La medición de caudal se realizará mediante el empleo de la ecuación para el cálculo del flujo volumétrico.

dónde

Q: flujo volumétrico (L/s), (m³/h)

V: Volumen del recipiente (L), (m³)

t: tiempo de llenado del recipiente en segundos (s) u hora (h).

La ecuación fue empleada según los puntos de medición.

Los resultados de cada réplica se le determinan la media o promedio con su desviación estándar, mediante la ecuación (7), para conocer en el rango esperado en que varía el valor de flujo.

donde

σ: es la desviación estándar.

N: tamaño de la muestra.

x _i : uno de los valores de muestra.

: promedio o media de la muestra.

El cálculo se realiza para cada etapa de generación de residual. Etapa de Producción (Regeneración en los suavizadores). En la etapa de producción se muestrearon los cuatro puntos de medición (Torre de enfriamiento 1, Torre de enfriamiento 2, Calderas y Trampa de grasa). De estos, el mayor aporte de flujo de residual, es para el último punto. Esta etapa es la que más predomina en el sistema productivo de la fábrica por lo comentado anteriormente.

Punto 1: Torre de Enfriamiento 1

El flujo promedio fue de 1,171 L/s para el primer momento y 2,098 L/s en el segundo, con una desviación estándar de 0,168 y 0,092 respectivamente.

En la figura 1 se muestran los valores de flujo promedio obtenidos solamente en la etapa de producción, ya que en la limpieza parcial y general el flujo de residual está vinculado a la línea de Refinación por tanto solo es apreciable para la Trampa de Grasa. En esta figura se representa el valor de flujo promedio ubicado a la derecha del punto, ya sea en la parte inferior o superior del mismo, también se muestra la desviación que presentan estos valores en forma de barras.

Fig. 1

En este punto de medición se obtuvo un valor promedio de flujo de residual de 1,088 L/s que equivale a 3,917 m³/h, este valor oscilará en un rango de 0,251 L/s (0,905 m³/h) y 1,925 L/s (6,928 m³/h).

Punto 2: Torre de Enfriamiento 2

Este punto tuvo las mismas características en cuanto a las condiciones en el momento de realizar las mediciones del caudal de residual en el punto 1. Al inicio del muestreo se obtuvo un flujo promedio de 0,705 L/s con una variación ± 0,036 y en la segunda de 0,721 L/s, la cual varia ± 0,024. Los flujos promedios con su correspondiente desviación son mostrados en la figura 2.

En este punto el valor promedio del flujo de residual determinado fue de 1,004 L/s que equivale a 3,614 m³/h, con una desviación de ± 0,245 L/s o ± 0,884 m³/h.

Fig. 2

Punto 3: Área de Calderas

En las mediciones tomadas en este punto se alcanzaron valores de flujo de 3,397 L/s en el primer momento muestreado, con una desviación de ± 0,200 L/s, mientras que en el segundo se registraron 3,658 L/s lo cual varía en ± 0,179 L/s. Los flujos promedios con su correspondiente desviación son mostrados en la figura 3.

Fig. 3

El área de calderas contribuye al flujo total de residual de la planta durante el tiempo de regeneración con un valor de 1,919 L/s, oscilando en un rango de 1,810 y 2,027L/s. El flujo de este punto equivale a 6,908 m³/h con una variación de ±0,389m³/h.

Punto 4: Trampa de Grasa

Mediante el registro de los valores de tiempo para determinar el valor del flujo promedio, se obtuvo como resultado el flujo por momentos de muestreos. En el primero con 2,065 L/s que varía dentro de un rango de ± 0,091 L/s y el segundo con 1,992 L/s con una variación de ± 0,164 L/s. Ver figura 4.

En la etapa de producción el flujo de residual que se vierte en la trampa de grasa es de 2,217 L/s (7,983 m³/h) que varía en un rango desde 1,598 L/s (5,756 m³/h) hasta 2,836 L/s (10,210 m³/h).

Fig. 4

El mayor valor de flujo en la etapa de producción fue obtenido en este lugar porque es donde convergen todo el residual de la entidad y a estos se le añaden durante la producción los residuales de la refinería que genera un 37,85 % del flujo total.

Etapa de Limpieza parcial

Durante esta etapa se realizó el mismo procedimiento para la determinación del caudal de residual de la fábrica. Solo se registraron valores en la trampa de grasa porque cuando se realiza la limpieza en la planta de refinación de aceite se detienen las operaciones productivas en el área de calderas (suavizadores) y en la torre de enfriamiento. Ver figura 5.

Fig. 5

En esta etapa, se vierte en la trampa de grasa un flujo de 1,000 L/s (3,603 m³/h) que varía en un rango desde 0,828 (2,983) a 1,173 L/s (4,223 m³/h).

Resultados obtenidos durante la limpieza general:

Durante todo el tiempo que se realizó la limpieza general el comportamiento del flujo fue prácticamente el mismo, debido que en los muestreos realizados se obtuvo como resultado 0,898 L/s lo cual equivale a 3,235 m³/h, con un rango de variación de ± 0,074 L/s o de ±0,268 m³/h. Ver figura 6.

Producción (con operaciones de regeneración de los suavizadores).

Fig. 6

Producción sin operaciones de regeneración de los suavizadores

Q_{total =} Q_{torre enf 1} + Q_{torre enf 2} + Q_{trampa grasa =} 6,01 L/s <> 21,637 m³/h

Limpieza parcial

Las áreas de la torre de enfriamiento y la caldera no generaron residual, entonces de la ecuación (6) queda:

Q_{total =} Q_{torre enf 1} + Q_{torre enf 2} + Q_{trampa grasa} + Q_{area caldera =} 1,173 L/s <> 4,223 m³/h

Limpieza general

Ocurre lo mismo en la etapa de limpieza parcial, como el proceso de refinación está detenido, la torre de enfriamiento y área de caldera (suavizadores) no vierten residuales. Por tanto, el valor del flujo promedio general será el siguiente:

Q_{total =} Q_{torre enf 1} + Q_{torre enf 2} + Q_{trampa grasa} + Q_{area caldera =} 0,973 L/s <> 3,0504 m³/h

En las figuras 7 y 8 se muestran los valores del flujo promedio general de residuales líquidos para cada etapa de producción y el rango de variación del mismo.

Fig. 7

Fig. 8

En la tabla 1 se reflejan los resultados del flujo promedio general.

Tabla 1

El máximo valor generado en la fábrica por un día es en la etapa de producción con regeneración de suavizadores, con un total de 538,104 m³/día. El menor valor se produce durante la Limpieza General con 77,640 m³/día. En la tabla 2 se refleja el flujo promedio de residuales generados en cada etapa por día.

Tabla 2

Para la determinación de la composición biológica del residual, en cada una de las muestras, se procedió a la selección de los parámetros establecidos por la NC 27:2012 y NC 521:2002.

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO₅),

Aceites y Grasas,

Coliformes Totales (CT),

Coliformes Termotolerantes (CTT),

Fosfato (PO₄ ^3-),

Nitrato (NO₃ ^1-),

Se determinaron ocho puntos para la toma de muestras, ubicados en las fuentes de origen del residual y el trayecto del sistema de evacuación. Las precisiones para la ubicación estuvieron en función del resultado de las entrevistas realizadas a los especialistas de la planta, lo que permitió identificarlos (ver tabla 3) como:

Tabla 3

Demanda Bioquímica de Oxígeno ⁵

Fig. 9

En la figura 9 de refleja el comportamiento de la demanda química de oxigeno.

El 75 % de los puntos de muestreo están por encima de los límites permisibles debido a que hay grandes cantidades de materias susceptibles de ser degradadas u oxidadas por agentes biológicos. Se obtuvieron valores por debajo de 60 mg/L solamente en los puntos AR-2 (Torre de enfriamiento 2) con 11,42 mg/L y AR-4 (Área de calderas) con 15,01 mg/L, mientras que en el resto de los puntos están por encima del valor permitido con 158,01 unidades.

Coliformes totales (CT) y coliformes termotolerantes (CTT). ⁶

La comparación del parámetro coliformes termotolerantes no está especificado en las normas por lo que solo se visualizaron los valores promedios determinados con el fin de tener conocimiento de los valores que oscilan los mismos en la caracterización de los residuales.

En la figura 10 y 11 se reflejan el comportamiento de los coliformes totales y de lo termo tolerantes.

Fig. 10

Fig. 11

Los puntos de muestreo AR-1 y AR-3 son los únicos que poseen valores promedio por encima de lo especificado en las normas tomadas como referencias (NC 27:2012 y NC 521:2007) ^8,9. Esto ocurre porque al AR-1 van a para todas las descargas de los lavaderos y baños, mientras que en AR-3 esto se manifiesta por la disposición de suciedad y varios componentes del proceso productivo que son arrastrados por los conductos hacia este sitio. A lo anterior se suman los altos niveles de DBO₅ permitiendo el desarrollo poblacional de coliformes.

Aceites y grasas

Solo se muestreó este parámetro en los puntos que se vierte un residual con esta característica.

Fig. 12

Como es de esperar en la Empresa Refinadora de Aceite los residuales de esta entidad tiene un elevado contenido de aceites y grasa, principalmente en AR-7 (Línea de llenado) debido al derrame que ocurre en la máquina para el llenado de los pomos. Mientras que en AR-1 la concentración de este parámetro disminuye porque se le unen otros residuales provenientes de otras fuentes generadoras que presentan un bajo contenido de aceite y grasa. Ver figura 12

(NO₃ ^1-) Nitrato: el contenido de este parámetro determinado es el menor de todos, con un valor medio de 0,2 mg/L debido a que los procesos de oxidación del amonio, como la nitrificación, en este residual no ocurre por el bajo contenido de oxígeno. ⁶

(PO₄ ^3-) Fosfato: se determinaron valores entre 0,27 y 19,25 mg/L, en los puntos de muestreo AR-8 y AR-6 se detectaron los mayores niveles de concentración, los cuales disminuyen a lo largo de su trayecto por el sistema de alcantarillado de la empresa hasta llegar a la trampa de grasa puesto que a este lugar llegan otras descargas con menor concentración de fosfato. ⁶

Determinación de la carga contaminante

Para determinar la carga contaminante de los residuales nos apoyamos en la ecuación:

Donde:

C.cd: carga contaminante por día en kg/L

Q: flujo de residual, en L/día

C(x): concentración de parámetro determinado, en mg/L.

En las tablas 12 y 13 se presentan los resultados obtenidos

Tabla 4

Tabla 5

El sistema de tratamiento tiene deficiencia y no cumple con el objetivo, ya que el mismo fue mal diseñado. En la trampa de grasa se unen todos los residuales (proceso productivo, del área de caldera, regeneración de los suavizadores, cocina - comedor y el albañal) con una carga contaminante biológica elevada.

Propuesta de sistema de tratamiento. ^1,7

Instalar una planta de tratamiento físico, químico y bacteriológico que cumpla con el siguiente procedimiento:

Un separador mecánico, al cual llegue solamente el residual procedente del proceso productivo (alta concentración de grasa y aceites), donde se separe por diferencia de densidades y rebosos, parte de esta carga biológica generada. Mediante este proceso se podrá extraer gran cantidad de grasas y aceite, luego higienizar para obtener un subproducto que se puede utilizar en la elaboración de jabones.