1 recomendaciones técnicas para el mejoramiento del

RECOMENDACIONES TÉCNICAS PARA EL MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE
GESTIÓN DE RESIDUOS INDUSTRIALES LÍQUIDOS EN LA INDUSTRIA
PROCESADORA DE PRODUCTOS MARINOS
Carlos Correa M.
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera / Chile
Carla Zapata S.
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera / Chile
Cristian Bornhardt B. (*)
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera / Chile. Ing. Civ. Químico, Doctor en Ingeniería,
Universidad Técnica de Berlín / Alemania. Trabajo académico como Prof. Asociado y asesoría técnica a empresas en las
áreas de producción limpia, gestión y tratamiento de residuos industriales líquidos.
Dirección del autor principal (*): Av. Francisco Salazar 01145, Casilla 54-D – Temuco – Chile. Tel.:+56(45)325474 –
Fax: +56(45)325053. e-mail: [email protected]
RESUMEN
En el presente estudio se presenta los antecedentes de proceso y gestión de residuos líquidos de dos plantas procesadoras
de pescados. Una planta consta de líneas procesadoras de salmón fresco y congelado, conservas de jurel y producción de
harina de pescado; en cambio la otra planta sólo cuenta con una línea de procesamiento de salmones y truchas frescas y
congeladas. A través de un balance de materia se cuantificó el uso del agua en las distintas etapas de proceso y se
caracterizó los efluentes generados, identificándose oportunidades de ahorro de agua y recuperación de proteínas de la
sangre generada en la etapa de eviscerado. Ambas industrias cuentan con un sistema de tratamiento primario para sus
RILes (desbaste, ecualización, coagulación / floculación y flotación). Se realizó una optimización de estos sistemas,
obteniéndose ahorros importantes de aditivos (coagulante y floculante). La mayor dosis de coagulante (FeCl3) se
requiere en la mezcla de RILes de las plantas de conservas y salmón (980 mg/L), y la menor dosis (154 mg/L) al tratar el
RIL de salmón. La mayor dosis de floculante se utiliza al tratar la mezcla de RILes de las plantas de salmón y harina (90
mg/L), y la menor dosificación se requiere en el tratamiento del RIL de salmón (30 mg/L).
Palabras Clave: procesamiento de pescados, caracterización de residuos industriales líquidos, flotación, tratamiento
físico-químico de efluentes.
INTRODUCCION Y OBJETIVOS
La pesca es una de las actividades industriales importantes de Chile, siendo la zona central y sur en donde se
desembarcan los mayores volúmenes. A nivel mundial, Chile se ha establecido como el segundo productor de salmones,
provenientes de establecimientos de salmonicultura ubicados en la zona sur del país. Debido a las características del
producto final y al proceso productivo de la industria procesadora de productos marinos, se hace indispensable el uso de
grandes volúmenes de agua, cuyo requerimiento involucra problemas de abastecimiento, uso y disposición final de las
aguas con alta carga orgánica y grasas. Actualmente una cantidad importante de este tipo de plantas vierte sus residuos
industriales líquidos (RILes) al sistema de alcantarillado público o directamente al mar.
1
Sin embargo en los últimos años, fundamentalmente debido a la entrada en vigencia de nuevas normativas ambientales
que regulan las descargas de aguas servidas, muchas plantas procesadoras han implementado diversos tipos de
tratamiento de sus RILes, entre los que la gran mayoría ha optado por sistemas mecánicos para la retención de sólidos
gruesos y fisico-químicos de coagulación / floculación seguida de flotación.
El objetivo del presente trabajo fue caracterizar las corrientes de aguas residuales generadas en las diferentes etapas del
proceso, a objeto de identificar oportunidades de reducir y/o reutilizar alguna de ellas, como también desarrollar
recomendaciones y criterios técnicos para mejorar la operación y efectividad de los tratamientos existentes, y proponer
soluciones alternativas.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO
Los antecedentes presentados a continuación están basados en el análisis detallado de dos plantas procesadoras de
productos marinos, disponiéndose de antecedentes generales adicionales de varias otras plantas de similares
características (Correa, 2001; Zapata, 2001). Una de las industrias (Planta A) está ubicada en la zona centro-sur de
Chile y está constituida por tres plantas de proceso: A1: planta de productos congelados y frescos de salmón, A2: planta
de conservas de jurel, y A3: planta de harina de pescado. La otra industria (Planta B) corresponde a una línea de
procesamiento de salmón, cuya descripción básicamente coincide con la planta A1.
Agua Residual
Agua Potable
Agua
Potable
Lavado
de bins
Línea de Proceso
Recepción del salmón
Corte de cabeza y eviscerado
Lavado con duchas
Hielo
Estiba en hielo
Fileteado, desespinado y despielado
Lavado, trozado y sanitizado
Pesaje, moldaje y empaque
RIL Final
Producto Final
Figura 1: Diagrama de flujo de la planta procesadora de salmón
En esta planta (A1) (ver Figura 1) los salmones o truchas son transportados a la planta elaboradora desde los centros de
cultivo en contenedores de plástico (bins) con agua y hielo a temperatura inferior a 4ºC. Luego del pesaje los ejemplares
2
son eviscerados manualmente, pasan por una etapa de lavado y luego a un almacenamiento intermedio (estiba) en
contenedores con agua y hielo. Posteriormente se filetean mediante cortes apropiados, se extraen las espinas mediante
pinzas, se separa las aletas y se vuelven a lavar. Finalmente se clasifican las piezas según peso y talla, se protegen con
bolsas de PVC, se envasan con hielo en cajas de poliestireno expandido y se almacenan en cámara frigorífica a 0 ºC o a
–18 ºC, según se trate de producto fresco o congelado, respectivamente. Los restos de vísceras son extraídos mediante
succión por vacío y almacenados en contenedores apropiados. Los residuos líquidos de este proceso provienen
principalmente del agua-hielo de transporte de los contenedores, del lavado por aspersión post-eviscerado, del aguahielo de estiba, de las duchas de fileteado y lavado de equipos, mesones y pisos, y por lo tanto pueden arrastrar
cantidades importantes de residuos sólidos.
En la Figura 2 se muestra el diagrama de flujo de la planta de conservas de jurel (A2).
Agua Potable
Línea de Proceso
Agua Residual
Recepción de
pescado
Agua
Potable
Pozos de almacenamiento
Dosificador de pescado
Selección, trozado y eviscerado
Llenado de tarros
Cocción
Drenado
Adición líquido de cobertura
Sellado
Lavado de tarros
Esterilización
Secado y palletizado
Estero
Collén
RIL Planta Conservera
Figura 2: Diagrama de flujo de la planta de conservas de jurel
3
En ella el pescado llega desde el puerto en camiones, se descarga en una tolva de recepción, desde donde se transporta
por correas a los pozos de mantención, refrigerados con agua y hielo en escamas. El proceso consiste en una selección
manual, corte y eviscerado mecánico, llenado manual de las latas, cocción continua con vapor a 100 ºC, drenado,
dosificación de líquido de cobertura (principalmente salmuera), sellado, lavado con agua caliente, esterilización en
autoclaves estáticos horizontales con vapor saturado, enfriamiento con agua potabilizada y finalmente secado. Previo al
control de calidad de los lotes se procede al etiquetado y envasado de los tarros para su despacho. Las principales
fuentes de emisiones líquidas en este proceso son el agua de movimiento de pesca, agua de sangre en la línea de
producción, hielo de refrigeración, exudado de vísceras, exudado de trozos de desperdicios, lavado de trozos, agua de
drenado de tarros, rebalse de líquido de cobertura de los tarros, lavado de tarros, agua de enfriamiento de autoclave y
lavado de equipos y pisos. Además, las trozadoras tienen un chorro de agua que produce la lubricación y enfriamiento de
los cuchillos.
La planta de harina de pescado (A3) procesa todos los residuos sólidos provenientes de las plantas anteriores, incluyendo
materia prima que por alguna razón no cumpla con los requisitos para su procesamiento.
Agua Potable
Línea de Proceso
Agua Residual
Planta de
Efluentes
Materia
prima
Cocedor
Licor de
prensa
Prensa
Torta de
prensa
Decanter
Licor de
decanter
Aceite
Centrífuga
Agua
de
cola
Torta de
decanter
Purificador
Aceite
Homogenización
Evaporador
Concentrado
soluble
Secado
Enfriamiento
Homogenización
Molienda
Ensacado
Figura 3: Diagrama de flujo de la planta de harina de pescado
El proceso (ver Figura 3) consiste en una cocción con vapor directo, separación por prensado, secado, molienda y
ensacado. Los líquidos generados en la prensa pasan luego a una centrífuga "decanter" y los sólidos recuperados son
recirculados junto con el producto prensado. La fracción líquida se centrifuga para separar el subproducto aceite,
generando el agua de cola, la que se concentra en evaporadores; el concentrado se une al sólido prensado. La principal
corriente de residuos líquidos se produce por el lavado de pisos y de equipos, además de una corriente de alta carga
correspondiente a purga de agua de cola.
4
Para el tratamiento de los RILes, ambas plantas procesadoras poseen un sistema de tratamiento primario, compuesto por
cinco etapas: desbaste, ecualización, coagulación con FeCl3, floculación mediante un polímero aniónico, y flotación por
aire disuelto. En el caso de la planta B además se adiciona cal en la etapa de coagulación. En ambos casos las aguas son
vertidas al sistema de alcantarillado público, que finalmente descarga al mar sin tratamiento previo.
METODOLOGÍA EMPLEADA
En primera instancia se realizó una recopilación de datos de caudales, caracterización de corrientes y de usos de agua, a
objeto de una identificación y cuantificación de oportunidades de reducción de usos de agua, prevención de la polución
y/o segregación de corrientes. Por otro lado se desarrolló una serie de ensayos para la optimización de los tratamientos
existentes. Los análisis para la caracterización de las corrientes y determinación de la efectividad de los tratamientos
fueron realizados mediante técnicas standard [APHA-AWWA-WPCF, 1985], midiéndose los siguientes parámetros:
Demanda Química de Oxígeno (DQO); Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5), contenido de sólidos suspendidos
totales (SST), sólidos sedimentables (S. sed.), aceites y grasas (A y G), turbidez, pH, temperatura, fósforo total (P. total),
nitrógeno amoniacal (N-NH4) y poder espumógeno (P.E.). La optimización de la dosificación de coagulante y floculante
para diversas mezclas de RILes se realizó a través de pruebas de jarras, empleando la metodología de Eckenfelder y la
clasificación de Willcomb para evaluar la calidad del flóculo [Eckenfelder, 1989], utilizando para ello FeCl3 como
coagulante y el polímero aniónico AR-299 como floculante, tomando en consideración el cambio de pH que ocurre
debido a la adición del FeCl3, que posee un pH de 2. La reducción del pH permite coagular proteínas y llegar al
potencial Z de las partículas en suspensión. En consecuencia, para cada combinación de RILes es necesario determinar
el pH óptimo.
Para determinar la dosificación a recomendar de coagulante se utilizan jarras con un litro de RIL cada una, se les
adiciona distintas cantidades de FeCl3 y se les homogeneiza a 100 rpm por 3 minutos, para luego adicionar igual
cantidad de polímero a todas las jarras y homogeneizar por 12 minutos a 50 rpm. Posteriormente se deja decantar por 15
minutos y se mide al sobrenadante pH, turbidez, SST y DQO. De esta manera se obtiene la dosis a recomendar,
considerando pH, turbidez y formación de flóculo como parámetros determinantes. En forma equivalente se determina la
dosis óptima de floculante.
Para determinar una dosis efectiva se considera como punto fundamental la formación de un flóculo o grumo consistente
y de buen tamaño. Éste debe soportar una gran presión y no desintegrarse al momento de ser inyectado el aire
presurizado (5 atmósferas de presión) que se utiliza en la celda DAF (Dissolved Air Flotation) de flotación. Es sabido
que un flóculo pequeño posee una superficie de contacto por unidad de volumen mayor que los flóculos de tamaños
grandes, es por esta razón que en los sistemas convencionales de flotación (inyección de burbujas de aire a través de
difusores) sólo se necesita la formación de un flóculo pequeño.
Para clasificar cualitativamente el flóculo se utilizó el índice de Willcomb (Arboleda, 1992), normalmente utilizado en la
floculación de aguas potables, que se muestra en la Tabla 1. Cabe señalar que, dependiendo del RIL, el tamaño del
flóculo y la turbidez del sobrenadante sufren variaciones.
Tabla 1: Índice de Willcomb para Caracterización de Flóculos
Índice
Descripción del índice de Willcomb
0
Flóculo coloidal sin ningún signo de aglutinación
2
Visible. Flóculo muy pequeño, casi imperceptible
4
Disperso. Flóculo bien formado, pero uniformemente distribuido (sedimenta muy lento)
6
Claro. Flóculo de tamaño relativamente grande, pero que precipita con lentitud
8
Bueno. Flóculo que se deposita fácil, pero no completamente
10
Excelente. Flóculo que se deposita completamente, dejando el agua cristalina
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Las plantas procesadoras son abastecidas de agua potable producida en la misma industria. La planta A1 genera en
promedio 90 m3/h de aguas residuales, de los cuales el 36% corresponde a lavado de materia prima, un 25% a la estiba
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de la materia prima, otro 25% a los aseos de la sala de procesos y un 14% al sanitizado de la materia prima. La planta de
conservas de jurel (A2) envía a la planta de efluentes un caudal de 44 m3/h, del cual un 60% se produce por el
movimiento de pesca, un 26% por aseo de salas, y un 14% corresponde al líquido de cobertura y otros. La planta A2
utiliza una gran cantidad de agua al momento de enfriar los tarros después de la esterilización en los autoclaves,
utilizando caudales que alcanzan los 44 m3/h. Esta agua no es enviada a la planta de tratamiento, sino que es vertida
directamente a un estero cercano, ya que cumple la normativa correspondiente. La planta de harina vierte a la planta de
tratamiento de efluentes en promedio 3 m3/h.
Las plantas procesadoras de salmón (A1 y B) tienen el mayor aporte de carga orgánica (DBO5) en las secciones de
recepción de materias primas y eviscerado de salmones o truchas. Existe un gran porcentaje de pérdida de agua debido a
un manejo descuidado de las mangueras por parte de los operarios, lo que además genera una pérdidas de agua potable y
un aumento en aguas residuales que se deben tratar posteriormente a un mayor costo. Los caudales de agua utilizados en
los procesos A1 y B dependen de la producción y son bastante altos: van desde 8 a 16 m3 de agua por tonelada de
salmón o trucha procesada. La relación de volumen de agua por tonelada de producción de salmón o trucha en la planta
A1 queda representada en la Tabla 2, apreciándose una variación de esta relación. Esta variación se debe a la falta de
capacitación de los operarios, con el problema adicional de que el personal es removido con bastante frecuencia en este
tipo de empresas.
Tabla 2: Relación de consumo de agua por tonelada de salmón procesada
Mes
m3 agua
ton producto
m3/ton producto
Enero
16482
1318
12,5
Febrero
17262
1394
12,4
Marzo
16668
1270
13,1
Abril
4938
304
16,2
Mayo
4007
270
14,8
Junio
12522
1030
12,2
Julio
14560
1200
12,1
Agosto
17035
1230
13,8
Septiembre
19657
1415
13,9
Octubre
18757
1390
13,5
Noviembre
25738
3150
8,2
Diciembre
28289
3550
8,0
La caracterización de los RILes de las distintas plantas se muestra en la Tabla 3, apreciándose la alta carga orgánica de
todas las corrientes, en especial la proveniente de la planta de harina. Esta alta carga se debe a que la corriente que
proviene de esta planta se produce por la baja capacidad de separar grandes caudales en el decanter, por lo que se debe
mantener una purga del agua de cola. Sin embargo, el tratamiento de los RILes se hace especialmente complicado
cuando la planta de conservas (A2) se encuentra en plena faena, lo que se aprecia por las altas dosis de coagulante
(FeCl3) requeridos para una buena formación de flóculos, como se desprende de los datos mostrados en la Tabla 4, que
representan las dosis óptimas determinadas para cada tipo de RIL a través de los ensayos de jarras. Como era de esperar,
tratándose de un tratamiento físico-químico para la eliminación de material en suspensión, la eficiencia de remoción de
los compuestos solubles es significativamente menor, con lo que no se logra cumplir las normas de descarga de DBO5.
La diferencia que existe en el parámetro de poder espumógeno entre las plantas A1 y B (Tabla 3) se puede deber
sencillamente al tipo de detergente utilizado en las distintas plantas. Este es un problema fácil de resolver, ya sea
cambiando de detergentes o agregando antiespumante a la salida del tratamiento, lo que se debe evaluar
económicamente.
La cantidad de lodo producida en promedio por la planta de tratamiento es de 100 kg/h, la cual puede aumentar cuando
trabajan las plantas de conservas de jurel y harina de pescado, o disminuir cuando trabaja solamente la planta de
salmones.
6
Tabla 3: Caracterización de los RILes de las plantas que componen la industria pesquera
Planta
Salmón fresco y
congelado
Planta B:
Planta A1:
Conservas de jurel
(Planta A2)
Harina
(Planta A3)
pH
T
(ºC)
DQO
(mg/L)
DBO5
(mg/L)
AyG
(mg/L)
SST
(mg/L)
S. Sed.
(mL/L)
N-NH4
(mg/L)
P total
(mg/L)
P. E.
(mm)
6,7
6,7
6,6
7,4
13
16
3970
2740
9100
1760
1860
3860
3100
692
1984
630
421
1843
25
42
11,9
71,1
23
3,9
33,4
7
4
6
7,9
22
69700
49780
6970
2458
-
53,4
0,8
1
Tabla 4: Optimización de la dosificación de coagulante y floculante
Dosis
Dosis
Eficiencias de Remoción (%)
RIL
FeCl3
Polímero
Turbidez
SST
DQO
Planta
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
Salmón (A1)
154
30
98,6
91,7
67,2
Salmón y conservas de
980
70
98,9
91,6
34,8
jurel (A1 + A2)
Salmón, conservas y
harina
840
50
99,5
93,7
84,0
(A1 + A2 + A3)
Salmón y harina
168
90
95,6
93,8
55,1
(A1 + A3)
pH
final
5,68
5,56
DBO5
final
(mg/L)
284
1600
5,52
1105
5,65
1993
CONCLUSIONES
En base a los resultados de dosificación obtenidos se desarrolló un manual de operaciones para la optimización de los
sistemas de tratamiento, detectándose que existían potenciales de ahorro de aditivos químicos. En el caso de la Planta B
se cuantificó la conveniencia de la instalación de un sistema de tratamiento de los flotados obtenidos, que en el caso de
la Planta A son procesados en la planta de harina. Otras sugerencias se orientaron hacia un mejoramiento de los sistemas
de recuperación de sólidos en las corrientes de proceso. En algunos casos existe algún potencial de ahorro y/o
reutilización de agua, como es el caso del agua de enfriamiento de los esterilizadores de la planta de conservas. Como
alternativa se ha evaluado la instalación de un sistema de recuperación de proteínas en la planta de salmón,
introduciendo una separación de las corrientes que contienen agua sangre producida en las primeras etapas del proceso.
Además se debe capacitar al personal en la utilización del agua, ya que los operarios no tienen mayores conocimientos
sobre los costos asociados a los residuos industriales líquidos que generan en sus plantas; se sabe que los costos de
producir agua potable es la cuarta parte de los costos del tratamiento de aguas residuales. Se corroboró que mediante los
tratamientos implementados en general no es posible cumplir con las normas de descarga para DBO, para lo cual se
requeriría una planta biológica.
Agradecimientos. – Este trabajo fue apoyado por el Proyecto PE 2101 de la Dirección de Investigación y Desarrollo de
la Universidad de La Frontera, Temuco (Chile).
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
APHA-AWWA-WPCF (1985) Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 16th Ed., Washington, USA.
Arboleda J. (1992) Teoría y práctica de la purificación de agua. Ed. Instituto Colombia de Ciencias. Colombia.
Correa C. (2001) Recomendaciones técnicas para el mejoramiento de un sistema de tratamiento de residuos industriales
líquidos de una industria procesadora de productos marinos, Tesis Carrera Ing. Ambiental, Univ. de La Frontera, Temuco / Chile.
Eckenfelder W. (1989) Industrial Water Pollution Control, 2ª Ed., McGraw-Hill – Interamericana de España S.A., España.
Zapata C. (2001) Optimización de la operación de una planta para el tratamiento físico-químico de efluentes de una
industria procesadora de salmón, Tesis Carrera Ing. Ambiental, Univ. de La Frontera, Temuco / Chile.
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