tratamiento de agua residual con alta carga orgnica y color

TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL CON ALTA CARGA ORGÁNICA Y
COLOR PROVENIENTES DEL PROCESO DE VINAZA
Teresa ZAYAS 1,2, Viviana ROMERO1, Mónica MERAZ3, Leonardo SALGADO4
1
Centro de Química y 2Posgrado de Ciencias Ambientales del Instituto de
Ciencias, Benemérita. Universidad Autónoma de Puebla, 14 Sur # 6301 Col.
Jardines de San Manuel, Puebla, México C. P. 72570. E-mail:
[email protected]. 3Depto.de Biotecnología, Universidad
Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. México D. F. C. P. 09340. 4Depto. de
Química, Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma MetropolitanaIztapalapa. México D. F. C. P. 09340.
Palabras Clave: vinaza, demanda química de oxígeno, coagulación, floculación,
cloruro de hierro.
RESUMEN
En este trabajo se investiga el tratamiento fisicoquímico de
coagulación/floculación aplicado a efluentes de vinaza de la industria del ron de
caña de azúcar con previo tratamiento anaeróbio. El proceso químico de
coagulación/ floculación fue realizado con sulfato de aluminio, cloruro férrico
entre otros, probados en forma individual y combinados, variando la dosis y el
pH de la vinaza tratada biológicamente. Se determinó la dosis óptima de
coagulante que reduce, significativamente, el color y materia orgánica natural.
De acuerdo a los resultados experimentales se puede asumir que el floculante
más adecuado, para realizar un postratamiento de los efluentes de la vinaza
tratada por vía anaerobia es el cloruro férrico con el cual se obtuvieron
eficiencias del 99.8% en color y turbidez y 75.2% en la DQO a pH de 8.4.
INTRODUCCIÓN
Es bien conocido que durante la producción de licor como por ejemplo el ron,
tequila, mezcal o brandy hay un proceso de fermentación seguido por una
destilación, en la cual el alcohol es separado del resto de la mezcla. Es decir,
cuando se destila mosto fermentado de melazas para obtener alcohol etílico, se
obtiene un residuo líquido de color oscuro llamado vinaza. Esta vinaza contiene
una relación promedio de 90% de agua y 10% de sólidos. La situación se
agrava, debido a que la cantidad de vinaza que se obtiene es del orden de 12
a 13 veces la cantidad de alcohol producido. Las aguas de vinaza, contienen
sustancias no biodegradables o muy difíciles de tratar químicamente (FAO,
1998).
En México, la producción anual de alcohol a partir de caña de azúcar es
alrededor de 225,000m2 y actualmente los pequeños productores representan
el 60% de la industria del licor y generalmente, no cuentan con sistema de
tratamiento en aguas de desecho. Esto provoca que las descargas de vinaza
contaminen ríos, lagos, o tierras de cultivo provocando daños severos que
impiden el cultivo por varios años; sobre todo en el caso de suelos ácidos. Por
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lo tanto, a fin de evitar daños ecológicos y recuperar el recurso vital, es
necesario promover métodos óptimos de tratamiento de vinaza.
Varios métodos de tratamiento han sido aplicados a efluentes de vinaza, El
objetivo principal de esos métodos ha sido disminuir el contenido de materia
orgánica y color. Métodos de tratamiento biológicos (Meza y col., 1996; Rajesh
y col., 2003; Buzzini y col., 2005) y fisicoquímicos (Vilyssides y col., 1997;
Martín y col., 2003 y 2005; Beltrán de Heredia y col., 2005) han sido
reportados. La aplicación de procesos biológicos ha permitido alcanzar
eficiencias de remoción del orden del 70 y 80% (Álvarez y col., 1995; Álvarez,
1996). Sin embargo, esto no es suficiente, ya que la descarga del efluente con
esa eficiencia de remoción aún lleva una elevada concentración en materia
orgánica y un color intenso. Esto se debe a que las aguas residuales contienen
aún compuestos orgánicos recalcitrantes como compuestos orgánicos
poliaromáticos, polifenólicos, productos de lignina, taninos y ácidos húmicos
(Narkis y Rebhun, 1975 y 1977; Edwards y Amirtharajarah, 1985).
En el tratamiento de vinaza se ha reportado la aplicación del proceso de
coagulación-floculación. En este caso, se ha propuesto como floculante más
adecuado para la eliminación de color y materia orgánica, el permanganato de
potasio (KMnO4), con el cual se han obtenido eficiencias de 90% de color y
55% en Demanda Química de Oxigeno (DQO). Sin embargo, por aspectos
económicos, ha resultado más factible la utilización del sulfato de aluminio
Al2(SO4)3, con eficiencias del 70% en color y 30% en DQO (Meza et al, 1996).
Considerando que la combinación de métodos de tratamiento aplicados a la
vinaza puede provocar una mayor eficiencia en la remoción de materia
orgánica y color, el presente trabajo tiene por objeto probar la eficiencia del
proceso de coagulación/floculación como postratamiento de vinaza de caña de
azúcar proveniente de una descarga de un reactor anaerobio tipo UASB.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
La demanda química de oxígeno (DQO) fue determinada usando un
Thermoreaktor TR 300 (Merck). El valor de la DQO en la muestra fue medida
usando tubos de ensaye para DQO (500 – 10000 mg/L, Merck). El proceso de
digestión de las alícuotas de 1 mL de la muestra en los viales de DQO fue
realizada por 2 horas a 148 °C. La absorbancia de la muestra digestada fue
medida con un Fotómetro SQ118 (MercK). El color y la turbidez de las
muestras también fueron medidas con el fotómetro SQ118 (Merck). Para medir
el pH se uso un equipo Conductronic PC 18. El agitador múltiple para la prueba
de jarras es de tipo AM-3 marca SEV.
Los reactivos utilizados en las pruebas de coagulación-floculación fueron los
siguientes: FeCl3, Al2(SO4)3, Ca(OH)2 y coagulantes comerciales Optifloc C1288, coagulante natural Terrana.
Métodos
i) Caracterización de vinaza.
El efluente de una industria de ron fue colectado directamente en planta y
almacenado en refrigeración. La vinaza cruda fue caracterizadas determinando
los siguientes parámetros: Demanda Química de Oxígeno (DQO), pH,
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temperatura, color y turbidez. Una vez caracterizada el agua cruda de vinaza,
ésta fue sometida al tratamiento anaerobio desarrollado por el departamento de
biotecnología de la Universidad Autónoma Metropolitana–Iztapalapa
(Hernandez et al. 2000). Una nueva caracterización con los mismos parámetros
fue realizada a la vinaza que proviene del tratamiento anaerobio. Finalmente, la
vinaza tratada fue sometida al post-tratamiento fisicoquímico de
coagulación/floculación.
ii) Coagulación/floculación por el método de prueba de jarras.
Para realizar esta prueba se utilizó un agitador de tres plazas, esta técnica es
útil para determinar la dosis mas adecuada de reactivo (coagulante/floculante)
en función del pH y establecer la relación del coagulante más efectivo.
El ensayo consiste en colocar agua residual en vasos de precipitado y añadir,
progresivamente, diferentes cantidades de coagulante. Se somete el juego de
jarras a una agitación rápida para homogenizar el medio y, posteriormente, a
una agitación lenta para favorecer la formación del floculo. Se dejan los vasos
en reposo y se analiza tanto el sobrenadante como los lodos producidos.
Mediante este ensayo es posible determinar la dosis óptima del coagulante y
floculante pH. La determinación de la DQO en las diferentes muestras se
realizó con un fotómetro SQ118 (Merck).
RESULTADOS
Los procesos de coagulación/floculación se han usado intensamente para la
remoción de color, turbidez y DQO en los diferentes efluentes residuales de las
industrias. Para el caso de la vinaza que proviene del tratamiento anaerobio
se puede observar (Tabla1), que la remoción de color y turbidez es del orden
del 100% con FeCl3 • 6H2O. Con Al3SO4 la remoción de color y turbidez es del
orden del 90 al 95 %, y esta variación se mantiene cuando el sulfato de
aluminio se combina con cal o con el coagulante comercial Optifloc C- 1288.
Cuando el cloruro férrico se combina con el coagulante comercial Terrana el
porcentaje de remoción de color y turbidez es del orden del 98%. Por lo tanto,
los resultados obtenidos muestran que el coagulante FeCl3 • 6H2O tiene un
efecto notable en la remoción de color, turbiedad al adicionarlo en forma
individual con la dosis correspondiente
Tabla I. Remoción de Color y turbidez para diferentes dosis de coagulantes.
Dosis de
Coagulantes
(g/L)
% Color
% Turbidez
FeCl3
20
99.8
99.6
Al2(SO4)3
4.0
92
95
4.0 + 6.1
89
91
4.0 + 1 mL
92
94
20
98
98
Coagulantes
Al2(SO4)3 + cal
Al2(SO4)3 + Optifloc C- 1288
Terrana + FeCl3
3
De las pruebas realizadas con coagulantes y/o floculantes individuales o
combinados que no mostraron capacidad de remover la DQO, color y turbiedad
del efluente anaerobio fueron: Terrana, Cloruro férrico + Optifloc C-1288,
Cloruro férrico + cal + Optifloc C-1288,
El efecto de pH sobre la remoción de DQO, color y turbidez fue analizado con
el coagulante FeCl3•6H2O a concentración constante: 10 g/L (Fig. 1a y 1b). El
porcentaje de remoción en color, turbidez y DQO se incrementa conforme
incrementa el pH. En el caso de color y turbiedad, el porcentaje de remoción es
del orden de 85% en pH 4 y alcanza el 99.8%, cuando el pH es de 8.4. Para la
DQO a pH 8, se alcanza la máxima eficiencia de remoción del 79% y a pH 8,4
disminuye ligeramente a un 75%. Este resultado indica que la remoción de
materia orgánica en vinaza se favorece a valores de pH entre 7 y 8.4. Meza et
al, (1996) reportan que el valor más adecuado de pH para la remoción en DQO
fue de 6, mientras que Prabhakara et al, (1990) reportan su valor de pH óptimo
en 5.
100
% Remocion
90
80
70
DQO
Color
Turbidez
60
50
4
5
6
7
8
9
pH
(a)
(b)
Figura 1. a) Gráfica de % remoción de la DQO, color y turbidez en función de
pH, manteniendo constante la concentración de FeCl3. b) Fotografía de
muestras de vinaza obtenidas a diferentes valores de pH.
El comportamiento del porcentaje de remoción de color, turbiedad y DQO
en función de la dosis de FeCl3 • 6H2O a pH constante (8.4), se muestra en la
Fig. 2 (a) y (b). Se observa que color, turbidez y DQO varían con la dosis de
coagulante. En general a pH 8.4, el incremento en la cantidad de coagulante
provoca un incremento en los valores de remoción de esos parámetros. Entre
16 y 20 g/L, se alcanza una remoción del 98.4% de color y del 99.2% turbiedad,
y de 65 % en la DQO.
Las dosis de coagulante son muy altas, pero esto es debido a la alta cantidad
de materia orgánica que contiene la vinaza. Se ha encontrado, en la literatura
que la dosis de coagulante a aplicar es dependiente de la concentración del
material húmico que contenga la vinaza (Dempsey, 1984). También resalta que
4
podría existir cierta estequiometría entre la dosis del coagulante y la
concentración del material húmico en la vinaza.
100
% Remoción
80
60
DQO
Color
Turbidez
40
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
Dosis de coagulante (g/mL)
(a)
(b)
Figura 2. Grafica de % de remoción de la DQO, color y turbidez en función de
las diferentes concentraciones de FeCl3 a pH 8.4. b) Fotografía de muestras de
vinaza obtenidas a diferentes dosis de coagulante.
En la Tabla II, se resumen cada uno de los parámetros obtenidos de DQO,
color, turbidez y pH después de cada tratamiento aplicado a vinaza.
Tabla II. Remoción de contaminantes de vinaza DQO para cada tratamiento
aplicado.
VINAZA
DQO
(mg/L)
Cruda
Tratamiento
Biológico
Tratamiento
Coagulación/
floculación
93,650
% DQO
Color
(m-1)
% Color
1057.5
Turbidez
%
Turbidez
6100
pH
4.4
8525
90.9
592.5
43.9
4600
24.6
8.4
2120
75.2
2.0
99.6
7.0
99.8
3.9
CONCLUSIONES
Las siguientes conclusiones para este estudio son:
(i) El proceso de coagulación/floculación puede ser aplicable para el
tratamiento de vinaza tratada biológicamente, ya que se alcanzan buenas
eficiencias para la remoción de color, turbiedad y DQO.
(ii) De los floculantes probados el FeCl3 fue el que presento los mejores
resultados de remoción en la DQO, color y turbidez del efluente anaerobio a pH
de 8.4, que es el obtenido después de tratado biológicamente
5
.
REFERENCIA
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