REVISTA INGENIO
Implementación de Plástico Polipropileno como Material de Contacto en Aireadores
de Bandejas
Polypropylene Plastic Implementation as a Contact Material in Tray Aerators
Carlos Enríquez | Universidad Central del Ecuador
Elio Álvarez | Universidad Central del Ecuador
https://doi.org/10.29166/ingenio.v6i2.4461 pISSN 2588-0829
2023 Universidad Central del Ecuador eISSN 2697-3243
CC BY-NC 4.0 —Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional ng.revista.ingenio@uce.edu.ec
, (), -, . -
La presente investigación es una alternativa de uso de polipropileno () como medio de contacto en
torres de aireación, con el n de remoción de hierro, ácido sulídrico y dióxido de carbono en reem-
plazo de la grava tradicional. Se construyeron dos prototipos, utilizando grava y plástico polipropileno,
considerando que la torre patrón es la que contiene grava. Este proceso determinó que el polipropileno
es eciente para oxidar metales y remover gases, siendo el 50,4% de hierro, 33% de dióxido de carbono
(CO2) y 23% ácido sulídrico (H2S) a diferencia de la grava que presentó valores de 30% para CO2 y 69%
de H2S, respectivamente, además se obtuvo que la torre con grava es un 21,7% más económica que la del
PP. Se genera gestión de economía circular mediante el reúso de residuos no biodegradables y se evita el
uso de recursos pétreos no renovables como la grava
is research is an alternative to using polypropylene () as a contact medium in aeration towers; to remo-
ve iron, hydrogen sulde, and carbon dioxide instead of traditional gravel. Two prototypes were built, using
gravel and polypropylene plastic, considering that the standard tower is the one that contains gravel. is
process determined that polypropylene is ecient in oxidizing metals and removing gases, 50.4% Iron, 33%
Carbon Dioxide (CO2), and 23% Hydrogen Sulde (H2S). Unlike gravel, which presented values of 30% for
CO2 and 69% H2S, respectively. It was also obtained that the tower with gravel is 21.7% cheaper than that
of . Circular economy management is generated by reusing non-biodegradable waste and avoiding using
non-renewable stone resources such as gravel
1. introducción
El agua es la principal materia prima de los seres huma-
nos y su más importante recurso de supervivencia, por lo
cual, garantizar su calidad de consumo está dentro de las
leyes y derechos de cada país [1]. Previo a la distribución
de agua potable, esta debe ser sometida al tratamiento
más acorde, dependiendo de su origen, sea este residual
o cruda; así como de sus características físicas, químicas
y microbiológicas; con lo que podemos asignarle dife-
rentes procedimientos de depuración. La caracterización
del agua como base de análisis, establece las condiciones
en que ingresa a la planta, cuyos resultados podrían dar
la presencia de hierro, dióxido de carbono, manganeso,
entre otros [2]. Si se contase con dichos parámetros, una
alternativa de remoción es la transferencia de gases, a
través de la aireación [3].
Received: 20/03/2023
Accepted: 04/05/2023
Transferencia de gases, torres de airea-
ción, aireación por gravedad, tratamiento
de aguas.
Gas transfer, aeration towers, gravity ae-
ration, water treatment.
2
Implementación de plástico polipropileno como material de contacto en aireadores de bandejas
La aireación es un proceso que consiste en incluir aire en
el agua por medio de la transferencia de gases; todo esto
con el propósito de remover ciertos contaminantes
[3]. La variedad de aireadores que se tienen es por grave-
dad, que a su vez se clasican en aireadores de bandeja,
manual y de cascada [4]. En aireadores de bandeja, de
manera común se diseñan con un medio de contacto,
de grava, coque o ladrillo, la razón fundamental es el
aumentar el área de contacto con el aire y garantizar la
remoción de sustancias volátiles y transferencia de ga-
ses[4].
Actualmente, con el avance tecnológico e investigati-
vo, se busca mejorar los sistemas tradicionales de airea-
ción, a través de la implementación de nuevas alternativas
que reduzcan costos e impactos ambientales. Entre la se-
rie de alternativas existentes, se analizó la inclusión del
polipropileno () como medio de contacto; su aplica-
ción ya se la ha realizado en otras etapas del proceso de
tratamiento de aguas, tal es el caso de pozos de absorción
o percolación.
El es considerado uno de los contaminantes más
comunes en botaderos y cuerpos de agua, por lo tanto, al
reutilizarlo o darle una funcionalidad extra antes de su
disposición nal, ayudaría a mitigar este tipo de impac-
to ambiental [5].
En cuanto al plástico reciclado como material de con-
tacto en aireadores de bandejas, no se ha incursionado en
esta opción para el tratamiento de aguas, siendo necesa-
rio un estudio para conocer la funcionalidad, eciencia y
presupuesto de este material adaptado a las condiciones
de nuestro medio, para su posible aplicación en el futuro
como una nueva opción al momento de construir torres
de aireación, aportando con un diseño de economía cir-
cular mediante la reutilización de plástico, evitando así la
contaminación ambiental.
El uso del polipropileno en el tratamiento de aguas
está involucrado en varios estudios, como el realizado por
[6] en su trabajo denominado «Propuesta de mejoramien-
to para el tratamiento de agua potable y residual en la
empresa Palmas del Cesar S. A.» en la ciudad de Bucara-
manga, Colombia, donde se evidencia el uso de pall rings
como medio de contacto en las torres de aireación. El pall
rings es un anillo cilíndrico hueco, modelado por inyec-
ción, construido a base de polipropileno natural de alta
densidad, que al incluirlo en el sistema de aireación obtu-
vo resultados efectivos en la absorción de hierro.
A su vez, existen trabajos anes como el realizado por
[7] denominado «Inuencia del plástico reciclado en las
características del agua residual doméstica mediante el
proceso de ltro percolador» en Perú con el uso de polie-
tilenterealato (), donde se lograron efectos positivos
en reducción de y
5
superiores al 90 por ciento,
en aguas residuales de origen doméstico.
El objetivo principal de esta investigación fue incor-
porar a los aireadores de bandeja el , como medio de
contacto, en reemplazo de la grava tradicional. Su inte-
gración permitió analizar la factibilidad de este material,
ofreciendo una opción que permita disminuir la utiliza-
ción de recursos no renovables, como es la grava, y, por
otra parte, reducir la contaminación generada por la acu-
mulación de plásticos en los sitios de disposición nal.
Para determinar la eciencia del polipropileno como
medio de contacto, se diseñó y construyó torres de ai-
reación, acogiendo las recomendaciones otorgadas por el
Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias
del Ambiente (). En las mencionadas torres de airea-
ción se colocó grava, para posteriormente pasar la mues-
tra de agua mediante un sistema de bombeo que permita
controlar el caudal que ingresa al modelo; luego se realizó
este mismo procedimiento colocando plástico polipropi-
leno en lugar de grava, para posteriormente analizar e-
ciencias y comparaciones entre los diferentes materiales
de contacto utilizados.
En el laboratorio de la Universidad Central del Ecua-
dor se prepararon diferentes tipos de agua sintética con
concentraciones de dióxido de carbono, para lo que se
tomó la muestra de agua y se expuso a dicho gas duran-
te varios minutos. De igual forma, se agregó agua prove-
niente del camal metropolitano de Quito para garantizar
la presencia de hierro. Y, nalmente, se utilizó como base
el agua del río Machángara (ácido sulídrico), para de-
terminar las concentraciones presentes de este gas.
Con la nalidad de garantizar la calidad de agua pro-
ducida experimentalmente se realizó una caracterización
para medir parámetros físicos y químicos como tempera-
tura, turbidez y pH.
Una vez obtenidos todos los parámetros, datos e in-
formación, para su procesamiento se utilizó la herra-
mienta Minitab para ofrecer un análisis completo de la
investigación experimental; con el propósito de compro-
bar la eciencia de la aireación y plástico polipropileno
como material de contacto en el tratamiento de aguas y
posteriormente relacionarla con las fuentes de informa-
ción tanto primarias como secundarias, y de esta mane-
ra proceder al diseño óptimo del sistema.
Para nalizar y complementar este proyecto de in-
vestigación, se realizó un análisis técnico y económico de
todas las alternativas, a n de elegir la más viable, lo que
permitirá tener enfoques presupuestarios y técnicos del
proyecto a desarrollar.
3
Enríquez C. y Álvarez E.
2. Método
2.1. DISEÑO DE TORRES DE AIREACIÓN
El diseño de las torres de aireación parte de un caudal
de diseño (𝑄𝑑𝑖𝑠) que depende directamente del caudal
medio diario por un factor de capacidad, de acuerdo con
el nivel de servicio; es así como se estimó un caudal de
diseño de 1 L/𝑠 (ver Tabla 1).
Para el diseño de las torres de aireación, nos basa-
mos en los valores recomendados por [8]; con el n de
enmarcarnos en una metodología validada y que permi-
ta generar una comparativa adecuada frente a otras to-
rres de aireación.
Es así como, según la tabla 1, la carga hidráulica no
puede ser mayor a 900 m3/dm2, eso quiere decir la canti-
dad de agua que podrá ingresar al sistema por unidad de
área; de la misma forma mantenerse en un número ópti-
mo de bandejas (3- 6), a n de generar la transferencia de
gases deseada y cumplir con la altura de torre estipulada.
Como parámetros complementarios, según [9] se tiene:
· Diámetro de oricios de 0,5 cm
· Separación entre oricios de 2,5 cm
· Carga hidráulica (𝐶h) 2 𝑙/𝑠−𝑚2
Para el área especíca (𝐴𝑒) adoptado es de 0,15 𝑚2/𝑙/𝑠,
mismo que cumple con las especicaciones tanto de [10]
y [11] (ver Tabla 2).
Como material elegido para las torres de aireación se
tienen perles de acero 36, por medio de un aná-
lisis estático se pudo evidenciar que las torres de airea-
ción cumplen con los rangos de diseño, es decir, se tiene
un esfuerzo máximo de tensión Von Misses de 23 MPa,
muy inferior al límite de uencia del 36 (límite de uen
-
cia Sy=236 MPa), con una deformación promedio de 0,93
mm. Mediante una bomba de 1 HP con un rango de cau-
dal de 1 a 3 l/s, garantizamos el ujo de agua para el pro-
ceso de corridas de aireación respectivos (ver Figura 1).
2.2. MEDIOS DE CONTACTO
2.2.1. Grava. El material granular (grava) fue tomado de
la cantera Chaupi Chupa, que se ubica en el cantón Qui-
to, parroquia Nayón, provincia de Pichincha, sector San
Pedro del Valle.
En este lugar los materiales pétreos son de un ambiente
aluvial que está desarrollado por terrazas jóvenes y mate-
rial coluvial propio del sitio; es una cantera de uso frecuente
como materia prima, debido a sus propiedades resistentes a
la abrasión con valores de densidad de 1700 kg/m3.
Aquí podemos encontrar agregados gruesos de dife-
rentes granulometrías; las mismas van desde 3/8 de pul-
gada hasta los 3/4 de pulgada; en esta investigación se
utilizaron diámetros de 3/4 de pulgada.
2.2.2. Polipropileno. Descubierto en Italia, en 1954,
por G. Natta y K. Ziegler, fue comercializado en América
del norte y Europa rápidamente en 1957; es considerado
un polímero con características termoplásticas obtenido
de forma industrial a partir del hidrocarburo insaturado
de la molécula del propileno (𝐶3𝐻6)𝑛, presenta caracterís-
ticas únicas lo que lo hacen muy demandado en la indus-
tria, pues una de sus propiedades principales es que resiste
temperaturas superiores a los 100˚C en la atmosfera terres-
tre además de que soporta los 140˚C para su esterilización
con agua presurizada sin deformarse [5]. Entre las más im-
portantes características se puede mencionar que tiene un
peso ligero, resiste a la compresión, tensión, álcalis y ácidos
y presenta una baja absorción a la humedad.
El material para esta investigación fue obtenido en la ciu-
dad de Guayaquil, de una empresa dedicada al reciclaje del
polipropileno que se encuentran en textiles, envases, dispo-
sitivos médicos, empaques de alimentos, materiales de labo-
ratorio, entre otros. Para utilizar el material descrito, este ha
pasado por procesos de recolección, triturado, lavado, cen
-
trifugado, secado, granceado y extrusión (ver Tabla 3).
2.3. AGUA SINTÉTICA
Para poder garantizar la estabilidad y sobre todo la exis-
tencia de los parámetros a ser analizados, producimos
una muestra de agua sintética en el laboratorio, esto nos
dio la posibilidad de analizar eciencias de los aireado-
res, variando las concentraciones de dióxido de carbono,
hierro y ácido sulídrico.
Para este n, tomamos un agua cruda como base,
siendo la escogida la del río Machángara en el sector de
Monjas, dicho lugar fue denido por la facilidad de acce-
so y toma de la muestra; la misma que tuvo que ser veri-
cada en cuanto a la presencia o no de los parámetros en
análisis (CO2, Fe y H2S).
Al vericar la existencia de los parámetros en análi-
sis, pero considerando la variabilidad que se maneja en
cuerpos de agua naturales, se complementa el proceso
realizando el siguiente procedimiento: por cada 20 li-
tros de agua del río Machángara se añadieron 2 litros de
agua proveniente de la Camal de Quito, con esto
garantizamos la cantidad de hierro; con la nalidad de
aumentar la materia orgánica en el agua se dejó tapados
los envases llenos durante 24 horas; para el dióxido de
carbono, se conectó una manguera al tubo de escape de
un vehículo, hasta el interior del envase de la muestra
de agua sintética en un lapso de 5 minutos (ver Tabla 4).
4
Implementación de plástico polipropileno como material de contacto en aireadores de bandejas
Tabla 1.
Valores recomendados para los parámetros de las torres de aireación
Carga hidráulica 300-900 m3/dm2
Número de bandejas 3-6 u
Altura total del aireador 1,2-3 m
Lecho de contacto
• Espesor
• Coque o piedra, diámetro
• Esferas de cerámica, diámetro
15-30
4-15
5-15
cm
cm
cm
Oricios de distribución, diámetro 5-12 mm
Profundidad de agua en las bandejas 15 cm
Separación entre bandejas 30-75
cm
Nota. Parámetros de diseño de aireadores de bandeja. Tomado de Romero, J, 2002 [8]. Puricación del agua. Segunda edición.
Bogotá-Colombia.
Tabla 2.
Cuadro resumen del diseño de las torres de aireación
N° Parámetros Valor
1 Número de bandejas 4
2 Largo (m) 0.40
3 Ancho (m) 0.40
4 Diámetro de oricios (m) 0.005
5 Separación de oricios 0.025
6 # oricios por la y col. 13
7 Diámetro lecho coque (m) 0.02
8 Altura lecho coque (m) 0.15
9 Altura de bandejas (m) 0.2
10 Separación entre bandejas 0.15
11 Altura total (m) 1.4
Nota. Resultados del diseño de las torres de aireación
Tabla 3.
Especicaciones del polipropileno como material de contacto
Peso/ 29g
Peso/ unidad 81,2 kg
Color Obscuro
Textura Rugoso
Área de contacto
Deformación ASTM D648 – 245 F @ 66 psi
Esfuerzo a la tracción ASTM D648 – 245 F @ 66 psi
Densidad ASTM D792 – (0,91 a 0,93) g/
Inamabilidad ASMT D635 – 600 C (bajo)
Nota. Ficha técnica - Relleno plástico tipo esfera. Tomado de
Plásticos B&R [12]
Figura 1.
Simulación torre de aireación con grava como medio de contacto
Nota. Esquema de la modelación estructural de la torre propues-
ta, identicando su estabilidad y funcionalidad ante agentes de
carga viva y carga muerta
5
Enríquez C. y Álvarez E.
2.4. METODOLOGÍA DE EXPERIMENTACIÓN DE LAS
TORRES DE AIREACIÓN EN SUS DIFERENTES
MEDIOS DE CONTACTO
Obtenidos los parámetros de diseño, tanto de las torres
de aireación y el procedimiento para la elaboración del
agua sintética se derivó con la experimentación:
2.4.1. Elaboración de agua sintética
Para iniciar con la preparación de la muestra de agua sin-
tética en las instalaciones de la Universidad Central del
Ecuador, Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, se
procedió a:
·
Toma de base de muestra río Machángara, se tomaron
55 litros de agua en el barrio Orquídeas de la ciudad de
Quito, en las coordenadas 0°13’19.8”S 78°29’13.5”W;
mediante una muestra simple, a una temperatura de
19°C en un día soleado, sin lluvia.
·
Tomadas las muestras del río Machángara se dejaron
almacenadas durante 24 horas con la nalidad de pro-
liferar los sulfuros.
·
Por cada 20 litros de agua se colocaron 2 litros de agua
proveniente del camal metropolitano del sur de Quito.
·
Se conectó una manguera desde el tubo de escape del
vehículo hacia el envase de la muestra de agua, para
adicionar concentraciones de 𝐶𝑂2.
·
Culminado el proceso de elaboración de agua sintéti-
ca se tomó una muestra para determinar los paráme-
tros iniciales que contiene la misma antes de pasar por
las torres de aireación.
2.4.2. Prueba de medios de contacto en torres de airea-
ción
Las torres se instalaron y llenaron con los diferentes me-
dios de contacto (polipropileno y grava) a una altura de
15 cm con cada material, previo dato establecido en el
diseño de las torres.
Se acopló la bomba de agua previamente calibrada
para impulsar la muestra al caudal establecido en el di-
seño de la torre, 1 L/𝑠. Para obtener la calibración de la
bomba se realizaron aforos in situ, asegurando así que el
volumen de agua por segundo trasladado sea el correcto
y no se modique el diseño inicial.
Posteriormente, se procedió a pasar 20 litros de agua
sintética preparada en el laboratorio por cada torre de ai-
reación, durante 20 segundos como se determinó en el
diseño inicial; para ambos medios de contacto, grava y
plástico polipropileno.
Finalmente, se tomaron las muestras una vez realiza-
das la experimentaciones por las torres de aireación, res-
pectivamente etiquetadas, para determinar su estado y
concentraciones nales.
Posterior al paso de agua por las torres de aireación y
su análisis de laboratorio, es necesario comparar las e-
ciencias de remoción del hierro, dióxido de carbono y el
ácido sulídrico, a n de concluir si el material como
medio de contacto presenta características positivas y
ventajosas por sobre la grava.
El análisis debió complementarse con la determina-
ción de parámetros de pH, color, temperatura y conduc-
tividad, esto se lo hizo con la nalidad de tener un control
de la muestra durante los ensayos en la torre de airea-
ción con los diferentes medios de contacto, a su vez se
Tabla 4.
Parámetros de control de la muestra de agua sintética
Número Ensayo Técnica
1 Alcalinidad total Volumetría
2 Anhídrido carbónico Cálculo
3 Carbonatos Cálculo
4 Carga contaminante Cálculo
5DBO5 Volumetría
6DQO Método oxidativo y colorimétrico
7 Fosfatos Colorimétrico
8 Hierro total Espectrofotometría de absorción atómica
9 Sulfuro Volumetría
10 Turbidez Método rápido MERCK
Nota. Parámetros que fueron analizados en la muestra de agua sintética y su procedimiento de obtención
en el laboratorio. [9]
6
Implementación de plástico polipropileno como material de contacto en aireadores de bandejas
realizaron ensayos adicionales de alcalinidad, , ,
turbidez, carga contaminante y fosfatos.
Es importante aclarar que la aireación en muchos de
los parámetros analizados no es una operación unitaria
cuyo n sea su remoción, pero la nalidad fue obtener
información agregada de la interacción con los diferen-
tes medios de contacto.
3. Resultados y discusión
3.1 DISEÑO DE TORRES DE AIREACIÓN
El diseño propuesto cumple con lo planteado tanto por
[10], la normativa colombiana para la puricación del
agua elaborada por [8]; es importante anotar que además
gran parte del diseño se fundamenta en las recomenda-
ciones dadas por el Centro Panamericano de Ingeniería
Sanitaria y Ciencias del Ambiente () [11].
El diseño arrojó los siguientes resultados:
·
4 bandejas de 40 x 40 x 20 cm con altura del medio
de contacto de 15 cm y separación entre bandejas de
15 cm.
·
169 oricios de 5 mm de diámetro, separados entre
si 2,5 cm.
·
Acero A36 con espesor de 1,2 mm, columnas con
un perl cuadrado de 30x30 mm con 2 mm de espesor.
·
Bomba de 1 HP con alcance de 21 m de altura y un
caudal hasta de 80 L/s.
3.2. AGUA ELABORADA EN LABORATORIO
Una vez diseñadas las torres de aireación, se procedió
a realizar las pruebas de remoción de elementos en la
torre de grava y polipropileno; a continuación, se descri-
ben los resultados obtenidos de la caracterización de la
muestra de agua sintética elaborada en laboratorio, los
resultados obtenidos al realizar los ensayos se muestran
en la tabla 5 (ver Tabla 5).
3.3. EFICIENCIA DE LAS TORRES DE AIREACIÓN
Dióxido de carbono. En este parámetro, en condicio-
nes iniciales tuvo un valor de 191 mg/L; en la torre con
grava, tuvimos una eciencia de 30,9 % y en el caso de la
torre con una eciencia del 33%, siendo la torre con
polipropileno más eciente en 6,36% (ver Figura 4).
Hierro. Para este parámetro en condiciones iniciales se
tuvo un valor de 3,47 mg/L, en la torre con grava no exis-
tió remoción de hierro, en el caso de la torre con polipro-
pileno se tuvo una eciencia del 50,4%, de acuerdo con
[13] el rango aceptable de remoción de hierro en torres
de aireación debe estar entre 30 y 50% sin el uso de agen-
tes químicos que ayuden a una mejor adsorción de hie-
rro, estos valores son utilizados para aguas sedimentadas
pretratadas (ver Figura 5).
Ácido sulídrico. Para este parámetro en condiciones
iniciales se tuvo un valor de 2,26 mg/L, en el caso de la
torre con grava se tuvo una eciencia del 69%, mientras
que, en la torre con polipropileno se obtuvo una ecien-
cia de remoción del 23%.
Para [14], los rangos de remoción de ácido sulídrico de-
ben ser de 40 a 70 % en el mejor de los casos (ver Figura 6).
Estos son los tres parámetros principales de análisis
en esta investigación, ya que su remoción puede darse a
través del uso de la aireación; pero nos hemos planteado
denir qué sucede con otros parámetros complementa-
rios importantes en la denición de la calidad del agua.
Parámetros complementarios. Se realizó una carac-
terización de las muestras de agua analizando pH, color,
temperatura y conductividad con la nalidad de tener un
control de la muestra durante los ensayos en la torre de ai-
reación con los diferentes medios de contacto, asimismo
se realizaron ensayos de alcalinidad, , , turbidez,
carga contaminante y fosfatos (ver Figuras 7, 8, 9, 10 y 11).
3.4. DISCUSIÓN
El al ser un polímero formado por cadenas de rami-
caciones y al tener un ancho físico inferior a 0,7 nm, le
da la capacidad de que las moléculas de dióxido de car-
bono queden atrapadas para obtener una separación con
respecto al líquido; así como indica [15] dicha capacidad
que tiene el polímero, es en parte por las moléculas apo-
lares, las que aumentan la selectividad del 𝐶𝑂2 sobre otras
moléculas; al comparar esto con otros gases facilita las
separaciones por adsorción, ya que generalmente condu-
ce a interacciones de adsorbato-adsorbente más fuertes.
Las altas eciencias de remoción de hierro en las to-
rres de , se debe a que como se indicó en el ítem an-
terior, este material contiene una estructura molecular
que forma cadenas ramicadas espaciosas; razón princi-
pal para que las moléculas de hierro cuando pasan por el
material queden atrapadas y se obtenga así la separación
de este componente, para [16], el principio de adsorción
de este polímero es alto, además es capaz de eliminar una
amplia gama de microcontaminantes con una tasa de eli-
minación rápida y grandes cantidades de captación, pue-
de capturar contaminantes cargados de manera positiva,
negativa y neutra.
A diferencia del C02, el H2S es un gas menos denso,
eso quiere decir que en cada molécula de este gas se tie-
ne mayor cantidad de partículas, por lo que la grava al te-
ner una estructura molecular más compacta, a diferencia
del polipropileno, permite retener este gas en las rami-
caciones internas que forman este elemento, de tal mane-
ra que se produce la separación del gas sobre el agua por
medio de la adsorción.
7
Enríquez C. y Álvarez E.
Figura 2.
Polipropileno reciclado
Nota. Imagen del material PP utilizado como medio de contacto
en esta investigación. Nota. Proceso del paso de agua sintética por las torres con los
medios de contacto producto de la investigación.
Figura 3.
Torres de aireación con PP y grava
Para los parámetros complementarios, sus resultados
reejan que el rango de eciencia de remoción de ,
depende del metabolismo de los macro y microorganis-
mos heterótrofos aerobios y anaerobios que, a través de
compuestos orgánicos del agua producen biomasa, así
como reacciones químicas de óxido reducción.
La grava es un material con estructura molecular más
compacta y de mayor densidad, lo que brinda la posibili-
dad de atrapar los sedimentos de mayor tamaño.
Tabla 5.
Parámetros de control de la muestra de agua sintética
Ensayos
Parámetros Unidades Condiciones iniciales Torre con grava Torre con polipropileno
Alcalinidad total mgCaCO3/L 259 145 255
Dióxido de carbono (CO2) mg/L 191 132 128
Carbonatos mg/L No detectable No detectable No detectable
Carga contaminante kg/día 18 25 17
DBO5mgO2/L 72 25 56
DQO mgO2/L 126 73 146
Fosfatos (P-PO4) mg/L 5 2 3
Hierro mg/L 3,47 4,08 1.72
Ácido sulídrico mg/L 2,26 0,70 1.74
pH - 7,66 7,74 8
Oxígeno disuelto mg/L 0,42 5,88 4,04
Temperatura °C 20,5 20.1 21,7
Color UPC 100 60 80
Turbidez NTU 117 58 114
Nota: Se muestra los resultados del agua sintética y de la corrida por las torres con diferentes medios de contacto propuestos en
la investigación.
8
Implementación de plástico polipropileno como material de contacto en aireadores de bandejas
Figura 6.
Eciencia de remoción de ácido sulídrico del agua tratada con
las diferentes torres de aireación
Figura 7.
DQO del agua tratada
Nota. Gráca comparativa de remoción de H2S en las torres con
los medios de contacto propuestos en la investigación, tomando
como partida las condiciones iniciales del agua sintética.
Nota. Grácas comparativas de remoción de DQO y DBO en las
torres con los medios de contacto propuestos en la investigación,
tomando como partida las condiciones iniciales del agua sintética.
Figura 4.
Torres de aireación con PP y grava
Nota. Gráca comparativa de remoción de CO2 en las torres con
los medios de contacto propuestos en la investigación, tomando
como partida las condiciones iniciales del agua sintética.
Nota. Gráca comparativa de remoción de CO2 en las torres con
los medios de contacto propuestos en la investigación, tomando
como partida las condiciones iniciales del agua sintética.
Figura 5.
Eciencia de remoción de hierro del agua tratada con las diferen-
tes torres de aireación
En el caso de la grava al ser un material más irregu-
lar y con porosidad alta se produce mayor turbulencia y
una mejor oxigenación del agua, en el caso del polipropi-
leno presenta una menor oxigenación debido el aumento
de temperatura y su supercie lisa.
El aumento del pH está asociado al aumento de tem-
peratura que se produce en el material de contacto en
este caso el polipropileno posee un coeciente de absor-
ción de radiación solar mayor por lo cual se evidencia
un aumento en la temperatura del agua y a su vez un pH
más elevado; mientras que con la grava se evidencia una
disminución de temperatura debido a la baja conductivi-
dad térmica que esta posee, se produce un enfriamiento
por convección natural.
La eciencia total de la torre con polipropileno es ma-
yor en un 62,7%; en consecuencia, la alternativa de utili-
zar la torre con polipropileno es más viable en cuanto a la
inversión y benecio que se pretende obtener.
9
Enríquez C. y Álvarez E.
4. Conclusiones
A partir de los resultados obtenidos, hemos respondi-
do nuestra pregunta de investigación sobre el hecho de
que el remueve los contaminantes considerados como
prioritarios en el estudio, estos son el CO2, H2S y Fe; de
la misma forma validamos nuestra hipótesis que plantea-
ba el hecho de armar la funcionalidad que tendrá el
como medio de contacto en aireadores de bandeja.
Se diseñaron torres de aireación cumpliendo con las
recomendaciones y criterios hidráulicos respectivos, a n
de poder brindar un escenario real al proceso de transfe-
rencia de gases; a partir de esto nacen nuevas interrogan-
tes sobre si el aumento de caudal o el cambio del material
de fabricación de las torres tendría alguna inuencia en
los procesos de remoción de los contaminantes suscepti-
bles a eliminación con este proceso, así como de condi-
ciones climáticas adversas o distintas a las que se tuvieron
durante las pruebas de esta investigación.
El medio de contacto con el cual se obtuvo una mayor
eciencia de remoción de CO
2
y Fe fue el polipropileno
con valores de 33% y 50,4%, respectivamente, respecto a
la remoción de H2S se obtuvo una eciencia de remoción
del 69% con grava, esto se debe a que las moléculas de
dióxido de carbono y hierro son de mayor tamaño y el po-
lipropileno, como se indicó anteriormente, es capaz de re-
tener estas partículas por el tamaño de las ramicaciones
Figura 10.
Turbidez del agua tratada
Nota. Comparativo de remoción de color y fosfatos en las torres
con los medios de contacto propuestos en la investigación, to-
mando como partida las condiciones iniciales del agua sintética.
Figura 11.
pH con las diferentes torres de aireación.
Nota. Comparativo de remoción de pH en las torres con los me-
dios de contacto propuestos en la investigación, tomando como
partida las condiciones iniciales del agua sintética.
Figura 8.
Gráco comparativo de remoción de DQO y DBO
Nota. Comparativo de remoción de DQO y DBO en las torres con
los medios de contacto propuestos en la investigación, tomando
como partida las condiciones iniciales del agua sintética.
Figura 9.
Color del agua tratada
Nota. Comparativo de remoción de color y fosfatos en las torres
con los medios de contacto propuestos en la investigación, to-
mando como partida las condiciones iniciales del agua sintética.
10
Implementación de plástico polipropileno como material de contacto en aireadores de bandejas
en su estructura interna; a diferencia del ácido sulídrico
que sus moléculas son más pequeñas y la grava al tener
una estructura interna más compacta permite retener es-
tas partículas.
Evidentemente existe una disminución menor en la re-
moción de H2S del frente a la grava, por las característi-
cas físicas del material tradicional, para esta investigación
se cumple con la premisa de que sí existe remoción, pero
consideramos importante analizar posibilidades de aumen-
tar esta remoción usando como base el y ciertas técnicas
que ayudarían con este parámetro; por lo que, en futuras
investigaciones, ya se está trabajando sobre este particular.
La aireación por gravedad mediante torres ha de-
mostrado su eciencia a lo largo del tiempo en la remo-
ción de gases y oxidación de metales en el tratamiento de
aguas. En la actual investigación, se obtuvo un alto rango
de eciencia de remoción de metales del 50,4% al utilizar
un medio de contacto alternativo como el polipropileno,
plástico que está presente en envases, botellas, juguetes,
recipientes de alimentos, entre otros, y cuya posible uti-
lización dejaría un cierre adecuado al producto y que no
se convierta en un pasivo ambiental.
El material granular es de tipo coluvial, con un tama-
ño de aproximadamente 2 cm, este material presentó un
porcentaje de grava del 70% y de arena del 30%, lo que
genera una mayor cantidad de espacios vacíos, a diferen-
cia del polipropileno que tiene espacios de su estructura
interna, separados 2 mm, lo que inuye directamente en
la remoción del hierro, ya que este al oxidarse exhibe par-
tículas de tamaño muy pequeño que no se mantienen en
un medio granular.
El polipropileno tiene una relación área volumen
(𝐴/𝑉) mayor; con un valor de 157 para la grava y 501
para el . Lo que inuye en los resultados obtenidos, de-
bido a que, si el es más ligero y pequeño, permite que
las gotas de agua se rompan en secciones más pequeñas
y realicen un mayor tiempo de recorrido entre sus espa-
cios a diferencia del sistema convencional con grava, lo
que permitió que la oxidación de metales como el hierro
sea más eciente.
La utilización del material de contacto polipropileno
en las torres de aireación genera mayores benecios des-
de el punto de vista ambiental al compararlo con el re-
curso grava; ya que el polipropileno es un material que
puede ser encontrado en vasos de plástico, juguetes para
niños, recipientes para alimentos, medicinas o produc-
tos químicos, entre otros objetos que se pueden reutili-
zar, disminuyendo así la generación de residuos plásticos
y contribuyendo al reciclaje.
Es importante dejar denido la importancia de am-
pliar esta investigación a, por ejemplo, el cambio de geo-
metría de las torres de aireación o el uso de plástico
reciclado en los lugares de disposición nal de residuos
sólidos; con el n de vericar su aplicabilidad, sobre todo
buscando el hecho de generar una alternativa de reúso al
material con el aporte ambiental respectivo.
Como limitaciones principales a sortear en nuevas
investigaciones del tema, podemos anotar que al trabajar
con gases se generan problemas sobre la estabilidad de la
muestra; si se quiere mantener un patrón de análisis y te-
ner el insumo al cual se lo removerá, es primordial garan-
tizar que no se produzca su volatilización, se podría partir
sobre una base de conservación de la muestra en el tiem-
po, tal que en las corridas en nuevas torres, estas cuenten
con el contaminante en estudio.
En resumen, debido al amplio rango de adsorción, el
excelente rendimiento del polipropileno, consideramos
que maneja grandes potenciales de aplicación para re-
moción de dióxido de carbono (CO2) y hierro (Fe).
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