PRUEBAS DE TRATABILIDAD DEL AGUA RESIDUAL DEL

PRUEBAS DE TRATABILIDAD DEL AGUA RESIDUAL DEL RASTRO
MUNICIPAL (Industrial de Abastos Puebla, IDAP), PUE.
María Guadalupe MORALES RICO1; Fidel PACHECO GARCÍA1; Felipe
CERVANTES MIRANDA2; Marco Antonio LANDERO CARRASCO3; Genoveva
ROSANO-ORTEGA1
1
Universidad Autónoma del Estado de Puebla, A.C. (UPAEP). México. Calle 21
Sur, no. 1103 Colonia Santiago, C.P. 72160, Puebla, Puebla. México. Tel: (01222)
2 29 96 40, Fax:(01222) 2 32 52 51. E-mail: [email protected]. 2SüdChemie de México, S.A. de C.V. 3Industrial de Abastos Puebla.
Palabras clave: Tratabilidad, agua residual rastro
RESUMEN
El efluente de aguas residuales del rastro municipal de Puebla (IDAP) debe
cumplir con la NOM-002-ECOL-1996 para su descarga a la red de drenaje y
saneamiento de Puebla. Con este fin, se construirá una planta de tratamiento
biológica y físico-química, siendo imprescindible realizar pruebas de tratabilidad
para este sistema y correr el proceso físico-químico más favorable en planta piloto.
Los coagulantes seleccionados en base a su bajo costo, viabilidad y eficiencia
fueron: Al2(SO4)3, FeCl3 y SÜDFLOCK EX-948 de Süd-Chemie S.A. de C.V.,
posterior a determinar su punto iso-eléctrico se verificó la dosis necesaria para
obtener un clarificado satisfactorio para cada coagulante, resultando ser: 17 y 17.5
mL/L tanto para el sulfato de aluminio como para el SÜDFLOCK-Ex948 y de
30mL/L para el FeCl3, por lo que, este último se descartó su utilización. A partir de
las pruebas de jarras se encontró que el SÜDFLOCK EX-948 resultó ser un
excelente coagulante para clarificar, en términos generales, agua residual con alta
carga orgánica (DBO5 >>3000mg/L). Asimismo, se evaluó el efecto combinado de
la dosificación del: a) coagulante, b) cal (para ajuste de pH =7-8), c) adsorbente
(P63 como coadyuvante en la coagulación) y d) del tipo y dosis de polímero
(floculación), para obtener una transmitancia >70% y que los parámetros
característicos de este tipo de aguas (NOM-002-ECOL-1996; grasas y aceites,
sólidos suspendidos totales y sedimentables, DQO, color, materia flotante, pH,
etc.) se logren abatir, además de obtener un flóculo definido y bien sedimentado.
INTRODUCCIÓN
El rastro municipal de Puebla (IDAP) ubicado en Km 6.5 carretera PueblaTlaxcala, Puebla, Pue., está con la necesidad de tratar sus aguas residuales, las
cuales actualmente descargan en el desagüe municipal, con el fin de dar
cumplimiento a la norma NOM-002-ECOL-1996 para su descarga a la red de
drenaje y saneamiento prestados por el SOAPAP 1 . Por lo anterior, se licitó y
1
aprobó la construcción de un sistema de tratamiento combinado: reactor UASB
(UP FLOW ANAEROBIC SLUDGE BATCH REACTOR)- tratamiento físico/químico
y fue ineludible realizar las pruebas de tratabilidad. En base a esta necesidad se
planteó la realización de este trabajo de investigación para determinar el
tratamiento físico-químico idóneo para la depuración del agua residual de IDAP
dentro de los límites máximos permisibles de acuerdo a la normatividad.
OBJETIVO
Determinar el tratamiento físico-químico idóneo para la depuración del agua
residual de IDAP dentro de los límites máximos permisibles de acuerdo a la NOM002-ECOL-1996 (límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas
de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal).
MATERIALES Y MÉTODOS
1. SEGUIMIENTO DE LAS OPERACIONES
Se dio el seguimiento a todas las operaciones del rastro municipal de Puebla
(IDAP) para identificar todos los efluentes para así poder proponer el punto y
horario de muestreo en base a la NOM/001/ECOL96. En general, se identificó las
siguientes descargas al día: 1) el efluente de 8:00 a 10:30 hrs de 4 biodigestores
(depuración anaerobia, figura 2d), 2) agua de servicios, 3) agua pluvial y 4) los
subproductos del sacrificio (figura 1), siendo el horario de matanza de porcinos y
bovinos de lunes a jueves de 15:00 – 23:00h, los viernes de 13:00 - 20:00h y el
domingo de 10:00 a 13:00h.
Figura 1 Efluente obtenido del sacrificio de porcinos y bovinos.
Cabe señalar, que el flujo de sangre y escurrimientos durante el sacrificio es
constante (figura 1). En general, la captación de las descargas, producto del
sacrificio de porcinos y bovinos, se lleva hacia dos redes independientes de
2
tuberías: 1) Sangre y escurrimientos de matanza conducidos al tratamiento
anaerobio (figura 2a y 2b, tratamiento temporal) y 2) Escurrimientos de la matanza
que se llevan al colector final en donde se suman al agua pluvial y agua residual
de servicios (figura 3a).
a)
b)
c)
d)
Figura 2 a) Descarga de los subproductos del sacrificio, sangre y escurrimientos,
b) Cisterna homogeneizadora, c) Entrada del efluente con alta carga orgánica al
sistema anaerobio y d) Biodigestores en serie (transitorio).
En base al seguimiento de los efluentes se seleccionó que el punto de
muestreo fuese en el colector final (figura 3a), en cual se juntan todos los efluentes
del rastro. Se propuso un horario de muestreo de lunes a jueves de 9:00 a 10:00 y
de 15:00 a 16:00h.
a)
b)
c)
Figura 3 a) Colector Final, b) Descargas al colector final, c) Toma de muestra.
En base a lo anterior y de acuerdo a la NOM/001/ECOL96 (para rangos de
4 a 8 horas/día que opera el proceso generador de la descarga), se recolectaron 4
muestras simples en un intervalo entre toma de muestras de una hora para formar
una muestra compuesta de 10L (figura 3b y 3c).
3
En la figura 4 se esquematiza las instalaciones del rastro verificando todas
las descargas de los procesos de matanza, servicios y agua pluvial.
2. COAGULANTES Y FLOCULANTES UTILIZADOS
Sobre una base puramente teórica, es imposible predecir la dosis óptima de
coagulante para un agua dada, en consecuencia, la dosis y condiciones típicas
adecuadas para lograr la coagulación deben ser determinadas experimentalmente
para cada tipo de agua realizando así las pruebas de tratabilidad. Para lo anterior,
se probaron diversos coagulantes en base a su eficiencia, costo, accesibilidad y
bajo a los criterios recomendados en la tabla I siguiente:
Tabla I Coagulantes más utilizados en la práctica de tratamiento de agua residual.
4
Oficinas
Lavado de
Vísceras
Bovinos
Fosas de
Separación
de Excretas
Entrada
Sala de
Sacrificio
Bovinos
Sala de
Sacrificio
Porcinos
Lavado de
Vísceras
Porcinos
Sala de
Sacrificio
Ovinos
1era.
2da.
3era.
2da. Fase
de
Digestión
Anaerobia
Registro
Separador
de Sólidos
Cisterna
1era. Fase de Digestión
Anaerobia (5 Biodigestores)
Zona de Corrales Bovinos y Porcinos
Registro
Zona de Composteo
Excretas
Sangre + Agua
Sangre de Sacrificio
Flujo liquido de Sep. Sólidos
Flujo de sangre después de tratamiento
Toma de
Muestras
Figura 4 Esquema general de las instalaciones de IDAP.
5
3. CONCENTRACIÓN
COAGULANTES
EQUIVALENTE
DE
LAS
SOLUCIONES
Se prepararon en solución los coagulantes con el objeto de que compitan
con una concentración químicamente equivalente, en base a que el SÜDFLOCK
EX-948 es un coagulante de sales metálicas principalmente de Al y Fe más Ca,
Mg y sílice coloidal en medio ácido formando sulfatos, a una concentración 0.2M,
se preparó a esta concentración el sulfato de aluminio y cloruro férrico,
necesitando 191.709 g de Al2(SO4)3 • 15 H2O /L y 81.7677 g/L de FeCl3 •6H2O.
.
4. PUNTO ISO-ELÉCTRICO (DOSIS) PARA CADA COAGULANTE
Se determinó las dosis adecuada de cada coagulante (Al2 (SO4)3 • 15 H2O y
SÜDFLOCK EX-948) en donde se alcanza el pH de transición donde la partícula
tiene una carga neta nula, dosis en donde se alcanza la máxima eficiencia de los
coagulantes y así poder realizar las “Pruebas de Jarras”.
Al2(SO4)3·15H2O
SÜDFLOCK EX-948
16.5 mL a 18 mL
de Al2(SO4)3·15H2O
16.5 mL a 18 mL
de SÜDFLOCK EX-948
Figura 5 Dosis al Punto Iso Eléctrico con Al2(SO4)3·15H2O y SÜDFLOCK EX-948
El efecto de la coagulación del FeCl3•6H2O no fue satisfactoria en
comparación a los demás coagulantes, debiendo adicionar >30mL/L. La figura 6,
muestra el efecto de la transmitancia en función a la adición del coagulante, en
6
donde se aprecia que se requiere agregar 17.5 y 17 mL/L de sulfato de aluminio y
SÜDFLOCK EX-948, respectivamente, para maximizar el efecto de la coagulación.
Punto de Quiebre
Figura 6 Gráfico que muestra el punto de quiebre para el punto Iso-eléctrico
5. PRUEBAS DE JARRAS
Las Pruebas de Jarras es la técnica más ampliamente usada para
determinar la dosis óptima o mejor dosis de químicos para procesos
físicos/químicos de coagulación-floculación y sedimentación a nivel de laboratorio.
Para la “Prueba de Jarras” (tabla II) se utilizó cinco frascos con un volumen
de 1L de agua, a los cuales son agregadas diferentes dosis de coagulante
encontradas en el punto isoeléctrico, mientras se agitó, frecuentemente, durante
un minuto y luego se suspende la agitación rápida de 1300 rpm, dejando una
agitación suave de 125 rpm. Mediante esta prueba se alcanzó un mezclado
uniforme de varias muestras simultáneamente. Al final se adicionó 2 ppm, 4 ppm,
6 ppm dosis de polímeros aniónicos, catiónicos o no iónicos, esperando un tiempo
de sedimentación de una hora para obtener un sobrenadante claro en la jarra de
combinación óptima; el cual se analiza, e indica, en qué porcentaje se removieron
los contaminantes problemas.
7
Tabla II Matriz de pruebas de jarras realizadas.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
.
.
.
.
47
48
49
50
51
52
53
54
ALCALINIZANTE
X ml/lt
Ca(OH)2 ó NaOH
Y ml/lt
POLÍMERO
ANIÓNICO
X
ppm
Y
ppm
Z
ppm
FLOCULANTE
POLÍMERO
CATIÓNICO
X
ppm
Y
ppm
Z
ppm
POLÍMERO
NO IÓNICO
X
ppm
Y
ppm
Z
ppm
X
PRUEBA
No.
DOSIS
COAGULANTE
8
La elección de la mejor prueba fue la que ofreció los menores valores de
turbiedad, color en el clarificado, buena sedimentación de sólidos, etc. (figura 7 y
8). En la tabla II se detalla la experimentación llevada a cabo para la “Prueba de
Jarras” y así encontrar la mejor combinación, economía y dosis idónea de
reactivos para el tratamiento físico - químico del agua residual de IDAP.
Figura 7 Mejores dosis obtenidas de coagulante, adsorbente y polímero No Iónico.
Comparativas entre % de remoción
86.08%
80.89%
50.74%
36.25%
37.93%
28.73%
GyA
DQO
27.95%
SST
31.56%
%T
SÜDFLOCKSULFATO DE
Figura 8 Comparativas de porcentaje de remoción de análisis físicos-químicos.
9
CONCLUSIONES
Los coagulantes seleccionados en base a su bajo costo y efectividad
fueron: Al2(SO4)3•15H2O, FeCl3 y SÜDFLOCK EX-948. Posterior a determinar su
punto iso-eléctrico se verificó la dosis necesaria para obtener un clarificado
satisfactorio para cada coagulante, resultando ser: 17.5 y 17 mL/L tanto para el
Al2(SO4)3•15H2O como para el SÜDFLOCK EX-948 y de 30mL/L para el FeCl3. A
partir de las pruebas de jarras se encontró que el SÜDFLOCK EX-948 resultó ser
un excelente coagulante para clarificar, en términos generales, agua residual con
alta carga orgánica (DBO5 >>3000mg/L) y que en conjunto con 15mL de
adsorbente P63, un ajuste de pH= 7.35 (16mL de CaOH2), 2ppm de polímero No
Iónico se obtiene un flóculo definido y bien sedimentado logrando el abatimiento
de los parámetros establecidos en la NOM-002-ECOL-1996 (grasas y aceites,
sólidos suspendidos totales y sedimentables, DQO, color, materia flotante, pH,
ente otros parámetros característicos de un agua residual de un rastro.
Para culminar exitosamente el proyecto se pretende correr en planta piloto
(40L/h, figura 9) el tratamiento físico-químico más favorable encontrado en las
pruebas de jarras y adecuar los parámetros para que en planta la depuración del
agua residual de IDAP cumpla con la NOM-002-SEMARNAT-1996 para su
descarga a la red de drenaje y saneamiento prestados por el SOAPAP.
Figura 9 Planta piloto en acrílico para el tratamiento físico-químico.
AGRADECIMIENTOS
A las autoridades del H. Ayuntamiento de Puebla, de Industrial de Abastos,
Pue., y de SudChemie de México, S.A. de C.V. y de la Universidad Popular
Autónoma del Estado de Puebla (CESAT y Departamento de Investigación) por el
apoyo y facilidades prestadas para la realización de este trabajo
10