Ingeniero Civil / En el presente Trabajo de Título se construyeron cuatro columnas de humedales construidos a escala de laboratorio, las que se operaron con agua gris sintética y finalmente se realizaron análisis de las muestras de afluentes y efluentes en términos de remoción de DQO, turbiedad, SST, NO3--N y PO4-3-P. Los humedales construidos (CW) se mantuvieron en operación durante 6 meses, operados en modo batch y las celdas de combustible microbianas se mantuvieron conectadas a un equipo Data Acquisition para la medición de voltaje en el tiempo. El agua gris sintética preparada presentó en promedio 380,4 mg/L y 477,8 mg/L de DQO soluble y total, respectivamente. Después de una semana de operación, las columnas sin la celda de combustible microbiana (MFC) removieron en promedio un 63% (concentración de efluente cercano a 175 mg/L) y 91% de DQO total y soluble, respectivamente. Las columnas con MFC removieron en promedio un 62% de DQO total y un 77% de DQO soluble. Además, se realizó análisis de pH, turbiedad, CE, SST, NO3--N y PO43--P. A una semana de tiempo de contacto en los CW, se alcanzó a remover un 87% y 100% del NO3- -N en las columnas con MFC y sin MFC respectivamente. El PO43--P tuvo una remoción cercana al 60% en todas las columnas de humedales construidos acoplados a una MFC. Los valores de turbiedad en el efluente superaron las 10 NTU. Además, durante el trabajo de las MFC se alcanzó una potencia máxima de 35,5 mW/m3. Durante la etapa en que se utilizó un potenciostato, éste valor aumentó a 767,4 mW/m3. Dado esto, se concluyó que la inclusión de la MFC a los humedales construidos diseñados, no reduce la remoción de materia orgánica, pero aprovecha su medio para generar energía eléctrica. En base a los resultados observados sería necesario integrar un sistema de pretratamiento que reduzca los niveles de turbiedad y SST a niveles inferiores a los exigidos por normativas ocupadas en Australia y Reino Unido. Como trabajo futuro se recomendó efectuar un análisis de la comunidad microbiana presente en las distintas zonas de las columnas para ver como varía su composición frente a los distintos tratamientos utilizados. Además sería beneficioso medir coliformes totales y fecales considerando que son parte de las exigencias presentadas por normativas en países extranjeros.

Ingeniera Civil Química / El cambio climático es un problema ambiental progresivo que afecta a nivel global a la sociedad y al ecosistema. Es provocado por las emisiones antropogénicas de Gases de Efecto Invernadero (GEI), y puede ser contenido solo mediante la reducción sustancial y continua, de tales emisiones. En este contexto, se aplica la herramienta de Análisis de Ciclo de Vida sobre el proceso de tratamiento de aguas residuales de la planta Talagante, enfocado en la emisión de GEI y, por lo tanto, en el Potencial de Calentamiento Global. Este análisis se realiza con el objetivo de evaluar ambientalmente el escenario del proceso actual y un escenario futuro, con foco en la gestión energética, a fin de, identificar las actividades que posean un mayor impacto y recomendar acciones que apunten a disminuir dicho impacto sin afectar la operación normal de la planta. Se analizan tres escenarios: el primero es el actual donde se combustiona el 40% del biogás en caldera para abastecer de energía al biodigestor y el excedente en antorcha; en el segundo, escenario el 100% del biogás es combustionando en un motor de cogeneración que produciría energía eléctrica para la planta y energía térmica para el biodigestor; el tercer escenario corresponde al escenario proyectado al año 2024, que comprende la ampliación de la planta en un módulo de la línea de agua. El resultado del análisis muestra que el total de las emisiones del escenario base (año 2016) fue de 5.100 tCO2eq. En el nuevo escenario, con cogeneración, se disminuye en un 17% las emisiones anuales de la planta. El tercer escenario se obtiene un total de 5.000 tCO2eq para el año 2024. Las emisiones directas de la planta contribuyen sobre el 60% del total de las emisiones del sistema en todos los escenarios analizados. La emisión más significativa corresponde al óxido nitroso que proviene desde el tratamiento biológico de la planta, aportando más del 70% de las emisiones directas en todos los escenarios analizados. Estas emisiones, al estar dentro del campo se acción directo de la empresa, poseen un alto potencial de disminución. En función de los resultados, se definieron estrategias de mitigación para las emisiones directas de óxido nitroso. Se generaron tres recomendaciones: la primera es la realización de campañas de medición de óxido nitroso, la segunda es la optimización de la aeración del tratamiento biológico, y la tercera es la implementación de la tecnología Anammox sobre las aguas de rechazo. Como proyección se sugiere considerar el Potencial de Calentamiento Global en la toma de decisiones de la empresa. De esta forma todos los proyectos realizados pueden contribuir a la disminución de la emisión de GEI, y, con ello, a la contención del cambio climático.

El trabajo presenta el análisis técnico y económico para llevar a cabo una propuesta de tratamiento y reuso del agua residual industrial en una empresa de fabricación de vidrios de seguridad. Inicialmente se explica y detalla el marco teórico del concepto de producción más limpia y las diferentes tecnologías limpias; se describen las principales operaciones unitarias aplicables al tratamiento de aguas residuales industriales; y la legislación peruana vigente que regula los niveles de contaminación en los efluentes residuales industriales. Posteriormente, se establece el diagnóstico actual de la empresa, así como la descripción y análisis de las causas del problema central. En último lugar, se desarrolla la propuesta de solución a través de una planta de tratamiento de aguas residuales industriales que incluya el reúso del agua, y se proponen las conclusiones y recomendaciones finales del estudio.

Este documento muestra los argumentos considerados para poder identificar una oportunidad de mejora y efectuar una propuesta eficiente en la reducción de los valores de los parámetros de la caracterización de los efluentes líquidos tratados de una manufacturera de aceite vegetal para consumo humano. El documento sintetiza el marco teórico que describe la caracterización, las tecnologías y los métodos para el tratamiento de aguas residuales aplicable a una manufacturera de oleaginosos; luego se describe la situación actual, el análisis del proceso y el método actual donde se logra identificar el problema y las causas para posteriormente proponer un plan de tratamiento para la reducción del impacto ambiental luego de una evaluación de la alternativa de solución con lo que se busca lograr beneficios ambientales y económicos, asegurando el cumplimiento de las exigencias de la nueva reglamentación y finalmente permitiendo a la empresa ser una organización sostenible. / Tesis

El distrito de El Alto situado en la provincia de Talara, departamento de Piura, posee dos lagunas de oxidación, que se encuentran en malas condiciones a consecuencia del incremento de la población y el uso consuntivo del agua, lo cual genera una mayor cantidad de aguas servidas superando la capacidad de almacenaje de las referidas lagunas, ocasionando el revalsamiento de dicha aguas y su vertimiento posterior hacia áreas privadas y terrenos aledaños que son inundados por estas, provocando un grave perjuicio para la salud pública y el medio ambiente. Actualmente, a pesar que el Alto cuenta con un renovado sistema de agua potable y alcantarillado, el problema se encuentra en las lagunas de oxidación de dicho lugar, pues como se mencionó líneas arriba, ésta se encuentra en mal estado provocando que las aguas servidas sean vertidas a la deriva y sin control, siendo además que la calidad del efluente se encuentra fuera de las especificaciones de acuerdo a norma y reglamento, todo ello generando un grave daño a la salud pública y al ambiente.

Esta tesis doctoral describe el desarrollo de un tratamiento electroquímico para las aguas de rechazo de una planta de Electrodialisis Reversible (EDR). El objetivo del tratamiento es la reducción de la alta concentración de nitratos de estas aguas, ya que las normativas de vertido se están volviendo cada día más estrictas con este parámetro. Para ello, se propone el uso de la desnitrificación electroquímica, la cual persigue la conversión total del nitrato en nitrógeno gas. Dado que las aguas también tienen un alto grado de dureza, lo cual puede ser problemático para la desnitrificación electroquímica, se propone el uso de la técnica de ablandamiento electroquímico en primer lugar. En esta tesis ambos métodos electroquímicos se desarrollan a escala laboratorio y se sientan las bases para un futuro escalado. Se proponen y prueban diversas innovaciones tras un análisis del estado del arte, con objeto de aumentar su eficiencia y rentabilidad. Las innovaciones para el proceso de ablandamiento electroquímico incluyen el uso de un cátodo tridimensional, el diseño de un práctico reactor electroquímico y un proceso de electrólisis pareada. En cuanto a la técnica de desnitrificación electroquímica, la principal innovación es el uso de combinaciones de Bi y Sn, las cuales no se han probado nunca para este proceso. Se preparan y prueban tanto electrodos nanoparticulados Bi-Sn como electrodos masivos de una aleación eutéctica de Bi-Sn. Se busca un efecto sinérgico entre los metales que mejore las propiedades del material respecto a los metales puros, tanto en actividad catalítica como en selectividad para la formación de N2. Durante el desarrollo del proceso, se investigan los diversos parámetros operacionales con el fin de obtener las mayores eficiencias y los menores consumos energéticos posibles. El proceso desarrollado y optimizado resulta prometedor para el tratamiento de las aguas de rechazo EDR.

El Perú se ubica entre los países con mayor disponibilidad hídrica en el mundo, sin embargo la ciudad de Lima presenta diversos desafíos para poder abastecer a la población de agua apta para el consumo humano. Debido a esto, Lima Metropolitana cuenta con un complejo sistema de suministro de agua potable el cual contempla etapas de almacenamiento, transporte, potabilización y distribución. Con respecto al sistema de potabilización, se desconoce y se subestiman los potenciales impactos ambientales asociados a los continuos procesos para potabilizar el agua, los cuales requieren numerosos insumos químicos y de energía eléctrica. La presente investigación expone el desempeño ambiental, mensual y anual, de la planta potabilizadora de La Atarjea mediante la metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) para un periodo de 12 meses, desde Enero hasta Diciembre de 2016. La planta capta el agua directamente del Río Rímac y mediante procesos convencionales brinda agua potable a alrededor de 9 millones de personas dentro de un rango de 3´504 km2, alcanzando una producción diaria aproximada de 1´400´000 m3/s. El alcance del estudio comprende desde la captación del agua cruda hasta su distribución a la ciudad de Lima Metropolitana, evaluando sólo la etapa de operación. La información necesaria para la elaboración del ACV fue obtenida de diversas fuentes de información que incluye el Anuario Estadístico de SEDAPAL para el año 2016, visitas y entrevistas realizadas en la planta potabilizadora y revisión de la literatura. La unidad funcional utilizada fue de 1m3 de agua potabilizada, tanto para la evaluación en cada mes de operación, así como para la evaluación anual. Para el modelamiento del ACV se utilizó el software SimaPro y la base de datos Ecoinvent v3. Asimismo, los impactos asociados a 1m3 de agua potabilizada fueron calculados para 7 categorías de impacto, empleando tres métodos: IPCC 2013, USEtox 2 y ReCiPe 2016. Los resultados de la evaluación en la planta de La Atarjea indican que, para el año 2016, las mayores cargas ambientales estuvieron asociadas al uso de insumos químicos y por los residuos generados en los procesos de potabilización. En la categoría de cambio climático, el impacto asciende a 0.067 kg CO2-eq / m3, siendo el uso de carbón activado el mayor contribuyente. Por otro lado, el uso de sulfato de cobre representa el 50% y 40% de los impactos totales para las categorías de eutrofización de agua dulce y marina, respectivamente. Asimismo, el 22% de los impactos para la categoría de acidificación terrestre están asociados al uso de sulfato de aluminio. En el caso de los impactos asociados a la salud humana y ecosistemas, estos son dominados por el uso de sulfato de cobre, sulfato de aluminio y los residuos generados en la potabilización del agua cruda. Finalmente, los impactos ambientales relacionados al consumo eléctrico y el transporte de insumos hacia la planta fueron menores que el 4% del total para todas las categorías evaluadas. En conclusión, los impactos para todas las categorías evaluadas están directamente o indirectamente vinculados al uso de químicos en los procesos de potabilización de la planta de La Atarjea. Como manera de sopesar estos impactos se recomienda en incorporar nuevas tecnologías que reduzcan el empleo del carbón activado y en optar por insumos alternos al sulfato de aluminio y sulfato de cobre tal que produzcan una menor carga ambiental en su producción, así como en realizar una debida eliminación del material excedente en los procesos de potabilización. De igual manera, que la presente investigación sea precedente para la evaluación ambiental de sistemas de agua potable en el país, de manera que eventualmente se llegue a la sostenibilidad dentro de estos sistemas incluyendo aspectos tanto económicos como sociales.

La tesis que se presenta a continuación consiste en el planeamiento integral de la construcción de una planta de tratamiento de aguas residuales ubicada en la ciudad de Lima, la cual comprende obras civiles, equipamiento hidráulico, electromecánico, automatización y puesta en marcha.. Cabe mencionar que el proyecto en mención es del tipo EPC (Ingeniería, Procura y Construcción) por lo que la ingeniería y la procura son asumidas por el contratista. En el caso específico de este proyecto, la ingeniería fue subcontratada, sin embargo, hubo deficiencias en la ingeniería las cuales deben ser asumidas por el contratista. En la actualidad, en nuestro país existe una tendencia hacia el desarrollo de proyectos EPC y las empresas deben estar preparadas para afrontar esta modalidad de proyectos. Además se mencionaran diferentes pautas para la ejecución del proyecto relacionadas con un análisis de stakeholders, implementación del sistema del último planificador enfocado a la planta de tratamiento de aguas residuales, planeamiento del alcance, plazos, costos, gestión administrativa, control financiero y control de calidad. Por otro lado, se incluyen recomendaciones para el planeamiento de las comunicaciones y gestión del conocimiento que en la actualidad no son consideradas en el desarrollo de proyectos de construcción y que tienen un impacto positivo para futuros proyectos similares. Así mismo, se plantea una estrategia de ejecución, donde se recomiendan procedimientos constructivos para las diversas estructuras de la planta de tratamiento de aguas residuales. Además se mencionan pautas relacionadas a la gestión contractual debido a la importancia que esta tiene en proyectos donde el cliente sea el estado. Finalmente se indican el impacto ambiental, plan de contingencias, prevención de riesgos, así como recomendaciones y conclusiones.

En este trabajo de tesis se parte de la hipótesis de que: es posible aumentar la eficiencia de las plantas desalinizadoras de agua de mar utilizando sistemas de control inteligente, conformados por controladores multivariables fundamentados en redes neuronales artificiales y modelos matemáticos multivariables basados en las leyes de conservación de la materia y energía. Se empieza describiendo las tecnologías empleadas a nivel industrial para la desalinización de agua, y se continúa con una revisión del estado del arte del modelado y control de las plantas desalinizadoras que se basan en ósmosis inversa. Luego, teniendo en cuenta la polarización de la concentración y utilizando el modelo de solución-difusión para cuantificar el transporte de las sales y del solvente a través de la membrana, se plantean las ecuaciones de balance de materia y energía en la unidad de ósmosis inversa de una planta desalinizadora de agua de mar, obteniéndose un modelo matemático no lineal multivariable. Al validar el modelo con datos experimentales se verifica un buen grado de ajuste. Más adelante, se linealiza el modelo obtenido (alrededor de sus condiciones normales de operación) para conseguir una representación en el espacio de estados, que es utilizada en el diseño de un neurocontrolador dinámico. Se valida el desempeño del controlador diseñado frente a cambios en la referencia, presencia de ruido y rechazo a perturbaciones, encontrándose en todos los casos un desempeño satisfactorio. Posteriormente se realiza un estudio comparativo del desempeño del controlador neuronal diseñado frente a controladores PID, verificándose con bastante claridad la superioridad del controlador neuronal, especialmente en las situaciones en las que cambian significativamente las dos variables controladas a la vez. Se concluye la memoria de tesis haciendo una propuesta de implementación práctica del sistema de control diseñado, que sugiere el uso de una aplicación cliente/servidor OPC con el controlador neuronal implementado en Simulink (en una PC) y la comunicación con la planta a través de un PLC. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Describe el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales, conformado por Lagunas de Estabilización Facultativas. La cámara de rejas es un dispositivo formado por barras metálicas paralelas, del mismo espesor e igualmente separados. Se destina a la remoción de solidos gruesos en suspensión como cuerpos flotantes. Impide que pasen sólidos, para prevenir obstrucciones en la tubería de descarga a la laguna. El tratamiento primario se lleva a cabo en la Laguna Facultativa Primaria, la cual se diseña principalmente para la remoción de materia orgánica suspendida (SST) y no la obtención de un efluente de alta calidad, el resto pasa a la segunda etapa. La etapa secundaria en la Laguna Secundaria esencialmente es la eliminación de bacterias patógenas, además de su efecto desinfectante, estas lagunas cumplen otros objetivos como son la nitrificación del nitrógeno amoniacal, la eliminación de ciertos nutrientes, la clarificación del efluente y como consecuencia de esto el efluente se encuentra bien oxigenado. Una vez realizado los cálculos para el diseño de la planta podremos comparar, si las aguas ya tratadas pueden ser reutilizables en la agricultura. Se dispondrá la colocación de una Geomembrana HDPE de 1mm de espesor, que impida la filtración e infiltración de las aguas hacia las lagunas. / Trabajo de suficiencia profesional