Comparación técnica - económica de sistemas de tratamiento de aguas residuales generadas por plantas de alimentos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA RECINTO UNIVERSITARIO SIMON BOLIVAR FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

COMPARACIÓN TÉCNICA-ECONÓMICA DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES GENERADAS POR PLANTAS DE ALIMENTOS. Trabajo de diploma Presentado por: Br. ARLEN RUTH SALGADO VILLALOBOS Br. TANIA VALERIA QUINTANA MAIRENA Para optar al titulo de: INGENIERO QUÍMICO Tutor: MSc. Ing. MARTIN GAUSS Asesor: ING. VIDAL CÁCERES Managua, Nicaragua

Agosto, 2005

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I. – INTRODUCCIÓN Actualmente la contaminación y deterioro del medio ambiente es una de las preocupaciones en el mundo, especialmente en países en desarrollo como Nicaragua, donde el deterioro ambiental ha sido notorio en las últimas décadas, producto del incremento y mal manejo de las aguas residuales tanto domésticas como industriales, sobre todo cuando son vertidas sin ningún tipo de tratamiento o con un tratamiento deficiente a cuerpos receptores. Históricamente, las empresas Nicaragüenses han desatendido el impacto ambiental negativo que sus afluentes provocan al ser vertidos al medio ambiente sin un tratamiento adecuado. La mayoría de éstas corresponden a empresas procesadoras de alimentos, tales como queseras, granjas avícolas, cervecerías, mataderos, beneficios de café, entre otras; las cuales tradicionalmente no se han preocupado por proporcionar tratamiento a sus afluentes debido a la falta de aplicación de las leyes ambientales, por lo que se han convertido en fuentes activas de contaminación. Las aguas residuales industriales generadas por estas empresas poseen un alto contenido de contaminantes entre ellos se destacan los sólidos en suspensión, materia orgánica, grasas y aceites, nutrientes y patógenos, razón por la cual se debe brindar un tratamiento adecuado a las mismas. Con la publicación de las disposiciones para el control de la contaminación provenientes de las descargas de aguas residuales domésticas, industriales y agropecuarias contenidas en el decreto 33-95 del MARENA, el cual especifica los parámetros y rangos de contaminantes permisibles en los efluentes, las empresas nacionales han comenzado el proceso de caracterización, diseño y construcción de sistemas de tratamiento, con el propósito que deben cumplir con las normas antes mencionadas. Existen diferentes tecnologías de tratamiento que las empresas pueden utilizar para tratar sus aguas residuales, separándose en dos grupos principales: sistemas de tratamiento que requieren del uso intensivo de energía eléctrica y sistemas que se basan en la biodegradación natural. Los sistemas intensivos, tales como lodos activados, son más eficientes en la remoción de materia orgánica pero se objeta sus costos y la dependencia de repuestos del extranjero. En cambio, los sistemas de biodegradación natural, entre los que se destacan los filtros anaerobios, biofiltros y lagunas de estabilización, tienen bajos costos, y no dependen de repuestos. De acuerdo a lo antes mencionado, el presente estudio estará dirigido a determinar en el campo, mediante el acceso a sistemas de tratamiento que son representativos de ambas tecnologías, la factibilidad y sostenibilidad técnica y económica de algunas plantas de tratamiento de aguas residuales de la industria alimenticia de Nicaragua, con el propósito de que la información obtenida sirva de guía para la selección de alternativas de tratamiento más adecuadas en función de la capacidad de las empresas.

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II.- ANTECEDENTES Hace 10 años en Nicaragua no existían leyes que obligaran a las industrias a prevenir el deterioro del medio ambiente y proteger el ecosistema, así como el buen aprovechamiento y sostenibilidad de los recursos hídricos. Existe un capítulo de asistencia en el área ambiental, con el objetivo general de revertir el proceso de degradación ambiental de Nicaragua. Para esto se organizó el Programa Ambiental Nicaragua–Finlandia (PANIF-MARENA), que se centra en la reducción de la contaminación proveniente de la industria alimenticia (café y queso) y de la pequeña minería de oro, y en donde se ha creado una guía que se dirige a procesadores lácteos y funcionarios de instituciones públicas vinculadas a la industria láctea, con el propósito de mejorar el conocimiento sobre la situación ambiental de las queseras artesanales y semiindustriales del país, y esforzar la implementación de sistemas de tratamiento de los residuos líquidos que reduzcan la contaminación que es generada por estas industrias. En el año 1995 el gobierno de Nicaragua aprobó y publicó el decreto 33-95 del MARENA, el cual dispone del control de la contaminación proveniente de las descargas de aguas residuales domésticas, industriales y agropecuarias, que obliga a las industrias a cumplir con las normas de vertido a cuerpos receptores, con el objetivo de prevenir la contaminación procedente de estas industrias. En el decreto 33-95 del MARENA, Arto.75 se contempla el Plan gradual de descontaminación, el cual ha establecido un período de plazo determinado para que las empresas nacionales traten sus aguas residuales, en dos etapas: la primera deberán caracterizar sus afluentes y construir las obras necesarias para las mediciones de caudales, esto se debe ejecutar en un periodo de 2 años después de haberse oficializado dicho plan. En la segunda etapa se dispondrá de un diseño detallado del sistema de pretratamiento en el caso de que sus aguas sean vertidas al alcantarillado y seleccionar una empresa constructora para la construcción, puesta en marcha y plan de monitoreo, este contempla un periodo de 4 años posteriores al plazo de la primera etapa, y 6 años posteriores a los plazos fijados para la primera etapa, cuando no son vertidos a alcantarillados, sino a cuerpos receptores para la construcción de un tratamiento completo. Desde la publicación del decreto 33-95 del MARENA solamente unas pocas empresas han cumplido con el tratamiento de sus aguas residuales para que sus efluentes puedan ser vertidos a un cuerpo receptor. Sobre la base de las dificultades y resultados proporcionados por estas empresas, se podrá establecer los pro y contra del uso de los diferentes sistemas de tratamiento empleados.

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III.- JUSTIFICACIÓN Nicaragua en los últimos años se ha desarrollado industrialmente en el procesamiento de alimentos, a la vez estas generan grandes cantidades de aguas residuales con altas concentraciones de contaminantes que contribuyen al deterioro del medio ambiente. En Nicaragua existen normativas de carácter reglamentarias que regulan sustancialmente las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores como el decreto 33-95 del MARENA. Este tiene la disposición de armonizar el desarrollo económico del país con el aprovechamiento racional de los recursos hídricos para el uso de generaciones presentes y futuras, por esto es necesario la protección de la calidad del agua. La construcción de sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales en las empresas Nicaragüenses depende en gran medida de los costos de construcción, operación, y mantenimiento, además del grado de eficiencia de los mismos. En vista de la falta de experiencia que existe en este campo, las empresas nacionales necesitan una guía sobre la aplicación de las diferentes alternativas de tratamiento de aguas residuales industriales, incluyendo costos y eficiencia técnica de los mismos. Con el presente trabajo se pretende reunir información necesaria que sirva de guía para seleccionar el sistema de tratamiento más apropiado según la carga contaminante de la empresa y factibilidad económica de la misma.

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IV.- OBJETIVOS 4.1.- OBJETIVO GENERAL Evaluar la eficiencia de la remoción de los contaminantes y la sostenibilidad técnicaeconómica de los sistemas de tratamiento de aguas residuales de las plantas de alimentos. 4.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS •

Realizar muestreos en cuatro sistemas de tratamiento, los cuales son las plantas de: LA MONTAÑA, MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS (Procesadoras de lácteos), las dos ultimas comparten el mismo sistema de tratamiento, INDAVINSA (matadero de pollos), y Consorcio Cervecero Centroamericano (procesadora de cerveza) que actualmente están operando para conocer la calidad de sus efluentes.

•

Recopilar información actual sobre los costos de construcción, operación y mantenimiento de cada uno de los sistemas de tratamiento.

•

Establecer comparaciones técnicas–económicas entre los diferentes sistemas de tratamientos en estudio.

•

Determinar el costo por metro cúbico de agua residual tratada, en cada uno de los sistemas de tratamiento en estudio y realizar comparaciones entre ellos.

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V.- MARCO TEÓRICO 5.1.- DEFINICIÓN DEL TERMINO AGUAS RESIDUALES Es la combinación de los residuos líquidos o aguas portadoras de residuos, procedentes tanto de viviendas como de instituciones públicas y establecimientos industriales y comerciales, a los que pueden agregarse, eventualmente aguas subterráneas, superficiales y pluviales. Las aguas residuales no deben ser conducidas a cuerpos receptores de agua sin un tratamiento previo para eliminar los contaminantes. 5.2.- CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES[8] Las aguas residuales se caracterizan por su composición física, química y biológica ya que son esenciales para el proyecto y funcionamiento de las instalaciones, para su recogida, tratamiento y evacuación así como para la técnica de la gestión de la calidad ambiental. 5.3.- CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES [8] Las normas que regulan los tratamientos secundarios están basadas en las tasas de eliminación de la materia orgánica, sólidos en suspensión y patógenos presentes en el agua residual. Gran parte de las normas implantadas, más exigentes, como también las normas implantadas por el gobierno de Nicaragua en el decreto 33-95 del MARENA, incluyen el control de la eliminación de nutrientes y de los contaminantes prioritarios. Cuando se pretende reutilizar el agua residual, las exigencias normativas incluyen también la eliminación de compuestos orgánicos, metales pesados y en algunos casos, sólidos inorgánicos disueltos. A continuación se describen algunos contaminantes de interés en el tratamiento de aguas residuales. 5.3.1.- Características Físicas [4]: Las características físicas son aquellas que no alteran la naturaleza del agua residual, entre las más importantes se pueden mencionar: Olor, temperatura, densidad, color, turbiedad y el contenido total de sólidos (término que engloba la materia en suspensión, la materia sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta). •

Olores

Estos son debidos a los gases producidos por la descomposición de la materia orgánica. El olor más característico del agua residual, baja en oxígeno disuelto, es el del sulfuro de hidrogeno (H2S), producido por microorganismos anaerobios que reducen los sulfatos a sulfitos. •

Temperatura[9]

Este es un parámetro muy importante por su efecto en la vida acuática, en reacciones químicas y velocidades de reacción, además por su posible aplicación para otros fines. Por ejemplo, se sabe que el agua caliente disminuye la solubilidad del oxígeno mientras un cambio brusco de temperatura puede dar lugar a un alto porcentaje de mortalidad en la vida acuática. 6

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•

Densidad

La densidad es una característica física muy importante del agua residual dado que de ella depende la potencial formación de corrientes de densidad en fangos de sedimentación y otras instalaciones de tratamiento. •

Color

El color junto con el olor ayuda a determinar la condición de un agua residual y su edad. El agua residual nueva suele ser gris y a medida que los compuestos orgánicos son descompuestos por las bacterias, el oxígeno disuelto se reduce y el agua cambia a color oscuro. Muchas aguas industriales añaden un color específico al agua residual que permite suponer la presencia de un contaminante. •

Turbiedad

La medición de la turbiedad se lleva a cabo mediante la comparación entre la intensidad de la luz dispersada en la muestra y la intensidad registrada en una suspensión de referencia en las mismas condiciones. La materia coloidal dispersa o absorbe la luz, impidiendo su transmisión. Aun así, no es posible afirmar que exista una relación entre la turbiedad y la concentración de sólidos en suspensión de un agua no tratada. •

Sólidos totales

Bajo este nombre se distingue todos los constituyentes sólidos de las aguas residuales, sólidos orgánicos e inorgánicos, el cual esta compuesto por materia flotante y materia en suspensión, en dispersión coloidal y en disolución. •

Sólidos suspendidos

Son aquellos que están en suspensión y que son perceptibles a simple vista en el agua. Son los sólidos que pueden separarse del agua residual por medios físicos o mecánicos, como son la sedimentación y la filtración. Se definen mas exactamente como los sólidos que quedan retenidos por la capa filtrante, de asbesto, en un crisol Gooch (recipiente de porcelana cuyo fondo lleva numerosas perforaciones), de los sólidos suspendidos. Incluyen las partículas flotantes mayores que consisten en arena, polvo, arcilla, sólidos fecales, papel, astilla de madera, partículas de alimentos de basura y otros materiales similares. •

Sólidos sedimentables

Son la porción de los sólidos suspendidos cuyo tamaño y peso es suficiente para que se sedimente en un periodo de tiempo determinado, que generalmente es de una hora. Debe entenderse que son los sólidos que se sedimentan en una hora en un cono Imhoff. Generalmente el resultado se expresa en un milímetro de sólidos por litro de agua residual.

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•

Sólidos disueltos

Este término es utilizado ordinariamente en los estudios de aguas residuales, sin embargo, según la siguiente definición no es técnicamente correcta. No todos estos sólidos están verdaderamente disueltos, puesto que se incluyen algunos sólidos en estado coloidal. De acuerdo con la costumbre, el término incluye todos los sólidos que pasan a través de la capa filtrante de asbesto en un crisol Gooch. De los sólidos disueltos totales, aproximadamente un 90% verdaderamente esta disuelto y un 10% esta coloidal. 5.3.2.- Características químicas El estudio de las características químicas de las aguas residuales se aborda en los siguientes cuatro aspectos: la materia orgánica biodegradable, la medición del contenido orgánico, la materia inorgánica, y los gases presentes en el agua residual. •

Materia orgánica biodegradable[4]

Son sólidos que provienen de los reinos animal y vegetal, así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos. Son sustancias que contienen carbonos, hidrógeno y oxígeno, pudiendo estar combinadas algunas con nitrógeno y azufre o fósforo. Los grupos principales son las proteínas, los hidratos de carbono y las grasas y aceites, junto con los productos de descomposición. Están sujetas a degradación o descomposición por la actividad de las bacterias y otros organismos vivos; además son combustibles, es decir, pueden ser quemados. Uno de los principales grupos presentes en el agua residual es las grasas y aceites. •

Grasas y aceites[8]

Son compuestos de alcohol (ésteres) o glicerol (glicerina) y ácidos grasos. Los glicéridos de ácidos grasos que se presentan en estado líquido a temperaturas normales se denominan aceites, mientras que los que se presentan en estado sólido reciben el nombre de grasas, químicamente son muy parecidos, y están compuestos por carbono, oxígeno e hidrógeno en diferentes proporciones. La presencia de grasas y aceites en el agua residual puede provocar problemas tanto en la red de alcantarillado como en las plantas de tratamiento. Si no se elimina el contenido de grasa antes del vertido del agua residual, puede interferir con la vida biológica en aguas superficiales y crear películas y acumulaciones de materia flotante desagradables. •

Medida del contenido orgánico

A lo largo de los años, se han ido desarrollando diferentes ensayos por la determinación del contenido orgánico de las aguas residuales. Los métodos empleados para determinar las concentraciones de contenido orgánico son: •

DBO5 (Demanda bioquímica de oxígeno)

Es la cantidad de oxígeno requerido por un inoculo de bacteria para la descomposición de la materia orgánica, en una muestra, durante 5 días, a una temperatura de 20oC. Estos microorganismos (bacterias que se encuentran en el agua con contaminación orgánica), transforman la materia orgánica presente en los residuos líquidos. Este método es 8

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empleado para determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica biodegradable presente, así como medir la eficiencia de los procesos de tratamiento y controlar el crecimiento de las limitaciones a que están sujetos los vertidos. •

DQO (Demanda química de oxígeno)

Es la cantidad de oxígeno requerido para la oxidación completa de la materia orgánica por agentes químicos altamente oxidante en medio ácido para la determinación del equivalente de oxigeno de la materia orgánica que pueda oxidarse. Los resultados de la DQO son siempre mayores que los de DBO5, por que es mayor el número de compuestos orgánicos que pueden ser oxidados químicamente que los que pueden ser oxidados biológicamente a través de los microorganismos. •

Materia inorgánica[4]

Son sustancias inertes que no están sujetas a la degradación. Ciertos compuestos minerales hacen excepción a estas características, como los sulfatos, los cuales bajo ciertas condiciones pueden descomponerse en sustancias más simples, como sucede en la reducción de los sulfatos a sulfuros. A los sólidos inorgánicos se les conoce frecuentemente como sustancias minerales: arena, grava, cieno (lodo blando) y sales minerales del abastecimiento de agua que producen su dureza y contenido mineral, dentro de los constituyentes inorgánicos tenemos: •

pH[8]

El pH es la medida de la concentración de iones hidrógeno, expresada como el logaritmo negativo de la concentración molar del ión hidrogeno (pH=- log [H+]). El agua residual con una concentración adversa es difícil de tratar por medios biológicos y si la concentración no se altera antes de la evacuación, el efluente puede alterar la concentración de las aguas naturales. El valor del pH adecuado para los diferentes tipos de tratamientos y para la existencia de la mayoría de la vida biológica puede ser muy restrictivo y critico, sin embargo, generalmente es de 6.5 a 8.5. •

Alcalinidad

La alcalinidad de un agua residual está provocada por la presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos como el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio o el amoniaco. De entre todos ellos, los más comunes son el bicarbonato de calcio y el bicarbonato de magnesio. La alcalinidad se determina por titulación con un ácido normalizado, expresándose los resultados en carbonato de calcio, CaCO3. La forma más común para la determinación de alcalinidad consiste en valorar mediante un ácido fuerte hasta pH 4.3, la cual mide la alcalinidad total (AT), realizando una valoración hasta pH 5.75, la cual mide la alcalinidad parcial (AP), aportada básicamente por bicarbonatos. La concentración de alcalinidad en un agua residual es importante en aquellos casos en los que empleen tratamientos químicos, en la eliminación biológica de nutrientes, y cuando haya que eliminar el amoníaco mediante arrastre por aire.

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Nutrientes[8]

El nitrógeno, fósforo, junto con el carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento de las bacterias. Cuando se vierten al entorno acuático, estos pueden favorecer al crecimiento excesivo de una vida acuática no deseada y pueden provocar de esta manera la formación de compuestos tóxicos, por ejemplo: el amoníaco, que en concentraciones mayores de 2 mg/l es letal para los peces. De igual forma, la falta de estos debilita el proceso de crecimiento bacteriano. Cuando se vierten al terreno en cantidades excesivas, también pueden provocar la contaminación de agua subterránea y la eutroficación de los cuerpos receptores de agua. 5.3.3.- Características biológicas •

Organismos patógenos[9]

Los organismos patógenos son evacuados por los seres humanos que se vean afectados con alguna enfermedad o que sean portadores de alguna enfermedad en particular. Dado que el número de organismos patógenos presentes en las aguas residuales y aguas contaminadas son pocos y difíciles de aislar, el organismo coliforme, que es más numeroso y de determinación más sencilla, se utiliza como organismo indicador de contaminantes. La presencia de organismos coliformes se interpreta como una indicación de que los organismos patógenos también pueden estar presentes y su ausencia indica que el agua se halla exenta de organismos productores de enfermedades. Las bacterias coliformes incluyen los géneros Escherichia y Aerobacter. El uso de los coliformes como organismos indicadores son problemáticos debido a que la Aerobacter y ciertas especies de Escherichia pueden crecer en el suelo. Por tanto, la presencia de coliformes no siempre significa contaminación con residuos humanos. Parece ser que las Escherichia coli (E. coli) son totalmente de origen fecal. •

Algas

Las algas pueden presentar serios inconvenientes en las aguas superficiales, puesto que pueden reproducirse rápidamente cuando las condiciones son favorables. La presencia de algas afecta el valor del agua de abastecimiento, ya que puede originar problemas de olor y de sabor. En cuanto a los usos del agua relacionados con el ocio, las algas también pueden alterar el valor de las aguas superficiales debido al crecimiento de ciertas especies de peces y formas de vida acuáticas. Uno de los problemas a los que se enfrenta la ingeniería sanitaria en el campo de la gestión de la calidad del agua es la de encontrar el proceso de tratamiento que hay que aplicar a las aguas residuales de diferentes orígenes de modo que los efluentes no favorezcan el crecimiento de algas y demás plantas acuáticas. La solución puede implicar la eliminación del carbono, así como de las diferentes formas de nitrógeno y fósforo y alguno de los elementos que se hallan presentes a nivel de traza, como el hierro y el cobalto.

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Tabla 5.3.3.-a [1,3,14]: Comparación de contaminantes de aguas residuales domésticas y agroindustriales. Contaminantes Agua Mataderos de Unidad Queseras Cervecerías Residual pollos Domésticas DBO5 mg/L 260 - 440 2300 – 4000 390 – 820 660 - 2350 DQO Sólidos suspendidos NT PT Coliformes fecales

mg/L

580- 821

5000

860 – 1000

784 - 2888

mg/L

363 – 367

700

210 – 710

200 - 1000

mg/L

20.5 – 23.1

-

40 – 57

18.1 - 101

mg/L

3.2 – 8.0

-

20

58.6 - 316

Unid.

3.3E7

-

*

-

*Los datos de coliformes fecales no están reflejados en la tabla pero si están presentes en este tipo de aguas.

5.4.- CALIDAD DEL EFLUENTE REQUERIDO SEGÚN LA NORMA (decreto 3395 del MARENA) Tabla 5.4.-a: Parámetros, rangos y límites máximos permisibles de las diferentes industrias en estudio. Rangos y límites máximos permisibles promedio diario Industria de Industria Láctea Industria de Parámetros Unidad Matanza de y sus derivados Cerveza y Malta animales pH 6-9 6-9 6-9 Sólidos Suspendidos Totales mg/L 200 100 150 Sólidos Sedimentables ml/L 1.0 1.0 DBO5 mg/L 150 100 150 DQO mg/L 250 250 300 Grasas y Aceites mg/L 30 30 30 5.5.- MÉTODOS PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES [2] En el caso de las aguas residuales industriales, el objetivo principal generalmente es la reducción de contaminantes, por lo que los métodos de tratamiento industrial, generalmente se denominan según la técnica de reprocesamiento aplicada. En consecuencia, los métodos de tratamientos suelen ser similares a los utilizados por las aguas residuales municipales, pero también son específicos solo para ciertos tipos de aguas residuales industriales y posiblemente difieran, en gran medida, incluso dentro de una misma rama industrial. En el caso del tratamiento de aguas residuales municipales, se emplean tres métodos, definidos según su trabajo: Mecánico, Químico y Biológico.

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5.5.1.- Tratamiento Mecánico Se basa en las propiedades físicas del agua e incluyen la separación de sólidos sedimentables y materiales no disueltos de las aguas residuales, como grasas y aceites, para su posterior estabilización. Son comunes los sistemas de separación de material grueso (rejillas, filtros y tamices), separadores por gravedad (Sistemas de flotación y sedimentación); también se incluye en este rubro los tanques de homogeneización. 5.5.2.- Tratamiento Químico Consiste en la separación o transformación de las sustancias sedimentables, flotantes y disueltas, mediante el uso de sustancias químicas. En casos especiales se usa la esterilización de las aguas residuales que fueron preclarificadas mecánica o biológicamente. En general los métodos de estos tratamientos comprenden procesos de neutralización, floculación, adsorción, extracción por solventes, destilación oxidación, reducción, entre otros métodos físico-químicos especializados. 5.5.3.- Tratamiento Biológico [11] Se utiliza la actividad de ciertos microorganismos para la oxidación y mineralización de sustancias orgánicas presentes en las aguas residuales, los principales son el tratamiento anaerobio y el tratamiento aerobio. Los términos generales usados para describir los distintos métodos de acuerdo al incremento en el nivel de tratamiento, son: preliminar, primario, secundario y terciario o tratamiento avanzado del agua residual. 5.5.3.1.- Digestión anaeróbica Este tipo de tratamiento implica la descomposición de materia orgánica en ausencia de oxigeno. De la materia orgánica se obtienen dos tipos de subproductos: el biogás, que es una fuente de energía y el lodo residual. Después de un periodo de descomposición aeróbica, el lodo es transformado en abono orgánico o mejorador de suelos que se aplica para aumentar la fertilidad de campos agrícolas [14]. El biogás consiste en una mezcla de gases cuya composición básica es de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), siendo estos los compuestos del carbono más reducido y oxidados respectivamente. Además el biogás cuenta con la presencia de nitrógeno, hidrogeno amoniaco y sulfuro de hidrogeno en proporciones menores al 1%. El metano es un gas combustible, incoloro e inodoro, más liviano que el aire. Su combustión produce una llama azul y productos no contaminantes. A pesar de que el ácido sulfhídrico se encuentra en pequeñas cantidades en el biogás, sus efectos son dañinos, ya que posee un olor desagradable y en presencia de agua produce efectos corrosivos en diferentes materiales. El biogás puede ser utilizado como cualquier otro gas combustible y generalmente se almacena en tanques como una campana de acero flotante o bolsas de capas plásticas residentes. Tradicionalmente la aproximación más usual para la compresión de los fenómenos involucrados en la digestión anaerobia ha sido la de dividir el proceso en dos etapas: una ácida primero y una segunda productora de metano. Sin embargo de acuerdo con los desarrollos mas recientes las etapas básicas en las cuales se pueden dividir el proceso son:

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•

Hidrólisis

Se da la transformación por vía enzimática de los compuestos de alto peso molecular, como glúcidos, lípidos y proteínas, en compuestos más sencillos. Las bacterias fermentativas no pueden asimilar las largas cadenas polimétricas presentes en el sustrato, de modo que estas primeramente excretan enzimas extra celulares, que en el exterior convierten los polímeros complejos en polímeros solubles o monómeros de bajo peso molecular (azucares fermentables, aminoácidos, ácidos grasos) que pueden atravesar la pared celular de las bacterias. Algunas enzimas que actúan directamente en este proceso son; lípasas, óxido reductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerazas y ligazas. La velocidad de la licuefacción está determinada por la composición del substrato (biodegradabilidad) y por su naturaleza física (tamaño y porosidad de las partículas). Cuanto más pequeños sean los sólidos, mayor la superficie expuesta al contacto con los microorganismos. •

Acidogénesis

Una ves asimilado por las bacterias los compuestos generados en la primera etapa son trasformados en ácidos orgánicos principalmente propiónico, butírico y acético, en proporciones variables, que dependen de las condiciones internas del digestor. Paralelamente se produce hidrogeno y dióxido de carbono. Esta etapa es realizada por las bacterias fermentativas. •

Acetogénesis

Existen dos procesos principales del metano, el ácido acético y el hidrógeno, de tal forma que los demás productos de la fase anterior deben ser necesariamente transformados a estos dos. Se realiza con las bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno y las consumidoras de hidrógeno. •

Metanogénesis

Es la etapa más importante del proceso, pues es en ella que se produce la remoción de la materia orgánica disuelta en el agua y la recuperación de la energía en forma de metano, y adicionalmente porque del correcto equilibrio entre esta etapa y las anteriores depende la estabilidad del proceso. Esta etapa la realizan las bacterias metanogénicas. En un digestor, la conversión de los fangos orgánicos y de los residuos se lleva a cabo mediante la acción conjunta de diferentes organismos anaerobios. Un grupo de microorganismos se ocupa de la hidrolización de los polímeros orgánicos y de los lípidos para formar elementos estructurales básicos como los monosacáridos, los aminoácidos y los compuestos relacionados con estos. Un segundo grupo de bacterias anaerobias fermenta los productos de la descomposición para producir ácidos orgánicos simples, de los que se presenta con mayor frecuencia en los digestores orgánicos es el ácido acético. Un tercer grupo de microorganismos convierte el hidrógeno y el ácido acético, originado por las bacterias formadoras de ácidos, en gas metano y dióxido de carbono.

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El proceso anaerobio se ve influenciado por algunos parámetros que, a fin de cuentas, regulan el mecanismo por el cual la materia orgánica compleja es descargada a los compuestos más sencillos y estables, convirtiéndose así en variables de control en la puesta en marcha y operación del digestor. Los más importantes son: •

pH

Es un parámetro de control muy importante en el proceso anaerobio, ya que su valor puede influir en la actividad de diferentes microorganismos presentes en la digestión anaerobia. Se recomienda generalmente un rango de pH entre 6 y 8. El pH de una fermentación resulta principalmente de la reacción de productos del metabolismo ácidos o básicos y del sistema tampón. El tampón más importante de una fermentación de metano es el sistema CO2/HCO3. El CO2 se disuelve en agua, con formación parcial de ácido carbónico que luego se disocia en HCO3-/H+. CO2( g ) ↔ CO2( disuelto ) ↔ CO2 + H 2 ↔ HCO3 ↔ H + + CO3 − H 2 CO3 + OH − ↔ HCO3 − + H 2 O

El ácido carbónico reacciona con iones hidróxilos que proceden de la reacción de amoniaco generado en la degradación de las proteínas. Las causas de descensos del pH son, entre otras: • • •

Aumento repentino de la carga Incremento en la toxicidad de la materia prima Cambio súbito de la temperatura

En los diferentes grupos de microorganismos se tienen diferentes pH; las bacterias hiodrolíticas operan mejor entre pH de 7.2 y 7.4, las acetogénicas en pH debajo de 6.5 disminuye la actividad metanogénica y solo persiste la actividad de los otros grupos, pero limitada. A un pH menor de 4.5 cesa toda actividad microbiana. •

Temperatura

Según la temperatura presente en el digestor, la fermentación anaerobia puede dividirse de acuerdo al trabajo de las diferentes bacterias en las siguientes fases y rangos de temperatura[3]: • • •

Fermentación psicrofílica: (10-20 °C) Fermentación mesofílica (20-50°C) Fermentación termofílica (50-60°C)

La mayoría de las bacterias que participan en la generación de metano tiene una temperatura óptima en el rango mesofílico de 33-45°C. Esto significa que una gran parte de las bacterias metanogénicas siempre vivirán a temperaturas menores que su temperatura optima.

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•

Sustancias de influencia

Estas son sustancias producidas durante la fermentación o introducidas al sistema: •

Antiácidos y desinfectantes

Estos son muy perjudiciales para el proceso, por tal razón se debe evitar al máximo su ingreso al digestor anaerobio, ya que pueden causar severos daños en la flora bacteriana. •

Ácido sulfhídrico

Este se forma por la descomposición de la materia orgánica que contiene azufre por la reducción de sulfitos y sulfatos minerales. No se forma en presencia de un abundante suministro de oxígeno. Se trata de un gas incoloro, inflamable, que tiene olor característico de huevos podridos. El ennegrecimiento del agua residual y del fango se debe generalmente a la formación de sulfuro de hidrógeno que se combina con el hierro presente para formar sulfuro ferroso (SFe). Aunque el sulfuro de hidrógeno es el gas formado más importante desde el punto de vista de los olores, pueden formarse otros compuestos volátiles, tales como el indol, escatol y mercaptanos durante la descomposición anaeróbica que pueden producir olores peores que el del sulfuro de hidrógeno. •

Amoníaco

Es otro agente inhibidor potencial del proceso anaerobio y se encuentra en equilibrio químico con el ión amonio de mayor capacidad tóxica. Este es generado por la actividad de las bacterias proteolítica que degradan la proteína sostenida en el sustrato. Cuando el amoniaco se presenta en ciertas concentraciones es tóxico para las bacterias. La capacidad toxicidad no solamente depende de la concentración absoluta en el sustrato, sino también de la adaptación de las bacterias, del pH y otros factores. Por lo general en el alcance de 1500-1300 mg/L de NH4+ (a un pH > 7.4) se debe contar con una concentración inhibitoria de NH3, a concentraciones mayores el ión amonio por si mismo ya es tóxico. •

Ácidos grasos volátiles

Son generados en el transcurso de la fermentación por el trabajo de las bacterias fermentativas y acetogénicas, pero existen sustratos que ya tienen un contenido alto de ácidos grasos volátiles. Aunque son productos del metabolismo, en concentraciones elevadas ellos provocan una inhibición del proceso. Es decir en el caso de la actividad demasiado alto de las bacterias fermentativas o muy bajas de las acetogénicas y metanogénicas puede subir la concentración de ácido acético, propiónico, butírico, etc. A un pH apropiado de 6.8 las concentraciones mayores a 3 mg/L de AGV pueden ser tóxicas, a más de 10 g/L se paraliza la producción de metano. La manera mas practica para determinar la concentración de AGV es por la medida de la alcalinidad. •

Alcalinidad

La medida de la alcalinidad indica la capacidad tampón del medio y por tanto, sobre la resistencia del pH a variar en función de las anomalías de operación. Se recomienda operar a valores superiores a 3 g/L de HCO3- por lo que cuando se tiene un efluente de bajo poder tampón puede ser necesaria la adición externa de álcalis. 15

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•

Nutrientes

Las bacterias necesitan principalmente carbono y nitrógeno para vivir; también necesitan pequeñas cantidades de sodio, calcio, potasio, fósforo, cinc y hierro. Primordial es la relación en la cual se encuentra el carbono y el nitrógeno, pues por lo general los otros nutrientes se encuentran en cantidades suficientes. Se recomienda una relación de C/N de 16:1 y una proporción máxima de 45:1. •

Biogás

El biogás se compone mayoritariamente de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), que en dependencia del sustrato puede alcanzar valores entre 60 a 90% de metano, obteniendo además otros gases generalmente en concentraciones de trazas, entre los que se encuentran: Sulfuro de hidrogeno (H2S), nitrógeno (N2), hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO). La DQO eliminada de la corriente de entrada, excepto la destinada al crecimiento celular, se recupera en forma de biogás. Por ello la medida del caudal y su composición del biogás producido es un excelente indicador de la eficiencia del sistema. Un aumento importante de la concentración de dióxido de carbono o un descenso en la proporción de metano es indicativo de variaciones simultáneas en el pH y alcalinidad del líquido y anuncia un proceso de acidificación avanzada. 5.5.3.2.- Tratamiento aeróbico En los procesos aeróbicos la estabilización de los residuos se consigue mediante microorganismos aerobios y facultativos, quienes utilizan el oxígeno para descomponer la materia carbonácea orgánica. Los productos finales de la descomposición aerobia son: el dióxido de carbono, nitratos, sulfatos, agua y material celular, siendo estos productos muy estables ya que toda la energía del sustrato es utilizada en el crecimiento de los microorganismos. A menudo se necesita garantizar el ambiente aerobio. Esto se logra mediante el uso de aireación artificial por medio de difusores u otros sistemas mecánicos. Los procesos aeróbicos mas frecuentemente utilizados en el tratamiento de aguas residuales son los fangos activados, filtros percoladores y estanques de estabilización aeróbicas. 5.6.- ETAPAS TÍPICAS DE UN TRATAMIENTO INDUSTRIAL Según el grado de tratamiento, un sistema de tratamiento de aguas residuales consiste de las siguientes etapas: tratamiento preliminar, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario. A continuación se describen las etapas de tratamientos y los equipos y sistemas respectivos. 5.6.1.- Tratamiento preliminar El tratamiento preliminar es una operación física ya que se emplea para separar sólidos de gran tamaño, sólidos suspendidos y flotantes, grasas, y compuestos orgánicos volátiles. 5.6.1.1.- Objetivos del tratamiento preliminar El objetivo del tratamiento preliminar, es la remoción de la mayor parte de los sólidos y 16

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materiales flotantes, que se encuentran en el agua residual cruda y que pueden ocasionar problemas o bajar la eficiencia en las siguientes etapas del tratamiento, específicamente en tuberías y equipos de bombeo, filtración, aireación, etc. Las operaciones del tratamiento preliminar incluyen la remoción de partículas gruesas, natas flotantes, eliminación del material inerte como piedra, arena y ceniza, así como la determinación de las condiciones hidráulicas del afluente al sistema. En este proceso se incluyen los siguientes equipos: rejillas, tamices, desarenadores, tanques de homogeneización. 5.6.1.2.- Equipos utilizados en el tratamiento preliminar •

Rejillas

Son aquellos tipos de enrejado que se utilizan para la separación de sólidos gruesos y se ubican transversalmente al flujo. Al pasar el agua el material grueso queda detenido en el enrejado y debe ser retirado manualmente o con dispositivos mecánicos adecuados. Dependiendo del espacio libre entre las barras de las rejillas, se pueden distinguir entre rejillas para material grueso y rejillas para material fino. Debido a que las rejillas suelen estar ubicadas en el canal de ingreso, el retiro continuo del material atrapado constituye una función clave para mantener el funcionamiento ininterrumpido de la planta. •

Tamices

Los primeros tamices eran de disco inclinado o de tambor, y se utilizaban como mecanismo de separación estos consistía en placas de bronce o de cobre con ranuras fresadas. Los tamices se adaptan especialmente para aplicaciones industriales en el caso de sustancias finas, posibles de tamizar. En algunos casos, se puede recuperar de este modo, materiales útiles. •

Desarenadores

Los desarenadores tienen la finalidad de sedimentar las partículas minerales cuyo tamaño varían entre 0.2 y 2.0 mm, que están presentes en las aguas residuales, con el objetivo de proteger las unidades de tratamientos que están aguas abajo contra la acumulación de arena, detrito y otros materiales inertes, también para evitar el desgaste de las bombas. Existen dos tipos generales de desarenadores [9]: − Desarenador de Flujo horizontal Atraviesa el desarenador en dirección horizontal, y consiste en un canal por el que circula el agua a velocidad comprendida entre 20 y 40 cm/s, a esta velocidad se produce la sedimentación de las arenas, que se recogen en el fondo del canal, bien de forma manual o mecánica, la velocidad rectilínea del flujo puede ser controlada mediante las dimensiones de la instalación o el uso de secciones de control provistas de vertederos especiales situados en el extremo de aguas abajo del tanque. − Desarenador de tipo Aireado Consiste en un tanque de aireación con flujo espiral, en el que la velocidad es controlada por las dimensiones del tanque y la cantidad del aire suministrado al mismo. La velocidad de la rotación transversal o la agitación determina el tamaño de las partículas de peso específico dado que serán eliminadas. Si la velocidad fuese demasiado grande, la arena 17

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será arrastrada fuera del tanque y, si fuese demasiado pequeña, habrá materia orgánica que se depositara junto con la arena. Con el debido ajuste, se obtendrá una eliminación de casi el 100% y la arena quedara bien lavada. El agua residual se desplaza a través del tanque siguiendo una trayectoria helicoidal y pasa dos o tres veces por el fondo del tanque a caudal máximo, e incluso más veces con caudales menores. El agua residual deberá introducirse en dirección transversal al tanque. La perdida de carga requerida por este tipo de tanque es mínima. 5.6.2.- Tratamiento primario 5.6.2.1.- Objetivos del tratamiento primario El objetivo del tratamiento primario es remover a través de los procesos de sedimentación, coagulación, precipitación y flotación, contaminantes que se pueden sedimentar, como sólidos sedimentables y suspendidos y aquellos que puedan flotar, como son las grasas, aceite y espuma. Cierta cantidad de nitrógeno orgánico, fósforo orgánico, gérmenes patógenos y metales pesados asociados con sólidos son también removidos durante esta etapa de tratamiento, pero los constituyentes coloidales y disueltos no son afectados. Entre los diferentes tipos de tratamiento primarios se encuentran, trampa de grasa aireado, sistema de flotación acelerada, tanque de sedimentación primario, tanque Imhoff, etc. 5.6.2.2.- Equipos utilizados en el tratamiento primario •

Trampas de grasas

Consisten en un deposito dispuesto de tal manera que la materia flotante (aceite, grasa, jabón, etc.) ascienda y permanezca en la superficie del agua residual hasta que se recoja y elimine, la mayoría de los separadores de grasas son rectangulares o circulares y están provistos para un tiempo de retención de 1 a 15 minutos. La salida, que está sumergida, se halla situada en el lado opuesto a la entrada y a una cota inferior a ésta para facilitar la flotación y eliminar cualquier sólido que pueda sedimentarse. •

Equipo de flotación por disolución de aire (DAF)

Los sistemas de flotación acelerada se utilizan cuando los sólidos en las aguas residuales sedimentan deficientemente o no llegan a hacerlo, debido a su bajo peso especifico. A algunas sustancias se les puede hacer flotar en forma natural, reduciendo la velocidad del flujo, sin embargo, otras solo flotan con la adición de compuestos químicos o burbujas de aire. La flotación por disolución de aire no es más que el impulso ascendente de sustancias no disueltas, provocadas por burbujas de aire que se adhieren a la superficie de una suspensión. Para garantizar la flotación debe contarse con una aireación adecuada y asegurarse que las burbujas de aire se adhieran a las partículas suspendidas; para ello se reduce la tensión superficial del agua mediante la adición de aglomerantes, consiguiéndose así la formación de una espuma más nítida. Algunos sistemas de flotación tienen un proceso de generación de espuma antes de flotación en sí, en este caso, se añade aire y agentes floculantes o espumantes al agua antes que pase al estanque de flotación. En la mayoría de los casos, el sistema de flotación es utilizado para tratar el agua que contiene aceites, grasa, sólidos suspendidos, fibras e incluso arenas. De esta forma se logran separar algunos residuos utilizables en la planta de subproductos, además de una reducción de la carga contaminante mediante la separación de sustancias coloidales suspendidas, reduciendo simultáneamente el valor de la DBO5. 18

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•

Tanques de sedimentación primaria[9]

Tiene como finalidad sedimentar los sólidos fácilmente sedimentables y el material flotante, por tanto, reducir el contenido de sólidos suspendidos. Cuando se utilizan como único medio de tratamiento, estos tanques sirven para la eliminación de sólidos sedimentables capaces de formar depósitos de fango en las aguas receptoras y de gran parte de las materias flotantes. Si se emplea como paso previo a un tratamiento biológico, su función es reducir la carga en las unidades de tratamiento biológico. Los fangos de sedimentación primaria que estén proyectados y operados eficazmente, deberán eliminar del 50 al 65 % de los sólidos suspendidos, del 25 al 40 % de la DBO5. Los tanques de sedimentación se diseñan actualmente basándose en la carga superficial para el caudal medio, expresada en metros cúbicos por día y por metro cuadrado del área horizontal. La elección de la carga idónea depende del tipo de suspensión a separarse. El efecto de la carga de superficie y del tiempo de retención en la eliminación de los sólidos suspendidos varía mucho según el tipo de agua residual, proporción de sólidos sedimentables, concentración de sólidos, así como otros factores. Las cargas de superficies que se utilizan en la actualidad dan como resultado tiempos nominales de retención de 2 a 2.5 horas para el caudal medio del proyecto. El volumen de fango producido en los tanques de sedimentación dependerá: de las características del agua residual sin tratar, incluyendo su edad e intensidad, del periodo de sedimentación y el grado de tratamiento que se vaya a realizar en los tanques, del estado de los sólidos sedimentados, incluyendo el peso especifico, el contenido de agua y cambios de volumen producidos bajo la influencia de los dispositivos mecánicos de eliminación del fango o de la profundidad del tanque, y del periodo de tiempo transcurrido entre las operaciones de extracción de los fangos. 5.6.3.- Tratamiento secundario 5.6.3.1.- Objetivos del tratamiento secundario Se emplean en procesos biológicos - químicos, cuyo objetivo es eliminar la mayor parte de la materia orgánica, gérmenes, patógenos y nutrientes como nitrógeno y fósforo, a través de los procesos bioquímicos en los cuales los microorganismos son los responsables para la biodegradación. Los microorganismos pueden ser de tipo aeróbicos, anaerobios o facultativos (combinación de aeróbicos y anaerobios). Existen diferentes tipos de tratamiento secundario los cuales se distinguen en sistemas anaerobios, aerobios y facultativos, según los procesos aplicados, y que pueden ser combinados para lograr un mayor grado de remoción de contaminantes. Entre los más usados en Nicaragua se encuentran: Lodos activados, filtros percoladores, lagunas de estabilización, biofiltros, filtros anaerobios, etc. 5.6.3.2.- Equipos utilizados en el tratamiento secundario •

Digestor anaerobio

Existen muchos tipos de digestores anaerobios, sin embargo todos ellos comparten características invariables; consisten en depósitos cerrados herméticamente, son construidos con techo en forma de domo donde se deposita el biogás, poseen deflectores o sistemas de agitación y se construyen con purgas para la evacuación periódica de los lodos 19

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generados en su interior. Las diferencias entre los tipos de digestores radican principalmente en la forma de alimentación, su geometría, tiempo de retención, recirculación, la utilización de lechos filtrantes, características de operación entre otros. − Sobrecargas orgánicas / choques térmicos[15] Un incremento de carga orgánica o una disminución térmica, provoca una disminución en la actividad de los microorganismos implicados y, por ende, un aumento en la relación carga orgánica y actividad microbiana. Por ellos los efectos finales sobre el reactor suelen ser similares o estar en dependencia del sustrato utilizado, tipo de reactor y rango de temperatura de operación. El fenómeno más importante y temido es el de acidificación total del digestor, el cual se ha esquematizado en una serie de síntomas previos que se presentan a continuación: a) Aumento de la concentración de hidrógeno y gases trazas, como el CO, debido a la imposibilidad de los microorganismos hidrogenófilos, y en su caso los sulfatos y nitratos reductores, de metabolizar el hidrógeno reducido en exceso por los microorganismos acidogénicos. b) Acumulación de Ácidos Grasos Volátiles (AGV), principalmente ácido butírico (HnBu) y ácido propiónico (HPr) en un primer momento. Este fenómeno trae con sigo la disminución de alcalinidad de bicarbonatos, aumentando la relación de alcalinidad intermedia/ alcalinidad total (factor de alcalinidad). Se produce además una síntesis y posterior acumulación de ácidos de cadena más larga, apareciendo también compuestos ramificados. Si se trata de una sobrecarga orgánica los casos a y b van acompañados de un incremento en la producción de biogás. c) Se agota la reserva alcalina de bicarbonato, observándose por tanto un momento en la concentración de CO2 en gas y una disminución apreciable del pH. d) Por el efecto combinado pH-concentración de AGV se inhibe la actividad de las bacterias metanogénicas acetoclastas, aumentando en mayor proporción la concentración de acetato, obteniéndose como resultado final del ciclo el cese de la metanogénesis y una disminución final del pH, momento en el que se dice que el reactor está acidificado. Las acciones a emprender están basadas en tratar de restablecer la relación carga / actividad de microorganismos, por lo que algunas de las medidas posibles serán; cargar el digestor con lodos activos adicionales (proceso conocido como doping), aumenta temporalmente la temperatura (en el caso de que no se opere en un optimo superior), disminuir la carga orgánica o caudal de alimentación o proceder a una dilución del afluente. Las diferentes actuaciones no son equivalentes, pues la segunda medida favorece un lavado del sistema sobre todo si este no dispone de un proceso de retención eficaz de la biomasa. − Sobrecarga hidráulica[15] La sobrecarga hidráulica consiste en la alimentación del sistema a un caudal superior al del diseño, y está vinculado muchas veces con una sobrecarga orgánica. Los efectos que puedan observarse son similares de los antes explicados aunque, si los procesos de retención de la biomasa no funcionan adecuadamente, pueden producirse afectaciones del sistema al ser eliminadas una parte significativa de su biomasa. 20

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− Inhibidores Por accidente o por mala operación en la planta de proceso donde se generan las aguas residuales pueden entrar sustancias inhibitorias al sistema de tratamiento. Dependiendo de los efectos que ejercen, pueden ser considerados como inhibidor metabólico, inhibidor fisiológico o bactericida. Aunque en el primer momento los efectos que se observan pueden ser similares, la perdida de actividad del sistema y los efectos a medio y largo plazo son muy diferentes. Así, los compuestos del primer tipo causan una inhibición reversible, recuperándose la actividad bacteriana original una vez que el compuesto haya desaparecido del medio. Los inhibidores fisiológicos mantienen sus efectos durante algún periodo posterior, ya que afectan a componentes subcelulares de las bacterias. Los agentes bactericidas ejercen una acción catastrófica ya que causan la muerte de una gran parte de la flora microbiana. •

Filtro anaerobio[7]

Es una técnica en la cual se realiza un proceso biológico de depuración en ausencia de oxígeno molecular disuelto. El filtro se basa en la posibilidad de lograr una alta concentración de biomasa o microorganismos en el interior de un reactor, esto se alcanza a través de los siguientes mecanismos: Adhesión de microorganismos a un medio de soporte, formando una película biológica y atrapamiento de flóculos bacterianos en los intersticios del material que rellena el filtro percolador. El filtro percolador es una cámara en la cual se coloca el soporte o relleno (medios filtrantes), para favorecer la filtración. De acuerdo a las características del líquido residual a tratar existen diferentes combinaciones en las que se mencionan: ¾ ¾ ¾ ¾

Flujo ascendente y lecho ordenado Flujo ascendente y lecho desordenado Flujo descendente y lecho ordenado Flujo descendente y lecho desordenado

El filtro cuando el relleno es desordenado con flujo ascendente; el filtro anaerobio retiene la biomasa en suspensión por lo que el proceso puede ser considerado como una combinación de un lecho de lodos y un lecho fijo. − Operación del filtro anaeróbico y características ambientales El efluente pasa por un proceso de tamizado, con el objetivo de separar los sólidos en suspensión, y así evitar posibles obstrucciones en el lecho filtrante o material de soporte, corto circuitos o desviación del flujo ideal. El efluente se introduce al reactor mediante un sistema sencillo de distribución de la alimentación (canales, tuberías, etc.). Entre los materiales usados en el soporte del filtro anaerobio se tiene: piedra, anillo de cerámica o plástico, fragmentos arcillosos y materiales porosos. El material de soporte se coloca disperso para evitar la formación de caminos preferenciales, evitando de esta forma las zonas muertas. Es importante que el filtro o soporte posea una alta superficie y una amplia relación entre vacíos que permitan un mayor contacto entre la capa biológica y el agua residual. Se recomienda un periodo de retención de 12 a 24 horas. El filtro anaerobio puede utilizarse 21

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en procesos de recirculación cuando las entradas de cargas orgánicas son considerables, así como las variaciones del pH en el afluente. En el proceso de digestión anaerobia se produce biogás, el cual es altamente volátil, por lo que puede se usado como fuente de energía. La elevada concentración de microorganismos dentro del reactor permite que puedan alcanzar bajos tiempos de retención hidráulica y altas eficiencias. La actividad óptima se sitúa alrededor de los 35°C. Se puede trabajar a valores de pH entre 6 y 8 sin pérdidas significativas de actividad metanogénica. Se agota la reserva alcalina de bicarbonato, observándose por tanto un aumento en la concentración de CO2 en el gas y una disminución apreciable del pH. − Ventajas y desventajas de los filtros anaerobios Entre las ventajas se puede mencionar: elevada capacidad de tratamiento, apto para diferentes aguas residuales, requiere poca superficie y son resistentes a fluctuaciones de carga orgánica aplicada. Como desventajas se tiene: Puesta en marcha muy lenta, riesgo de oclusiones, se limitan a aguas residuales con poco sólidos suspendidos, sensibles a altas concentraciones de calcio y elevado costo del medio filtrante. Figura 5.6.3.2.-a: Esquema de un filtro Anaeróbico de Flujo Ascendente (FAFA)

1- Entrada del afluente. 2- Salida del efluente. 3- Salida del gas. 4 – Salida del lodo. 5-Relleno. •

Biofiltros[1]

El biofiltro es un filtro biológico que utiliza un lecho filtrante de grava o piedra volcánica, sembrado en su superficie con plantas de pantano y atravesado de forma horizontal o vertical con aguas residuales pretratadas. Este ambiente sostenedor y promotor de la vida microbiana se mantiene principalmente gracias a la presencia de dos ciclos naturales mayores: el del agua como fuente de abastecimiento y el del carbono como nutriente. También puede añadirse como indispensables los ciclos del nitrógeno, del fósforo, del

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azufre y de otros elementos, ya que las fuentes de nutrientes orgánicos y los microorganismos poseen esos elementos en distintas concentraciones. Este tipo de sistema resulta ser efectivo en el tratamiento secundario de aguas residuales, funcionando automáticamente y sin gastos para suministros de energía, aplicación de aditivos químicos o control instrumentado. El sistema no tiene piezas móviles o partes de tecnología avanzada, por eso el mantenimiento y/o reparaciones no es costoso ni exigente. − Funcionamiento Las bacterias, responsables para la degradación de la materia orgánica, utilizan la superficie del lecho filtrante para la formación de una película bacteriana y de esta manera existe una población bastante estable que no es arrastrada hacia la salida del sistema. El suministro del oxígeno de la atmósfera al subsuelo en el biofiltro se realiza a través de las raíces de plantas de pantano, formándose alrededor de las raíces una población de bacterias aeróbicas. Las plantas aportan oxígeno atmosférico a la rizósfera a través de las hojas, tallos y rizomas. El agua residual se trata así aeróbicamente por la actividad microbiana en la rizósfera y anaerobiamente en los poros de las piedras del lecho filtrante. − Descripción del biofiltro de flujo horizontal El biofiltro de flujo horizontal consiste de pilas rectangulares con profundidades que oscilan entre 0.6 y 1m, rellenados con grava o piedras volcánicas y sembradas con plantas de pantano. En este tipo de sistemas de aguas residuales fluyen lentamente, desde su distribución a la entrada de la pila, a través del lecho filtrante en una trayectoria horizontal hasta que llegan a la zona de recolección y salida del efluente. Durante este recorrido que dura normalmente varios días, el agua residual esta en contacto con zonas aeróbicas y anaerobias, de las cuales las zonas aeróbicas están ubicadas alrededor de las raíces y rizomas (tallos subterráneos) de las macrófitas, y las zonas anaerobias están ubicadas en las áreas lejanas a los rizomas donde las bacterias anaerobias usan las piedras del lecho filtrantes como base para el desarrollo de la película bacteriana. Durante el paso del agua residual a través de las diferentes etapas de tratamiento, es depurada por la degradación microbiológica y procesos físicos-químicos para mantener la eficiencia del sistema durante muchos años y evitar la obstrucción de los poros del lecho filtrante por lo que se necesita un pretratamiento eficiente, que incluye la separación del material grueso, nata flotante y sólidos sedimentables y suspendidos, a través de una rejilla, un desarenador y un tanque de sedimentación (tanque Imhoff, tanque séptico de 2 ó 3 cámaras). − Características principales del biofiltro de flujo horizontal 1.- La cantidad de oxigeno transportado por medio de las hojas y tallos hacia las raíces de las macrófitas, es un factor limitante para la descomposición aeróbica en la rizósfera, dándose la nitrificación solo a niveles bajos. 2.- Las raíces de las macrófitas crecen vertical y horizontalmente, abriendo así una vía o ruta hidráulica a través de la cual fluye el agua. 3.- Los sistemas de este tipo varían dependiendo de las siguientes condiciones: topografía y pendiente del terreno donde se construye la planta de tratamiento, disposición y tipos de 23

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los materiales locales de construcción, selección de las obras para la distribución y recolección de las aguas residuales y selección de plantas de pantano a sembrar. 4.- El tiempo de retención oscila en el rango de 3 a 7 días, en dependencia del grado deseado de remoción de microorganismos patógenos. Figura 5.6.3.2.-b: Esquema de un Biofiltro de flujo horizontal utilizado en Nicaragua[1]

Macrófitas

Cuerpo de piedra gruesa de φ 2” - 4” para drenaje del efluente

Nivel del lecho filtrante

Canal de distribución del afluente al Biofiltro

Nivel del agua Caja de recolección 100 cm

Cuerpo de piedra gruesa (2” - 4”) Capa impermeable de arcilla compactada

•

Lecho filtrante de piedrín Tubería de o escoria volcánica drenaje

Al cuerpo receptor o riego agrícola

Lagunas de estabilización [2,8]

El termino lagunas de estabilización se describe como un estanque construido de tierra, de profundidad reducida (< 5m), diseñados para el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales, por medio de la interacción de la biomasa, materia orgánica de desecho y otros procesos naturales. La finalidad de este proceso es entregar un efluente de características múltiples establecidas. Existen varias formas de clasificar las lagunas; de acuerdo con el contenido de oxígeno pueden ser: anaerobias, aeróbicas y facultativas. Si el oxígeno es suministrado artificialmente con aireación mecánica o aire comprimido se denominan lagunas aireadas. De acuerdo con el lugar que ocupan, con relación a otros procesos, las lagunas pueden clasificarse como primarias o de aguas residuales crudas, secundarias si reciben efluentes de otros procesos de tratamiento y, de maduración si su propósito fundamental es reducir el número de microorganismos patógenos. •

Lagunas anaerobias

Este proceso de tratamiento opera bajo una condición de ausencia de oxígeno libre y esta caracterizado por el empleo de una alta carga orgánica y por consiguiente un corto periodo de retención. El aspecto físico de estas lagunas es de coloración gris o negra, cuando por efecto de una carga adecuada, presentan condiciones de fermentación de la materia orgánica. Sin embargo se han observado lagunas diseñadas como anaeróbicas que en la etapa de operación inicial y con cargas reducidas, no han llegado a establecer las

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condiciones anaeróbicas y presentan una coloración rosada, lo cual es característico de la presencia de bacterias del sulfuro. Las lagunas anaerobias pueden ser usadas por una primera etapa en el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales y presentan una serie de factores positivos y negativos que tienen que ser considerados antes de su uso. Entre las ventajas podemos mencionar: bajos costos debido a que los requerimientos de área son reducidos, son aptas para tratar altas concentraciones y son empleadas con éxito en el tratamiento de una variedad de desechos industriales biodegradables. Como desventajas se tienen que el proceso es muy sensible a factores ambientales y operativos como: temperatura, variaciones bruscas de carga y de pH, lo cual reduce su eficiencia produciendo un efluente de mala calidad. La acumulación de natas presenta un aspecto desagradable y condiciones estéticas desfavorables, lo cual normalmente incide en el mantenimiento. El efluente del proceso tiene un alto contenido de materia orgánica y color, lo que hace necesario una siguiente fase de tratamiento. Los malos olores ocasionales y sobre todo en los primeros años de la operación, con bajas cargas las hacen indeseables en la cercanía de viviendas, por lo que deben ser construidas a considerables distancias con límites urbanos. Debido a su reducida área la acumulación de sólidos es más rápida que en otros tipos de lagunas, lo cual produce una degeneración de la calidad del efluente y requiere de una limpieza de lodos mas frecuente. •

Lagunas facultativas[15]

Son estanques de 1.2 a 2 m. de profundidad y su contenido de oxígeno varía de acuerdo a la profundidad y la hora del día. Su ubicación como unidad de tratamiento en sistemas de lagunas puede ser como laguna primaria única o unidad secundaria después de lagunas anaeróbicas o aireadas. El mecanismo característico de las lagunas facultativas ocurre en el estrato superior y corresponde a una simbiosis o comensalismo de bacterias aeróbicas y algas. Las bacterias heterotróficas descomponen la materia orgánica produciendo compuestos inorgánicos solubles y bióxidos de carbonos. La cantidad de oxígeno requerido para esta degradación es suministrada principalmente por el proceso de fotosíntesis. Las bacterias forman el oxígeno proveniente de las algas para la descomposición de la materia orgánica y estas a su ves lo producen a través del mecanismo de fotosíntesis, cuya reducción de producción se debe a la formación de CO2, NH3, PO4, H2O y otros compuestos simples. En la laguna facultativa existen 3 zonas: ¾ Una zona superficial en las que existen bacterias aeróbicas y algas en una relación simbiótica. ¾ Una zona inferior anaerobia en la que se descompone activamente los sólidos acumulados por la acción de las bacterias anaerobias. ¾ Una zona intermedia que es parcialmente aerobia–anaerobia en la que la descomposición de los residuos orgánicos la llevan a cabo las bacterias facultativas.

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Lagunas de maduración [2,5]

Son lagunas de escasa profundidad entre 0.8-1m, que reciben efluentes previamente tratados, de modo que la luz penetre totalmente y las condiciones aeróbicas se den en todo el estanque. La oxidación de las bacterias aeróbicas y la fotosíntesis de las algas, que proliferan en gran medida, son los principales procesos biológicos que se producen en ella. Según la OMS, un efluente de una laguna facultativa, con una DBO5 soluble de 50 a 70 mg/L, puede tratarse mediante una o más lagunas de maduración y reducírsele su DBO5 soluble a menos de 25 mg/L. Las lagunas de maduración se construyen generalmente con tiempos de retención de 3 a 10 días cada una, mínimo 5 días cuando se usa una sola y profundidades de 1.0 a 1.5 metros. En la practica, el número de lagunas de maduración lo determinan el tiempo de retención necesaria, que permita alcanzar la remoción de coliformes fecales requerida. •

Lagunas de estabilización aireadas [5,15]

Una laguna aireada es un depósito en el que el agua residual se trata en la modalidad de flujo continuo sin o con recirculación de sólidos. La principal función en este proceso es la conversión de la materia orgánica. Normalmente se suele aportar oxígeno con aireadores superficiales o con sistemas de difusión de aire. Al igual que en otros sistemas de cultivo en suspensión, la turbulencia creada por los sistemas de aireación se utiliza para mantener en suspensión el contenido del depósito. Dependiendo del tiempo de retención, el efluente de una laguna aireada puede contener entre un tercio y la mitad de la DBO5 afluente, en forma de tejido celular. La mayor parte de estos sólidos se debe eliminar por decantación antes de la descarga del efluente (un tanque de sedimentación o un estanque suele ser elementos habituales en la mayoría de los sistemas de lagunaje). Si se realiza la recirculación de sólidos a la laguna, el proceso no presenta diferencia alguna con proceso de fangos activados modificado. Se utilizan para reducir las sustancias orgánicas que contienen el desagüe crudo o tratado mecánicamente, en ves de oxígeno de las algas o de su incorporación natural de la atmósfera, se introduce aire en la laguna por medios mecánicos o distribuidores de aire. Un estanque de estabilización aerobia contiene bacterias y algas en suspensión, existiendo condiciones aeróbicas en toda su profundidad. Existen dos tipos básicos de estanques aerobios. En el primer tipo, el objetivo es maximizar la producción de algas, la profundidad de este tipo de estanques se suele limitar entre 15 y 50 cm. El segundo tipo de estanque, el objetivo es maximizar la cantidad de oxígeno producido, y se emplean profundidades de hasta 1.5 m. En ambos tipos, el oxígeno, además del producido por las algas, penetra en el líquido por la difusión atmosférica. Para optimizar los resultados, es conveniente mezclar periódicamente el contenido de los estanques por medio de bombas o de aireadores de superficie. En los estanques aerobios, la eficacia de la eliminación de la DBO5 es alta, situándose por encima del 95%. Sin embargo, es necesario recordar que, aun cuando se halla conseguido eliminar la DBO5 soluble del agua residual a tratar, el alto contenido en algas y bacterias del efluente del estanque puede ejercer valores de la DBO5 superiores a los del afluente.

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Sistemas de lodos activados

El lodo activado consiste en una masa floculenta de microorganismos, materia orgánica muerta y materiales inorgánicos; tiene la propiedad de poseer una superficie altamente activa para la absorción de materiales coloidales y suspendidos, a la cual debe su nombre de activado. El resultado final es una porción de materia orgánica, susceptible de descomposición biológica, convertida en compuestos inorgánicos y el resto transformada en lodo activado adicional. El medio ambiental de un sistema de lodos activados puede considerarse un medio acuático, es colonizado por microorganismos muy variados, como bacterias, hongos, protozoos y metazoos pequeños; la agitación constante y la recirculación de los lodos hacen, sin embargo el medio inhóspito para la macro fauna acuática. Básicamente, la comunidad de lodos activados puede ser muy variable y depende de: ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Naturaleza del suministro alimenticio Concentración del alimento Turbulencia Temperatura Tiempo de aireación ¾ Concentración de lodos -

Descripción del proceso

Las aguas residuales crudas fluyen en el tanque de aireación con su contenido de materia orgánica (DBO5) como suministro alimenticio. Las bacterias metabolizan los residuos produciendo nuevas bacterias utilizando oxigeno disuelto y liberando dióxido de carbono. Los protozoos consumen bacterias para obtener energía y reproducirse. Una porción del crecimiento bacterial muere, liberando su contenido celular en la solución para una nueva síntesis en células microbiales. La mezcla líquida, aguas residuales con floc biológico en suspensión, es separada en un sedimentador; se recircula floc sedimentado continuamente al tanque de aireación y se descarga el efluente clarificado. El sistema de lodos activados es un proceso estrictamente aerobio, ya que el floc microbial se mantiene siempre en suspensión en la mezcla aireada del tanque, en presencia de oxígeno disuelto. La transferencia de oxígeno ocurre en dos etapas, las burbujas de aire se crean, mediante aire comprimido, a través de un difusor o por medio de aireación mecánica, para introducir oxigeno en el líquido mediante mezcla turbulenta. •

Sistema convencional de lodos activados

Los lodos recirculados y el agua residual proveniente del sedimentador primario, si lo hay, entra en el tanque de aireación, donde son aireados y mezclados a medida que la mezcla líquida (lodos + agua residual) fluye a lo largo del tanque. Los microorganismos estabilizan aeróbicamente la materia orgánica en el tanque de aireación y fluye el sedimentador secundario donde el floc biológico es separado del agua residual dejando un efluente claro de bajo contenido orgánico. Una porción de los lodos es recirculada al tanque de aireación como simiente y el exceso, enviado al sistema de tratamiento y disposición de lodos.

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Figura 5.6.3.2.-c: Esquema del proceso de lodos activados

Residuo

Tanque de aireación

Sedimentador Secundario

Efluente

Lodos activados

Exceso de lodos

− Lodos activados del tipo SBR[7,8] El SBR es un sistema de tratamiento aeróbico de aguas residuales conocido por sus siglas en ingles “Sequencing Batch Reactor” (SBR). Este es un sistema de tratamiento biológico aireado de alta carga, en medio suspendidos o disperso, dentro del tipo de lodos activados, cuyo funcionamiento se basa en la secuencia de ciclo de llenado y vaciado, el que está compuesto por microorganismos que son capaces de romper y metabolizar los principales contaminantes presentes en el agua residual. Los dos principales métodos para la aireación del agua residual son: (1) la introducción en el agua residual de aire u oxígeno puro mediante difusores sumergidos u otros sistemas de aireación, y (2) agitación mecánica del agua residual para promover la disolución de aire de la atmósfera. Para determinar el tipo de sistema de lodos activados se debe tomar en cuenta lo siguiente: (1) criterios de carga; (2) selección del tipo de reactor; (3) producción de fangos; (4) transferencia y necesidad de oxígeno; (5) necesidad de nutrientes; (6) exigencias ambientales; (7) separación de las fases sólidas líquidas y (8) características del efluente. − Funcionamiento y parámetros de operación del SBR Todos los sistemas SBR tienen en común cinco etapas que tienen lugar de forma secuencial: (1) llenado, (2) reacción (aireación), (3) sedimentación (clarificación), extracción (vaciado por decantación), y (5) fase inactiva. − Llenado El objetivo de esta fase es la adición de sustrato (agua de afluente inicial) al reactor. Esta fase permite que el nivel del líquido en el depósito ascienda desde cerca del 25% de la capacidad (al final de la fase inactiva) hasta el 100% de su capacidad. Este proceso suele llevar aproximadamente el 25% de la duración total del ciclo. − Reacción El propósito de esta fase es que se completen las reacciones iniciadas durante la fase de llenado. Suele ocupar el 35% de la duración total del ciclo. 28

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− Sedimentación El objetivo de esta fase es permitir la separación de sólidos, para conseguir un sobrenadante clarificado como efluente. En un reactor de este tipo, este proceso suele ser mucho más eficiente que en un reactor de flujo continuo debido a que el contenido del reactor esta completamente en reposo. − Vaciado El propósito de la fase de vaciado es la extracción del agua clarificada del reactor. Actualmente se emplean muchos métodos de decantación, siendo los mas empleados los vertederos flotantes o ajustables. El tiempo que se dedica al vaciado del reactor puede variar entre el 20 y el 50% de la duración total del ciclo. − Parámetros de operación del SBR Los nutrientes, fundamentalmente el nitrógeno y el fósforo, deben estar presentes en las cantidades y proporciones adecuadas. El exceso de nutrientes no tiene efecto negativo en el tratamiento excepto el de favorecer, en algunos casos el crecimiento de algas. Él oxígeno disuelto, es otro factor ambiental importante para un tratamiento eficiente, se controla con los dispositivos de aireación y su valor mínimo es de 0.5 mg/L todo el tiempo y en cualquier punto del reactor. Es deseable tener valores mayores que 1.0 mg/L. El pH es otro factor a considerar. Debe estar como mínimo entre 6 y 9, pero se prefiere entre 7 y 8. Por debajo de los 6.5 empieza a predominar los hongos, que son filamentosos y de bajo nivel de sedimentación, afectando negativamente la sedimentación de los lodos. Con valores mayores de 9 se retarda la tasa de reacción metabólica de los microorganismos. La temperatura, en general se considera con un aumento de 10 oC duplica las tasas metabólicas. Por encima de 35 oC en los sistemas aeróbicos, de lodos activados empieza a desestabilizarse. − Ventajas y desventajas del SBR Este tipo de sistema tiene las siguientes ventajas: Buena calidad de las aguas tratadas, no produce olores desagradables, son más baratos de construir que los sistemas convencionales de lodos activados por requerir menos área, control automático de las operaciones, aunque también pueden ser operados manualmente y no requieren una regulación del pH en el efluente. Dentro de las desventajas se mencionan: demanda de energía eléctrica diaria y durante períodos prolongados, implicando altos costos de operación y mantenimiento, sensibilidad a los cortes de energía eléctrica, dependencia de repuestos mecánicos y electromecánicos y generación de grandes volúmenes de lodos que requieren extensas áreas de secado.

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5.6.4.- Tratamiento terciario [8,9] El tratamiento terciario y/o avanzado del agua residual se emplean cuando los constituyentes del agua residual no pueden ser removidos o reducido por el tratamiento secundario hasta el nivel requerido. 5.6.4.1.- Objetivos del tratamiento terciario El objetivo principal de los tratamientos terciarios es mejorar la cantidad del efluente a través de tratamientos específicos como son: desnitrificación (remoción de nitratos y nitritos), cloración o radiación ultravioleta (eliminación de patógenos) y precipitación química (remoción de fósforo), en la cual se dan principalmente tres tipos: − Eliminación biológica de fósforo: este se elimina mediante la incorporación de ortofósfato, polifósfato y fósforo orgánico al tejido celular. El factor critico en la eliminación biológica del fósforo es la exposición de los organismos a secuencias alternadas de condiciones aeróbicas y anaerobias. El fósforo no solo se emplea para el mantenimiento celular, síntesis y transporte de energía, si no que también se almacena para su uso posterior. − Eliminación biológica conjunta de nitrógeno y fósforo: mediante nitrificación y Desnitrificación biológica y eliminación de fósforo. − Eliminación de fósforo por adición de reactivos químicos: la adición de determinado producto químico al agua residual y su combinación con el fosfato existente, da lugar a la formación de sales insolubles o de baja solubilidad. Los principales productos químicos empleados son la alúmina, el aluminato de sodio, el cloruro férrico y la cal. Los factores que afectan la elección de los productos químicos para la eliminación de fósforo por precipitación son los sólidos suspendidos en las aguas residuales, el nivel del fósforo en el efluente, el costo de los reactivos, la alcalinidad, los métodos de evaluación final y la compatibilidad con otros procesos del tratamiento de la planta. 5.7.-LODOS PROVENIENTES DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES [5] 5.7.1.- Definición de lodos Los lodos son partículados orgánicos e inorgánicos en las aguas residuales como sólidos sedimentables, flotantes y en suspensión. Separados del agua residual durante las distintas etapas de tratamiento. 5.7.2.- Tipos y cantidades de lodos Los lodos que se producen en los procesos de tratamiento de aguas son principalmente los siguientes: − Lodos primarios provenientes de desarenadores y rejillas: incluyen arena y sólidos pesados de sedimentación rápida; pueden contener materia orgánica, especialmente grasas.

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− Lodo primario proveniente de la sedimentación de aguas residuales: Lodo de color gris pegajoso, de olor ofensivo, proveniente de los sedimentadores primarios, generalmente fácil de digerir. − Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residuales (lodos activados), son de color carmelita y floculentos, volviéndose séptico muy rápido de color oscuro, necesitándose tratamiento para ser estabilizados y no putrescibles. Los lodos crudos de los tanques de sedimentación primarios, junto con los lodos biológicos de los tanques finales, se deben concentrar y estabilizar antes de deshacerse de ellos en terrenos. La digestión aerobia o anaerobia es el método más usual para conseguir esto, y puede ser suficiente y no requerirse más desecación u oxidación antes de la eliminación final. Las cantidades de lodos por procesar varían con el tipo de proceso de tratamiento de aguas residuales en el que se emplean. El volumen de lodos que se produce con sedimentación gravitatoria se puede determinar si se conoce el porcentaje de separación de sólidos suspendidos y la concentración del material sedimentado. Las cantidades que se producen por procesos biológicos aerobios dependen de la carga de DBO5. Para sistemas de películas fijas como los filtros percoladores, el excedente de producción de lodos biológico por lo común es entre 0.3 y 0.5 g SVS/g (sólidos volátiles suspendidos) de DBO5 aplicada, en donde el valor más bajo corresponde a cargas de DBO5 ligeras y el mayor a cargas más fuertes. En los sistemas de tratamiento de lodos activados provenientes de aguas domesticas, la producción está en un rango de 10 kg de lodo por 1kg de DBO5 degradado, lo que equivale a 5 L/hab día de lodos crudos [12]. 5.7.3.- Caracterización de los lodos [11] Los lodos en bruto originales forman un líquido negro, mal oliente con 97 ó 98% de agua. Asimismo, es muy probable que contengan microorganismos patógenos. Si no hay presente otros microorganismos patógenos este lodo puede tratarse para convertirse en materia orgánica rica en nutrientes y utilizable como fertilizante orgánico, de los cuales existen cuatro métodos: la digestión anaerobia, la preparación de composta, la pasteurización y la estabilización con cal. Ninguno de estos métodos recoge sustancias tóxicas como metales pesados o compuestos sintéticos orgánicos no biodegradables ya que no serian aptos para su utilización como fertilizantes orgánicos. 5.7.4.- Digestión aeróbica [8,13] La digestión aerobia es un método de tratar los fangos orgánicos producidos en el curso de las diversas operaciones de tratamientos. Los digestores aeróbicos se usan para tratar: únicamente lodos activados o de filtros percoladores; mezclas de lodos activados o de filtros percoladores con fangos primarios, o lodos biológicos en exceso procedente de las plantas de tratamiento de lodos activados sin sedimentación primaria. Actualmente suelen emplearse dos variantes del proceso de digestión aerobia: (1) el sistema convencional y (2) el sistema con oxígeno puro, aunque también se ha empleado la digestión aerobia termófila. 31

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5.7.4.1.-Descripción del proceso aeróbico La digestión aerobia es semejante al proceso de lodos activados. Cuando la aportación de substrato disponible (alimento) se haya agotado, los microorganismos comenzaran a consumir su propio protoplasma a fin de obtener energía para las reacciones de mantenimiento de las células. Cuando esto ocurre se dice que los microorganismos se encuentran en su fase endógena. El tejido celular es aeróbicamente oxidado a anhídrido carbónico, agua y amoniaco. Sin embargo, debe indicarse que solo el 75 al 80% del tejido celular puede realmente ser oxidado. El 25 o 20% restante lo constituyen compuestos orgánicos y componentes inertes que no son biodegradables. El amoniaco procedente de esta oxidación es seguidamente oxidado a nitrato al proseguir la digestión. Cuando el lodo activado o el procedente de filtro percolador se mezcla con lodo primario y la combinación resultante haya de ser digerida por vía aerobia, habrá oxidación directa de la materia orgánica contenida en el lodo primario y oxidación endógena del tejido celular. 5.7.4.2.-Ventajas y desventajas de la digestión aeróbica Dentro de las ventajas se pueden mencionar: (1) reducción de sólidos volátiles aproximadamente igual a la obtenida por vía anaerobia; (2) menores concentraciones de DBO5 en el líquido sobrenadante; (3) formación de un producto final inodoro, parecido al humus que es biológicamente estable y que puede ser fácilmente eliminado; (4) producción de un lodo con excelentes características de deshidratación; (5) recuperación de los valores fertilizantes básicos de lodos; (6) menores problemas operativos, y (7) menor inversión de capital. Entre las principales desventajas del proceso de digestión aerobia son los elevados costos de energía cuando se utiliza el sistema con oxígeno puro y difícil recuperación de subproductos útiles como el metano. 5.7.5.-Digestión anaeróbica La digestión de lodos se aplica con el propósito de producir un compuesto final más estable y eliminar cualquier microorganismo patógeno presente en el lodo crudo. La digestión anaerobia se usa principalmente para estabilizar lodos primarios y secundarios. El primario es un lodo digerible con fuerte olor fecal. La reducción de sólidos volátiles es el criterio usado para medir el rendimiento de los procesos de digestión de lodos. El resultado de la digestión es reducir con el contenido volátil a cerca del 50% y los sólidos a aproximadamente un 70% de los valores originales. Los sólidos orgánicos remanentes son de naturaleza homogénea, relativamente estables, con olor a alquitrán; sin embargo, la deshidratación del lodo digerido es difícil. El proceso convencional de digestión anaerobia se efectúa en dos etapas: La primera, con calentamiento y mezcla, produce la mayor cantidad de gas y la segunda es una etapa de asentamiento tranquilo usada para el almacenamiento, espesamiento del lodo digerido y la formación de un sobrenadante claro. El sobrenadante, rico en material orgánico soluble (DBO5 hasta 10.000 mg/L), sé recircula para tratamiento aerobio en la nata y el lodo digerido es extraído para secado y disposición final.

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5.7.5.1.-Ventajas y desventajas de la digestión anaeróbica Dentro de las ventajas se pueden mencionar una mayor mortalidad de microorganismos patógenos, permite reducir el contenido de SV acerca del 50%, se produce una, mayor cantidad de gas metano, permite una alta tasa de destrucción de materia orgánica y el lodo digerido presenta mejores características que cuando se trata aeróbicamente. De las desventajas podemos mencionar la generación de malos olores y difícil deshidratación del lodo digerido. 5.7.6.- Valor y utilización de los lodos [5] Si el agua residual tratada no contiene sustancias tóxicas, el caso de las aguas procedentes de las industrias alimenticias, pueden ser reutilizadas como mejorador de suelos en el cual se pueden establecer un ciclo sostenible de nutrientes en el suelo. En el caso de otros tipos de aguas residuales industriales en la que existe la presencia de metales pesados es necesario la realización de análisis previo de forma cuidadosa a los lodos 5.8.-ESTIMACIÓN DE COSTO POR METRO CÚBICO DE AGUA TRATADA. Lo más importante es identificar el costo por metro cúbico de agua residual industrial tratada a un nivel de eficiencia en las normas de vertido establecidas en el decreto 33-95 del MARENA, ya que es evidente que los sistemas de tratamiento por biodegradación natural resultan ser aparentemente menos costosos que los sistemas de tratamientos industrializados (Planta paquete). 5.8.1.- Determinación de costos Es necesario hacer una comparación de costos de diferentes sistemas de tratamiento de aguas residual para hacer la selección de la alternativa del costo mínimo. Dicho costo depende, básicamente, del costo de construcción, de los costos de operación y mantenimiento y de la vida útil. •

Costos de construcción

El costo de construcción o de obras civiles implica todas las erogaciones que deben involucrarse para construir y equipar totalmente una planta de tratamiento hasta la prueba de estructuras. •

Costos de operación

Dentro de los costos de operación se puede distinguir tres rangos principales que son: Personal, energía eléctrica, agua y reactivos. •

Costos de mantenimiento

Entre los costos de mantenimiento se consideran: El mantenimiento preventivo para los equipos, esencialmente equipos electromecánicos y mantenimiento de obras civiles.

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VI.- MATERIAL Y MÉTODO 6.1.- ÁREA DE ESTUDIO El área de estudio de este trabajo monográfico está conformado por la comparación técnica y económica de los siguientes sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales de cuatro diferentes empresas de procesamiento de alimentos, ubicados en distintas ciudades del país: La Gateada, Chontales (Procesadora de lácteos LA MONTAÑA conformado por un filtro o digestor anaerobio y Biofiltros); Camoapa, Boaco (Procesadora de productos lácteos Masiguito y San Francisco de Asís, conformada por un sistema de lodos activados en Batch (SBR)); Managua-Tipitapa (Procesadora de pollos INDAVINSA conformado por un DAF, digestor anaerobio y laguna de estabilización) y Managua (Planta de producción de cerveza COCECA conformado por un digestor anaerobio y laguna aireada con recirculación de lodos), de estos cuatro sistemas evaluados tres se encuentran en funcionamiento con excepción del sistema de tratamiento de Masiguito por presentar problemas o fallas mecánicas en el O.K.I (aireador), cuyos repuestos solo se encuentran en el extranjero y tienen un elevado costo. 6.1.1.- Aguas residuales industriales provenientes de la planta procesadora de lácteos “LA MONTAÑA”. 6.1.1.1.- Origen de las aguas residuales de “LA MONTAÑA”. Las aguas residuales que se originan de la planta procesadora de lácteos LA MONTAÑA, provienen de diferentes áreas las cuales son: −

Área de recepción de la leche: lavado de pichingas o burulas en donde se transporta la leche. − Área de proceso de elaboración de los productos lácteos: lavado de equipos (pasteurizador, tanque de enfriamiento), pisos, paredes, tinas, mantas, utensilios y lavamanos. − Área de empaque: lavado de pisos, estantes y utensilios. − Área de cuartos fríos: lavado pisos. Los principales contaminantes provenientes de estas aguas residuales son: desperdicios de queso, grasa, desinfectantes, detergentes y suero, este último en pequeñas cantidades producto del descuido de los operarios al provocar derrames. 6.1.1.2.- Sistema de tratamiento de la planta procesadora de lácteos “LA MONTAÑA”. Este sistema de tratamiento esta ubicado en el Km. 218 de la carretera a El Rama, en el municipio de La Gateada, Chontales, fue construido en el año 2001-2002 y tiene una extensión de aproximadamente 1,720 m2 (dato proporcionado por la empresa). Esta planta cuenta con un pretratamiento, que está conformado por: una rejilla, cuya función es retener sólidos gruesos, tales como restos de queso y un desarenador donde se acumula arenas y demás materiales pesados, al mismo tiempo el desarenador funciona como trampa de grasa en donde se eliminan por flotación las sustancias que tienen un peso específico menor que la del agua tales como grasas y aceites.

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Un tratamiento primario que consta de una pila de hidrólisis o igualación y un digestor anaerobio, la pila de hidrólisis tiene la función de homogeneizar diferentes caudales y cargas de las aguas de proceso, ya que tiene un tiempo de retención de 18 horas, este proceso conlleva la transformación por vía enzimática (hidrólisis) de los compuestos de alto peso molecular en compuestos que puedan servir como fuentes de energía y de carbono celular. El digestor tiene la función de descomponer la materia orgánica en ausencia de oxígeno, producto de esta descomposición se obtiene biogás que es una fuente de energía, también de los lodos acumulados en el digestor, una vez tratados pueden ser utilizados como mejorador de suelos[5]. El tratamiento secundario lo conforman dos filtros de flujo descendente y dos biofiltros de flujo horizontal, el primero tiene la función de reducir la materia orgánica carbonácea y garantizar que el agua entre a los biofiltros libre de floculos procedentes del digestor que puedan obstruir el lecho filtrante de los biofiltros de flujo horizontal (ver Figura 6.1.1.2-a). Todos los sólidos retenidos en el pretratamiento y los lodos generados en el tratamiento primario son tratados en una pila de secado de lodo.

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Figura 6.1.1.2.-a: Esquema general del sistema de tratamiento de aguas residuales “LA MONTAÑA”. PLANTA DE PROCESO AFLUENTE

Rejilla Etapa de pretatamiento

1 Desarenador y Trampa de grasa 2 Tanque de igualación y Homogenización (Pila de Hidrólisis)

Tratamiento Primario

Criba

Dispositivo de Control de pH (NaOH)

3 Digestor Anaerobio 4 Filtro de Flujo Descendente Tratamiento Secundario

5 Biofiltro

6 Efluente (Cauce Natural)

•

Puntos de muestreo

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6.1.2.- Aguas residuales industriales provenientes de las plantas procesadoras de lácteos “COOPERATIVAS MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. 6.1.2.1.- Origen de las aguas residuales de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. Las aguas residuales que se originan de la planta procesadora de lácteos Masiguito y San Francisco de Asís, provienen de diferentes áreas del proceso de producción las cuales son: − Área de recepción de la leche: lavado de pichingas en donde se transporta la leche. − Área de proceso elaboración de los productos lácteos: lavado de equipos, pisos, paredes, utensilios y lavamanos. − Área de empaque: lavado de equipos, pisos, estantes y utensilios. − Área de cuartos fríos: lavado de pisos. Los principales contaminantes provenientes de las aguas residuales son: desperdicios de queso, grasa, desinfectantes, detergentes. 6.1.2.2.- Sistema de tratamiento de las Plantas procesadoras de lácteos “COOPERATIVA MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. Este sistema de tratamiento esta ubicado en la localidad de Rancho Rojo, Camoapa, Boaco, fue construido en el año 2000-2001 y tiene una extensión de aproximadamente 1,720 m2 (este dato fue proporcionado por la empresa). Este sistema de tratamiento es compartido por dos empresas, la cooperativa Masiguito y la cooperativa San Francisco de Asís, el cual consta con un pretratamiento, que esta conformado por un dispositivo llamado trampa de grasa que tiene la función de separar las grasas y aceites presentes, esto se realiza por diferencias de densidad entre el agua y las grasas, posteriormente es bombeada hacia el tanque de aireación. El tratamiento secundario consta de un tanque de aireación de lodos activados tipo SBR, este se desarrolla en tres etapas: Primera fase: Llenado y aireación En esta fase el agua residual entra al tanque de aireación, el que está equipado con un soplador y un aireador los que se mantienen encendidos por un tiempo de mezcla de 20 horas, garantizando la transferencia de oxígeno al agua residual y asegurando una mezcla adecuada para lograr un buen contacto entre los microorganismos y los sustratos. Segunda fase: Sedimentación En la segunda etapa llamada sedimentación, un sistema automático envía una señal al soplador y al aireador, los que se apagan automáticamente permitiendo que los lodos sedimenten en el fondo del tanque, realizándose esta actividad en un tiempo de dos horas.

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Tercera fase: Decantación En esta última fase, una vez que los lodos han sedimentado, el sistema automático envía una señal a una válvula motor la cual se abre y permite que un dispositivo decantador extraiga el agua clarificada para luego ser conducida hasta el cuerpo receptor, realizándose esto en un tiempo de dos horas. Figura 6.1.2.2.-a: Fases del proceso de lodos activados del sistema de tratamiento “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS” (dato proporcionado por la empresa).

Los lodos generados en el tratamiento secundario son descargados en dos pilas para su posterior tratamiento (ver figura 6.1.2.2.-b).

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Figura 6.1.2.2.-b: Esquema general del sistema de tratamiento de aguas residuales de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS” (los puntos de muestreos señalados son los realizados por la empresa cuando estaba en funcionamiento).

San Francisco

Masiguito

PLANTA DE PROCESO AFLUENTE

PLANTA DE PROCESO AFLUENTE

Etapa de Pretratamiento

Lodos

Trampa de Grasa

Trampa de Grasa 1

L o d o s

Tanque de Aireación

Sedimentador Etapa de tratamiento Secundario

Pila de Lodos

Decantador 2

Pila de Lodos

EFLUENTE (Quebrada)

•

Puntos de muestreos

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6.1.3.- Aguas residuales provenientes de la planta procesadora de pollos “INDAVINSA” 6.1.3.1.- Origen de las aguas residuales de “INDAVINSA”. Las aguas residuales que se originan de la planta procesadora de aves INDAVINSA, provienen de diferentes áreas del proceso de producción las que son: − − −

Área de recepción de pollos vivos: lavado de andén de descarga y cajillas. Área de matanza: lavado de pisos y equipos Área de procesamiento: rebose de la escaldadora y desplumado de las aves, rebose de los tanques Chiller, lavado de pollos antes de evisceración, lavado de pollos antes del deshuesado, lavado en sala de corte y empaque y lavado de pisos. − Área de descongelación de cuartos fríos: lavados de pisos Los principales contaminantes provenientes de las aguas residuales son: desperdicios sólidos como plumas y restos de animales sacrificados, grasas, heces, sangre y aguas residuales con desinfectantes y detergentes. 6.1.3.2.- Sistema de tratamiento de la planta procesadora de pollos “INDAVINSA”. Este sistema de tratamiento está ubicada en el Km. 32 de la carretera panamericana norte, contiguo al Reparto Roque, municipio de Tipitapa, Managua, fue construido en el 2001 las obras civiles de este sistema comprende un área de aproximadamente 8,611 m2.

Esta planta cuenta con un pretratamiento, que esta conformado por un tamiz rotatorio, un DAF y un canal con rejilla. La función principal del tamiz es disminuir la carga de contaminantes gruesos (plumas, restos de pollo, etc.) que puedan causar problemas en las siguientes etapas del tratamiento, y al mismo tiempo aprovechar los desechos extraídos en la elaboración de subproductos, como lo es el concentrado para aves. El DAF (Disolución del aire de flotación), tiene como objetivo separar arenas, sólidos en suspensión, grasas y aceites por medio de micro-aireación, que consecuentemente se elevan a la superficie del tanque de flotación por diferencia de densidad, donde son removidos por un mecanismo de raspado. La rejilla, tiene como objetivo remover sólidos que accidentalmente no fueron separados en el tamiz rotatorio y el DAF. La etapa de tratamiento secundario esta conformado por una laguna facultativa, cuyo objetivo es contribuir a mejorar aun más la reducción de contaminantes de las aguas provenientes del tratamiento anaerobio. Los lodos generados en el pretratamiento y en el tratamiento primario (pila de hidrólisis y digestor) son depositados en una pila de secado de lodos para su posterior tratamiento aeróbico (ver figura 6.1.3.2.-a).

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Figura 6.1.3.2.-a: Esquema general del sistema de tratamiento de aguas residuales “INDAVINSA”. PLANTA DE PROCESO AFLUENTE

Tamiz Rotatorio •

Etapa de Pretratamiento

1

Equipo de Flotación por Disolución de Aire (DAF)

Canal de entrada con rejilla

2 •

Criba Hidrostática

Pila de Hidrólisis

•

Etapa de tratamiento Primario

Etapa de Tratamiento Secundario

Pila de Efluente

4 •

3

Digestor

Laguna Facultativa •

5

Efluente final (Cauce) •

Puntos de muestreo

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6.1.4 Aguas residuales industriales Centroamericano “COCECA S.A.”

provenientes

del

Consorcio

Cervecero

6.1.4.1.- Origen de las aguas residuales de “COCECA”. Las aguas residuales que se originan en el Consorcio Cervecero, provienen de las distintas áreas del proceso de producción entre las que se encuentran: − − − − − − −

Área de recepción de materia prima: lavado de silos, tolvas y pisos. Área de producción: lavado de equipos y pisos Área de lavado de botellas: Lavado de botellas, pisos y equipos. Área de empaque: Lavado de equipos y pisos Área de cocina y baños: Lavado de utensilios, pisos y descarga de los baños Área de proceso de la planta purificadora de agua: Lavado de equipos y pisos Área de empaque de la planta purificadora de agua: Lavado de equipos y pisos

Los principales contaminantes provenientes de las aguas residuales son: desperdicios sólidos como restos de materia prima (malta, maíz, arroz, levadura y lúpulo), heces y grasas; sin embargo también contienen desinfectantes y detergentes así como ácido fosfórico utilizado en el lavado de equipos. 6.1.4.2.- Sistema de tratamiento de la planta de producción de cerveza “COCECA”. Este sistema de tratamiento esta ubicado en el Km. 4 ½ carretera norte, Managua, fue construido en el 2000 las obras civiles de este sistema comprende un área aproximadamente de 10,300 m2. El sistema de tratamiento del Consorcio Cervecero está conformado por 4 etapas: Etapa de pretratamiento o tratamiento mecánico: Consiste en una rejilla, trampa de grasa y una criba de tambor rotatorio siendo las dos primeras las que remueven los contaminantes granulares, la criba tiene el objetivo de separar componentes que no fueron retenidos en las etapas anteriores como son las cascarillas de cereales. Etapa de tratamiento primario o tratamiento anaerobio: En esta etapa se encuentra la pila de preacidificación o pila de hidrólisis, digestor anaerobio y separador Lamello, siendo la primea la que regula el flujo a la entrada del digestor, así como el pH el cual permite iniciar el proceso de degradación bioquímica de acidificación. El digestor anaerobio está conformado por dos etapas, una de alta carga y otra de baja carga. En la primera etapa es donde se da el proceso de digestión y producción de biogás, está diseñada con un mezclador mecánico el cual tiene la función de mezclar continuamente el líquido evitando así el espesamiento de éste y formación de sobrenadante. La segunda etapa se da por gravedad y se utiliza para el almacenamiento y concentración del fango digerido así como para la formación de una capa de sobrenadante relativamente claro. El separador Lamello tiene como función la clarificación ya que separa los lodos y los deposita en el fondo de éste para ser recirculados al digestor anaerobio, permitiendo que el agua pase a la siguiente etapa con la menor carga orgánica posible.

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Etapa de tratamiento secundario o lodos activados: tiene como objetivo reducir la carga orgánica que todavía contiene el efluente del digestor mediante procesos microbiológicos (aireación para proveer el oxigeno requerido para el metabolismo de los microorganismos y posterior sedimentación del lodo conformado por microorganismos). El proceso de lodos activados aplicado es considerado de baja carga que conlleva ventaja como es el crecimiento lento de lodo, alta capacidad de homogenización biológica y una operación estable [9]. Etapa de tratamiento terciario o refinamiento: En esta etapa se encuentra la pila de post aireación y el Biofiltro, en la primera el agua residual es adicionalmente enriquecida con oxígeno, es decir, sometida a aireación por medio de cadenas aireadoras flotantes y a la ves sirve como una pila de refinamiento. El Biofiltro está relleno de arena y cuenta con un espejo de agua libre provisto de plantas acuáticas llamadas Totoras (typhalafoidea), cuyo objetivo principal es la remoción de nutrientes. El agua clarificada pasa por rebose de la zona de aireación al Biofiltro, donde reposa para luego ser desviada una parte hacia el tanque de irrigación el cual tiene una capacidad de almacenamiento de 544 m3/d, y otra parte hacia el lago de Managua. El agua almacenada en el tanque es utilizada para regar las áreas verdes de la empresa. Los lodos provenientes de la etapa primaria y secundaria pasan por un tratamiento donde se le adicionan polímero para formar flóculos de lodos, luego este pasa por una compactadora donde se le extrae la humedad hasta un 18%, el lodo compactado luego es distribuido en las áreas verdes de la empresa (ver figura 6.1.4.2.-a)[16].

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Figura 6.1.4.2.-a: Esquema general del sistema de tratamiento de aguas residuales de la planta de producción de cerveza “COCECA”. AFLUENTE

Sedimentación y trampa de grasa Pretratamiento

Tamiz Rotatorio Pila de hidrólisis Neutralización con (NaOH) ó HCL

1 Etapa de Tratamiento Primario

Digestor (Alta Carga y Baja Carga)

Biogás

Clarificación ó Separador de Lamello

Lodos

2 Pila de Oxigenación

Lodos

Etapa de Tratamiento Secundario

Lodo desechado

Compactadora de Lodos

3 Clarificación

Distribución en la agricultura

Post Aireación Etapa de Tratamiento Terciario

4 Biofiltro 5 Efluente (Al lago y tanque de riego)

•

Puntos de muestreo

44

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6.2.– MEDICIÓN DE CAUDAL El caudal se midió cada hora durante todo el tiempo de muestreo, en la entrada y la salida de los sistemas de tratamiento. 6.2.1.- Medición del caudal en el afluente del sistema de tratamiento en estudios (INDAVINSA Y LA MONTAÑA) El caudal del afluente se calculó por medio de la formula de Manning detallado en la ecuación 6.1, dado que se conocen todas las variables necesarias por este método, las cuales son: ancho, pendiente del canal y características del mismo, midiéndose únicamente el tirante hidráulico utilizando una regla graduada cada hora en un muestreo compuesto de 12 horas (Ver Figura 6.2.1.-a). El caudal de entrada se determinó de la siguiente manera: Q = V * Amojada

La velocidad media es:

V=

1 2/3 R S n

(Ec. 6.1)

(Ec. 6.2)

Donde R = radio hidráulico S = pendiente del canal n = rugosidad en el canal (0.016 con revestimiento de hormigón) Area de la sec ción mojada (m 2 ) b* y R= = ( m) perímetro de la sec ción mojada (m) b + 2 y

(Ec. 6.3)

El caudal en el digestor se determinó por el método de aforo, para esto se utilizó un recipiente plástico calibrado con un volumen de 13 lts, tomándose una medición cada hora. 6.2.2.- Medición del efluente del sistema de tratamiento en estudios (INDAVINSA Y LA MONTAÑA).

La medición del efluente del sistema de tratamiento se realizó en la caja de recolección, por medio de el método de aforo, el cual consistió en medir el tiempo necesario de llenado de un recipiente plástico debidamente calibrado en 13 litros, repitiéndose esta operación cada hora durante el tiempo del muestreo. 6.3.- MUESTREOS Y ANÁLISIS

El total de muestreos realizados en todos los sistemas de tratamientos evaluados fueron 7,realizándose estos muestreos y análisis entre los meses de marzo y junio del 2004, distribuidos de la siguiente forma: 3 muestreos en cada uno de los sistemas de INDAVINSA y LA MONTAÑA. En COCECA únicamente se realizó un muestreo debido a que la empresa cuenta con un laboratorio propio y tiene una buena base de datos de los parámetros analizados de acuerdo a la normas del MARENA para esa industria. En el sistema de tratamiento de MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS no se realizo ningún tipo de muestreo debido a que este sistema no estaba funcionando por desperfectos del O.K.I (aireador). 45

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Se tomaron muestras compuestas proporcional al caudal y al tiempo en un período de 12 horas. La toma de las muestras se recepcionaron en recipientes individuales y se almacenaron en un termo con hielo (4 °C), los análisis físico-químicos y bacteriológicos se realizaron en el laboratorio del CIEMA (UNI - RUPAP). 6.3.1- Análisis a realizar en las muestras.

Para cada una de las diferentes empresas industriales evaluadas, se efectuaron los análisis correspondientes a los establecidos en el decreto 33-95, para verificar si estos sistemas cumplen o no con los parámetros de vertido de sus efluentes a un cuerpo receptor. En la siguiente tabla se presentan los parámetros y métodos que se realizaron. Tabla.6.3.1.-a: Técnicas analíticas utilizadas en la caracterización de las aguas residuales. PARÁMETROS MÉTODOS Análisis en el laboratorio DBO5 DIN 38 409-H 51 DQO MN 5220-C Sólidos suspendidos MN 1992, 2540-D Grasas y aceites MN 5220-B Determinación de N-Kjeldahl DIN 38 409-H11 (H28) Determinación de Fósforo Total MN 4500-PB y 4500PC Parámetros de campo Temperatura MN 2550-B pH MN 4500-H-B Factor de alcalinidad MN 2320-B Sólidos sedimentables MN 2540-F DIN: métodos normalizados Alemanes MN: métodos normalizados USA.

6.4.- PUNTOS DE MUESTREO 6.4.1.- Sistema de tratamiento de aguas residuales de “LA MONTAÑA”.

La ubicación de los puntos de muestreo puede verse en la figura 6.1.1.2.-a de este documento. 6.4.1.1.- Puntos de muestreo para análisis físico-químicos de “LA MONTAÑA”: − − − − − −

Salida de rejilla (punto 1) Salida del desarenador (punto 2) Salida de tanque de homogeneización ó pila de hidrólisis (punto 3) Salida del digestor anaerobio (punto 4) Salida del filtro de flujo descendente (punto 5) Salida del Biofiltro horizontal (punto 6)

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La toma de muestra entre el punto 1 y 2 se realizó proporcional al caudal y en los otros puntos se tomó proporcional al tiempo de operación de la planta de proceso, esto se realizo en un periodo de 12 horas. 6.4.1.2.- Puntos de muestreo para la determinación de caudal de “LA MONTAÑA”: − − − −

Canal de alimentación entre el punto 1 y el punto 2, por la ecuación de Manning. Salida del desarenador por el método de aforo (punto 2) Salida de la pila de hidrólisis por el método de aforo (punto 3) Salida del biofiltro horizontal por el método de aforo (punto 6)

6.4.2.- Sistema de tratamiento de aguas residuales de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”.

Este sistema de tratamiento funcionó bien en los años 2001 y 2002, siendo los puntos de muestreos la entrada y salida del sistema SBR (ver figura 6.1.2.2.-b). A partir de septiembre del año 2003 el sistema presentó problemas mecánicos en el O.K.I. (aireador), hasta la fecha este no ha sido reparado debido a que no existen repuestos en el país, únicamente en el extranjero los que resultan muy caro comprarlo dada la capacidad de producción de las empresas, por lo que no se realizó ningún tipo de muestreo de acuerdo al cronograma de trabajo establecido en esta monografía, tomando únicamente los resultados obtenidos en los años de funcionamiento de la planta, información que fue proporcionada por la empresa. 6.4.3.- Sistema de tratamiento de aguas residuales de “INDAVINSA”.

Los puntos de muestreo pueden verse en la figura 6.1.3.2.-a del presente documento. 6.4.3.1.- Puntos de muestreo para análisis físico-químicos de “INDAVINSA”: − − − − −

Entrada al DAF (punto 1) Entrada a la pila de hidrólisis (punto 2) Entrada al digestor anaerobio (punto 3) Salida del digestor anaerobio (punto 4) Salida de la laguna facultativa (punto 5)

La toma de muestra en el punto 2 se realizó proporcional al caudal y en los otros puntos se tomó proporcional al tiempo de operación de la planta de proceso en un periodo de 12 horas. 6.4.3.2. - Puntos de muestreo para determinación del caudal de “INDAVINSA”: − Canal de alimentación de la pila de hidrólisis (punto 2) por medio de la ecuación de Manning. − Salida del digestor anaerobio por el método de aforo (punto 4) − Salida de la laguna facultativa por el método de aforo (punto 5)

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6.4.4.- Sistema de tratamiento de aguas residuales de “COCECA S.A.”

La ubicación de los puntos de muestreo puede verse en la figura 6.1.4.2-a del presente documento. En este sistema de tratamiento no se midió el caudal en ninguno de los puntos de muestreo, debido a que existe un medidor de flujo que cuantifica toda el agua que entra al sistema, y automáticamente son registrados en el panel de control computarizado. 6.4.4.1.- Puntos de muestreo para análisis físico-químicos de “COCECA S.A.”: − − − − −

Efluente de la pila de preacidificación (Punto 1) Efluente del digestor Anaeróbico (Punto 2) Afluente a la pila de Lodos Activados (Punto 3) Afluente al Biofiltro (Punto 4) Efluente del sistema (Punto 5)

La toma de muestra se realizó proporcional a un turno de producción, en un período de 12 horas. 6.5.- DETERMINACIÓN DE COSTOS

Paralelo a los muestreos, se recopiló la información relacionada a los costos de los sistemas de tratamiento en estudio tales como: costos de construcción, costos de operación y mantenimiento con el objetivo de establecer comparación económica en cada uno de los sistemas de tratamiento evaluados y poder determinar el costo por m3 de agua tratada. La obtención de la información de los costos de cada uno de los sistemas de tratamiento se recopiló por medio de entrevistas realizadas al personal involucrado (Contador, gerente, operador de la planta, etc.). Los datos obtenidos corresponden de acuerdo a las características de cada sistema y al año en que fue construido, al igual que los costos de operación y mantenimiento (ver tabla 6.5.-a). También se hizo necesario investigar la vida útil para poder determinar el volumen de agua tratada en cada uno de los sistemas evaluados. Tabla 6.5.-a: Descripción de los costos de inversión, operación y mantenimiento. Costos de construcción Costos de operación y Mantenimiento Supervisión de la construcción Equipos de protección (guantes, botas etc.) Levantamientos topográficos Herramientas (Palas, escobillas, etc.) Estudio de suelo Energía eléctrica Consultoría y diseño Reactivo (NaOH, HCL) Movimiento de terrenos Salario del operador Materiales de construcción y equipos Análisis de laboratorio Mano de obra para construcción y materiales Mantenimiento de equipos (pintado, repuestos, reparación) Entrenamiento de personal Compra de accesorios (válvulas, adaptaciones Asistencia técnica para puesta en marcha del pvc, etc.) sistema

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La determinación del costo por m3 de agua tratada, dependió básicamente de los costos de inversión de cada sistema, del costo de operación y mantenimiento y de la vida útil. Utilizándose el método de depreciación en línea recta por ser un método simple y el más usado, el cual se describe a continuación. El costo por m3 de agua tratada se calculó con la siguiente ecuación[1]: Depreciación anual + Costos de oper. y Mant. anual Volumen de agua tratada anual

(Ec.6.4)

El método de depreciación en línea recta consiste en la deducción por depreciación al final de cada año. El cual es igual durante toda la vida útil del sistema de tratamiento, este método es muy utilizado por su simplicidad además no altera significativamente la deducción que se determina, ésta se expresa de la siguiente forma:

Depreciación =

Inversión inicial Años de vida útil

(Ec.6.5)

6.5.1.- Cálculo del costo de construcción, operación y mantenimiento

El cálculo de los costos de construcción, operación y mantenimiento fueron proporcionados por las empresas en estudio y se basaron en los siguientes datos. Precios unitarios de obras civiles. − Reparaciones y mantenimientos de los equipos. − Costo de energía eléctrica. − Salario de operarios. La depreciación de las obras de concreto se determinó de la misma forma del método de línea recta, lo que se consideró suficiente para el grado de exactitud requerida. Los costos de energía eléctrica se calcularon basándose en las tarifas de servicio eléctrico y el horario de trabajo de cada uno de los equipos (ver cálculos en anexos A.2, B.2, C.2 y D.2). No se calculó la depreciación por cada uno de los equipos, debido a que cada empresa en estudio garantizó que la vida útil de éstos era de 15 años ya que el mantenimiento que se le daba era estricto, como en el caso del sistema de tratamiento de COCECA.

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VII.- PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Los resultados obtenidos en el presente estudio monográfico se llevó a cabo mediante las mediciones de los parámetros de campo, muestreos y análisis realizados de los sistemas de tratamiento de las siguientes empresas, tales como: LA MONTAÑA, MASIGUITO y SAN FRANCISCO procesadoras de lácteos, INDAVINSA procesadora de pollos y COCECA S.A. planta de producción de cerveza. 7.1.- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE “LA MONTAÑA” (Procesadora de lácteos)

El sistema de tratamiento de la planta procesadora de lácteos LA MONTAÑA fue diseñado en agosto del año 2000 por el proyecto Biomasa, UNI - DINOT y construido en el año 2001–2002 por personal capacitado de la misma institución (Maestro de obra y albañil), iniciando su periodo de arranque en junio del 2003. Sin embargo este fue suspendido porque las aguas residuales contenían altas concentraciones de suero, reanudándose en septiembre del 2003. Este sistema de tratamiento está conformado por las siguientes etapas:

• • •

Pretratamiento (Canal con rejilla y desarenador) tratamiento primario (Pila de hidrólisis digestor anaerobio y pila de efluente) Tratamiento secundario (Filtro de flujo descendente, Biofiltro, pila de efluente y pila de secado de lodos).

Las dimensiones con que está conformada cada una de las etapas de este sistema de tratamiento se presentan en el anexo A.1, tablas N°1 y N°2. 7.1.1. – Caudal generado en la planta procesadora de lácteos “LA MONTAÑA”.

El sistema de tratamiento de la planta procesadora de lácteos LA MONTAÑA está diseñado para tratar 20 m3/día de agua residual proveniente de la planta de proceso. Esto corresponde al valor máximo esperado, de acuerdo a las proyecciones de producción en los próximos años y a la conexión de la tubería de drenaje del lavado de barriles plásticos y camiones que actualmente no están conectados al sistema de tratamiento. Las aguas residuales que recibió el sistema de tratamiento durante los muestreos realizados son generadas únicamente del lavado de barriles plásticos, piso y equipos dentro de la planta de proceso de queso. 7.1.1.1.- Resultado del caudal realizado el 21/04/04 en el sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. El caudal medido en esta fecha fue de 7.26 m3/d el que dio como resultado de procesar 10,922 gls de leche (ver anexo A.1, tabla N°3). En el gráfico 7.1.1.1.-a se puede observar que en el afluente de la pila de hidrólisis los caudales medidos por la mañana son de 0.8 m3/h como máximo y como mínimo de 0.12 m3/h y por la tarde el valor más altos fue de 1.15 m3/h medidos entre las 4 pm, este último debido las actividades de lavado de equipos, pisos y utensilios dentro de la planta de proceso. 50

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Gráfico 7.1.1.1-a: Comportamiento del caudal el 21/04/04.en el afluente de la pila de hidrólisis, afluente del digestor y efluente final del sistema de “LA MONTAÑA”. 1.4

Caudal (m3/h)

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

Hora de muestreo Afluente a la pila de hidrólisis"

Afluente al digestor

Efluente del sistema

El digestor antes de la evaluación realizada no estaba siendo operado adecuadamente, ya que la alimentación a este era irregular (5 horas), reteniendo agua la pila de hidrólisis. En el gráfico se puede observar que la alimentación al digestor es mayor que el agua residual que entra a la pila de hidrólisis proveniente de la planta de proceso, debido a que esta tiene agua almacenada de días anteriores producto de un corto periodo de alimentación. En este muestreo el digestor fue alimentado durante todo el tiempo (12 horas) que la planta de proceso generó agua residual. El caudal se mantuvo casi constante como se puede observar en la gráfica, con algunos bajones a las 9 am y 3 pm, debido a obstrucciones en la válvula que controla la alimentación al digestor causada por residuos de borona (queso). El caudal final del sistema de tratamiento a la salida de los biofiltros no se pudo medir debido a que estos todavía no se habían llenado, por el poco caudal que estos recibían proveniente del digestor, por lo que se procedió a llenar un biofiltro primero y luego el otro. 7.1.1.2.- Resultado del caudal realizado el 06/05/04 El caudal medido en este muestreo fue de 7.44 m3/d el que dio como resultado de procesar 10,922 gls de leche (ver anexos A.1, tabla N°3). En el gráfico 7.1.1.2.-a se puede observar que el caudal en el afluente de la pila de hidrólisis varía con respecto al muestreo anterior, el mayor caudal medido por la mañana fue de 1.65 m3/h, y por la tarde el mayor valor registrado fue de 1.39 m3/h medido a las 4 pm notándose un mayor caudal por la mañana debido a que se lavaron barriles, tinas etc.

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Gráfico 7.1.1.2.-a: Comportamiento del caudal el 06/05/04 en el afluente de la pila de hidrólisis, afluente del digestor y efluente final del sistema de “LA MONTAÑA”. 1.8 1.6 Caudal (m3/h)

1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

Hora de muestreo Afluente a la píla de hidrólisis

Afluente al digestor

Efluente del sistema

Como se puede observar en la gráfica la alimentación al digestor se mantuvo casi constante con un valor promedio de 0.54m3/h debido a que hubo un mejor control de la válvula de alimentación, ya que el sistema trabaja por gravedad. En el efluente final del sistema no se logró medir el caudal, por que aun no se había logrado llenar el primer Biofiltro por las razones antes descritas. 7.1.1.3.- Resultado del caudal realizado el 16/06/04. El caudal medido en este muestreo fue de 11.24 m3/d el que dio como resultado de procesar 13,551 gls de leche (ver anexos A.1, tabla N°3). En el gráfico 7.1.1.3.a. se puede observar que el caudal en el afluente de la pila de hidrólisis presenta variaciones con respecto a los muestreos anteriores, debido a que hubo atrasos en la recepción de la leche por lo que el proceso se dividió en dos turnos, uno por la mañana y otro por la noche (ver anexos A.1, tabla N°3). El valor más alto era de 2.87 m3/h correspondiendo este valor monitoreado por el turno de la mañana. Gráfico 7.1.1.3.-a: Comportamiento del caudal el 16/06/04 en el afluente de la pila de hidrólisis, afluente del digestor y efluente final del sistema de “LA MONTAÑA”. 3.5

Caudal (m3/h)

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

Hora de muestreo Afluente de la pila de hidrólisis

Afluente del digestor

Efluente del sistema

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El caudal alimentado al digestor como se puede observar es constante ya que el operador por medio de los muestreos anteriores se le había entrenado como debería operar el sistema, obteniéndose un caudal promedio de alimentación de 0.61m3/h. En el efluente del sistema contrario a los dos muestreos anteriores hubo medición de caudal en el primer Biofiltro, sin embargo solo se pudo medir en las primeras horas de la mañana, debido a que el operador decidió alimentar al segundo Biofiltro, registrándose un caudal promedio de 0.15m3/h. En la siguiente tabla se presentan los promedios de los caudales monitoreados en el digestor anaerobio y el biofiltro horizontal de los tres muestreos realizados. Tabla 7.1.1.3.-a: Datos hidráulicos promedios obtenidos en los tres muestreos realizados en el sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. Parámetro Unidad Digestor Biofiltro 3 * Caudal de entrada m /d 6.92 6.92* Caudal de salida m3/d 6.92 0.60 Tiempo de retención días 5.87 8.2 3 Pérdida total de agua m /d (%) 0 1.63 Pérdida por infiltración m3/d (%) 0 1.63 3 Caudal máximo m /h 0.76 3 Caudal mínimo de entrada m /h 0.0 Caudal promedio de entrada m3/h 0.63 * Suponiendo que lo que entra y sale del digestor es igual a lo que entra y sale del biofiltro.

En la tabla anterior se puede observar que el tiempo de retención en el digestor y el biofiltro es mayor que el contemplado en el diseño (2 días y 5 días), debido al poco caudal que entra al sistema (ver en anexo A.1, calculo A.1.2, tabla N°3 y tabla N°5). 7.1.2.- Determinación de los parámetros de campo de “LA MONTAÑA”.

En la tabla 7.1.2.-a se presentan los promedios de los parámetros de campo (pH y temperatura) del digestor y biofiltro en los tres muestreos realizados. Tabla 7.1.2.-a: Promedios de los parámetros de campo obtenidos en los tres muestreos realizados en el sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. Planta Pila de hidrólisis Digestor anaerobio Biofiltro de Parámetros proceso Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente Temp.[°C] 26.89 27.45 26.90 26.88 27.60 27.26 27.93 pH 6.40 5.82 4.67 6.08 6.48 7.08 6.69

En la tabla anterior, se puede observar un pequeño descenso de pH a la entrada de la pila de hidrólisis debido a que el agua del efluente que sale de la planta de proceso se mezcla con agua empozada en el desarenador. De igual manera ocurre a la salida de la pila de hidrólisis ya que se da en ésta el proceso de acidificación, dando un pH de 4.67. Este hecho hace necesario agregar hidróxido de sodio (NaOH) para elevar el pH a un valor adecuado a

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la entrada del digestor que oscile entre 6.3-7.2, creando condiciones tolerables para las bacteria acetogénicas y metanogénicas. El pH regulado y la temperatura en el afluente del digestor se encuentran dentro de los rangos permisibles de operación, lo que contribuye con el equilibrio de las bacterias y el buen funcionamiento del digestor (ver anexo A.1, tablas N°6 y N°7). 7.1.3.- Resultados de los análisis: Remoción de contaminantes.

En la figura 6.1.1.2.-a, se presentan los puntos de muestreos que se realizaron en este sistema. Los muestreos se hicieron de forma compuesta con una duración de 12 horas cada uno. Los datos de campo obtenidos en los muestreos de este sistema de tratamiento se presentan en anexo A.1, tablas N°8, N°9 y N°10. Se realizaron los diferentes análisis físico-químicos y bacteriológicos, presentándose los resultados en los siguientes acápites. 7.1.3.1.-Primer muestreo realizado el 21/04/04.

•

Análisis físico-químicos

Carga orgánica Los resultados obtenidos en el primer muestreo se presentan en la tabla 7.1.3.1.-a. Los valores de DQO y DBO5 determinados para el afluente del sistema son 9,882 mg/L y 4,123 mg/L, se encuentran por encima de los criterios de diseño de 5,000 mg/L y 2,300 mg/L respectivamente. La carga orgánica de DQO y DBO5 que entra al digestor presenta valores de 6,127 mg/L y 2,752 mg/L. Sin embargo se logra reducir considerablemente los valores en el tratamiento anaeróbico siendo estos de 2,377 mg/L y 1,046 mg/L respectivamente. Cabe señalar que en este muestreo no había efluente final por lo que se procedió a regular el nivel del tubo (se inclino) de salida del biofiltro para poder tomar una muestra. Obteniéndose los siguientes valores de carga orgánica DQO y DBO5 de 319 mg/L y 183 mg/L. Como se puede observar estos valores no cumplen todavía con la norma del decreto 33-95 del MARENA para este tipo de industria. Debido a que el biofiltro no se había llenado y el tiempo de retención no era el de diseño (ver en anexo A.1, tabla N°11). Las altas cargas son producto del derrame de suero que se mezclan con las aguas de lavado y desperdicios de boronas de queso dentro de la planta de proceso, sin obviar los descuidos de operación en la limpieza de la nata flotante, remoción de sólidos acumulados en el fondo del desarenador (por eso se eleva la carga orgánica en el punto No2) y pila de hidrólisis en las etapas de pretratamiento del sistema, así como el control del pH en el afluente del digestor. El sistema esta diseñado para tratar el agua de lavado de los equipos, pisos y no suero.

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Grasas y aceites Las concentraciones de grasas y aceites determinadas a la salida del filtro vertical (punto N°5) dieron como resultado 44 mg/L, de a cuerdo a la remoción esperada en esta etapa el sistema está funcionando bien (ver anexo A.1, tabla N°5). Tabla 7.1.3.1.-a: Resultados de los parámetros físico-químicos analizados el 21/04/04 del sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. PUNTOS DE MUESTREOS PARÁMETROS NORMA UNIDAD No1 No2 No3 No4 No5 No6 DQO mg/L 9,882 14,315 6,127 2,377 1,211 319 250 DBO5 mg/L 4,123 2,752 1,046 489 183 100 N-Kjeldahl mg/L 106.4 33.6 Sólidos suspendidos mg/L 1,865 2,245 87.5 72.5 100 Grasas y Aceites mg/L 812 1,286 46 44 30 Fósforo total mg/L 43.90 24.14 Coliformes totales NMP/100ml 1.7E+05 1000 Coliformes Fecal NMP/100ml 1.1E+05 1000 Cloruros mg/L 1,289 -

Punto Nº1: Afluente al sistema Punto Nº3: Afluente al digestor Punto Nº5: Afluente al biofiltro

Punto Nº2: Afluente a la pila de hidrólisis Punto Nº4: Afluente al filtro de flujo descendente Punto Nº6: Efluente del biofiltro

Sólidos suspendidos Los sólidos suspendidos en el afluente del sistema presentan un valor de 1,865 mg/L. En el efluente del filtro vertical se obtuvo un valor de 72.5 mg/L; en el efluente final no se realizó análisis de este parámetro debido a que no había caudal. Sin embargo con la ayuda de las etapas anteriores al Biofiltro se logra cumplir con la norma de vertido. Nutrientes Los resultados de las concentraciones de nitrógeno y fósforo total en el efluente del filtro vertical presentan valores de 33.6 mg/L y 24.14 mg/L respectivamente. Estos valores son relativamente altos, lo que se puede atribuir al derrame de suero que entra al sistema (el suero contiene 6,000 mg/L de nitrógeno) y a los detergentes y jabones utilizado en la limpieza del área de procesamiento de queso, lavado de equipos y utensilios, los cuales son a base de ácido nítrico, ácido fosfórico y amonio (ver tabla 7.1.3.1.-a y Anexo A.1, tabla N°12).

•

Análisis bacteriológicos

En el efluente del sistema se realizaron análisis de coliformes totales y fecales con el objetivo de indagar la presencia de los mismos. Los resultados del primer muestreo fueron de 1.70E+05 NMP/100ml para coliformes totales y 1.10E+05 NMP/100ml para coliformes fecales este último llegó a sobrepasar los 1.0E+03 NMP/100 ml establecidos en las normas de MARENA. La presencia de coliformes fecales puede ser debido a la utilización del agua para el lavado de pisos proveniente del Río Rama ya que este puede estar siendo contaminado por la presencia de ganado en sus alrededores de la rivera del río que llegan a aguar (ver tabla 7.1.3.1.-a). 55

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•

Parámetros para determinar la estabilidad del digestor

Cloruros Para determinar la eficiencia del tratamiento anaerobio y biológico se determinó la concentración de cloruros dando como resultado 1,289 mg/L, el cual se encuentra dentro de los valores recomendados del diseño (5,500 mg/L), determinados mediante una serie de ensayos a diferentes concentraciones de cloruros en el Laboratorio del Proyecto Biomasa de la UNI. Este parámetro es muy importante mantenerlo controlado ya que puede causar inhibición y muerte de las bacterias dentro del digestor. 7.1.3.2.- Segundo muestreo realizado el 06/05/04. •

Análisis físico-químicos

Carga orgánica Los resultados obtenidos en el segundo muestreo se presentan en la tabla 7.1.3.2.-a, siendo los valores de DQO y DBO5 en el afluente del sistema de 7,947 mg/L y 3,379 mg/L, al igual que en el primer muestreo son superiores a los criterios de diseño. La DQO y DBO5 en el punto Nº2 se ve incrementada en 12,015 mg/L y 4,393mg/L por las razones descritas en el muestreo anterior. La carga orgánica de DQO y DBO5 que entra al digestor son de 5,992 mg/L y 2,318 mg/L respectivamente, como se puede observar en la salida del filtro descendente los valores de DQO y DBO5 son de 903 mg/L y 365 mg/L, no obstante la muestra del efluente final se tomó de igual manera que el muestreo anterior, obteniéndose los resultados de DQO y DBO5 valores de 1,183mg/L y 503 mg/L respectivamente, observándose que estos valores son altos en comparación al punto de muestreo N05, esto se le puede atribuir a que días anteriores al muestreo, el sistema haya sido alimentado con altas cargas debido al derrame de suero por los operarios dentro de la planta de proceso y descuidos del operador del sistema de tratamiento al no realizar los controles necesarios en la válvula que permite la entrada de agua residual al sistema.

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Comparación técnica - económica de sistemas de tratamiento de aguas residuales generadas por plantas de alimentos

Tabla 7.1.3.2.-a: Resultados de los parámetros físico-químicos analizados el 06/05/04 del sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. PUNTOS DE MUESTREOS PARÁMETROS NORMA UNIDAD N°1 N°2 No3 No4 No5 No6 DQO mg/L 7,947 12,015 5,992 1,849 903 1,183 250 DBO5 mg/L 3,379 4,393 2,318 830 365 503 100 N-Kjeldahl mg/L 90.3 23.8 Sólidos suspendidos mg/L 1,550 1,925 37.5 55.00 100 Factor Alcalinidad 0.27 0.2-0.35 Grasas y Aceites mg/L 1,374 1,940 420 136 30 Fósforo total mg/L 64.7 64.1 56.2 14.9 Coliformes Totales NMP/100ml 7.8E+03 1000 Coliformes Fecal NMP/100ml 2.0E+03 Cloruros mg/L 784.8 1,219.5 Metano % 78.8

Punto Nº1: Afluente al sistema Punto Nº3: Afluente al digestor Punto Nº5: Afluente al biofiltro

Punto Nº2: Afluente a la pila de hidrólisis Punto Nº4: Afluente al filtro de flujo descendente Punto Nº6: Efluente del biofiltro

Grasas y aceites La concentración de grasas y aceites en el efluente del sistema como se puede observar en la tabla presenta valores altos, provocado por el derrame de suero que contiene altas cantidades de grasa. Sólidos suspendidos Los sólidos suspendidos en el afluente del sistema presenta un valor de 1,550 mg/L, y en el efluente del filtro descendente tiene un valor de 55 mg/L observándose que la mayor parte queda retenido en la pila de hidrólisis y digestor anaerobio de tal manera que aunque no haya concluido la etapa final del tratamiento llega a cumplir con las normas de vertido. Nutrientes Los resultados de las concentraciones de nitrógeno y fósforo total en el efluente del sistema presenta valores de 23.8 mg/L y 14.9 mg/L respectivamente, lográndose reducir un poco respecto al muestreo anterior, sin embargo, no hay normas nacionales que permita establecer referencias, por lo que se toma como referencia las normas Austriacas ya que para el nitrógeno exige 5 mg/L y fósforo total un valor de 2 mg/L, en las descarga del efluente final estos todavía son altos.

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Análisis bacteriológicos

En este muestreo los valores de coliformes fecales y totales en el efluente del sistema disminuyeron en gran manera, dando como resultados valores de 2.00E+03 NMP/100ml y 7.80E+03 NMP/100ml respectivamente, sin embargo aun no llegan a cumplir con la norma del decreto 33-95 del MARENA ver tabla 7.1.3.2.-a.

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Parámetros para determinar la estabilidad del digestor

Factor de alcalinidad Para confirmar que el digestor estaba funcionando bien, se procedió a medir el factor de alcalinidad ya que éste nos indica la estabilidad en que está operando el proceso de digestión anaerobia dando como resultado de 0.27, garantizando un ambiente estable para la buena producción de biogás, ver tabla 7.1.3.2.-a. Metano Se tomó una muestra de biogás para determinar el contenido de metano, dando como resultado 78.8% de metano lo que indica que el digestor esta funcionado bien. Cloruros Los cloruros en este muestreo se analizaron en el afluente y efluente del sistema, obtuviéndose los siguientes valores 784.8 mg/L y 1,219.5 mg/L, observándose que sufre un aumento en el efluente, esto puede ser debido a la acumulación de agua de días anteriores en el Biofiltro con altas concentraciones de cloruros en los días anteriores al muestreo, como se puede observar en el muestreo anterior. 7.1.3.3.- Tercer muestreo realizado el 16/06/04.

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Análisis físico-químicos

Carga orgánica Los resultados obtenidos en el tercer muestreo como se presenta en la tabla 7.1.3.3.-a se puede observar que los valores de DQO y DBO5 determinados para el afluente del sistema son 8,571 mg/L y 1,824 mg/L encontrándose también por encima de los criterios de diseño. La carga orgánica de DQO y DBO5 que entra al digestor presenta valores de 3,108 mg/L y 1,382 mg/L logrando reducir un buen porcentaje de la carga contaminante en el desarenador y la pila de hidrólisis producto de una mejor operación de limpieza (extracción de la grasa, nata flotante y sólidos suspendidos), se puede observar que el digestor logra reducir los valores de DQO y DBO5 a 928 mg/L y 301 mg/L respectivamente. En éste muestreo se logró obtener agua del efluente final del sistema de tratamiento ya que el Biofiltro se había llenado, teniéndose como resultado valores de materia orgánica