6.1. Introducción
El presente capítulo muestra en detalle los aspectos ingenieriles del proyecto, así como también el diseño de los equipos involucrados en el proceso.
En síntesis este capítulo consigna:
Descripción del Proceso – Diagrama de Bloque Balance de Masa
Diseño de los Principales Equipos
Esta serie de ítems permitirán determinar los costos de inversión y operación de la planta. El análisis que tiene lugar en esta sección, guarda base teórica en el texto Ingeniería de Aguas Residuales Volumen I y Volumen II de Metcalf & Eddy.
6.2. Breve descripción del Proceso – Diagrama de Bloque
La consigna de este apartado es repasar los criterios sustanciales del proceso, para ello se hace uso de lo desarrollado hasta el momento. A continuación se detalla el esquema productivo, a través del “Diagrama de Bloque”:
Gráfico 6.1: Diagrama de Bloque Reciclado FUENTE: Elaboración Propia Para más detalles, véase Capítulo 3 Tecnología.
6.2.1. Recolección y Separación
La recolección se lleva a cabo en los “Centros Verdes”, mercado proveedor de la industria. Los desechos recolectados son clasificados por tipo de resina.
Para más información, ver Capítulo 2 Estudio de Mercado y Capítulo 4 Localización. 6.2.2. Separación Final y Limpieza
Se realiza en forma manual. Su objetivo es, por una parte, clasificar el material en forma definitiva y, por otra, eliminar las impurezas gruesas del material, tales como etiquetas y elementos metálicos, entre otros.
6.2.3. Molienda
La molienda se ejecuta por trabajo mecánico, aplicando fuerzas de tensión, compresión y corte. Para esto se utilizan molinos trituradores.
6.2.4. Lavado y Secado
El proceso de lavado se efectúa en una máquina lavadora y tiene por objeto desprender los restos orgánicos, y otros contaminantes del material plástico molido. Posteriormente el polipropileno se deshumedece en la máquina secadora.
Por efecto de los procesos de limpieza y lavado se produce una pérdida de material. Los desechos contaminantes, acaban en el agua de servicio. Todos los efluentes generados en el proceso se producen en esta etapa.
Este punto es la razón de ser de la Planta de Tratamiento de Efluentes Líquidos, la recuperación y acondicionamiento del recurso vital.
6.3. Balance de Masa
Para realizar el balance de masa se considera la producción horaria de la planta, teniendo en cuenta la capacidad establecida. Luego, se especifica el balance de masa de cada equipo. Se presume que:
1) El personal de la planta trabajará 4000 horas/año (Véase ítem 5.3.1). 2) La capacidad de la planta, será de: 285 kg/h.
Con una producción estimada de 1140 toneladas anuales se detenta una producción horaria de 285 kilogramos de polipropileno reciclado (Véase ítem 5.3.2).
Producción horaria: 285 kg de PP reciclado. Producción horaria efluentes: 3.000 kg de agua a tratar.
6.3.1. Planta de Tratamiento de Efluentes
Prosiguiendo con el diseño de planta, se dimensionan los equipos necesarios para el tratamiento de efluentes líquidos. A tal efecto, se sopesan los valores obtenidos por la empresa “Recuperaciones de Plásticos de Barcelona S.L.”, ubicada en España:
Parámetro Resultado DQO 1.000 – 2.000 mg O2/L
PS 2.000 – 3.500 mg/L
pH 6,48
Tabla 6.1: Parámetros Efluentes Líquidos FUENTE: Elaboración Propia
Antes de continuar, se informa que los equipos se diseñarán y seleccionarán en función de la capacidad que tengan para soportar un volumen equivalente de efluentes, al generado en una jornada de trabajo.
6.3.1.1. Depósito Homogeneizador
Considerando un flujo máximo de 3m3/h de agua a tratar, se necesita un depósito de 48m3/día.
La profundidad del equipo deberá estar comprendida entre los 3–4 metros, según Metcalf & Eddy:
𝑉 = 𝜋𝑟2ℎ⇒ 𝑟 = √𝑉 𝜋ℎ
𝑟 = √ 48
𝜋 × 3,5= 2,089 𝑚
A partir de lo anterior, se opta por un diámetro de 4,6 m, por lo tanto el volumen del depósito será de 58 m3.
6.3.1.2. Reactor Biológico
Con fundamentación empírica, se selecciona un reactor de mezcla completa debido a su resistencia frente a cargas de choque, a diferencia de los reactores flujo pistón. Según bibliografía utilizada (Ingeniería de las Aguas Residuales – Metcalf & Eddy) los parámetros de diseño para los procesos de fangos activos para un reactor de mezcla completa son los siguientes: Reactor Mezcla Completa 𝜽𝒓(𝒅í𝒂𝒔) 𝑭⁄ 𝑴 Carga Volumétrica SSLM (mg/l) 𝑽⁄ (𝒉) 𝑸 𝑸𝒓 𝑸 ⁄
5 – 15 0,2 – 0,6 0,8 – 1,92 2.500 – 4.000 3 – 5 0,25 – 1,0 Tabla 6.2: Parámetros de Diseño para procesos de Fangos Activos, pág. 626
FUENTE: Ingeniería de las Aguas Residuales
Q
wS
0Q
X
Q
eX
eS
Q
rX
rS
Gráfico 6.2: Esquema Reactor – Depósito FUENTE: Elaboración Propia Datos Utilizados:
Coeficiente Unidades Intervalo Típico Y mg SSV/mg DQO 0,4 – 0,8 0,6 𝑘𝑑 𝑑−1 0,025 – 0,075 0,06 Consideraciones:
Los Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) del afluente al reactor son despreciables.
Los Sólidos Suspendidos Volátiles en el Líquido Mezcla (SSVLM) son 3.500 mg/L. Los Sólidos Suspendidos en el Líquido del afluente ascienden a 4.375 mg/L.
Concentración del fango de retorno: 10.000 mg/L SS y 8.000 mg/L SSV.
El Tiempo de Retención Medio Celular es 𝜃 = 5.
Régimen Hidráulico del Reactor: Mezcla Completa.
Se estima que el efluente contendrá 20 mg/L de sólidos biológicos de los cuales un 80% son volátiles.
El agua residual contiene nitrógeno, fósforo y otros nutrientes a nivel de trazas en cantidades suficientes para el crecimiento biológico.
Desde el tanque de homogeneización se bombea diariamente un caudal de 58 m3 con una DQO estimada de 1600 mg/l. Debe recordarse que el efluente tendrá que contener una
concentración final no superior a 200 mg/L de DQO, ese es el límite permitido de descarga a conducto pluvial o cuerpo de agua superficial instaurado por la Autoridad del Agua.
6.3.1.2.1. Eficiencia de la Planta 𝐸 =𝑆0− 𝑆 𝑆0 × 100 =1600 − 200 1600 × 100 𝐸 = 87,5%
6.3.1.2.2. Volumen del Reactor
El volumen se determina mediante la ecuación de crecimiento celular neto. La expresión algebraica atiende a la respiración endógena, la edad de lodos (masa de sólidos en el sistema por unidad de masa que sale del sistema), el caudal y las concentraciones del sustrato.
𝑉 = 𝑄𝑌𝜃(𝑆0− 𝑆) 𝑋(1 + 𝑘𝑑𝜃) Donde:
V: Volumen en m3.