Evidencia de aprendizaje unidad 2. Limpiando el Agua.

Evidencia de aprendizaje unidad 2. Limpiando el Agua.

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ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE LA INSTALACIN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA UNA UNIVERSIDAD Y UNA INDUSTRIA CERVECERA

INTRODUCCIN

Las aguas residuales se definen, segn la Ley de Aguas Nacionales de Mxico, como aguas de composicin variada provenientes de las descargas de usos pblico urbano, domstico, industrial, comercial, de servicios, agrcola, pecuario, de las plantas de tratamiento y en general, de cualquier uso, as como la mezcla de ellasEn la formulacin, planeacin, seleccin y diseo de un sistema de tratamiento de aguas residuales se debe considerar la disponibilidad de recursos econmicos y tcnicos, las caractersticas del agua residual a tratar con relacin a la variaciones de caudal, tipo y concentracin de contaminantes, los criterios establecidos para la descarga del efluente tratado a un cuerpo receptor o bien para su eventual uso. As mismo, un componente esencial a considerar debe ser el impacto social y econmico que produce la instalacin de una planta de tratamiento en una poblacin. Proteger la Salud Pblica y el Medio Ambiente. Si las aguas residuales van a ser vertidas a un cuerpo receptor natural (mar, ros, lagos), ser necesario realizar un tratamiento para evitar enfermedades causadas por microorganismos patgenos en personas que entren en contacto con esas aguas, as como para proteger el equilibrio ecolgico y la conservacin de la fauna y flora presentes en el cuerpo receptor.El manejo, tratamiento y disposicin de las aguas residuales municipales contribuyen a la emisin de GEI a travs de los procesos de descomposicin de la materia orgnica contaminante y de las actividades asociadas.Ante la demanda de este recurso de valor incalculable las tecnologas de tratamiento de agua residual tienen que ser innovadoras y cumplir con la legislacin vigente. Bajo este contexto, los criterios de toma de decisiones para seleccionar la tecnologa adecuada para un caso especfico se amplan, dando mayor prioridad a la sustentabilidad y la mitigacin del cambio climtico a las soluciones tcnico econmicas convencionales.

Nota: Algunos datos no son reales o estn cambiados debido a que no encontr datos puntuales del Tec de Monterrey de la Cervecera Modelo.

PROCESO DE GENERACIN DE AGUAS RESIDUALES POR UNA INDUSTRIA CERVECERA.Los principales ingredientes que participan en el proceso de fabricacin de la cerveza son la cebada, el lpulo, la levadura y el agua. De forma resumida, el proceso de fabricacin tiene tres etapas fundamentales: Elaboracin y cocimiento de la malta Fermentacin y guarda FiltracinAdems de formar parte del producto final (aproximadamente el 95% de la cerveza es agua), el agua se emplea en diversas etapas de su fabricacin. Concretamente: Limpieza de equipos e instalaciones. Circuitos de refrigeracin y calderas, Envasado, Sanitarias. El mayor consumo de agua se suele producir en las operaciones de limpieza de equipos e instalaciones. En la lnea de envasado se dan elevados consumos de agua en el acondicionamiento de los envases reutilizables, los tneles de pasteurizacin y la lubricacin de las cintas de transporte en las lneas de envasado.Mencin aparte merece el agua utilizada en la operacin de enfriamiento del mosto antes de introducirlo en los tanques de fermentacin. Esta sencilla y rpida operacin suele consumir por s misma, al menos, tanta agua como mosto se produce en la instalacin. Sin embargo, las condiciones favorables del agua de enfriamiento a la salida del intercambiador de calor, unido a la importante ganancia de temperatura que experimenta el agua de enfriamiento, la hace idnea para ser recuperada y reutilizada en otras partes del proceso productivo.

Porcentaje aproximado de distribucin del consumo de agua:PROCESO/ACTIVIDADPORCENTAJE (%)

Envasado34

Cocimiento 20

Maltera18

Bodegas16

Servicios Generales12

PROCESO DE GENERACIN DE AGUAS RESIDUALES POR UNA UNIVERSIDAD.Cuarenta y seis por ciento de la poblacin del mundo no tiene agua entubada en sus hogares y se calcula que en 15 aos, mil 800 millones de personas vivirn en regiones con graves problemas de escasez de agua.Casi el 70 por cierto del agua dulce del planeta est contenida en forma de hielo, el resto, en su mayor parte, est en los acuferos que se estn drenando con mucho ms rapidez que la velocidad de recarga natural.Con 83 millones ms de personas cada ao, la demanda de agua seguir aumentando a menos que cambiemos nuestra forma de usarla.Consciente de los problemas de disponibilidad de agua que enfrenta nuestro planeta, y en un esfuerzo por cuidar nuestro entorno y tener un mejor aprovechamiento de los recursos, el Tecnolgico de Monterrey, pretender dar tratamiento a las aguas de desecho del Campus Monterrey.Proceso de captacin y tratamientoActualmente, el agua residual, producto del drenaje sanitario de cada uno de los edificios del Campus y residencias, se conduce a un colector general de la red de drenaje interna, y de sta se lleva a la fosa de captacin de aguas residuales ubicada en el Centro Deportivo Borrego.En esta fosa de captacin, por medio de unas rejillas, se eliminan los gruesos que puedan venir en el agua. De la fosa de captacin se bombea el agua de desecho a la planta de tratamiento de aguas residuales, la cual utiliza un sistema biolgico para su tratamiento.As, al final del proceso, la calidad del agua tratada cumple con la Norma Oficial Mexicana NOM-ECOL-003-1997 que establece los lmites mximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reutilicen en servicios al pblico.El agua de la planta de tratamiento llega a una cisterna que se encuentra a un lado del Centro Deportivo Borrego, desde donde se distribuye el agua que se utiliza para el riego de jardines. El 93% de los jardines se riegan con agua tratada. Adems, y buscando hacer un uso ms eficiente del agua, se ha instalado riego automtico, es decir, por medio de un sistema de aspersin se realiza el riego en horario nocturno.Actualmente, el 97 por ciento de los jardines del Campus Monterrey cuentan con este sistema de riego. Para las reas que no cuentan con riego automtico, existen algunas vlvulas de jardn con las que se hidratan zonas donde se tienen arreglos florales, como los edificios de Rectora, Centrales y el Gimnasio.En 2009 el Campus Monterrey dio tratamiento a 163 mil metros cbicos de agua. Los planes que se tienen a futuro se centran en lograr que el 100 por ciento de los jardines cuenten con sistema de riego automatizado y que ste utilice nicamente agua tratada.

OBJETIVO: Realizar un estudio de factibilidad para implementar un sistema de tratamiento de aguas residuales en una cervecera y en una universidad y hacer una evaluacin de las tecnologas de tratamiento de aguas para elegir la opcin ms adecuada segn su uso.JUSTIFICACININDUSTRIA CERVECERAEn todo proceso productivo se genera un desecho despus de obtenido el producto deseado, desecho que debe tratarse de manera tal que su disposicin final no afecte al medio ambiente. En el caso especfico de la industria cervecera se genera un efluente con alta carga de materia orgnica, slidos y otras sustancias, situacin que hace necesaria la instalacin de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). El desarrollo de las industrias fermentativas con el fin de obtener bebidas alcohlicas y alimento, tales como la de produccin de cervezas, alcohol y levadura, con sus procesos de altos ndices de consumo de agua, empleo de nutrientes y desarrollo de una gran cantidad de materia orgnica, provocan el vertimiento de grandes volmenes de residuales con un elevado contenido de materia orgnica los cuales deben ser tratados adecuadamente a fin de reducir las afectaciones que por contaminacin ambiental sufre el mundo actual de manera tan marcada ya casi en los umbrales de un nuevo siglo.

UNIVERSIDADRecientemente se ha dado un aumento de la matrcula estudiantil en el campus Monterrey, del Instituto Tecnolgico de Estudios Superiores Monterrey. Actualmente, las instalaciones constan de 132,898.55m2 y una poblacin total superior a las 10,000 personas; este importante crecimiento se ha venido reflejando de una manera considerable en el consumo de agua potable y otros servicios. Por lo que se hace necesario establecer un proyecto de concientizacin sobre el uso racional de agua y, la difusin de los servicios y beneficios de la PTAR (Planta de Tratamiento de Aguas Residuales), para fomentar un compromiso con la naturaleza, aprovechando racionalmente nuestros recursos naturales, como se contempla en la Preservacin del Medio Ambiente contenida en la MISIN del Tecnolgico de Monterrey.

NORMAS MEXICANAS EN MATERIA DE AGUAS RESIDUALES Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEMARNAT-1996, que establece los lmites mximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal. Norma Oficial Mexicana NOM-003-SEMARNAT-1997, Que establece los lmites mximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se resen en servicios al pblico. Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996, Que establece los lmites mximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales.

ANLISIS DEL PROCESO INDUSTRIA CERVECERAEn primer lugar se realiza el malteado de la cebada, lo que requiere rigurosos controles de tiempo, humedad y temperatura. Se limpian los granos de cebada se separa el embrin y se remojan con agua aireada, dejndolos germinar. Cuando el crecimiento de la raicilla ha alcanzado el punto en que se consigue la disgregacin del almidn a azcares ms sencillos y se han formado cantidades adecuadas de enzima, la cebada hmeda se lleva a un horno. All se aplica una corriente de aire caliente y seco para detener la germinacin, y se va tostando lentamente. El grano obtenido en este proceso es la malta y se traslada a un molino de rodillos donde se realiza la molturacin o molienda. Los colores obtenidos en mostos y cervezas variarn segn el tiempo de tueste.La malta molida se mezcla con agua a temperatura conveniente y a este empaste se agrega arroz o maz precocidos, para as generar los azcares naturales capaces de fermentar. Para finalizar esta fase el orujo se elimina por filtracin. El lquido resultante es el mosto y es sometido a ebullicin donde se le aade el lpulo. El lpulo es el ingrediente que proporciona el amargor caracterstico de la cerveza.Posteriormente, el mosto claro es enfriado quedndose a la temperatura idnea para iniciar la fermentacin, aproximadamente 10 C.

Las levaduras constituyen el fermento que, cuidadosamente preparado antes de adicionarlo al mosto, transforman, en el interior de los tanques de fermentacin, parte de los azcares en alcohol y anhdrido carbnico, el gas que produce la espuma de la cerveza y le imparte el picor caracterstico.Terminada la fermentacin, que dura entre 8 y 10 das, la levadura decantada se separa y se lleva a depsitos especiales para su conservacin. La cerveza se trasiega a tanques de maduracin y guarda para darle su estabilidad y bouquet caractersticos, a temperaturas entre 1 y 4 C. Dura entre 45 y 60 das.Tras la guarda, la cerveza es filtrada para asegurar la ms alta transparencia y brillantez, emplendose tierras de diatomeas, silicagel y polivinilpirrolidona como materiales filtrantes.Para garantizar la calidad microbiolgica de la cerveza y su duracin en el mercado en ptimas condiciones, se realiza despus la pasteurizacin. El paso final es envasar la cerveza en las lneas embotelladoras y de barriles. Algunas de estas lneas pueden alcanzar velocidades de hasta 120.000 botellas/hora y 600 barriles/hora.Una vez fabricada la cerveza, puede ser envasada en botellas retornables o sin retorno, latas o barril. Como paso previo al llenado se realiza el lavado de las botellas. La lavadora de botellas es una de las instalaciones ms importantes del proceso de envasado. Las botellas llegan sucias del mercado y es necesaria una enrgica limpieza para asegurar que su reutilizacin no revista el ms mnimo riesgo sanitario para el consumidor. Las botellas se sumergen en baos de detergente y ms tarde son enjuagadas. Posteriormente se realiza el llenado. Las llenadoras tienen como objetivo introducir en las botellas la cantidad exacta de cerveza, sin que se produzca la ms mnima absorcin de aire.

UNIVERSIDADEl agua residual del campus Monterrey del ITESM es producto del drenaje sanitario de cada uno de los edificios del Campus y residencias.

ANLISIS COMPARATIVO DE LAS DIFERENTES OPCIONES DE TECNOLOGA QUE SE PUEDEN EMPLEAR PARA SANEAR EL AGUAINDUSTRIA CERVECERASMOSIS INVERSAEn el fenmeno de Osmosis, el agua se mueve a travs de una membrana semipermeable desde una zona de baja concentracin hacia una zona ms concentrada (de sales e impurezas), hasta un punto en que se alcanza un equilibrio de fuerzas.La Osmosis Inversa es el proceso en el cual se logra revertir el proceso natural de la osmosis mediante la aplicacin de una alta presin al lado de la membrana con mayor concentracin de sales e impurezas. Con esto se logra que el agua pase al otro lado de la membrana logrando as una mayor cantidad de agua pura.La Electrodilisis es un proceso de separacin electroqumica en el que las membranas cargadas y una diferencia de potencial elctrico se usan para separar especies jnicas y otros componentes no cargados de una solucin acuosa. La electrodilisis hoy en da es utilizada ampliamente para la desalacin del agua salobre y, en algunas zonas del mundo, es el proceso principal para la produccin de agua potable.En la electrodilisis se consigue entre un 75 y un 80% de permeado, mientras que el vertido representa de 20 a 25%.Reactores Anaerobios de Flujo Ascendente (UASB) Este tipo de tratamiento est siendo rpidamente aceptados para tratamiento industrial de aguas residuales que no cumplen con las regulaciones ambientales para descarga directa a cuerpos receptores por su elevada DQO, bajo pH y presencia de slidos en suspensin, adems de sus grandes volmenes (Noyola, 1995).

UNIVERSIDADEl tratamiento de aguas residuales, dependiendo del origen del contaminante, se puede realizar de diversas formas. Sin embargo, es oportuno mencionar cuatro tipos de tratamiento biolgico que pueden proporcionar menores inversiones con eficiencias compatibles con las necesidades del momento. La alternativa de lagunas de estabilizacin, de un modo general, es ms econmica y fcil de operar. El tratamiento fitopedolgico, consistente en la utilizacin de lagunas con jacintos seguidos de suelo filtrante, en donde ocurren filtracin y degradacin biolgica. El filtro anaerbico, que est constituido por una instalacin filtrante esttica, es muy verstil y adaptable a pequeos flujos de agua residual. El biorreactor anaerbico de flujo ascendente es sin duda la alternativa apropiada para el tratamiento en donde no se disponen de grandes reas para las instalaciones. La alimentacin es hecha por la base siendo el flujo ascendente y existiendo decantadores en la parte superior. Por otro lado, la eficiencia de los procesos de tratamiento est en relacin a la presencia de oxgeno en el medio, lo que permitir que mediante una adecuada poltica de manejo de los residuos lquidos, el reciclado de agua tratada sea una alternativa viable.En todos los casos de tratamiento biolgico, es importante sealar, los microorganismos que forman una poblacin heterognea son los responsables de la depuracin. Estos cambian continuamente en funcin de las variaciones de la composicin de las aguas residuales y de las condiciones ambientales. Los microorganismos presentes son bacterias unicelulares, hongos, algas, protozoos y rotferos, de estas las bacterias son probablemente las ms importantes.

- ANLISIS COMPARATIVO ENTRE LAS CARACTERSTICAS DEL AGUA RESIDUAL ENTRE LA UNIVERSIDAD Y LA CERVECERA. INDUSTRIA CERVECERAEstas aguas residuales se caracterizan por una carga orgnica elevada, pH variable y concentraciones apreciables de slidos en suspensin. El contenido en nitrgeno total suele ser alto, como consecuencia de los aportes de levadura a las aguas residuales. Respecto al efluente que se genera en la planta de acondicionamiento de agua de proceso, es muy difcil valorar en conjunto las caractersticas del vertido, ya que depende fuertemente de la composicin del agua a la entrada y del sistema de acondicionamiento empleado, columnas de intercambio inico, sistemas de smosis inversa o electrodilisis para garantizar la composicin constante del agua de proceso, que pueden verter corrientes de rechazo o de regeneracin de resinas importantes, tanto en volumen como en carga inorgnica, originada por la concentracin alta de sales.Los vertidos de las cerveceras presentan una gran discontinuidad diaria tanto en su caudal como en su composicin, fundamentalmente originada por la zona de la instalacin.Al igual que en las bodegas, influyen notablemente factores como el elemento que se est lavando, la fase del lavado en que se tome la muestra, los productos de limpieza, el caudal que se mezcle con el vertido antes de su llegada al alcantarillado, la importancia de los derrames, etc.La produccin de cerveza est tambin muy influenciada por la poca del ao, elaborndose mucho ms a finales de primavera y el verano, factor que ocasiona cambios tanto en la cantidad de agua a depurar como en las propiedades de la misma. Los fines de semana se suele parar la actividad, aunque quedan caudales residuales de refrigeracin.Por las noches tambin suele pararse el envasado y parte de la elaboracin, salvo en las pocas de mayor demanda.Los datos medios bsicos de estas aguas residuales, procedentes de varias fbricas, son los siguientes:

UNIVERSIDADEl caudal del colector interno es variable y su promedio es 1.000 L/s (86,4 m3/da) con una composicin tambin variable. En base a los mtodos de anlisis fsico, qumico y biolgico proporcionados por la literatura [13,14], se determina la composicin promedio, la misma que se presenta en la Tabla 1.Tabla 1.Composicin promedio de agua residual de la Ciudad Universitaria de San Marcos

DESCRIPCINCANTIDAD

GASTO (CAUDAL)CARGA ORGNICA (DBO5)SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST)PHGRASAS Y ACEITESSOLIDOS TOTALESSOLIDOS SEDIMENTABLES (SS)1,00 L/s220 mg/L240 mg/L6 - 9150 mg/L1200 mg/L20 mg/L

Como se puede apreciar, esta composicin es tpica proveniente de desages domsticos, los cuales se componen aproximadamente de un 99,9% de agua y 0, 1 % de slidos en peso seco. Es decir, el lquido en s es nada ms que un medio de transporte de las innumerables sustancias orgnicas, inorgnicas y microorganismos eliminados por el hombre diariamente. Los slidos son cerca de 70% orgnicos (protenas, carbohidratos y grasas) y 30% inorgnicos (arena, sales y metales).El biorreactor es anaerobio y de flujo ascendente, constituido por tres partes, un sistema de sedimentacin, separador gas - lquido -slido (GLS) y canaletas del efluente.

El separador GLS o decantadores tipo campana, es la estructura clave en el biorreactor, Su diseo est determinado por la velocidad ascendente en la abertura, la carga superficial del compartimiento de sedimentacin y el ngulo de los Iodos de la misma campana. Para el sistema de alimentacin se elige un distribuidor simple de flujo con vertederos por encima del biorreactor a travs de tubos individuales que conducen al fondo, no contiene ninguna parte mvil y garantiza una operacin equitativa de flujo.La funcin de las canaletas del efluente es recoger el agua residual tratado proveniente del compartimiento de sedimentacin del biorreactor. Estar instalado a todo lo largo y provistos con vertederos en V Se utilizar cuatro vertederos por metro y bajo condiciones de flujo promedio la altura sobre los vertederos debe ser de 0,03 m. Para un apropiado funcionamiento del biorreactor se debe controlar la calidad y el nivel de lodo utilizando la instalacin lateral tipo sifn cada vez que se considere necesario.

CONCLUSIONESINDUSTRIA CERVECERACuando se requieren elevados rendimientos de depuracin, normalmente la mejor tecnologa disponible es una combinacin de una etapa anaerobia a la que continua una aerobia, conforme al esquema siguiente: Lnea de agua: Desbaste (tamizado), homogeneizacin (a veces acompaada de neutralizacin), decantacin, ajuste de pH, digestin anaerobia, tratamiento aerbico (lodos activados) y decantacin secundaria. Lnea de lodos: Espesamiento y deshidratacin.Dada las altas concentraciones de materia orgnica fcilmente biodegradable que tienen estos vertidos, es recomendable el empleo de un sistema anaerobio previo al aerobio, ya que el anaerobio suele conllevar una serie de ventajas para el sistema aerobio: Al disponer de un sistema anaerobio que elimina el 70-80% de la materia orgnica (DQO), el sistema aerobio no se encuentra sobrecargado. La fraccin fcilmente biodegradable del agua residual ha sido eliminada por el sistema anaerobio, por lo que desaparece el fenmeno del bulking. El sistema aerobio no requiere el mismo grado de atencin, y el control sobre los parmetros de operacin no es esencial. No suele ser necesaria la adicin de nutrientes. Disminuye la cantidad de fangos producidos por el sistema aerobio y adems estn ms estabilizados.

UNIVERSIDADCon la instalacin propuesta, se obtendr en funcionamiento regular, una estabilizacin completa del agua, sin olores de putrefaccin en la planta y el efluente. - El proceso de tratamiento de agua residual de la Ciudad Universitaria de San Marcos es factible tanto tcnico como econmico.- La conexin directa de la planta de tratamiento, por gravedad al alcantarillado representa un ahorro, por cuanto se minimiza la necesidad de equipos electromecnicos.- Los materiales de construccin de los equipos de la planta son inertes al deterioro por corrosin o incrustacin y el costo total aproximado es de US$ 45 000,00.

REFERENCIAS

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Autor: Wedy J. Corts V.