Title: | Filtración sostenible para la provisión de agua potable en comunidades rurales en desarrollo utilizando biochar generado localmente |
Authors: | Galarza Guamán, Andrés Geovanny Barros Bermeo, Mónica Estefanía |
metadata.dc.contributor.advisor: | García Ávila, Fausto Fernando |
metadata.dc.ucuenca.correspondencia: | andresgalarza02@gmail.com estefaniabarrosb@hotmail.com |
metadata.dc.subject.other: | Saneamiento ambiental |
Keywords: | Ingeniería Ambiental Agua potable Calidad del agua Abastecimiento de agua Filtros |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescoamplio: | 33 Ciencias Tecnológicas |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescodetallado: | 2508.11 Calidad de las Aguas |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescoespecifico: | 3308 Ingeniería y Tecnología del Medio Ambiente |
Issue Date: | 7-Mar-2022 |
metadata.dc.ucuenca.embargoend: | 6-Oct-2023 |
metadata.dc.format.extent: | 119 páginas |
Publisher: | Universidad de Cuenca |
metadata.dc.description.city: | Cuenca |
Series/Report no.: | TIA;203 |
metadata.dc.type: | bachelorThesis |
Abstract: | The availability of a drinking water treatment system in developing rural communities is limited
or the existing water treatment plant is inefficient, which does not guarantee the quality and
safety of the resource for human consumption. Therefore, it is necessary to implement an
accessible and highly efficient system that has sustainable solutions. The implementation of
biochar as a filter bed in this type of systems is little researched, but due to its large use in
sewage treatment and chemical pollutants removal and its ease of production, this research
aimed to evaluate the efficiency of biochar as a filter media for drinking water treatment for
developing communities. The study includes the production of biochar using as residual
biomass: eucalyptus (E), bamboo (B) and banana stem (R), through two slow pyrolysis process
denominated “a” and “b”, which differ from each other by their temperature and pyrolysis time,
with average values around 300 °C and 60 minutes and 400 °C and 107 minutes, respectively.
The efficiency of these materials in the filtration process with several types of water (raw,
flocculated, and settled) at a rate of 120 m3
/m2
/d, was evaluated, finding that biochar derived
from bamboo and manufactured under process “b” (Bb) was the best material filter. Then, under
the same operating conditions, Bb was assessed in three different granulometry, determining
that the finest effective size (0.65 mm) was the best in the filtration process. Subsequently, this
biochar was compared with conventional filter materials such as gravel, sand and anthracite,
with several types of water (raw, flocculated and settled) and at different filtration rates (120
and 240 m3
/m2
/d), for the removal of physical parameters (turbidity and color). Thus, it was
found that the best filtration media was precisely biochar, with average turbidity and color
removal efficiencies, respectively, of 64.37 and 45.08 % for raw water, 93.9 and 90.75 % for
flocculated water, and 80.79 and 69.03 %, for settled water. Similarly, the removal of chemical
and biological parameters was assessed at a rate of 180 m3
/m2
/d, obtaining the following
efficiencies for biochar: copper 75.9 %, aluminum 90.72 %, iron 95.7 %, nitrates 10.9 %, total
coliforms 94.3 % and fecal coliforms 88.9 %. Consequently, it was determined that the
efficiencies achieved by biochar to remove these metals and total coliforms were the highest
among the compared filter beds. Additionally, it was possible to demonstrate that the volume
of washing water required by the biochar is lower than that of the other beds. Finally, the
efficiencies of turbidity and color removal for mixed beds were assessed (combining various
materials), finding that for the treatment of flocculated and settled water, biochar contributes
to improving the performance of sand and anthracite in the filtration process. Also, it helps to
reduce the volume of water required by these beds during the washing process. The results
point to locally produced biochar as a viable option for the provision of drinking water in
developing rural communities and an alternative to take into consideration for the achievement
of the sixth Sustainable Development Goal by 2030: universal access to water, sanitation, and
hygiene |
Description: | La disponibilidad de un sistema de potabilización en comunidades rurales en desarrollo es
limitada, o poseen una planta de tratamiento de agua ineficiente, que no garantiza la calidad e
inocuidad del recurso para el consumo humano; por lo que es necesario implementar un sistema
accesible y de alta eficiencia, que cuente con soluciones sostenibles. La implementación de
biochar como medio filtrante es una opción poco investigada en este tipo de sistemas, pero
debido a su amplio uso en el tratamiento de aguas residuales y en la remoción de contaminantes
químicos, y a la facilidad de su producción, esta investigación tuvo como objetivo evaluar la
eficiencia del biochar como material filtrante para tratamiento de agua potable para
comunidades en desarrollo. El estudio comprende la producción de biochar utilizando como
biomasa residual: eucalipto (E), bambú (B) y raquis de plátano (R), a través de la aplicación de
dos procesos de pirólisis lenta denominados “a” y “b”, que difieren entre sí por su temperatura
y tiempo de pirólisis; con valores promedio de alrededor de 300 °C y 60 minutos, 400 °C y 107
minutos, respectivamente. Se evaluó la eficiencia de estos materiales en el proceso de filtración
con diferentes tipos de agua (cruda, floculada y sedimentada) a una tasa de 120 m3
/m2
/d,
encontrando que el biochar de bambú manufacturado bajo el proceso “b” (Bb) fue el de mejor
desempeño. Luego de ello, para este mismo material (Bb), bajo las mismas condiciones de
operación, se probaron tres granulometrías distintas, determinando que el tamaño efectivo de
mejor rendimiento en el proceso de filtración fue el más fino (0.65 mm). Posteriormente, se
comparó este bio carbón con materiales filtrantes convencionales como grava, arena y antracita,
también con diferentes tipos de agua (cruda, floculada y sedimentada) y a diferentes tasas de
filtración (120 y 240 m3
/m2
/d) para la remoción de parámetros físicos (turbidez y color),
encontrando que el material filtrante de mejor rendimiento fue precisamente el biochar, con
eficiencias promedio de remoción de turbidez y color, respectivamente, de 64.37 y 45.08 %, para
agua cruda; 93.9 y 90.75 %, para agua floculada; y, 80.79 y 69.03 %, para agua sedimentada. De
igual forma, para estos lechos filtrantes (arena, biochar, antracita y grava), se probó la remoción
de parámetros químicos y biológicos a una tasa de 180 m3
/m2
/d, obteniendo para el biochar las
siguientes eficiencias: cobre del 75.9 %, aluminio del 90.72 %, hierro del 95.7 %, nitratos del 10.9
%, coliformes totales del 94.3 % y coliformes fecales del 88.9 %; determinando que para la
remoción de metales (cobre, aluminio y hierro) y de coliformes totales, las eficiencias alcanzadas
por el biochar fueron las más altas entre los materiales filtrantes comparados. Adicionalmente,
se pudo demostrar que el volumen de agua de lavado requerido para el biochar es inferior
respecto los demás lechos. Finalmente, se probó las eficiencias de remoción de turbidez y color
para lechos mixtos (combinando varios materiales), encontrando que para el tratamiento de
agua floculada y sedimentada el biochar contribuye a mejorar el rendimiento de la arena y
antracita en el proceso de filtración, y que además ayuda a reducir el volumen de agua requerido
por estos lechos durante el proceso de lavado. Los resultados obtenidos señalan al biochar
producido localmente como una opción viable para la provisión de agua potable en
comunidades rurales en desarrollo y como una alternativa a tener en consideración para la
consecución del sexto objetivo de la Agenda para el Desarrollo Sostenible para el año 2030:
acceso universal para agua, saneamiento e higiene |
metadata.dc.description.degree: | Ingeniero Ambiental |
URI: | http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/38758 |
Appears in Collections: | Tesis de Pregrado
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