SISTEMA DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES

SISTEMA DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES PORCÍCOLAS PARA
GRANJAS DE 20-80 VIENTRES
Aldo Magaña Pietra; Adam G. Drucker
Facultad de Ingeniería de la UADY
Anillo Periférico Norte Av. Ind. No contaminantes
Tel. (99) 410191 ext. 132; Fax (99)410189; E.mail: [email protected]
RESUMEN:
El agua residual de las granjas porcícolas constituye uno de los problemas mas
complejos de depuración por la variedad de circunstancias que posee cada granja,
como el tamaño que fluctúa de unos cuantos a miles de vientres, formando las micro y
mega granjas y por consiguiente la problemática de depuración es diferente en cada
caso.
Un tamaño de granja que puede considerarse pequeño sería el de 20-80 vientres y con
una producción entre 6 y 12 m3 de agua residual por día ó una carga máxima de 45 Kg
de SDV/día.
El sistema esta conformado por un cárcamo, filtración y tratamiento biológico anaerobio,
para lograr un agua residual depurada, susceptible de ser rehusada como agua de
lavado de pisos de las cochiqueras ó como agua de riego.
El costo del sistema es muy bajo en comparación de otros y requiere muy poca
operación pues el único dispositivo electromecánico es una bomba de agua residual
INTRODUCCIÓN
El Problema de disposición de aguas residuales porcícolas y su tratamiento abarca
muchas posibles soluciones dependiendo de las circunstancias: como el tamaño de la
Granja, el lugar donde esta situada, la disposición de terreno, las costumbres de trabajo
de la Granja, el tipo de granja (engorda, gestación, crecimiento) etc.
Una forma de clasificarlas es de acuerdo a su tamaño, ya que de esta manera
coinciden otros parámetros como en el caso de granjas pequeñas en las cuales
coinciden, el poco poder económico, la baja producción de residuos desechables y otra
coincidencia es que se tiene una mano de obra mas dispuesta a realizar parte de las
operaciones de manera manual.
Estas son las razones por las que hemos clasificado a las Granjas en pequeñas,
medianas y grandes y extra grandes o mega-granjas.
Las granjas pequeñas que se consideran en este artículo son aquellas que manejan de
6-12 metros cúbicos de agua residual por día ó 20 a 45 kg./día de carga orgánica.
En la península de Yucatán la población porcina asciende a mas de 600,000
UPAS(Unidades de 100 Kg. de peso vivo), por lo que se producen enormes cantidades
de aguas residuales porcícolas diariamente (16700 m3), de las cuales el 37 % son
descargadas en suelos altamente permeables propios del estado sin ningún tratamiento
previo. Por otro lado, los subproductos generados por el sistema de tratamiento de
aguas residuales, son lo suficientemente valiosos como para pagar una gran proporción
de los costos de tratamiento. (A.Drucker y col.)
El problema de la disposición sanitaria de los desechos porcícolas es de una gran
magnitud por la gran cantidad que de estos se produce debido a que dos tercios de los
alimentos suministrados a los cerdos se convierten en desechos. El problema existe en
todo el mundo donde existan granjas porcícolas y en particular donde la producción de
cerdos se ha tecnificado y resultado en una producción masiva de éstos como sucede
en las mega-granjas con poblaciones de cerdos de 30,000 o más.
Por otro lado la técnica de disposición de desechos no se ha desarrollado a la par con
la producción de éstos y para lograr una disposición sanitaria son necesarios sistemas
que resultan muy costosos y por esta razón se han multiplicado las investigaciones en
este sentido.
Una de las formas más comunes de disponer los desechos es en forma de solución
acuosa, ya que para limpiar las zahurdas se utiliza agua, que hay que tratar para poder
disponer de ella sin causar contaminación.
Una de las áreas más prometedoras de las investigaciones se encuentra en los
procesos anaerobios que en los últimos años se han vislumbrado como una solución
para muchas de las aguas residuales que representan grandes cargas orgánicas
contaminantes como son los desechos porcícolas, que se encargan en una primera
etapa de la remoción de la mayor parte de esta carga contaminante.
Sin embargo siempre queda un remanente en el agua residual que contiene algunos
otros contaminantes como los compuestos nitrogenados y de fósforo que no son
removidos por la digestión anaerobia y que por consiguiente requieren de otro
tratamiento para la eliminación de estos contaminantes, para poder disponer en forma
sanitaria el agua residual
Una forma tradicional para el tratamiento de las aguas residuales es por medio de
lagunas, que por lo general se requieren de varias de ellas que ocupan mucha área no
siempre disponible y que siempre presentan dificultades en el manejo de grandes
cargas orgánicas Por otro lado se requiere que el sistema transforme los desechos en
subproductos con valor para su comercialización positiva.
METODO
Para el diseño de un sistema de tratamiento para granjas pequeñas se tomó en cuenta,
el tamaño más común de granjas pequeñas a través de un análisis de las granjas del
estado de Yucatán.
Existe gran variabilidad en el agua utilizada por UPA entre las granjas. Las granjas
pequeñas son las que generan más agua residual total por UPA en una cantidad de 50
% mas que el resto de las granjas. Al calcular el agua residual total (ART) generada por
las 311 granjas porcícolas que hay en todo el estado se obtuvieron que la mayor parte
de las granjas son pequeñas (69%) 215 en total y el agua residual generada por las
mismas es el 13.39 % del total de agua residual. Sin embargo estas granjas solo están
tratando el 10% de sus aguas (hasta 150 vientres)(Drucker y col.)
Con la finalidad de que la granja de la FMVZ-UADY pueda tratar sus aguas se
implemento un sistema de depuración a nivel piloto de tipo demostrativo, con los datos
de esta granja que maneja 45 vientres o una población de 450 animales.
RESULTADOS
Estos datos determinaron que el diseño del sistema abarcará la mayor parte de las
granjas consideradas como pequeñas y así se estableció que el sistema de tratamiento
fuera capaz de trata una carga orgánica máxima de .20 a 45 kg por día y un flujo de
agua residual de 6-12 metros cúbicos.
Estos valores son un punto de partida para la evaluación del sistema cuya capacidad
puede ser mayor, dependiendo de la eficiencia que se obtenga en cada fase del
tratamiento.
El sistema de tratamiento de aguas residuales porcícolas para granjas pequeñas ha
sido concebido como un sistema restringido económicamente por considerar que una
granja pequeña no tiene muchos recursos. Sin embargo este tipo de granja si cuenta
con el recurso humano, por lo que parte del éxito del sistema está fundamentado en la
operación y en particular en el manejo de los sólidos separados por el personal
encargado.
El sistema (figura nº1) esta formado por un tratamiento primario y un tratamiento
secundario El primer paso tiene como fin proporcionar una separación de sólidos del
agua residual y proporcionar un recipiente que permita regular las diferentes
operaciones de alimentación al segundo paso por medio de una bomba sumergible
situada en el fondo del recipiente ó cárcamo (Bomba de paro y arranque automático).
Este recipiente ó carcamo también sirve para operar el sistema en recirculación a fin de
aumentar la capacidad del sistema.
Otro fin de este recipiente es el de actuar como receptor del retrolavado del filtro
anaerobio cuando este se efectúe en el segundo paso. Esta operación solo se realizará
eventualmente, cuando se detecte una acumulación de lodos excesiva en el reactor
anaerobio (filtro anaerobio).
En este cárcamo esta instalado el tamiz o colador (figura nº2) para la separación física
de los sólidos suspendidos, dicho tamiz esta formado por dos capas de mallas de acero
inoxidable de 30 y 80 mallas por pulgada cuadrada respectivamente.
Cabezal
recolector
Filtro de biogas
Mecanismo de poleas
para descarga de lodos
Descarga
efluente
Medio
filtrante
Válvula de
retrolavado
Válvula de
retención
Cabezal de
descarga
Influente
Tamices
Filtro anaerobio de flujo
ascendente
Cárcamo
Bomba
Figura nº1. Sistema depurador de aguas residuales porcícolas para granjas pequeñas.
Estos tamices son móviles para
permitir su limpieza regularmente
por medio de un dispositivo de
poleas que permita levantarlos y
vaciarlos sobre una plataforma
alrededor del cárcamo, plataforma
que servirá para el escurrimiento de
los sólidos y posterior recolección
con fines de uso alimenticio para
ganado bovino.
La bomba sumergible envía el agua
residual pasando por una válvula de
retención al filtro anaerobio al cual
entra a través de un cabezal de
Figura nº2. Carcamo y tamices
descarga que facilita una distribución del agua residual en toda el área del fondo del
filtro anaerobio, asimismo por esta vía sale el lodo en sentido contrario absorbiéndolo
de toda el área del fondo del filtro, cuando abrimos la válvula respectiva y detenemos la
bomba sumergible.
En el filtro (figura nº3) el agua residual fluye hacia arriba en forma uniforme a través del
medio filtrante (anillo de plástico cortados de botellas de desecho) que esta suspendido
sobre una reja de vigas, lo que propicia una formación de biopelicula sobre el medio
filtrante, y retención de lodo biológico que será el que efectúe la reacción biológica para
la degradación de la materia orgánica disuelta que tiene el agua residual.
Después de atravesar el medio filtrante el agua residual ya depurada es recolectada por
otro cabezal que la traslada al exterior, para su uso como agua de riego.
Cuando se requiere mayor remoción de materia orgánica esta agua residual se puede
reciclar para que repita su paso por el filtro anaerobio.
El filtro anaerobio produce biogás que es el producto de la reacción bioquímica de la
materia orgánica, el cual sale al
exterior por medio de una
tubería de respiro que tiene
intercalado un filtro de virutas
de fierro para desodorizar el
biogás.
El sistema depurador ocupa un
área máxima de 15 m2; siendo
el Carcamo de 1.5 m3 y el filtro
de 18 m3 con un área de 9 m2 ,
que puede construirse con
blokes, ladrillos ó ferrocemento
según
los
materiales
disponibles en la región, el
sistema de tuberías es mínimo
Figura nº3.- Filtro anaerobio
y se usa material de pvc sanitario, los tamices son de acero inoxidable para aumentar
su durabilidad y por último se usa una bomba sumergible de 1/4 de HP para todas las
necesidades del sistema.
Costo del sistema depurador de aguas residuales porcícolas para granjas
pequeñas
El costo de construcción del Carcamo ya revestido e impermeabilizado con su sistema
de tamices y mecanismo de poleas $ 7642 moneda nacional
a).- Excavación blokeadura y revestido
3,000
b).- Sistema de tamices ................................$·3,000
c).- Sistema de poleas....................................$1642
El costo de construcción del filtro anaerobio, incluidos empaquetado tuberías, válvulas y
bomba. $ 27344
a).- Construcción en blokes combinados con castillos y cadenas $ 21044
b).- Empaquetado ................................................................... ......$ 2500
c).- Tuberías y válvulas
$ 2000
d).- Bomba sumergible de ¼ HP
$ 1800
Total del sistema depurador...
$ 34986
Total del sistema depurador en dólares a 9.8 pesos por dólar
$3570
CONCLUSIONES
a).- El costo de construcción de este sistema depurador para granjas pequeñas es
accesible a la economía de dichas granjas, es pertinente considerar que estos costos
se determinaron en un terreno rocoso donde la excavación es difícil pero donde esto no
es así, estos costos pueden ser disminuidos notablemente al construir todo bajo la
superficie y ahorrar en estructura.
b).- El sistema permite la recuperación de los sólidos que al reutilizarlos como alimento
fresco para rumiantes ó como abonos orgánicos ó para procesos fermentativos para la
producción de proteína celular; lo cual permite la recuperación de la inversión efectuada
en el tratamiento.
c).- El uso del agua para riego es una alternativa de disposición ó el reciclo de la misma
para el lavado de los pisos de las cochiqueras.
d).- El sistema depurador permite el control de los desechos y por consecuencia el
impacto ambiental de los residuales será positivo.
Observaciones.-En el prototipo construido se observaron que los tamices quedaron en
un ángulo muy cercano a la horizontal lo cual propicia su taponamiento, por lo que se
recomienda que las mallas siempre estén en un ángulo cuando menos de 45 º con la
horizontal para que el residuo se acumule en el fondo del tamiz y no tapone toda la
malla, es crítico el funcionamiento de la separación para el éxito del proceso, también
se observó que la malla nº 80 resultó muy pequeña por lo que se cambiaría a la nº 60.
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