Evaluación de algunos materiales plásticos reciclables como medios filtrantes para aguas residuales

Evaluación de algunos materiales plásticosreciclables como medios filtrantes para aguasresiduales

Javier Alexis Cervera Bonilla*
Johana Tavera Tavera**

* Tecnólogo en Gestión Ambiental y Servicios Públicos. Universidad Distrital Francisco Joséde Caldas.
** Tecnólogo en Gestión Ambiental y Servicios Públicos. Universidad Distrital Francisco Joséde Caldas.

Fecha de recepción: 20 de agosto de 2006
Fecha de aceptación: 28 de octubre de 2006

Resumen

En el año 2004 el grupo de investigaciones PROGASP dio inicio a laevaluación de materiales que pudieran presentar características adecuadaspara el sustento de biofilm en sistemas de depuración de aguas por películaadherida; en la segunda etapa de este proyecto se hicieron pruebascon materiales plásticos de tipo reciclable como son el PET la Espuma dePoliuretano (PUR) y el Icopor (Poliestireno PS).

Como resultado de las pruebas realizadas se determinó que de los materialesprobados el que reunió las mejores características como sustratoadecuado para el biofilm fue la PUR, porque presentó mejor desempeñoque los otros materiales. Debido a la estructura del material éste permitiómejor adherencia del biofilm.

Al hacer una comparación con la primera etapa se determinó que los materialesplásticos mostraron mejor desempeño como medio de soporte quelos materiales evaluados en la primera etapa.

Palabras clave:poliuretano, biofilm, aguas residuales, película, depuración.

Abstract

In 2004 the research group PROGASP started a “materials testing” inorder to find those who can have adequate properties for the holding ofbiofilm in cleaning-up systems by sticking film; in this second stage ofthis project tests were made with plastic recyclable materials like thePET, the polyurethane foam and polystyrene.

By making a comparison between the two stages it was found that plasticmaterials showed better performances as a supporting media than the testedmaterials of the first stage. It was a result of the comparison betweengravel behavior, whom, in the first stage had the best behavior than theanalyzed substrates in contrast with the second stage when its performancewas lower than foam (polyurethane PUR) and Icopor (polystyrenePS).

Key words:polyurethane, biofilm, residual waters, movie, purification.

Objetivo general

Evaluar el funcionamiento de un prototipo de filtro conmedio de soporte a partir de materiales de plástico reciclableque cumplan con las especificaciones de remociónde DBO5, DQO, sólidos sedimentables, disueltos, volátiles,totales, nitritos y nitratos, para la descontaminación deaguas residuales domésticas, tomando como referencia unafuente superficial afectada.

Objetivos específicos

• Valorar el diseño estandarizado de los tres biofiltrospara realizar una curva comparativa real del materialversus remoción de contaminantes.

• Realizar las pruebas de seguimiento a la calidad delagua necesarias de acuerdo con los métodos de determinaciónbioquímica.

• Analizar las posibles ventajas que presenten los materialesusados en la remoción de carga contaminanteconsiderando: el origen del afluente y el origen de losmateriales.

Hipótesis

Para el desarrollo de esta investigación se partió de treshipótesis, a partir de la comprobación de las cuales se determinaronlas ventajas o desventajas que presentan los diversosmateriales como soporte filtrante.

Las hipótesis que se manejaron fueron:

• Ho. ¿Los materiales plásticos presentan mejores característicasde filtrado y de producción de película filtrante,arrojando mejores resultados en el tratamientode agua al compararlo con los materiales utilizados enlas experiencias anteriores y con los materiales tradicionales?

• Ha. ¿No existen diferencias significativas entre el soportefiltrante utilizado en el proyecto, al ser comparadocon las características de los soportes de materialtradicional y los soportes analizados en la primera etapade este proyecto (residuos de ladrillo y escombros, residuosde la combustión del carbón en hornos, gravilla dediámetro [Testigo]])

• Ha2. ¿Los materiales plásticos no son convenientes paraser usados como soporte filtrante, pues no permiten unabuena formación de película filtrante y las característicasdel agua tratada con este sistema no cumplen con lanormatividad para agua segura?

Metodología

Primera etapa: selección y análisis de los materiales oresiduos por evaluar

La metodología utilizada en esta segunda etapa fue tomadadel documento generado en la primera etapa denominadoEvaluación de materiales de la zona Fuquene – Boyacácomo medios filtrantes para aguas residuales.

Los materiales seleccionados fueron:

• P.E.T. triturado.
• Espuma de Poliuretano (PUR).
• Icopor (Poliestireno PS) en perlas.
• Gravilla de diámetro (Testigo).

Se tomaron muestras de los materiales seleccionados yse les realizaron pruebas para determinar sus propiedadesfísicas:

• Porosidad o porcentaje de vacíos.
• Área superficial específica (m2 / m3).
• Densidad kg / m3.

Segunda etapa: ubicación del área de trabajo

El prototipo se construyó en los predios de la UniversidadDistrital Francisco José de Caldas, sede “El Vivero”, aprovechandoque por esta sede cruza la quebrada Mi PadreJesús o Zanjón de San Martín, quebrada contaminada porvertimientos pecuarios y domésticos.

Tercera etapa: construcción del modelo

Se utilizó el mismo modelo de prototipo desarrollado enla primera etapa de este proyecto, con el fin de compararlos resultados que se obtuvieron con los anteriormente registrados;éste se diseñó y construyó durante los meses deoctubre a noviembre de 2003.

Tabla 1. Características del prototipo (fuente: el autor)

Cuarta etapa: muestreo de afluente, efluentesy seguimiento de la operación de las unidades

Se realizaron dos veces a la semana los muestreos del aguadel afluente y del agua tratada por cada material; se tomabandos litros de agua para la medición de los siguientesparámetros: acidez, alcalinidad, color, conductividad,DBO5, DQO, dureza total, dureza cálcica y dureza magnésica,nitratos, pH, sólidos disueltos, sólidos sedimentables,sólidos suspendidos, sólidos totales fijos, sólidos totales, sólidosvolátiles, temperatura y turbidez.

Quinta etapa: análisis de datos y evaluaciónde los resultados

El análisis de resultados que se desarrolló para este trabajose realizó primero haciendo una comparación de los resultados obtenidos en la primera etapa contra los obtenidosen la segunda etapa en la que fueron comparados con laLegislación Colombiana para agua segura.

Un segundo análisis se llevó a cabo tomando la metodologíapara Índices de Calidad WQI (Water Quality Index)implementada en el documento Evaluación de la calidaddel agua y diagnóstico ambiental del humedal Jaboque.Un último análisis fue realizar la matriz de clasificación yla calificación de algunas características de los materialesevaluados.

Resultados

Tabla 2. Propiedades físicas de los materiales empleados. Fuente:los autores, 2005

Índices de calidad WQI

Tabla 3. Calificación de calidad del agua (WQI). Fuente: los autores,2005)

Clasificación de algunas características para la evaluacióndel funcionamiento de los materiales

Tabla 4. Valor alcanzado por cada material. Fuente: los autores,2005

Evaluación de la eficiencia de los materiales

Tabla 5. Calificación del comportamiento de los materiales comosustento para el biofilm de acuerdo con los promedios obtenidos enlas pruebas. Fuente: los autores, 2005

Muestreo afluente y efluentes

Tabla 6. Resultados DQO. Fuente: los autores, 2005

Gráfica 1. Comportamiento de la DQO. Fuente: los autores, 2005

Tabla 7. Resultados DQO con los datos más altos promediados. Fuente: los autores, 2005

Gráfica 2. Comportamiento promedio de la DQO en la segunda etapadel proyecto. Materiales evaluados. Fuente: los autores

Tabla 8. Resultados de DBO5. No se realizó la primera prueba. Fuente: los autores

Gráfica 3. Comportamiento de la DBO5 en la segunda etapa del proyecto. Fuente: los autores, 2005

Conclusiones

Se verificó la hipótesis nula al demostrar que por lo menosunos de los tres materiales plásticos evaluados comosustento para biofilm (Espuma de Poliuretano PUR) presentóun mejor comportamiento en términos generales enlas pruebas en que fue evaluado y también frente al comportamientode los materiales evaluados durante la primeraetapa del proyecto; el comportamiento de la PUR tambiénestuvo por encima de los otros materiales evaluados incluyendo
el Blanco (Gravilla); estos resultados se debieronprincipalmente a las características que presenta el material,pues su porcentaje de vacíos es mayor lo que permiteuna mejor adherencia por parte del biofilm.

Se pudo comprobar que los materiales plásticos son másmanejables debido a su tamaño y permiten una mejor distribuciónen el contenedor y así brindan mayor número deespacios intersticiales para ser llenados por el biofilm, loque propicia una mejor distribución del agua llegando éstaa todos los puntos y ayudando así a un mejor tratamiento.

Se determinó que la PUR y el Icopor (Poliestireno PS)tuvieron mejor desempeño como sustento de biofilm parala remoción de carga orgánica; la PUR en mayor porcentaje(%) de eficiencia para los parámetros evaluados.

En los otros parámetros investigados los resultados obtenidosindicaron que la PUR y el Icopor (Poliestireno PS)sí cumplieron con el objetivo de remoción al ser comparadoscon el Blanco (Gravilla).

Al realizar la comparación con los resultados obtenidosdurante la primera etapa del proyecto se concluyó quelos materiales evaluados en la segunda etapa (Espuma dePoliuretano [PUR] e Icopor [Poliestireno PS]) tuvieron unmejor desempeño; se llegó a esta conclusión debido a queen la primera etapa el comportamiento del Blanco (Gravilla)fue mejor que el de los materiales que se evaluaron y en lasegunda etapa los resultados de los materiales Espuma dePoliuretano (PUR) e Icopor (Poliestireno PS) se ubicaronpor encima del Blanco (Gravilla).

Por el tipo de carga contaminante arrastrada por la quebradaMi Padre Jesús o Zanjón de San Martín se pudoanalizar que los mejores materiales para la remoción deeste tipo de carga son los materiales plásticos, los cualesmuestran un mejor desempeño que los materiales de tipotradicional.

Recomendaciones

Para las siguientes etapas del proyecto es conveniente ponerun sedimentador antes de los recipientes que recibenel agua para retirar el biofilm que se desprende y, de estamanera, no afectar los valores de los parámetros que sequieren evaluar.

Es necesario lavar los filtros periódicamente; esta periodicidadse determina por observación directa del estado desaturación de los mismos y se debe realizar cada vez quese observe que el tratamiento se puede obstruir. Es importantetener cuidado de no separar el biofilm adherido a lossustratos. Este lavado evita la acumulación de material innecesariodentro del filtro.

La Espuma de Poliuretano (PUR) se identificó como lamejor opción para este proyecto; sería muy bueno que sepudieran realizar más estudios con este material, combinándolocon otros que presenten características complementariaspara su desempeño como sustrato, como porejemplo el Icopor (Poliestireno PS), ya que éste presentóel mejor valor en área superficial neta y acompañado delmaterial con más porcentaje de vacíos se podría tener unamejor formación de biofilm y tal vez hasta mayor eficienciapor parte de éste.

Aunque en esta etapa del proyecto no fue posible de ningunamanera realizar un análisis microbiológico adecuado,es ideal que este tipo de estudios vaya de la mano con estosanálisis para determinar exactamente primero qué bacterias,hongos, líquenes, entre otros existen en los sustratosque se quieren evaluar, además de permitir la determinaciónexacta del grosor de la capa de biofilm y los tiemposde sus procesos de formación, reproducción y muerte.

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