TEG WIMER MARTELO[3]

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE UNA TENERÍA
Presentado ante la Ilustre
Universidad Central de Venezuela
Por el Ing. Wilmer Martelo S.
para optar a la validez de Título de
Ingeniero Químico.
Caracas, 2007
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE UNA TENERÍA
TUTORES:
Prof. María E. Rincones.
Prof. José F. Fernández.
Presentado ante la Ilustre
Universidad Central de Venezuela
Por el Ing. Wilmer Martelo S.
para optar a la validez de Título de
Ingeniero Químico.
Caracas, 2007
12
Martelo S, Wilmer A.
EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE UNA TENERIA
Tutores Académicos: Prof. María Esperanza Rincones, Prof. José Francisco
Fernández. Tesis. Caracas, U.C.V. Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería
Química. Año 2007, xxxx p.
Palabras Claves: Tratamiento de Aguas Residuales, Tenerías, Cromo, Sulfuros,
Producción Limpia.
Resumen. El presente trabajo tiene por objeto evaluar el funcionamiento de la planta
de tratamiento de Tenería El Puma, TEPCA, ubicada en Mariara (Edo. Carabobo). Se
llevó a cabo una caracterización de las descargas del proceso productivo y de los
efluentes de las principales unidades de la planta de tratamiento, determinando la
eficiencia de éstas en la remoción de los parámetros exigidos en el Decreto 3.219 que
rige las descargas de aguas residuales para la cuenca de Lago de Valencia. Se
analizaron y evaluaron alternativas, en el marco de la Producción Limpia, para
incrementar la efectividad del proceso productivo de la empresa y mejorar la
funcionalidad de la planta de tratamiento, midiendo el impacto de estas tecnologías
desde el punto de vista ambiental, técnico y económico.
Del estudio se desprende que el sistema actual de tratamiento de aguas residuales de
TEPCA no satisface todas las especificaciones de la normativa ambiental debido al
funcionamiento irregular de las unidades y la operación intermitente de la planta. La
alta concentración de cromo en los lodos producidos indica que el sistema actual de
coagulación-sedimentación no es suficiente para remover el cromo presente en las
descargas del proceso productivo. El sistema tampoco cumple con los objetivos de
remoción de los parámetros DBO5,20, DQO, Sólidos Suspendidos y Nitrógeno Total.
13
De la comparación de alternativas para las descargas del pelambre, se seleccionó la
remoción de sulfuros por simple difusión de aire, siendo esta alternativa la más
económica. La alternativa de la utilización del sulfato manganoso como catalizador
para la oxidación de sulfuros debe ser evaluada en el caso de existencia de un sistema
de tratamiento por separado de las descargas del pelambre que tenga como objetivo
una posterior precipitación y recuperación de proteínas, lo que resulta un atractivo
económico para los empresarios.
La inclusión del costo actual de operación de la planta como un beneficio adicional
del sistema de recuperación de cromo debe tenerse en cuenta sólo si te toman en
cuenta los estudios de tratabilidad de las descargas del proceso de recurtido, así como
la concentración de cromo remanente en el sobrenadante efluente del tanque de
precipitación de cromo. Es a partir de estas determinaciones donde puede conocerse
el impacto de estas corrientes en la operación de planta de tratamiento y los aspectos
económicos y ambientales.
14
TABLA DE CONTENIDO
Contenido
Página
LISTA DE TABLAS
17
LISTA DE FIGURAS
19
INTRODUCCIÓN
20
I. FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACION
1.1. Definición y planteamiento del problema
22
1.2. Antecedentes
23
1.3. Objetivos
29
II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1. Proceso productivo de las tenerías
30
2.2. Características de los efluentes de curtiembres
33
2.3. Tratamiento de los efluentes de curtiembres
38
III. METODOLOGIA
3.1. Caracterización de efluentes del proceso productivo
46
3.2. Análisis del diseño y del estado actual de la planta de tratamiento
49
3.3. Evaluación de la eficiencia de operación de la planta
49
3.4. Análisis de variables en la operación de la planta y medidas de 50
Producción Limpia
3.5. Evaluación técnica, económica y ambiental de alternativas
52
IV. RESULTADOS
4.1. Caracterización del proceso productivo de TEPCA
53
4.2. Análisis del diseño y la operación de la planta de tratamiento de 59
aguas
15
4.3. Evaluación de la eficiencia actual de la planta de tratamiento
73
4.4. Variables de operación de la planta e implantación de medidas de 77
Producción Limpia.
4.5. Evaluación técnica, económica y ambiental de alternativas
83
V. CONCLUSIONES
86
VI. RECOMENDACIONES
88
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
90
16
LISTA DE TABLAS
Contenido
Página
Tabla 1. Parámetros analizados por procesos de acuerdo al decreto 3.219.
47
Tabla 2. Métodos Analíticos para medición de parámetros.
48
Tabla 3. Descripción del proceso productivo de TEPCA.
54
Tabla 4. Descargas del Descarnado.
55
Tabla 5. Descargas del Lavado y Remojo.
56
Tabla 6.Descargas del Pelambre.
56
Tabla 7.Descargas del Lavado de Pelambre.
57
Tabla 8. Descargas del Desencalado y Purga.
57
Tabla 9. Descargas del Lavado de Desencalado y Purga.
58
Tabla 10. Descargas del Curtido.
58
Tabla 11. Descargas del Recurtido:
59
Tabla 12. Parámetros de diseño de la planta de tratamiento.
60
Tabla 13. Características de las bombas de la estación de bombeo.
62
Tabla 14. Características de la bomba del tanque de homogenización.
64
Tabla 15. Características de la bomba de la tanquilla de homogenización.
64
Tabla 16. Características de las bombas dosificadoras de productos 65
químicos.
Tabla 17. Condiciones de diseño de los sedimentadores primarios.
67
Tabla 18. Parámetros de diseño para la primera etapa de tratamiento 68
biológico.
Tabla 19. Características de la primera etapa de tratamiento biológico.
68
Tabla 20. Parámetros de diseño para la segunda etapa de tratamiento 69
biológico:
Tabla 21. Características de la segunda etapa de tratamiento biológico.
69
Tabla 22. Parámetros de diseño para el sedimentador secundario.
70
Tabla 23. Características del sedimentador secundario.
70
17
Tabla 24. Características de la bomba del puente grúa.
70
Tabla 25. Características del sistema de tratamiento de lodos.
71
Tabla 26. Remoción de contaminantes en el proceso de Pre-aireación y 74
Homogenización.
Tabla 27. Remoción de contaminantes en los sedimentadores primarios.
75
Tabla 28. Remoción de contaminantes en el Tratamiento Biológico.
76
Tabla 29. Cuadro de distribución de sólidos en el Tratamiento Biológico.
76
Tabla 30. Especificaciones de las unidades para el sistema de 82
recuperación de cromo.
Tabla 31. Comparación de alternativa para la oxidación de los baños del 84
pelambre.
18
LISTA DE FIGURAS
Contenido
Página
Figura 1. Diagrama de flujo de la planta de tratamiento.
61
Figura 2. Filtro rotativo.
62
Figura 3. Tanque de Homogenización-Preaireación.
63
Figura 4. Tanques de dosificación de químicos.
65
Figura 5. Sedimentadores Primarios.
66
Figura 6. Tanque Biológico.
71
Figura 7. Sedimentador Secundario.
71
Figura 8. Tanque de Cloración.
72
Figura 9. Diagrama de flujo del sistema de recuperación de cromo.
81
19
INTRODUCCIÓN
La gestión ambiental en las empresas ha trascendido los límites éticos y legislativos
para convertirse en un asunto de productividad, directamente relacionado con la
calidad de los procesos y de los productos y con el éxito económico de éstos. Los
conceptos de Producción Limpia han sido tomados como punto de referencia para
que la industria del curtido de pieles, generalmente considerada muy contaminante,
tome medidas que han impactado positivamente la calidad de los productos, la
disminución de la contaminación y la rentabilidad del negocio.
Algunas empresas curtiembres venezolanas han abierto sus puertas a investigaciones
académicas y estudios pilotos con el fin de mejorar sus procesos productivos y
cumplir con la normativa ambiental. En este sentido, la empresa Tenería El Puma
C.A, TEPCA, ha facilitado sus instalaciones y recursos para una serie de
investigaciones sobre medidas de Producción Limpia y tratamiento de efluentes como
en el caso de esta investigación.
En las instalaciones de TEPCA se ha estudiado la posibilidad de reuso y reciclaje de
los baños del pelambre, la recuperación de cromo de los baños de curtido para su
posterior reuso en el proceso y se han evaluado alternativas para la disposición de los
residuos sólidos generados tanto en el proceso productivo como en la planta de
tratamiento de aguas.
Este proyecto evalúa la planta de tratamiento de efluentes líquidos de TEPCA y el
establecimiento de tecnologías que mejoren el rendimiento de dicha planta bajo
criterios técnicos, económicos y ambientales factibles, y se espera que el mismo sirva
como punto de referencia para profundizar en futuras investigaciones del sector
curtiembre y de tratamiento de aguas.
20
Se estudiaron en principio los antecedentes del problema y se revisaron los
antecedentes de la investigación para determinar los objetivos de la misma.
Posteriormente, la investigación pasó por una fase de reconocimiento del proceso
productivo de la empresa y del funcionamiento de la planta de tratamiento.
Paralelamente, se llevó a cabo una revisión bibliográfica sobre los antecedentes
tecnológicos en el campo de tratamiento de efluentes de curtiembres y se determinó
su aplicabilidad para este caso. Finalmente, se avanzó a una fase de caracterización de
los efluentes del proceso productivo y de la planta de tratamiento para analizar
diferentes opciones de tratamiento, evaluando estas opciones y condensado los
resultados, conclusiones y recomendaciones en este trabajo escrito.
21
CAPÍTULO I: FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN
La industria de las curtiembres está en constante evolución y así como han logrado un
desarrollo tecnológico de los procesos productivos, también son considerables los
adelantos tecnológicos en el tratamiento de los residuos generados.
La tendencia actual es el establecimiento de tecnologías limpias en la industria, las
cuales proponen la optimización de los procesos y la disminución de la
contaminación a partir de actividades de prevención, reuso y reciclaje de aquellos
insumos cuyo vertido directo al medio ambiente generan contaminación. Estas
medidas, aunque producen buenos resultados, no logran eliminar totalmente la carga
de efluentes contaminantes, por lo que las necesidades de tratamiento de éstos
continúan siendo un factor relevante en la operación de las industrias curtiembres.
1.1. DEFINICIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Tenería el Puma C.A (TEPCA) es una empresa de curtiembres de tamaño medio
ubicada en Mariara, Estado Carabobo, que procesa únicamente cueros de res por
medio de una variedad de equipos modernos y tradicionales que le permiten alcanzar
una producción máxima de 10000 cueros mensuales. Los cueros producidos por
TEPCA son curtidos al cromo, el 75 % de la producción corresponde al tipo “wet
blue” y el 25 % restante es cuero acabado.
Los efluentes líquidos del proceso productivo de TEPCA son tratados en la planta de
tratamiento de aguas ubicadas en las instalaciones de la empresa. Esta planta utiliza
una combinación de procesos fisicoquímicos y biológicos. Su efluente es vertido al
río Mariara, afluente de la cuenca del Lago de Valencia, por lo que las características
del vertido están reguladas por el Decreto 3.219, vigente desde el año 1999. La planta
se maneja sin un manual de operaciones acorde con su diseño original y/o sin
justificaciones científicas que permitan establecer un control de los insumos
utilizados en el tratamiento fisicoquímico, el establecimiento de tiempos de retención
22
hidráulicos óptimos y bajo la ausencia de controles mínimos de laboratorio para
evaluar el funcionamiento de las distintas unidades y controlar los parámetros legales.
El alto volumen de lodos generados por la planta de tratamiento, los costos asociados
a su disposición o tratamiento, además de la preocupación por cumplir la normativa
ambiental, son los motivos por los cuales la gerencia de TEPCA ha decidido dar
apoyo a la evaluación de la planta de tratamiento de efluentes de la empresa a través
de este proyecto de investigación.
Las nuevas tecnologías de tratamiento toman como base la segregación de las
corrientes provenientes del proceso productivo, la evaluación de nuevos catalizadores
y agentes coagulantes para el tratamiento fisicoquímico y la recuperación previa de
insumos presentes en estas corrientes para ser reutilizadas en la producción. Este
proyecto analiza varias alternativas al respecto, tomando como punto de partida el
diseño actual de la planta, con el fin de proponer medidas que mejoren el
funcionamiento de la planta de tratamiento de TEPCA y que la implantación de éstas
medidas se traduzcan en beneficios económicos para la empresa y su cumplimiento
con la normativa ambiental.
1.2. ANTECEDENTES.
1.2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA.
En la empresa TEPCA se han realizado estudios que han estado encaminados a la
optimización de los procesos productivos y a la disminución de la carga de efluentes
contaminantes adoptando medidas de Producción Limpia:
TRUJILLO y VENEZZIANO (2004) realizaron un estudio para la minimización de
insumos en la etapa de pelambre y de reuso de los baños de pelambre y del lavado del
pelambre, para lo cual se realizaron pruebas a escala industrial para el primer caso, y
a escala piloto para el segundo caso. Se observó que es posible reducir los insumos
hasta niveles de 18 % de Na2S y 15 % de Ca(OH)2. En el caso de reuso de los baños
de pelambre se realizaron dos estudios: reuso total y reuso diluido. En el primer caso
23
se observó una disminución en el consumo de 21 % de Na2S, 25 % de Ca(OH)2 y 6 %
del agua empleada; en el segundo caso se observó una disminución en el consumo de
13 % de Na2S, 26 % de Ca(OH)2 y 43 % del agua empleada. Recomendaron que
después de implantar las medidas propuestas, el efluente final sea sometido a un
tratamiento de oxidación catalítica con óxido de manganeso para eliminar el sulfuro,
seguido de un tratamiento biológico de lodos activados para utilizar las instalaciones
existentes en la empresa.
CONTRERAS y ORFAO (2004) estudiaron las alternativas de reutilización y
tratamiento de los baños de cromo usados en la etapa de curtido, analizando la
precipitación del cromo utilizando MgO, CaO y NaOH como agentes precipitantes y
estudiando la redisolución del precipitado para obtener sal de cromo y reutilizar ésta
en el proceso. Los porcentajes de recuperación de sal de cromo oscilaron entre 67 y
92 % y la disminución del contenido de cromo en el efluente residual alcanzó el valor
de 92 %. De los tres agentes precipitantes el MgO resultó ser el más eficiente en
términos de remoción pero desde el punto económico, y por su disponibilidad se
escogió el CaO como el más idóneo en el caso de TEPCA. Las alternativas de
tratamiento evaluadas para los baños de curtido fueron la ósmosis inversa, la
adsorción química y el intercambio iónico; determinándose que ninguna por sí sola
logra disminuir el contenido de cromo a los niveles requeridos por la normativa
ambiental.
CASANOVA y MEJIAS (2004) estudiaron las alternativas para el manejo de los
residuos sólidos generados en TEPCA y concluyeron con respecto a los lodos de la
planta de tratamiento, que debido a sus características altamente tóxicas, no es viable
su utilización como materia prima en ningún proceso por lo que sólo plantearon
alternativas de tratamiento y/o disposición; tales como incineración, rellenos de
seguridad o la producción de gas de síntesis.
FERNANDEZ (2005) realizó un estudio sobre Producción limpia, evaluando su
aplicabilidad en la industria curtiembre venezolana, revisando en primer lugar, las
medidas de producción limpia aplicables a las curtiembres, y seleccionando aquellas
24
que resultarán de fácil aplicación a nivel nacional. Se determinó que es posible
reducir en un 46 % la generación de residuos líquidos y a pesar que la generación de
residuos sólidos incrementó en un 42 %, se debe destacar que el 96 % de los mismos
son aplicables como insumos de otros procesos productivos. Asimismo, se determinó
que para una producción anual de 18000 pieles, los ahorros obtenidos al aplicar las
medidas permiten recuperar la inversión necesaria en 22 meses, razones por las cuales
es posible concluir que la Producción Limpia es una alternativa válida para la
adecuación ambiental del sector curtiembre.
SUAREZ (2006) llevó a cabo la evaluación preliminar de técnicas para la remoción
de cromo proveniente del curtido de pieles, partiendo de los efluentes de la etapa de
curtido de TEPCA, determinado que el tratamiento químico con una mezcla de óxido
de magnesio-hidróxido de calcio y sulfato de aluminio como coagulante, permite
disminuir la concentración de cromo del efluente desde 3000-4000 mg/l hasta valores
próximos a 20 mg/l. Como conclusión se determinó que no existen interferencias, por
parte de los contaminantes de los efluentes de curtido, en las determinaciones
analíticas de los parámetros de la normativa ambiental y que las diluciones sucesivas
en los análisis generan errores.
Las medidas propuestas en estos estudios aún no han sido implantadas por la
empresa, por lo que los efluentes, en su gran mayoría líquidos, son conducidos a la
planta de tratamiento de aguas residuales.
1.2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.
En principio, el tratamiento de los vertidos de curtiembres se limitaba a la
homogeneización y sedimentación. En una etapa posterior se incluye la coagulación
química y la digestión de lodos (NEMEROW, 1978). Las dosificaciones de
coagulantes, previo ajuste del pH, permiten la eliminación de los sólidos suspendidos
y de una parte importante de la demanda química de oxígeno (DQO). Para lograr esto
se requieren elevadas dosis de cal y floculantes (FeCl3 y sales de aluminio) (VILA,
2002). En este proceso, el sulfuro precipita como sulfuro de hierro, al mismo tiempo,
25
precipitan el cromo y las proteínas. El agua que sale de la sedimentación queda
clarificada, mientras que la DQO y la DBO5,20 se reducen entre un 50 y 60 %.
No obstante, este proceso genera una cantidad enorme de lodos que son muy
propensos a la putrefacción y están altamente contaminados por compuestos de
cromo (de 10 a 50 g por kg de materia seca), lo que significa que únicamente pueden
depositarse en un relleno de seguridad. Además la experiencia ha demostrado que no
se puede lograr una deshidratación eficaz de estos lodos, lo que encarece su
eliminación y causa problemas en el lugar de disposición. Precisamente, por las
grandes cantidades de lodos producidas y por los problemas que generan, este
proceso suele utilizarse cada vez menos hoy en día (AUQTIC, 2004).
A partir de 1980 empezó la aplicación de la oxidación de los baños del pelambre por
separado para evitar el desprendimiento de ácido sulfhídrico y comienza un auge de
las aplicaciones del tratamiento biológico de las aguas residuales de curtiembres,
obteniéndose mejores resultados. Un ejemplo es la planta de Montebello en
Arzignano (Italia), gestionada por la empresa TecnoBio, la cual procesaba aguas
residuales de diversas tenerías que previamente habían sido desulfuradas, y las
sometía a los procesos de homogenización, decantación primaria, biológico (con
nitrificación y desnitrificación) y decantación secundaria (VILA, 2002).
Son muchos los trabajos y avances logrados en el campo de tratamiento de aguas
residuales de curtiembres, algunos de ellos se citan a continuación:
KASHIWAYA y YOSIMOTO (1980) analizaron la posibilidad de tratar aguas
residuales de tenerías junto con aguas residuales domésticas, por medio del sistema
de lodos activados en los distritos Takagi y Shigo en Japón. Para llevar a cabo el
estudio, las aguas utilizadas habían sido previamente tratadas en las tenerías con el
objetivo de eliminar cromo y sulfuros. Se hicieron varias combinaciones entre los
flujos del agua doméstica y el flujo de las curtiembres. Los resultados obtenidos
26
alcanzaron valores menores de 20 mg/l para la DQO, cumpliendo con los parámetros
de la normativa aplicable.
PANZER, KOMANOWSKY Y SENSKE (1984) analizaron, a escala de laboratorio,
los efectos de la combinación de nitrificación y desnitrificación en el tratamiento de
las aguas residuales de una tenería en Newark, New Jersey, USA. El estudio se llevó
a cabo con efluentes del pelambre únicamente, los cuales fueron sometidos a
tratamiento fisicoquímico, logrando un 80 % de remoción del Nitrógeno Total
Kjendall (NTK) y DQO; el resto del sulfuro fue oxidado. El efluente de esta fase fue
utilizado como sustrato para el sistema biológico.
El sistema biológico consistió de un reactor anóxico de cuatro etapas seguido por un
reactor aerobio con sedimentación secundaria. El uso del reactor anóxico logró
eficiencia de remoción de 97 % del NTK y 93 % de la DQO proveniente del
tratamiento fisicoquímico del efluente del pelambre. Concluyeron también que el
nitrato puede ser removido del proceso a una alta tasa debido a las altas
concentraciones de DQO y que la cantidad de nitrato removido depende de la relación
de reciclo del licor mezclado proveniente del reactor aerobio.
TALINLI (1994) llevó a cabo estudios de tratatabilidad de los efluentes de una
tenería que procesa pieles de oveja. La caracterización de los efluentes fue llevada a
cabo al final del proceso. Los coagulantes evaluados fueron cal, aluminio y sales de
hierro en muestras compuestas. El alumbre y el cloruro férrico fueron usados en dosis
de hasta 300 mg/l y un pH comprendido entre 7 y 9.5 con adición de un
polielectrolito no iónico. Por otro lado, estos coagulantes fueron evaluados usando cal
como coagulante, pero la eficiencia de remoción de la DQO no fue satisfactoria. Sin
embargo, cuando la cal fue usada sola resultó ser el coagulante más eficiente,
lográndose una remoción del 63 % de la DQO con una dosis óptima a un pH de 11.
TUNAY, ORHON Y KABDASLI (1994) evaluaron las eficiencias de esquemas
alternativos para el tratamiento fisicoquímico a partir de muestras de dos industrias
curtiembres en Turquía con respecto a los requerimientos de pretratamiento por la
legislación de ese país. La carbonización y la remoción de proteínas fueron analizadas
27
junto con la oxidación de sulfuros, la precipitación de cromo, sedimentación y
precipitación química. Los resultados indicaron que la carbonización y la remoción
de proteínas tienen poco efecto en la DQO. La remoción de NTK con la precipitación
de proteínas fue del 20 %. La sedimentación resultó ser tan eficiente como la
precipitación química para todos los parámetros excepto para el cromo. Sin embargo,
como los resultados fueron evaluados con respecto a los requerimientos de
pretratamiento, la precipitación química fue sugerida como el método para lograr los
requerimientos de cromo, sólidos suspendidos y sulfuro.
JOCHIMSEN, SCHENK, JEKEL Y HEGEMANN (1997) analizaron la combinación
de tratamiento biológico y oxidación con ozono seguido de un segundo tratamiento
biológico para tratar, a escala piloto, por separado las corrientes de las etapas de
ribera y curtido de tenerías en Holanda.
Debido a los cambios extremos en la calidad del agua residual, especialmente las del
curtido, el pretratamiento biológico no pudo ser estabilizado durante todo el tiempo y
la nitrificación fue inhibida algunas veces. El tratamiento oxidativo incrementó la
biodegradabilidad de los compuestos orgánicos refractarios y se encontró que la tasa
específica óptima de consumo de ozono es de 2 g O3/g DQO para experimentos por
lotes y operación continua.
Más allá, la nitrificación pudo ser estabilizada durante la segunda etapa de
tratamiento biológico y el amonio fue completamente removido. En conjunto, la
combinación de tratamientos arrojó resultados globales de remoción de 95 % de la
DQO y 91 % de la DBO presentes en el efluente.
RENNA y SILVA (2004) llevaron a cabo un trabajo para optimizar en tratamiento
químico de los sulfuros de las aguas del pelambre de la planta de tratamiento de aguas
residuales de la empresa Curtiembre Venezolana C.A. Este estudio utilizó un tanque
de homogenización a nivel de planta piloto. Se tomaron muestras de las aguas y
fueron vertidas al reactor a escala, durante 16 horas en un proceso de aireación y bajo
efecto de los reactivos agregados para la eliminación de sulfuros y luego su reposo a
sedimentación durante una hora. Así se establecieron proporciones de las mezclas de
28
los reactivos y se analizaron los parámetros como pH y concentración de sulfuros en
ppm. En la planta se observó un máximo de sulfuros de 15.9 ppm y una salida de
0.043 ppm como mínima, así como una remoción del 90 %, haciendo efectiva la
eliminación de sulfuros de la planta. Se estableció un plan de dosificación de
reactivos para la planta de tratamiento, a fin de minimizar los costos de operación y
mantener dentro de la norma ambiental los niveles de sulfuros en las aguas residuales
vertidas al río Turbio.
1.3. OBJETIVOS.
A partir del planteamiento del problema y del conocimiento de los antecedentes del
problema y de la investigación, se plantean los objetivos de la investigación.
Objetivo General
Evaluar el funcionamiento de la planta de tratamiento de efluentes industriales de
TEPCA.
Objetivos Específicos.

Determinar las características fisicoquímicas de los efluentes generados en el
proceso productivo de TEPCA.

Analizar el diseño original y la operación actual de la planta de tratamiento de
efluentes.

Evaluar la eficiencia operativa de cada una de las unidades de proceso de la planta
de tratamiento de efluentes en términos de remoción de contaminantes.

Analizar las variantes que pueden implantarse en la operación y el diseño de la
planta de tratamiento de efluentes para mejorar su funcionamiento.

Evaluar las alternativas propuestas en la fase anterior desde el punto de vista
técnico, económico y ambiental.
29
CAPÍTULO II: FUNDAMENTOS TEÓRICOS
En el campo de tratamiento de aguas residuales industriales, el conocimiento de los
procesos productivos se hace esencial para el estudio del tipo de residuos vertidos que
serán sometidos a tratamiento, o por el contrario, serán conducidos para actividades
de reuso y reciclaje por medio de tecnologías de Producción Limpia. En este capítulo
se hace una presentación esquemática del proceso productivo de la industria
curtiembre y las características de sus vertidos para luego hacer un recorrido por las
características de los distintos sistemas de tratamiento.
2.1. PROCESO PRODUCTIVO DE LAS TENERÍAS.
El objetivo de la industria curtiembre es la transformación de la piel animal en cuero.
La producción de cueros es llevada a cabo en cuatro etapas, aunque algunos autores
señalan solamente tres, incluyendo el post-curtido dentro de la operación de curtido.
Estas etapas son: Ribera, Curtido, Post-curtido y Acabado (CPTS, 2003).
Estas etapas se dividen a la vez en sub-procesos, como se presentan a continuación.
1. Etapa de ribera: Comprende las operaciones de recepción de piel, salado o
curado, remojo y/o lavado, pelambre, desencalado, purgado, desengrasado,
descarnado y dividido. Su objetivo es preparar la piel para el curtido limpiándola y
acondicionándola, además de asegurar la humedad para los subsiguientes procesos.
Se calcula que alrededor del 50 % del consumo de agua de la curtiembre es empleado
en este proceso. A continuación se describe las operaciones de la etapa de ribera.
 Recepción de pieles: Las pieles pueden llegar a la curtiembre sin
acondicionamiento alguno, como pieles “frescas”, o acondicionadas con sal,
como “frescas saladas” o “secas saladas”. Las pieles que no han sido lavadas
traen consigo sangre, estiércol, tierra y humedad que son eliminadas mediante
el lavado.
30
 Salado de pieles: La conservación de pieles frescas, que no ingresan
inmediatamente al proceso de producción, se realiza mediante la técnica de
salado o curado, en la cual se emplea sal común (NaCl). En países
industrializados, se está utilizando también la técnica de refrigeración entre
5 y 8 °C, pero su uso está limitado por los altos costos que conlleva.
 Remojo y/o lavado: El remojo puede efectuarse en pieles frescas, frescas
saladas y secas saladas. Los objetivos de ésta operación son limpiar la
superficie de la piel de sangre, estiércol, tierra, sal, etc. y rehidratar la
estructura de la piel. En el caso de las pieles saladas, esto implica la
disolución de la sal usada en el curado.
 Pelambre: El objetivo de esta operación es, por una parte, depilar la piel,
eliminando el material hecho de queratina (pelo, raíces de pelo y epidermis); y
por otra, encalar la piel, a fin de hincharla en forma homogénea y prepararla
para el curtido, removiendo al mismo tiempo albúminas, muco-polisacáridos y
grasas. El pelambre puede llevarse a cabo de distintas maneras:

Pelambre de tipo convencional, con destrucción de pelo: Se lleva a cabo
con sulfuro de sodio (Na2S) y cal (Ca(OH)2).

Pelambre con recuperación de pelo: Puede llevarse a cabo por diferentes
métodos entre los cuales sobresalen el pelambre asistido con sulfuro ácido
de sodio (NaHS), el pelambre enzimático o el pelambre amínico.
Para completar la operación de pelambre, se debe remover el contenido de
sulfuro de las pieles, agregando lechada de cal al 1 %, lo que permite la
precipitación del sulfuro como sulfuro de calcio (CaS).
 Desencalado y purgado: la piel debe ser acondicionada antes de someterse a
la operación de curtido. Este acondicionamiento comprende las operaciones
de desencalado y purgado. Estas dos operaciones pueden llevarse a cabo en
forma sucesiva o en forma simultánea en el mismo baño de desencalado.
31
El objetivo del desencalado es remover el calcio de la piel, utilizando
principalmente sales de amonio (cloruro y/o sulfato de amonio). Además, el
desencalado permite neutralizar la piel, detener su hinchamiento y remover el
sulfuro remanente, mediante lavado con agua y la adición de reactivos
químicos (por lo general se utiliza, bisulfito de sodio y, en algunos casos,
agentes tensoactivos). Los métodos modernos de desencalado emplean ésteres
o ácidos orgánicos débiles junto con (o en lugar de) las sales de amonio.
El purgado tiene como objetivo eliminar las proteínas no colágenas,
incluyendo algunas raíces de pelo remanente en la piel, a fin de mejorar la
textura del cuero.
 Desengrasado: El desengrasado tiene como objetivo remover las grasas
remanentes de la piel, debido a que éstas reaccionan con el cromo para formar
jabones insolubles, indeseables en el curtido. Los reactivos químicos más
usados son solventes orgánicos (éter de petróleo, kerosén o percloroetileno) o
en combinación con surfactantes no iónicos y/o enzimas.
 Descarnado y dividido: en esta operación se separa, por corte mecánico, los
residuos de carne, grasa subcutánea y tejido conectivo de la piel.
Generalmente el descarnado se realiza en máquinas descarnadora, las cuales,
en alguno casos, emplean un chorro de agua para evitar que se acumule
material (carnazas) debajo de la piel a descarnar (cilindro de transporte), así
como para liberar los espacios del cilindro estriado y el de cuchillas.
El descarnado de las pieles de vacuno puede realizarse en diferentes
secuencias operativas. Las secuencias más usadas son: descarnado antes del
pelambre ó predescarnado, y descarnado después del pelambre ó simplemente
descarnado.
2. Etapa de curtido: El proceso de curtido comprende las operaciones de piquelado
y curtido. En estas operaciones existen variaciones significativas en cuanto a la
dosificación de insumos y de reactivos químicos, que dependen del tipo de piel a
32
procesar, del producto requerido y del método empleado. Las operaciones de curtido
más frecuentes se describen a continuación:
 Piquelado: el piquelado tiene como objetivo llevar las pieles al pH requerido
para el curtido (pH final entre 2.8 y 3.5) y, al mismo tiempo, detener cualquier
tendencia al hinchamiento ácido. Normalmente se emplea cloruro de sodio y
ácido sulfúrico y/o ácido fórmico. El piquelado es la segunda fuente de sal
más importante en los efluentes, después del remojo de pieles saladas.
 Curtido: El curtido tiene el propósito de convertir las pieles en material no
putrescible. Los agentes curtientes se fijan en las fibras de colágeno logrando
su estabilización. Los agentes curtientes pueden dividirse en tres categorías:
a. Sales metálicas (de cromo, aluminio, titanio y zirconio).
b. Compuestos polifenólicos (taninos vegetales y sintanos).
c. Compuestos orgánicos sintéticos (compuestos de aldehídos o derivados y
polímeros, por ejemplo, acrílico o uretano).
El curtido más común es el curtido al cromo. Esta operación se realiza, por lo
general, en el mismo baño del piquelado. Para la regulación del pH se utilizan
agentes basificantes como el carbonato ácido de sodio (NaHCO3) o magnesia
(un mineral que contiene 60 % de óxido de magnesio).
3. Etapa de postcurtido: Incluye las operaciones que se efectúan después del curtido
como: escurrido, rebajado, neutralizado, recurtido, teñido, engrasado y secado.
4. Etapa de acabado: El objetivo de esta operación es mejorar la calidad y la
apariencia del cuero, mediante la incorporación de ciertos aditivos como pigmentos,
ligantes acrílicos, cera penetrante y otros.
2.2. CARACTERÍSTICAS DE LOS EFLUENTES DE CURTIEMBRES.
Los caudales y las características fisicoquímicas son fundamentales para el diseño y
operación de plantas de tratamiento de aguas residuales. En la industria de las
33
curtiembres estas dos variables son difíciles de cuantificar por las variaciones
continuas en la producción y por los diferentes tipos de procesos empleados.
En general, por cada 1000 kg de pieles saladas que entran al proceso, se requiere, en
promedio, 450 kg de diferentes reactivos químicos. Como resultado, se obtienen
aproximadamente 255 kg de cuero acabado, 40 kg de solventes emitidos a la
atmósfera, 640 kilogramos de residuos sólidos, 380 kg como residuos (sólidos y
líquidos) de reactivos químicos y el resto, 138 kg es agua que pierde la piel.
El volumen de agua que se consume en todo el proceso, desde ribera hasta acabado, y
que por lo tanto, también se elimina en las descargas, oscila entre 15 y 40 m3/ton de
piel fresca. El aporte de agua de las pieles al total del efluente es mínimo (0.138 m3 /
ton piel salada). Se estima que el porcentaje típico de reactivos químicos retenido en
el cuero es de 15%, mientras el restante 85% no es retenido en el cuero y se elimina
en el efluente (CPTS, 2003).
Debido a que los procesos de producción se realizan en medio acuoso, los principales
contaminantes se encuentran en el agua residual, entre ellos, materia orgánica
(expresada como DBO5,20 y DQO), materia inorgánica, sólidos suspendidos, sulfuro y
cromo. Las características de los efluentes de una tenería están asociadas con los
diferentes tipos de procesos que se llevan a cabo, como se presentan en los siguientes
parrafos.
 Descargas del remojo y /o lavado: La contaminación más importante generada
por esta operación se encuentra en las aguas residuales. Existen variaciones en la
composición de las descargas que dependen, únicamente, del estado en que se
encuentra la piel que se remoja (salado, fresco, congelado, secado).
Las descargas líquidas de esta operación contienen tierra, sangre, estiércol, grasas
y otros componentes orgánicos de la piel, los cuales contribuyen a una alta carga
de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20) y de sólidos suspendidos (SS). Si
las pieles fueron preservadas, aportarán además sal, biocidas y reactivos químicos
empleados para mejorar el remojo.
34
 Descargas del pelambre: Las cargas contaminantes provienen principalmente
de:

Constituyentes de la piel en sí, como proteínas, grasas, y otros componentes
orgánicos distintos al colágeno que aportan a la carga de DBO5,20.

Pelo, que está compuesto por queratina y es destruido por la acción del sulfuro
y de la cal, por lo que sus residuos tienen carácter básico. También aportan a
la carga de DBO5,20 y de sólidos suspendidos.

Grasas, que se encuentran con el tejido adiposo adherido en el lado de la carne
de la piel. Durante el pelambre se saponifican parcialmente.

Sulfuro, anión altamente tóxico que, debido a su carácter reductor en medio
acuoso, provoca una drástica disminución del oxígeno disuelto en el agua, lo
que afecta la vida acuática.
De la totalidad de sulfuro incorporado al baño del pelambre, la mayor parte
( 60 %) es descargada la los efluentes, otra parte ( 25%) se oxida dentro del
fulón; otra ( 10 %), se consume por efecto de la reacción; y el restante
( 5 %) se pierde en el pelo, camazas y lodos.

Cal apagada, (hidróxido de calcio), es utilizada por su baja causticidad y bajo
costo. Es poco soluble en agua y, debido a que se trabaja con un exceso,
siempre quedan sólidos no disueltos que contribuyen al incremento de sólidos
suspendidos y a elevar el pH del efluente. En algunos casos, se emplea
hidróxido de sodio (NaOH), pero el costo es más elevado y la causticidad
mayor.

Tensoactivos, utilizados como humectantes y agentes de limpieza de cueros,
contribuyen a elevar la carga de DQO y la toxicidad del efluente.

Nitrógeno amoniacal, proviene de las fermentaciones anaeróbicas de las
proteínas y por la desaminación de la glutamina y de la aspargina presentes en
la estructura del colágeno.
35
Los efluentes del pelambre son altamente alcalinos con pH entre 11 y 12, debido a
la cal y al sulfuro. Por su alto valor de pH, los efluentes deben ser neutralizados
antes de su descarga, previa eliminación total del sulfuro (por oxidación). La
variación de la composición de las descargas del pelambre dependerán de:
a) El tipo de pelambre, con o sin destrucción de pelo;
b) La sustitución parcial de sulfuros;
c) El manejo adecuado de los químicos.
 Descargas del descarnado y dividido: El descarnado puede llevarse a cabo antes
o después del pelambre. La ventaja del descarnado antes del pelambre es que los
residuos sólidos obtenidos en esta operación no contienen sulfuro, ni cal. Del
descarnado y dividido se obtienen como residuos carnaza, grasas y recortes de
piel.
 Descargas del desencalado y purgado: Las cargas de contaminantes más
importantes en esta operación se encuentran en el efluente líquido. Desde el punto
de vista ambiental, la presencia de amonio en la descarga líquida es indeseable.
Generalmente, el efluente líquido del desencalado arrastra entre 3 y 5 % del
sulfuro aplicado en el pelambre y contienen nitrógeno amoniacal a causa del
sulfato de amonio. El uso del bisulfito ayuda a eliminar gran parte de este sulfuro.
Si el desencalado se realiza con dióxido de carbono (CO2) y con una pequeña
cantidad de sulfato de amonio (0.3 a 0.8 %), la carga de nitrógeno en el efluente
líquido fluctúa entre 0.6 y 1.7 kg de nitrógeno amoniacal / ton de piel. Si el
desencalado es llevado a cabo con ésteres o ácidos orgánicos débiles, la DQO
puede estar entre 15 y 35 kg / ton de piel. En cuanto a las descargas o emisiones
gaseosas, el olor a amoniaco puede percibirse, pero, en general, no es importante.
 Descargas del curtido al cromo: En esta operación, los contaminantes más
importantes también se encuentran en efluente líquido. El contaminante principal
es el cromo, el cual, mayormente, está bajo la forma de Cr (III), cuya toxicidad es
36
baja comparada con el Cr (VI) y el Cr (IV), que son cancerígenos. El efluente
líquido, además, tiene carácter ácido y contiene cloruro de sodio.
 Descargas del post-curtido: La operaciones del proceso de post-curtido tienen
una importancia relativamente menor, en relación a su aporte a la contaminación
del efluente líquido total de la curtiembre. La toxicidad es despreciable y la
DBO5,20 baja. Sin embargo, el aporte, en cuanto a residuos sólidos es
significativo, principalmente por las virutas provenientes de la operación de
raspado o rebajado, las que en muchos casos se eliminan conjuntamente con el
efluente líquido y constituyen un aporte en sólidos suspendidos. Debe
considerarse que pueden existir colorantes de carácter cancerígeno como los que
contienen benceno, por lo cual se elevaría la peligrosidad de estas operaciones.
 Descargas del acabado: Las operaciones del acabado emplean aire
principalmente para las compresoras que se usan en el pintado con spray y para el
secado. Algunas plantas usan sistemas de lavado de los gases (wet scrubbers) con
agua para eliminar el polvo o solventes orgánicos emitidos en las operaciones
(lijado, raspado, pintado, etc.). Los principales residuos son:

Solventes orgánicos, provenientes de las pinturas, en forma gaseosa o
mezclados en los efluentes.

Residuos sólidos, como virutas, polvo de lijado de cuero y recortes.

Aguas residuales, provenientes de algunos equipos, por ejemplo condensados
de operaciones de planchado, sistemas de lavado (wet scrubbers), para
succión en bombas de vacío y de operaciones generales de limpieza (pisos y
equipos).
 Consumo y descarga de agua en usos varios: El consumo de agua de la planta
proviene también de otras operaciones menores (descarnado, escurrido, secado,
pintado, etc.), actividades auxiliares (limpieza de instalaciones de la planta) y del
uso doméstico (sanitarios), las cuales se dirigen al tratamiento.
37
2.3. TRATAMIENTO DE LOS EFLUENTES DE CURTIEMBRES.
La mayoría de las operaciones llevadas a cabo para tratar los efluentes de curtiembres
son comunes a los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales
domésticas e industriales, con algunas variaciones en el tratamiento fisicoquímico. A
continuación se presentan las operaciones más comunes, llevadas a cabo en plantas de
tratamiento de tenerías.

Desbaste: Los objetivos de esta operación son los siguientes:

Retener los sólidos gruesos y proteger las instalaciones y equipos de la planta,
tales como bombas, válvulas, aireadores, etc.

Retener sólidos finos y material en suspensión.

Reducir condiciones indeseables y mejorar la apariencia estética de las
instalaciones.
Los dispositivos más comunes para llevar a cabo esta operación son las rejas y los
tamices. Las rejas pueden clasificarse según su tamaño en gruesas (5 cm), medianas
(2-5 cm) y rejillas (1-2 cm). La limpieza de las rejas puede ser llevada a cabo manual
o mecánicamente. Los tamices retienen sólidos de un tamaño comprendido entre
1.1-6 mm. La limpieza de los tamices se lleva, generalmente, mecánicamente.

Homogeneización: Los objetivos de esta operación son los siguientes:

Proveer un flujo continuo en plantas con operaciones intermitentes.

Proveer un control adecuado de pH para minimizar los requerimientos
posteriores de dosificación en procesos de neutralización.

Mejorar la eficiencia de los procesos de tratamiento biológico al controlar las
variaciones de las cargas orgánicas.
En las curtiembres se generan principalmente dos tipos principales de efluentes
líquidos: los ácidos y los básicos. Los efluentes ácidos provienen del piquelado,
38
curtido y recurtido, además de escurrimientos de las operaciones de post-curtido.
Estos efluentes tienen un pH relativamente bajo (2.8 a 4), contienen cromo, además
de sales y agentes recurtientes. Los efluentes básicos provienen del pelambre y
contienen cantidades relativamente altas de materia orgánica (proteínas y grasas
suspendidas) e inorgánica (sulfuro de sodio, cloruro de sodio e hidróxido de calcio).

Sedimentación: El objetivo de esta operación es la eliminación de partículas
suspendidas en las aguas residuales. Las características de sedimentación de
partículas suspendidas dependen de su naturaleza, concentración y condiciones
presentes en los dispositivos de sedimentación. La eficiencia del proceso es función
del tiempo de retención hidráulico y de la rata de desbordamiento superficial.
En una curtiembre la sedimentación es promovida por la utilización de agentes
coagulantes y precipitantes con el fin aumentar la velocidad de sedimentación, para
llevar esto a cabo es necesario ajustar el pH y calcular las dosificaciones exactas. La
producción de lodos en esta etapa es considerablemente alta, presentando un
contenido alto de grasas y una concentración apreciable de cromo debido a que éste
precipita también, lo que trae inconvenientes para la disposición final de los lodos
primarios. El líquido clarificado de los sedimentadores primarios usualmente es
dirigido hacia el tratamiento biológico.

Coagulación y floculación: La función de la floculación es la aglomeración
de las partículas para facilitar su sedimentación. El alumbre, las sales de hierro y los
polímeros de peso molecular alto son los floculantes más comunes (NALCO, 1998).
Los dispositivos más comunes para lograr el mezclado rápido son las cámaras
deflectoras, los saltos hidráulicos y los tanques mecánicamente mezclados. Estos
últimos son los más usados. Los parámetros más importantes para el diseño de estas
unidades son los tiempos de retención y los gradientes de velocidad. Las
dosificaciones de coagulantes óptimas deben ser determinadas por la prueba de jarras.
39

Desulfuración: Es la eliminación del sulfuro de sodio, que puede realizarse al
efluente del pelambre y del lavado o bien, al efluente previamente homogeneizado, lo
que depende de la alternativa de tratamiento adoptada. Los métodos más utilizados
son la oxidación catalítica por aire y la precipitación con sales de hierro, aunque
también se emplean, además, la oxidación química con peróxidos y la recuperación
del sulfuro para ser reciclado.
En la oxidación catalítica por aire el objetivo es oxidar el sulfuro a sulfato; la cantidad
estequiométrica de oxígeno requerida es de 2 gramos por 1 gramo de sulfuro, de
acuerdo con la siguiente reacción:
S-2 + 2O2
SO4-2
Sin embargo, en la práctica la dosis de oxígeno es mucho mayor, dado que depende
de varios factores, como la concentración de sulfuro, la temperatura y la eficiencia del
sistema de aeración. El tiempo de oxidación puede reducirse considerablemente
agregando un catalizador, generalmente sulfato de manganeso (MnSO4), en
cantidades que fluctúan entre 0,5 y 1 kg por cada m3 de agua residual a tratar. La
cantidad óptima debe obtenerse a través de pruebas en cada curtiembre (CPTS, 2003).
También se ha propuesto la utilización del óxido de manganeso como catalizador
(AUQTIC, 2002).
Para la precipitación con sales de hierro se ha utilizado sulfato ferroso (FeSO4) y
cloruro férrico (FeCl3). El gran inconveniente de éste sistema es el alto volumen de
lodos generados y cuando no existe segregación de efluentes precipitan también el
cromo y las proteínas, haciendo mucho más difícil la disposición final de los lodos.

Precipitación de Cromo: Más que una medida de tratamiento de las
descargas del curtido, la precipitación de cromo, seguida de redisolución con ácido,
es considerada una medida de producción limpia porque su objetivo es la disminución
de impacto de la descarga mediante la recuperación de la sal de cromo como materia
prima del proceso. Los agentes precipitantes más usados son el óxido de magnesio
40
(MgO), hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de calcio (Ca(OH)2) y carbonato de
sodio (Na2CO3).
El cromo presente en las descargas del curtido puede precipitarse
mediante las
siguientes reacciones.
Con hidróxido de sodio:
Cr2(SO4)3 + 6NaOH
2Cr(OH)3 + 3Na2(SO4)
Con carbonato de sodio:
Cr2(SO4)3 + 3Na(CO3)3
2Cr(CO3)3 + 3Na2(SO4)
Con óxido de calcio:
Cr2(SO4)3 + 3CaO + 3H2O
2Cr(OH)3 + 3CaSO4
Con óxido de magnesio:
Cr2(SO4)3 + 3MgO + 3H2O
2Cr(OH)3 + 3MgSO4
La recuperación del cromo precipitado se lleva a cabo mediante la siguiente reacción:
2Cr(OH)3 + 3H2SO4

Cr2(SO4)3 + 6H2O
Tratamiento biológico: Los objetivos del tratamiento biológico son la
coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y la
estabilización de la materia orgánica. Esto se logra utilizando una variedad de
microorganismos, principalmente bacterias. Los microorganismos se usan para
convertir la materia orgánica carbonosa coloidal disuelta en diversos gases y tejido
celular (METCALF y EDDY. 1998).
41
Los procesos biológicos, más comunes en el tratamiento de aguas de curtiembres
son el proceso de lodos activados y la digestión aerobia.

Proceso de lodos activados: Este proceso consiste esencialmente en la
formación de una masa de microorganismos capaz de estabilizar aerobiamente
un desecho orgánico. En este proceso, un grupo heterogéneo de
microorganismos metaboliza la materia orgánica soluble y coloidal que
permanece después del tratamiento primario, transformándola en CO2, H2O y
otros productos estables; al mismo tiempo una fracción del sustrato se
convierte en nuevo material celular. El proceso es descrito mediante la
siguiente reacción.
Materia orgánica + Bacterias aerobias + O2
CO2 + H2O + NH3 + Energía
Tan importante como la velocidad de descomposición de la materia orgánica
es necesaria la formación de un floc satisfactorio, requisito indispensable para
la separación efectiva de los sólidos biológicos en la unidad de sedimentación.
Se ha observado que a mayor tiempo medio de residencia celular, mejor son
las características de sedimentación del floc biológico (PETA, 1982).
En general, el proceso se desarrolla en cuatro etapas:
1. Aeración del agua residual en presencia de la suspensión de
microorganismos.
2. Separación de los sólidos suspendidos del efluente del estanque de lodos
activados, después de un tiempo definido de aeración.
3. Descarga del efluente clarificado.
4. Recirculación de la biomasa sedimentada al estanque de aeración y
descarga del exceso de biomasa.
En el diseño de un proceso de lodos activados se debe tomar en cuenta:
criterio de carga, selección del tipo de reactor, producción de lodos y proceso
42
de control, requerimientos de oxígeno y transferencia, requerimientos de
nutrientes, requerimientos ambientales, separación de sólidos y características
del efluente.

Digestión aerobia: la digestión aerobia es semejante al proceso de lodos
activados. Cuando se haya agotado la aportación del sustrato disponible
(alimento), los microorganismos comenzarán a consumir su propio
protoplasma a fin de obtener energía para las reacciones de mantenimiento de
las células. Cuando esto ocurre se dice que los microorganismos están en su
fase endógena. Como se muestra en la figura 3, el tejido celular es oxidado
aeróbicamente a anhídrido carbónico, agua y amoniaco. Sin embargo, debe
indicarse que sólo del 75 % al 80 % del tejido celular puede realmente ser
oxidado. El 25 o 20 % restante lo constituyen compuestos orgánicos y
componentes inertes que no son biodegradables. El amoniaco procedente de
esta oxidación es seguidamente oxidado a nitrato a proseguir la digestión.
La reacción conjunta resultante viene dada por la siguiente ecuación:
C5H7NO2 + 7O2
5CO2 + NO-3 + 3H2O + H+
Los factores a tener presente al proyectar digestores aerobios incluyen: tiempo
de retención hidráulico, criterios de carga del proceso, necesidades de
oxígeno, necesidades de energía para mezclado, condiciones ambientales y
funcionamiento del proceso.

Desinfección: El objetivo de esta operación es la destrucción selectiva de los
organismos presentes en el agua residual causantes de enfermedades. No todos los
organismos se destruyen durante el proceso. Esto es lo que diferencia la desinfección
de la esterilización, la cual conduce a la destrucción de la totalidad de los
microorganismos (METCALF y EDDY, 1998).
43
Los desinfectantes más comunes son los productos químicos oxidantes, de los cuales
el cloro es el más universalmente usado; puesto que satisface la mayoría de los
requisitos para ser un desinfectante ideal. Los compuestos del cloro más comúnmente
utilizados en plantas de tratamiento de aguas residuales son el cloro gaseoso (Cl2), el
hipoclorito de sodio (NaClO), el hipoclorito de calcio (Ca(ClO)2) y el dióxido de
cloro (ClO2).

Tratamiento y disposición de lodos: Los sólidos extraídos por los diversos
métodos en las plantas de tratamiento incluyen arenas, basuras y lodos, y constituyen
el subproducto más importante de los procesos de tratamiento. Los lodos
provenientes de las operaciones y procesos de tratamiento se presentan,
generalmente, en forma de líquido o líquido semisólido que contiene normalmente
entre el 0,25 hasta el 12% de sólidos, dependiendo de las operaciones y procesos
utilizados. De todos los subproductos, el lodo es, sin duda, el de mayor volumen y su
tratamiento y evacuación es quizás el problema más complejo con el que se enfrenta
el ingeniero dentro del campo de tratamiento de agua residual (METCALF y
EDDY,1998).
Entre los métodos utilizados en la actualidad para el tratamiento y evacuación de los
lodos están:
espesamiento por gravedad, digestión anaerobia, digestión aerobia,
acondicionamiento químico, deshidratación con filtro de vacío o con filtro prensa.

Digestión aerobia: Los digestores aerobios se utilizan para tratar lodo
activado en exceso, mezclas de lod-o activado con lodos primarios o lodo
activado en exceso proveniente de tratamiento de lodos activados sin
sedimentación primaria.. El principal inconveniente del proceso de digestión
aerobia parece ser el costo elevado de la energía asociado al suministro de
oxígeno necesario.
44
Acondicionamiento químico: El objetivo de esta operación es mejorar las
características de deshidratación del lodo. El acondicionamiento químico da
como resultado la coagulación de los sólidos y la liberación del agua
absorbida. El acondicionamiento se usa antes de la filtración al vacío y la
centrifugación. Los productos químicos empleados son cloruro férrico, cal,
sulfato de alúmina y polímeros orgánicos. La dosis de producto químico
requerida para cualquier tipo de lodo se determina mediante ensayos de
laboratorio.

Filtro prensa: los filtros prensa son equipos que emplean generalmente una
correa doble para desaguar continuamente lodos mediante una combinación
de drenaje por gravedad y compresión. El proceso incluye básicamente tres
etapas operacionales: acondicionamiento químico del lodo, desaguado por
gravedad hasta una consistencia no fluida y compactación de lodo en una zona
de corte y presión.
45
CAPÍTULO III: METODOLOGÍA
La metodología de trabajo de esta investigación consistió en los siguientes ítems:

Caracterización de efluentes del proceso productivo.

Análisis del diseño actual de la planta de tratamiento.

Evaluación de la eficiencia de operación de la planta y su consumo energético.

Análisis de las variables e implantación de medidas.

Evaluación técnica, económica y ambiental variables propuestas.
3.1. CARACTERIZACIÓN DE EFLUENTES DEL PROCESO PRODUCTIVO.
Para determinar las características fisicoquímicas de los efluentes generados en el
proceso productivo de TEPCA se realizaron dos actividades de muestreo en las etapas
que generan residuos líquidos con el fin de valorar cada una de las corrientes por
separado y analizar cuales de éstas pueden ser dirigidas directamente a la planta de
tratamiento de aguas o por sus características particulares, pueden ser sometidas a
procesos de reuso y reciclaje mediante tecnologías de Producción Limpia.
Un análisis de los insumos químicos del proceso productivo permitió predecir los
elementos presentes en las descargas tomando como referencia los requerimientos
exigidos en el Decreto 3.219. Las muestras analizadas, instantáneas, fueron tomadas
en los puntos de descarga de los botales con el fin de disminuir las interferencias en la
parte analítica, existentes si hubiesen sido tomadas en el canal de recolección, al cual
llegan diferentes tipos de descargas. De igual manera, en esta fase de la investigación,
se verificaron todos los puntos de generación de vertidos líquidos que confluyen en
los canales de recolección de la empresa. El objetivo de esta actividad fue medir la
contribución de cada uno de esos puntos en el volumen de líquido que se dirige hacia
la planta de tratamiento.
A partir de la información de los insumos químicos utilizados en cada etapa
productiva se establecieron que parámetros serían analizados en las descargas en
relación con el Decreto 3.219. La tabla 1 presenta la relación de los parámetros
46
medidos con respecto a los procesos, mientras que la tabla 2 presenta los métodos de
análisis utilizados, siendo para este caso los métodos normalizados de la APHA.
Tabla 1. Parámetros analizados por proceso de acuerdo al decreto 3.219.
Parámetros
Etapa
RIBERA
CURTIDO
Proceso
ST AyG S-2 SO4-2
Cr
Total
Cr+6
Temperatura, OD,
pH, conductividad
DBO5,20
DQO
N
P
Descarnado
*
*
*
*
*
*
Remojo
*
*
*
*
*
*
*
*
Lavado
*
*
*
*
*
*
*
*
Pelambre
*
*
*
*
*
*
*
*
Lavado del
pelambre
*
*
*
*
*
*
*
*
Desencalad
o y purga
*
*
*
*
*
*
*
*
Lavado de
la purga
*
*
*
*
*
*
*
*
Piquelado y
curtido
*
*
*
*
*
*
*
*
*
ACABADO Recurtido.
*
*
*
*
No se llevó a cabo un análisis completo de la etapa de Recurtido debido a que esta
parte del proceso no sigue un comportamiento general como el de las etapas
anteriores, porque sus características dependen de las especificaciones para el
acabado de cada producto. En el caso de TEPCA, se presentan seis variaciones de
este proceso.
Los parámetros temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, pH y alcalinidad
fueron medidos in situ, mientras que el resto se determinó en laboratorio.
47
Tabla 2. Métodos Analíticos para medición de parámetros.
Parámetro.
Temperatura
Ph
Oxigeno Disuelto
Sólidos Sedimentables
Sólidos Totales, Disueltos, Fijos y Volátiles
Demanda Química de Oxigeno, DQO
Demanda Bioquímica de Oxigeno, DBO 5,20
Fósforo
Nitrógeno Orgánico Amoniacal
Cr Hexavalente
Cr Total
Sulfuro, S-2
Sulfato, SO4-2
Aceites y Grasas
Cloruros, Cl-
Método Analítico.
Termómetro 2550º
Potenciométrico 4500-H
Potenciométrico 4500-0
Volumétrico 2540-F
Gravimétrico 2540-F
Reflujo Abierto 5220-B
Diluciones 5210-B
4500 P-E
Macro- Kjeldahl-Titulación 4500-B, C) 4110-B)
Colorimétrico 3500- Cr B
Absorción Atómica 3500 Cr A
Yodométrico 4500 S-2 E
Gravimétrico con secado de residuos 4500 S04)
Extracción Soxhlet 5520
Potenciométrico 4500- Cl-
Fuente: APHA, 1998.
Después de obtener los datos de concentración de cada contaminante se llevó a cabo
la determinación de las descargas específicas (kg de contaminante/ton de piel a
procesar) de cada etapa del proceso productivo mediante los siguientes pasos:
1. Determinación de la masa de pieles a procesar partiendo del número de cueros y el
peso promedio de éstos.
2. Determinación de la masa de solución alimentada a los botales midiendo la masa
de agua y la masa de insumos. La información fue tomada de los porcentajes de
formulación del proceso productivo y mediante mediciones directas para verificar las
cantidades formuladas.
3. Determinación de las densidades de los baños descargados tomando un volumen
fijo y pesando la masa del recipiente, tanto lleno como vacío, en una balanza
analítica.
4. Determinación de la masa de solución absorbida o liberada por los cueros pesando
una muestra de cinco cueros para cada etapa analizada.
48
5. A partir de la diferencia entre la masa de solución alimentada y la masa de solución
absorbida o desprendida por los cueros y haciendo la respectiva conversión de
unidades, por medio de la densidad, se determinó en volumen de cada descarga.
6. A partir de la concentración de cada contaminante, del volumen calculado de la
descarga y de la masa total de los cueros procesados se determinó la descarga
específica para cada parámetro.
3.2. ANÁLISIS DEL DISEÑO ACTUAL Y DEL ESTADO ACTUAL DE LA
PLANTA DE TRATAMIENTO.
Consistió en investigar el proyecto de diseño y construcción de la planta de aguas
residuales, incluyendo el análisis de los parámetros de diseño (concentración de
contaminantes y caudales), tiempos de residencia en los tanques, volumen y forma de
los tanques, productos para el tratamiento químico, equipos electromecánicos
(bombas, compresores), planos, etc.
Con el fin de determinar si hubo cambios en la construcción de la planta con respecto
al proyecto original se constató mediante mediciones directas el tamaño de las
unidades de proceso y se compararon con el diseño original.
Se verificó qué similitudes y diferencias habían entre el modo de operación
contemplado en el proyecto inicial y la operación actual de la planta. Esto fue llevado
a cabo revisando el proyecto original y mediante un seguimiento en campo de la
operación de la planta, apoyado en la información de su actual operario.
3.3. EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE OPERACIÓN DE LA PLANTA.
Esta parte de la investigación se limitó al estudio y análisis de las etapas primaria y
secundaria del tratamiento, es decir, el sistema de aireación y homogeneización de
caudales; el sistema de remoción de componentes sólidos por medio de coagulaciónfloculación y sedimentación, así como también el sistema de tratamiento biológico.
No se analizó el sistema de desinfección de la planta ni el sistema de digestión de
lodos.
49
Se llevaron a cabo tres procesos de muestreo para verificar el cumplimiento de los
parámetros contemplados en el Decreto 3.219. Este muestreo fue llevado a cabo
durante 24 horas, tomando muestras cada una hora, para dar como resultado una
muestra compuesta, la cual fue sometida análisis de laboratorio siguiendo los
métodos normalizados de APHA que fueron usados para el análisis del proceso
productivo que se observan en la tabla 2.
Estos análisis permitieron calcular la eficiencia de remoción de contaminantes por
cada una de las unidades de proceso de la planta de tratamiento de aguas. Las
unidades analizadas fueron:

Aireación y Homogenización.

Sedimentador primario.

Tratamiento biológico.
Los parámetros analizados en todas las unidades fueron los siguientes: Demanda
Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20), Demanda Química de Oxígeno (DQO), Nitrógeno
Total Kjeldahl (N), Fósforo Total( P), Sólidos Totales (ST), Sólidos Suspendidos
(SS), Sulfuros (S-2), Sulfatos (SO4-2), Cromo Total (Cr).
La información del consumo y características de productos químicos en el tratamiento
fue suministrada por el encargado de la planta de tratamiento y la información
adicional fue tomada de la ficha técnica de cada producto químico, para determinar su
concentración y modo de uso.
3.4. ANÁLISIS DE LAS VARIABLES EN LA OPERACIÓN DE LA PLANTA
Y MEDIDAS DE PRODUCCION LIMPIA.
Para lograr este objetivo, se analizó por separado de cada una de las unidades de la
planta.
Aireación y Homogenización: Para este proceso se evaluó la oxidación de sulfuros
mediante los siguientes métodos: Precipitación con Sulfato Ferroso (FeSO4),
Oxidación Catalítica con Sulfato Manganoso (MnSO4) como catalizador y Oxidación
solamente con aire.
50
A partir de la estequiometría de las diferentes reacciones para la oxidación de sulfuros
y tomando como base la concentración de sulfuro reportada en los procesos de lavado
y remojo, pelambre y lavado del pelambre, donde este contaminante se encuentra
presente, se realizaron los respectivos balances de masa, tomando también en cuenta
el grado de pureza comercial en el caso del sulfato ferroso y el sulfato de manganeso.
Una vez obtenida la cantidad de cada sustancia necesaria por cada tonelada de piel y
tomando los precios del mercado de estos productos, se determinó el costo de cada
alternativa referido a tonelada de piel sin procesar.
De igual manera se compararon los parámetros de diseño del tanque y de los sistemas
de aireación y bombeo con los reportes bibliográficos con el fin de hacer
recomendaciones en la operación actual de estos procesos.
Coagulación-Floculación y Sedimentación: Para el sistema de coagulaciónfloculación se evaluó la dosis de productos químicos utilizada para lograr los
objetivos propuestos en el tratamiento, mientras que para el sistema de sedimentación
se verificaron los parámetros de diseño como son el área de sedimentación, la tasa de
desbordamiento superficial y el tiempo de retención hidráulico.
Tratamiento Biológico: Debido a que en el diseño original se concibe el tratamiento
biológico como lodos activados convencional en dos etapas,
los parámetros de
evaluación fueron los siguientes: tiempo de retención celular, relación alimento
microorganismos, carga volumétrica, sólidos suspendidos volátiles, tiempo de
retención hidráulico, relación de recirculación de lodos.
La medida de Producción Limpia evaluada en ese estudio fue la precipitación y
redisolución de cromo de la descarga de curtido para ser reutilizado, como sal de
cromo, en el proceso productivo. A partir de los datos experimentales presentados por
Contreras y Orfao (2004), donde se concluye la utilización del hidróxido de calcio
como agente precipitante debido a su bajo costo y disponibilidad en TEPCA, se
presenta un análisis de los equipos necesarios para llevar a cabo este proceso, así
como los costos asociados a la implantación de esta medida.
51
3.5.
EVALUACIÓN
TÉCNICA,
ECONÓMICA
Y
AMBIENTAL
DE
ALTERNATIVAS.
Las alternativas analizadas en la fase anterior fueron comparadas desde el punto de
vista técnico, económico y ambiental, para decidir los cambios necesarios en el
diseño y operación de la planta de tratamiento, con el fin de mejorar su
funcionamiento. Se determinó la adaptabilidad de la alternativa al diseño actual de la
planta, la eficiencia de remoción de contaminantes, el cumplimiento de los
parámetros legales y los costos y beneficios asociados a la implantación de las
medidas.
52
CAPÍTULO IV: RESULTADOS
En este capítulo se presenta la forma cómo la empresa TEPCA lleva a cabo su
proceso productivo, las características fisicoquímicas de las descargas líquidas de los
efluentes generados en cada etapa del proceso y la forma de operación de la planta de
tratamiento de efluentes líquidos, analizando su diseño original y las variantes con las
cuales opera en la actualidad. También se analizan las alternativas para optimizar el
rendimiento de la planta, y se evalúan dichas alternativas desde el punto de vista
técnico, económico y ambiental.
4.1. CARACTERIZACION DEL PROCESO PRODUCTIVO DE TEPCA.
En esta sección se hace una descripción de las principales actividades productivas de
TEPCA y se presentan los resultados de la caracterización de los efluentes del
proceso productivo.
4.1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO DE TEPCA.
A partir del conocimiento del proceso productivo se establecieron qué contaminantes
están presentes en los efluentes generados en cada etapa. En la tabla 3 se presentan
los procesos más importantes, llevados a cabo en TEPCA, que generan residuos
líquidos. Además, se presenta la duración de cada proceso debido a su influencia en
la programación de las operaciones de la planta de tratamiento.
4.2.1.
CARACTERÍSTICAS
DE
LAS
DESCARGAS
DEL
PROCESO
PRODUCTIVO DE TEPCA.
A partir de los requerimientos exigidos en el Decreto 3.219 y tomando como
referencia productos químicos utilizados en cada etapa del proceso, se presentan a
continuación los resultados de los parámetros analizados en el laboratorio para cada
etapa, las concentraciones de cada contaminante para cada proceso y sus descargas
específicas referidas por kilogramo de piel sin procesar.
53
Tabla 3. Descripción del proceso productivo de TEPCA.
Proceso
Descripción
Descarnado y
dividido.
Esta operación se lleva a cabo en
una maquina que opera por un
mecanismo de rodillos, donde se
separa las parte interna de la piel,
produciendo
residuos
sólidos
(carnicho) y un agua residual con
alto contenido de sangre animal.
Remojo y
Lavado
Pelambre
Desencalado y
purga
Piquelado
Curtido
Recurtido
Su objetivo es eliminar de la piel el
sucio y humectar la piel para
facilitar la adsorción de productos
químicos. Es llevada a cabo en
botales giratorios que proporcionan
mezclado y área de contacto entre
los cueros y los productos
químicos.
Llevado a cabo en botales. Su
objetivo es depilar completamente
la piel. Los productos se agregan
progresivamente para logar el
objetivo deseado.
El objetivo es eliminar los restos
del cal hidratada de la piel, así
como limpiar los poros de la piel.
También es llevado a cabo en
botales.
Su objetivo es disminuir el pH de
las pieles en el botal para evitar la
precipitación de la sal de cromo en
la siguiente etapa.
El objetivo es convertir la piel en
material no putrescible, así como
aumentar su resistencia la ataque de
agentes químicos y biológicos. Los
productos se adicionan en el baño
del piquelado.
En
TEPCA
se
utilizan
específicamente botales de madera
para esta operación. Su objetivo es
darle apariencia final al cuero y
depende del color requerido y las
especificaciones del producto.
Productos
Químicos
Tiempo
Básicamente se
utiliza agua como
medio de limpieza del
sistema de rodillos.
Desde el punto de vista
de la calidad del
producto interesa que
sea lo más rápido
posible, básicamente
depende de la cantidad
de cueros procesados.
Agua (50% en peso
de piel), sulfuro de
sodio (0.20%),
desengrasante(0.02%)
.
30 minutos
aproximadamente.
Agua (50%), sulfuro
de sodio (2,2%), cal
hidratada (3,3%).
Entre 14 y 18 horas.
Agua (100%), sulfato
de amonio(4,8%),
desengrasante
(0,03%), macerante
(0,25%).
Aproximadamente
3 horas.
Sal (6%), Acido
sulfurico diluido
(1,80%).
2 horas y 30 minutos.
Sulfato de cromo
(7%), formiato de
sodio (0,20%),
bicarbonato de sodio.
15 horas
aproximadamente.
Principalmente
sulfato de cromo,
formiato de sodio,
Corilene
(humectante),
Mimosa (suavizante).
Depende del producto
requerido.
54
Las etapas del proceso productivo cuyas descargas fueron analizadas son las
siguientes: descarnado, lavado y remojo, pelambre, lavado del pelambre, desencalado
y purga, lavado de desencalado y purga, y curtido.
Descargas del Descarnado: Analizando la tabla 4, se concluye que, debido a la
frescura de las pieles, al alto contenido de sangre y la carne adherida a la parte interna
de la piel (carnicho), los cuales tienen un alto contenido de materia orgánica, la
Demanda Bioquímica de Oxígeno de esta descarga es la más alta de todo el proceso
productivo de TEPCA.
Tabla 4. Descargas del Descarnado.
Parámetro
Volumen de agua (m3)
Sólidos Totales
Sólidos Suspendidos
DBO5,20
DQO
Nitrógeno Total Kjeldahl
Fósforo Total – P
Aceites y Grasas
Concentración
(mg/l)
Limites
(mg/l)
6612
2960
ND
33660
302
83.2
ND
80
60
350
10
1
20
Descarga específica
(kg/ton piel)
2
6.612
2960
ND
3.66
0.302
0.083
ND
Descargas del Lavado y Remojo: Como se observa en la tabla 5, en esta etapa se
hace apreciable la presencia de sulfuro y una mayor diferencia entre los sólidos
totales y los sólidos suspendidos, lo cual es un indicio de una alta proporción de
sólidos disueltos en comparación con los sólidos suspendidos. La disminución en el
valor de la DQO, tiene que ver más con el efecto de dilución del volumen de agua
empleado que por la cantidad de materia orgánica presente con respecto a la etapa
anterior.
55
Tabla 5. Descargas del Lavado y Remojo.
Parámetro
Volumen de agua (m3)
Sólidos Totales
Sólidos Suspendidos
DBO5,20
DQO
Nitrógeno Total Kjeldahl
Fósforo Total – P
Sulfuro, S-2
Aceites y Grasas
Concentración
(mg/l)
Limites
(mg/l)
6564
1300
1620
4500
322
94.4
542
ND
80
60
350
10
1
0.5
20
Descarga específica
(kg/ton piel)
1.5
12.42
2.46
3.065
8.514
0.609
0.179
1.025
ND
Fuente: TRUJILLO Y VENEZIANO (2004).
ND: No determinado.
Descargas del Pelambre: En la tabla 6 se aprecia en esta etapa un alto contenido de
sólidos totales y la mayor concentración de sólidos suspendidos entre todas las
etapas. El aumento de la DQO está relacionado con la gran remoción de proteínas
ocasionada por la mayor cantidad de sulfuro alimentado, diez veces mayor que en la
etapa anterior, que ataca químicamente las proteínas solubles de la piel.
Tabla 6. Descargas del Pelambre.
Parámetro
Volumen de agua (m3)
Sólidos Totales
Sólidos Suspendidos
DBO5,20
DQO
Nitrógeno Total Kjeldahl
Fòsforo Total – P
Sulfuro,S-2
Aceites y Grasas
Concentración
mg/l
Limites
(mg/l)
97020
37540
10600
27182
1450.4
149.9
1957
2865
80
60
350
10
1
0.5
20
Descarga específica
(kg/ton piel)
2
139.153
53.842
15.203
38.986
2.080
0.215
2.807
4.11
Fuente: TRUJILLO Y VENEZIANO (2004).
ND: No determinado.
Descargas del Lavado de Pelambre: Esta descarga posee los mismos contaminantes
de las dos etapas anteriores ubicando los valores de sólidos totales, sólidos
suspendidos, DQO y DBO en un punto intermedio, pero con menores valores de
sulfuro con respecto a las dos etapas anteriores. Los valores se presentan en la tabla 7.
56
Tabla 7.Descargas del Lavado de Pelambre.
Parámetro
Volumen de agua (m3)
Sólidos Totales
Sólidos Suspendidos
DBO5,20
DQO
Nitrógeno Total Kjeldahl
Fósforo Total – P
Sulfuro, S-2
Aceites y Grasas
Concentración
(mg/l)
9230
2180
2400
11650
590.8
4.9
78.1
ND
Limites
(mg/l)
80
60
350
10
1
0.5
20
Descarga específica
(kg/ton piel)
6
55.295
13.060
14.378
69.792
3.539
0.029
0.468
ND
Fuente: TRUJILLO Y VENEZIANO. (2004).
ND: No determinado.
Descargas del Desencalado y Purga: De la tabla 8, se aprecia para esta etapa la
mayor concentración de nitrógeno de todas las etapas del proceso productivo de
TEPCA, ocasionada por la alimentación de sulfato de amonio. También, como
resultado de esta alimentación, la presencia de sulfatos en la descarga es considerable.
Tabla 8. Descargas del Desencalado y Purga.
Parámetro
Volumen de agua (m3)
Sólidos Totales
Sólidos Suspendidos
DBO5,20
DQO
Nitrógeno Total Kjeldahl
Fósforo Total – P
Sulfatos, SO4-2
Aceites y Grasas
Concentración
(mg/l)
Limites
(mg/l)
62790
12600
8600
17000
10774
113
25000
835
80
60
350
10
1
600
20
Descarga específica
(kg/ton piel)
1
59.404
11.920
8.136
16.083
10.193
0.107
23.652
0.89
Fuente: TRUJILLO Y VENEZIANO. (2004).
Descargas del Lavado de Desencalado y Purga: En la tabla 9 analizamos el mismo
tipo de contaminantes de la etapa anterior, las concentraciones son menores debido
también al efecto de dilución del volumen de agua empleado.
57
Tabla 9. Descargas del Lavado de Desencalado y Purga.
Parámetro
Volumen de agua (m3)
Sólidos Totales
Sólidos Suspendidos
DBO5,20
DQO
Nitrógeno Total Kjeldahl
Fósforo Total – P
Sulfatos, SO4-2
Aceites y Grasas
Concentración
(mg/l)
Limites
(mg/l)
9120
1180
172
650
1363.6
34.2
1300
ND
80
60
350
10
1
600
20
Descarga específica
(kg/ton piel)
6
54.997
7.116
1.037
3.2
8.223
0.206
784
ND
Fuente: TRUJILLO Y VENEZIANO. (2004).
ND: No determinado.
Descargas del curtido: Las mayores cantidades de sólidos y sulfatos para todas las
etapas del proceso productivo se encuentran en esta etapa, como se muestra en la
tabla 10. También es apreciable la alta concentración de cromo.
Tabla 10. Descargas del curtido.
Parámetro
Volumen de agua (m3)
Sólidos Totales
Sólidos Suspendidos
DBO5,20
DQO
Nitrógeno Total Kjeldahl
Fósforo Total - P
Cromo Total, Cr
Cromo Hexavalente, Cr+6
Sulfatos, SO4-2
Aceites y Grasas
Concentración
(mg/l)
Limites
(mg/l)
202700
3390
720
4000
1876
12
4400
ND
58570
663.8
80
60
350
10
1
2
0.1
600
20
Descarga específica
(kg/ton piel)
1
247.330
4.136
0.879
4.881
2.289
0.015
5.369
ND
71.466
0.81
Fuente: CONTRERAS Y ORFAO (2004).
ND: No determinado.
Descargas del recurtido: Los únicos parámetros medido para la etapa de recurtido
fueron la DQO y la DBO5,20 para medir el efecto que tienen los colorantes sobre la
carga orgánica del proceso. El volumen de la descarga que se reporta es un estimado
basado en la información del jefe de producción de TEPCA. Con respecto a la
58
concentración de otros contaminantes como cromo, sulfatos y cloruros en estos
efluentes se espera que sea menor que para la etapa de curtido, debido a que el
porcentaje de alimentación de insumos que contienen estos contaminantes al proceso
es mucho menor. En la tabla 11 se presentan los resultados para la descargas del
recurtido.
Tabla 11. Descargas del Recurtido.
Parámetro
Volumen de agua (m3)
DBO5,20
DQO
Concentración
(mg/l)
Limites
(mg/l)
2700
14582
60
350
Descarga específica
(kg/ton piel)
ND
3.123
16.865
ND: No determinado.
Es necesario recalcar que para todas las descargas los parámetros medidos se
encuentran fuera de los límites establecidos en el decreto 3.219.
4.2. ANÁLISIS DEL DISEÑO Y DE LA OPERACIÓN ACTUAL DE LA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE TEPCA.
En esta sección se analizan las condiciones originales de diseño de cada una de las
unidades, presentando los parámetros de diseño y las dimensiones y especificaciones
de tanques y equipos. También se presenta la forma de operación actual de la planta y
el estado de las unidades de tratamiento.
4.2.1. DESCRIPCION DEL DISEÑO ORIGINAL DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO.
El sistema de tratamiento de las aguas residuales de TEPCA, fue diseñado con base
en los análisis y mediciones de caudal realizados por la firma DISA C.A, de Valencia,
Estado Carabobo, en el año 1984; a través de un programa de muestreo de diez horas
de operación, equivalentes a una jornada diaria de operación del proceso productivo,
durante tres días. Los parámetros analizados fueron promediados, presentando los
siguientes resultados que se muestran en la tabla 12. Cabe señalar que la cantidad de
59
sulfuros producida durante el proceso productivo no fue tomada en cuenta durante el
análisis previo al diseño de la planta de tratamiento.
Tabla 12. Parámetros de diseño de la planta de tratamiento.
Parámetro
Valor
Caudal medio
8.5 l/s =30 m3 /h.
Caudal máximo
17 l/s =60 m3 /h.
Sólidos Totales
3695 mg /l.
Sólidos Suspendidos Totales
231 mg /l.
Sólidos Disueltos Totales
3464 mg/l.
DBO5,20
430 mg/l.
DQO
2517 mg/l.
Cromo + 3 promedio
7.05 mg /l.
Aceites y Grasas
64 mg/l.
Con base en estos resultados, el sistema de tratamiento propuesto fue el siguiente:
 Tratamiento primario.

Estación de Bombeo.

Desbaste.

Homogenización y Pre-Aireación.

Floculación-coagulación.

Sedimentación primaria .
 Tratamiento secundarios.

Oxidación Biológica : lodos activados, aireación convencional en
dos etapas con un sistema de Sedimentación secundaria.
 Tratamientos de lodos.

Deshidratación por medio de filtro prensa de bandas rotativas.
 Desinfección final.

Cloración.
60
La figura 1 ilustra las distintas unidades de la planta .
F-01
FILTRO
ROTATIVO
B-01
SOPLADOR
AIREACION
HOMOGENIZACI
ON
T-02
TANQUE
AIREACION
HOMOGENIZACI
ON
S-01
SEDIMENTAD
OR
PRIMARIO
P-02
BOMBA
AIREACION
HOMOGENIZACI
ON
SULFATO DE ALUMINIO
T-01
TANQUE
ESTACION
DE BOMBEO
SC-01
DESBASTE
F-01
P-02
DESCARGAS DEL PROCESO
B-01
S-01
T-02
FILTRADO A ESTACION DE BOMBEO
P-60
E-11
LODOS A DEPOSITO
SC-01
SULFATO FERROSO
P-39
P-01
P-03
POLIMERO
E-16
T-04
T-01
E-14
EFLUENTE A RIO MARIARA
T-06
P-01
BOMBA
ESTACION DE
BOMBEO
F-02
FILTRO
DE BANDAS
B-03
SOPLADOR
AIREACION
DE LODOS
T-06
TANQUE
CLORACION
S-02
T-04
TANQUE
AIREACION
DE LODOS
P-03
BOMBA
AIREACION
DE LODOS
S-02
SEDIMENTAD
OR
SECUNDARIO
T-03
B-02
SOPLADOR
TRATAMIENTO
BIOLOGICO
T-03
TANQUE
TRATAMIENTO
BIOLOGICO
Figura 1. Diagrama de flujo de la planta de tratamiento.
Tratamiento primario: Las aguas provenientes del proceso productivo son
recogidas por un sistema de canales internos que confluyen en un canal de
aproximación de la planta de tratamiento de aguas, éste a su vez conecta a una
estación de bombeo. En este canal también se encuentra un sistema inicial de
desbaste conformado por dos rejas metálicas, operadas manualmente, para la
retención de sólidos de tamaño grande y mediano respectivamente.

Estación de Bombeo: Para recibir las aguas residuales provenientes de los
procesos de la empresa se diseñó una estación de bombeo de 40 m3 de capacidad.
Esta estación tiene como objetivo alimentar las unidades de tratamiento,
61
transportando inicialmente las aguas residuales hacia al sistema de desbaste por
medio de dos bombas sumergibles cuyas características se presentan en la tabla 13.
Tabla 13. Características de las bombas de la estación de bombeo.
Caudal
20 l /s.
Carga
6 m.
Potencia
3 HP
Velocidad
1400 rpm.
220 / 440 V – 3 fases.
Voltaje

Desbaste: Se diseñó para ser llevado a cabo por medio de una reja rotativa
(zaranda) autolimpiante, que se muestra en la figura 2. La separación de malla es de
tres (3) mm, y el caudal máximo de operación es de 80 m3/h. La finalidad de este
equipo es la de separar los sólidos de tamaño mediano y pequeño que pueden
ocasionar obstrucciones en los demás equipos.
Figura 2. Filtro rotativo.

Pre-Aireación y Homogenización: Fue concebida para someter las aguas a
aireación con la finalidad de mantenerlas agitadas evitando la descomposición de las
misma y la formación de malos olores, contribuir a la disminución de la demanda
Bioquímica de Oxigeno, de la Demanda Química de Oxigeno y de las Grasas y
Aceites.
62
Así mismo, el sistema fue diseñado para la regulación automática del pH, por medio
de la dosificación del cal ó acido sulfúrico según el registro automático de un equipo
para el control de pH.
La capacidad del tanque fue calculada para 630 m3/d, tal como se observa en la figura
3, correspondientes a 21 horas de retención para un flujo promedio de 30 m3/h. La
capacidad de aire necesaria para este tipo de sistema se basó en un cálculo de 20 pie3
de aire por minuto, por cada 1000 pies3 de capacidad del tanque; por lo que la
cantidad calculada de aire teórico a suministrar fue de 444 ft3/min mediante difusores
porosos de burbuja gruesa.
Figura 3. tanque de Homogenización-Preaireación.
En el diseño no se específica la bomba sumergible ubicada en el tanque de
Homogenización y Pre-Aireación. En la actualidad, se encuentra instalada una bomba
cuyas características se presentan en la tabla 14.
63
Tabla 14. Características de la bomba del tanque de homogenización.
Caudal
35 l /s.
Elevación
9 m.
Potencia
5 HP.
Velocidad
1700 rpm.
Voltaje
220 / 440 V – 3 fases .
Cabe destacar que esta bomba transporta el agua residual desde el tanque de PreAireación hasta una tanquilla de bombeo, donde se encuentra sumergida otra bomba
que se encarga de alimentar los sedimentadores. Las características de esta bomba se
presentan en la tabla 15.
Tabla 15. Características de la bomba de la tanquilla de homogenización.
Caudal
20 l /s.
Elevación
5 m.
Potencia
3 HP.
Velocidad
1700 rpm.
Voltaje
220 / 440 V – 3 fases.
Dada la diferencia entre el caudal de salida del tanque de homogenización y el caudal
de alimentación de los sedimentadores se constató que parte del caudal es recirculado
al tanque de homogenización.

Floculación – Coagulación: Con el objetivo de remover los sólidos
suspendidos, sólidos disueltos, y la disminución de la concentración de cromo
trivalente presente en el efluente, se planteó la adición de productos químicos con
propiedades coagulantes. Para este proceso, los productos seleccionados fueron el
sulfato de aluminio, el sulfato ferroso, la cal, y un polielectrolito catiónico.
Se diseñó la adición de los productos químicos por medio de inyección de éstos en la
tubería de trasvase del agua desde el tanque de Homogenización al sedimentador
64
primario, utilizando la turbulencia originada por el bombeo como medio de agitación.
Las especificaciones de la bomba dosificadoras de productos químicos se presentan
en la tabla 16.
Tabla 16. Características de las bombas dosificadoras de productos químicos.
Características de las bombas dosificadoras de sulfato.
Caudal
150 – 200 l/h.
Potencia
0.5 HP.
Características de las bombas dosificadoras de polielectrolito.
Caudal
1 -20 l/h.
Potencia
0.5 HP.
Características de las bombas dosificadoras de para neutralización de pH.
Caudal
1 -20 l/h.
Potencia
0.5 HP.
La dosificación de sulfato de aluminio. Al(SO4)3, y la de sulfato ferrosos, FeSO4
fueron estimadas para alcanzar una concentración de 250 ppm. La cantidad calculada
a dosificar fue de 7,5 kg/h para ambos productos, en una solución al 10 % m/v por
medio de un caudal de 75 l /h. La dosificación del poliectrolito catiónico se calculó
para alcanzar una concentración de 10 ppm. La cantidad de poliectrolito a dosificar
fue de 0,3 kg / h, en una solución de 10 % m/v, por medio de un caudal de 3 l/h. El
sistema de dosificación se muestra en la figura 4.
Figura 4. Tanques de dosificación de químicos.
65
En el diseño de la planta se estableció la dosificación de lechada de cal y de ácido
sulfúrico, con la finalidad de mantener el pH del agua en un entorno de 8, utilizando
para este fin, un equipo automático para el control del pH y la dosificación de los
productos químicos.

Sedimentación Primaria: La sedimentación primaria se diseñó con finalidad
de clarificar el agua proveniente del tratamiento fisicoquímico separando los lodos
formados, y enviar las aguas clarificadas al tratamiento biológico. El sistema de
sedimentación primaria construido consiste en dos sedimentadores hidrodinámicos
(tipo Dormunt), los cuales operan en forma paralela para cubrir el caudal de
tratamiento, como se aprecia en la figura 5.
Figura 5. Sedimentadores Primarios.
Se instalaron dos sedimentadores con un volumen útil de 25 m3 cada uno para cubrir
el periodo de sedimentación requerido. El diámetro del sedimentador es de 3 m para
obtener una carga sobre el vertedero de 42,50 m3 / m d. La carga al sedimentador es
central con distribución radial de flujo y la descarga de lodos es automática. El agua
clarificada pasa por gravedad, a través de un sistema de tuberías, al tanque de
tratamiento biológico primario para su tratamiento posterior.
Los sedimentadores primarios fueron diseñado para manejar un caudal de 20 m3/h, el
cual fue considerado como flujo pico para el diseño. Las características de los
sedimentadores se presentan en la tabla 17.
66
Tabla 17. Condiciones de diseño de los sedimentadores primarios.
Parámetro
Valor de diseño
Flujo máximo
20 m3/h.
Tiempo de retención
2 h.
Flujo diario
400 m3/d.
Área superficial del sedimentador
7 m2 .
Carga superficial
57 m3/ m2 d.
Volumen para sedimentación
40 m3.
Los lodos de los sedimentadores son drenados por medio de un sistema de válvulas
automáticas, y llevados a un tanque de digestión aerobia para ser mezclados con los
lodos provenientes del sistema de tratamiento biológico. Finalmente, los lodos son
deshidratados por medio del uso de un filtro prensa de bandas rotativas.
Tratamiento Secundario: El agua proveniente del tratamiento físico-químico es
trasvasada a otro sistema para realizar un -tratamiento biológico con la finalidad de
remover la materia orgánica biodegradable existente aun en el agua . El sistema de
oxidación biológica fue diseñado bajo los parámetros de lodos activados, por medio
del uso de aireación convencional, utilizando un sistema de dos etapas.
Inicialmente se diseñaron dos etapas de tratamiento biológico seguidas por un
sistema de sedimentación secundaria cada una, es decir, el efluente del sedimentador
secundario de la primera etapa serviría como alimentación a la segunda etapa. Por
recomendación del Ministerio del Ambiente hubo en rediseño del sistema, quedando
finalmente un sistema con dos tanques de aireación consecutivos, seguidos a la vez de
un sedimentador secundario. Cabe destacar que las dimensiones actuales del segundo
tanque de aireación difieren significativamente del tanque construido. Esta diferencia
fue constatada durante el proceso de medición directa de todas las unidades de
67
tratamiento. Los datos de diseño para la primera etapa de tratamiento biológica se
presentan en la tabla 18.
Tabla 18. Parámetros de diseño para la primera etapa de tratamiento biológico.
Parámetro
Valor
Caudal medio (Q)
300 m3/d.
DBO5,20 de entrada a la primera etapa
200 mg/l.
DBO5,20 de salida de la primera etapa
200 mg/l.
Carga volumétrica (CV)
Máximo coeficiente de rendimiento (Y)
Coeficiente de decaimiento endógeno Kd
400 mg/l d.
0.4.
0.06 d-1.
Tiempo de retención celular (θc)
15 d.
Coeficiente cinético observado (Yobs )
0.21.
Tiempo de retención hidráulico
10.7 h.
Basado en estos parámetros, los cálculos de diseño arrojaron como resultado un
reactor con las siguientes características, ver tabla 19.
Tabla 19. Características de la primera etapa de tratamiento biológico.
Volumen del tanque de reactor
Masa de lodos activados volátiles (Px)
Requerimiento de oxigeno
Aire teórico
322 m3.
14.50 kg/d.
81 kg/d.
291 m3/d.
Para la segunda etapa del sistema de tratamiento biológico se tienen los parámetros
de diseño que se observan en la tabla 20. En este caso se utilizaron los mismos
coeficientes cinéticos de la primera etapa.
68
Tabla 20. Parámetros de diseño para la segunda etapa de tratamiento biológico.
Parámetro
Valor
Caudal diario
300 m3/d.
DBO5,20 de entrada a la segunda etapa
200 g/m3.
DBO5,20 de salida de la segunda etapa
20 g/m3.
Cargas volumétrica (VS)
Y máximo coeficiente de rendimiento
Coeficiente de decaimiento endógeno Kd
300 g/ m3 d.
0.4.
0.06 d-1
Tiempo de retención celular (θc)
15 d.
Coeficiente cinético observado (Yobs )
0.21.
Tiempo de retención hidráulico
16 h.
El reactor de la segunda etapa, según el diseño tendría las siguientes características,
de acuerdo a la tabla 21.
Tabla 21. Características de la segunda etapa de tratamiento biológico.
Parámetro
Valor
Volumen del tanque de reactor
200 m3
Masa de lodos activados volátiles (Px)
11.30 kg/d.
Requerimiento de oxigeno
63.41 kg/d.
Aire teórico
Para ambos reactores se recomendó el uso de
288 m3/d.
difusores porosos finos. Los
parámetros de diseño para el sedimentador secundario del sistema de tratamiento
biológico, después de hacer las correcciones recomendadas por el Ministerio del
Ambiente, se presentan en la tabla 22.
69
Tabla 22. Parámetros de diseño para el sedimentador secundario.
Parámetro
Valor
Caudal medio
300 m3/d.
Caudal máximo
600 m3/d.
Caudal de Recirculación de lodos
100 m3/d.
Las características del sedimentador secundario son presentadas en la tabla 23.
Tabla 23. Características del sedimentador secundario.
Parámetro
Valor
Volumen
100 m3
Tiempo de retención hidráulico
2.5 h.
Área Superficial
34.56 m2
Carga superficial
11.57 m3 / m2 d.
Es necesario resaltar que en el diseño de la planta no se estipula el caudal de
extracción de lodos, la relación de reciclo de lodos ni el caudal de reciclo. En la
actualidad existe una bomba instalada en un sistema de puente grúa instalado
sedimentador para la recirculación de lodos. Las características de esta bomba se
presentan en la tabla 24.
Tabla 24. Características de la bomba del puente grúa.
Caudal
4 l /seg.
Elevación
7 m.
Potencia
2.2 HP.
Velocidad
1700 rpm.
Voltaje
220 / 440 V – 3 fases .
Los equipos correspondientes a esta etapa se presentan en las figuras 6 y 7.
70
Figura 6. Tanque Biológico.
Figura 7. Sedimentador Secundario.
Tratamiento de lodos: El objetivo del diseño de este sistema es procesar los lodos
provenientes del sedimentador del tratamiento físico-químico, y los provenientes de
los sedimentadores biológicos primario y secundario para ser sometidos a un proceso
de digestión aerobia con el fin de producir un lodo final sin olor, biológicamente
estable, y de fácil disposición final; así mismo, con características excelentes para un
proceso de deshidratación. Las condiciones de este sistema se presentan en la tabla
25.
Tabla 25. Características del sistema de tratamiento de lodos.
Parámetro
Valor
Caudal de trabajo
4-10 m3 /h.
Volumen
50 m3.
Aire suministrado
53 ft3 /min.
Tiempo de retención
20 d.
Posteriormente a este tratamiento, los lodos son deshidratados por medio de un filtro
prensa de banda rotativas con un caudal de trabajo de 4 a 10 m3/h. El agua filtrada
proveniente del filtro es retornada a la estación de bombeo principal.
Desinfección final: Para este sistema se construyó un tanque capaz de almacenar el
equivalente a 30 minutos de retención a flujo pico, tal como se aprecia en la figura 8.
71
El volumen del tanque es de 30 m3. La dosificación de cloro necesaria para mantener
un residual de 1 mg/l en el efluente final es de 4,8 kg/d.
Figura 8. Tanque de Cloración.
4.2.2.
OPERACIÓN
Y
ESTADO
ACTUAL
DE
LA
PLANTA
DE
TRATAMIENTO.
En esta parte del trabajo se hace una descripción del estado actual de las unidades de
la planta de tratamiento basado en el trabajo de observación y medición directa de las
unidades.

Estación de Bombeo: Funciona de acuerdo a su diseño original. Presenta una alta
acumulación de sólidos provenientes tanto de los procesos mismos como de la
precipitación de las sales de hierro que son agregadas en el canal de aproximación
con el fin de oxidar los baños del pelambre. Esto hace que sea necesario su limpieza
periódicamente.

Desbaste: Funciona según lo estipulado en el diseño original con excepción del
sistema de limpieza que se hace manualmente.

Pre-Aireación y Homogenización: Todas las aguas provenientes de la estación
de bombeo llevan hasta el tanque de Homogenización y Pre-Aireación. El sistema de
difusores trabaja continuamente. No existe un sistema de regulación automática del
pH. Este regula por la neutralización de las descargas básicas y las descargas ácidas
72
provenientes del proceso productivo. El tiempo de retención es mayor de 21 horas,
estipulado en el diseño original de la planta.

Floculación – Coagulación: Debido a que la planta de tratamiento no funciona
continuamente, las bombas dosificadoras de productos químicos sólo operan cuando
se enciende las bombas que comunican las unidades de tratamiento. De los sulfatos
sólo se dosifica sulfato de aluminio. El sulfato ferroso, como se señaló en la
operación de desbaste, es alimentado a la corriente de entrada de la planta en el canal
de aproximación. No existe un control automático de pH, ni dosificación de lechada
de cal y/o ácido sulfúrico, este sólo es regulado por la neutralización de las descargas
en el tanque de homogenización.

Sedimentación Primaria: El funcionamiento de estos sedimentadores es bastante
irregular. Presentando frecuentemente problemas de taponamiento en el fondo y
problemas de fango ascendente que va directamente al sistema biológico.

Tratamiento Secundario: El sistema de recirculación de lodos no opera en la
actualidad, lo que no permitió evaluar el sistema en su forma normal de
funcionamiento. El sedimentador secundario presenta una alta acumulación de lodos
debido a la inoperatividad de la bomba de recirculación.

Tratamiento de lodos: El sistema opera de formas intermitente como las otras
unidades de la planta. Los lodos son sometidos a aireación, agregándole un polímero,
luego son desecados en un filtro prensa y son recogidos en tambores y para ser
depositados en un galpón que anteriormente servía como depósito de pieles frescas.

Desinfección final: La bomba dosificadora de cloro no está en operación en este
momento.
4.3. EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ACTUAL DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO.
Para hacer un diagnóstico de la eficiencia actual de la planta de tratamiento se
analizan los tres procesos más importantes del tratamiento: Pre-AireaciónHomogenización, Sedimentación y Tratamiento Biológico. Así mismo, se presentan
los resultados de los análisis de laboratorio de los parámetros de control para la
73
operación de la planta y los requerimientos del Decreto 3.219. Cabe anotar, que en su
respectivo orden, la salida de cada unidad es una entrada para la unidad siguiente, lo
cual permite medir la remoción de contaminantes en cada etapa del tratamiento.

Pre-Aireación y Homogenización: Con el fin de tomar una referencia, las
concentraciones presentadas en la tabla 26 para la entrada de esta unidad de
tratamiento son el promedio de las descargas de las etapas más importantes del
proceso productivo. En la realidad, estos valores son menores debido a que
conjuntamente con las aguas de proceso las aguas de lavados en diferentes puntos del
área de producción, llegan a la planta de tratamiento logrando una dilución de las
corrientes. El caudal de entrada de esta unidad es el de la estación de bombeo. Existe
una considerable disminución de la concentración de todos los contaminantes.
Tabla 26. Remoción de contaminantes en el proceso de pre-Aireación y
Homogenización.
Parámetro
Temperatura (°C)
Conductividad (mS/cm)
Oxígeno Disuelto (mg/l)
pH
Alcalinidad (mg/l CaCO3)
Caudal (l/s)
Sólidos Totales (mg/l)
Sólidos Suspendidos (mg/l)
DBO5,20 (mg/l)
DQO (mg/l)
Nitrógeno Total Kjeldahl (mg/l)
Fósforo Total – P (mg/l)
Sulfuro ,S-2 (mg/l)
Cromo Total, Cr (mg/l)
Sulfatos, SO4-2 (mg/l)
Aceites y Grasas (mg/l)
Entrada
30
24.3
1.2
8.8
285.6
35
56291
8735
3352
14146
2377
68
892
4400
13150
1142
Salida
26.8
4.5
5.2
8.2
14.3
20
6140
3034
264
1920
151
0,7
6
4
2100
112
En la tabla 26 se observa que esta unidad el porcentaje de remoción es bastante alto,
con un promedio de 85% para la mayoría de los contaminantes. Con respecto a los
sólidos totales, es necesario aclarar que la gran diferencia entre la entrada y la salida
74
se debe a que en esta unidad existe una alta acumulación de sólidos, lo cual se
evidencia durante el periodo de limpieza del tanque. Es necesario aclarar que los
tiempos de retención hidráulico de esta unidad están por encima del valor de diseño
debido a la baja producción de la planta, es decir, al no haber producción continua, el
llenado del tanque tarda más tiempo y el operador no enciende el sistema de bombas
hasta que el tanque está completamente lleno.

Sedimentación Primaria: Los resultados en la remoción de contaminantes para
los sedimentadores están relacionados directamente con el sistema de coagulaciónfloculación. Si se observa la tabla 27 se aprecia que la remoción de sólidos
suspendidos es considerable, pero se mantiene una alta proporción de sólidos
disueltos (diferencia entre totales y suspendidos), cuyo origen puede estar en las
descarga de los procesos que usan sulfatos o de los sulfatos presentes en los
coagulantes.
Tabla 27. Remoción de contaminantes en los sedimentadores primarios.
Parámetro
Temperatura (°C)
Conductividad (mS/cm)
Oxígeno Disuelto (mg/l)
pH
Alcalinidad (mg/l CaCO3)
Caudal (l/s)
Sólidos Totales (mg/l)
Sólidos Suspendidos (mg/l)
DBO5,20 (mg/l)
DQO (mg/l)
Nitrógeno Total Kjeldahl (mg/l)
Fósforo Total – P (mg/l)
Sulfuro, S-2 (mg/l)
Cromo Total, Cr (mg/l)
Sulfatos, SO4-2 (mg/l)
Aceites y Grasas (mg/l)

Entrada
26.8
4.5
5.2
8.2
14.3
20
6140
3034
264
1920
151
0.7
6
4
2100
112
Salida
27.5
4.1
3.3
8
27.2
4
4645
800
180
600
19
0.1
2
0.6
1380
18
Tratamiento Secundario: Como se observa en la tabla 28, los parámetros
DBO5,20, DQO, Sólidos Suspendidos, Nitrógeno Total y Sulfatos no cumplen con los
75
valores exigidos en el Decreto 3.219. Es de esperar que el tratamiento biológico
reduzca los valores de DBO5,20, DQO, Sólidos Suspendidos y Nitrógeno Total.
Tabla 28. Remoción de contaminantes en el Tratamiento Biológico.
Parámetro
Temperatura (°C)
Conductividad (mS/cm)
Oxígeno Disuelto (mg/l)
pH
Alcalinidad (mg/l CaCO3)
Caudal (l/s)
Sólidos Totales (mg/l)
Sólidos Suspendidos (mg/l)
DBO5,20 (mg/l)
DQO (mg/l)
Nitrógeno Total Kjeldahl (mg/l)
Fósforo Total – P (mg/l)
Sulfuro, S-2 (mg/l)
Cromo Total, Cr (mg/l)
Sulfatos, SO4-2 (mg/l)
Aceites y Grasas (mg/l)
Entrada
27.5
4.1
3.3
8
27.2
4
4645
800
180
600
19
0.1
2
0.6
1380
18
Salida
26.5
3.9
4.8
7.6
14.1
ND
4530
782
81
440
15
0.1
0.6
0.08
2270
1.7
Limites (mg/l)
NE
NE
NE
6-9
NE
NE
NE
80
60
350
10
1
0.5
2
600
20
ND: No Determinado.
NE. No Estipulado en el Decreto 3.219.
Si se observa la tabla 29, el valor de Sólidos Suspendidos Volátiles (medida de la
población bacteriana en los tanques de aireación), es muy bajo para el normal
funcionamiento del sistema. Es necesario aclarar que estos valores podrían ser
diferentes con el funcionamiento continuo del sistema, incluyendo la recirculación de
lodos del reactor secundario, a través de la bomba del puente grúa, hasta los tanques
de aireación.
Tabla 29. Cuadro de distribución de sólidos en el Tratamiento Biológico.
Parámetro
Sólidos Totales (mg/l)
Sólidos Totales Fijos (mg/l)
Valor medido.
4530
3550
Sólidos Totales Volátiles (mg/l)
980
Sólidos Disueltos Totales (mg/
Sólidos Disueltos Fijos (mg/l)
Sólidos Disueltos Volátiles (mg/l)
3748
3038
710
Sólidos Suspendidos Totales (mg/l)
Sólidos Suspendidos Fijos (mg/l)
Sólidos Suspendidos Volátiles (mg/l)
782
512
270
76
4.4.
VARIABLES DE OPERACIÓN DE LA PLANTA E IMPLANTACIÓN
DE MEDIDAS DE PRODUCCIÓN LIMPIA.
En esta sección se presentan alternativas para la oxidación de los baños del pelambre
y se presenta la alternativa de recuperación de los baños de curtido para su posterior
reuso en el proceso.
4.4.1. ALTERNATIVAS PARA LA
OXIDACIÓN DE LOS BAÑOS DEL
PELAMBRE.
Las alternativas evaluadas para la oxidación de los baños del pelambre son: oxidación
con sulfato ferroso, oxidación con sulfato de manganeso como catalizador y
oxidación con oxígeno por difusión de aire. Cabe destacar que en la actualidad la
planta utiliza la combinación de los dos últimos tratamiento para disminuir la
concentración de sulfuros.
Oxidación con sulfato ferroso (FeSO4): El esquema actual de tratamiento utiliza
sulfato ferroso (FeSO4) como agente oxidante de los baños del pelambre mediante la
siguiente reacción:
S- + Fe+2
(32 g) (55.8 g)
FeS
(87.8 g)
Por cada kg de sulfuro se necesita 1.74 kg de hierro equivalentes a 4,74 kg de sulfato
ferroso. Las descargas específicas para las operaciones de lavado y remojo, pelambre
y lavado del pelambre generan en total 4.3 kg de sulfuro por tonelada de piel, los
cuales requieren para su oxidación, estequiométricamente, 20.34 kg de FeSO4. Con
una pureza comercial de 60% se requiere 20.34 kg de FeSO4.
Oxidación con difusión de oxígeno: Con respecto a la alternativa de oxidar los
baños solamente con oxígeno, utilizando el sistema de aireación con difusión de aire
77
instalado en el tanque de homogenización se observa la siguiente reacción lo
siguiente:
S-2
(32 kg)
+
2O2
(64 kg)
SO4-2
(96 kg)
En promedio, las descargas de los procesos que contienen sulfuro en su efluente
generan 892 mg/l de éste contaminante. Para el análisis de esta alternativa se toma
como referencia la descarga del pelambre (1957 mg/l), por ser la más alta. Tomando
el caudal de alimentación de 35 l/s para el tanque de homogenización, se tiene un
flujo másico de 0.068 kg/seg de sulfuro. Para la oxidación de esta corriente se
requiere un flujo másico de oxígeno igual a si 5.66 x 10-3 kg/s, tomando como base
un porcentaje de operación del 8% para el sistema de oxidación. La potencia
requerida para lograr este objetivo es aproximadamente igual a 40 HP, lo cual es igual
al valor actual de potencia suministrado en el tanque de homogenización.
La formación de olores, justificación de uso de sulfato ferroso en TEPCA,
generalmente debido a la producción de sulfuro de hidrógeno, está más relacionada
con la mezcla de las corrientes que contienen sulfuro con las descargas de los
procesos de curtido y recurtido, las cuales poseen un valor de pH bajo.
Oxidación con sulfato de manganeso (MnSO4): Esta opción fue evaluada
conceptualmente. Para la oxidación con sulfato de manganeso se requiere entre 0.5 y
1 kg por cada metro cúbico de agua residual. Tomando como referencia las tablas de
las descargas específicas de los baños de proceso que generan sulfuro se tiene un total
de 9.31 metros cúbicos de agua residual por cada tonelada de piel a procesar. Por lo
que en el mejor de los casos, es decir, usando al mínima cantidad recomendada (0.5
kg/m3), se requieren 4.65 kg de sulfato de manganeso por tonelada de piel.
78
4.4.2. ALTERNATIVAS PARA LAS DESCARGA DEL CURTIDO.
Sistema de Recuperación de Cromo: La propuesta de la instalación de un sistema
de recuperación de cromo a partir de los baños de curtido en la empresa TEPCA, está
basada en el estudio de agentes precipitantes llevado a cabo por CONTRERAS Y
ORFAO (2004), en donde se determinó la utilización del hidróxido de calcio por su
bajo costo y disponibilidad en la empresa, obteniendo también buenos resultados
desde el punto de vista ambiental.
El sistema actual de tratamiento produce lodos con un alto contenido de cromo
(12.667 mg/kg), valor que se encuentra muy por encima del límite establecido por la
normativa ambiental (50 mg/l) (CASANOVA Y MEJIAS, 2004).
Debido a estas razón y por estar demostrado teórica y prácticamente la rentabilidad de
la recuperación de los baños de curtido, se analiza esta opción especificando las
unidades del proceso, tomando como base la capacidad máxima de procesamiento de
pieles de TEPCA, igual 500 pieles por día, con un peso promedio de 30 kg por cada
piel.
Las siguientes reacciones tienen lugar para el funcionamiento del sistema de
recuperación de cromo.
3Ca(OH)2 + 2 Cr+3
2Cr(OH)3 + 3Ca
(222 g)
(206 g)
(104 g)
(120 g).
2Cr(OH)3 + 3H2SO4
Cr2(SO4)3 + 6H2O
(206 g)
(392 g) + (108 g).
(294 g)
CaO + H2O
(56 g) (18 g)
Ca(OH)2.
(74 g).
Estequiométricamente se necesitan 1.61 kg de óxido de calcio (CaO) para la
precipitación de cromo presente en las descargas del curtido. Con una concentración
de cromo igual 4.4 kg/m3 de agua residual se necesitan 7.10 kg de óxido de calcio por
79
cada metro cúbico de agua residual. El procesamiento de 500 pieles produce
aproximadamente 20 m3 de agua, residual, para lo cual se requieren 142 kg de óxido
de calcio para la precipitación del cromo y 248 kg (136 l) de ácido sulfúrico para su
regeneración.
Descripción del sistema de recuperación de cromo: De acuerdo a la figura 9, las
descargas provenientes son transportadas desde los botales hasta el tanque de
almacenamiento (T-01), cuyo objetivo es acumular dichas descargas para cuando esté
disponible el sistema de recuperación de cromo.
De este tanque son bombeadas al reactor sedimentador, a través de una bomba de
desplazamiento positivo
tipo tornillo (P-01), debido a la alta resistencia
a la
abrasividad, y los bajos costos de mantenimiento comparadas con otro tipo de
bombas.
Una vez colocada el agua residual en reactor sedimentador, se procede a agregar
óxido de calcio en polvo, que se encuentra almacenado en el tanque T-03, esta
alimentación puede hacerse en forma manual, e incluso puede obviarse la
construcción de éste tanque si existen facilidades para el manejo instantáneo del
producto durante el tiempo de reacción.
Completada la precipitación del cromo, se procede a trasvasar el lodo formado hasta
el tanque de regeneración (T-02) en donde se alimenta ácido sulfúrico desde el
tanque T-03.
Recuperado el cromo, en forma de sulfato, éste puede ser colocado por bombeo en un
tanque de almacenamiento (T-05) para su posterior uso dentro del proceso, previo
ajuste en las condiciones de calidad para no alterar la apariencia y resistencia de las
pieles procesadas.
Las especificaciones de las unidades descritas se aprecian en la tabla 30.
80
SC-01
TAMIZ
TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
T-01
TANQUE
DE ALAMCENAMIENTO
P-01
BOMBA
ALIMENTACION
REACTOR
RS-01
REACTOR
SEDIMENTADOR
T-04
TANQUE DE
ALMACENAMIENTO CAL
T-04
EFLUENTE DEL CURTIDO
SOBRENADANTE
A PLANTA DE TRATAMIENTO
SC-01
SR-01
P-01
T-01
T-03
P-02
T-02
T-03
T-03
TANQUE
ALMACENAMIENTO
DE CROMO
P-02
BOMBA
TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
T-02
TANQUE DE
REGNERACION
Figura 9. Diagrama de flujo del sistema de recuperación de cromo.
81
Tabla 30. Especificaciones de las unidades del sistema de recuperación de
cromo.
Tanque de almacenamiento de agua residual
Capacidad:
50 m3. Suficiente para dos lotes de producción.
Dimensiones:
Altura 4 m, diámetro 4 m.
Conexiones:
2”.
Instrumentación:
medidor de nivel.
Bomba de alimentación desde el tanque de almacenamiento hasta el tanque de precipitación
Bomba de tornillo.
Características:
Caudal
20 gpm.
Elevación
3 m.
Potencia
2 HP.
Velocidad
1700 rpm.
Voltaje
220 / 440 V – 3 fases .
Material:
Acero inoxidable 316.
Capacidad:
Tanque de Precipitación
30 m3.
Dimensiones:
diámetro = 3.6 m; altura = 3 m.
Conexiones:
2”.
Accesorios:
Velocidad:
Cuatro válvulas de bola 2 ½” para descarga de
sobrenadante a diferentes puntos, una válvula de
compuerta en el fondo para descarga de emergencia.
Agitador para el tanque de precipitación
40 rpm.
Potencia:
0.5 HP.
Longitud del eje:
3 m.
Características:
6 Paletas en forma de hélice, ubicadas 4 en la mitad y 2
en el fondo del tanque.
Capacidad:
Tanque de regeneración de cromo
12 m3.
Dimensiones:
diámetro = 2.3 m; altura = 3 m.
Accesorios:
Bafles internos con una pendiente de 45º en el fondo.
Velocidad:
Agitador para el tanque de regeneración
40 rpm.
Potencia:
0.5 HP.
Longitud del eje:
3 m.
Características:
Dos paletas en forma de hélice ubicadas en el extremo
del eje.
82
4.4.3. OPCIONES PARA EL SISTEMA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO.
Debido a la discontinuidad en la operación de la planta y la inoperatividad del la
recirculación de lodos desde el sedimentador secundario hacia el tanque de aireación
en la planta de tratamiento de TEPCA no se llevó a cabo un análisis del tratamiento
biológico.
4.5.
EVALUACION
TÉCNICA,
ECONÓMICA
Y
AMBIENTAL
DE
ALTERNATIVAS.
En esta sección se comparan las alternativas para la oxidación de los baños del
pelambre y se analiza la inversión de la implementación del ssitema de recuperación
de cfomo.
4.5.1. ALTERNATIVAS PARA LA
OXIDACIÓN DE LOS BAÑOS DEL
PELAMBRE.
Las alternativas evaluadas para la oxidación de los baños del pelambre son:
oxidación con sulfato ferroso, oxidación con sulfato de manganeso como catalizador
y oxidación con oxígeno por difusión de aire. El análisis comparativo de las mismas
se presenta en la tabla 31. Cabe destacar que en la actualidad la planta utiliza la
combinación de los dos últimos tratamiento para disminuir la concentración de
sulfuros.
4.5.2. ALTERNATIVAS PARA LAS DESCARGA DEL CURTIDO.
El ahorro anual en el consumo de sal de cromo fue estimado en Bs. 412 millones.
Los costos anuales de operación del sistema ascienden a Bs. 191 millones. Con una
inversión inicial de Bs. 412 millones se estima la recuperación de la inversión en un
periodo de 3 años con una tasa de retorno de 30%.
83
Tabla 31. Comparación de alternativas para la oxidación de las descargas del
pelambre.
Alternativa
Técnico
Ambiental
Económico
Considerable disminución en
la emisión de olores en la
planta de tratamiento.
Oxidación
con sulfato
ferroso
La principal desventaja es la
Facilidad en el manejo del
producción del precipitado
producto.
de sulfuro ferroso que se
manifiesta en un aumento en
(FeSO4).
la producción de lodos de la
planta
junto
precipitación
con
la
de
otros
La
ventaja
de
esta
alternativa es el bajo costo
del sulfato ferroso (18000
Bs./ton de piel) comparado
con el sulfato manganoso.
La desventaja es el aumento
de los costos debido a la
disposición
final
de
los
lodos.
componentes indeseables.
La
formación
justificación
de
de
olores,
uso
de
sulfato ferroso en TEPCA,
generalmente debido a la
Oxidación
producción de sulfuro de
con difusión hidrógeno,
de oxígeno.
está
más
relacionada con la mezcla de
las corrientes que contienen
sulfuro con las descargas de
los procesos de
curtido y
recurtido, las cuales poseen
La principal ventaja es que
no
se
forman
productos
indeseables.
El costo de esta alternativa es
La desventaja es un aumento
en
la
sulfatos,
concentración
producto
de
de
la
el más bajo de las tres
alternativas (11626 Bs./ton
de piel).
reacción de oxidación de
sulfuros.
un valor de pH bajo.
Oxidación
con sulfato
de
manganeso
(MnSO4).
La ventaja de esta alternativa
No
determinado
La principal desventaja es el
es la reducción del tiempo de
efectos secundarios en el uso
alto costo del sulfato de
oxidación de los sulfuros,
de
manganeso (720.000 Bs./ton
necesitando de unidades de
catalizador.
tratamiento
tamaño.
de
menor
se
han
esta
sustancia
como
de piel), y en el caso de
TEPCA, donde existe una
estructura para la oxidación
por difusión de aire, se
aumentan
los
costos
inversión si se quieren hacer
cambios.
84
4.5.3. OPCIONES PARA EL SISTEMA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO.
El retorno de lodo desde el sedimentador secundario hacia el tanque de aireación es
la característica principal del proceso del lodos activados para obtener el grado de
tratamiento requerido en el tiempo deseado. (METCALF AND EDDY). Debido a la
discontinuidad en la operación de la planta y la inoperatividad del la recirculación de
lodos desde el sedimentador secundario hacia el tanque de aireación en la planta de
tratamiento de TEPCA, cualquier análisis del tratamiento biológico, como sistema de
lodos activados sería meramente especulativo.
85
CAPÍTULO V: CONCLUSIONES
Después de presentar y analizar los resultados de este trabajo se han obtenido las
siguientes conclusiones:

Las descargas específicas del proceso productivo de TEPCA (kg/t de piel),
comparadas con los valores reportados en la literatura, indican que partir el nivel
tecnológico que maneja la empresa es posible la implantación de medidas de
Producción Limpia que permitan aumentar su productividad.

El sistema actual de tratamiento de aguas residuales de TEPCA no satisface todas
las especificaciones de la normativa ambiental debido al funcionamiento
irregular de las unidades y la operación intermitente de la planta.

La alta concentración de cromo en los lodos producidos indica que el sistema
actual de coagulación-sedimentación no es suficiente para remover el cromo
presente en las descargas del proceso productivo.

El sistema tampoco cumple con los objetivos de remoción de los parámetros
DBO5,20, DQO, Sólidos Suspendidos y Nitrógeno Total.

De la comparación de alternativas para las descargas del pelambre se consideró
la remoción de sulfuros por simple difusión de aire, siendo esta la alternativa más
económica, mientras que desde el punto de vista ambiental al utilización del
sulfato ferrosos es la más desfavorable.

La alternativa de la utilización del sulfato manganoso como catalizador para la
oxidación de sulfuros debe ser evaluada en el caso de existencia de un sistema de
tratamiento por separado de las descargas del pelambre que tenga como objetivo
una posterior precipitación y recuperación de proteínas, lo que resulta un
atractivo económico para los empresarios.

La implantación de medidas de Producción Limpia en el proceso productivo,
además de generar beneficios económico disminuirá la carga contaminante que
86
se traslada a la planta de tratamiento, disminuyendo la cantidad de sustancias
utilizadas en el tratamiento y flexibilizando la operación de la planta, obteniendo
por ende, mejores resultados desde el punto de vista ambiental y económico.

La inclusión del costo actual de operación de la planta como un beneficio
adicional del sistema de recuperación de cromo debe tenerse en cuenta sólo si te
toman en cuenta los estudios de tratabilidad de las descargas del proceso de
recurtido, así como la concentración de cromo remanente en el sobrenadante
efluente del tanque de precipitación de cromo. Es a partir de estas
determinaciones donde puede conocerse el impacto de estas corrientes en la
operación de planta de tratamiento y los aspectos económicos y ambientales.
87
CAPÍTULO VI: RECOMENDACIONES
Los siguientes planteamientos tienen el objetivo servir de orientación para mejorar el
funcionamiento de la planta de tratamiento de TEPCA, a través de cambios en el
proceso productivo y en las condiciones de operación de la planta. Por otro lado, se
pretende dejar un punto de partida para futuras investigaciones en la aplicación de
medidas de producción Limpia y la evaluación de sistemas de tratamiento.

El agua es un recurso fundamental en la industria del curtido de pieles. En el caso
de TEPCA, a pesar de no generar costos de consumo, su utilización en el proceso
productivo y la planta de tratamiento genera costos asociados a la energía
consumida por las bombas y el mantenimiento de éstas, por lo que se recomienda
la instalación de medidores de flujo en las tuberías de alimentación de los
botales, con el fin de no alterar, por disolución o concentración, la formulación
de las sustancias químicas que intervienen en el proceso, lo que puede afectar la
calidad de las pieles procesadas.

Al decidir la implantación del sistema de recuperación de cromo y/o el
tratamiento por separado de las descargas del pelambre, deben establecerse, por
muestreo y análisis, el impacto de estas medidas sobre los flujos del proceso
productivo hacia la planta de tratamiento, lo que traerá como consecuencia un
nuevo diseño o la adaptación de las unidades existentes a las nuevas condiciones.

Debido a la particularidad en la producción de cada empresa curtiembre, se hace
necesario el cálculo de los coeficientes cinéticos para la evaluación o el diseño
del sistema de tratamiento biológico.

Se recomienda llevar a acabo la caracterización de las descargas luego del reuso
de los baños de curtido y pelambre y replantear los sistemas de tratamiento y
recuperación de estas descargas.
88

Debido a que todas las descargas del proceso productivo de TEPCA se
encuentran fuera de los límites establecidos por la normativa, el funcionamiento
de la planta de tratamiento debe ser continuo.

Es necesario la elaboración de un manual de operación y mantenimiento de la
planta, basado en fundamentos técnicos que sea compresible y asimilable por los
operadores de la planta.

Es necesaria la implantación de un programa de seguridad industrial en todas las
áreas de la empresa para la protección de los empleados, de los equipos y las
instalaciones.
89
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análisis de aguas potables y residuales”. 20ª edición. 1998.
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