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DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LA ESTACIÓN
DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES EN LA EMPRESA
PROLECHE S.A. DEL MUNICIPIO DE CHÍA
JONNATHAN JAIR CRUZ CARVAJAL
UNIVERSIDAD DE LA SABANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL
BOGOTÁ, D.C.
2001
DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LA ESTACIÓN
DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES EN LA EMPRESA
PROLECHE S.A. DEL MUNICIPIO DE CHÍA
JONNATHAN JAIR CRUZ CARVAJAL
Proyecto de grado para optar al título de Ingeniero de Producción Agroindustrial
Director
ENRIQUE VARGAS TORRES
Ingeniero de Alimentos
UNIVERSIDAD DE LA SABANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL
BOGOTÁ, D.C.
2001
Nota de aceptación
____________________
____________________
____________________
____________________
Presidente del Jurado
____________________
Jurado
____________________
Jurado
Chía, 23 de enero de 2001
Al Santísimo,
mi eterno guía,
a mis padres,
mi continuo apoyo.
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa su agradecimiento a:
Enrique Vargas Torres, Ingeniero de Alimentos y Jefe de Planta de Proleche S.A. Chía,
por brindarme la oportunidad de realizar el trabajo de grado en tan prestigiosa empresa.
Carlos Jiménez Junca, Ingeniero Químico y Profesor de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad de la Sabana, por su valiosa asesoría.
Omar Barragán Uribe, Ingeniero Mecánico y Jefe de Mantenimiento de Proleche S.A.,
por su colaboración en la resolución de problemas técnicos.
Norman Rodríguez, Ingeniero de Alimentos y Jefe de Producción de Proleche S.A., por
sus prácticas sugerencias.
CONTENIDO
pág.
JUSTIFICACIÓN Y ANTECEDENTES.............................................................................. i
OBJETIVOS.....................................................................................................................
1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA....................................................................................... 4
1.1
CARACTERIZACIÓN DE LOS EFLUENTES DE LA INDUSTRIA LÁCTEA........... 4
1.1.1 Evaluación de la biodegradabilidad....................................................................... 6
1.1.2 Causas y consecuencias de la contaminación de un vertimiento lácteo............... 7
1.2
ESTRATEGIAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES EN LA INDUSTRIA
LÁCTEA................................................................................................................... 8
1.2.1 Procesos físico–químicos...................................................................................... 8
1.2.2 Procesos biológicos............................................................................................... 9
1.2.2.1
1.3
Tratamientos aerobios...................................................................................... 9
EL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS.............................................................. 10
1.3.1 Parámetros de operación de los sistemas biológicos aerobios de lodos
activados.............................................................................................................. 11
1.3.2 Sedimentación del lodo y sus problemas............................................................ 13
1.3.2.1
Lodo ascendente............................................................................................ 14
3
1.3.2.2
Lodo voluminoso (bulking)............................................................................. 14
1.3.3 Control de oxígeno en plantas depuradoras........................................................ 15
1.3.3.1
La aplicación del oxígeno en la planta........................................................... 16
1.3.3.2
Aireación según la carga................................................................................ 16
1.4
DEPURACIÓN AEROBIA DE VERTIDOS LÁCTEOS DE ALTA ALCALINIDAD.. 17
2. MATERIALES Y MÉTODOS..................................................................................... 18
2.1
MATERIALES........................................................................................................ 18
2.1.1 Listado de equipos y material empleado............................................................. 18
2.2
METODOLOGÍA....................................................................................................18
2.2.1 Descripción de la metodología............................................................................. 18
2.2.2 Variables a medir y condiciones de muestreo...................................................... 19
2.2.2.1
Caracterización afluente EDAR...................................................................... 19
2.2.2.2
Seguimiento parámetros de operación EDAR............................................... 20
3. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.................................................. 22
3.1
CARACTERIZACIÓN AFLUENTE EDAR............................................................. 22
3.2
SEGUIMIENTO PARÁMETROS DE OPERACIÓN EDAR.................................... 26
3.3
COMPARACIÓN ENTRE CARACTERIZACIÓN Y SEGUIMIENTO PARA
LOS RESULTADOS DEL AFLUENTE DE LA EDAR............................................ 35
4. ALTERNATIVAS PARA MEJORAR LA EFICIENCIA DE DEPURACIÓN DE LA
EDAR........................................................................................................................ 36
4.1
AUMENTO DE LA CAPACIDAD DE AIREACIÓN................................................ 37
4.2
NEUTRALIZACIÓN DE pH DEL AFLUENTE DEL TANQUE DE
AIREACIÓN........................................................................................................... 40
4.3
SUMINISTRO DE NUTRIENTES DEFICITARIOS................................................ 41
4.4
ELIMINACIÓN DE GRASAS POR AIREACIÓN.................................................... 43
5. RUTINA DE MONITOREO........................................................................................ 46
CONCLUSIONES........................................................................................................... 48
RECOMENDACIONES.................................................................................................. 49
BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................... 50
ANEXOS......................................................................................................................... 52
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Caracterización de los efluentes globales de algunas industrias lácteas........... 5
Tabla 2. Resultados del muestreo puntual y compuesto en la caracterización.............. 23
Tabla 3. Análisis de varianza aplicado a las variables analizadas en las distintas
etapas del tratamiento...................................................................................... 26
Tabla 4. Análisis de varianza de un factor para la temperatura entre los puntos de
muestreo 1 y 2................................................................................................. 27
Tabla 5. Eficiencias de remoción de DQO..................................................................... 29
Tabla 6. Eficiencias de remoción de SST....................................................................... 31
Tabla 7. Carga másica diaria en el tanque de aireación................................................ 32
Tabla 8. IVF del licor mezclado...................................................................................... 33
Tabla 9. Eficiencias de remoción de grasas y aceites.................................................... 34
Tabla 10. Frecuencia de muestreo................................................................................. 46
Tabla 11. Horarios de lavado de maquinaria y equipos en la semana de
caracterización............................................................................................... 52
Tabla 12. Resultados del muestreo puntual en la caracterización................................. 53
Tabla 13. Resultados puntuales del seguimiento, semana 1......................................... 54
Tabla 14. Resultados puntuales del seguimiento, semana 2......................................... 55
Tabla 15. Resultados puntuales del seguimiento, semana 3......................................... 56
Tabla 16. Resultados puntuales del seguimiento, semana 4......................................... 57
Tabla 17. Resultados de Demanda Química de Oxígeno (DQO).................................. 58
Tabla 18. Resultados de Sólidos Totales (ST)............................................................... 59
Tabla 19. Resultados de Sólidos Suspendidos Totales (SST)....................................... 59
Tabla 20. Resultados de Sólidos Sedimentables (SS)................................................... 60
Tabla 21. Resultados de Grasas y Aceites (G y A)........................................................ 60
Tabla 22. Resultados de nutrientes................................................................................ 61
Tabla 23. ANOVA comparativo de temperatura entre caracterización y seguimiento... 62
Tabla 24. ANOVA comparativo de pH entre caracterización y seguimiento.................. 62
Tabla 25. ANOVA comparativo de DQO entre caracterización y seguimiento............... 63
Tabla 26. ANOVA comparativo de sólidos totales entre caracterización y seguimiento 63
Tabla 27. ANOVA comparativo de SST entre caracterización y seguimiento................ 63
Tabla 28. ANOVA comparativo de nitrógeno entre caracterización y seguimiento........ 64
Tabla 29. ANOVA comparativo de fósforo entre caracterización y seguimiento............ 64
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Composición de los disolventes de limpieza en la industria láctea en Suiza.... 4
Figura 2. Reactor biológico de lodos activados con decantador secundario................. 11
Figura 3. Puntos de muestreo en la EDAR.................................................................... 20
Figura 4. Comportamiento de la DQO y los SST........................................................... 25
Figura 5. Comportamiento de la temperatura................................................................. 27
Figura 6. Comportamiento del pH.................................................................................. 28
Figura 7. Comportamiento de la DQO............................................................................ 29
Figura 8. Comportamiento de la DQO en el Punto 5...................................................... 30
Figura 9. Comportamiento de los SST........................................................................... 31
Figura 10. Comportamiento de los SST en el Punto 5................................................... 32
Figura 11. Evolución de los SS en el tanque de aireación............................................. 33
Figura 12. Comportamiento de las grasas y aceites...................................................... 34
Figura 13. Tanque aireador............................................................................................ 36
Figura 14. Aireador de superficie................................................................................... 37
Figura 15. Tanque de homogeneización........................................................................ 42
Figura 16. Primer tanque de las trampas de grasa........................................................ 45
Figura 17. Cambios sugeridos en la EDAR.................................................................... 45
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexo A. Horarios de lavado.......................................................................................... 52
Anexo B. Resultados del muestreo puntual en la caracterización................................. 53
Anexo C. Resultados del muestreo puntual en el seguimiento...................................... 54
Anexo D. Resultados del muestreo compuesto en el seguimiento................................ 58
Anexo E. Análisis de varianza de un factor comparativo entre los resultados de la
caracterización y el seguimiento para el afluente de la EDAR........................ 62
JUSTIFICACIÓN Y ANTECEDENTES
Este proyecto se realizó con el objetivo de aportar soluciones que contribuyan al
cumplimiento de los compromisos ambientales que ha adquirido la empresa Proleche
S.A. con la comunidad y con la autoridad ambiental, procurando una producción más
limpia y ecológica.
El estudio tiene como fin determinar la eficiencia de la nueva estación depuradora de
aguas residuales (EDAR) de la empresa, y establecer si su efluente cumple con los
parámetros exigidos por la Resolución 1299 del 29 de marzo de 1993 proferida por la
Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR) para Proleche S.A. Esto se
logrará por medio de la realización de pruebas fisicoquímicas y microbiológicas
efectuadas en diversos puntos a lo largo del proceso de depuración.
Antiguamente la empresa Proleche S.A. trataba sus aguas residuales mediante un
sistema poco eficiente, cuyo vertimiento no cumplía con los parámetros requeridos
legalmente.
La planta de tratamiento estaba conformada, en su orden, por:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Tanque de recibo.
Trampas de grasa (4 unidades).
Tanque de homogeneización.
Pozo de bombeo.
Filtro percolador.
Tanque sedimentador.
Cámaras de secado de lodos (4 unidades).
Este sistema presentaba problemas como:
•
•
Baja eficiencia en la remoción de grasas.
Debido a que el afluente de la EDAR era alcalino (pH≈ 11) se añadía CO2 en el
tanque de homogeneización para bajar el pH, pero sin ningún control de la cantidad
que se debía adicionar para mantener dicha variable en el rango óptimo.
i
ii
•
•
•
•
•
•
Baja concentración de oxígeno disuelto en el agua de entrada al percolador. Para
aumentarla se añadía peróxido de hidrógeno.
Anaerobiosis en el filtro percolador, con la consecuente producción de olores
desagradables, y baja eficiencia en la remoción de materia orgánica.
Concentración muy baja de oxígeno disuelto en el agua de salida del percolador.
Baja eficiencia del tanque sedimentador, debido a la presencia de bacterias
filamentosas. Para solucionar esto se adicionaba sulfato de aluminio, a manera de
floculante, al agua de entrada de dicho tanque, pero sin buenos resultados.
Los lodos y grasas secos se quemaban y posteriormente se enterraban,
contaminando el ambiente.
El sistema de recolección de aguas lluvias desembocaba en la planta de
tratamiento, lo cual desestabilizaba su funcionamiento.
Debido a este y a otros factores de contaminación que generaba la empresa, la
comunidad aledaña expreso su inconformidad ante las autoridades municipales y ante
la CAR, y a raíz de esto, la compañía se comprometió a dar soluciones.
Para remediar el problema de las aguas residuales, el departamento de ingeniería de
Proleche S.A. realizó reformas a la antigua planta de tratamiento, aprovechando las
instalaciones existentes. El nuevo proceso consta, en su orden, de:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Tanque de recibo (Vol.=2.8 m3).
Trampas de grasa (4 unidades) (Vol.=21 m3).
Tanque de homogeneización (Vol.=105 m3).
Tanque de aireación (lodos activados) (Vol.=200 m3).
Tanque sedimentador (Vol.=40 m3).
Equipo para secado de lodos (aun por definir, posiblemente filtro prensa o
centrifugadora).
Para el nuevo sistema se mantuvo el tanque de recibo y las trampas de grasa; el tanque
de homogeneización y el pozo de bombeo del sistema anterior se unieron en un solo
tanque (de homogeneización) en el nuevo proceso; al antiguo tanque del filtro
percolador se le extrajo la piedra, que se empleaba como medio filtrante, y este se
aprovecho como tanque de aireación para el nuevo sistema biológico de lodos
activados; el contorno del tanque sedimentador se mantuvo, pero su estructura interna
cambió para ser ahora de forma cónica.
El caudal de entrada a la nueva EDAR es, aproximadamente, de 450 m3 diarios.
El sistema de las trampas de grasa se mantendrá igual al del tratamiento antiguo,
retirando la grasa manualmente.
En el tanque de lodos activados se emplearán dos aireadores de superficie con motores
de 10 KW y un mezclador sumergido de 3 KW.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar la eficiencia fisicoquímica de la Estación Depuradora de Aguas Residuales
de Proleche S.A.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Caracterizar fisicoquímica y microbiológicamente el afluente de la EDAR.
2. Realizar un seguimiento a los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos durante la
operación de la EDAR.
3. Plantear alternativas que puedan mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR.
4. Establecer una rutina de monitoreo de las variables de control de la EDAR.
3
CAPITULO 1
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
1.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS EFLUENTES DE LA INDUSTRIA
LÁCTEA
Los efluentes que se generan en las industrias lácteas consisten en una solución de
leche, derivados lácteos y otras sustancias utilizadas durante el proceso. Básicamente
pueden dividirse en cuatro grupos: a) los generados en las operaciones de lavado de
maquinaria, en este apartado se incluirán la soda cáustica, desinfectantes, aditivos,
detergentes, ácidos, etc.∗ (ver Figura 1). Aproximadamente cada tonelada de leche
elaborada requiere entre 1 y 4 Kg. de agentes de limpieza, b) los originados por las
fugas y goteos producidos durante el procesamiento, c) los generados como
consecuencia de alguna operación del proceso tecnológico como el agua de
refrigeración en los condensadores de los evaporadores y las instalaciones frigoríficas,
d) los originados por la descarga de corrientes de bajo valor, principalmente el suero en
la fabricación de queso.
detergentes
ácidos
confecionados neutrales
0,5% desinfectantes
para limpieza
ácido nítrico
1,5%
7,3%
(conc.62%) para
soda cáustica
neutralización
(conc.50%) para
13.3%
limpieza
ácido nítrico
43.4%
(conc.62%) para
soda cáustica
limpieza
(conc.50%) para
15.6%
lejías
neutralización
confecionadas de
4.8%
limpieza 13,6%
Figura 1. Composición de los disolventes de limpieza en la industria láctea en Suiza∗ ∗
Fuente: Revista Alimentación, equipos y tecnología, junio 1995.
∗
Proleche S.A. emplea como principales disolventes de limpieza la soda cáustica, el ácido nítrico y el cloro.
Para Proleche S.A. aplican estos criterios ya que actualmente pertenece a una multinacional europea.
∗∗
4
Revisión bibliográfica
5
Debido a las características de cada uno de los procesos, los flujos se producen de
manera intermitente, el caudal está generado en función de la operación que se esté
realizando en cada momento del día y de la gestión que cada factoría realice. Como
valor promedio Vandamme y Waes, citados por Omil 1996, citan una cifra de 1,63 litros
de agua residual por cada litro de leche procesada.
La composición de esta agua incluye sustancias orgánicas disueltas como la lactosa,
sales minerales y suspensiones coloidales de proteínas (caseína, albúmina y globulina);
estos sistemas coloidales son los que provocan las mayores dificultades durante su
tratamiento. Por ello, además del contenido en materia orgánica se utilizan otros índices
de interés para definir el nivel de calidad de esta agua, como su contenido en sólidos en
suspensión, materias grasas, nutrientes (principalmente nitrógeno y fósforo),
alcalinidad, pH y dureza.
Tabla 1. Caracterización de los efluentes globales de algunas industrias lácteas
(composición en mg/l excepto en pH, NP: no publicado)
Efluente
DQO
DBO
Industria láctea 1
4000
2600
Industria láctea 2
4000
Industria láctea 3
Industria láctea 4
DBO/
Relación
Grasas
Nt
Pt
pH
ST
SST
SSV
0.65
400
55
35
8 a 11
NP
675
635
100:1.4:0.9
2160
0.54
NP
200
60
5a9
5100
NP
500
100:5.0:1.5
2926
1580
0.54
294
36
21
6.7
2750
NP
NP
100:1.2:0.7
633
260
0.41
NP
106
NP
8.9
710
240
NP
---
Industria láctea 5
2209
1112
0.50
60
NP
NP
7.2
NP
278
NP
---
Industria láctea 6
4500
2300
0.51
NP
56
33
7.2
2540
816
NP
100:1.2:0.7
Industria láctea 7
3190
1950
0.61
690
43
7
5 a 10
NP
820
NP
100:1.3:0.2
Promedio
3065
1709
0.56
361
83
31
8
2775
566
568
100:2.0:0.8
DQO
DQO:N:P
Fuente: Revista Alimentación, equipos y tecnología, abril 1996.
En la tabla 1 se muestra de manera más detallada, la composición de algunos de los
efluentes generados en este tipo de factorías. Su principal característica es su gran
variabilidad, que depende de los productos que cada factoría elabora y del tipo de
proceso utilizado, así como del momento del día en que se generan. De forma general y
en función de su contenido en materia orgánica se puede hacer una división en dos
grupos: los efluentes de alta carga generados en la producción de caseína y de queso
(genéricamente denominados sueros) y el resto de efluentes, que son comunes a los
producidos en otras factorías como las centrales de leche de consumo. Los sueros
tienen unas concentraciones de materia orgánica muy altas, llegando a superar los
60.000 mg DQO/l, con unas características muy homogéneas. El resto de los efluentes
son de naturaleza muy heterogénea, pero su contenido orgánico no sobrepasa los
4.000 mg DQO/l, presentan, además, concentraciones variables de sólidos en
suspensión y de materias grasas. Sin embargo, incluso este último grupo puede
considerarse de alta carga si se compara con los contenidos habituales de las aguas
residuales urbanas, cuya carga media oscila en torno a los 500 mg DQO/l.
Revisión bibliográfica
6
La producción de las corrientes resultantes de las diversas transformaciones de
productos lácteos, explica la variabilidad tan grande en la composición de un
determinado efluente global de una factoría como refleja Rico y col., citado por Omil
1996, donde se señalan variaciones de DQO desde 80 hasta 95.000 mg/l. Este hecho
pone de manifiesto la importancia de la realización de un estudio previo de los
diferentes efluentes que genera cada factoría para analizar las diferentes estrategias de
tratamiento como son el tratamiento conjunto o la segregación de algunas corrientes, tal
y como presenta el trabajo de Méndez y col., citado por Omil 1996.
El pH de estos vertidos depende básicamente de los agentes de limpieza usados
durante el procesado, y son normalmente altos (hasta 12.0) debido al frecuente uso de
soluciones fuertemente alcalinas. Debido a su alto contenido en sustancias orgánicas
fácilmente hidrolizables como la lactosa, que se transforma en ácido láctico en
condiciones anaerobias, estos vertidos tienden a acidificarse muy rápidamente y el pH
desciende por debajo de 5. Este nivel de acidez puede provocar la precipitación de las
proteínas con la consiguiente producción de sólidos en suspensión, que no se
encuentran en los vertidos frescos.
Es importante así mismo el contenido en nutrientes presente en esta agua, que las hace
directamente utilizables en los procesos biológicos, principalmente nitrógeno y fósforo.
El contenido de fósforo en la leche a procesar oscila en torno a 1.000 mg/l, con valores
de fosfato en torno a 11 – 160 mg/l. Este importante nutriente es el principal
responsable del crecimiento de las plantas acuáticas y de la contribución a la
eutroficación en general de los medios receptores. El contenido de estas sustancias en
las aguas residuales varía en función del nivel de carga orgánica de las mismas, para
los efluentes de tipo general es en torno a 40 – 200 mg N/l y 5 – 60 mg P/l (Tabla 1).
1.1.1 Evaluación de la biodegradabilidad
La DQO de un agua residual es, por lo general, mayor que la DBO, puesto que es
mayor el número de compuestos que pueden oxidarse por vía química que por vía
biológica. En muchos tipos de aguas residuales, es posible correlacionar la DQO con la
DBO. Esto resulta muy útil porque la DQO puede determinarse en tres horas y la DBO
requiere cinco días. Una vez que la correlación ha sido establecida, pueden utilizarse
las medidas de DQO para el funcionamiento y control de la planta de tratamiento.
Si toda la materia orgánica en el agua fuese biodegradable, la DBO21 sería igual a la
DQO.
La glucosa, por ejemplo, es un compuesto perfectamente biodegradable, en el que se
cumple:
DBO5
DBO5
=
= 0.68
DBO21 DQO
Revisión bibliográfica
7
Si existe materia orgánica no biodegradable en el agua, como suele ocurrir con las
aguas residuales urbanas e industriales, el valor de la DQO es mayor que el de la
DBO21.
Cuanto más se acerque el valor de la DBO5 a la DQO, más biodegradable es el residuo.
Una relación DBO5/DQO de 0.5, por ejemplo, es muy favorable, aunque la degradación
biológica es viable para valores tan bajos como 0,1 – 0,2.
1.1.2 Causas y consecuencias de la contaminación de un vertimiento lácteo
Una central lechera que procesa al año 80.000 m3 de leche, genera un efluente de
aproximadamente 540 m3 diarios, admitiendo que necesita 2,45 m3 de agua por m3 de
leche procesada∗ . Una gran parte de estas aguas residuales proviene de las líneas de
limpieza “CIP”. Dado el alto volumen vertido y el fuerte impacto ambiental que ocasiona,
es de interés someterlo a tratamiento para su depuración. Este vertido se compone
principalmente de diluciones de leche cruda, leche tratada, mantequilla y suero, además
de los productos de limpieza (generalmente agentes alcalinos). Sus principales causas
y consecuencias de contaminación son:
1. El aumento de la demanda de oxígeno que origina en el cauce receptor, pudiendo
llegar a agotar las reservas de oxígeno disponible (concentraciones de oxígeno
disuelto inferiores a 4 mg/l son nocivas para la vida acuática).
2. Alta alcalinidad, con un pH que suele aproximarse a las 11 unidades.
3. Alto contenido en nutrientes especialmente nitrógeno (nitrógeno orgánico, nitrógeno
amoniacal) y fósforo (ortofosfato, polifosfato y fósforo orgánico), procedente de la
descomposición de la caseína principalmente.
Por ejemplo, el nitrógeno amoniacal:
•
•
•
•
Puede convertirse a nitrato (vía biológica), con lo que disminuye la disponibilidad
de oxígeno del medio.
Es altamente tóxico para la vida acuática.
Junto con el fósforo incrementa el desarrollo de algas y plantas acuáticas
(problemas de eutrofización) lo que resulta negativo para determinados usos
beneficiosos de las aguas.
Disminuye la efectividad de la desinfección con cloro.
4. Liberación de ácidos grasos de cadena corta (ácido butírico) son causas de malos
olores.
∗
Proleche S.A. procesa en promedio 150 m 3 diarios de leche, generando un efluente de aproximadamente 450 m 3
diarios, empleando así 3 m 3 de agua por m 3 de leche procesada.
Revisión bibliográfica
8
Un tratamiento será considerado eficaz, si las concentraciones de los parámetros que
limitan su vertido, se reducen por debajo de los valores establecidos en la legislación; o
bien, si se consigue rentabilizar algunos de sus constituyentes.
1.2 ESTRATEGIAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES EN LA
INDUSTRIA LÁCTEA
En la actualidad son numerosos los posibles tratamientos a los que se pueden someter
estos efluentes, los cuales se pueden clasificar en dos grandes grupos en función de
que el objetivo sea la recuperación de productos valiosos, principalmente proteínas, o
bien la eliminación de sustancias que puedan alterar negativamente la calidad
medioambiental de los medios receptores.
Dentro del primer grupo, las técnicas mas utilizadas en la industria son la coagulación
térmica, la filtración con gel (GF), la electrodiálisis, la precipitación con polifosfatos, la
ultrafiltración (UF) y el intercambio iónico (IE). En la última década, la utilización
industrial de los procesos UF e IE ha relegado a las demás metodologías a un segundo
plano.
En cuanto al segundo grupo, que es el de interés para este proyecto, las técnicas que
se pueden utilizar para depurar estas corrientes se pueden dividir en procesos de tipo
físico–químico (sedimentación, filtración, flotación, coagulación–floculación) y de tipo
biológico (tratamiento aerobio y anaerobio). Debido a su composición orgánica, estos
vertidos pueden ser tratados directamente mediante procesos biológicos tanto de tipo
aerobio como anaerobio.
1.2.1 Procesos físico–químicos
La aplicación de los métodos físico–químicos abarca un amplio grupo de técnicas que
aunque pueden ser usados de forma única normalmente constituyen una etapa de pre o
post-tratamiento dentro del esquema global. Pueden englobar una o varias operaciones
físicas y/o químicas. Las operaciones físicas más usuales son la sedimentación,
filtración, aireación y se utilizan para la separación de los sólidos en suspensión y los
flotantes como las grasas, mientras que los procesos químicos dan como resultado
principal la eliminación de los sólidos suspendidos y coloidales por precipitación.
Existen numerosas aplicaciones de estos procesos al tratamiento de este tipo de aguas
residuales. Kasapgil y col., citado por Omil 1996, utilizaron el proceso de flotación por
aire disuelto como etapa de separación de grasa previa a un proceso biológico. La
coagulación química fue empleada en la eliminación de las grasas y proteínas por
Karpati y col., citado por Omil 1996, quienes utilizaron como coagulante sulfato de
hierro (II) sin adición alguna de polielectrolitos. Los lodos producidos no contenían
patógenos y un bajo contenido en metales pesados, por lo que fueron utilizados en la
agricultura.
Revisión bibliográfica
9
El uso de cal como medio para eliminar, mediante precipitación, el 75-80% de los
compuestos de fósforo en las aguas residuales fue descrito por Claus y col., citado por
Omil 1996. Esta solución fue utilizada en Alemania, donde el vertido de aguas
residuales del sector lácteo fue prohibido debido a la filtración de nutrientes que llegó a
afectar a los manantiales de aguas subterráneas provocando problemas de
eutroficación en los mismos.
Sin embargo, el principal inconveniente de este tipo de métodos cuando se utilizan
como único tratamiento de estos vertidos es que no resuelven de forma global el
problema, debido a la producción de unos lodos cuyo vertido plantea serios
inconvenientes debido a la necesidad de su estabilización previa. El método de la
coagulación-floculación presenta, además, como puntos menos favorables, la
necesidad de una dosificación continua de sustancias químicas, lo que implica un
mayor costo de operación, y la obtención de elevados volúmenes de lodo residual.
1.2.2 Procesos biológicos
Los procesos biológicos se basan en la eliminación de la materia orgánica contenida en
las aguas residuales debido al metabolismo microbiano. Este metabolismo puede ser
aerobio o anaerobio.
Los efluentes globales generados por el sector lácteo tienen normalmente unos
contenidos medios de sustancias en suspensión, coloidales y disueltas que suponen
una concentración orgánica a menudo demasiado alta para ser tratada en procesos de
tipo aerobio que no dispongan de algún tipo de pretratamiento.
1.2.2.1
Tratamientos aerobios
Los procesos de tratamiento aerobio han sido tradicionalmente los procesos biológicos
más ampliamente utilizados; el más extendido es el proceso de lodos activos en
cualquiera de sus múltiples configuraciones. Los filtros percoladores, los biodiscos, las
lagunas aireadas y los estanques de estabilización son o
l s restantes procesos más
comúnmente utilizados.
Como ejemplo de la aplicación del proceso de lodos activos a estos efluentes, Fang,
citado por Omil 1996, describe el empleo de una instalación industrial en la que se trató
un agua con 1.060 mg DBO/l y 1.930 mg DQO/l en la que se consiguió una reducción
del 99% de la DBO operando con unos tiempos de residencia de 18,9 horas y
manteniendo una concentración de oxígeno en el reactor superior a los 1,5 mg/l.
La principal desventaja de estos procesos radica en que cuando la concentración de
materia orgánica es muy alta se tienen que usar tiempos de residencia hidráulica muy
amplios, ya que el aporte de oxígeno es la etapa limitante. Las concentraciones de
materia orgánica máximas empleadas habitualmente en estos procesos oscilan en torno
a 1000 – 2000 mg DQO/l. Otro punto negativo es el gran volumen de lodos que se
produce, que necesitan un posterior tratamiento de estabilización previo a su vertido.
Revisión bibliográfica
10
1.3 EL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
El sistema de lodos (o lodos) activados consiste en provocar el desarrollo de un cultivo
bacteriano disperso en forma de flóculos (lodos activados) en un depósito agitado y
aireado (reactor o balsa de aireación) y alimentación de forma continua con el agua que
ha de depurarse.
En la balsa de aireación es donde tiene lugar la estabilización biológica de la materia
orgánica presente en el agua. Las condiciones aerobias se logran mediante el uso de
aireación forzada por medio de difusores o sistemas mecánicos. Al contenido del
reactor se le denomina licor mixto o licor de mezcla; debe estar constantemente agitado
para evitar sedimentos y para que la mezcla de los flóculos bacterianos y del agua
usada sea lo más homogénea posible. El licor de mezcla pasa seguidamente a un
decantador, llamado también decantador secundario, destinado a separar el agua
depurada de los lodos biológicos, estos se recirculan hacia la balsa de aireación, para
mantener en la misma una concentración suficiente de bacterias depuradoras. Los
lodos en exceso se extraen del sistema y se evacuan hacia el tratamiento de lodos.
El proceso debe producir un efluente con una DBO soluble de 10-30 mg/l, aunque en el
termino de DQO pueda llegar hasta 500 mg, dependiendo de la concentración de
compuestos biorresistentes existentes en el efluente.
El proceso de lodos activados es muy flexible y puede adaptarse a casi cualquier tipo
de problema relativo al tratamiento biológico de aguas residuales.
Existen diversas variantes del proceso, por lo que éste se puede subdividir en procesos
de flujo en pistón, mezcla completa, aireación por etapas y estabilización por contacto,
entre otros.
Es sobre el proceso de mezcla completa en el que se basa la explicación de las
diversas variables que se utilizan para monitorear y controlar los procesos de lodos
activados.
Este proceso (Figura 2) consiste en un tanque de aireación de volumen V, un
decantador secundario caracterizado por una superficie S y un volumen VD, y una línea
de recirculación de lodos.
El agua residual entra en el reactor con un caudal Q, donde se mezcla con el licor
mixto, el cual es aireado y agitado por los procedimientos pertinentes. El licor de mezcla
pasa al decantador, donde se sedimenta el lodo, separándose así del agua depurada,
que sale del decantador con un caudal Qs. El lodo sedimentado entra en la línea de
recirculación con un caudal Qr, a partir de la cual se efectúa la purga de lodo Qw.
La aireación se efectúa mediante turbinas o difusores, con un caudal de aire Qa
constante en el tiempo, que crea una circulación de licor mixto.
Revisión bibliográfica
11
1.3.1 Parámetros de operación de los sistemas biológicos aerobios de lodos
activados
Los parámetros básicos que deben considerarse para el buen funcionamiento del
sistema de lodos activados (Figura 2) son:
REACTOR BIOLÓGICO
Aire Qa
Q
DECANTADOR
SECUNDARIO
S, V, X, M
Q + Qr
Qs = Q-Qw
S,
VD
S1, F
S2
X2
Qr Xr
RAS
Qw Xw
WAS
Figura 2. Reactor biológico de lodos activados con decantador secundario
Fuente: Revista Tecnología del agua, agosto 1998.
1. Entrada al reactor biológico:
•
Q: Caudal diario (m3/d ó m3/h).
•
S1: Concentración de sustrato o materia orgánica, expresada como DBO5 ó DQO
(mg O2/l).
•
F: Carga orgánica de DBO5 ó DQO que entra diariamente en el reactor y se expresa
en Kg O2/d.
2. Reactor biológico:
•
V: Volumen del reactor (m3).
•
X: Concentración de biomasa o lodo activado, suele medirse como SSVLM (sólidos
en suspensión volátiles en el licor mixto), aunque algunos autores prefieren
expresarlo como SSLM (se expresa en mg/l ó en g/l).
•
S: Concentración de sustrato que hay en el reactor biológico. Suele medirse como
DBOS ó DQOS (soluble), en mg O2/l.
•
M: Biomasa total, es decir, la masa total de lodos existentes en el reactor biológico,
se expresa en Kg de SSVLM o también Kg de SSLM.
Revisión bibliográfica
12
•
F/M: Denominada carga másica (“food to microorganisms ratio” o “feed/mass”), es la
relación entre la carga orgánica diaria F y la biomasa M presente en el reactor. Se
expresa como Kg de DBO5/Kg SSVLM· d, ó como Kg DQO/Kg SSVLM· d. Los valores
normales de la carga másica para sistemas biológicos convencionales de carga
media, oscilan entre 0.2 y 0.6. En los sistemas aerobios con oxigeno puro es
recomendable trabajar a valores de carga másica superiores a 0.5.
•
RAS (“return activated sludge”): Es la recirculación del lodo decantado en el
decantador secundario. Tiene que tenerse presente el caudal de recirculación Qr
normalmente entre el 50 y el 100% del caudal de entrada al reactor biológico, y Xr o
la concentración de SST (mg/l). El caudal de entrada al decantador secundario será
la suma Q y Qr.
•
WAS (“waste activated sludge”): Son los lodos purgados del sistema biológico.
Normalmente la concentración de sólidos Xw (SST mg/l) suele ser la misma que Xr.
El caudal de salida por el decantador secundario será la diferencia entre Q y Qw.
•
θx: Es la edad del lodo. También se le conoce como SRT (“solids retention time”) ó
MCRT (“mean cell residence time”). Es la relación entre la biomasa total M (Kg de
SSLM en el reactor) y la biomasa purgada diariamente del sistema (Kg SST/d).
Debe purgarse diariamente la misma cantidad de lodos que se producen en el
sistema para mantener la biomasa constante. La edad del lodo se expresa en días.
•
pH: Debe encontrarse preferentemente entre 6.5 y 8, dado que el pH óptimo de las
bacterias (componentes mayoritarios de la biomasa) está entre 7 y 7.5. Este valor se
puede controlar mediante un pH-metro en el reactor o a la entrada al mismo y puede
mantenerse mediante la adición de ácido o álcalis.
•
Temperatura: La actividad de los microorganismos está influenciada por la
temperatura. Los sistemas biológicos aerobios de lodos activados trabajan con floras
bacterianas mesófilas y, por tanto, es deseable que la temperatura esté por encima
de los 15º C y que no supere los 35º C. Normalmente la temperatura del reactor está
varios grados por encima de la temperatura media del agua que entra debido al
calor metabólico disipado como consecuencia de la oxidación biológica de la materia
orgánica.
•
Nutrientes: Dado que en un reactor biológico se está formando biomasa a expensas
del agua residual, y que para la formación de la biomasa es necesario un equilibrio
entre la fuente de carbono (expresado como DBO5 o DQO), el nitrógeno y el fósforo,
debe controlarse que el agua de entrada al reactor biológico mantenga este
equilibrio. La relación adecuada DBO5:N:P es de 100:5:1, o bien, DQO:N:P de
100:3:0,8. Según el tipo de industria y sobre todo la edad del lodo, la DBO5 puede
tener valores más altos. El nitrógeno se suele expresar como nitrógeno total Kjeldahl
(NTK), y el fósforo suele expresarse como fósforo total, aunque algunos autores
prefieren considerar sólo los ortofosfatos. Normalmente las aguas residuales
urbanas no suelen tener déficit de nutrientes, mientras que en las industriales es
Revisión bibliográfica
13
frecuente que exista déficit de nitrógeno, de fósforo, o de ambos. El ajuste en la
dosificación de nutrientes debe realizarse dosificando la cantidad teórica más alta e
ir disminuyendo la dosis hasta que se aprecie bien por disminución en el rendimiento
de depuración o por proliferación de algún tipo filamentoso, que empieza a existir
déficit.
•
OD: La concentración del oxígeno disuelto es esencial para el buen funcionamiento
de los sistemas aerobios. Normalmente no debe ser inferior a 2mg/l, y debe
controlarse mediante un oxímetro, y suministrar más aire u oxígeno si la
concentración desciende. Algunos sistemas biológicos con oxígeno puro pueden
llegar a trabajar a concentraciones de hasta 15 – 20 mg/l, si bien es recomendable
mantener concentraciones de 6 mg/l.
3. Decantabilidad del lodo.
Además del buen funcionamiento del sistema biológico, el lodo debe mostrar una buena
decantabilidad para que pueda separarse del agua depurada en el decantador
secundario. La unidad funcional que tiene que depurar y a la vez separarse por
decantación es el flóculo que se encuentra presente en el lodo activado del reactor
biológico. Los parámetros que definen la decantabilidad de los lodos son:
•
V30 (Sólidos Sedimentables): Es el volumen que ocupa el lodo cuando un litro de
muestra del reactor es decantado durante 30 minutos. Aunque este parámetro es
dependiente de los sólidos en suspensión, es un indicador inmediato de si el lodo es
compacto y decantará bien, o si empieza a abultarse. Se expresa en ml/l.
•
IVF: El índice volumétrico de lodos (IVF) es el volumen que ocupa 1 g de lodo. En
general se considera que el IVF no debe superar el valor de 150, sin embargo, es
difícil precisar un valor por encima del cual pueda producirse pérdida de lodo ya que
la eficiencia de un decantador secundario no sólo depende del IVF sino también de
otros factores como las dimensiones del decantador, los SSLM, la composición del
efluente (por ejemplo, concentración de sales, DQO) etc. IVF=V 30 ml . l-1/SSLM g . l-1.
Si alguno de los parámetros arriba mencionados no se encuentra en los valores
adecuados, el sistema biológico puede funcionar deficientemente, o la decantabilidad
de los lodos puede verse comprometida por una alteración en la morfología del flóculo.
1.3.2 Sedimentación del lodo y sus problemas
La floculación es el fenómeno por el cual las micropartículas componentes del licor de
mezcla, al pasar a un decantador y permanecer, por tanto, en reposo, se aglomeran
formando flóculos de mayor tamaño y sedimentan, al ser su densidad mayor que el
agua.
Dos de los problemas más frecuentes en el funcionamiento de una planta de lodos
activados son el lodo ascendente y el lodo voluminoso (bulking).
Revisión bibliográfica
1.3.2.1
14
Lodo ascendente
A veces, el lodo con buenas características de sedimentación sube hacia la superficie o
flota sobre ella, tras un período de sedimentación relativamente corto. La causa de este
fenómeno es la desnitrificación, por la cual los nitritos y nitratos del agua residual se
convierten en gas nitrógeno. Cuando se forma gas nitrógeno en el lodo, gran parte del
mismo queda atrapada en la masa del lodo. Si se formase gas suficiente, la masa de
lodo se aligera y sube o flota en la superficie. El lodo que sube puede distinguirse
porque se observa la presencia de pequeñas burbujas de gas pegadas a los sólidos
que flotan.
Los problemas que presenta el lodo ascendente pueden superarse mediante: 1)
aumento del caudal de bombeo del lodo activado de retorno; 2) disminución del caudal
de líquido mezcla al tanque de sedimentación si no puede reducirse la profundidad del
lodo en el tanque aumentando el caudal de extracción de lodo activado de retorno; 3)
aumento de la velocidad del mecanismo colector de lodo en los tanques de
sedimentación, siempre y cuando ello sea posible, y 4) disminución del tiempo medio de
retención celular aumentando el caudal de purga del lodo.
1.3.2.2
Lodo voluminoso (bulking)
El “bulking” (abultamiento), es un fenómeno en el cual, el lodo activado que
habitualmente se separa eficazmente en el decantador secundario debido a una
correcta floculación, pierde esta capacidad de decantar debido generalmente a la
proliferación excesiva de bacterias filamentosas, siendo el resultado un incremento en
el volumen del lodo (hinchamiento o “bulking”). Esto se evidencia por un incremento en
la V30 y, por consiguiente, en el IVF. Se considera que un lodo activado de buena
estructura tiene un IVF de 100 ml/g. Por debajo de 50, el lodo tiene un aspecto
granuloso, y corre el peligro de formar posos. Por encima de 150, se considera que el
lodo está en situación de bulking. En este caso, la depuración propiamente dicha se
mantiene satisfactoria, pero la capacidad de decantación del lodo queda muy reducida.
Como consecuencia se produce una pérdida de lodo en el decantador secundario, lo
que conduce a una disminución de la biomasa en el sistema biológico y por lo tanto una
disminución en la eficiencia de la depuración.
Las deficiencias en la decantabilidad de los lodos pueden ser también debidas a un
flóculo muy pequeño (“Pin point floc”) que puede acabar en un crecimiento disperso
(ausencia de flóculo). En este caso lo que se observa es un efluente turbio por el
decantador secundario. En ocasiones se desarrolla un tipo de microorganismo no
filamentoso conocido como “Zooglea Ramigera”, que puede dar lugar al denominado
bulking zoogleal. Estas bacterias tienden a agregarse dando lugar a formaciones
ramificadas, que interfieren en la decantación de manera similar a las bacterias
filamentosas. En este caso se observa un lodo viscoso debido a las cápsulas celulares
producidas por dichos microorganismos.
Revisión bibliográfica
15
Este fenómeno viene propiciado por las siguientes causas:
1. Deficiencia de oxígeno disuelto en la balsa de aireación. Esto puede suceder por
dos motivos fundamentales.
1. La necesidad de oxígeno en la planta se encuentra por encima del aporte del
mismo.
2. Existen frecuentes variaciones en la carga de entrada, ya sea por variaciones de
caudal o por variaciones en la DBO del efluente de entrada. Esto causa que haya
periodos de tiempo importantes en los que el aporte de oxígeno es insuficiente.
Se considera que la concentración de oxígeno disuelto en la balsa de aireación no
debe estar nunca por debajo de 1 mg/l.
2. Desequilibrio en la relación de nutrientes; es un problema que se suele dar en las
aguas residuales industriales. Se debe prestar atención, por tanto, a que no falte
ningún nutriente u oligoelemento en su debida proporción.
3. Septicidad (sulfuros).
4. Carga másica (F/M) baja.
5. Variaciones bruscas de pH en el agua de entrada.
Las diversas formas de combatir estos crecimientos son las siguientes:
1. Métodos específicos: se basan en prevenir o controlar las causas que favorecen la
proliferación de los microorganismos que ocasionan el abultamiento, es decir,
incrementando la concentración de oxígeno disuelto, dosificando los nutrientes
deficitarios, evitando o controlando la presencia de sulfuros, corrigiendo la relación
F/M, o estabilizando el pH en el agua de entrada al reactor.
2. Métodos no específicos: se basan en incrementar la sedimentabilidad de los lodos
en el decantador secundario, mediante la adición de floculantes como el cloruro
férrico, alúmina, polielectrolitos, o bien por la adición de agentes inhibidores como el
cloro (el más utilizado), el ozono, o más raramente el peróxido de hidrógeno.
Los fenómenos de lodo ascendente y voluminoso, son dos de los problemas más
frecuentes y más difíciles de solucionar con los que se enfrentan los responsables de
las estaciones depuradoras. Para poder solucionar estas disfunciones es de capital
importancia realizar una observación microscópica detallada del lodo, identificar los
microorganismos filamentosos responsables y elegir la solución más adecuada en
función de los microorganismos identificados.
Revisión bibliográfica
16
1.3.3 Control de oxígeno en plantas depuradoras
El control del contenido de oxígeno disuelto existente en una planta depuradora es
esencial para mantener los tipos correctos de bacterias en el proceso de depuración del
agua residual. Al mismo tiempo el elevado costo de la energía hace que el control del
oxígeno consumido sea una inversión provechosa. Puede ahorrarse hasta el 60% del
consumo de energía usado en la aireación.
En las plantas depuradoras de proceso biológico, los microorganismos eliminan las
materias orgánicas del mismo modo que lo efectúan en la naturaleza. Permitiendo que
los microorganismos realicen el proceso de depuración en plantas biológicas
controladas, se obtiene la ventaja medioambiental de que el consumo de oxígeno
producido en la planta puede ser optimizado vía diferentes sistemas de aireación.
Igual que en otros procesos en los cuales se utiliza energía, al sector de aguas
residuales también le interesa el ahorro energético. Los esfuerzos se concentran en la
aireación de forma que ésta tenga lugar al ritmo requerido, lo que se asegura mediante
el control del contenido de oxígeno.
1.3.3.1
La aplicación del oxígeno en la planta
El mayor consumo de energía se produce en el recinto del lodo activado (zona
biológica).
La energía para la aireación se emplea para el aire que es enviado a través de
difusores, situados en el fondo del tanque biológico (reactor), en la agitación (aireación
de superficie) o en el suministro de oxígeno puro. La necesidad de aireación depende
del tamaño de la planta y del rendimiento hidráulico. A pesar de que hay muchas
variaciones en aireación de una planta a otra, el consumo de energía para el suministro
de oxígeno constituye el 60-90% de las necesidades totales de la planta. Dado el alto
costo energético es comprensible que el control de oxígeno sea esencial.
El objetivo de la regulación del contenido de oxígeno suele ser mantenerlo dentro del
intervalo 0,5 mg – 2,5 mg O2/l.
1.3.3.2
Aireación según la carga
Con una regulación automática de la aireación en una instalación de lodos activados, se
puede adaptar la cantidad de aire suministrado al oxígeno requerido en ese preciso
momento en la instalación. De esta manera se consigue un equilibrio óptimo entre la
economía y la calidad del agua.
La carga en una instalación depuradora, que es igual a la cantidad de agua residual con
su contenido de residuos, puede variar ampliamente en 24 horas. La carga máxima es
Revisión bibliográfica
17
habitualmente 3 a 4 veces la carga mínima. Si no existe ningún control de oxígeno de la
instalación será necesario ventilar para cargas pico y por ello es preciso asegurarse de
que exista oxígeno suficiente.
Una regulación/control puede adaptar el suministro de oxígeno de tal manera que siga
la curva de DBO5. Pueden obtenerse grandes ahorros suministrando la cantidad de
oxígeno requerida en el momento requerido, ni más ni menos.
1.4 DEPURACIÓN AEROBIA DE VERTIDOS LÁCTEOS DE ALTA
ALCALINIDAD
Se han llevado a cabo múltiples experiencias con el fin de determinar si se logran
depurar aguas residuales de industrias lácteas a valores iniciales de pH superiores a
10,5 unidades, con dos temperaturas diferentes (20 y 30 ºC), y DQO comprendidas
entre 1120 y 1490 mg/l.
En todos los casos el pH comienza descendiendo, pasa por un mínimo y luego aumenta
lentamente hasta estabilizarse. En cuanto a los valores finales del pH, todos están
comprendidos entre 8,2 y 8,8 unidades y la mayoría se sitúa alrededor de 8,8.
La DQO presenta un aumento inicial, para después descender con tendencia a
estabilizarse, aunque en el caso de pH inicial 12,0 no se detectó estabilización después
de nueve días.
Debe resaltarse el hecho de que se pueda depurar aerobiamente este tipo de aguas a
pH elevados, pues, cuando se caracterizó el efluente de la central lechera en estudio,
se vio que alrededor del 40 por 100 del total de muestras tenían pH comprendidos entre
10,5 y 12,5 unidades.
En conclusión, el que este proceso se pueda llevar a cabo en condiciones de alta
alcalinidad, tendría las siguientes ventajas:
•
•
•
Estas aguas residuales pueden depurarse sin necesidad de neutralizarlas
previamente, incluso cuando su pH es de 12,0 unidades, evitando así el empleo de
ácidos u otras sustancias reductoras de pH.
La producción de lodos es menor que en el caso de trabajar en un medio de pH
menor (determinado por diferencias entre la DQO total y la DQO soluble).
Se presenta hidrólisis alcalina de algunas sustancias orgánicas, como por ejemplo,
las grasas, que liberarían compuestos muy fácilmente utilizables por los
microorganismos.
CAPÍTULO 2
MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 MATERIALES
Los análisis se llevaron a cabo en la empresa Proleche S.A. del municipio de Chía, en
el laboratorio de aguas.
2.1.1 Listado de equipos y material empleado
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Fotómetro Spectroquant Nova 60 MERCK
Termorreactor TR300 MERCK
Balanza analítica AS200 OHAUS
Horno UM100 MEMMERT
pH metro de bolsillo HI98107 HANNA
Termómetro de bolsillo BOECO
Cono Imhoff de 1 l
Embudo de separación de 1 l
Desecador
Kits de reactivos Merck Spectroquant para DQO, nitrógeno, fósforo y tensioactivos
Kit de oxígeno disuelto Merck, por el método Winkler
2.2 METODOLOGÍA
2.2.1 Descripción de la metodología
Los siguientes análisis se realizaron según “Métodos Normalizados para el Análisis de
Aguas y Aguas Residuales”, 17 edición:
•
•
•
Sólidos totales (ST) secados a 103-105 °C
Sólidos suspendidos totales (SST) secados a 103-105 °C
Sólidos sedimentables (SS).
18
Materiales y métodos
•
19
Grasas y Aceites (G y A), método de partición-gravimetría, (como solvente se
empleo cloroformo y se trabajó con un volumen de muestra de 100 ml, siendo estos
los dos únicos cambios al método estándar).
Los siguientes análisis se realizaron según los métodos Merck Spectroquant:
•
•
•
•
Demanda Química de Oxígeno (DQO), procedimiento análogo a DIN 38409 H41 e
ISO 6060.
Fósforo (P), procedimiento análogo a DIN EN 1189 D11, ISO 6878/1, APHA 4500-P
E y EPA 365.2+3.
Nitrógeno (N).
Tensioactivos, procedimiento análogo a DIN EN 903.
2.2.2 Variables a medir y condiciones de muestreo
2.2.2.1
Caracterización afluente EDAR
Se realizaron muestreos en la caja de recolección final de aguas residuales que tiene
salida directa al alcantarillado, los cuales se llevaron a cabo durante una semana (lunes
a domingo). Las variables medidas y la frecuencia de muestreo fueron:
•
•
pH, temperatura y DQO: se tomó una muestra puntual cada tres horas, así: 2:00
a.m., 5:00 a.m., 8:00 a.m., 11:00 a.m., 2:00 p.m., 5:00 p.m., 8:00 p.m. y 11:00 p.m.
DQO, grasas y aceites, tensioactivos, sólidos totales, sólidos suspendidos, sólidos
sedimentables, nitrógeno total, fósforo total, turbidez, microorganismos aerobios,
coliformes, coliformes totales, coliformes fecales, mohos y levaduras: muestra
compuesta ∗ diaria con las muestras puntuales recolectadas cada tres horas (ítem
anterior).
La frecuencia de muestreo se estableció en este horario para cubrir todos los procesos
de producción, y los principales lavados que se efectúan en el día.
La toma de muestras se realizó en una semana de producción variable (unos días
funcionaron todas las líneas de producción y otros solamente algunas de estas), con el
objetivo de analizar el vertimiento en valores pico altos y bajos.
No se determinó caudal en esta etapa ya que este no es un parámetro de
caracterización del vertimiento (la caracterización pretende determinar solamente
parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del agua).
No se realizó determinación de DBO5, ya que la empresa no cuenta con los medios
para efectuar este análisis y se requerían determinaciones rápidas. Laboratorios
externos establecieron el índice de biodegradabilidad para el vertimiento, que dio como
resultado DBO5/DQO=0.6.
∗
Muestras compuestas según “Métodos normalizados para el análisis de aguas y aguas residuales”: mezcla de
muestras sencillas recogidas en el mismo punto en distintos momentos.
Materiales y métodos
2.2.2.2
20
Seguimiento parámetros de operación EDAR
Se realizó durante cuatro semanas, los lunes, miércoles y viernes. Los días de
muestreo se eligieron en esta forma para asegurar un seguimiento regular en la
semana.
Se estableció un período de cuatro semanas para el muestreo ya que, teóricamente, en
este tiempo, las variables analizadas en el vertimiento de la EDAR deben presentar un
comportamiento estable.
Se tomaron muestreos puntuales a las 8:30 a.m., 9:30 a.m., 10:30 a.m. y 11:30 a.m.
cada día, en cinco puntos a lo largo del proceso de depuración (Figura 3): 1. afluente de
la EDAR, 2. efluente trampas de grasa, 3. efluente tanque homogeneizador, 4. efluente
tanque aireador y 5. efluente tanque sedimentador.
Se eligieron estos horarios de muestreo ya que son representativos de la producción
diaria. Los puntos de muestreo se establecieron en esta forma para determinar la
eficiencia de cada etapa del tratamiento.
5
6
Purga lodos
Tanque
Sedimentador
Trampas de grasa
Ferm.
Retorno lodos
7
Tanque
de recibo
UHT
1
4
2
Tanque
homogeneizador
Tanque
aireador
3
Figura 3. Puntos de muestreo en la EDAR∗
Fuente: El autor.
En cada punto se midieron los siguientes parámetros puntuales:
•
•
•
•
•
∗
Punto 1: temperatura y pH, independientemente para la línea de UHT, de
fermentados y la mezcla de las dos.
Punto 2: temperatura y pH.
Punto 3: temperatura, pH y caudal.
Punto 4: temperatura, pH y oxígeno disuelto.
Punto 5: temperatura y pH.
En los puntos 6 y 7 se tomaran las muestras para el análisis de lodos.
Materiales y métodos
21
Con las cuatro muestras puntuales recolectadas diariamente se formó una muestra
compuesta (con volúmenes iguales), a la cual se determinaron, según el punto de
muestreo, los siguientes parámetros:
•
•
•
•
•
Punto 1: DQO, sólidos suspendidos, sólidos totales.
Punto 2: DQO, grasas y aceites.
Punto 3: DQO, sólidos suspendidos, nitrógeno, fósforo.
Punto 4: DQOs , sólidos suspendidos, sólidos sedimentables.
Punto 5: DQO, sólidos suspendidos, sólidos totales, sólidos sedimentables, grasas y
aceites.
CAPÍTULO 3
PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
3.1
CARACTERIZACIÓN AFLUENTE EDAR
Se realizó desde el lunes 19 hasta el domingo 25 de junio de 2000.
Los objetivos de esta caracterización son establecer la composición y características
fisicoquímicas y microbiológicas del efluente de la industria láctea en cuestión, y
determinar la influencia que tienen los lavados puntuales de maquinaria y equipos de la
planta de producción sobre las variables analizadas.
El Anexo A muestra los horarios de lavados puntuales de maquinaria y equipos en las
líneas de UHT y leche en polvo. Para la línea de fermentados no se presentan datos, ya
que los lavados de esta área se realizan continuamente y no se dispone de información.
Cabe resaltar que durante los días martes 20 y miércoles 21 se efectuó el lavado del
secador de leche, el cual es el equipo más grande que existe en la empresa, y para el
que se utilizan las mayores cantidades de agua de lavado (aprox. 15000 l/h). Esta
operación se realiza cada tres meses.
La tabla 2 muestra los promedios diarios de los resultados puntuales (cuyos datos
completos se encuentran en el Anexo B) y los resultados de los análisis realizados a las
muestras compuestas.
Tabla 2. Resultados del muestreo puntual y compuesto en la caracterización
Temp. (°C) (prom. diario)
Lun.
19
43
Mar.
20
43
Mie.
21
40
Jue.
22
36
Vie.
23
42
Sab.
24
32
Dom.
25
28
pH (prom. diario)
10,3
10,8
10,8
10,1
9,7
9,8
DQO (mg/l) (prom. diario)
2859
3656
2390
2240
1949
3148
Parámetro
38
Desv.
Est.
5,5
9,8
10,2
0,4
2086
2618
578
Prom.
22
Presentación y análisis de resultados
DQO (mg/l)
24
2800
4000
2510
2200
1980
2510
2080
2583
636
330
401
376
271
337
297
260
325
49
2133
3059
1883
1853
1683
1952
1733
2042
437
Sólidos suspendidos (mg/l)
448
520
377
352
337
351
312
385
68
Sólidos sed. (mg/l)
0,3
0,5
0,3
0,4
0,1
0,2
0,1
0,3
0,1
Tensioactivos (mg/l)
79
80
152
117
83
89
127
104
26
Nitrógeno total (mg/l)
85
66
35
48
47
79
85
64
19
Fósforo total (mg/l)
12,1
14,4
8,0
14,6
13,0
15,1
11,2
12,6
2,3
Turbidez (FAU)
812
611
501
588
471
988
648
660
169
100:3,0:0,43
100:1,7:0,36
100:1,4:0,32
100:2,20,66
100:2,4:0,66
100:3,2:0,60
100:4,1:0,54
100:2,5:0,49
>300
>300
>300
>300
40
30
---
0
0
0
>300
92
130
0
---
Coliformes totales (UFC/ml)
<3
<3
<3
500
500
500
<3
---
Coliformes fecales (UFC/ml)
<3
<3
<3
<3
---
Mohos (UFC/ml)
30
38
30
30
10
7
15
---
Levaduras (UFC/ml)
10
2
5
20
80
51
11
---
Grasas y aceites (mg/l)
Sólidos totales (mg/l)
Relación DQO:N:P
Recuento aerobios (UFC/ml) >300
Coliformes (UFC/ml)
+ E. Coli + E. Coli + E. Coli
En negrilla se resaltan los valores máximos y mínimos para los parámetros fisicoquímicos.
Fuente: El autor.
Los comportamientos de los parámetros fisicoquímicos que más influirán en el
comportamiento de la EDAR se describen a continuación. Para los restantes se resalta
simplemente que su valor promedio concuerda con los reportados teóricamente (ver
Tabla 1).
1. Temperatura.
En general presenta un comportamiento estable. El promedio (38ºC) no favorece la
actividad de las bacterias mesófilas que se desarrollan en el rango de 15 a 35ºC; sin
embargo, se espera que con el tiempo de retención en el tratamiento primario (≈6.5
horas) el agua de entrada al tanque aireador alcance la temperatura requerida.
2. pH.
Presentó un aumento durante los días de lavado del secador (martes 20 y miércoles 21)
debido a las grandes cantidades de soda que se emplean para la limpieza de este
equipo. Sin embargo las fluctuaciones de pH no son considerables y se mantiene un
promedio altamente alcalino (10,2).
Para este promedio y, según referencias teóricas (ver 1.4), es posible la depuración
aerobia del vertimiento sin necesidad de neutralización previa.
Se espera que los valores puntuales más altos (ver Anexo B), que superan las 12
unidades, no afecten directamente el proceso de lodos activados, ya el afluente al
tanque de aireación se estabilizará previamente en el tanque homogeneizador.
Presentación y análisis de resultados
25
3. DQO.
Existe una gran similitud entre el promedio diario de los valores puntuales y el valor de
la muestra compuesta diaria. El error experimental entre los dos promedios semanales
(ver Tabla 2) es:
2583 − 2618
E=
*100 = 1.36%
2583
Con base en esto se concluye que para el seguimiento de los parámetros de operación
se podrá emplear el análisis de DQO a la muestra compuesta, en lugar de analizar
muestras puntuales.
En términos generales, el lavado del secador fue la operación que más aportó carga
orgánica al efluente, debido a las grandes cantidades de leche en polvo acumuladas en
las paredes de dicho equipo, que se descargan con el agua de lavado; sin embargo, se
espera que esta descarga no afecte el funcionamiento del sistema de lodos activados
ya que, como se observa en el Anexo B, aunque existen cargas puntuales altas, el
promedio del día no es significativamente elevado (3656 mg/l), y se producirá una
estabilización previa en el tanque homogeneizador. Además, este comportamiento se
presentará solamente cada tres meses (periodicidad de lavado del secador).
En cuanto a los lavados que se realizan a diario se concluye que el que más carga
orgánica aporta al vertimiento es el del evaporador de la línea de leche en polvo (ver
Anexos A y B). Estas cargas tampoco afectaran directamente el sistema de lodos
activados debido al efecto del tanque homogeneizador.
El valor promedio total obtenido de DQO (≈2600 mg/l), en comparación con lo expuesto
en 1.2.2.1, indica un exceso en la carga orgánica máxima permisible para el sistema de
lodos activados, lo cual puede afectar significativamente la eficiencia de depuración del
vertimiento.
4. Sólidos suspendidos.
Al igual que la DQO, los mayores aportes son producidos por el lavado del secador
(como operación poco frecuente) y por el lavado del evaporador (como operación
diaria), debido a la gran cantidad de sólidos que genera la leche en polvo, desprendida
de las paredes del equipo, en el agua de lavado. Igualmente, el tiempo de retención en
el tratamiento primario no permitirá descargas puntuales altas que puedan
desestabilizar el sistema biológico de lodos activados.
La figura 4 muestra el comportamiento de la DQO y los SST
Presentación y análisis de resultados
26
4500
4000
4000
3500
3000
2800
2510
2510
2500
2200
2000
2080
1980
SST
DQO
1500
1000
500
448
520
377
352
337
Lun. 19
Mar. 20
Mie. 21
Jue. 22
351
312
0
Vie. 23
Sab. 24 Dom. 25
Figura 4. Comportamientos de la DQO y los SST
Fuente: El autor.
Comparando esta gráfica con la de DQO (Figura 4) se observa la alta similitud que
existe entre los comportamientos. Realizando una regresión entre estos dos
parámetros, tomando como variable independiente los SST, se obtiene una buena
correlación de tipo lineal (0.950), lo que indica el hecho evidente de que la composición
fundamental de estos últimos es materia orgánica, y se espera por lo tanto su
biodegradación en el sistema de lodos activados.
5. Sólidos sedimentables.
En general este parámetro presenta valores muy bajos (cualitativamente) que
corroboran el empleo del tratamiento biológico, ya que un tratamiento primario físico
(como sedimentación) resultaría poco eficiente.
6. Nutrientes.
El nitrógeno y el fósforo presentan gran variabilidad, que se debe principalmente al
contenido de estos nutrientes en la leche que se procese en el día; sin embargo, lo más
importante de estos parámetros es su relación con la DQO (DQO:N:P), (ver Tabla 2).
Al comparar la relación obtenida (100:2.5:0.49) con la relación teórica (100:3:0.8) se
observa un déficit de 17% para N y de 39% para fósforo, lo cual indica que los
microorganismos del reactor biológico no tendrán el sustrato adecuado para
desarrollarse y podrán predominar individuos no favorables al proceso de depuración.
7. Tensioactivos.
Este parámetro presenta gran variabilidad. Su importancia radica en los indicativos de
consumo de detergente diario. En promedio se están consumiendo 47 Kg/día de
sustancias activas al azul de metileno (SAAM), para un consumo promedio de agua
potable de 450 m3 diarios.
8. Parámetros microbiológicos.
Estos resultados presentan gran variabilidad (ver Tabla 2). Cabe resaltar el incremento
general que se presenta el jueves viernes y sábado debido posiblemente a la
Presentación y análisis de resultados
27
reactivación de la producción en la línea de leche en polvo, y la disminución general el
domingo por la ausencia de producción en las líneas de fermentados y UHT.
Debido a que estos no constituyen parámetros de control en la EDAR, no se efectuarán
análisis en la etapa posterior de seguimiento.
3.2
SEGUIMIENTO PARÁMETROS DE OPERACIÓN EDAR
El seguimiento se realizó durante un período de cuatro semanas, desde el lunes 2 hasta
el viernes 27 de octubre de 2000, y se tomaron muestras en cinco puntos a lo largo del
proceso de depuración (ver 2.2.2.2).
Como una herramienta de análisis de resultados se efectuó un análisis de varianza de
un factor∗ (Tabla 3), con el cual se determinará si existe variación significativa de los
parámetros, de un punto de muestreo a otro y, a lo largo de los tratamientos primario y
secundario.
Tabla 3. Análisis de varianza aplicado a las variables analizadas
en las distintas etapas del tratamiento
Variable
Puntos
1-2
Temp. (ºC)
pH
DQO
SST
ST
SS
GyA
No
No
No
---
---
---
---
2-3
Sí
Sí
No
---
---
---
---
3-4
Sí
Sí
---
---
---
---
---
4-5
No
No
---
Sí
---
Sí
---
1-3
Sí
Sí
No
No
---
---
---
3-5
Sí
Sí
Sí
No
---
---
---
1-5
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
---
---
2-5
---
---
---
---
---
---
Sí
(Sí): Con diferencia significativa; (No): Sin diferencia significativa
Fuente: El autor.
En la tabla 4 se presenta una muestra de cálculo para el análisis de varianza aplicado a
la temperatura entre los puntos de muestreo 1 y 2, en la cual se observa que no existe
diferencia significativa debido a que el F es menor que el F crítico.
Tabla 4. Análisis de varianza de un factor para la temperatura
entre los puntos de muestreo 1 y 2.
∗
Para todos los ANOVA se empleó un α = 0.05 y la Hipótesis nula H 0: no existe diferencia significativa.
Presentación y análisis de resultados
RESUMEN
Grupos (pH)
Punto de muestreo 1
Punto de muestreo 2
Cuenta
48
48
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
Suma de
variaciones
cuadrados
28
Suma
1506
1522
Promedio
31,375
31,708
Varianza
16,495
12,934
Grados de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F
Probabilidad
Valor crítico
para F
2,667
14,715
0,181
0,671
3,942
Entre grupos
Dentro de los grupos
2,667
1383,167
1
94
Total
Fuente: El autor.
1385,833
95
A continuación se presenta el análisis de los parámetros más influyentes en el
comportamiento de la EDAR.
1. Temperatura.
La figura 5 muestra el comportamiento de la temperatura, basado en promedios totales
(ver datos en Anexo C), en los cinco puntos de muestreo.
35
31
32
30
27
T (ºC)
25
24
24
Punto 4
Punto 5
20
15
10
5
0
Punto 1
Punto 2
Punto 3
Figura 5. Comportamiento de la temperatura
Fuente: El autor.
El enfriamiento que se presenta en las trampas de grasa (punto 1 a 2), no es suficiente
para generar la separación de algunas grasas de la leche. A 32ºC (temperatura
promedio del punto 2), el ácido oleico (punto de fusión 14ºC), principal componente de
la grasa de la leche (30 a 40%), se encuentra todavía en emulsión. Esto, como se verá
más adelante, afectó el rendimiento en la separación de grasas.
Se resalta el enfriamiento y estabilización térmica que presenta el agua al pasar por el
tanque homogeneizador, proporcionando la temperatura de 27ºC al afluente del tanque
de aireación, favorable a la actividad de las bacterias mesófilas presentes en el sistema
de lodos activados, lo que beneficia el proceso de depuración.
2. pH.
Presentación y análisis de resultados
29
En la figura 6 se presenta el comportamiento del pH, como promedios totales (ver datos
en Anexo C), a lo largo del proceso de depuración.
12,0
10,0
10,7
9,7
9,3
pH
8,0
8,0
7,7
Punto 4
Punto 5
6,0
4,0
2,0
0,0
Punto 1
Punto 2
Punto 3
Figura 6. Comportamiento del pH
Fuente: El autor.
Los valores para los puntos 1 y 2 son menores que el valor del punto 3 debido a la alta
variabilidad que presentan las mediciones (ver Anexo C), ocasionada por los cortos
tiempos de retención en el tanque de recibo y las trampas de grasa (9 min. para el
tanque de recibo y 1 h para las trampas), por lo cual la muestra tomada representa
valores puntuales (agua no homogénea).
El valor para el agua de entrada al tanque de aireación (punto 3) se encuentra por
encima del rango recomendado para el sistema de lodos activados (6.5 a 8.0). El
supuesto hecho en la caracterización (ver pH en 1.4) basado en referencias teóricas,
no resulta aplicable a este sistema de depuración ya que, como se verá más adelante,
la eficiencia de remoción de materia orgánica en el reactor biológico no alcanzó los
valores recomendados (eficiencias superiores al 90%).
El promedio para el tanque de aireación (punto 4) se encuentra en el rango óptimo (6.5
a 8.0); este comportamiento es debido a la acidificación del medio producida por la
fermentación anaeróbica de la lactosa, que se degrada a ácido láctico. Esta
anaerobiosis se evidenció por la presencia de olores desagradables debidos
posiblemente a sulfuros, y por el bajo nivel de oxígeno disuelto, como se explicará más
adelante.
El efluente de la EDAR (punto 5) presenta un valor que se encuentra dentro del rango
requerido legalmente (5 a 9). Sin embargo, este pH se debe al comportamiento
anómalo, ya descrito, que se presenta en el tanque de aireación.
3. DQO.
La figura 7 presenta los promedios totales de DQO en cuatro de los cinco puntos de
muestreo.
Presentación y análisis de resultados
3500
30
3063
DQO (mg/l)
3000
2526
2291
2500
2000
1500
969
1000
500
0
Punto 1
Punto 2
Punto 3
Punto 5
Figura 7. Comportamiento de la DQO
Fuente: El autor.
Se observa la disminución que presenta este parámetro a través del proceso de
depuración.
Las
eficiencias
de
remoción,
calculadas
como
ValorInici al − ValorFinal
E=
*100 , se muestran en la tabla 5.
ValorInici al
La eficiencia se determinará para dos periodos claramente diferenciados (ver Tabla 17)
en cuanto al valor de la DQO del Punto 5: el primero, comprendido entre el 02/10 y el
13/10, en el cual se presentaron valores altos de carga orgánica, y el segundo,
comprendido entre el 17/10 y el 27/10, en el cual el vertimiento presenta valores más
bajos y tiende a estabilizarse.
Tabla 5. Eficiencias de remoción de DQO
Puntos
1–2
2–3
1–3
3–5
1–5
Eficiencia periodo 1 (%)
20.1
10.4
28.5
61.8
72.7
Eficiencia periodo 2 (%)
12.1
7.1
18.3
50.0
59.2
Eficiencia promedio (%)
16.1
8.8
23.4
55.9
66.0
Fuente: El autor.
La eficiencia de remoción de carga orgánica de las trampas de grasa (1 – 2), es
relativamente baja, lo que evidencia el bajo aporte de las grasas a la DQO. La DQO no
disminuye significativamente entre estos dos puntos∗ .
El homogeneizador presenta la eficiencia más baja (2 – 3), lo cual concuerda con el
bajo nivel de sólidos sedimentables determinados en la caracterización. La DQO no
experimenta una variación significativa en este tanque*.
En el tratamiento primario, aunque la eficiencia de remoción es relativamente
considerable (1 – 3), no existe una variación significativa de la DQO*.
∗
*
Ver tabla 3.
Ver Tabla 3
Presentación y análisis de resultados
31
El tratamiento secundario, como es de esperarse, es donde se produce la mayor
eficiencia de remoción de materia orgánica (3 – 5), lo cual se corrobora por la diferencia
significativa de esta etapa*.
La eficiencia total de remoción se encuentra muy por debajo de los valores
recomendados (80 - 90%). Esto es debido principalmente a:
•
•
•
•
Baja concentración de oxígeno disuelto en el tanque de aireación.
Déficit de nutrientes (N y P) en el agua de alimentación del tanque de aireación.
pH del afluente al tanque de aireación adverso al desarrollo microbiano.
Presencia de grasas disueltas en el agua de alimentación del tanque de aireación, lo
cual aumenta la carga orgánica y sobrecarga el sistema.
La figura 8 muestra el comportamiento de la DQO en el efluente de la EDAR. Se resalta
la importancia de estos valores ya que son, en últimas, los que proporcionan la
eficiencia del tratamiento de depuración en cuanto a calidad del vertimiento en materia
orgánica.
1400
1200
1180
DQO (mg/l)
1000
800
600
1220
1110
1030
1170
1100
930
870 800
760
740
720
400
200
02
-O
ct
04
-O
ct
06
-O
ct
08
-O
ct
10
-O
ct
12
-O
ct
14
-O
ct
16
-O
ct
18
-O
ct
20
-O
ct
22
-O
ct
24
-O
ct
26
-O
ct
0
Figura 8. Comportamiento de la DQO en el Punto 5
Fuente: El autor.
El efluente de la EDAR (punto 5) presentó una relativa estabilidad al final del periodo de
seguimiento, sin embargo, el valor final no cumple con la norma de vertimiento, que
estipula un valor máximo de 500 mg/l. Las razones de este comportamiento son las
anomalías, expuestas anteriormente, que se presentaron en el tanque de lodos
activados.
4. Sólidos suspendidos totales.
El comportamiento de los SST, como promedios totales, se presenta en la figura 9.
Presentación y análisis de resultados
32
SST (mg/l)
1000
900
800
700
600
500
945
429
400
300
200
262
190
100
0
Punto 1
Punto 3
Punto 4
Punto 5
Figura 9. Comportamiento de los SST
Fuente: El autor.
Los SST disminuyen a lo largo del proceso de depuración. Las eficiencias de remoción,
se presentan en la tabla 6.
Tabla 6. Eficiencias de remoción de SST
Puntos
1–3
4–5
3–5
1–5
Eficiencia (%)
52.9
79.9
5.9
55.7
Fuente: El autor.
El tratamiento primario (1 – 3) presenta una alta remoción de SST debido a que una
parte de estos se sedimenta, sin embargo, no se observa una variación significativa en
esta etapa∗ .
La alta eficiencia entre los puntos 4 y 5 demuestran el buen funcionamiento del
sedimentador en la remoción de sólidos suspendidos, lo cual se corrobora con la
variación significativa entre estos puntos*. Sin embargo, se debe aclarar que esta alta
eficiencia se debe a que los sólidos del punto 4 son los sólidos suspendidos en el licor
mezclado (SSLM), que alcanzan valores muy altos respecto a los restantes puntos (ver
Figura 9).
La baja eficiencia de remoción en el tratamiento secundario (3 – 5) se debe a que los
SST aumentan considerablemente en el licor mezclado del tanque de aireación (el
régimen de mezcla completa, bajo el cual funciona el sistema de lodos activados, exige
una concentración permanente de 4500 mg/l). No existe diferencia significativa entre los
puntos 3 y 5*.
El comportamiento de este parámetro (Figura 10) concuerda con el de la DQO, lo que
ratifica la composición orgánica de los SST, descrita en la caracterización.
∗
Ver tabla 3.
Presentación y análisis de resultados
33
300
SST (mg/l)
250
253
245
233
200
230
200
180
180
169
150
157
155
144
130
100
50
02
-O
ct
04
-O
ct
06
-O
ct
08
-O
ct
10
-O
ct
12
-O
ct
14
-O
ct
16
-O
ct
18
-O
ct
20
-O
ct
22
-O
ct
24
-O
ct
26
-O
ct
0
Figura 10. Comportamiento de los SST en el Punto 5
Fuente: El autor.
La eficiencia total del tratamiento (puntos 1 y 5) proporciona un valor final de sólidos
suspendidos (130 mg/l) que se encuentra dentro del límite máximo de 200 mg/l exigido
legalmente.
Uno de los parámetros de control básicos para los sistemas de lodos activados es la
carga másica (Tabla 7), que relaciona la carga orgánica diaria que entra al sistema de
lodos activados con la concentración de microorganismos presentes en este.
Tabla 7. Carga másica diaria en el tanque de aireación
Fecha
Oct
02
Oct
04
Oct
06
Oct
09
Oct
11
Oct
13
Oct
17
Oct
18
Oct
20
Oct
23
Oct
25
Oct
27
F/M (Kg DQO/
Kg SSLM· d)
16,0
9,3
9,9
4,9
3,9
5,0
2,7
0,8
3,6
3,7
3,8
1,3
Fuente: El autor.
Este parámetro se encuentra totalmente alejado del valor teóricamente recomendado
para el sistema de lodos activados (0.2 a 0.6), lo cual se debe a la alta carga orgánica
que entra diariamente en el tanque de aireación, afectando así el rendimiento en la
depuración. Por lo tanto, las acciones correctivas a tomar consistirán en la reducción de
carga orgánica en el tratamiento primario, tal como mejorar la remoción de grasas y de
sólidos suspendidos.
5. Sólidos sedimentables.
Un indicador inmediato de las características de sedimentabilidad de los sólidos del licor
mezclado son los sólidos suspendidos, cuya evolución se muestra en la figura 11.
Presentación y análisis de resultados
34
250
SS (ml/l)
200
180
150
150
190
180
170
210
1 8 02 0 0
100
50
50
9
20
02
-O
ct
04
-O
ct
06
-O
ct
08
-O
ct
10
-O
ct
12
-O
ct
14
-O
ct
16
-O
ct
18
-O
ct
20
-O
ct
22
-O
ct
24
-O
ct
26
-O
ct
0
5
Figura 11. Evolución de los SS en el tanque de aireación
Fuente: El autor.
Desde la puesta en marcha de la EDAR se observa un aumento constante (con
pequeñas variaciones), debido al aumento de los SSLM en el tanque aireador.
La real importancia de este parámetro radica en su relación con los SST, definida como
índice volumétrico del lodo (IVF) (Tabla 8), que denota las características de
sedimentabilidad del lodo y sus problemas.
Tabla 8. IVF del licor mezclado
Fecha
Oct
02
Oct
04
Oct
06
Oct
09
Oct
11
Oct
13
Oct
17
Oct
18
Oct
20
Oct
23
Oct
25
Oct
27
IVF (ml/g)
13
22
50
104
179
200
174
162
155
137
129
120
Fuente: El autor.
Según los resultados, se presentó abultamiento de lodos a mediados del periodo de
seguimiento, el cual tiende a desaparecer al final debido a la estabilización, en sólidos
suspendidos, que presenta el vertimiento en esta fase.
El efluente de la EDAR presenta un valor muy por debajo del máximo permitido
legalmente (10 ml/l), ver Anexo D. Se evidencia la alta eficiencia del sedimentador
(≈98%), mientras el agua mantenga buenas características de sedimentabilidad.
6. Grasas y aceites.
La figura 12 muestra los promedios de grasas y aceites en tres puntos del proceso de
depuración. El valor del punto 1 es el obtenido en la etapa de caracterización.
Presentación y análisis de resultados
35
325
350
G y A (mg/l)
300
250
200
140
150
100
57
50
0
Punto 1
Punto 2
Punto 5
Figura 12. Comportamiento de las grasas y aceites
Fuente: El autor.
Las grasas y aceites disminuyen notablemente a lo largo del proceso. Se presenta una
variación significativa (ver Tabla 3) entre los puntos 2 y 5.
Las eficiencias de remoción se presentan en la tabla 9.
Tabla 9. Eficiencias de remoción de grasas y aceites
Puntos
1–2
2–5
1–5
Eficiencia (%)
56.9
52.3
82.5
Fuente: El autor.
Se presentan eficiencias de remoción similares entre los puntos 1 – 2 y 2 – 5, lo cual
demuestra que no se esta removiendo la totalidad de la grasa en las trampas. Esto se
debe principalmente a que la temperatura de fusión del ácido oleico (componente
mayoritario de la grasa) no se ha alcanzado a la salida de esta etapa.
La eficiencia global (1 – 5) es aceptable ya que el valor promedio del efluente se
encuentra dentro del máximo permitido legalmente (80 mg/l). Sin embargo, ya que la
mayoría de las grasas no se remueven en las trampas, generando alta carga orgánica
al sistema de lodos activados y disminuyendo la actividad depuradora, será necesario
implementar un sistema de remoción de grasas más eficiente.
7. Nutrientes.
La importancia de estos radica en su relación con la DQO (ver Anexo D). El promedio
obtenido para el agua de alimentación del tanque de aireación fue de 100:2.7:0.5, lo
que evidencia un déficit del 10% de N del 38% de P, respecto a la relación
recomendada de 100:3:0.8, corroborando lo establecido en la etapa de caracterización.
Este desequilibrio en la relación de nutrientes explica la baja eficiencia en la remoción
de materia orgánica del sistema de lodos activados, y la presencia del fenómeno de
abultamiento de lodos en el tanque sedimentador.
Presentación y análisis de resultados
36
La solución recomendada consiste en agregar urea como fuente de nitrógeno y ácido
fosfórico como fuente de fósforo al afluente del tanque de aireación.
8. Oxígeno disuelto.
El oxígeno disuelto, medido en el agua del tanque de aireación (punto de muestreo No.
4), disminuyó desde el primer día de funcionamiento de la EDAR (ver Anexo C),
llegando a cero en el quinto día, y manteniéndose en este valor durante todo el período
de seguimiento.
Esto demuestra la insuficiencia en la capacidad de aireación en el tanque de lodos
activados (el valor recomendado es de 2 mgO2/l). Se produjo anaerobiosis, evidenciada
por malos olores (debidos posiblemente a la presencia de sulfuros), y por el valor de pH
(8,0) del licor mezclado.
El bajo nivel de oxígeno disuelto es causa de la baja eficiencia en la remoción de
materia orgánica y de la presencia del fenómeno “bulking”.
3.3
COMPARACIÓN ENTRE CARACTERIZACIÓN Y SEGUIMIENTO
PARA LOS RESULTADOS DEL AFLUENTE DE LA EDAR
Debido a las posibles dudas que puedan surgir entre cuáles resultados se deben tomar
como característicos del afluente de la EDAR, se realizará una comparación, mediante
un análisis de varianza de un factor (ver Anexo E), de los resultados (medidos como
promedios totales) de temperatura, pH, DQO, sólidos totales, sólidos suspendidos
totales, nitrógeno y fósforo, obtenidos en la etapa de caracterización, con los obtenidos
en la etapa de seguimiento (para el punto 1). Según los resultados obtenidos, se
determinó lo siguiente:
1. Para el parámetro temperatura existe diferencia significativa entre los resultados de
las dos etapas (caracterización y seguimiento); esto se debe a que las muestras se
tomaron en diferentes puntos (caja de recolección final de aguas residuales para la
caracterización, y tanque de recibo para el seguimiento), y por lo tanto la
transferencia de calor en los trayectos (tuberías) es diferente, dando como resultado
datos de temperatura distintos. Para efectos prácticos se sugiere emplear los
resultados del seguimiento como característicos del afluente de la EDAR, ya que el
Punto 1 es realmente la entrada a la misma (no siendo así la caja de recolección
final de aguas residuales).
2. Los resultados de los restantes parámetros, pH, DQO, sólidos totales, sólidos
suspendidos totales, nitrógeno y fósforo, no presentan diferencias significativas entre
las dos etapas, por lo tanto se concluye que la caracterización es válida como
representativa del afluente de la EDAR.
CAPITULO 4
ALTERNATIVAS PARA MEJORAR LA EFICIENCIA DE
DEPURACIÓN DE LA EDAR
La baja eficiencia de depuración de la EDAR de Proleche S.A. se debe a los siguientes
problemas, encontrados en el tanque de aireación (Figura 13):
1. Bajo nivel de oxígeno disuelto (el valor recomendado es de 2 mg/l), debido a la
insuficiencia en sistemas de aireación.
2. Afluente con un pH muy elevado (10.2 en promedio).
3. Insuficiencia de nutrientes (N y P) en el afluente.
4. Afluente con carga orgánica alta (supera el valor máximo recomendado de 2000
mg/l), debido a la baja remoción de grasas en las trampas.
Para dar solución a los problemas expuestos se recomienda lo siguiente:
1. Aumentar la capacidad de aireación (en el tanque de aireación) instalando más
aireadores de superficie, de las mismas características a los existentes actualmente.
2. Neutralizar el pH del agua afluente del tanque de aireación.
3. Suministrar al agua afluente del tanque de aireación los nutrientes deficitarios.
4. Implementar un sistema de separación de grasas por aire disuelto en las trampas.
Figura 13. Tanque aireador
Fuente: El autor.
36
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
4.1
37
AUMENTO DE LA CAPACIDAD DE AIREACIÓN
En la EDAR se emplean actualmente dos aireadores de superficie de 10 KW cada uno
(Figura 14). Sin embargo, para suplir las necesidades de oxígeno disuelto en el tanque
de aireación se requiere la instalación de aireadores adicionales.
Los aireadores mecánicos de superficie pueden construirse en tamaños de 1 a 100 CV.
Consisten en rotores sumergidos total o parcialmente, que agitan enérgicamente el
agua residual, introduciendo aire en ella y motivando un rápido cambio de la interfase
aire-agua que facilita la disolución del aire.
Figura 14. Aireador de superficie
Fuente: El autor.
Los aireadores de superficie se clasifican en función de su tasa de transferencia de
oxígeno expresada en kilogramos de O2 por kilowatio-hora en condiciones normalizdas.
Las condiciones normalizadas existen cuando la temperatura es de 20ºC, el oxígeno
disuelto es 0.0 mg/l y el líquido de ensayo es agua del grifo.
Los datos de rendimiento en condiciones normalizadas se ajustarán, a fines de diseño,
de modo tal que reflejen anticipadamente las condiciones reales, lo que se consigue
utilizando la siguiente ecuación, descrita por Metcalf-Eddy (1971), (la expresión entre
paréntesis representa el factor de corrección):
 βC − C L

N = N 0  D
αθ ( T −20 ) 
CS


(ecuación 1)
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
38
Donde:
N
N0
β
CD
CL
CS
α
θ
= Kg O2/KW-h transferidos en condiciones reales
= Kg O2/KW-h transferidos en agua a 20ºC y oxígeno disuelto cero
= factor de corrección por salinidad y tensión superficial, generalmente 1
= concentración de saturación de oxígeno disuelto a temperatura y altura dados
= concentración de oxígeno disuelto en condiciones de funcionamiento, (O.D)
= concentración de saturación de oxígeno a 20ºC
= factor de corrección de la transferencia de oxígeno para el agua residual,
generalmente 0.8
= constante de corrección de temperatura
A continuación se presentan los cálculos efectuados para determinar la potencia
requerida para la aireación y el número de aireadores a instalar.
Condiciones:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sistema: lodos activados
Régimen de flujo: mezcla completa
Qpromedio = 450 m3/día
DQO afluente ≈ 2600 mg/l
Indice de Biodegradabilidad (IB) = 0.63
DBO5 afluente = DQO afluente x IB = 1640 mg/l
DBO5 efluente = 150 mg/l (requerido por normatividad legal)
Volumen tanque de aireación ≈ 200 m3
Tiempo de retención celular∗ θc = 15 días
Oxígeno disuelto requerido* = 2.0 mg/l
Temperatura promedio del agua del tanque de aireación = 24ºC
Altitud = 2600 m s.n.m.
SSLM = 4500* mg/l
Cálculos:
•
Factor de corrección para aireadores de superficie, empleando la ecuación 1:
 βC − C L
 1 × 6.12 − 2.0
=  D
αθ (T − 20 )  =
0.8 × 1.024 ( 24− 20 ) = 0.4
CS
9.09


•
Determinación de la potencia necesaria de los aireadores de superficie (ecuación 1),
para N0=1.52 KgO2/KW-h (parámetro de fábrica para este tipo de aireadores):
N = N0 x 0.4 = 1.52 x 0.4 = 0.61 KgO2/KW-h
∗
Parámetros requeridos para sistemas de lodos activados en régimen de flujo de mezcla completa.
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
•
39
Cantidad de oxígeno transferida por día = 0.61 KgO2/KW-h x 24 h
= 14.64 KgO2/KW
•
Producción de lodo:
SSVLM = SSLM x 0.85 = 4500 mg/l x 0.85 = 3825 mg/l
dX XV 3825mg / l × 200 m3 × 10 3 l / m3 ×1 / 10 6 Kg / mg
Kg
=
=
= 51
dt
θc
15dias
día
•
Necesidad de oxígeno con base a la DBO última (DBOL), (tomado de Metcalf-Eddy
1971):
 a lim ento
microorgan ismos 
KgO2 


=  utilizado  −1.42 
purgados

día
 por día 


por día
Expresado en términos de dF/dt y dX/dt,
KgO2  dF 
 dX 
=
 − 1.42

día
 dt  L
 dt 
KgO2 (1640 − 150) mg / l × 450m 3 / día × 10 3 l / m3 × (1/ 10 6 ) Kg / mg
KgO2
=
− 1.42 × 51Kg / d = 914
día
0.68
día
•
Relación de oxígeno requerido con la DBO5 eliminada:
O2 requerido
913KgO2 / día
914
=
=
= 1.37
3
3
3
6
DBO 5 e lim inada (1640 − 150) mg / l × 450m / día × 10 l / m × (1 / 10 ) Kg / mg 671
914 KgO2
= 62.43KW ≈ 60 KW
14.64 KgO2 / KW
•
Potencia total requerida =
•
Potencia requerida para el mezclado:
Para un régimen de flujo de mezcla completa la necesidad de energía (según MetcalfEddy 1971) es de 0.013KW/m3.
Prequerida = 200m3 * 0.013 KW/m3 = 2.6 KW
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
40
La potencia actualmente instalada para la aireación es de 20KW. Para suplir la
necesidad de 60KW se recomienda instalar 4 agitadores adicionales, con las mismas
características de los existentes, y distribuirlos uniformemente en el perímetro del
tanque aireador (ver Figura 17).
La potencia requerida para el mezclado, ya se encuentra suministrada por el agitador
de 3 KW instalado.
4.2
NEUTRALIZACIÓN DE pH DEL AFLUENTE DEL TANQUE DE
AIREACIÓN
Debido al alto pH que presenta el afluente del tanque de aireación, el proceso de
depuración se ve disminuido, ya que la población microbiológica adecuada para un
sistema de lodos activados requiere, para su buen funcionamiento, un pH entre 6.5 y
8.0. Para resolver este problema se sugiere neutralizar previamente dicho afluente. Esta
neutralización se puede realizar en el tanque de homogeneización (inmediatamente
anterior al de aireación), (ver Figura 17).
Una de las opciones para la estabilización del pH consiste en utilizar ácidos minerales.
Los empleados con mayor frecuencia son el ácido sulfúrico y el ácido clorhídrico.
Ninguno de los dos está exento de problemas. El ácido sulfúrico recarga las aguas
residuales con sulfatos, por lo que no es apta para la neutralización. El cloro formado
durante la neutralización con ácido clorhídrico provoca corrosión.
Por otro lado, el uso de ácidos minerales concentrados es muy costoso. Todas las
piezas que entran en contacto con los ácidos deben estar elaboradas con materiales
resistentes a la corrosión. La tecnología de control y supervisión requiere grandes
inversiones, y nunca puede descartarse una sobredosificación de los efluentes tratados.
Y, por último, los equipos y partes de edificios elaborados con metal pueden corroerse
como resultado de los vapores ácidos.
La segunda opción consiste en emplear gas carbónico. La utilización de CO2 trae
diferentes ventajas. Mientras que los ácidos fuertes pueden cambiar repentinamente los
valores de pH, la curva de neutralización con anhídrido carbónico es considerablemente
menos empinada. Esto implica que el valor de pH requerido puede definirse fácilmente
y controlarse mejor. Además, la neutralización con anhídrido carbónico permite un
sustancial incremento de la capacidad de separación de los efluentes tratados. Se
obtiene un valor de pH final más estable, evitándose el exceso de acidificación.
Otra ventaja es el hecho de que el anhídrido carbónico, que es un producto natural, no
es tóxico ni inflamable, puede almacenarse sin peligro y es fácil de manipular.
Estequiométricamente, se requieren 11 Kg de CO2 para neutralizar 1 m3 de efluente con
un contenido del 1% de NaOH. Cada kilo de NaOH se combina con 1.1 Kg de CO2 para
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
41
convertir el hidróxido de sodio en bicarbonato de sodio al 100%. La comparación con la
alternativa de ácidos minerales es la siguiente:
•
•
•
Consumo CO2 = 11 Kg/m3 de efluente.
Consumo H2SO4 (al 96%) = 12.8 Kg/m3 de efluente.
Consumo HCl (al 30%) = 30.4 Kg/m3 de efluente.
Estas diferencias demuestran que, comparando costos, la neutralización con CO2 casi
siempre es económicamente ventajosa, pero ofrece adicionalmente muchas otras
ventajas a las ya mencionadas. El consumo determinado en la práctica es de sólo unos
8,5 Kg CO2 por m3 de efluente con un contenido del 1% de NaOH.
Debido a todo lo anterior se sugiere el empleo de CO2 para la neutralización del agua
residual.
Para la instalación de un sistema completo de neutralización de pH conviene contactar
a una empresa especializada en este campo. Una propuesta comercial realizada por
una de estas empresas a Proleche S.A., estima el consumo de CO2 en 0.062 Kg/m3 de
agua residual, para un caudal diario de 450 m3, pH inicial de 10.2, pH final de 7.5, y
temperatura de 32ºC.
Los equipos, instalaciones y costos del sistema se acordaran entre Proleche S.A. y la
empresa proponente.
4.3
SUMINISTRO DE NUTRIENTES DEFICITARIOS
Para equilibrar la relación de nutrientes al valor recomendado de 100:3:0.8 (medido
como DQO:N:P en mg/l), se sugiere la adición de urea (CO(NH2)2) como fuente de
nitrógeno y de ácido fosfórico (H3PO4) como fuente de fósforo, al agua de alimentación
del tanque aireador. Esta adición se puede realizar en el tanque de homogeneización.
A continuación se presentan los cálculos de las cantidades diarias de urea y ácido
fosfórico que se deben agregar:
Datos:
•
•
•
•
Relación existente DQO:N:P = 100:2.6:0.5 (medida como promedio de los
resultados de las etapas de caracterización y seguimiento)
Relación requerida DQO:N:P = 100:3:0.8
Déficit = 0.4 mgN/l y 0.3 mgP/l
Q = 450 m3/día
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
42
Cálculos:
1. Adición de urea.
•
Déficit de N = 0.4 mg/l * 450 m3/día * 103 l/m3 * (1/106) Kg/mg = 0.18 KgN/día
•
Contenido en peso de nitrógeno en la urea = 46.7%
•
Requerimiento diario de urea = 0.18 Kg / 0.467 = 0.39 KgUrea/día
2. Adición de ácido fosfórico.
•
Déficit de P = 0.3 mg/l * 450 m3/día * 103 l/m3 * (1/106) Kg/mg = 0.14 Kg/día
•
Contenido en peso de fósforo en el ácido fosfórico = 31.6%
•
Requerimiento diario de ácido fosfórico = 0.14 Kg/0.316 = 0.44 KgH3PO4/día
Al adicionar diariamente las cantidades recomendadas de 0.39 KgUrea y 0.44 KgH3PO4
se consigue suministrar, respectivamente, el nitrógeno y el fósforo, necesarios para el
desarrollo adecuado de la población microbiológica del sistema de lodos activados,
mejorando así el rendimiento en la depuración.
Los nutrientes disueltos en agua se pueden almacenar independientemente en
recipientes plásticos (de un volumen aproximado de 100 l), los cuales se ubicaran en el
suelo, en el costado externo de la pared del tanque homogeneizador (ver Figura 15), y
suministrados, cerca de la entrada de agua de dicho tanque, mediante dos bombas
dosificadoras (que permitan graduación de caudal), fijadas externamente a la pared del
homogeneizador.
Figura 15. Tanque de homogeneización
Fuente: El autor.
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
43
La cantidad de urea y ácido fosfórico a disolver en el agua dependerá de la
concentración (% de pureza) en la que, comercialmente, se consigan estos productos.
La concentración de nutrientes en el agua residual deberá monitorizarse periódicamente
(ver Capitulo 5), con el fin de realizar ajustes al suministro diario.
4.4
ELIMINACIÓN DE GRASAS POR AIREACIÓN
Debido a la baja eficiencia de remoción de grasas en las trampas se sugiere efectuar
una preaireación del agua residual en el primer tanque de esta etapa. Esta preaireación
se consigue instalando aireadores de superficie, del mismo tipo de los empleados en el
tanque de aireación.
Las burbujas de aire inyectado al agua consiguen separar las grasas emulsionadas del
agua; de igual forma, la agitación producida disminuye la temperatura del agua,
procurando la separación del ácido oleico, principal componente de la grasa de la leche
(ver temperatura en 3.1).
Los objetivos que se persiguen al airear el agua residual antes de la entrada al
tratamiento biológico son: mejorar su tratabilidad, procurar la separación de las grasas,
control de olores, eliminación de arenas y floculación; conseguir una distribución
uniforme de los sólidos suspendidos y flotantes para su entrada en las unidades de
tratamiento; y aumentar las eliminaciones de la DBO.
Los tiempos de detención para la preaireación oscilan entre 10 y 45 minutos; este
tiempo es suministrado por el lugar sugerido para la instalación del aireador (primer
tanque de las trampas de grasa, tr=17min).
A continuación se efectúan los cálculos que determinan la potencia requerida para un
sistema de preaireación en las trampas de grasa:
Datos:
•
•
•
•
•
Necesidad de aire: 2 m3/m3 agua residual (recomendado por Metcalf-Eddy 1971).
Peso específico del aire a 560 mmHg y 20oC = 0,887 Kg/m3
Contenido en peso de O2 en el aire = 23,2%
Caudal = 450 m3/día
Densidad del O2 a 560 mmHg y 20oC = 1.02 m3/Kg
Cálculos:
•
Demanda teórica de aire = 2 m3aire/m3agua res. x 450 m3agua res./día = 900 m3aire/día
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
•
44
Demanda teórica de O2 = 900 m3aire/día x 0.232 = 208.8 m3O2/día
= 208.8 m3O2/día x 1.02 m3/Kg
= 213 KgO2/día
Para el cálculo de los aireadores se empleará la ecuación 1 (ver 4.1):
•
Factor de corrección para aireadores de superficie:
 βC − C L
 1 × 4.75 − 1.0
=  D
αθ (T − 20 )  =
0.8 × 1.024 ( 38− 20 ) = 0.51
C
9
.
09

S

•
Determinación de la potencia necesaria de los aireadores de superficie, para
N0=1.52 KgO2/KW-h:
N = N0 x 0.51 = 1.52 x 0.51 = 0.78 KgO2/KW-h
•
Cantidad de oxígeno transferida por día = 0.78 KgO2/KW-h x 24 h
= 18.72 KgO2/KW
•
Potencia total requerida =
213 KgO2
= 11.4 KW ≈ 10KW
18.72 KgO2 / KW
Para efectos prácticos se sugiere instalar, en el primer tanque de las trampas de grasa
(ver Figuras 16 y 17), un (1) aireador de las mismas características que los instalados
en el tanque de aireación, los cuales tienen una potencia de 10 KW.
Alternativas para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR
45
Figura 16. Primer tanque de las trampas de grasa
Fuente: El autor.
En resumen, realizando los cuatro cambios descritos en este capitulo, se logrará
aumentar la eficiencia de remoción de materia orgánica, sólidos y grasas; y se espera
que se reduzcan al máximo los problemas de sedimentación del lodo.
La figura 17 muestra un esquema general de la EDAR con los cambios sugeridos (en
letra cursiva y subrayados).
Hacia el
alcantarillado
Adición de
nutrientes
Purga lodos
Tanque
Sedimentador
Trampas de grasa
Ferm.
Retorno lodos
Tanque
de recibo
Neutralización pH
UHT
Tanque
homogeneizador
: aireador
Figura 17. Cambios sugeridos en la EDAR
Fuente: El autor.
Tanque
aireador
CAPITULO 5
RUTINA DE MONITOREO
En este apartado se especifican los análisis que se deben realizar para llevar un
seguimiento continuo del funcionamiento de la EDAR.
Con base en los resultados de dichos análisis, se podrán tomar acciones preventivas y
correctivas que favorezcan la adecuada operación del proceso de depuración.
La ubicación de los puntos de muestreo y de los parámetros de operación se puede
observar en las figuras 2 y 3.
La tabla 10 presenta la frecuencia de muestreo para los diferentes parámetros de
control en los siete puntos de muestreo.
Tabla 10. Frecuencia de muestreo
Puntos
muestreo
1
2
3
4
5
6*
7*
1 / día
1 / día
1 / día
1 / día
1 / día
---
---
Parámetros
T (ºC)
pH
---
1 / día
1 / día
1 / día
1 / día
---
---
3
Q (m /día)
---
---
1 / día
---
---
1 / día
1 / día
O.D. (mg/l)
---
---
---
1 / día
---
---
---
DQO (mg/l)
---
---
3/semana
---
3/semana
---
---
SST (mg/l)
---
---
---
3/semana
3/semana
3/semana
---
G y A (mg/l)
---
1/semana
1/semana
---
1/semana
---
---
SS (ml/l)
---
---
---
3/semana
3/semana
---
---
N (mg/l)
---
---
2/semana
---
---
---
---
P (mg/l)
---
---
2/semana
---
---
---
---
*: Los muestreos en los puntos 6 y 7 se empezarán a realizar una vez el licor mezclado alcance un valor
de 4500 mg/l de sólidos suspendidos, es decir, cuando se comience a purgar lodo.
Fuente: El autor.
46
Rutina de monitoreo
47
Las relaciones entre los resultados de los análisis que se describen en la tabla 10
complementan los parámetros de control de operación del sistema biológico de lodos
activados (ver 1.3.1).
Con referencia a la tabla 10, se recomienda que los muestreos y análisis con frecuencia
de dos y tres veces por semana se realicen distribuidos uniformemente en la semana,
por ejemplo, lunes, miércoles y viernes.
La frecuencia de muestreo sugerida se realiza con base en la experiencia adquirida
durante la realización de este proyecto.
Para los muestreos se deberán tener en cuenta las recomendaciones de “Métodos
normalizados para el análisis de aguas y aguas residuales” en el capitulo “Toma y
conservación de muestras”.
Si se llegasen a presentar inconvenientes en la sedimentación del lodo (lodo
ascendente o bulking), se sugiere revisar 1.3.2.
CONCLUSIONES
1. En la caracterización del afluente de la EDAR se determinó que las altas cargas
puntuales, diarias u ocasionales, de materia orgánica, no afectan directamente el
proceso biológico de lodos activados, ya que el vertimiento se homogeniza antes de
entrar al reactor biológico. Se concluye que los parámetros determinados en la
caracterización son válidos como representativos del afluente de la EDAR, a
excepción de la temperatura, cuyo valor característico se tomará de la etapa de
seguimiento.
2. La EDAR presenta baja eficiencia en la remoción de materia orgánica, medida como
DQO; el porcentaje es inferior a los recomendados para sistemas de lodos activados
en régimen de flujo de mezcla completa con pretratamiento físico. El efluente no
cumple con la norma de vertimiento para DQO.
3. El efluente de la EDAR cumple con la norma de vertimiento de la CAR, en los
parámetros pH, temperatura, grasas y aceites, sólidos suspendidos y sólidos
sedimentables.
4. Para mejorar la eficiencia de depuración de la EDAR se sugirieron cuatro cambios
dentro del proceso: 1. Aumentar la capacidad de aireación en el tanque de aireación;
2. Neutralizar el pH del agua en el tanque de homogeneización; 3. Suministrar
nitrógeno y fósforo al agua del tanque de homogeneización y 4. Implementar un
sistema de separación de grasas por aire disuelto.
5. Con base en la experiencia adquirida en el proyecto se sugirió una rutina de
monitoreo y análisis de muestras, que permita llevar un seguimiento continuo de los
parámetros de funcionamiento de la EDAR, y con cuyos resultados se puedan tomar
acciones preventivas y/o correctivas, que favorezcan la adecuada operación del
proceso de depuración.
48
RECOMENDACIONES
1. Realizar las mediciones de oxigeno disuelto en el tanque de aireación empleando un
equipo electrónico (oxímetro), en lugar de utilizar el método Winkler, ya que éste
último presenta interferencias cuando se emplea para analizar aguas con altos
contenidos de compuestos orgánicos disueltos, como es el caso del licor mezclado.
2. Efectuar la prueba de grasas y aceites mediante un método de más fácil y rápida
ejecución, ya que el empleado en este proyecto presentaba problemas en la etapa
de filtrado y recuperación del solvente. Conviene ensayar el método Soxhlet y el
método de determinación de grasas y aceites por fotometría.
3. Caracterizar microbiológicamente el agua del tanque de aireación (licor mezclado),
con el fin de establecer específicamente las causas de los problemas de
sedimentación del lodo y de baja eficiencia en la depuración.
4. Realizar nuevos ensayos de DBO5 con el fin de determinar un índice de
biodegradabilidad del agua residual más preciso.
5. Para realizar muestreos más representativos conviene instalar toma muestras
automáticos en los puntos de muestreo mas importantes: puntos 3, 4 y 5.
6. Caracterizar separadamente el agua proveniente de las secciones de fermentados y
UHT, con el fin de determinar la influencia de las operaciones de lavado en estas
áreas en la composición de las aguas residuales.
49
BIBLIOGRAFÍA
ÁLVAREZ, P., y col. Desaminación de la materia orgánica de un vertido lácteo,
mediante tratamiento aerobio en discontinuo : Efecto del pH, temperatura, carga DQO y
fosfatos en el rendimiento del proceso. En: Tecnología del agua, No. 174, marzo, 1998;
p. 61 – 68.
ÁLVAREZ, P., y col. Influencia de las condiciones de operación en la depuración
aerobia de vertidos lácteos. En: Alimentación, equipos y tecnología, No. 5, junio, 1995;
p. 89 – 95.
ARIAS, José. Soluciones biológicas a la problemática de las aguas residuales en la
industria química y agroalimentaria. En: Alimentación equipos y tecnología, No. 4,
mayo, 1991; p. 107 – 114.
APHA – AWWA – WPCP. Métodos normalizados para el análisis de aguas y aguas
residuales. 17th ed. of Standard methods. Madrid : American Public Health Association,
1992.
BERROCAL, M., y col. Taxonomía y fisiología de la flora bacteriana indeseable en el
proceso de lodos activados : Estudio en una planta piloto. En: Tecnología del agua, No.
181, octubre, 1998; p. 41, 42.
CARCELLER, José. Los fenómenos del “bulking” y “foaming” en las estaciones
depuradoras de aguas residuales. En: Tecnología del agua, No. 179, agosto, 1998; p.
17 - 26.
CARTA, F., y col. Depuración aerobia de aguas residuales de industrias lácteas en
régimen continuo : Reactor con soporte. En: Tecnología del agua, No. 183, diciembre,
1998; p. 33, 34.
50
Bibliografía
51
COELLO, María, y col. Determinación de la actividad de los lodos activados en una
estación depuradora de aguas residuales : Definición de una metódica de control apta
para su aplicación in situ. En: Tecnología del agua, No. 163, abril, 1997; p. 25 – 32.
HELD, Alejandro. Técnica moderna de reciclado de líquidos de limpieza en la industria
láctea y de bebidas. En: Alimentación, equipos y tecnología, No. 5, junio, 1995; p. 83,
84.
LÓPEZ, Enrique. Tratamiento biológico de efluentes en la industria alimentaria :
Aplicación en cerveceras. En: Alimentación, equipos y tecnología, No. 5, junio, 1995; p.
57, 58.
LÓPEZ, Esperanza, y col. Parámetros fisicoquímicos e indicadores microbiológicos en
la depuración de aguas residuales de Ciudad Real : Rendimientos en la EDAR para
estudiar la posible reutilización de las aguas residuales depuradas. En: Tecnología del
agua, No. 162, marzo, 1997; p. 28 – 32.
METCALF, J. y EDDY, M. Tratamiento y depuración de las aguas residuales. 1a ed.
Barcelona : Editorial Labor S.A., 1977.
OMIL, Francisco y MORALES, Francisco. Alternativas de tratamiento y recuperación de
compuestos proteicos de los efluentes residuales del sector lácteo. En: Alimentación
equipos y tecnología, No. 3, abril, 1996; p. 103 – 109.
PEÑALBA, Margarita y MUNTE, Maxim. La depuración de aguas residuales: ¿un
beneficio económico?. En: Alimentación, equipos y tecnología, No. 2, marzo, 1997; p.
89 – 94.
PEREDA, J., y col. Depuración aerobia de un agua residual láctea : Efectos de la
supresión de la aireación al inicio del proceso. En: Alimentación, equipos y tecnología,
No. 8, octubre, 1996; p. 107.
PEREDA, J., y col. Depuración aerobia de vertidos lácteos de alta alcalinidad. En:
Alimentación, equipos y tecnología, No. 1, enero / febrero, 1991; p. 133 – 138.
Servicio técnico DANFOSS. Control de oxígeno en plantas depuradoras. En: Tecnología
del agua, No. 121, marzo, 1994; p. 80 – 83.
ZAPATERO, I., y col. Caracterización de una columna de burbujeo con recirculación :
Aplicación a un proceso de lodos activados. En: Tecnología del agua, No. 179, agosto,
1998; p. 27 – 32.
TBA 19 y
9:30 p.m. a
11:30 p.m.
Jueves
22
25
No lavado
12:30a.m.
10:00p.m. a
12:00p.m.
9:30p.m. a
12:00p.m.
9:30p.m. a
No producción No producción
8:00 a.m.
24
Domingo
6:00 a.m. a
Sábado
23
No lavado
11:30 p.m.
21
Viernes
9:30 p.m. a
Miércoles
20
9:00p.m.
6:30p.m. a
Steritherm
No producción No producción
8:30 p.m.
Martes
6:30 p.m. a
19
Tq. aséptico
Lunes
Fecha
No producción
3:00p.m. a 4:40p.m.
9:00p.m. a 10:40p.m.
6:30p.m. a 8:10p.m.
6:00a.m. a 7:40a.m.
6:00a.m. a 7:40a.m.
4:00p.m. a 4:40p.m.
11:00p.m. a 12:40a.m.
2:30p.m. a 3:10p.m.
TBA 8
UHT
No producción
3:30p.m a 5:10p.m.
5:10a.m a 6:50a.m.
3:20p.m a 4:00p.m.
6:20p.m a 8:00p.m.
6:00a.m a 7:40a.m.
6:00a.m a 7:40a.m.
4:20p.m a 6:00p.m.
7:00a.m a 7:40a.m.
11:30p.m a 1:10a.m
2:45p.m a 3:35p.m.
VTIS
7:40a.m. a 8:30a.m.
10:00pm a 11:30p.m.
7:30a.m. a 9:00a.m.
6:40a.m. a 8:00a.m.
No lavado
No lavado
10:00a.m. a 1:00p.m.
1:30a.m. a 2:05a.m.
Evaporador
No lavado
No lavado
No lavado
No lavado
5:00 p.m.
12:01 a.m. a
12:00 p.m.
5:30 a.m. a
No lavado
Secador
LECHE EN POLVO
Anexo A. Horarios de lavado
Tabla 11. Horarios de lavado de maquinaria y equipos en la semana de caracterización
Fuente: El autor.
52
Anexo B. Resultados del muestreo puntual en la
caracterización
Tabla 12. Resultados del muestreo puntual en la caracterización
Día
Lun.
19
Mar.
20
Mie.
21
Jue.
22
Vie.
23
Sáb.
24
Dom.
25
2:00
a.m.
5,7
5:00
a.m.
8,6
8:00
a.m.
12,1
11:00
a.m.
10,6
2:00
p.m.
10,6
5:00
p.m.
11,9
8:00
p.m.
10,7
11:00
p.m.
12,0
Temp. ( C)
34
39
45
47
45
46
45
DQO (mg/l)
6350
2510
2160
1060
1650
6200
pH
Parámetro
pH
o
10,3
Desv.
Est.
2,0
45
43
4,1
1090
1850
2859
2025
Prom.
11,7
11,8
10,3
10,5
9,0
11,5
9,5
11,7
10,8
1,0
Temp. (oC)
49
49
38
43
39
32
43
48
43
5,7
DQO (mg/l)
1800
2020
3690
4820
5450
7800
2450
1220
3656
2099
pH
11,8
11,9
11,8
9,5
9,2
9,2
11,6
11,6
10,8
1,2
Temp. ( C)
49
49
29
37
44
42
43
30
40
7,2
DQO (mg/l)
1090
1000
8700
2450
2160
1810
1210
700
2390
2452
7,7
7,8
11,3
9,5
8,0
11,5
12,7
12,4
10,1
2,0
Temp. ( C)
39
40
32
30
43
43
31
28
36
5,7
DQO (mg/l)
2700
2450
3600
1500
910
2250
2400
2110
2240
747
pH
10,2
8,8
11,5
10,6
11,6
7,1
7,0
10,4
9,7
1,7
Temp. ( C)
36
36
42
45
48
50
41
38
42
5,0
DQO (mg/l)
2530
2300
1630
2290
1990
2440
1610
800
1949
543
8,3
9,2
12,0
11,9
11,2
11,4
10,0
4,5
9,8
2,4
Temp. ( C)
25
35
38
34
40
34
25
23
32
6,1
DQO (mg/l)
1090
1280
10200
1870
1990
2780
1370
4600
3148
2869
pH
10,7
6,7
11,9
11,3
9,9
8,0
9,7
10,1
9,8
1,6
Temp. ( C)
23
26
27
24
29
28
29
35
28
3,5
DQO (mg/l)
2620
2690
3160
2020
2130
1520
1090
1460
2086
663
o
pH
o
o
pH
o
o
Los valores altos de DQO, se deben a descargas puntuales de materia orgánica procedentes del lavado
de diferentes equipos. Estos valores pueden confrontarse con los horarios de lavado expuestos en la
Tabla 11.
Fuente: El autor.
53
Anexo C. Resultados del muestreo puntual en el seguimiento
Tabla 13. Resultados puntuales del seguimiento, semana 1
Punto 1
Fecha
Hora
UHT
Ferm.
Punto 2
Mezcla
T
T (°C) pH T (ºC) pH T (ºC) pH (°C)
pH
Punto 3
T
(°C)
pH
Punto 4
Q
T
3
(m /min) (°C)
pH
O.D.
Punto 5
T
(mg/l) (°C)
pH
02/10
8:30 a.m.
38
7,4
24
7,8
30
7,6
29
9,4
25 11,8
0,40
21 10,2
1,8
20
9,5
02/10
9:30 a.m.
38
7,2
25
7,4
31
7,4
32
7,6
28 10,9
0,40
22 10,1
1,5
21
9,8
02/10 10:30 a.m.
40
12,1
25
10,2
32
12,0 34 11,7 28 11,0
0,40
23 10,5
1,0
22 10,3
02/10 11:30 am.
38
1,8
27
10,3
32
2,3
34 11,6 30 10,5
0,40
24
1,2
23
9,8
Promedio
39
7,1
25
8,9
31
7,3
32 10,1 28 11,1
0,40
23 10,2
1,4
22
9,9
Desv. Est.
1,0
4,2
1,3
1,5
1,0
4,0
2,4
2,0
2,1
0,0
1,3
0,3
0,4
1,3
0,3
04/10
8:30 a.m.
34
7,0
22
7,0
28
7,0
31
8,4
28 11,2
0,40
26
8,0
0,5
26
7,6
04/10
9:30 a.m.
39
10,4
24
7,7
30
8,9
33
9,3
29 10,7
0,40
26
8,0
0,5
26
7,7
04/10 10:30 a.m.
44
10,3
35
9,8
39
10,2 34 10,4 30 10,5
0,40
26
7,9
0,4
26
7,7
04/10 11:30 am.
50
10,7
27
10,3
34
10,5 43 10,8 30 10,6
0,40
27
7,8
0,4
26
7,6
Promedio
42
9,6
27
8,7
33
9,2
35
9,7
29 10,8
0,40
26
7,9
0,5
26
7,7
Desv. Est.
6,8
1,7
5,7
1,6
4,9
1,6
5,3
1,1
1,0
0,0
0,5
0,1
0,1
0,0
0,1
06/10
8:30 a.m.
35
7,5
29
11,5
32
10,5 32 12,1 25 10,5
0,30
27
8,3
0,0
26
8,1
06/10
9:30 a.m.
35
10,0
38
0,5
36
0,8
32 12,1 26 11,6
0,30
27
8,4
0,0
27
7,9
06/10 10:30 a.m.
34
10,0
28
5,5
31
8,2
34
1,9
26 11,7
0,30
27
8,5
0,0
27
7,9
06/10 11:30 a.m.
33
12,2
23
8,3
27
12,0 31
4,5
27 11,7
0,30
27
8,6
0,0
27
8,0
Promedio
34
9,9
30
6,5
32
7,9
32
7,7
26 11,4
0,30
27
8,5
0,0
27
8,0
Desv. Est.
1,0
1,9
6,2
4,7
3,7
5,0
1,3
5,2
0,8
0,0
0,0
0,1
0,0
0,5
0,1
0,5
0,3
0,6
9,9
Fuente: El autor.
54
55
Tabla 14. Resultados puntuales del seguimiento, semana 2
Punto 1
Fecha
Hora
UHT
Ferm.
Punto 2
Mezcla
T
T (°C) pH T (ºC) pH T (ºC) PH (°C)
pH
Punto 3
T
(°C)
pH
Punto 4
Q
3
T
(m /min) (°C)
pH
O.D.
Punto 5
T
(mg/l) (°C)
pH
09/10
8:30 a.m.
49
11,0
26
11,5
37
11,3 34 10,3 30
8,3
0,30
25 8,0
0,0
25 8,0
09/10
9:30 a.m.
49
11,6
28
8,1
42
11,5 39 11,6 32
9,5
0,30
25 8,2
0,0
25 8,1
09/10 10:30 a.m.
34
10,9
29
7,1
32
8,1
36 10,7 29 10,9
0,30
25 8,5
0,0
25 8,2
09/10 11:30 am.
40
10,4
24
6,8
33
9,6
34 10,5 34 10,8
0,30
26 8,9
0,0
25 8,5
Promedio
43
11,0
27
8,4
36
10,1 36 10,8 31
9,9
0,30
25 8,4
0,0
25 8,2
Desv. Est.
7,3
0,5
2,2
2,2
4,5
1,6
2,4
1,2
0,0
0,5 0,4
0,0
0,0 0,2
11/10
8:30 a.m.
26
7,4
25
7,0
25
7,3
29 11,8 26 11,6
0,20
23 7,5
0,0
22 7,3
11/10
9:30 a.m.
36
10,6
24
4,1
30
9,1
27 11,2 26 11,6
0,20
22 7,8
0,0
23 7,6
11/10 10:30 a.m.
25
7,7
25
5,8
25
6,9
27
9,8
26 11,5
0,20
23 7,9
0,0
24 7,6
11/10 11:30 am.
35
11,3
24
2,5
29
6,2
28
6,0
26 11,1
0,20
23 7,7
0,0
24 7,6
Promedio
31
9,3
25
4,9
27
7,4
28
9,7
26 11,5
0,20
23 7,7
0,0
23 7,5
Desv. Est.
5,8
2,0
0,6
2,0
2,6
1,2
1,0
2,6
0,0
0,2
0,0
0,5 0,2
0,0
1,0 0,1
13/10
8:30 a.m.
39
10,2
29
12,1
34
11,8 31 11,3 27
9,9
0,20
24 8,0
0,0
25 7,9
13/10
9:30 a.m.
41
10,3
34
12,1
37
11,9 35 11,5 28 10,7
0,20
24 8,2
0,0
26 8,1
13/10 10:30 a.m.
39
9,9
26
10,9
32
10,4 34 11,5 25 11,4
0,20
24 8,1
0,0
26 8,1
13/10 11:30 a.m.
39
10,8
28
11,0
34
10,9 34 10,4 28 11,1
0,20
24 8,5
0,0
26 8,4
Promedio
40
10,3
29
11,5
34
11,3 34 11,2 27 10,8
0,20
24 8,2
0,0
26 8,1
Desv. Est.
1,0
0,4
3,4
0,7
2,1
0,7
0,0
0,0 0,2
0,0
0,5 0,2
Fuente: El autor.
1,7
0,6
0,5
2,2
1,4
0,6
56
Tabla 15. Resultados puntuales del seguimiento, semana 3
Punto 1
Fecha
Hora
UHT
Ferm.
Punto 2
Mezcla
T
T (°C) pH T (ºC) pH T (ºC) pH (°C)
pH
T
(°C)
pH
Punto 4
Q
3
T
(m /min) (°C)
pH
O.D.
Punto 5
T
(mg/l) (°C)
pH
17/10
8:30 a.m.
36
10,9
19
3,9
29
10,3 27
23 10,3
0,30
21 7,6
0,0
21 7,5
17/10
9:30 a.m.
41
11,9
23
7,0
34
11,7 33 11,4 26 10,5
0,30
22 7,7
0,0
22 7,5
17/10 10:30 a.m.
45
11,0
23
9,6
35
10,8 35 11,6 28 11,2
0,30
22 7,7
0,0
22 7,5
17/10 11:30 am.
40
11,3
25
2,0
33
9,1
36 11,4 25 10,7
0,30
23 7,7
0,0
23 7,0
Promedio
41
11,3
23
5,6
33
10,5 33 10,9 26 10,7
0,30
22 7,7
0,0
22 7,4
Desv. Est.
3,7
0,5
2,5
3,4
2,6
1,1
4,0
1,1
2,1
0,4
0,0
0,8 0,1
0,0
0,8 0,3
18/10
8:30 a.m.
30
6,5
27
12,3
28
12,0 30
6,4
25
6,7
0,30
23 7,7
0,0
23 7,4
18/10
9:30 a.m.
29
10,1
21
12,0
25
11,7 29 11,7 29 11,1
0,30
23 7,7
0,0
23 7,5
18/10 10:30 a.m.
29
11,3
22
2,4
26
9,2
28 11,6 27 11,6
0,30
24 8,0
0,0
23 7,5
18/10 11:30 am.
25
8,5
20
7,6
23
8,2
27 11,5 27 11,6
0,30
24 8,2
0,0
24 7,7
Promedio
28
9,1
23
8,6
26
10,3 29 10,3 27 10,3
0,30
24 7,9
0,0
23 7,5
Desv. Est.
2,2
2,1
3,1
4,6
2,1
1,9
0,0
0,6 0,2
0,0
0,5 0,1
20/10
8:30 a.m.
37
10,1
29
9,7
34
10,0 31 10,8 27 11,0
0,30
23 7,7
0,0
23 7,5
20/10
9:30 a.m.
40
9,8
27
10,3
35
10,1 33 11,5 28 10,7
0,30
22 7,5
0,0
22 7,5
20/10 10:30 a.m.
39
9,9
26
7,3
32
8,7
34 10,3 29 10,4
0,30
23 7,5
0,0
23 7,4
20/10 11:30 am.
41
10,8
30
11,0
35
11,0 35 10,9 30 11,1
0,30
24 7,4
0,0
23 7,4
Promedio
39
10,2
28
9,6
34
10,0 33 10,9 29 10,8
0,30
23 7,5
0,0
23 7,5
Desv. Est.
1,7
0,5
1,8
1,6
1,4
0,9
0,0
0,8 0,1
0,0
0,5 0,1
Fuente: El autor.
1,3
1,7
9,2
Punto 3
2,6
0,5
1,6
1,3
2,4
0,3
57
Tabla 16. Resultados puntuales del seguimiento, semana 4
Punto 1
Fecha
Hora
UHT
Ferm.
Punto 2
Mezcla
T
T (°C) pH T (ºC) pH T (ºC) pH (°C)
pH
Punto 3
T
(°C)
pH
Punto 4
Q
3
T
(m /min) (°C)
pH
O.D.
Punto 5
T
(mg/l) (°C)
pH
23/10
8:30 a.m.
35
6,9
25
2,0
30
2,3
30
6,0
28 10,6
0,30
24 6,9
0,0
24 6,9
23/10
9:30 a.m.
28
8,9
24
6,8
27
7,1
29
5,2
28
9,7
0,30
24 6,7
0,0
24 6,8
23/10 10:30 a.m.
48
10,2
26
5,4
37
9,2
34
9,2
29
8,1
0,30
25 6,4
0,0
25 6,6
23/10 11:30 am.
40
10,8
30
5,2
35
7,7
38
2,8
31
6,5
0,30
25 6,3
0,0
25 6,5
Promedio
38
9,2
26
4,9
32
6,6
33
5,8
29
8,7
0,30
25 6,6
0,0
25 6,7
Desv. Est.
8,4
1,7
2,6
2,0
4,6
3,0
4,1
2,6
1,4
1,8
0,0
0,6 0,3
0,0
0,6 0,2
25/10
8:30 a.m.
39
11,0
25
11,3
33
11,2 28 12,2 24 11,8
0,30
22 7,6
0,0
22 7,2
25/10
9:30 a.m.
40
11,3
26
9,6
34
10,9 28
3,5
25 11,8
0,30
23 7,8
0,0
22 7,4
25/10 10:30 a.m.
33
9,8
23
3,2
27
9,0
3,4
25 11,6
0,30
23 7,9
0,0
22 7,5
25/10 11:30 am.
36
10,6
24
10,2
32
10,4 30 11,1 26 11,1
0,30
24 7,9
0,0
23 7,6
Promedio
37
10,7
25
8,6
32
10,4 28
7,6
25 11,6
0,30
23 7,8
0,0
22 7,4
Desv. Est.
3,2
0,6
1,3
3,7
3,1
1,0
4,8
0,8
0,0
0,8 0,1
0,0
0,5 0,2
27/10
8:30 a.m.
35
7,9
26
11,5
29
11,3 30 11,8 26 11,7
0,30
22 7,6
0,0
22 6,4
27/10
9:30 a.m.
30
7,4
24
11,4
27
11,3 29 11,5 27 11,7
0,30
23 7,3
0,0
22 6,8
27/10 10:30 a.m.
29
10,1
25
11,7
27
11,4 27 11,1 27 11,6
0,30
23 7,5
0,0
22 6,8
27/10 11:30 am.
29
10,6
24
11,3
27
11,1 27 11,3 27 11,6
0,30
23 7,4
0,0
22 6,9
Promedio
31
9,0
25
11,5
28
11,3 28 11,4 27 11,7
0,30
23 7,5
0,0
22 6,7
Desv. Est.
2,9
1,6
1,0
0,2
1,0
0,1
0,0
0,5 0,1
0,0
0,0 0,2
Fuente: El autor.
27
1,3
1,5
0,3
0,5
0,3
0,1
Anexo D. Resultados del muestreo compuesto en el
seguimiento
Tabla 17. Resultados de Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Punto 1
Punto 2
Punto 3
Punto 4
Punto 5
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
02/10
1610
3110
3340
340
1180
04/10
5730
1720
1980
400
1220
06/10
2560
3480
2770
570
1110
09/10
8100
2290
1630
570
1030
11/10
3510
3490
3410
610
1100
13/10
3440
5840
4720
670
1170
Promedio
4158
3322
2975
527
1135
Desv. Est.
2366
1419
1114
128
68
17/10
2440
2100
1370
980
930
18/10
980
560
420
900
870
20/10
2700
2320
1840
1160
800
23/10
1350
1710
2250
1400
740
25/10
2390
1790
2710
1460
760
27/10
1950
1900
1050
1530
720
Promedio
1968
1730
1607
1238
803
Desv. Est.
678
614
832
264
82
Fecha
Fuente: El autor.
58
Anexos
59
Tabla 18. Resultados de Sólidos Totales (ST)
Punto 1
Punto 5
(mg/l)
(mg/l)
02/10
1890
1167
04/10
3983
1332
06/10
2970
1059
09/10
4565
900
11/10
2505
1000
13/10
2930
952
17/10
2185
1000
18/10
1695
805
20/10
2250
775
23/10
1335
714
25/10
2315
686
27/10
1720
765
Promedio
2529
929
Desv. Est.
955
195
Fecha
Fuente: El autor.
Tabla 19. Resultados de Sólidos Suspendidos Totales (SST)
Punto 1
Punto 3
Punto 4
Punto 5
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
02/10
300
460
400
245
04/10
933
173
407
253
06/10
460
353
400
233
09/10
1470
200
480
180
11/10
480
370
840
230
13/10
300
470
900
200
17/10
110
140
1090
180
18/10
250
30
1110
169
20/10
320
200
1100
155
23/10
110
360
1310
157
25/10
240
180
1550
144
27/10
180
210
1750
130
Promedio
429
262
945
190
Desv. Est.
395
137
461
42
Fecha
Fuente: El autor.
Anexos
60
Tabla 20. Resultados de Sólidos Sedimentables (SS)
Punto 4
Punto 5
(ml/l)
(ml/l)
02/10
5
0
04/10
9
0
06/10
20
0
09/10
50
0,2
11/10
150
0
13/10
180
0
17/10
190
0
18/10
180
0
20/10
170
0
23/10
180
1
25/10
200
20
27/10
210
10
Fecha
Fuente: El autor.
Tabla 21. Resultados de Grasas y Aceites (G y A)
Punto 2
Punto 5
(mg/l)
(mg/l)
02/10
163
77
04/10
123
40
06/10
160
78
09/10
147
45
11/10
155
32
13/10
179
94
17/10
150
40
18/10
90
26
20/10
154
70
23/10
127
63
25/10
115
58
27/10
120
55
Promedio
140
57
Desv. Est.
25
21
Fecha
Fuente: El autor.
Anexos
61
Tabla 22. Resultados de nutrientes
Punto 3
Punto 3
Nitrógeno (mg/l)
Fósforo(mg/l)
02/10
111
14,4
04/10
62
9,9
06/10
73
14,1
09/10
51
8,8
11/10
107
16,9
13/10
83
18,3
17/10
26
8,2
18/10
14
1,0
20/10
51
12,0
23/10
38
17,0
25/10
115
18,6
27/10
20
4,7
Promedio
63
12,0
Desv. Est.
36
5,6
Fecha
Fuente: El autor.
Anexo E. Análisis de varianza de un factor∗ comparativo entre
los resultados de la caracterización y el seguimiento para el
afluente de la EDAR
Tabla 23. ANOVA comparativo de temperatura entre caracterización y seguimiento
RESUMEN
Grupos (Temp.)
Caracterización
Seguimiento
Cuenta
7
12
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
Suma de
variaciones
cuadrados
Entre grupos
170,729
Dentro de los grupos
310,429
Total
Fuente: El autor.
481,158
Suma
264
378
Promedio
37,714
31,5
Grados de Promedio de
libertad
los cuadrados
1
170,729
17
18,261
Varianza
34,905
9,182
F
9,3497
Probabilidad
0,007
Valor crítico
para F
4,451
18
Tabla 24. ANOVA comparativo de pH entre caracterización y seguimiento
RESUMEN
Grupos (pH)
Caracterización
Seguimiento
Cuenta
7
12
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
Suma de
variaciones
cuadrados
Entre grupos
3,026
Dentro de los grupos
30,918
Total
Fuente: El autor.
∗
33,944
Suma
71,3
112,3
Promedio
10,186
9,358
Varianza
0,218
2,692
Grados de
libertad
1
17
Promedio de
los cuadrados
3,026
1,819
F
1,664
Probabilidad
0,214
Valor crítico
para F
4,451
18
Para todos los ANOVA se empleó un α = 0.05 y la Hipótesis nula H 0: no existe diferencia significativa.
62
Anexos
63
Tabla 25. ANOVA comparativo de DQO entre caracterización y seguimiento
RESUMEN
Grupos (DQO)
Caracterización
Seguimiento
Cuenta
7
12
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
Suma de
variaciones
cuadrados
Entre grupos
875666,326
Dentro de los grupos
47017144,1
Total
Fuente: El autor.
47892810,42
Suma
18328
36760
Promedio
2618,286
3063,333
Varianza
390312,905
4061387,879
Grados de
libertad
1
17
Promedio de
los cuadrados
875666,326
2765714,359
F
0,317
Probabilidad
0,581
Valor crítico
para F
4,451
18
Tabla 26. ANOVA comparativo de sólidos totales entre caracterización y seguimiento
RESUMEN
Grupos (ST)
Caracterización
Seguimiento
Cuenta
7
12
Suma
14296
30343
Promedio
2042,286
2528,583
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
Suma de
Grados de Promedio de
variaciones
cuadrados
libertad los cuadrados
Entre grupos
1045514,286
1
1045514,286
Dentro de los grupos 11377268,35
17
669251,079
Total
Fuente: El autor.
12422782,63
Varianza
222672,238
912839,538
F
1,562
Probabilidad
0,228
Valor crítico
para F
4,451
18
Tabla 27. ANOVA comparativo de SST entre caracterización y seguimiento
RESUMEN
Grupos (SST)
Caracterización
Seguimiento
Cuenta
7
12
Suma
2697
5153
Promedio
385,286
429,417
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
Suma de
Grados de Promedio de
variaciones
cuadrados
libertad los cuadrados
Entre grupos
8610,181
1
8610,181
Dentro de los grupos 1751840,345
17
103049,432
Total
Fuente: El autor.
1760450,526
18
Varianza
5355,905
156336,811
F
0,084
Probabilidad
0,776
Valor crítico
para F
4,451
Anexos
64
Tabla 28. ANOVA comparativo de nitrógeno entre caracterización y seguimiento
RESUMEN
Grupos (N)
Caracterización
Seguimiento
Cuenta
7
12
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
Suma de
variaciones
cuadrados
Entre grupos
4,316
Dentro de los grupos
16470,631
Total
Fuente: El autor.
16474,947
Suma
445
751
Promedio
63,571
62,583
Grados de Promedio de
libertad los cuadrados
1
4,316
17
968,861
Varianza
415,952
1270,447
F
0,004
Probabilidad
0,948
Valor crítico
para F
4,451
18
Tabla 29. ANOVA comparativo de fósforo entre caracterización y seguimiento
RESUMEN
Grupos (P)
Caracterización
Seguimiento
Cuenta
7
12
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las
Suma de
variaciones
cuadrados
Entre grupos
1,793
Dentro de los grupos
382,823
Total
Fuente: El autor.
384,617
Suma
88,4
143,9
Promedio
12,629
11,992
Grados de Promedio de
libertad los cuadrados
1
1,793
17
22,519
18
Varianza
6,169
31,437
F
0,080
Probabilidad
0,781
Valor crítico
para F
4,451