Polielectrolito catiónico como coagulante empleado para remover aceites y grasas de aguas residuales de una industria láctea

SANEAMIENTO AMBIENTAL
ACTIVIDAD EVALUATIVA
PRESENTADO POR:
MANUELA GALVIS VILLA
DEISSON STEVEN ARANGO URIBE
PRESENTADO A:
JOHANA MILENA IMBACUAN CÁRDENAS
UNIVERSIDAD DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERÍA DE ALIMENTOS
2022-1
Polielectrolito catiónico como coagulante empleado para remover aceites y grasas de
aguas residuales de una industria láctea
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Generalidades sobre el tema del artículo.
El proceso de coagulación/floculación (CF) se usa generalmente para remover sólidos
suspendidos del agua, ya sea agua que se someterá a un proceso de potabilización o agua residual.
En el presente artículo se realizó un montaje de prueba de jarra para la coagulación y remoción de
los aceites y grasas de las aguas residuales, para ello emplearon polielectrolito catiónico.
Los polielectrolitos son polímeros de un elevado peso molecular, cuyas unidades repetitivas
contienen grupos ionizables que al disociarse en soluciones acuosas (agua), le confieren carga
eléctrica a los polímeros. Éstos son denominados fuertes cuando en solución se disocian
completamente y débiles cuando lo hacen de manera parcial, los polielectrolitos catiónicos se
caracterizan por tener en su estructura química grupos cargados positivamente, como ejemplo la
polietilenimina y el polivinilo de piridinio.
En el artículo se trabajó con un coagulante para remover aceites y grasas de las aguas residuales.
Los coagulantes son moléculas positivamente cargadas de peso molecular relativamente bajo.
Aunque muestran cierta tendencia a enlazar, no son particularmente efectivas como floculantes.
Los floculantes tienen un peso molecular mucho más alto, y proporcionan largos puentes entre los
pequeños flóculos para promover el crecimiento de la partícula. Los floculantes pueden ser
catiónicos, aniónicos o no iónicos.
El tratamiento de aguas residuales tiene la finalidad de eliminar la mayor cantidad de residuos
contaminantes presentes en el agua, para ello se realizan una serie de procesos físicos, químicos y
biológicos. En el tratamiento emplean los procesos de coagulación y floculación consideradas
operaciones unitarias, empleadas para la extracción de sólidos presentes en el agua, la efectividad
de estos tratamientos dependerá de la rapidez en que descienden las partículas que se encuentran
suspendidas. Entre más lento sea el descenso de estas la clarificación será más efectiva.
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Resumen temático del artículo (Objetivo, uso de tecnología, impactos positivos o
negativos).
Siendo la reducción o eliminación de los sólidos suspendidos totales una de las principales
problemáticas en la industria láctea se presenta un polielectrolito catiónico comercial como
alternativa para la remoción de aceites y grasas en las aguas residuales de dicha industria.
La materia grasa en la leche fresca se estandarizó en 3.0% m/m. Los procesos aplicados en el
tratamiento de aguas residuales además de emplearse para la remoción de contaminantes también
deben reaccionar a la variabilidad de los caudales, como también a la concentración o composición
de las aguas residuales.
Recientemente se han presentado problemas en las unidades de tratamiento de aguas en la
flotación, los reactores biológicos y el sedimentador secundario. debido a la alta concentración de
sólidos, aceites y grasas y el incremento en la materia orgánica lo que repercute en la calidad final
del efluente y en la constitución de los lodos. Esto ha llevado a la búsqueda de nuevas alternativas
que permitan la optimización de los procesos primarios y así mejorar el rendimiento de los
secundarios, en cumplimiento con las normativas ambientales y sanitarias. La coagulación y
floculación han sido alternativas de solución a dicha problemática ya que han mostrado una elevada
eficiencia, al permitir la desestabilización de las partículas en suspensión y propiciar la formación
de flóculos que puedan ser removidos por sedimentación o flotación.
La eficiencia de los procesos de flotación para la remoción de Aceites y Grasas podría
incrementarse con el uso de coagulantes y polímeros, por lo tanto, el objetivo principal del artículo
es presentar un polielectrolito catiónico comercial como alternativa para la remoción de estos
materiales en la industria Láctea. El uso de polímeros permite la remoción de contaminantes que
se encuentran emulsionados, suspendidos o disueltos, en este caso para el estudio emplearon el
coagulante 8100 NALCO que es un polielectrolito catiónico de peso molecular moderado,
derivado del aluminio y del hierro, y cuya eficiencia ha sido ampliamente probada, para la
clarificación de agua potable, industrial y aguas residuales, con la aprobación de la National
Sanitation Foundation.
La industria láctea en donde se aplicó el estudio se encuentra en el municipio de Valledupar (Cesar,
Colombia), su principal producto es la leche en polvo con una productividad diaria aproximada de
88 toneladas, lo que equivale a 32000 toneladas por año. El caudal de las aguas residuales es de
aproximadamente 20 l/s que llegan al sistema de tratamiento de aguas residuales, compuesto por
un tamiz y una unidad de flotación como tratamiento primario, como tratamiento secundario un
reactor biológico de lodos activados y un sedimentador secundario, para el tratamiento de los lodos
cuenta con un digestor de lodos, una centrífuga y un lecho de secado.
Para la toma de muestras se emplearon envases plásticos con capacidad de 2l, constituidas por
cinco alícuotas de 400 ml cada una. Se tomaron 6 muestras, 3 de ellas en la mañana y las otras tres
en horas de la tarde con un intervalo de dos horas entre ellas. Se evaluó DQO, SST, SSV, NTK,
P, alcalinidad, turbidez, temperatura y potencial de hidrógeno (pH) a través de los procedimientos
descritos en el manual de métodos normalizados para el análisis de aguas potables y aguas
residuales (APHA, AWWA y WTPD).
Las pruebas de coagulación/floculación se desarrollaron en un simulador de jarras E&Q que
cuenta con seis puestos para recipientes de 2000 ml de capacidad. Este permitió simular las
condiciones de mezclado rápido a 150 r. p. m. (coagulación), mezclado lento a 30 r. p. m.
(floculación) y reposo (sedimentación). Para el estudio se emplearon cinco de los puestos con
diferentes dosis del coagulante y el sexto como control. Para el procedimiento se prepararon el
equipo de jarras, a cada una se le agregó 1 l de muestra recolectada, se agregó el polielectrolito
catiónico como coagulante, el cual según el volumen de dosificación a utilizar se dispuso en jeringas
desechables para su adición de manera simultánea. Cada prueba tuvo una duración de 25 min de
mezclado y 30 min de reposo.
Los ensayos se realizaron por triplicado a 25°C y como criterio para determinar la concentración
de dosificación óptima se consideró la menor concentración del coagulante que removiera la mayor
cantidad de Aceites y Grasa, así como los que presentaron mayor capacidad clarificadora.
Los valores obtenidos se sometieron a un análisis estadístico, donde se empleó el diseño
experimental completamente aleatorio, acompañado de la prueba comparativa de Tukey con un
nivel de significancia de 0,01, con la finalidad de evaluar la existencia de diferencias significativas
entre los tratamientos. En la caracterización de las Aguas Residuales de la Industria Láctea los
valores representan el promedio de las muestras con su respectiva desviación estándar, máximos y
mínimos.
Los resultados en cuanto Aceites y Grasas empleando el coagulante catiónico, con dosis de 100,
140, 180, 220 y 260 mg/l y un control que representa el tratamiento sin coagulante, siendo la
muestra con dosificación de 140 mg/l de coagulante la que obtuvo la mejor concentración.
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Impactos positivos y negativos:
Los principales procesos empleados para la eliminación de coloides es la decantación o flotación
mediante la adición de floculantes llamados polielectrolitos. Para esto se requiere de personal o
también se puede automatizar esta función instalando preparadores automáticos de polielectrolito.
En cuantos a los impactos positivos que este mecanismo trae consigo es el ahorro de espacio y
centralización de la instalación, puede haber un ahorro considerable del polímero, hay más
precisión en la preparación y dosificación llegando a optimizar los procesos y la capacidad para
regular de forma precisa y completamente automática el aporte de reactivo dependiendo del caudal
de entrada de agua.
En cuanto a los impactos negativos que pueden traer consigo la adición de floculantes
(polielectrolitos) es que son de elevados costos teniendo en cuenta que son importados, tienen
muy baja biodegradabilidad y tienen un nivel alto de toxicidad.
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Discusión sobre los resultados obtenidos y la relevancia del tema tratado en el
artículo.
En la eficiencia de la prueba de coagulación/floculación catiónica se pudo encontrar que las
concentraciones de aceite y grasa después de aplicarse las pruebas entre 16 mg/L y 26 mg/L con
una eficiencia de 62% y 37%. Donde se presentó una mayor remoción, fue con la dosis de 149
mg/L del coagulante catiónico, donde se presentó una remoción de aceites y grasas superiores al
62% en 16 mg/L que en comparación a la concentración inicial de la muestra de 41 mg/L de
aceite y grasa.
Para la demanda química de oxígeno en la prueba de simulación con el polielectrolito catiónico, se
encontraron concentraciones de entre 340 mg/L y 733 mg/L, con coeficientes de remoción entre
8% y 58%, siendo las dosis de 140 mg/L y 180 mg/L las que tuvieron un mejor comportamiento
en reducción en la demanda química de oxígeno con un 57% y 58%.
la capacidad de remoción de los Sólidos Suspendidos Totales que posee el coagulante se pudo
observar que la mayor remoción de este parámetro se presentó al dosificar 140 mg/l del
coagulante, arrojando luego del proceso de sedimentación, una disminución de la concentración
de sólidos suspendidos totales a un valor de 21 mg/l, lo que indica una remoción del 89 % en
comparación a la concentración inicial de la muestra (195 mg/l).
los polielectrolitos catiónicos son una alternativa para el tratamiento de aguas residuales en la
industria láctea ya que actúan como agentes coagulantes y floculantes en la remoción de aceites y
grasas en aguas residuales, esto ocurre gracias a la sinergia de interacciones electrolíticas y
propiedades hidrofílicas. Debido a las exigencias impartidas por los entes de control sanitario, este
tratamiento representa una alternativa para el tratamiento de aguas residuales en la industria láctea.
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Perspectivas a futuro.
La aplicación de polielectrolitos catiónicos es una tendencia tecnológica que está actualmente en
desarrollo junto con una tecnología que emplea algas para provocar la floculación de las moléculas
contaminantes en aguas; a futuro el uso de estos agentes permitirá la disminución de productos
químicos no son aptos para el consumo y que durante el tratamientos del agua muchos de estos
productos no es posible eliminarlos. La encapsulación no solo permite limpiar las impurezas si no
también eliminar otro tipo de compuestos provenientes de estas operaciones.
La polielectrolito catiónico representa una alternativa a futuro en el tratamiento de aguas residuales
de las plantas lácteas en Colombia, ya que gracias a las investigación realizada en el presente artículo
permito identificar su eficacia en la remoción de grasas y aceites desechadas en las aguas residuales
provenientes estas industrias. Otra de las ventajas a mencionar es que son altamente solubles en
agua, tienen gran capacidad de regeneración y reutilización.
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Bibliografía
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