Evaluacion Filtracion Deshidratacion Solidos Efluentes

Evaluación de la filtración y deshidratación de solidos de efluentes
bovinos con y sin acondicionamiento químico mediante geocontenedores
Mauro Viton, Nicolás Riera, Pablo Moletta, Diana Crespo
Instituto de Microbiología y Zoología Agrícola, CICVyA, CNIA, INTA. De los Reseros y las cabañas S/N (1713),
Buenos Aires, Argentina
[email protected]
Resumen. La ganadería intensiva genera grandes volúmenes de efluentes con alto contenido de
sólidos. Una tecnología adecuada para separar, deshidratar y contener estos solidos es la
filtración por geocontenedores. Los mismos son estructuras tubulares porosas construidas con
polietileno tejido. Para evaluar el proceso de filtración y deshidratación se construyó un equipo
de simulación que replica las condiciones de trabajo a escala real en geocontenedores de 30
litros. Se estudió el efluente de bovinos estabulados. Se realizaron dos tratamientos (T1 y T2) de
4 réplicas cada uno. T1, efluente sin agregado de químicos y T2, con el agregado de Cl3Fe (80
ppm) y polímero catiónico (20 ppm). Se midieron, al inicio y final del ensayo (20 días) los
parámetros: solidos totales (ST), solidos suspendidos totales (SST) y volumen. Con estos
parámetros se determinó la eficiencia de retención másica (MRE) de ST y SST y la reducción
promedio de volumen (VRE), en ambos tratamientos. Los resultados fueron para T1: MRE
99.3% para ST, MRE 98.9% para SST, VRE 50% y solidos a 20 días de 19.7%; los
geocontenedores con dosificación química (T2) obtuvieron un MRE del 99.6% para ST, MRE
99.9 % para SST, VRE del 72% y 24.3% de ST. Si bien el MRE de ambos tratamientos no
mostro diferencias significativas (p<0.05), si lo hicieron los VRE. Por ello se puede concluir que
T2 tiene una mejor performance de deshidratación y reducción de volumen, aunque la retención
de solidos sea la misma para los dos tratamientos.
Palabras Clave: efluentes, geocontenedores, filtración, deshidratación.
1. Introducción
Las lagunas anaeróbicas son estructuras comúnmente usadas para tratar y almacenar efluentes de
producciones pecuarias. La acumulación excesiva de lodos en las lagunas, conduce a una
reducción del volumen de tratamiento anaeróbico, por lo que deben retirarse periódicamente.
El método más usado consiste en bombear los lodos a un camión tanque para luego ser aplicados
sobre áreas destinadas a cultivo. La proximidad de estas áreas y los volúmenes de lodos a
transportar elevan los costos. Para reducir los costos del tratamiento de los lodos es conveniente
deshidratarlos, elevando así el contenido de sólidos y reduciendo los volúmenes a tratar.
Se ha propuesto como método alternativo para la remoción de lodos la filtración mediante
geocontenedores. Estas son estructuras cerradas construidas con geotextiles de alta resistencia.
La filtración mediante geocontenedores es realizada en tres pasos: (1) confinamiento, (2)
deshidratación, y (3) consolidación. La trama del geotextil posee poros que permiten la retención
de los sólidos de los lodos contenidos y la liberación del exceso de líquido, resultando en una
reducción de la humedad junto con una reducción del volumen del material contenido.
La reducción del volumen permite el llenado sucesivo del geocontenedor; posteriormente al ciclo
final de llenado/deshidratado del geocontenedor, los sólidos contenidos continúan consolidando
por el escape de vapor de agua residual [1].
Los geocontenedores fueron probados por Baker [2] para determinar las eficiencias de separación
de sólidos en lodos de lagunas de producciones porcinas y bovinas. Se usaron geocontenedores
suspendidos para la prueba de 1m de circunferencia por 1 m de longitud que alcanzaron
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eficiencias de separación de aproximadamente 88% para sólidos totales. En una prueba a escala
campo [3], hallaron eficiencias de separación del 97% para sólidos totales. Se ha sugerido que la
adición de químicos acondicionadores mejora la eficiencia de separación y acelera la velocidad
de deshidratación. Mediante pruebas preliminares de laboratorio se determinó que una
combinación de cloruro férrico en solución y polímero catiónico provee una relación de costoeficiencia adecuada para este propósito.
El objetivo de este trabajo fue determinar la eficiencia de retención másica (MRE) para sólidos
totales (ST) y sólidos suspendidos totales (SST), a través de geocontenedores con y sin
acondicionamiento químico de efluentes bovinos. Cuantificar la reducción promedio de volumen
(VRE) y determinar la eficiencia de deshidratación para cada tratamiento mediante la medición
del %ST a los 20 días de ensayo.
2. Desarrollo
2.1 Recolección de la muestra de efluente bovino
Las muestras de efluentes bovinos fueron recolectadas en los establos del Instituto de Fisiología
Animal del INTA Castelar. Este efluente consistía en estiércol de animal y agua proveniente del
lavado del establo. El efluente recolectado se almaceno en recipientes cerrados de polipropileno
hasta su utilización en la experiencia.
2.2 Diseño experimental
Se realizaron dos tratamientos con 4 réplicas, El tratamiento 1 (T1) sin agregado de químicos y
Tratamiento 2 (T2) con agregado de químicos.
2.3 Descripción de los geocontenedores de prueba y dispositivo de filtración
La filtración de los sólidos mediante geocontenedores se estimó usando tres replicas en cada
ensayo mediante un dispositivo construido para este fin. El uso del dispositivo permite la
medición de los sólidos (totales y suspendidos) y volúmenes del efluente y filtrado. El tejido
geotextil utilizado para confeccionar los geocontenedores de prueba de dimensiones planas de
0.5x0.5m tiene una permisividad hidráulica de 12 l/m/s2, un tamaño aparente de poro (AOS) de
250 µm y una resistencia a la tracción longitudinal de 80 Kn/m.
El dispositivo consta de un tanque graduado de 200 l con agitación mecánica, conectado a una
bomba diafragmática manual mediante tuberías de 1 ½”. El efluente se impulsó al
geocontenedor de prueba ubicado en una plataforma elevada. La circulación se controló
mediante una válvula de 3 bocas, la cual permitió replicar la turbulencia, caudal y tiempos de
permanencia en tubería a escala real. La presión que ejerce el efluente sobre el geocontenedor se
midió mediante un manómetro.
Figura. 1. Dispositivo de filtración con geocontenedor de prueba
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2.4 Carga del efluente
El efluente bovino se bombeo al tanque de carga, colocando la válvula en posición de succión y
operando la bomba manual. Se accionó el agitador mecánico y se retiraron 500 ml de efluente
para medición de ST y SST. Se registró el volumen contenido en el tanque.
Se posicionó el geocontenedor de prueba en la plataforma y se conectó la boca de llenado a
mismo.
Para los ensayos que requerían acondicionamiento químico, se agregó Cl3Fe 80 ppm y polímero
catiónico 20 ppm; se recirculo con agitación hasta que los floculos se encontrasen distribuidos
homogéneamente dentro del recipiente y tuberías.
2.5 Carga del geocontenedor y toma de muestra de filtrado
Se colocó la válvula de 3 vías en posición de carga; se accionó la bomba manual para impulsar
el efluente hacia el geocontenedor situado en la plataforma, el bombeo continúo hasta que el
manómetro registro los 3.8 psi de presión (esta medida es directamente proporcional a la altura
máxima de carga del geocontenedor de prueba). Una vez alcanzada esta presión, se detuvo el
bombeo y se dejó reposar el geocontenedor durante 20 minutos. Se registró el volumen de
efluente bombeado, filtrado, y se recolectaron muestras para determinación de ST y SST. Este
procedimiento se repitió dos veces más.
2.6 Consolidación del material retenido y toma de muestra
Los geocontedores una vez finalizada la etapa del dispositivo, se retiraron colocándose en
plataformas impermeabilizadas situadas al aire libre. Las muestras para ST del material retenido
se retiraron a través de la boca de carga a los 60 minutos, 24 horas, 10 y 20 días de finalizadas
las tres cargas con el dispositivo.
2.7 Métodos analíticos
Se usaron técnicas estándar por secado en estufa para la determinación de ST y SST en el
efluente, sólido contenido y liquido filtrado [4].
2.8 Estimación de parámetros
Las ecuaciones están basadas en las planteadas por Cantrell et al. [5]
2.9 Reducción de masa
(1)
Dónde:
N= número de ciclos de llenado/drenado (N=1, 2,3)
Minji= masa total de cualquier constituyente j adicionado a la bolsa para un ciclo de
llenado/drenado i.
Moutji= masa total de cualquier constituyente j que pasa a través de la malla de geotextil en el
filtrado para un ciclo de llenado/drenado i.
Cinji= concentración en el influente de un constituyente j para un ciclo de llenado/drenado i.
Vini= volumen de influente para un ciclo de llenado/drenado i.
Coutji= concentración en el filtrado de un constituyente j para un ciclo de llenado/drenado i.
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Vouti= volumen total de filtrado para un periodo de llenado/drenado i.
De la ecuación (1) la eficiencia de retención másica resulta:
(2)
MREn es un parámetro acumulativo, parte del material influente cargado durante el primer ciclo
de llenado/drenado i, filtra continuamente durante toda la prueba. Dentro de una réplica para un
tratamiento definido, no se puede separar los efectos del primer llenado de los llenados
subsecuentes, por lo tanto, la eficiencia de retención después del 3° llenado (MRE) es la
eficiencia de retención másica promedio.
2.10 Reducción de volumen
Es posible que un geocontenedor tenga una alta retención de masa, pero que provea una baja
deshidratación. Por lo tanto la retención másica no es adecuada para describir la performance de
la filtración. Un índice de reducción de volumen (VRE) indica hasta qué grado un
geocontenedor puede deshidratar un lodo.
(3)
(4)
Vndw= volumen de material deshidratado
3 Resultados
Durante la caracterización de los efluentes, se observó una variabilidad en el contenido de ST y
SST. La heterogeneidad hallada no incidió en el desarrollo de los tratamientos, ya que MRE y
VRE, se calcularon en función de las características físicas de las partículas del efluente y su
relación con la trama del geotextil seleccionado para confeccionar los geocontenedores de
prueba. En la Tabla 1, se muestran las características iníciales de los efluentes analizados.
Tabla 1. Características iniciales de los efluentes analizados
Tratamiento
T1
T2
Volumen promedio
(L) [a]
81.667 (5.774)
99.333 (3.547)
ST (%)
2.468 (0.676)
3.90 (1.340)
SST (g.L-1)
24.087 (6.130)
40.410 (10.503)
[a] desviación estándar n=4
Las características del filtrado para ambos tratamientos se muestran en la Tabla 2. Los datos
muestran una concentración menor de ST y SST en T2, así como un mayor volumen de líquido
filtrado en relación a T1.
Hacia un sistema de gestión integral de los residuos sólidos
Tabla 2: Características del efluente filtrado
tratamiento
T1
T2
Volumen
promedio (L)
48.75 (7.503)
69.33 (3.547)
ST (%)
0.16 (0.054)
0.09 (0.012)
SST (g.L-1)
0.441 (0.362)
0.028 (0.0236)
Los resultados de MRE para T1 fueron de 99.3% y 98.9% para ST y SST respectivamente. El
T2 obtuvo un MRE del 99.6% para ST y 99.9 % para SST. El MRE para ST y SST entre ambos
tratamientos no mostro diferencias significativas (p<0.05).
El contenido de ST a 20 días fue mayor para T2 (24.3%) en comparación al hallado para T1
(19.7%). La diferencia encontrada en el contenido de ST para T1 y T2 se mantuvo proporcional
a lo largo del ensayo (24 horas y 10 días de iniciado el ensayo).
Asimismo, VRE mostró una diferencia significativa (p<0.05) entre ambos tratamientos. Las
reducciones encontradas fueron de 72% y 50% para T1 y T2v respectivamente.
4 Conclusiones
Los resultados hallados mostraron que el uso de químicos acondicionantes mejora la calidad del
efluente filtrado y reduce el tiempo de deshidratado, permitiendo un recarga más rápida del
geocontenedor.
La filtración por geocontenedores es un método eficaz para la captura y deshidratación de los
sólidos provenientes de efluentes bovinos. Esto lo hace conveniente como tratamiento primario
en producciones pecuarias.
Referencias Bibliográficas
[1] Moo-Young, H.K., Myers, T., Townsend, D., and Ochola, C. (1999). “Contaminant
Migration Through Geo-Containers Used in Dredging Operations.” Engineering Geology.
Vol. 53. No. 2. pp. 167-176.
[2] Baker, K.B., J.P. Chastain, R. Dodd, K.P. Moore. 2002. Treatment of swine and dairy
lagoon sludge utilizing geotextile filtration. ASAE Paper #024128. St. Joseph, MI ASAE
[3] Worley, J.W., T.M. Bass, and P.F. Vendrell. 2004 Field test of geotextile tube for
dewatering dairy lagoon sludge ASAE Paper #044078, St. Joseph, Mich.: ASAE
[4] APHA. 2005. Standard Methods of Examination of Water and Wastewater. 21st ed.
Washington, D.C.: American Public Health Association (APHA).
[5] Cantrell, K.B., Chastain, J.P., Moore, K.P., 2008. Geotextile filtration performance for
lagoon sludges and liquid animal manures dewatering. Transactions of the American Society
of Agricultural and Biological Engineers 51, 1067–1076.
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