Anexo A: Caracterización de corrientes residuales industriales

Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
Pág. iii
Anexo A: Caracterización de corrientes residuales
industriales
A.1. Introducción ........................................................................................................ v
A.2. Caracterización genérica agro-industrias ..........................................................vi
A.3. Caracterización sustratos por distintas fuentes ............................................... viii
A.4. Aguas residuales en mataderos ........................................................................ x
A.5. Aguas residuales en destilerías alcoholeras e industrias azucareras..............xii
Referencias bibliográficas........................................................................................xiv
Pág. iv
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
Pág. v
A.1. Introducción
En este anexo se facilitan las caracterizaciones de distintas corrientes residuales. Estas
corrientes presentan unas características tipo, aún así estas variarán en función de la zona,
el proceso industrial y otros muchos factores.
Estas caracterizaciones servirán pues para dar una noción sobre las características
generales del influente a tratar con la digestión anaerobia. Para implantar una planta será
recomendable caracterizar concretamente el influente usando las plantas a pequeña escala
que se describen en el Anexo B.
Pág. vi
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
A.2. Caracterización genérica agro-industrias
Existen multitud de residuos agro-industriales. Normalmente se diferencia entre las aguas
residuales, altamente cargadas de materia orgánica disuelta (DQO y DBO), y residuos como
sólidos orgánicos, con un contenido alto de humedad.
En la siguiente tabla se presentan algunos ejemplos de producciones de gas para residuos
agro-industriales. Estos parámetros serán necesarios para el dimensionado del sistema de
digestión anaerobia. [3]
Sector industrial
Tiempo de
retención
[días]
Carga del
digestor
[kg/día·m3]
[m3/kg]
[m3/m3·día]
Porcentaje de
eliminación
[%]
0,5-0,8
32
20-25
2-5
0,5-0,7
0,2-1
3,4-7,4
10
1,2-3,5
2,3-10
0,5
1,2-3,5 DQO
0,8-1,6 SV
1,2-1,5 ST
6,4 DBO
7,5 DQO
1-8 DQO
12-16,5 DQO
0,7-2 SV
3,9 SV
183 DQO
1,8-5,5 ST
2,7-31,9 DQO
0,3-0,5 DQO
0,3-0,6 SV
0,7 DBO
0,9 DBO
0,3-0,4 DQO
0,1-0,1 SV
0,9 SV
0,6 DQO
0,3-0,3 ST
-
0,1-2,4
5,5
0,5-4
3,5
6,6
-
80 DQO
80-85 DBO
92 DBO
90-95 DBO
60-70 DQO
87-97 DQO
86-99 DBO
97 DBO
45-65 DQO
80-91 DQO
11-22,5
1,2-3,1 SV
1 SV
-
-
25-30
15-35
10-25
15-35
20-30
0,7-3,2 SV
0,5-2,5 SV
0,8-4,1 SV
0,6-3,6 SV
1,2-4,5 SV
0,1-0,1 SV
0,2-0,4 SV
0,1-0,5 SV
0,2-0,5 SV
0,1-0,6 SV
0,6-1,4
0,8-2,1
0,7-1,8
0,8-1,5
-
Matadero
Frutos y vegetales
Extracción aceite oliva
Quesería
Almidón de patata
Fabrica levadura
Refino azúcar
Procesado leche
Derrames de melaza
Destilado de melaza
Cervecera
Peletería
Basura orgánica y
alcantarillado
Basura orgánica
Granja de ganado
Granja de cerdos
Granja de caballos
Alcantarillado
Producción de gas
Tabla A.1. Parámetros característicos en diferentes sectores industriales
Dónde:
SV – sólidos volátiles
DQO – demanda química de oxígeno
DBO – demanda biológica de oxígeno
ST – sólidos totales
Pág. vii
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
Por último, una tabla que muestra el ratio de producción de gas y el contenido en metano
de varios sustratos después de 10-20 días de tiempo de retención y una temperatura de
proceso de unos 30ºC aproximadamente. [4]
Sustrato
Estiércol de cerdo
Estiércol vacuno
Excretas de aves de corral
Estiércol de caballo
Excretas de oveja
Estiércol de corral
Paja de trigo
Paja de centeno
Paja de cebada
Paja de avena
Paja de maíz
Paja de colza
Paja de arroz
Cáscaras de granos de arroz
Lino
Césped
Bagazo
Retana
Cañas, juncos
Trébol
Residuos vegetales
Restos de papas
Restos o azúcar de remolacha
Hojas de girasol
Residuos de agricultura
Semillas
Cáscaras de cacahuete
Hojas caídas
Jacinto de agua
Algas
Fangos de alcantarillado
Ratio gas
(l/kg SV)
Contenido en
metano (%)
340-550
90-310
310-620
200-300
90-310
175-280
200-300
200-300
250-300
290-310
380-460
200
170-280
105
360
280-550
165
405
170
430-490
330-360
280-490
400-500
300
310-430
620
365
210-290
375
420-500
310-740
65-70
65
60
50-60
59
59
59
59
59
60-70
58
63
Tabla A.2. Ratios de producción de gas y contenido en metano
Pág. viii
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
A.3. Caracterización sustratos por distintas fuentes
Para tener una orientación del contenido de nitrógeno y carbono de distintos sustratos
biodegradables, se presenta el cuadro 4 valores aproximados experimentales recopilados de
varias fuentes. [5]
Fuente
Maramba, Felix: Biogas and
Waste Recycling – The
Phillipine Experience; Metro
Menila, Phillipines, 1978, p.43
Barnett, A. et al. : Biogas
Technology in the Third
World ; Ottawa, Canada, 1978,
p.51
Kaltwasser, Bernd: Biogas;
Wiesbaden, FRG, 1980, pg.
35-36
Materia biodegradable
A. Estiércol animal
Cerdos
Vacas
Pollos
Patos
B. Residuos domésticos
Excrementos humanos
Restos de pollo
C. Residuos cosecha
Tallo de maíz
Paja de arroz
Mazorca de maíz
Cáscaras de cacahuete
Césped
Bagazo
D. Otros
Plantas acuáticas
Adornos vegetales
Excrementos humanos
Estiércol de vaca
Estiércol de pollo
Estiércol de caballo
Heno, césped
Heno, alfalfa
Alga marina
Paja de trigo
Bagazo
Aserrín
Excrementos humanos
Estiércol de vaca
Estiércol de cerdo
Excrementos de pollo
Estiércol de caballo
Estiércol de oveja
Heno
Algas
Paja de trigo
Bagazo
Aserrín
Col, repollo
Tomates
Mostaza
Piel de patata
Paja de arroz
Paja de maíz
Hojas caídas
Cáscaras de soja
Brotes de cacahuete
N en [%]
C/N
2,8
1,8
3,7
0,8
13,7
19,9
9,65
27,4
7,1
1,9
6,72
28,6
1,2
0,7
1
1,7
1,07
0,4
56,6
51
49,9
31
-
2,9
2,5
6
1,7
6,3
2,3
4
2,8
1,9
0,5
0,3
0,1
6
1,7
3,8
6,3
2,3
3,8
4
1,9
0,5
0,3
0,1
3,6
3,3
1,5
1,5
0,6
0,8
1
1,3
0,6
11,4
15,7
6-10
18
7,3
25
12
17
79
150
150
200-500
5,9-10
16,6-25
6,2-12,5
5-7,1
25
33
12,5-25
100
100-125
140
200-500
12,5
12,5
25
25
67
50
50
33
20
Tabla A.3. Contenido en nitrógeno y carbono para distintos sustratos
Otros valores los encontramos en [3] y se detallan en las tablas a continuación. Una primera
tabla con los ratios C/N de distintos residuos y una segunda tabla de ratios de producción de
gas por tipo de sustrato.
Pág. ix
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
Sustrato
Orina
Estiércol de vaca
Estiércol de cerdo
Estiércol de pollo
Estiércol de cabra/oveja
Excrementos humanos
Paja de cereal
Paja de maíz
HIERBA FRESCA
Jacinto de agua
Residuos vegetales
C/N
0,8
10-20
9-13
5-8
30
8
80-140
30-65
12
20-30
35
Tabla A.4. Ratios C/N
SUSTRATO
Estiércol de cerdo
Estiércol de vaca
Estiércol de caballo
Estiércol de oveja
Estiércol de establo
Cereales
Paja de maíz
Paja de arroz
Césped
Bagazo
Residuos vegetales
Jacinto de agua
Algas
Alcantarillado
Rango ratio de
gas [l/kg SV]
Ratio medio de
gas [l/kg SV]
340-550
150-350
310-620
100-310
175-320
180-320
350-480
170-280
280-550
140-190
300-400
300-350
380-550
310-640
450
250
460
200
225
250
410
220
410
160
350
325
460
450
Tabla A.5. Rango y ratio de producción de gas
Dónde SV son los sólidos volátiles del sustrato.
Pág. x
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
A.4. Aguas residuales en mataderos
Los vertidos de la industria cárnica generan múltiples problemas de contaminación del
medio. Presentan un alto contenido en materia orgánica (DQO y DBO5), grasas, sólidos en
suspensión y nutrientes (nitrógeno y fósforo). Estos valores se facilitan en la siguiente tabla.
[1]
Parámetros
Cerdos
Ganado
bovino
Ganado
caprino
Pollo
Embutidos
Consumo de
agua
(litros/animal)
300-500
400-800
100-250
6-20
-
4,000-7,000
1,200-2,500
200-450
100-600
300-1,500
5,000-12,000
3,000-7,000
250-750
100-400
400-2,500
4,000-8,000
2,000-5,000
200-400
100-600
300-1,200
2,500-3,500
1,500-2,500
150-250
300-700
350-800
2,000-4,000
1,200-2,500
80-150
100-600
400-1,000
DQO
DBO
NTK
Grasas
SST
Tabla A.6. Parámetros característicos agua residual mataderos
Son el nitrógeno y el fósforo los que provocan problemas de eutrofización de los canales
receptores. La eutrofización es un proceso de evolución temporal en el que el agua
enriquecida de oxígeno, provoca un aumento de plantas acuáticas. Esto transforma el canal
en zona pantanosa y por último en terreno seco. Este proceso es posible acelerarlo con la
adición de nutrientes, como es el caso de los vertidos de mataderos. [1]
Un pretratamiento (tamizado y desengrase), junto con un tratamiento biológico (como la
digestión anaerobia), nos permitirá obtener unos parámetros de vertido completamente
compatibles con la legislación y minimizará el impacto ambiental negativo sobre el ambiente.
Pretratamiento: consistirá en la eliminación de los sólidos en suspensión (parámetro SST) y
las grasas. Dispondremos de:
-
Sistema de tamizado: tamiz rotativo, tamices filtrantes o similares
-
Sistema de desengrase
Conseguiremos con ello una rendimiento de eliminación de DQO mínimo del 30% y en SST
y grasas del 80%, siempre sin adición de reactivos.
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
Pág. xi
Las grasas son el punto crítico de diseño de estos sistemas, puesto que generan problemas
de atascamientos en tuberías y elementos mecánicos, en los tratamientos biológicos, puesto
que dificultan la difusión de oxígeno y son tóxicos para los microorganismos. [1]
Pág. xii
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
A.5. Aguas residuales en destilerías alcoholeras e industrias
azucareras
La caracterización de esta agua se ha obtenido del estudio del aprovechamiento de aguas
residuales de industria azucarera como dilución de las aguas de destilería para su posterior
tratamiento anaerobio en un reactor UASB, a la vez que se depurarán las aguas de la
industria azucarera en vez de verterlas directamente al medio. [2]
Los resultados son pues de casos concretos, aunque siendo el proceso de transformación
de la materia prima (cereales o caña de azúcar) a cerveza o azúcar genérico, se podrán
tomar las siguientes medidas de parámetros químicos del influente como buenas de forma
aproximada.
La tabla B.2 es la caracterización de las aguas de la Empresa Mielera Heriberto Duquense,
en Remedios, Villa Clara, Cuba. Concretamente se trata de la caracterización de las vinazas
de la destilería de alcohol. La tabla A.7. es la caracterización de las aguas del ingenio,
industria azucarera, anexa a las instalaciones de la destilería.
Parámetro
DQOt (g/l)
DQOc (g/l)
pH
ST (g/l)
STF (g/l)
STV (g/l)
SST (g/l)
SSF (g/l)
SSV (g/l)
SDT (g/l)
SDF (g/l)
SDV (g/l)
Conductividad
(µS/cm)
Sulfatos (g/l)
Nitrógeno (g/l)
Fósforo (g/l)
Calcio (g/l)
STV/ST
SSV/SST
Promedio
Desviación
estándar
Valor
máximo
Valor
mínimo
Numero de
muestras (n)
71,2
49,94
4,47
52,67
12,61
38,67
5,14
3,39
7,59
41,97
9,23
31,08
29,27
7,68
0,43
4,15
0,9
4,29
5,12
2,91
6,14
8,11
2,67
8,24
168,4
63,3
6,4
68,46
13,7
44,25
18,03
8,89
17,26
52,54
12,19
40,38
26,4
38,4
4
45,47
11,12
33,05
1,42
0,91
1,47
30,7
4,18
19,1
49
14
46
14
6
6
14
6
6
6
6
6
8,36
2,86
13,41
6,6
5
15,81
0,21
0,21
0,55
0,75
0,82
29,53
0,10
0,10
0,34
0,02
0,64
76
0,322
0,41
1,2
0,77
2,07
2,893
0,02
0,15
0,26
0,73
0,28
6
6
6
6
6
6
Tabla A.7. Caracterización de las vinazas de la destilería de alcohol
Pág. xiii
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
Parámetro
DQOt (g/l)
DQOc (g/l)
pH
ST (g/l)
STF (g/l)
STV (g/l)
SST (g/l)
SSF (g/l)
SSV (g/l)
SDT (g/l)
SDF (g/l)
SDV (g/l)
Conductividad
(µS/cm)
Sulfatos (g/l)
Nitrógeno (g/l)
Fósforo (g/l)
Calcio (g/l)
STV / ST
SSV / SST
Promedio
Desviación
estándar
Valor
máximo
Valor
mínimo
Numero de
muestras (n)
0,05
7,64
5,63
6,58
1,31
5,27
2,06
0,28
1,37
4,04
0,52
3,32
8,78
8,35
1,43
4,50
2,40
3,15
2,66
0,27
1,67
2,73
0,43
2,23
61
58
11,44
23,1
11,6
14,5
12,6
0,95
5,75
9,54
1,77
7,77
0,18
0,18
2,79
0,94
0,12
1,44
0,11
0,03
0,02
0,66
0
0,22
67
68
56
39
28
17
27
16
16
16
16
16
0,77
0,39
1,7
0,08
26
0,34
0,04
18,12
0,27
0,86
0,65
0,21
0,03
29,53
0,09
0,08
0,32
0,95
0,084
85,64
8
0,98
0,97
0,11
0
0
0,38
0,66
0,026
15
12
16
0,14
17
16
Tabla A.8. Caracterización de las agues residuals del ingenio.
Se puede apreciar en estas caracterizaciones que los parámetros químicos del agua varían
en distinta medida. Es muy bueno presentar los resultados de las caracterizaciones en
formato estadístico, puesto que así se conoce un poco el comportamiento de estos
parámetros y si son variables o estables en el perfil de las aguas residuales.
Pág. xiv
Anexo A: Caracterización corrientes residuales industriales
Referencias bibliográficas
[1] GARCIA EXPÓSITO, ISAAC, Departamento Técnico de Nilo Medio Ambiente, S.L.,
IBÉRICA: actualidad tecnológica. Número 469, diciembre de 2003, p. 572-575.
[2] OBAYA ABREU, C. et Altres, Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados
de la Caña de Azúcar (ICIDCA). Tecnología del agua, año XXIV, número 249, junio
de 2004, p. 78-85.
[3] WERNER, U., STÖHR, U., HEES, N.. Biogas Plants in Animal Husbandry. Deutsche
Zentrum für Entwicklungstechnologien (GATE), Deutsche Gesellschaft für
Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH. 1989.
[4] INFORMATION AND ADVISORY SERVICE ON APPROPRIATE TECHNOLOGY.
GTZ PROJECT. Biogas Digest. Volume II. Biogas – Application and Product
Development.
[http://www5.gtz.de/gate/id/Download.afp?PubName=../publications/BiogasDigestVol
2.pdf, 12 de abril de 2004]
[5] INFORMATION AND ADVISORY SERVICE ON APPROPRIATE TECHNOLOGY.
GTZ PROJECT. Biogas Digest. Volume I. Biogas Basics.
[http://www5.gtz.de/gate/id/Download.afp?PubName=../publications/BiogasDigestVol
1.pdf, 12 de abril de 2004]