contiene de25 a 35 máquinas, cada una de las cuales utiliza de 95 a 114 litros de agua por

ciclo de lavado. De esta agua, 83 litros se calientan a 60 ºC y 31 litros no secalientan, por lo que la temperatura media de los vertidos es de unos 38 ºC. sepuede esperar un consumo medio de unos 189,25 m3 semanales porinstalación. Se utilizan por semana aproximadamente por semana,aproximadamente, 45.36 Kg. de detergente. En la tabla 3. se resumen lascaracterísticas de estos vertidos.

Tabla 3. Aguas del efluente d e una lavandería norm al (m. com puesta 24 h ).

Análisis Intervalo de Valores

Turbidez*

DBO5, (mg/L).

Detergentes, como ABS, (mg/L).

pH

Sólidos en suspensión, (mg/L).

9.0-9.3

60-250

800-1.200

400-450Fuente: Nemerow

Los datos anteriores sirven apenas como información para el lector, ya quepara el presente trabajo, solo se estudiaron las aguas residuales provenientesde las últimas etapas de lavado industrial de ropa, y el estudio mostradoanteriormente no cuenta con ninguna información acerca de los productosquímicos que se utilizaron en el momento de realizarse estas pruebas ni elproceso de lavado, cuya información bibliográfica es escasa y no fue posiblehacer una comparación con casos similares.


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3. TRATAMIENTO AL AGUA RESIDUAL PARA SU REUTILIZACIÓN

El presente capitulo describe los pasos y componentes de los sistemas de

tratamiento para reuso del agua que se aplicaron para el presente estudio porsu bajo costo de implementación y facilidad de operación∗. Se proponeentonces un sistema de tratamiento físico de filtración a través de diferentesmedios (arena y carbón activado) y posteriormente de suavización (intercambioiónico con resina fuertemente ácida en ciclo sódico), para recircular las aguasresiduales provenientes de los enjuagues finales del lavado industrial detextiles y poder ser recirculados en los procesos siguientes de lavado deprendas.

3.1 MECANISMOS DE LA FILTRACIÓN8 Los mecanismos implicados en la remoción de sólidos en suspensión durantela filtración rápida son complejos. Muchos autores han discutido los diversosfactores que pueden jugar un papel importante en la remoción de partículas.

Durante el filtrado en lecho granular rápido, la remoción de partículas ocurreprincipalmente en el lecho filtrante y se refiere como filtrado profundo. Laeficiencia de la remoción profunda depende de un gran número demecanismos. Algunos sólidos pueden ser removidos por el proceso mecánicosimple del cribado físico, si la partícula es mayor que la abertura más pequeñaa través de las que el agua fluye. La remoción de otros sólidos, particularmente

los más pequeños, implica de dos etapas o pasos. Primero un mecanismo detransporte debe llevar las partículas más pequeñas desde la masa del líquido(o fluido) dentro de los intersticios cercanos a la superficie de los granos. Losmecanismos de transporte pueden incluir la sedimentación gravitatoria, ladifusión browniana, intercepción e hidrodinámica que están afectados porsemejantes características físicas, como de tamaño y forma de los granosfiltrantes, tasa de filtrado, temperatura del fluido y la densidad, tamaño y formade las partículas en suspensión.

Segundo, a medida que las partículas se aproximan a la superficie de un grano,o a los sólidos previamente depositados sobre el grano, las fuerzas

superficiales de corto rango deben ser favorables para que ocurra laagregación. Si las partículas han sido desestabilizadas suficientemente para

∗ Cierto es que existen numerosas técnicas de reutilización más especializadas que las que sepresentaron en el presente proyecto (tecnología de membranas, unidades de flotación,desmineralización, etc.); sin embargo, aquí se contemplaron tecnologías sencillas y de fáciladquisición en nuestro medio, sumando a esto los bajos costos de operación y mantenimiento.Por ejemplo, un sistema de desmineralización exige regeneración con ácido y álcali, insumosque requieren control de estupefacientes, además de su alto costo en el mercado y una unidadde membranas (ultrafiltración a ósmosis inversa) requiere de una preparación especial al aguapara evitar colmatacíon temprana de las membranas.8

ROSAS, F. Parámetros de filtración en el tratamiento de aguas y experimentos en plantaspilotos. Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá D.C:1978. p. 124.


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que las fuerzas de repulsión electrostática sean mínimas, la interacción deestas fuerzas y las atractivas de corto rango de Van der Waal dan por resultadouna fuerza atractiva neta y tendrá lugar la agregación de la partícula a lasuperficie del grano (o a los depósitos previos). El proceso de colisión y

agregación es comparable a la coagulación de partículas desestabilizadas.

3.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓNExisten varios factores que influyen en la filtración, entre los cuales podemosenumerar los siguientes:

3.2.1 Tipo del medio filtrante. Los materiales comunes de filtro utilizados enlos filtros son arena, carbón de antracita machacado, GAC (carbón granularactivado) y granate. Las configuraciones típicas de los medios filtrantes son lasmás comúnmente utilizadas de estas, son la arena convencional y los mediosfiltrantes duales, pero en Estados Unidos se ha instalado un sustanciablemedios filtrantes triples. El carbón granular activado reemplaza a la arena oantracita en los filtros absorbentes. Puede utilizarse solo o en configuracionesde medios duales o triples. Existen configuraciones que son retrolavadas conplena fluidización y expansión del lecho. La fluidización da por resultado laestratificación de los granos finos de cada medio cerca de la parte superior dela capa del medio filtrante.

El único filtro medio de lecho profundo usando arena gruesa o carbón de

antracita difiere del filtro de arena convencional en dos sentidos. Primero porque el medio es más grueso, y un lecho profundo requiere alcanzar unaremoción de partículas comparables. Segundo, por que las tasas excesivas delavado exigirán fluidizar el medio grueso, se lava sin fluidización por el flujo deaire ascendente y le flujo de agua. El lavado aire-agua produce la mezcla delmedio y no tiene lugar estratificación o, en todo caso, muy pequeña.

3.2.2 Velocidad de filtración. Es la velocidad con que el agua pasa a travésdel lecho. Se considera una relación inversa entre esta velocidad y la eficienciadel filtro; a mayor velocidad de filtración se produce más rápidamente el

atascamiento del filtro que disminuye la eficiencia y aumenta los costos porlavado y desperdicio de agua, a la vez que se producen carreras de filtracióncortas.

3.2.3 Temperatura. La temperatura del agua afecta tanto los mecanismosfísicos como a los químicos que intervienen en la filtración.

La temperatura influye en la carrera del filtro ya que a temperaturas bajas laviscosidad del agua disminuye y fluye sin hacer un buen contacto con losmedios de filtración.


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3.3 HIDRÁULICA DE LA FILTRACIÓNDentro de la hidráulica de la filtración están las consideraciones de caudalfiltrado o rata de filtración y la perdida de carga.

3.3.1 Tasa de filtración. Se designa con este nombre el caudal filtrado porunidad de superficie del filtro.

En la operación del filtro pueden considerarse dos tipos de tasas:

3.3.1.1 Tasa Constante de Filtración. Los filtros sometidos a tasas constantesde filtración que requieren sistemas de control del caudal afluente para lograr latasa constante, de lo contrario ésta se volverá declinante.

Dichos sistemas de control se pueden aplicar directamente a la tasa efluente opor un control de nivel constante en el efluente:

Control de la tasa en el efluente:

El control está en el tubo efluente en el que se coloca un aparato sensible a loscambios de flujo, con un mecanismo y una válvula de regulación. El controladorse ajusta automáticamente a la válvula de regulación para mantener constantela tasa predeterminada para un filtro.

3.3.1.2 Tasa Declinante de filtración. La tasa declinante consiste en que la tasade flujo disminuye al ir disminuyendo la permeabilidad del filtro a medida quetranscurre el proceso.

En la verdadera tasa declinante, el total de pérdida de carga a través del mediofiltrante, sistema de drenaje y tubería del efluente se mantiene constante, esdecir, la cabeza de agua por encima del lecho filtrante debe ser constante; elagua excedente se distribuye en los demás filtros.

Puesto que la verdadera tasa declínate es muy difícil de obtener en las plantas

de tratamiento, se permite una variación de la cabeza, llamándose tasa variabledeclinante.

3.3.1.3 Pérdida de carga. Es la pérdida de cabeza al paso del agua a través delecho filtrante, de la grava de sostén y del sistema de recolección de aguatratada.

Está perdida de carga es producida por la fricción que sufre el agua alatravesar los poros del lecho filtrante.


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Se distingue por lo tanto una “pérdida de carga inicial”, ho, una pérdida decarga que es función del tiempo” que lleva la carrera, hf (t) que es producto de lacolmatacíon progresiva del lecho filtrante, una “pérdida de carga en el sistemade desagüe, h1, “pérdida de carga por accesorios de entrada y salida”, h2, y una

“pérdida de carga debida al vertedero de salida” en caso de que éste existiera,h3; la suma de éstas debe dar la pérdida de carga disponible para filtración.

3.3.2 Lavado de filtros. El lavado del filtro es el proceso mediante el cual sesuspende la operación de filtrado y se inyecta agua por debajo del filtro (por elsistema de drenaje) con una presión adecuada, con el objeto de que el lechofiltrante se expanda, los granos se froten y se desprenda todo el material queha quedado retenido en ellos en la operación del filtrado.

Este proceso debe hacerse cada vez que la pérdida de carga sea igual a lapresión estática sobre el lecho o la calidad del agua efluente desmejore, esdecir, cuando se note un aumento considerable en la turbiedad del efluente.

Si la operación del lavado es deficiente pueden ocurrir dos situacionesproblemáticas:

a. Que sea incapaz de desprender la película de materia atrapada querecubre los granos del lecho.

b. La formación de grietas o cavidades en donde se acumula el materialque trae el agua.

En ambos casos, al expandir el lecho durante el lavado y luego dejarlo asentare iniciar la operación del filtrado, el material no removido queda atrapado entrelos granos del medio y al progresar la carrera de filtración se compacta, con loque la superficie del filtro desciende lentamente y las áreas más obstruidas,que generalmente son alrededor de las paredes, se desprenden dejando unagrieta entre las paredes de la arena o carbón. En casos extremos estas grietaspueden llegar hasta el lecho de soporte y todo el medio granular puede llenarsede “bolas” que disminuyen el área de paso de flujo. Esta fenómeno se presentapaulatinamente primero se llenan las cavidades dentro del lecho, al no serremovido este material se compacta y una cavidad se une con otra hastaformar bolas relativamente grandes. En estas condiciones el filtro deja de ser

útil como proceso de tratamiento y debe ser reconstruido totalmente.

La mayor dificultad en el lavado radica en poder producir un uniformedistribución del flujo ascendente; cuando esta distribución se hace por mediode un lecho de grava tiene algunos problemas con el contacto arena-grava,pues en tal contacto la grava no se expande y la arena que se expande seestablece durante el lavado un régimen turbulento en el que el flujo en lugar desubir uniformemente, es proyectado por los poros de la grava en forma dechorros de alta velocidad que lentamente van desplazando primero la grava yluego la grava de soporte abriendo huecos por donde se cuela la arenapudiendo llegar a los drenes y salir en el efluente. Con el tiempo el lecho se

vuelve ondulado y se invierten parcialmente las capas; cuando esto sucede la


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superficie del lecho filtrante se ve dispareja con hondonadas y montículos,señal de que se ha producido fallas en el sistema de soporte ya sean porfenómenos hidráulicos o por rupturas en los drenes.

3.4 HIDRÁULICA DE LAVADO Al inyectar el agua por el fondo de un medio granular tres cosas pueden ocurrir:Si la velocidad ascensional del flujo de lavado es menor que la velocidad deasentamiento de las partículas del medio filtrante el lecho se expande.

a. Si se aumenta la velocidad ascensional hasta que sea mayor que la deasentamiento el lecho se expande más y más y su porosidad aumentaproporcionalmente.

b. Cuando la velocidad del flujo de lavado sobrepase el valor de la deasentamiento crítico de las partículas, el lecho se fluidifica y los granosdel medio son acarreados por el agua.

En el caso a). aunque el lecho no se expanda, la velocidad entre los granosaumenta hasta que la fuerza de arrastre del flujo sea mayor que el peso de lapartícula, en ese momento ésta queda suspendida en la corriente ascendente.

Si la tasa de lavado sigue aumentando, la separación entre partículas seincrementa hasta que se rompe el equilibrio y los granos son arrastrados por ellíquido.

3.4.1 Sistemas de lavado

3.4.1.1 Flujo Ascendente. Se inyecta agua por los drenes de tal manera queproduzca expansión entre el 10 y 50%. Sin embargo, una expansión exageradadel medio filtrante no beneficia el lavado pues impide el roce de unos granoscon otros. Por otro lado si la expansión no es suficiente, el material retenido enel lecho no puede escapar y alcanzar los colectores de salida.

Para la misma velocidad de lavado, un medio grueso se expande menos queun fino y por lo tanto la acción de fricción es mayor en el primero. En realidad latécnica usada en lavado debe condicionarse al tipo de lecho filtrante que se

use.

Debe tenerse en cuenta que la expansión que se logre en un medio filtrante esfunción de la viscosidad del fluido y por lo tanto de la temperatura, mayor tasade lavado para mantener la misma expansión.

Las relaciones de lavado deben estar siempre por encima de las relaciones defluidificación.

3.4.1.2 Flujo Ascendente y Lavado Superficial. El lavado ascendente secompleta con un lavado superficial que su principal función es la romper sus


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posibles bolas que estén en la superficie. Este lavado superficial se puedehacer con brazos giratorios o con rociadores fijos.

3.4.1.3 Flujo Ascendente y Lavado con Aire-Agua. Es un sistema muy utilizadoen Europa el cual consiste en inyectar a través de boquillas especiales, aire,con una rata de 0,3-0,9 m3/m2/min. de 4 a 7 minutos para producir unaexpansión del 10% en el lecho filtrante.

La economía de este sistema está en la economía del agua de lavado y en quelas bajas velocidades de flujo crean menos intermezcla en la capa de gravilla yarena que disminuye la velocidad de los chorros de agua.

Debe advertirse que la mala distribución de los chorros de aire produce unadesestatificación de la grava.

3.4.1.4 Flujo Ascendente y Lavado Sub-Superficial. El lavado sub-superficial sehace necesario cuando se usan medios filtrantes de arena y carbón y existe latendencia a una penetración profundo del material que viene en el agua, enestas condiciones las bolas se forman dentro del lecho y no sonsuficientemente removidas ni por lavado ascendente ni por lavado superficialcon agua.

Por lo general para efectuar esta lavado se coloca una malla de tubos dentro

del lecho, pero esa malla tiene que ser mínima; se puede colocar un anillo aunos 50 cms. de las paredes con orificios en nicles verticales en forma de peineque salgo de un distribuidor principal superior y penetre en el lecho hasta laprofundidad deseada.

3.4.2 Métodos para Aplicar el agua de Lavado

3.4.2.1 Tanque Elevado. Debe estar construido cerca del filtro y puede estarsobre una colina cerca, estructura metálica o sobre el mismo edifico de la

planta.

La capacidad del tanque debe estar en función del número de filtros y debe sersuficiente para lavar una unidad de 8 minutos a la máxima tasa especificada encada caso, cuando se usa lavado superficial hay que tener en cuenta tambiénel consumo de agua causado por esa aspersión.

La potencia de las bombas depende de la altura a la que haya que colocar eltanque sobre el nivel del lecho filtrante; ésta se calcula considerando quedescontando todas las pérdidas de carga la presión remanente al principio delos drenes no sea inferior a 4 metros.


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Cuando se conoce la pérdida de carga producida en los drenes y lascaracterísticas del lecho filtrante se puede colocar el tanque a una altura tal quepueda llegar a las canaletas de lavado; se parte de la altura de la canaleta y sele van sumando las pérdidas producidas.

3.4.2.2 Sistema de Bombeo. Si se lava por inyección directa de las bombas,estás suelen ser de gran capacidad y baja presión, la carga hidráulica se puedecalcular en la forma que para el tanque de lavado. Las bombas toman el flujodel tanque de distribución de aguas claras.

3.4.2.3 Otros Filtros Trabajando en Paralelo (Auto-Lavantes). Se basa en elhecho de que si se deja la salida del afluente a un nivel mayor que la de lacanaleta de lavado y se interconectan los filtros, al abrir la válvula de drenaje elnivel en la caja de la unidad que se requiere lavar desciende con lo que seestablece una carga hidráulica que invierte el sentido del flujo en le lechofiltrante y lava el filtro.

3.4.3 Sistemas de Drenaje. El objeto de los sistemas de drenaje es: a. Recolectar y extraer el agua filtrada.b. Distribuir uniformemente el agua de lavado en el lecho filtrante.

3.4.3.1 Tuberías Perforadas.a. Trabajo con grava.b. Trabajo con bloques y grava (bloques Wagner)c. Trabajo con boquillas.

3.4.4.2 Falsos Fondos.a. Fondo Weeler.b. Fondo Leopold.c. Boquillas.d. Prefabricadas.

3.5 CLASIFICACIÓN DE FILTROSLos filtros pueden clasificarse de muchas formas dependiendo de lascondiciones en que se desarrolle el proceso y del tipo de lecho.

Toda clasificación que se haga admite combinaciones entre ellas pero, para suestudio las considere independientemente.

3.5.1 Según el caudal efluente.

a. Filtros de tasa constante.


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b. filtros de tasa declinante.

La definición de estos dos tipos de filtros fue explicada con anterioridad en laparte correspondiente a Hidráulica de la filtración.

3.5.2 Según el sentido del flujo.a. Filtros de flujo descendente.b. Filtros de flujo ascendente.c. Filtros de flujo mixto: parte ascendente y parte descendente.

Dentro de esta clasificación el tipo de filtro más usado es el de flujodescendente, siendo por lo tanto al que me refiero en el estudio.

3.5.3 Según el lecho filtrante.a. Filtros de lecho sencillo: aquellos cuyo lecho está constituido por un solomaterial; normalmente son de arena pero también los hay de carbón antracita oactivado.b. Filtros de lecho combinado: aquellos cuyo lecho está constituido por dos omás materiales; normalmente son de arena-antracita o arena-GAC-granate.

3.5.4 Según la velocidad de filtración.

3.5.4.1 Filtros Lentos. S

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