evaluacin del uso de un proceso qumico en el tratamiento de las

EVALUACIÓN DEL USO DE UN PROCESO QUÍMICO EN EL TRATAMIENTO DE
LAS AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA ALIMENTARIA
Montserrat RUEDA-BECERRIL, Abner Damián ALANIZ-HERNÁNDEZ, Thelma B.
PAVÓN-SILVA
Facultad de Química UAEMex, Paseo Tollocan Esq. Paseo Colón, Col. Residencial
Colón, Toluca, México. Tel y Fax: (722) 217 38 90, [email protected]
Palabras clave: coagulación, hidroxicloruro de aluminio, lodos activados
RESUMEN
El tratamiento de aguas residuales, es una acción que demanda mayor
atención e innovación día con día. El tratamiento por lodos activados ha sido un
método efectivo hasta el momento para el tratamiento de aguas, sin embargo cabe la
posibilidad de que el uso de algún agente químico previo al tratamiento biológico
mejore la calidad del agua del efluente en una planta de tratamiento. Se realizó el
presente trabajo con el objetivo de optimizar las condiciones en que opera la planta
de tratamiento de aguas (PTA) de la Fabrica de galletas La Moderna S. A. de C. V.
para contribuir de esta manera con un mejor saneamiento del agua que ahí se trata.
Teniendo en cuenta que en el proceso de limpieza y sanitización en el área de
producción se utilizan compuestos químicos que afectan la operatividad de los
reactores biológicos con los que cuenta el sistema de tratamiento de agua, se probó
un método fisicoquímico previo al tratamiento biológico. Para esto, se tomaron
muestras del influente de la planta tratadora de aguas, para posteriormente
someterlo a pruebas a nivel laboratorio. Estas pruebas consistieron en el uso de un
producto químico (hidroxicolouro de aluminio PAC) como agente floculante. Posterior
a esto, se simuló el tratamiento biológico de lodos activados que se realiza en planta,
haciendo uso de un reactor de flujo continuo. Se evaluó la eficiencia del proceso a
través de la medición de parámetros como: DQO, DBO, COT y Grasas y Aceites. Los
resultados muestran que, el uso de hidroxicoloruro de aluminio previo al tratamiento
biológico, disminuye el grado de contaminación presente en el agua, haciendo que
ésta alternativa de tratamiento sea una posible solución ante la gran cantidad de
contaminantes que acarrea consigo el influente en esta industria alimentaria.
INTRODUCCIÓN
La contaminación del agua, es un tema de interés en aumento, que demanda
cada vez una mayor atención; lo anterior debido a que el agua es un líquido vital.
Por esto, se han tomado medidas que requieren el tratamiento de aguas
contaminadas, de tal manera que la cantidad de sustancias no deseadas que
contenga sea pequeña, si no nula, antes de ser reincorporadas a los mantos
acuíferos.
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Se consideran aguas residuales industriales las que se derivan de cualquier
actividad industrial o comercial no relacionadas directamente con los usos sanitarios
(lavabos, inodoros, duchas de aseo personal). Existe un sinnúmero de
contaminantes que pueden estar presentes en las aguas residuales industriales, y en
función de esto pueden emplearse procesos fisicoquímicos o biológicos para mejorar
la calidad de la misma. En particular en el presente trabajo se aplicaron un proceso
fisicoquímico (coagulación-floculación) con el fin de eliminar contaminantes tóxicos
para posteriormente terminar el tratamiento con un proceso biológico (lodos
activados).
La Coagulación-Floculación son dos procesos dentro de la etapa de clarificación
del agua, en los cuales las partículas se aglutinan en pequeñas masas llamadas
flóculos tal que su peso específico supere a la del agua y se puedan separar por
sedimentación dejando agua clarificada.
A lo largo de los años, se han empleado muchas sustancias de diversa
naturaleza, como agentes de precipitación. El grado de clarifiación resultante
depende tanto de la cantidad de productos químicos que se añade como del nivel de
control de los procesos. (Muñoz, 2002).
Por otro lado tenemos a los tratamientos biológicos de aguas residuales. Éstos
tienen como base el proceso en el que una población mixta de microorganismos
utiliza como nutrientes sustancias que contaminan el agua. Este es el mecanismo por
el cual las corrientes de aguas naturales, como los lagos y los ríos, se autopurifican.
Las aguas residuales que contienen solutos contaminantes se ponen en contacto con
una densa población de microorganismos apropiados, durante un periodo de tiempo
adecuado para que los microorganismos descompongan o eliminen los solutos
contaminantes. En los procesos naturales, los solutos se eliminan principalmente por
dos mecanismos: por la oxidación de los contaminantes debida al metabolismo
microbiano, y por la conversión en materias microbianas celulares.
Los procesos intensificados en gran escala poseen un mecanismo adicional
de remoción, por medio del cual los contaminantes se adsorben y aglomeran con las
densas masas microbianas. A estas aglomeraciones (lodos), se les da un tratamiento
secundario y se pueden utilizar, por ejemplo, en el mejoramiento de suelos. Esto
permite remover estas materias, las que no se verían afectadas por los otros dos
mecanismos. El grado con el que cada uno de estos procesos contribuye al efecto
total de purificación dependerá del sistema de tratamiento que se use, de su manera
de operación y de las materias presentes en el agua residual en tratamiento. (Muñoz,
2002)
De acuerdo con el metabolismo de los microorganismos responsables de
degradar la materia orgánica disuelta en el agua residual muchos autores han
dividido los procesos de tratamiento en dos clases fundamentalmente:
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Aerobios: son aquellos en donde los microorganismos requieren del oxígeno
molecular el cual emplean para trasformar la materia orgánica en biomasa.
Anaerobios: son aquellos en donde los microorganismos en ausencia de oxígeno
molecular descomponen la materia orgánica en compuestos simples como metano y
dióxido de carbono, liberando energía.
El método que se utilizó en este trabajo fue el de lodos activados (método
aerobio). Los procesos de lodos activados se utilizan tanto para tratamiento
secundario como tratamiento completo de aguas residuales. En estos procesos los
desechos líquidos son alimentados continuamente a un tanque aireado, donde los
microorganismos metabolizan y biológicamente floculan los compuestos orgánicos.
Los microorganismos (lodos activados) son sedimentados bajo condiciones estáticas
en el sedimentador secundario y retornados al tanque de aireación. El sobrenadante
clarificado del sedimentador secundario es el efluente del sistema.
Al contenido del tanque de aireación se le denomina licor mezclado y contiene
primordialmente microorganismos en suspensión, parte de los cuales son
desechados del sistema parcialmente estabilizados y después de periodos variables
sujetos a respiración endógena.
El tiempo que la masa biológica debe de permanecer en el sistema (tiempo de
retención celular) depende de varios factores como el nivel de eficiencia deseado, la
estabilización requerida de la materia orgánica.
En el caso de la planta tratadora de aguas de la galletera La Moderna S,A, de
C.V., el tratamiento actual consta de un sistema acoplado anaerobio aerobio. Sin
embargo la carga y toxicidad de los contaminantes ha aumentado debido a
generación de nuevas líneas de producción y uso de productos químicos para
limpieza y sanitización, razón por la cual el proceso biológico no ha mostrado la
eficiencia requerida, por lo que se propuso realizar pruebas a nivel laboratorio para
evaluar la posibilidad de sustituir la primera etapa del proceso con un tratamiento
químico.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se tomaron muestras del influente de agua residual de la planta tratadora de
aguas de la fábrica galletera La Moderna S. A. de C. V. de la ciudad de Toluca,
México. De esta misma planta fueron extraídos lodos activados para su posterior uso
en el experimento piloto.
En el laboratorio, el agua del influente se sometió a un tratamiento químico
adicionando hidroxicloruro de aluminio (PAC) seleccionado previamente (Torres
2005) en dosis de 2 mg/L. Las condiciones de gradiente de velocidad y tiempos en
la prueba de jarras fueron: agitación rápida 150 rpm por 1 minuto, seguido de una
agitación lenta 40 rmp durante 4 minutos y 0 rpm por un tiempo de 10 minutos, para
posteriormente separar el sobrenadante por decantación y colocarlo en el reactor de
flujo continuo para seguir con el proceso biológico de lodos activados.
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Para llevar a cabo la simulación se hizo uso de un reactor de flujo continuo,
modelo a escala laboratorio hecho de vidrio con capacidad para 30 L. La
recirculación del agua se efectúo con bombas peristálticas de tal manera que el
tiempo de retención fuera de 8 h para simular las condiciones de operación de
planta, la recirculación fue del 0.25 Q y la aeración se realizó por medio de tres
compresores para acuarios Elite 801. En la figura 1 se muestra un diagrama del
reactor utilizado. (Ramalho, 1996)
Figura 1 reactor piloto utilizado para las pruebas en laboratorio
Se monitoreo el pH con el fin asegurar que no se diera un proceso de
fermentación, lo que llevaría el sistema a pH ácido.
Se realizaron las determinaciones de sólidos, pH, color, sulfatos, DQO, DBO
coliformes fecales y huevos del helminto para evaluar la calidad del agua influente,
tratada con el PAC y tratada con PAC más biológico. (APHA, AWWA, WPCF, 1989)
Las determinaciones de Carbón Orgánico Total (COT) se realizaron con el
equipo Apollo 9000 de Tekmar, y para las determinaciones de DQO, se utilizó el
espectrofotómetro DR4000 de Hach.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la tabla 1, se muestran los resultados de una de las pruebas en
laboratorio, en la cual se presentan algunos parámetros para agua cruda (influente),
agua tratada con PAC y agua tratada con PAC más el proceso biológico; se espera
que el agua tratada sea descargada a drenaje, sin embargo buscando el re uso de la
misma, los parámetros establecidos en la tabla aun se encuentran por arriba de los
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límites que marca la NOM-003 de re uso de agua, ya que la DBO debería estar por
debajo de 30 mg/L.
El parámetro de mayor importancia cuando la norma a cubrir sea la NOM-002
de descarga a drenaje es el parámetro de grasas y aceites, el cual debe de
encontrarse en 50 mg/L como promedio mensual. En cuanto a coliformes fecales es
importante mencionar que el agua debe de ser desinfectada y para esta
determinación se omitió la etapa de desinfección, por lo que se espera que este
parámetro sea menor. En cuanto a metales, al no encontrarse en ninguna etapa del
proceso de elaboración de galleta, se consideraría que no están presentes; estudios
previos muestran que estos elementos se encuentran por debajo de los límites
permisibles (Reporte realizado por Facultad de Química a petición de la empresa).
Tabla 1. Resultados de algunos parámetros para evaluar el comportamiento del
tratamiento
Parámetro
Color (Pt-Co)
Turbiedad (UNT)
pH 15.5 ºC
Sólidos Totales
Sólidos Suspendidos
Sólidos Sedimentables
DBO5
DQO
Sulfatos
Coliformes Totales
Huevos helmintos
Agua cruda
30
1153
4.5
3840
2905
40
3415
7489
84.37
11000
negativo
PAC
PAC+Biológico
40
12.3
6.56
400
22
0.2
258
935
1.56
1100
negativo
60
22.4
8.2
768
34
0.1
54.3
821.3
37.81
11000
negativo
En la tabla 2 se muestran los resultados de las pruebas en laboratorio, en las
cuales los parámetros evaluados para el control del proceso fueron grasas y aceites
y DBO y COT.
Tabla 2. Evaluación del tratamiento químico y biológico
09/02/2006 Prueba 1
Parámetro
Grasas y aceites (mg/L)
DBO (mg/L)
COT (mg/L)
20/02/2006 Prueba 2
Parámetro
Grasas y aceites (mg/L)
DBO (mg/L)
COT (mg/L)
Influente
1795.29
4289
594
PAC
545.89
599
422.01
Biológico
14.2
125
143.14
Influente
347
2667
295.98
PAC
Biológico
<5
908
72.22
32.26
1300
177.7
Es importante mencionar que se incluyo el parámetro grasas y aceites debido
a que dentro de la empresa se han establecido dos nuevas líneas de producción que
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utilizan grasa líquida incrementando este parámetro en la descarga, lo cual se4
refleja en el reactor biológico, ya que al ser una grasa que solidifica a temperaturas
bajas entra a la PTA y se refleja en el reactor de lodos activados lo cual repercute en
la eficiencia del mismo. En la prueba 1 de la tabla 2, se observa que la DBO baja
hasta 125 mg/L y grasas y aceites se encuentra en 14.2 mg/L, sin embargo en la
prueba 2 la DBO se encuentra muy por arriba de lo esperado aunque el parámetro
de grasas y aceites la remoción es prácticamente completa con < a 5 mg/L. El valor
de 1300 mg/L en DBO fue reportado con presencia de toxicidad, por lo que es
probable que esta muestra contenga presencia de sanitizantes, esto se explica a que
los días lunes se realiza la sanitización en planta antes de comenzar la producción,
por lo que la muestra tomada podría contener compuestos tóxicos para los
microorganismos. Esto nos permite mejorar las condiciones de control y operación de
la PTA con especial atención los días que se realice la limpieza y por supuesto tomar
las precauciones necesarias al momento de escalar el proceso.
En la gráfica 1, se muestran las eficiencias de remoción para grasas y
aceites, DBO y COT En ambos casos la eficiencia de remoción de DBO y COT son
similares y para DBO esta entre 60 y 95%.
Eficiencia de remoción (%)
120.0
Prueba 1
Prueba 2
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
GyA
DBO
COT
Gráfica 1. Eficiencias de remoción de grasas y aceites, DBO y COT en los diferentes
procesos estudiados.
En la tabla 3 se muestran los resultado de una prueba en planta con duración
de 4 semanas pero exclusivamente para la evaluación del PAC, falta realizar en este
caso el proceso biológico en las condiciones reales de nutrientes una vez aplicado el
PAC como primer tratamiento.
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Tabla 3. Resultados de prueba en planta sin considerar el tratamiento
biológico
Agua residual influente
Primera
semana
Segunda
semana
Tercera
semana
Cuarta
semana
GyA
N.D.
Agua residual tratada
con PAC
DQO
DBO
GyA
935
258
N.D.
DQO
7489
DBO
3415
26602
6520
7946.2
3990
3750
3465
2670
2117.6
1283
4674
2163
327.12
2804
E (%)
DQO
87.52
DBO
92.45
GyA
N.D.
16.22
85
42.48
99.8
835
26.16
62.97
68.73
98.76
758
16.77
40.01
64.96
94.87
Se observan eficiencias de remoción entre el 40 y el 87 % para QDO, 42 y 92
% para DBO y superiores al 94 % para grasas y aceites, observando también
relaciones de QBO/DQO de 0.27, 0.65 y 0.93, lo que indicaría una relación adecuada
para dar continuidad con el proceso biológico como tratamiento siguiente para tratar
de dar cumplimiento a la normatividad de agua de descarga. Es necesario un mayor
control en la aplicación del producto químico, ya que las condiciones del influente a la
PTA varían con el tiempo, por lo que la dosis a aplicar se vario entre 0.5 y 2 mg/L, sin
embargo por momentos el agua presento alta viscosidad misma que se genera si la
concentración del hidroxicloruro de aluminio es mayor a la necesaria.
En la figura 2 se muestra una fotografía del reactor de flujo contínuo que fue
utilizado para la prueba a nivel laboratorio.
Figura 2. Reactor piloto para la prueba en laboratorio
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De acuerdo a estos resultados se propone el uso del producto químico
(hidroxicloruro de aluminio) para después continuar con el tratamiento biológico,
recomendando un seguimiento detallado en el control de operación para escalar el
proceso a planta.
CONCLUSIONES
Es factible la aplicación de PAC como tratamiento fisicoquímico en el influente,
con el fin de eliminar grasas y aceites así como la carga de contaminantes.
Es necesario analizar el comportamiento del reactor biológico después de
tratar el agua con PAC, así como dar un seguimiento detallado al control de
operación al realizar el escalamiento de la prueba.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece el apoyo de los Fondos Sectoriales CONACYT SEMARNAT por
el apoyo recibido a través del proyecto C01-0502.
REFERENCIAS
Muñoz R., G (2002). Optimización de una planta de tratamiento de aguas residuales
por procesos de lodos activados de sistema acoplado. Tesis para obtener el
título de Ingeniero Químico.
Ramalho R. S: (1996) Cap. 5 Tratamientos secundarios: El Proceso de lodos activos.
Tratamiento de aguas residuales industriales Editorial Reverté. España. pp.
299-301.
APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater, 17th ed.; Clesceri, L. S., Greenberg, A. E., Eaton, A. D., Franson,
M. A. H., Eds.; American Public Health Association: Washington, DC, 1989
Torres B. T. (2005). Comparación de procesos fisicoquímicos para la eliminación de
COT en agua residual industrial.
http://www.ayto-zaragoza.es/azar/ayto/medioam/aguas.htm#res
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