RECOMENDACIONES TÉCNICAS PARA EL MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE GESTIÓN DE RESIDUOS INDUSTRIALES LÍQUIDOS EN LA INDUSTRIA PROCESADORA DE PRODUCTOS MARINOS Carlos Correa M. Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera / Chile Carla Zapata S. Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera / Chile Cristian Bornhardt B. (*) Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera / Chile. Ing. Civ. Químico, Doctor en Ingeniería, Universidad Técnica de Berlín / Alemania. Trabajo académico como Prof. Asociado y asesoría técnica a empresas en las áreas de producción limpia, gestión y tratamiento de residuos industriales líquidos. Dirección del autor principal (*): Av. Francisco Salazar 01145, Casilla 54-D – Temuco – Chile. Tel.:+56(45)325474 – Fax: +56(45)325053. e-mail: [email protected] RESUMEN En el presente estudio se presenta los antecedentes de proceso y gestión de residuos líquidos de dos plantas procesadoras de pescados. Una planta consta de líneas procesadoras de salmón fresco y congelado, conservas de jurel y producción de harina de pescado; en cambio la otra planta sólo cuenta con una línea de procesamiento de salmones y truchas frescas y congeladas. A través de un balance de materia se cuantificó el uso del agua en las distintas etapas de proceso y se caracterizó los efluentes generados, identificándose oportunidades de ahorro de agua y recuperación de proteínas de la sangre generada en la etapa de eviscerado. Ambas industrias cuentan con un sistema de tratamiento primario para sus RILes (desbaste, ecualización, coagulación / floculación y flotación). Se realizó una optimización de estos sistemas, obteniéndose ahorros importantes de aditivos (coagulante y floculante). La mayor dosis de coagulante (FeCl3) se requiere en la mezcla de RILes de las plantas de conservas y salmón (980 mg/L), y la menor dosis (154 mg/L) al tratar el RIL de salmón. La mayor dosis de floculante se utiliza al tratar la mezcla de RILes de las plantas de salmón y harina (90 mg/L), y la menor dosificación se requiere en el tratamiento del RIL de salmón (30 mg/L). Palabras Clave: procesamiento de pescados, caracterización de residuos industriales líquidos, flotación, tratamiento físico-químico de efluentes. INTRODUCCION Y OBJETIVOS La pesca es una de las actividades industriales importantes de Chile, siendo la zona central y sur en donde se desembarcan los mayores volúmenes. A nivel mundial, Chile se ha establecido como el segundo productor de salmones, provenientes de establecimientos de salmonicultura ubicados en la zona sur del país. Debido a las características del producto final y al proceso productivo de la industria procesadora de productos marinos, se hace indispensable el uso de grandes volúmenes de agua, cuyo requerimiento involucra problemas de abastecimiento, uso y disposición final de las aguas con alta carga orgánica y grasas. Actualmente una cantidad importante de este tipo de plantas vierte sus residuos industriales líquidos (RILes) al sistema de alcantarillado público o directamente al mar.

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Sin embargo en los últimos años, fundamentalmente debido a la entrada en vigencia de nuevas normativas ambientales que regulan las descargas de aguas servidas, muchas plantas procesadoras han implementado diversos tipos de tratamiento de sus RILes, entre los que la gran mayoría ha optado por sistemas mecánicos para la retención de sólidos gruesos y fisico-químicos de coagulación / floculación seguida de flotación. El objetivo del presente trabajo fue caracterizar las corrientes de aguas residuales generadas en las diferentes etapas del proceso, a objeto de identificar oportunidades de reducir y/o reutilizar alguna de ellas, como también desarrollar recomendaciones y criterios técnicos para mejorar la operación y efectividad de los tratamientos existentes, y proponer soluciones alternativas. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO Los antecedentes presentados a continuación están basados en el análisis detallado de dos plantas procesadoras de productos marinos, disponiéndose de antecedentes generales adicionales de varias otras plantas de similares características (Correa, 2001; Zapata, 2001). Una de las industrias (Planta A) está ubicada en la zona centro-sur de Chile y está constituida por tres plantas de proceso: A1: planta de productos congelados y frescos de salmón, A2: planta de conservas de jurel, y A3: planta de harina de pescado. La otra industria (Planta B) corresponde a una línea de procesamiento de salmón, cuya descripción básicamente coincide con la planta A1. Agua Residual

Agua Potable Agua Potable

Lavado de bins

Línea de Proceso

Recepción del salmón

Corte de cabeza y eviscerado

Lavado con duchas Hielo

Estiba en hielo Fileteado, desespinado y despielado Lavado, trozado y sanitizado Pesaje, moldaje y empaque

RIL Final

Producto Final Figura 1: Diagrama de flujo de la planta procesadora de salmón En esta planta (A1) (ver Figura 1) los salmones o truchas son transportados a la planta elaboradora desde los centros de cultivo en contenedores de plástico (bins) con agua y hielo a temperatura inferior a 4ºC. Luego del pesaje los ejemplares

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son eviscerados manualmente, pasan por una etapa de lavado y luego a un almacenamiento intermedio (estiba) en contenedores con agua y hielo. Posteriormente se filetean mediante cortes apropiados, se extraen las espinas mediante pinzas, se separa las aletas y se vuelven a lavar. Finalmente se clasifican las piezas según peso y talla, se protegen con bolsas de PVC, se envasan con hielo en cajas de poliestireno expandido y se almacenan en cámara frigorífica a 0 ºC o a –18 ºC, según se trate de producto fresco o congelado, respectivamente. Los restos de vísceras son extraídos mediante succión por vacío y almacenados en contenedores apropiados. Los residuos líquidos de este proceso provienen principalmente del agua-hielo de transporte de los contenedores, del lavado por aspersión post-eviscerado, del aguahielo de estiba, de las duchas de fileteado y lavado de equipos, mesones y pisos, y por lo tanto pueden arrastrar cantidades importantes de residuos sólidos. En la Figura 2 se muestra el diagrama de flujo de la planta de conservas de jurel (A2). Agua Potable

Línea de Proceso

Agua Residual

Recepción de pescado Agua Potable

Pozos de almacenamiento Dosificador de pescado Selección, trozado y eviscerado Llenado de tarros Cocción

Drenado

Adición líquido de cobertura Sellado

Lavado de tarros Esterilización Secado y palletizado

Estero Collén

RIL Planta Conservera

Figura 2: Diagrama de flujo de la planta de conservas de jurel

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En ella el pescado llega desde el puerto en camiones, se descarga en una tolva de recepción, desde donde se transporta por correas a los pozos de mantención, refrigerados con agua y hielo en escamas. El proceso consiste en una selección manual, corte y eviscerado mecánico, llenado manual de las latas, cocción continua con vapor a 100 ºC, drenado, dosificación de líquido de cobertura (principalmente salmuera), sellado, lavado con agua caliente, esterilización en autoclaves estáticos horizontales con vapor saturado, enfriamiento con agua potabilizada y finalmente secado. Previo al control de calidad de los lotes se procede al etiquetado y envasado de los tarros para su despacho. Las principales fuentes de emisiones líquidas en este proceso son el agua de movimiento de pesca, agua de sangre en la línea de producción, hielo de refrigeración, exudado de vísceras, exudado de trozos de desperdicios, lavado de trozos, agua de drenado de tarros, rebalse de líquido de cobertura de los tarros, lavado de tarros, agua de enfriamiento de autoclave y lavado de equipos y pisos. Además, las trozadoras tienen un chorro de agua que produce la lubricación y enfriamiento de los cuchillos. La planta de harina de pescado (A3) procesa todos los residuos sólidos provenientes de las plantas anteriores, incluyendo materia prima que por alguna razón no cumpla con los requisitos para su procesamiento.

Agua Potable

Línea de Proceso

Agua Residual

Planta de Efluentes

Materia prima Cocedor Licor de prensa

Prensa Torta de prensa

Decanter

Licor de decanter

Aceite

Centrífuga

Agua de cola

Torta de decanter

Purificador

Aceite

Homogenización Evaporador Concentrado soluble Secado

Enfriamiento

Homogenización

Molienda

Ensacado

Figura 3: Diagrama de flujo de la planta de harina de pescado El proceso (ver Figura 3) consiste en una cocción con vapor directo, separación por prensado, secado, molienda y ensacado. Los líquidos generados en la prensa pasan luego a una centrífuga "decanter" y los sólidos recuperados son recirculados junto con el producto prensado. La fracción líquida se centrifuga para separar el subproducto aceite, generando el agua de cola, la que se concentra en evaporadores; el concentrado se une al sólido prensado. La principal corriente de residuos líquidos se produce por el lavado de pisos y de equipos, además de una corriente de alta carga correspondiente a purga de agua de cola.

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Para el tratamiento de los RILes, ambas plantas procesadoras poseen un sistema de tratamiento primario, compuesto por cinco etapas: desbaste, ecualización, coagulación con FeCl3, floculación mediante un polímero aniónico, y flotación por aire disuelto. En el caso de la planta B además se adiciona cal en la etapa de coagulación. En ambos casos las aguas son vertidas al sistema de alcantarillado público, que finalmente descarga al mar sin tratamiento previo. METODOLOGÍA EMPLEADA En primera instancia se realizó una recopilación de datos de caudales, caracterización de corrientes y de usos de agua, a objeto de una identificación y cuantificación de oportunidades de reducción de usos de agua, prevención de la polución y/o segregación de corrientes. Por otro lado se desarrolló una serie de ensayos para la optimización de los tratamientos existentes. Los análisis para la caracterización de las corrientes y determinación de la efectividad de los tratamientos fueron realizados mediante técnicas standard [APHA-AWWA-WPCF, 1985], midiéndose los siguientes parámetros: Demanda Química de Oxígeno (DQO); Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5), contenido de sólidos suspendidos totales (SST), sólidos sedimentables (S. sed.), aceites y grasas (A y G), turbidez, pH, temperatura, fósforo total (P. total), nitrógeno amoniacal (N-NH4) y poder espumógeno (P.E.). La optimización de la dosificación de coagulante y floculante para diversas mezclas de RILes se realizó a través de pruebas de jarras, empleando la metodología de Eckenfelder y la clasificación de Willcomb para evaluar la calidad del flóculo [Eckenfelder, 1989], utilizando para ello FeCl3 como coagulante y el polímero aniónico AR-299 como floculante, tomando en consideración el cambio de pH que ocurre debido a la adición del FeCl3, que posee un pH de 2. La reducción del pH permite coagular proteínas y llegar al potencial Z de las partículas en suspensión. En consecuencia, para cada combinación de RILes es necesario determinar el pH óptimo. Para determinar la dosificación a recomendar de coagulante se utilizan jarras con un litro de RIL cada una, se les adiciona distintas cantidades de FeCl3 y se les homogeneiza a 100 rpm por 3 minutos, para luego adicionar igual cantidad de polímero a todas las jarras y homogeneizar por 12 minutos a 50 rpm. Posteriormente se deja decantar por 15 minutos y se mide al sobrenadante pH, turbidez, SST y DQO. De esta manera se obtiene la dosis a recomendar, considerando pH, turbidez y formación de flóculo como parámetros determinantes. En forma equivalente se determina la dosis óptima de floculante. Para determinar una dosis efectiva se considera como punto fundamental la formación de un flóculo o grumo consistente y de buen tamaño. Éste debe soportar una gran presión y no desintegrarse al momento de ser inyectado el aire presurizado (5 atmósferas de presión) que se utiliza en la celda DAF (Dissolved Air Flotation) de flotación. Es sabido que un flóculo pequeño posee una superficie de contacto por unidad de volumen mayor que los flóculos de tamaños grandes, es por esta razón que en los sistemas convencionales de flotación (inyección de burbujas de aire a través de difusores) sólo se necesita la formación de un flóculo pequeño. Para clasificar cualitativamente el flóculo se utilizó el índice de Willcomb (Arboleda, 1992), normalmente utilizado en la floculación de aguas potables, que se muestra en la Tabla 1. Cabe señalar que, dependiendo del RIL, el tamaño del flóculo y la turbidez del sobrenadante sufren variaciones. Tabla 1: Índice de Willcomb para Caracterización de Flóculos Índice Descripción del índice de Willcomb 0 Flóculo coloidal sin ningún signo de aglutinación 2 Visible. Flóculo muy pequeño, casi imperceptible 4 Disperso. Flóculo bien formado, pero uniformemente distribuido (sedimenta muy lento) 6 Claro. Flóculo de tamaño relativamente grande, pero que precipita con lentitud 8 Bueno. Flóculo que se deposita fácil, pero no completamente 10 Excelente. Flóculo que se deposita completamente, dejando el agua cristalina RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las plantas procesadoras son abastecidas de agua potable producida en la misma industria. La planta A1 genera en promedio 90 m3/h de aguas residuales, de los cuales el 36% corresponde a lavado de materia prima, un 25% a la estiba

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de la materia prima, otro 25% a los aseos de la sala de procesos y un 14% al sanitizado de la materia prima. La planta de conservas de jurel (A2) envía a la planta de efluentes un caudal de 44 m3/h, del cual un 60% se produce por el movimiento de pesca, un 26% por aseo de salas, y un 14% corresponde al líquido de cobertura y otros. La planta A2 utiliza una gran cantidad de agua al momento de enfriar los tarros después de la esterilización en los autoclaves, utilizando caudales que alcanzan los 44 m3/h. Esta agua no es enviada a la planta de tratamiento, sino que es vertida directamente a un estero cercano, ya que cumple la normativa correspondiente. La planta de harina vierte a la planta de tratamiento de efluentes en promedio 3 m3/h. Las plantas procesadoras de salmón (A1 y B) tienen el mayor aporte de carga orgánica (DBO5) en las secciones de recepción de materias primas y eviscerado de salmones o truchas. Existe un gran porcentaje de pérdida de agua debido a un manejo descuidado de las mangueras por parte de los operarios, lo que además genera una pérdidas de agua potable y un aumento en aguas residuales que se deben tratar posteriormente a un mayor costo. Los caudales de agua utilizados en los procesos A1 y B dependen de la producción y son bastante altos: van desde 8 a 16 m3 de agua por tonelada de salmón o trucha procesada. La relación de volumen de agua por tonelada de producción de salmón o trucha en la planta A1 queda representada en la Tabla 2, apreciándose una variación de esta relación. Esta variación se debe a la falta de capacitación de los operarios, con el problema adicional de que el personal es removido con bastante frecuencia en este tipo de empresas. Tabla 2: Relación de consumo de agua por tonelada de salmón procesada Mes m3 agua ton producto m3/ton producto Enero 16482 1318 12,5 Febrero 17262 1394 12,4 Marzo 16668 1270 13,1 Abril 4938 304 16,2 Mayo 4007 270 14,8 Junio 12522 1030 12,2 Julio 14560 1200 12,1 Agosto 17035 1230 13,8 Septiembre 19657 1415 13,9 Octubre 18757 1390 13,5 Noviembre 25738 3150 8,2 Diciembre 28289 3550 8,0 La caracterización de los RILes de las distintas plantas se muestra en la Tabla 3, apreciándose la alta carga orgánica de todas las corrientes, en especial la proveniente de la planta de harina. Esta alta carga se debe a que la corriente que proviene de esta planta se produce por la baja capacidad de separar grandes caudales en el decanter, por lo que se debe mantener una purga del agua de cola. Sin embargo, el tratamiento de los RILes se hace especialmente complicado cuando la planta de conservas (A2) se encuentra en plena faena, lo que se aprecia por las altas dosis de coagulante (FeCl3) requeridos para una buena formación de flóculos, como se desprende de los datos mostrados en la Tabla 4, que representan las dosis óptimas determinadas para cada tipo de RIL a través de los ensayos de jarras. Como era de esperar, tratándose de un tratamiento físico-químico para la eliminación de material en suspensión, la eficiencia de remoción de los compuestos solubles es significativamente menor, con lo que no se logra cumplir las normas de descarga de DBO5. La diferencia que existe en el parámetro de poder espumógeno entre las plantas A1 y B (Tabla 3) se puede deber sencillamente al tipo de detergente utilizado en las distintas plantas. Este es un problema fácil de resolver, ya sea cambiando de detergentes o agregando antiespumante a la salida del tratamiento, lo que se debe evaluar económicamente. La cantidad de lodo producida en promedio por la planta de tratamiento es de 100 kg/h, la cual puede aumentar cuando trabajan las plantas de conservas de jurel y harina de pescado, o disminuir cuando trabaja solamente la planta de salmones.

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Tabla 3: Caracterización de los RILes de las plantas que componen la industria pesquera Planta Salmón fresco y congelado Planta B: Planta A1: Conservas de jurel (Planta A2) Harina (Planta A3)

pH

T (ºC)

DQO (mg/L)

DBO5 (mg/L)

AyG (mg/L)

SST (mg/L)

S. Sed. (mL/L)

N-NH4 (mg/L)

P total (mg/L)

P. E. (mm)

6,7 6,7 6,6

7,4 13 16

3970 2740 9100

1760 1860 3860

3100 692 1984

630 421 1843

25 42

11,9 71,1

23 3,9 33,4

7 4 6

7,9

22

69700

49780

6970

2458

-

53,4

0,8

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Tabla 4: Optimización de la dosificación de coagulante y floculante Dosis Dosis Eficiencias de Remoción (%) RIL FeCl3 Polímero Turbidez SST DQO Planta (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) Salmón (A1) 154 30 98,6 91,7 67,2 Salmón y conservas de 980 70 98,9 91,6 34,8 jurel (A1 + A2) Salmón, conservas y harina 840 50 99,5 93,7 84,0 (A1 + A2 + A3) Salmón y harina 168 90 95,6 93,8 55,1 (A1 + A3)

pH final 5,68 5,56

DBO5 final (mg/L) 284 1600

5,52

1105

5,65

1993

CONCLUSIONES En base a los resultados de dosificación obtenidos se desarrolló un manual de operaciones para la optimización de los sistemas de tratamiento, detectándose que existían potenciales de ahorro de aditivos químicos. En el caso de la Planta B se cuantificó la conveniencia de la instalación de un sistema de tratamiento de los flotados obtenidos, que en el caso de la Planta A son procesados en la planta de harina. Otras sugerencias se orientaron hacia un mejoramiento de los sistemas de recuperación de sólidos en las corrientes de proceso. En algunos casos existe algún potencial de ahorro y/o reutilización de agua, como es el caso del agua de enfriamiento de los esterilizadores de la planta de conservas. Como alternativa se ha evaluado la instalación de un sistema de recuperación de proteínas en la planta de salmón, introduciendo una separación de las corrientes que contienen agua sangre producida en las primeras etapas del proceso. Además se debe capacitar al personal en la utilización del agua, ya que los operarios no tienen mayores conocimientos sobre los costos asociados a los residuos industriales líquidos que generan en sus plantas; se sabe que los costos de producir agua potable es la cuarta parte de los costos del tratamiento de aguas residuales. Se corroboró que mediante los tratamientos implementados en general no es posible cumplir con las normas de descarga para DBO, para lo cual se requeriría una planta biológica. Agradecimientos. – Este trabajo fue apoyado por el Proyecto PE 2101 de la Dirección de Investigación y Desarrollo de la Universidad de La Frontera, Temuco (Chile).

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS APHA-AWWA-WPCF (1985) Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 16th Ed., Washington, USA. Arboleda J. (1992) Teoría y práctica de la purificación de agua. Ed. Instituto Colombia de Ciencias. Colombia. Correa C. (2001) Recomendaciones técnicas para el mejoramiento de un sistema de tratamiento de residuos industriales líquidos de una industria procesadora de productos marinos, Tesis Carrera Ing. Ambiental, Univ. de La Frontera, Temuco / Chile. Eckenfelder W. (1989) Industrial Water Pollution Control, 2ª Ed., McGraw-Hill – Interamericana de España S.A., España. Zapata C. (2001) Optimización de la operación de una planta para el tratamiento físico-químico de efluentes de una industria procesadora de salmón, Tesis Carrera Ing. Ambiental, Univ. de La Frontera, Temuco / Chile.

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