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Comparación técnica - económica de sistemas de tratamiento de aguas residuales generadas por plantas de alimentos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA RECINTO UNIVERSITARIO SIMON BOLIVAR

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

COMPARACIÓN TÉCNICA-ECONÓMICA DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES GENERADAS POR PLANTAS DE

ALIMENTOS.

Trabajo de diploma

Presentado por:

Br. ARLEN RUTH SALGADO VILLALOBOS Br. TANIA VALERIA QUINTANA MAIRENA

Para optar al titulo de:

INGENIERO QUÍMICO

Tutor:

MSc. Ing. MARTIN GAUSS

Asesor:

ING. VIDAL CÁCERES

Managua, Nicaragua Agosto, 2005


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I. – INTRODUCCIÓN Actualmente la contaminación y deterioro del medio ambiente es una de las preocupaciones en el mundo, especialmente en países en desarrollo como Nicaragua, donde el deterioro ambiental ha sido notorio en las últimas décadas, producto del incremento y mal manejo de las aguas residuales tanto domésticas como industriales, sobre todo cuando son vertidas sin ningún tipo de tratamiento o con un tratamiento deficiente a cuerpos receptores. Históricamente, las empresas Nicaragüenses han desatendido el impacto ambiental negativo que sus afluentes provocan al ser vertidos al medio ambiente sin un tratamiento adecuado. La mayoría de éstas corresponden a empresas procesadoras de alimentos, tales como queseras, granjas avícolas, cervecerías, mataderos, beneficios de café, entre otras; las cuales tradicionalmente no se han preocupado por proporcionar tratamiento a sus afluentes debido a la falta de aplicación de las leyes ambientales, por lo que se han convertido en fuentes activas de contaminación. Las aguas residuales industriales generadas por estas empresas poseen un alto contenido de contaminantes entre ellos se destacan los sólidos en suspensión, materia orgánica, grasas y aceites, nutrientes y patógenos, razón por la cual se debe brindar un tratamiento adecuado a las mismas. Con la publicación de las disposiciones para el control de la contaminación provenientes de las descargas de aguas residuales domésticas, industriales y agropecuarias contenidas en el decreto 33-95 del MARENA, el cual especifica los parámetros y rangos de contaminantes permisibles en los efluentes, las empresas nacionales han comenzado el proceso de caracterización, diseño y construcción de sistemas de tratamiento, con el propósito que deben cumplir con las normas antes mencionadas. Existen diferentes tecnologías de tratamiento que las empresas pueden utilizar para tratar sus aguas residuales, separándose en dos grupos principales: sistemas de tratamiento que requieren del uso intensivo de energía eléctrica y sistemas que se basan en la biodegradación natural. Los sistemas intensivos, tales como lodos activados, son más eficientes en la remoción de materia orgánica pero se objeta sus costos y la dependencia de repuestos del extranjero. En cambio, los sistemas de biodegradación natural, entre los que se destacan los filtros anaerobios, biofiltros y lagunas de estabilización, tienen bajos costos, y no dependen de repuestos. De acuerdo a lo antes mencionado, el presente estudio estará dirigido a determinar en el campo, mediante el acceso a sistemas de tratamiento que son representativos de ambas tecnologías, la factibilidad y sostenibilidad técnica y económica de algunas plantas de tratamiento de aguas residuales de la industria alimenticia de Nicaragua, con el propósito de que la información obtenida sirva de guía para la selección de alternativas de tratamiento más adecuadas en función de la capacidad de las empresas.


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II.- ANTECEDENTES Hace 10 años en Nicaragua no existían leyes que obligaran a las industrias a prevenir el deterioro del medio ambiente y proteger el ecosistema, así como el buen aprovechamiento y sostenibilidad de los recursos hídricos. Existe un capítulo de asistencia en el área ambiental, con el objetivo general de revertir el proceso de degradación ambiental de Nicaragua. Para esto se organizó el Programa Ambiental Nicaragua–Finlandia (PANIF-MARENA), que se centra en la reducción de la contaminación proveniente de la industria alimenticia (café y queso) y de la pequeña minería de oro, y en donde se ha creado una guía que se dirige a procesadores lácteos y funcionarios de instituciones públicas vinculadas a la industria láctea, con el propósito de mejorar el conocimiento sobre la situación ambiental de las queseras artesanales y semi-industriales del país, y esforzar la implementación de sistemas de tratamiento de los residuos líquidos que reduzcan la contaminación que es generada por estas industrias. En el año 1995 el gobierno de Nicaragua aprobó y publicó el decreto 33-95 del MARENA, el cual dispone del control de la contaminación proveniente de las descargas de aguas residuales domésticas, industriales y agropecuarias, que obliga a las industrias a cumplir con las normas de vertido a cuerpos receptores, con el objetivo de prevenir la contaminación procedente de estas industrias. En el decreto 33-95 del MARENA, Arto.75 se contempla el Plan gradual de descontaminación, el cual ha establecido un período de plazo determinado para que las empresas nacionales traten sus aguas residuales, en dos etapas: la primera deberán caracterizar sus afluentes y construir las obras necesarias para las mediciones de caudales, esto se debe ejecutar en un periodo de 2 años después de haberse oficializado dicho plan. En la segunda etapa se dispondrá de un diseño detallado del sistema de pretratamiento en el caso de que sus aguas sean vertidas al alcantarillado y seleccionar una empresa constructora para la construcción, puesta en marcha y plan de monitoreo, este contempla un periodo de 4 años posteriores al plazo de la primera etapa, y 6 años posteriores a los plazos fijados para la primera etapa, cuando no son vertidos a alcantarillados, sino a cuerpos receptores para la construcción de un tratamiento completo. Desde la publicación del decreto 33-95 del MARENA solamente unas pocas empresas han cumplido con el tratamiento de sus aguas residuales para que sus efluentes puedan ser vertidos a un cuerpo receptor. Sobre la base de las dificultades y resultados proporcionados por estas empresas, se podrá establecer los pro y contra del uso de los diferentes sistemas de tratamiento empleados.


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III.- JUSTIFICACIÓN Nicaragua en los últimos años se ha desarrollado industrialmente en el procesamiento de alimentos, a la vez estas generan grandes cantidades de aguas residuales con altas concentraciones de contaminantes que contribuyen al deterioro del medio ambiente. En Nicaragua existen normativas de carácter reglamentarias que regulan sustancialmente las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores como el decreto 33-95 del MARENA. Este tiene la disposición de armonizar el desarrollo económico del país con el aprovechamiento racional de los recursos hídricos para el uso de generaciones presentes y futuras, por esto es necesario la protección de la calidad del agua. La construcción de sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales en las empresas Nicaragüenses depende en gran medida de los costos de construcción, operación, y mantenimiento, además del grado de eficiencia de los mismos. En vista de la falta de experiencia que existe en este campo, las empresas nacionales necesitan una guía sobre la aplicación de las diferentes alternativas de tratamiento de aguas residuales industriales, incluyendo costos y eficiencia técnica de los mismos. Con el presente trabajo se pretende reunir información necesaria que sirva de guía para seleccionar el sistema de tratamiento más apropiado según la carga contaminante de la empresa y factibilidad económica de la misma.


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IV.- OBJETIVOS 4.1.- OBJETIVO GENERAL Evaluar la eficiencia de la remoción de los contaminantes y la sostenibilidad técnica-económica de los sistemas de tratamiento de aguas residuales de las plantas de alimentos. 4.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Realizar muestreos en cuatro sistemas de tratamiento, los cuales son las plantas de:

LA MONTAÑA, MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS (Procesadoras de lácteos), las dos ultimas comparten el mismo sistema de tratamiento, INDAVINSA (matadero de pollos), y Consorcio Cervecero Centroamericano (procesadora de cerveza) que actualmente están operando para conocer la calidad de sus efluentes.

• Recopilar información actual sobre los costos de construcción, operación y

mantenimiento de cada uno de los sistemas de tratamiento. • Establecer comparaciones técnicas–económicas entre los diferentes sistemas de

tratamientos en estudio. • Determinar el costo por metro cúbico de agua residual tratada, en cada uno de los

sistemas de tratamiento en estudio y realizar comparaciones entre ellos.


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V.- MARCO TEÓRICO 5.1.- DEFINICIÓN DEL TERMINO AGUAS RESIDUALES Es la combinación de los residuos líquidos o aguas portadoras de residuos, procedentes tanto de viviendas como de instituciones públicas y establecimientos industriales y comerciales, a los que pueden agregarse, eventualmente aguas subterráneas, superficiales y pluviales. Las aguas residuales no deben ser conducidas a cuerpos receptores de agua sin un tratamiento previo para eliminar los contaminantes. 5.2.- CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES[8] Las aguas residuales se caracterizan por su composición física, química y biológica ya que son esenciales para el proyecto y funcionamiento de las instalaciones, para su recogida, tratamiento y evacuación así como para la técnica de la gestión de la calidad ambiental. 5.3.- CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES [8] Las normas que regulan los tratamientos secundarios están basadas en las tasas de eliminación de la materia orgánica, sólidos en suspensión y patógenos presentes en el agua residual. Gran parte de las normas implantadas, más exigentes, como también las normas implantadas por el gobierno de Nicaragua en el decreto 33-95 del MARENA, incluyen el control de la eliminación de nutrientes y de los contaminantes prioritarios. Cuando se pretende reutilizar el agua residual, las exigencias normativas incluyen también la eliminación de compuestos orgánicos, metales pesados y en algunos casos, sólidos inorgánicos disueltos. A continuación se describen algunos contaminantes de interés en el tratamiento de aguas residuales. 5.3.1.- Características Físicas [4]: Las características físicas son aquellas que no alteran la naturaleza del agua residual, entre las más importantes se pueden mencionar: Olor, temperatura, densidad, color, turbiedad y el contenido total de sólidos (término que engloba la materia en suspensión, la materia sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta). • Olores Estos son debidos a los gases producidos por la descomposición de la materia orgánica. El olor más característico del agua residual, baja en oxígeno disuelto, es el del sulfuro de hidrogeno (H2S), producido por microorganismos anaerobios que reducen los sulfatos a sulfitos. • Temperatura[9] Este es un parámetro muy importante por su efecto en la vida acuática, en reacciones químicas y velocidades de reacción, además por su posible aplicación para otros fines. Por ejemplo, se sabe que el agua caliente disminuye la solubilidad del oxígeno mientras un cambio brusco de temperatura puede dar lugar a un alto porcentaje de mortalidad en la vida acuática.


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• Densidad La densidad es una característica física muy importante del agua residual dado que de ella depende la potencial formación de corrientes de densidad en fangos de sedimentación y otras instalaciones de tratamiento. • Color El color junto con el olor ayuda a determinar la condición de un agua residual y su edad. El agua residual nueva suele ser gris y a medida que los compuestos orgánicos son descompuestos por las bacterias, el oxígeno disuelto se reduce y el agua cambia a color oscuro. Muchas aguas industriales añaden un color específico al agua residual que permite suponer la presencia de un contaminante. • Turbiedad La medición de la turbiedad se lleva a cabo mediante la comparación entre la intensidad de la luz dispersada en la muestra y la intensidad registrada en una suspensión de referencia en las mismas condiciones. La materia coloidal dispersa o absorbe la luz, impidiendo su transmisión. Aun así, no es posible afirmar que exista una relación entre la turbiedad y la concentración de sólidos en suspensión de un agua no tratada. • Sólidos totales Bajo este nombre se distingue todos los constituyentes sólidos de las aguas residuales, sólidos orgánicos e inorgánicos, el cual esta compuesto por materia flotante y materia en suspensión, en dispersión coloidal y en disolución. • Sólidos suspendidos Son aquellos que están en suspensión y que son perceptibles a simple vista en el agua. Son los sólidos que pueden separarse del agua residual por medios físicos o mecánicos, como son la sedimentación y la filtración. Se definen mas exactamente como los sólidos que quedan retenidos por la capa filtrante, de asbesto, en un crisol Gooch (recipiente de porcelana cuyo fondo lleva numerosas perforaciones), de los sólidos suspendidos. Incluyen las partículas flotantes mayores que consisten en arena, polvo, arcilla, sólidos fecales, papel, astilla de madera, partículas de alimentos de basura y otros materiales similares. • Sólidos sedimentables Son la porción de los sólidos suspendidos cuyo tamaño y peso es suficiente para que se sedimente en un periodo de tiempo determinado, que generalmente es de una hora. Debe entenderse que son los sólidos que se sedimentan en una hora en un cono Imhoff. Generalmente el resultado se expresa en un milímetro de sólidos por litro de agua residual.


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• Sólidos disueltos Este término es utilizado ordinariamente en los estudios de aguas residuales, sin embargo, según la siguiente definición no es técnicamente correcta. No todos estos sólidos están verdaderamente disueltos, puesto que se incluyen algunos sólidos en estado coloidal. De acuerdo con la costumbre, el término incluye todos los sólidos que pasan a través de la capa filtrante de asbesto en un crisol Gooch. De los sólidos disueltos totales, aproximadamente un 90% verdaderamente esta disuelto y un 10% esta coloidal. 5.3.2.- Características químicas El estudio de las características químicas de las aguas residuales se aborda en los siguientes cuatro aspectos: la materia orgánica biodegradable, la medición del contenido orgánico, la materia inorgánica, y los gases presentes en el agua residual. • Materia orgánica biodegradable[4] Son sólidos que provienen de los reinos animal y vegetal, así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos. Son sustancias que contienen carbonos, hidrógeno y oxígeno, pudiendo estar combinadas algunas con nitrógeno y azufre o fósforo. Los grupos principales son las proteínas, los hidratos de carbono y las grasas y aceites, junto con los productos de descomposición. Están sujetas a degradación o descomposición por la actividad de las bacterias y otros organismos vivos; además son combustibles, es decir, pueden ser quemados. Uno de los principales grupos presentes en el agua residual es las grasas y aceites. • Grasas y aceites[8] Son compuestos de alcohol (ésteres) o glicerol (glicerina) y ácidos grasos. Los glicéridos de ácidos grasos que se presentan en estado líquido a temperaturas normales se denominan aceites, mientras que los que se presentan en estado sólido reciben el nombre de grasas, químicamente son muy parecidos, y están compuestos por carbono, oxígeno e hidrógeno en diferentes proporciones. La presencia de grasas y aceites en el agua residual puede provocar problemas tanto en la red de alcantarillado como en las plantas de tratamiento. Si no se elimina el contenido de grasa antes del vertido del agua residual, puede interferir con la vida biológica en aguas superficiales y crear películas y acumulaciones de materia flotante desagradables. • Medida del contenido orgánico A lo largo de los años, se han ido desarrollando diferentes ensayos por la determinación del contenido orgánico de las aguas residuales. Los métodos empleados para determinar las concentraciones de contenido orgánico son: • DBO5 (Demanda bioquímica de oxígeno) Es la cantidad de oxígeno requerido por un inoculo de bacteria para la descomposición de la materia orgánica, en una muestra, durante 5 días, a una temperatura de 20oC. Estos microorganismos (bacterias que se encuentran en el agua con contaminación orgánica), transforman la materia orgánica presente en los residuos líquidos. Este método es


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empleado para determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica biodegradable presente, así como medir la eficiencia de los procesos de tratamiento y controlar el crecimiento de las limitaciones a que están sujetos los vertidos. • DQO (Demanda química de oxígeno) Es la cantidad de oxígeno requerido para la oxidación completa de la materia orgánica por agentes químicos altamente oxidante en medio ácido para la determinación del equivalente de oxigeno de la materia orgánica que pueda oxidarse. Los resultados de la DQO son siempre mayores que los de DBO5, por que es mayor el número de compuestos orgánicos que pueden ser oxidados químicamente que los que pueden ser oxidados biológicamente a través de los microorganismos. • Materia inorgánica[4] Son sustancias inertes que no están sujetas a la degradación. Ciertos compuestos minerales hacen excepción a estas características, como los sulfatos, los cuales bajo ciertas condiciones pueden descomponerse en sustancias más simples, como sucede en la reducción de los sulfatos a sulfuros. A los sólidos inorgánicos se les conoce frecuentemente como sustancias minerales: arena, grava, cieno (lodo blando) y sales minerales del abastecimiento de agua que producen su dureza y contenido mineral, dentro de los constituyentes inorgánicos tenemos: • pH[8] El pH es la medida de la concentración de iones hidrógeno, expresada como el logaritmo negativo de la concentración molar del ión hidrogeno (pH=- log [H+]). El agua residual con una concentración adversa es difícil de tratar por medios biológicos y si la concentración no se altera antes de la evacuación, el efluente puede alterar la concentración de las aguas naturales. El valor del pH adecuado para los diferentes tipos de tratamientos y para la existencia de la mayoría de la vida biológica puede ser muy restrictivo y critico, sin embargo, generalmente es de 6.5 a 8.5. • Alcalinidad La alcalinidad de un agua residual está provocada por la presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos como el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio o el amoniaco. De entre todos ellos, los más comunes son el bicarbonato de calcio y el bicarbonato de magnesio. La alcalinidad se determina por titulación con un ácido normalizado, expresándose los resultados en carbonato de calcio, CaCO3. La forma más común para la determinación de alcalinidad consiste en valorar mediante un ácido fuerte hasta pH 4.3, la cual mide la alcalinidad total (AT), realizando una valoración hasta pH 5.75, la cual mide la alcalinidad parcial (AP), aportada básicamente por bicarbonatos. La concentración de alcalinidad en un agua residual es importante en aquellos casos en los que empleen tratamientos químicos, en la eliminación biológica de nutrientes, y cuando haya que eliminar el amoníaco mediante arrastre por aire.


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• Nutrientes[8] El nitrógeno, fósforo, junto con el carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento de las bacterias. Cuando se vierten al entorno acuático, estos pueden favorecer al crecimiento excesivo de una vida acuática no deseada y pueden provocar de esta manera la formación de compuestos tóxicos, por ejemplo: el amoníaco, que en concentraciones mayores de 2 mg/l es letal para los peces. De igual forma, la falta de estos debilita el proceso de crecimiento bacteriano. Cuando se vierten al terreno en cantidades excesivas, también pueden provocar la contaminación de agua subterránea y la eutroficación de los cuerpos receptores de agua. 5.3.3.- Características biológicas • Organismos patógenos[9] Los organismos patógenos son evacuados por los seres humanos que se vean afectados con alguna enfermedad o que sean portadores de alguna enfermedad en particular. Dado que el número de organismos patógenos presentes en las aguas residuales y aguas contaminadas son pocos y difíciles de aislar, el organismo coliforme, que es más numeroso y de determinación más sencilla, se utiliza como organismo indicador de contaminantes. La presencia de organismos coliformes se interpreta como una indicación de que los organismos patógenos también pueden estar presentes y su ausencia indica que el agua se halla exenta de organismos productores de enfermedades. Las bacterias coliformes incluyen los géneros Escherichia y Aerobacter. El uso de los coliformes como organismos indicadores son problemáticos debido a que la Aerobacter y ciertas especies de Escherichia pueden crecer en el suelo. Por tanto, la presencia de coliformes no siempre significa contaminación con residuos humanos. Parece ser que las Escherichia coli (E. coli) son totalmente de origen fecal. • Algas Las algas pueden presentar serios inconvenientes en las aguas superficiales, puesto que pueden reproducirse rápidamente cuando las condiciones son favorables. La presencia de algas afecta el valor del agua de abastecimiento, ya que puede originar problemas de olor y de sabor. En cuanto a los usos del agua relacionados con el ocio, las algas también pueden alterar el valor de las aguas superficiales debido al crecimiento de ciertas especies de peces y formas de vida acuáticas. Uno de los problemas a los que se enfrenta la ingeniería sanitaria en el campo de la gestión de la calidad del agua es la de encontrar el proceso de tratamiento que hay que aplicar a las aguas residuales de diferentes orígenes de modo que los efluentes no favorezcan el crecimiento de algas y demás plantas acuáticas. La solución puede implicar la eliminación del carbono, así como de las diferentes formas de nitrógeno y fósforo y alguno de los elementos que se hallan presentes a nivel de traza, como el hierro y el cobalto.


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Tabla 5.3.3.-a [1,3,14]: Comparación de contaminantes de aguas residuales domésticas y agroindustriales.

Contaminantes Unidad

Agua Residual

Domésticas Queseras Mataderos de

pollos Cervecerías

DBO5 mg/L 260 - 440 2300 – 4000 390 – 820 660 - 2350

DQO mg/L 580- 821 5000 860 – 1000 784 - 2888

Sólidos suspendidos mg/L 363 – 367 700 210 – 710 200 - 1000

NT mg/L 20.5 – 23.1 - 40 – 57 18.1 - 101

PT mg/L 3.2 – 8.0 - 20 58.6 - 316

Coliformes fecales Unid. 3.3E7 - * -

*Los datos de coliformes fecales no están reflejados en la tabla pero si están presentes en este tipo de aguas.

5.4.- CALIDAD DEL EFLUENTE REQUERIDO SEGÚN LA NORMA (decreto 33-95 del MARENA) Tabla 5.4.-a: Parámetros, rangos y límites máximos permisibles de las diferentes industrias en estudio.

Rangos y límites máximos permisibles promedio diario

Parámetros

UnidadIndustria de Matanza de

animales

Industria Láctea y sus derivados

Industria de Cerveza y Malta

pH 6-9 6-9 6-9 Sólidos Suspendidos Totales mg/L 200 100 150 Sólidos Sedimentables ml/L 1.0 - 1.0 DBO5 mg/L 150 100 150 DQO mg/L 250 250 300 Grasas y Aceites mg/L 30 30 30 5.5.- MÉTODOS PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES [2] En el caso de las aguas residuales industriales, el objetivo principal generalmente es la reducción de contaminantes, por lo que los métodos de tratamiento industrial, generalmente se denominan según la técnica de reprocesamiento aplicada. En consecuencia, los métodos de tratamientos suelen ser similares a los utilizados por las aguas residuales municipales, pero también son específicos solo para ciertos tipos de aguas residuales industriales y posiblemente difieran, en gran medida, incluso dentro de una misma rama industrial. En el caso del tratamiento de aguas residuales municipales, se emplean tres métodos, definidos según su trabajo: Mecánico, Químico y Biológico.


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5.5.1.- Tratamiento Mecánico Se basa en las propiedades físicas del agua e incluyen la separación de sólidos sedimentables y materiales no disueltos de las aguas residuales, como grasas y aceites, para su posterior estabilización. Son comunes los sistemas de separación de material grueso (rejillas, filtros y tamices), separadores por gravedad (Sistemas de flotación y sedimentación); también se incluye en este rubro los tanques de homogeneización. 5.5.2.- Tratamiento Químico Consiste en la separación o transformación de las sustancias sedimentables, flotantes y disueltas, mediante el uso de sustancias químicas. En casos especiales se usa la esterilización de las aguas residuales que fueron preclarificadas mecánica o biológicamente. En general los métodos de estos tratamientos comprenden procesos de neutralización, floculación, adsorción, extracción por solventes, destilación oxidación, reducción, entre otros métodos físico-químicos especializados. 5.5.3.- Tratamiento Biológico [11] Se utiliza la actividad de ciertos microorganismos para la oxidación y mineralización de sustancias orgánicas presentes en las aguas residuales, los principales son el tratamiento anaerobio y el tratamiento aerobio. Los términos generales usados para describir los distintos métodos de acuerdo al incremento en el nivel de tratamiento, son: preliminar, primario, secundario y terciario o tratamiento avanzado del agua residual. 5.5.3.1.- Digestión anaeróbica Este tipo de tratamiento implica la descomposición de materia orgánica en ausencia de oxigeno. De la materia orgánica se obtienen dos tipos de subproductos: el biogás, que es una fuente de energía y el lodo residual. Después de un periodo de descomposición aeróbica, el lodo es transformado en abono orgánico o mejorador de suelos que se aplica para aumentar la fertilidad de campos agrícolas [14]. El biogás consiste en una mezcla de gases cuya composición básica es de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), siendo estos los compuestos del carbono más reducido y oxidados respectivamente. Además el biogás cuenta con la presencia de nitrógeno, hidrogeno amoniaco y sulfuro de hidrogeno en proporciones menores al 1%. El metano es un gas combustible, incoloro e inodoro, más liviano que el aire. Su combustión produce una llama azul y productos no contaminantes. A pesar de que el ácido sulfhídrico se encuentra en pequeñas cantidades en el biogás, sus efectos son dañinos, ya que posee un olor desagradable y en presencia de agua produce efectos corrosivos en diferentes materiales. El biogás puede ser utilizado como cualquier otro gas combustible y generalmente se almacena en tanques como una campana de acero flotante o bolsas de capas plásticas residentes. Tradicionalmente la aproximación más usual para la compresión de los fenómenos involucrados en la digestión anaerobia ha sido la de dividir el proceso en dos etapas: una ácida primero y una segunda productora de metano. Sin embargo de acuerdo con los desarrollos mas recientes las etapas básicas en las cuales se pueden dividir el proceso son:


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• Hidrólisis Se da la transformación por vía enzimática de los compuestos de alto peso molecular, como glúcidos, lípidos y proteínas, en compuestos más sencillos. Las bacterias fermentativas no pueden asimilar las largas cadenas polimétricas presentes en el sustrato, de modo que estas primeramente excretan enzimas extra celulares, que en el exterior convierten los polímeros complejos en polímeros solubles o monómeros de bajo peso molecular (azucares fermentables, aminoácidos, ácidos grasos) que pueden atravesar la pared celular de las bacterias. Algunas enzimas que actúan directamente en este proceso son; lípasas, óxido reductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerazas y ligazas. La velocidad de la licuefacción está determinada por la composición del substrato (biodegradabilidad) y por su naturaleza física (tamaño y porosidad de las partículas). Cuanto más pequeños sean los sólidos, mayor la superficie expuesta al contacto con los microorganismos. • Acidogénesis Una ves asimilado por las bacterias los compuestos generados en la primera etapa son trasformados en ácidos orgánicos principalmente propiónico, butírico y acético, en proporciones variables, que dependen de las condiciones internas del digestor. Paralelamente se produce hidrogeno y dióxido de carbono. Esta etapa es realizada por las bacterias fermentativas. • Acetogénesis Existen dos procesos principales del metano, el ácido acético y el hidrógeno, de tal forma que los demás productos de la fase anterior deben ser necesariamente transformados a estos dos. Se realiza con las bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno y las consumidoras de hidrógeno. • Metanogénesis Es la etapa más importante del proceso, pues es en ella que se produce la remoción de la materia orgánica disuelta en el agua y la recuperación de la energía en forma de metano, y adicionalmente porque del correcto equilibrio entre esta etapa y las anteriores depende la estabilidad del proceso. Esta etapa la realizan las bacterias metanogénicas. En un digestor, la conversión de los fangos orgánicos y de los residuos se lleva a cabo mediante la acción conjunta de diferentes organismos anaerobios. Un grupo de microorganismos se ocupa de la hidrolización de los polímeros orgánicos y de los lípidos para formar elementos estructurales básicos como los monosacáridos, los aminoácidos y los compuestos relacionados con estos. Un segundo grupo de bacterias anaerobias fermenta los productos de la descomposición para producir ácidos orgánicos simples, de los que se presenta con mayor frecuencia en los digestores orgánicos es el ácido acético. Un tercer grupo de microorganismos convierte el hidrógeno y el ácido acético, originado por las bacterias formadoras de ácidos, en gas metano y dióxido de carbono.


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El proceso anaerobio se ve influenciado por algunos parámetros que, a fin de cuentas, regulan el mecanismo por el cual la materia orgánica compleja es descargada a los compuestos más sencillos y estables, convirtiéndose así en variables de control en la puesta en marcha y operación del digestor. Los más importantes son: • pH Es un parámetro de control muy importante en el proceso anaerobio, ya que su valor puede influir en la actividad de diferentes microorganismos presentes en la digestión anaerobia. Se recomienda generalmente un rango de pH entre 6 y 8. El pH de una fermentación resulta principalmente de la reacción de productos del metabolismo ácidos o básicos y del sistema tampón. El tampón más importante de una fermentación de metano es el sistema CO2/HCO3. El CO2 se disuelve en agua, con formación parcial de ácido carbónico que luego se disocia en HCO3

-/H+.

OHHCOOHCOHCO

HHCOHCOCOCO disueltog

23323

322)(2)(2

+↔++

↔↔+↔↔−−−

+

El ácido carbónico reacciona con iones hidróxilos que proceden de la reacción de amoniaco generado en la degradación de las proteínas. Las causas de descensos del pH son, entre otras: • Aumento repentino de la carga • Incremento en la toxicidad de la materia prima • Cambio súbito de la temperatura En los diferentes grupos de microorganismos se tienen diferentes pH; las bacterias hiodrolíticas operan mejor entre pH de 7.2 y 7.4, las acetogénicas en pH debajo de 6.5 disminuye la actividad metanogénica y solo persiste la actividad de los otros grupos, pero limitada. A un pH menor de 4.5 cesa toda actividad microbiana. • Temperatura Según la temperatura presente en el digestor, la fermentación anaerobia puede dividirse de acuerdo al trabajo de las diferentes bacterias en las siguientes fases y rangos de temperatura[3]: • Fermentación psicrofílica: (10-20 °C) • Fermentación mesofílica (20-50°C) • Fermentación termofílica (50-60°C) La mayoría de las bacterias que participan en la generación de metano tiene una temperatura óptima en el rango mesofílico de 33-45°C. Esto significa que una gran parte de las bacterias metanogénicas siempre vivirán a temperaturas menores que su temperatura optima.


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• Sustancias de influencia Estas son sustancias producidas durante la fermentación o introducidas al sistema: • Antiácidos y desinfectantes Estos son muy perjudiciales para el proceso, por tal razón se debe evitar al máximo su ingreso al digestor anaerobio, ya que pueden causar severos daños en la flora bacteriana. • Ácido sulfhídrico Este se forma por la descomposición de la materia orgánica que contiene azufre por la reducción de sulfitos y sulfatos minerales. No se forma en presencia de un abundante suministro de oxígeno. Se trata de un gas incoloro, inflamable, que tiene olor característico de huevos podridos. El ennegrecimiento del agua residual y del fango se debe generalmente a la formación de sulfuro de hidrógeno que se combina con el hierro presente para formar sulfuro ferroso (SFe). Aunque el sulfuro de hidrógeno es el gas formado más importante desde el punto de vista de los olores, pueden formarse otros compuestos volátiles, tales como el indol, escatol y mercaptanos durante la descomposición anaeróbica que pueden producir olores peores que el del sulfuro de hidrógeno. • Amoníaco Es otro agente inhibidor potencial del proceso anaerobio y se encuentra en equilibrio químico con el ión amonio de mayor capacidad tóxica. Este es generado por la actividad de las bacterias proteolítica que degradan la proteína sostenida en el sustrato. Cuando el amoniaco se presenta en ciertas concentraciones es tóxico para las bacterias. La capacidad toxicidad no solamente depende de la concentración absoluta en el sustrato, sino también de la adaptación de las bacterias, del pH y otros factores. Por lo general en el alcance de 1500-1300 mg/L de NH4

+ (a un pH > 7.4) se debe contar con una concentración inhibitoria de NH3, a concentraciones mayores el ión amonio por si mismo ya es tóxico. • Ácidos grasos volátiles Son generados en el transcurso de la fermentación por el trabajo de las bacterias fermentativas y acetogénicas, pero existen sustratos que ya tienen un contenido alto de ácidos grasos volátiles. Aunque son productos del metabolismo, en concentraciones elevadas ellos provocan una inhibición del proceso. Es decir en el caso de la actividad demasiado alto de las bacterias fermentativas o muy bajas de las acetogénicas y metanogénicas puede subir la concentración de ácido acético, propiónico, butírico, etc. A un pH apropiado de 6.8 las concentraciones mayores a 3 mg/L de AGV pueden ser tóxicas, a más de 10 g/L se paraliza la producción de metano. La manera mas practica para determinar la concentración de AGV es por la medida de la alcalinidad. • Alcalinidad La medida de la alcalinidad indica la capacidad tampón del medio y por tanto, sobre la resistencia del pH a variar en función de las anomalías de operación. Se recomienda operar a valores superiores a 3 g/L de HCO3

- por lo que cuando se tiene un efluente de bajo poder tampón puede ser necesaria la adición externa de álcalis.


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• Nutrientes Las bacterias necesitan principalmente carbono y nitrógeno para vivir; también necesitan pequeñas cantidades de sodio, calcio, potasio, fósforo, cinc y hierro. Primordial es la relación en la cual se encuentra el carbono y el nitrógeno, pues por lo general los otros nutrientes se encuentran en cantidades suficientes. Se recomienda una relación de C/N de 16:1 y una proporción máxima de 45:1. • Biogás El biogás se compone mayoritariamente de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), que en dependencia del sustrato puede alcanzar valores entre 60 a 90% de metano, obteniendo además otros gases generalmente en concentraciones de trazas, entre los que se encuentran: Sulfuro de hidrogeno (H2S), nitrógeno (N2), hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO). La DQO eliminada de la corriente de entrada, excepto la destinada al crecimiento celular, se recupera en forma de biogás. Por ello la medida del caudal y su composición del biogás producido es un excelente indicador de la eficiencia del sistema. Un aumento importante de la concentración de dióxido de carbono o un descenso en la proporción de metano es indicativo de variaciones simultáneas en el pH y alcalinidad del líquido y anuncia un proceso de acidificación avanzada. 5.5.3.2.- Tratamiento aeróbico En los procesos aeróbicos la estabilización de los residuos se consigue mediante microorganismos aerobios y facultativos, quienes utilizan el oxígeno para descomponer la materia carbonácea orgánica. Los productos finales de la descomposición aerobia son: el dióxido de carbono, nitratos, sulfatos, agua y material celular, siendo estos productos muy estables ya que toda la energía del sustrato es utilizada en el crecimiento de los microorganismos. A menudo se necesita garantizar el ambiente aerobio. Esto se logra mediante el uso de aireación artificial por medio de difusores u otros sistemas mecánicos. Los procesos aeróbicos mas frecuentemente utilizados en el tratamiento de aguas residuales son los fangos activados, filtros percoladores y estanques de estabilización aeróbicas. 5.6.- ETAPAS TÍPICAS DE UN TRATAMIENTO INDUSTRIAL Según el grado de tratamiento, un sistema de tratamiento de aguas residuales consiste de las siguientes etapas: tratamiento preliminar, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario. A continuación se describen las etapas de tratamientos y los equipos y sistemas respectivos. 5.6.1.- Tratamiento preliminar El tratamiento preliminar es una operación física ya que se emplea para separar sólidos de gran tamaño, sólidos suspendidos y flotantes, grasas, y compuestos orgánicos volátiles. 5.6.1.1.- Objetivos del tratamiento preliminar El objetivo del tratamiento preliminar, es la remoción de la mayor parte de los sólidos y


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materiales flotantes, que se encuentran en el agua residual cruda y que pueden ocasionar problemas o bajar la eficiencia en las siguientes etapas del tratamiento, específicamente en tuberías y equipos de bombeo, filtración, aireación, etc. Las operaciones del tratamiento preliminar incluyen la remoción de partículas gruesas, natas flotantes, eliminación del material inerte como piedra, arena y ceniza, así como la determinación de las condiciones hidráulicas del afluente al sistema. En este proceso se incluyen los siguientes equipos: rejillas, tamices, desarenadores, tanques de homogeneización. 5.6.1.2.- Equipos utilizados en el tratamiento preliminar • Rejillas Son aquellos tipos de enrejado que se utilizan para la separación de sólidos gruesos y se ubican transversalmente al flujo. Al pasar el agua el material grueso queda detenido en el enrejado y debe ser retirado manualmente o con dispositivos mecánicos adecuados. Dependiendo del espacio libre entre las barras de las rejillas, se pueden distinguir entre rejillas para material grueso y rejillas para material fino. Debido a que las rejillas suelen estar ubicadas en el canal de ingreso, el retiro continuo del material atrapado constituye una función clave para mantener el funcionamiento ininterrumpido de la planta. • Tamices Los primeros tamices eran de disco inclinado o de tambor, y se utilizaban como mecanismo de separación estos consistía en placas de bronce o de cobre con ranuras fresadas. Los tamices se adaptan especialmente para aplicaciones industriales en el caso de sustancias finas, posibles de tamizar. En algunos casos, se puede recuperar de este modo, materiales útiles. • Desarenadores Los desarenadores tienen la finalidad de sedimentar las partículas minerales cuyo tamaño varían entre 0.2 y 2.0 mm, que están presentes en las aguas residuales, con el objetivo de proteger las unidades de tratamientos que están aguas abajo contra la acumulación de arena, detrito y otros materiales inertes, también para evitar el desgaste de las bombas. Existen dos tipos generales de desarenadores [9]: − Desarenador de Flujo horizontal Atraviesa el desarenador en dirección horizontal, y consiste en un canal por el que circula el agua a velocidad comprendida entre 20 y 40 cm/s, a esta velocidad se produce la sedimentación de las arenas, que se recogen en el fondo del canal, bien de forma manual o mecánica, la velocidad rectilínea del flujo puede ser controlada mediante las dimensiones de la instalación o el uso de secciones de control provistas de vertederos especiales situados en el extremo de aguas abajo del tanque. − Desarenador de tipo Aireado Consiste en un tanque de aireación con flujo espiral, en el que la velocidad es controlada por las dimensiones del tanque y la cantidad del aire suministrado al mismo. La velocidad de la rotación transversal o la agitación determina el tamaño de las partículas de peso específico dado que serán eliminadas. Si la velocidad fuese demasiado grande, la arena


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será arrastrada fuera del tanque y, si fuese demasiado pequeña, habrá materia orgánica que se depositara junto con la arena. Con el debido ajuste, se obtendrá una eliminación de casi el 100% y la arena quedara bien lavada. El agua residual se desplaza a través del tanque siguiendo una trayectoria helicoidal y pasa dos o tres veces por el fondo del tanque a caudal máximo, e incluso más veces con caudales menores. El agua residual deberá introducirse en dirección transversal al tanque. La perdida de carga requerida por este tipo de tanque es mínima. 5.6.2.- Tratamiento primario 5.6.2.1.- Objetivos del tratamiento primario El objetivo del tratamiento primario es remover a través de los procesos de sedimentación, coagulación, precipitación y flotación, contaminantes que se pueden sedimentar, como sólidos sedimentables y suspendidos y aquellos que puedan flotar, como son las grasas, aceite y espuma. Cierta cantidad de nitrógeno orgánico, fósforo orgánico, gérmenes patógenos y metales pesados asociados con sólidos son también removidos durante esta etapa de tratamiento, pero los constituyentes coloidales y disueltos no son afectados. Entre los diferentes tipos de tratamiento primarios se encuentran, trampa de grasa aireado, sistema de flotación acelerada, tanque de sedimentación primario, tanque Imhoff, etc. 5.6.2.2.- Equipos utilizados en el tratamiento primario • Trampas de grasas Consisten en un deposito dispuesto de tal manera que la materia flotante (aceite, grasa, jabón, etc.) ascienda y permanezca en la superficie del agua residual hasta que se recoja y elimine, la mayoría de los separadores de grasas son rectangulares o circulares y están provistos para un tiempo de retención de 1 a 15 minutos. La salida, que está sumergida, se halla situada en el lado opuesto a la entrada y a una cota inferior a ésta para facilitar la flotación y eliminar cualquier sólido que pueda sedimentarse. • Equipo de flotación por disolución de aire (DAF) Los sistemas de flotación acelerada se utilizan cuando los sólidos en las aguas residuales sedimentan deficientemente o no llegan a hacerlo, debido a su bajo peso especifico. A algunas sustancias se les puede hacer flotar en forma natural, reduciendo la velocidad del flujo, sin embargo, otras solo flotan con la adición de compuestos químicos o burbujas de aire. La flotación por disolución de aire no es más que el impulso ascendente de sustancias no disueltas, provocadas por burbujas de aire que se adhieren a la superficie de una suspensión. Para garantizar la flotación debe contarse con una aireación adecuada y asegurarse que las burbujas de aire se adhieran a las partículas suspendidas; para ello se reduce la tensión superficial del agua mediante la adición de aglomerantes, consiguiéndose así la formación de una espuma más nítida. Algunos sistemas de flotación tienen un proceso de generación de espuma antes de flotación en sí, en este caso, se añade aire y agentes floculantes o espumantes al agua antes que pase al estanque de flotación. En la mayoría de los casos, el sistema de flotación es utilizado para tratar el agua que contiene aceites, grasa, sólidos suspendidos, fibras e incluso arenas. De esta forma se logran separar algunos residuos utilizables en la planta de subproductos, además de una reducción de la carga contaminante mediante la separación de sustancias coloidales suspendidas, reduciendo simultáneamente el valor de la DBO5.


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• Tanques de sedimentación primaria[9] Tiene como finalidad sedimentar los sólidos fácilmente sedimentables y el material flotante, por tanto, reducir el contenido de sólidos suspendidos. Cuando se utilizan como único medio de tratamiento, estos tanques sirven para la eliminación de sólidos sedimentables capaces de formar depósitos de fango en las aguas receptoras y de gran parte de las materias flotantes. Si se emplea como paso previo a un tratamiento biológico, su función es reducir la carga en las unidades de tratamiento biológico. Los fangos de sedimentación primaria que estén proyectados y operados eficazmente, deberán eliminar del 50 al 65 % de los sólidos suspendidos, del 25 al 40 % de la DBO5. Los tanques de sedimentación se diseñan actualmente basándose en la carga superficial para el caudal medio, expresada en metros cúbicos por día y por metro cuadrado del área horizontal. La elección de la carga idónea depende del tipo de suspensión a separarse. El efecto de la carga de superficie y del tiempo de retención en la eliminación de los sólidos suspendidos varía mucho según el tipo de agua residual, proporción de sólidos sedimentables, concentración de sólidos, así como otros factores. Las cargas de superficies que se utilizan en la actualidad dan como resultado tiempos nominales de retención de 2 a 2.5 horas para el caudal medio del proyecto. El volumen de fango producido en los tanques de sedimentación dependerá: de las características del agua residual sin tratar, incluyendo su edad e intensidad, del periodo de sedimentación y el grado de tratamiento que se vaya a realizar en los tanques, del estado de los sólidos sedimentados, incluyendo el peso especifico, el contenido de agua y cambios de volumen producidos bajo la influencia de los dispositivos mecánicos de eliminación del fango o de la profundidad del tanque, y del periodo de tiempo transcurrido entre las operaciones de extracción de los fangos. 5.6.3.- Tratamiento secundario 5.6.3.1.- Objetivos del tratamiento secundario Se emplean en procesos biológicos - químicos, cuyo objetivo es eliminar la mayor parte de la materia orgánica, gérmenes, patógenos y nutrientes como nitrógeno y fósforo, a través de los procesos bioquímicos en los cuales los microorganismos son los responsables para la biodegradación. Los microorganismos pueden ser de tipo aeróbicos, anaerobios o facultativos (combinación de aeróbicos y anaerobios). Existen diferentes tipos de tratamiento secundario los cuales se distinguen en sistemas anaerobios, aerobios y facultativos, según los procesos aplicados, y que pueden ser combinados para lograr un mayor grado de remoción de contaminantes. Entre los más usados en Nicaragua se encuentran: Lodos activados, filtros percoladores, lagunas de estabilización, biofiltros, filtros anaerobios, etc. 5.6.3.2.- Equipos utilizados en el tratamiento secundario • Digestor anaerobio Existen muchos tipos de digestores anaerobios, sin embargo todos ellos comparten características invariables; consisten en depósitos cerrados herméticamente, son construidos con techo en forma de domo donde se deposita el biogás, poseen deflectores o sistemas de agitación y se construyen con purgas para la evacuación periódica de los lodos


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generados en su interior. Las diferencias entre los tipos de digestores radican principalmente en la forma de alimentación, su geometría, tiempo de retención, recirculación, la utilización de lechos filtrantes, características de operación entre otros. − Sobrecargas orgánicas / choques térmicos[15] Un incremento de carga orgánica o una disminución térmica, provoca una disminución en la actividad de los microorganismos implicados y, por ende, un aumento en la relación carga orgánica y actividad microbiana. Por ellos los efectos finales sobre el reactor suelen ser similares o estar en dependencia del sustrato utilizado, tipo de reactor y rango de temperatura de operación. El fenómeno más importante y temido es el de acidificación total del digestor, el cual se ha esquematizado en una serie de síntomas previos que se presentan a continuación: a) Aumento de la concentración de hidrógeno y gases trazas, como el CO, debido a la

imposibilidad de los microorganismos hidrogenófilos, y en su caso los sulfatos y nitratos reductores, de metabolizar el hidrógeno reducido en exceso por los microorganismos acidogénicos.

b) Acumulación de Ácidos Grasos Volátiles (AGV), principalmente ácido butírico

(HnBu) y ácido propiónico (HPr) en un primer momento. Este fenómeno trae con sigo la disminución de alcalinidad de bicarbonatos, aumentando la relación de alcalinidad intermedia/ alcalinidad total (factor de alcalinidad). Se produce además una síntesis y posterior acumulación de ácidos de cadena más larga, apareciendo también compuestos ramificados. Si se trata de una sobrecarga orgánica los casos a y b van acompañados de un incremento en la producción de biogás.

c) Se agota la reserva alcalina de bicarbonato, observándose por tanto un momento en la

concentración de CO2 en gas y una disminución apreciable del pH. d) Por el efecto combinado pH-concentración de AGV se inhibe la actividad de las

bacterias metanogénicas acetoclastas, aumentando en mayor proporción la concentración de acetato, obteniéndose como resultado final del ciclo el cese de la metanogénesis y una disminución final del pH, momento en el que se dice que el reactor está acidificado.

Las acciones a emprender están basadas en tratar de restablecer la relación carga / actividad de microorganismos, por lo que algunas de las medidas posibles serán; cargar el digestor con lodos activos adicionales (proceso conocido como doping), aumenta temporalmente la temperatura (en el caso de que no se opere en un optimo superior), disminuir la carga orgánica o caudal de alimentación o proceder a una dilución del afluente. Las diferentes actuaciones no son equivalentes, pues la segunda medida favorece un lavado del sistema sobre todo si este no dispone de un proceso de retención eficaz de la biomasa. − Sobrecarga hidráulica[15] La sobrecarga hidráulica consiste en la alimentación del sistema a un caudal superior al del diseño, y está vinculado muchas veces con una sobrecarga orgánica. Los efectos que puedan observarse son similares de los antes explicados aunque, si los procesos de retención de la biomasa no funcionan adecuadamente, pueden producirse afectaciones del sistema al ser eliminadas una parte significativa de su biomasa.


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− Inhibidores Por accidente o por mala operación en la planta de proceso donde se generan las aguas residuales pueden entrar sustancias inhibitorias al sistema de tratamiento. Dependiendo de los efectos que ejercen, pueden ser considerados como inhibidor metabólico, inhibidor fisiológico o bactericida. Aunque en el primer momento los efectos que se observan pueden ser similares, la perdida de actividad del sistema y los efectos a medio y largo plazo son muy diferentes. Así, los compuestos del primer tipo causan una inhibición reversible, recuperándose la actividad bacteriana original una vez que el compuesto haya desaparecido del medio. Los inhibidores fisiológicos mantienen sus efectos durante algún periodo posterior, ya que afectan a componentes subcelulares de las bacterias. Los agentes bactericidas ejercen una acción catastrófica ya que causan la muerte de una gran parte de la flora microbiana. • Filtro anaerobio[7] Es una técnica en la cual se realiza un proceso biológico de depuración en ausencia de oxígeno molecular disuelto. El filtro se basa en la posibilidad de lograr una alta concentración de biomasa o microorganismos en el interior de un reactor, esto se alcanza a través de los siguientes mecanismos: Adhesión de microorganismos a un medio de soporte, formando una película biológica y atrapamiento de flóculos bacterianos en los intersticios del material que rellena el filtro percolador. El filtro percolador es una cámara en la cual se coloca el soporte o relleno (medios filtrantes), para favorecer la filtración. De acuerdo a las características del líquido residual a tratar existen diferentes combinaciones en las que se mencionan:

Flujo ascendente y lecho ordenado Flujo ascendente y lecho desordenado Flujo descendente y lecho ordenado Flujo descendente y lecho desordenado

El filtro cuando el relleno es desordenado con flujo ascendente; el filtro anaerobio retiene la biomasa en suspensión por lo que el proceso puede ser considerado como una combinación de un lecho de lodos y un lecho fijo. − Operación del filtro anaeróbico y características ambientales El efluente pasa por un proceso de tamizado, con el objetivo de separar los sólidos en suspensión, y así evitar posibles obstrucciones en el lecho filtrante o material de soporte, corto circuitos o desviación del flujo ideal. El efluente se introduce al reactor mediante un sistema sencillo de distribución de la alimentación (canales, tuberías, etc.). Entre los materiales usados en el soporte del filtro anaerobio se tiene: piedra, anillo de cerámica o plástico, fragmentos arcillosos y materiales porosos. El material de soporte se coloca disperso para evitar la formación de caminos preferenciales, evitando de esta forma las zonas muertas. Es importante que el filtro o soporte posea una alta superficie y una amplia relación entre vacíos que permitan un mayor contacto entre la capa biológica y el agua residual. Se recomienda un periodo de retención de 12 a 24 horas. El filtro anaerobio puede utilizarse


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en procesos de recirculación cuando las entradas de cargas orgánicas son considerables, así como las variaciones del pH en el afluente. En el proceso de digestión anaerobia se produce biogás, el cual es altamente volátil, por lo que puede se usado como fuente de energía. La elevada concentración de microorganismos dentro del reactor permite que puedan alcanzar bajos tiempos de retención hidráulica y altas eficiencias. La actividad óptima se sitúa alrededor de los 35°C. Se puede trabajar a valores de pH entre 6 y 8 sin pérdidas significativas de actividad metanogénica. Se agota la reserva alcalina de bicarbonato, observándose por tanto un aumento en la concentración de CO2 en el gas y una disminución apreciable del pH. − Ventajas y desventajas de los filtros anaerobios Entre las ventajas se puede mencionar: elevada capacidad de tratamiento, apto para diferentes aguas residuales, requiere poca superficie y son resistentes a fluctuaciones de carga orgánica aplicada. Como desventajas se tiene: Puesta en marcha muy lenta, riesgo de oclusiones, se limitan a aguas residuales con poco sólidos suspendidos, sensibles a altas concentraciones de calcio y elevado costo del medio filtrante. Figura 5.6.3.2.-a: Esquema de un filtro Anaeróbico de Flujo Ascendente (FAFA)

1- Entrada del afluente. 2- Salida del efluente. 3- Salida del gas. 4 – Salida del lodo. 5-Relleno.

• Biofiltros[1] El biofiltro es un filtro biológico que utiliza un lecho filtrante de grava o piedra volcánica, sembrado en su superficie con plantas de pantano y atravesado de forma horizontal o vertical con aguas residuales pretratadas. Este ambiente sostenedor y promotor de la vida microbiana se mantiene principalmente gracias a la presencia de dos ciclos naturales mayores: el del agua como fuente de abastecimiento y el del carbono como nutriente. También puede añadirse como indispensables los ciclos del nitrógeno, del fósforo, del


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azufre y de otros elementos, ya que las fuentes de nutrientes orgánicos y los microorganismos poseen esos elementos en distintas concentraciones. Este tipo de sistema resulta ser efectivo en el tratamiento secundario de aguas residuales, funcionando automáticamente y sin gastos para suministros de energía, aplicación de aditivos químicos o control instrumentado. El sistema no tiene piezas móviles o partes de tecnología avanzada, por eso el mantenimiento y/o reparaciones no es costoso ni exigente. − Funcionamiento Las bacterias, responsables para la degradación de la materia orgánica, utilizan la superficie del lecho filtrante para la formación de una película bacteriana y de esta manera existe una población bastante estable que no es arrastrada hacia la salida del sistema. El suministro del oxígeno de la atmósfera al subsuelo en el biofiltro se realiza a través de las raíces de plantas de pantano, formándose alrededor de las raíces una población de bacterias aeróbicas. Las plantas aportan oxígeno atmosférico a la rizósfera a través de las hojas, tallos y rizomas. El agua residual se trata así aeróbicamente por la actividad microbiana en la rizósfera y anaerobiamente en los poros de las piedras del lecho filtrante. − Descripción del biofiltro de flujo horizontal El biofiltro de flujo horizontal consiste de pilas rectangulares con profundidades que oscilan entre 0.6 y 1m, rellenados con grava o piedras volcánicas y sembradas con plantas de pantano. En este tipo de sistemas de aguas residuales fluyen lentamente, desde su distribución a la entrada de la pila, a través del lecho filtrante en una trayectoria horizontal hasta que llegan a la zona de recolección y salida del efluente. Durante este recorrido que dura normalmente varios días, el agua residual esta en contacto con zonas aeróbicas y anaerobias, de las cuales las zonas aeróbicas están ubicadas alrededor de las raíces y rizomas (tallos subterráneos) de las macrófitas, y las zonas anaerobias están ubicadas en las áreas lejanas a los rizomas donde las bacterias anaerobias usan las piedras del lecho filtrantes como base para el desarrollo de la película bacteriana. Durante el paso del agua residual a través de las diferentes etapas de tratamiento, es depurada por la degradación microbiológica y procesos físicos-químicos para mantener la eficiencia del sistema durante muchos años y evitar la obstrucción de los poros del lecho filtrante por lo que se necesita un pretratamiento eficiente, que incluye la separación del material grueso, nata flotante y sólidos sedimentables y suspendidos, a través de una rejilla, un desarenador y un tanque de sedimentación (tanque Imhoff, tanque séptico de 2 ó 3 cámaras). − Características principales del biofiltro de flujo horizontal 1.- La cantidad de oxigeno transportado por medio de las hojas y tallos hacia las raíces de las macrófitas, es un factor limitante para la descomposición aeróbica en la rizósfera, dándose la nitrificación solo a niveles bajos. 2.- Las raíces de las macrófitas crecen vertical y horizontalmente, abriendo así una vía o ruta hidráulica a través de la cual fluye el agua. 3.- Los sistemas de este tipo varían dependiendo de las siguientes condiciones: topografía y pendiente del terreno donde se construye la planta de tratamiento, disposición y tipos de


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los materiales locales de construcción, selección de las obras para la distribución y recolección de las aguas residuales y selección de plantas de pantano a sembrar. 4.- El tiempo de retención oscila en el rango de 3 a 7 días, en dependencia del grado deseado de remoción de microorganismos patógenos. Figura 5.6.3.2.-b: Esquema de un Biofiltro de flujo horizontal utilizado en Nicaragua[1] • Lagunas de estabilización [2,8] El termino lagunas de estabilización se describe como un estanque construido de tierra, de profundidad reducida (< 5m), diseñados para el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales, por medio de la interacción de la biomasa, materia orgánica de desecho y otros procesos naturales. La finalidad de este proceso es entregar un efluente de características múltiples establecidas. Existen varias formas de clasificar las lagunas; de acuerdo con el contenido de oxígeno pueden ser: anaerobias, aeróbicas y facultativas. Si el oxígeno es suministrado artificialmente con aireación mecánica o aire comprimido se denominan lagunas aireadas. De acuerdo con el lugar que ocupan, con relación a otros procesos, las lagunas pueden clasificarse como primarias o de aguas residuales crudas, secundarias si reciben efluentes de otros procesos de tratamiento y, de maduración si su propósito fundamental es reducir el número de microorganismos patógenos. • Lagunas anaerobias Este proceso de tratamiento opera bajo una condición de ausencia de oxígeno libre y esta caracterizado por el empleo de una alta carga orgánica y por consiguiente un corto periodo de retención. El aspecto físico de estas lagunas es de coloración gris o negra, cuando por efecto de una carga adecuada, presentan condiciones de fermentación de la materia orgánica. Sin embargo se han observado lagunas diseñadas como anaeróbicas que en la etapa de operación inicial y con cargas reducidas, no han llegado a establecer las

Cuerpo de piedra gruesa de φ 2” - 4” para drenaje del efluente

Al cuerpo receptor o riego agrícola

Nivel del agua

Capa impermeable de arcilla compactada

Tubería de drenaje

Caja de recolección

Macrófitas

Canal de distribución del afluente al Biofiltro

Lecho filtrante de piedrín o escoria volcánica

Cuerpo de piedra gruesa (2” - 4”)

100 cm

Nivel del lecho filtrante


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condiciones anaeróbicas y presentan una coloración rosada, lo cual es característico de la presencia de bacterias del sulfuro. Las lagunas anaerobias pueden ser usadas por una primera etapa en el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales y presentan una serie de factores positivos y negativos que tienen que ser considerados antes de su uso. Entre las ventajas podemos mencionar: bajos costos debido a que los requerimientos de área son reducidos, son aptas para tratar altas concentraciones y son empleadas con éxito en el tratamiento de una variedad de desechos industriales biodegradables. Como desventajas se tienen que el proceso es muy sensible a factores ambientales y operativos como: temperatura, variaciones bruscas de carga y de pH, lo cual reduce su eficiencia produciendo un efluente de mala calidad. La acumulación de natas presenta un aspecto desagradable y condiciones estéticas desfavorables, lo cual normalmente incide en el mantenimiento. El efluente del proceso tiene un alto contenido de materia orgánica y color, lo que hace necesario una siguiente fase de tratamiento. Los malos olores ocasionales y sobre todo en los primeros años de la operación, con bajas cargas las hacen indeseables en la cercanía de viviendas, por lo que deben ser construidas a considerables distancias con límites urbanos. Debido a su reducida área la acumulación de sólidos es más rápida que en otros tipos de lagunas, lo cual produce una degeneración de la calidad del efluente y requiere de una limpieza de lodos mas frecuente. • Lagunas facultativas[15] Son estanques de 1.2 a 2 m. de profundidad y su contenido de oxígeno varía de acuerdo a la profundidad y la hora del día. Su ubicación como unidad de tratamiento en sistemas de lagunas puede ser como laguna primaria única o unidad secundaria después de lagunas anaeróbicas o aireadas. El mecanismo característico de las lagunas facultativas ocurre en el estrato superior y corresponde a una simbiosis o comensalismo de bacterias aeróbicas y algas. Las bacterias heterotróficas descomponen la materia orgánica produciendo compuestos inorgánicos solubles y bióxidos de carbonos. La cantidad de oxígeno requerido para esta degradación es suministrada principalmente por el proceso de fotosíntesis. Las bacterias forman el oxígeno proveniente de las algas para la descomposición de la materia orgánica y estas a su ves lo producen a través del mecanismo de fotosíntesis, cuya reducción de producción se debe a la formación de CO2, NH3, PO4, H2O y otros compuestos simples. En la laguna facultativa existen 3 zonas:

Una zona superficial en las que existen bacterias aeróbicas y algas en una relación simbiótica.

Una zona inferior anaerobia en la que se descompone activamente los sólidos

acumulados por la acción de las bacterias anaerobias.

Una zona intermedia que es parcialmente aerobia–anaerobia en la que la descomposición de los residuos orgánicos la llevan a cabo las bacterias facultativas.


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• Lagunas de maduración [2,5] Son lagunas de escasa profundidad entre 0.8-1m, que reciben efluentes previamente tratados, de modo que la luz penetre totalmente y las condiciones aeróbicas se den en todo el estanque. La oxidación de las bacterias aeróbicas y la fotosíntesis de las algas, que proliferan en gran medida, son los principales procesos biológicos que se producen en ella. Según la OMS, un efluente de una laguna facultativa, con una DBO5 soluble de 50 a 70 mg/L, puede tratarse mediante una o más lagunas de maduración y reducírsele su DBO5 soluble a menos de 25 mg/L. Las lagunas de maduración se construyen generalmente con tiempos de retención de 3 a 10 días cada una, mínimo 5 días cuando se usa una sola y profundidades de 1.0 a 1.5 metros. En la practica, el número de lagunas de maduración lo determinan el tiempo de retención necesaria, que permita alcanzar la remoción de coliformes fecales requerida. • Lagunas de estabilización aireadas [5,15] Una laguna aireada es un depósito en el que el agua residual se trata en la modalidad de flujo continuo sin o con recirculación de sólidos. La principal función en este proceso es la conversión de la materia orgánica. Normalmente se suele aportar oxígeno con aireadores superficiales o con sistemas de difusión de aire. Al igual que en otros sistemas de cultivo en suspensión, la turbulencia creada por los sistemas de aireación se utiliza para mantener en suspensión el contenido del depósito. Dependiendo del tiempo de retención, el efluente de una laguna aireada puede contener entre un tercio y la mitad de la DBO5 afluente, en forma de tejido celular. La mayor parte de estos sólidos se debe eliminar por decantación antes de la descarga del efluente (un tanque de sedimentación o un estanque suele ser elementos habituales en la mayoría de los sistemas de lagunaje). Si se realiza la recirculación de sólidos a la laguna, el proceso no presenta diferencia alguna con proceso de fangos activados modificado. Se utilizan para reducir las sustancias orgánicas que contienen el desagüe crudo o tratado mecánicamente, en ves de oxígeno de las algas o de su incorporación natural de la atmósfera, se introduce aire en la laguna por medios mecánicos o distribuidores de aire. Un estanque de estabilización aerobia contiene bacterias y algas en suspensión, existiendo condiciones aeróbicas en toda su profundidad. Existen dos tipos básicos de estanques aerobios. En el primer tipo, el objetivo es maximizar la producción de algas, la profundidad de este tipo de estanques se suele limitar entre 15 y 50 cm. El segundo tipo de estanque, el objetivo es maximizar la cantidad de oxígeno producido, y se emplean profundidades de hasta 1.5 m. En ambos tipos, el oxígeno, además del producido por las algas, penetra en el líquido por la difusión atmosférica. Para optimizar los resultados, es conveniente mezclar periódicamente el contenido de los estanques por medio de bombas o de aireadores de superficie. En los estanques aerobios, la eficacia de la eliminación de la DBO5 es alta, situándose por encima del 95%. Sin embargo, es necesario recordar que, aun cuando se halla conseguido eliminar la DBO5 soluble del agua residual a tratar, el alto contenido en algas y bacterias del efluente del estanque puede ejercer valores de la DBO5 superiores a los del afluente.


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• Sistemas de lodos activados El lodo activado consiste en una masa floculenta de microorganismos, materia orgánica muerta y materiales inorgánicos; tiene la propiedad de poseer una superficie altamente activa para la absorción de materiales coloidales y suspendidos, a la cual debe su nombre de activado. El resultado final es una porción de materia orgánica, susceptible de descomposición biológica, convertida en compuestos inorgánicos y el resto transformada en lodo activado adicional. El medio ambiental de un sistema de lodos activados puede considerarse un medio acuático, es colonizado por microorganismos muy variados, como bacterias, hongos, protozoos y metazoos pequeños; la agitación constante y la recirculación de los lodos hacen, sin embargo el medio inhóspito para la macro fauna acuática. Básicamente, la comunidad de lodos activados puede ser muy variable y depende de:

Naturaleza del suministro alimenticio Concentración del alimento Turbulencia Temperatura Tiempo de aireación Concentración de lodos

- Descripción del proceso Las aguas residuales crudas fluyen en el tanque de aireación con su contenido de materia orgánica (DBO5) como suministro alimenticio. Las bacterias metabolizan los residuos produciendo nuevas bacterias utilizando oxigeno disuelto y liberando dióxido de carbono. Los protozoos consumen bacterias para obtener energía y reproducirse. Una porción del crecimiento bacterial muere, liberando su contenido celular en la solución para una nueva síntesis en células microbiales. La mezcla líquida, aguas residuales con floc biológico en suspensión, es separada en un sedimentador; se recircula floc sedimentado continuamente al tanque de aireación y se descarga el efluente clarificado. El sistema de lodos activados es un proceso estrictamente aerobio, ya que el floc microbial se mantiene siempre en suspensión en la mezcla aireada del tanque, en presencia de oxígeno disuelto. La transferencia de oxígeno ocurre en dos etapas, las burbujas de aire se crean, mediante aire comprimido, a través de un difusor o por medio de aireación mecánica, para introducir oxigeno en el líquido mediante mezcla turbulenta. • Sistema convencional de lodos activados Los lodos recirculados y el agua residual proveniente del sedimentador primario, si lo hay, entra en el tanque de aireación, donde son aireados y mezclados a medida que la mezcla líquida (lodos + agua residual) fluye a lo largo del tanque. Los microorganismos estabilizan aeróbicamente la materia orgánica en el tanque de aireación y fluye el sedimentador secundario donde el floc biológico es separado del agua residual dejando un efluente claro de bajo contenido orgánico. Una porción de los lodos es recirculada al tanque de aireación como simiente y el exceso, enviado al sistema de tratamiento y disposición de lodos.


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Figura 5.6.3.2.-c: Esquema del proceso de lodos activados − Lodos activados del tipo SBR[7,8] El SBR es un sistema de tratamiento aeróbico de aguas residuales conocido por sus siglas en ingles “Sequencing Batch Reactor” (SBR). Este es un sistema de tratamiento biológico aireado de alta carga, en medio suspendidos o disperso, dentro del tipo de lodos activados, cuyo funcionamiento se basa en la secuencia de ciclo de llenado y vaciado, el que está compuesto por microorganismos que son capaces de romper y metabolizar los principales contaminantes presentes en el agua residual. Los dos principales métodos para la aireación del agua residual son: (1) la introducción en el agua residual de aire u oxígeno puro mediante difusores sumergidos u otros sistemas de aireación, y (2) agitación mecánica del agua residual para promover la disolución de aire de la atmósfera. Para determinar el tipo de sistema de lodos activados se debe tomar en cuenta lo siguiente: (1) criterios de carga; (2) selección del tipo de reactor; (3) producción de fangos; (4) transferencia y necesidad de oxígeno; (5) necesidad de nutrientes; (6) exigencias ambientales; (7) separación de las fases sólidas líquidas y (8) características del efluente. − Funcionamiento y parámetros de operación del SBR Todos los sistemas SBR tienen en común cinco etapas que tienen lugar de forma secuencial: (1) llenado, (2) reacción (aireación), (3) sedimentación (clarificación), extracción (vaciado por decantación), y (5) fase inactiva. − Llenado El objetivo de esta fase es la adición de sustrato (agua de afluente inicial) al reactor. Esta fase permite que el nivel del líquido en el depósito ascienda desde cerca del 25% de la capacidad (al final de la fase inactiva) hasta el 100% de su capacidad. Este proceso suele llevar aproximadamente el 25% de la duración total del ciclo. − Reacción El propósito de esta fase es que se completen las reacciones iniciadas durante la fase de llenado. Suele ocupar el 35% de la duración total del ciclo.

Tanque de aireación

Sedimentador Secundario Efluente

Lodos activados

Exceso de lodos

Residuo


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− Sedimentación El objetivo de esta fase es permitir la separación de sólidos, para conseguir un sobrenadante clarificado como efluente. En un reactor de este tipo, este proceso suele ser mucho más eficiente que en un reactor de flujo continuo debido a que el contenido del reactor esta completamente en reposo. − Vaciado El propósito de la fase de vaciado es la extracción del agua clarificada del reactor. Actualmente se emplean muchos métodos de decantación, siendo los mas empleados los vertederos flotantes o ajustables. El tiempo que se dedica al vaciado del reactor puede variar entre el 20 y el 50% de la duración total del ciclo. − Parámetros de operación del SBR Los nutrientes, fundamentalmente el nitrógeno y el fósforo, deben estar presentes en las cantidades y proporciones adecuadas. El exceso de nutrientes no tiene efecto negativo en el tratamiento excepto el de favorecer, en algunos casos el crecimiento de algas. Él oxígeno disuelto, es otro factor ambiental importante para un tratamiento eficiente, se controla con los dispositivos de aireación y su valor mínimo es de 0.5 mg/L todo el tiempo y en cualquier punto del reactor. Es deseable tener valores mayores que 1.0 mg/L. El pH es otro factor a considerar. Debe estar como mínimo entre 6 y 9, pero se prefiere entre 7 y 8. Por debajo de los 6.5 empieza a predominar los hongos, que son filamentosos y de bajo nivel de sedimentación, afectando negativamente la sedimentación de los lodos. Con valores mayores de 9 se retarda la tasa de reacción metabólica de los microorganismos. La temperatura, en general se considera con un aumento de 10 oC duplica las tasas metabólicas. Por encima de 35 oC en los sistemas aeróbicos, de lodos activados empieza a desestabilizarse. − Ventajas y desventajas del SBR Este tipo de sistema tiene las siguientes ventajas: Buena calidad de las aguas tratadas, no produce olores desagradables, son más baratos de construir que los sistemas convencionales de lodos activados por requerir menos área, control automático de las operaciones, aunque también pueden ser operados manualmente y no requieren una regulación del pH en el efluente. Dentro de las desventajas se mencionan: demanda de energía eléctrica diaria y durante períodos prolongados, implicando altos costos de operación y mantenimiento, sensibilidad a los cortes de energía eléctrica, dependencia de repuestos mecánicos y electromecánicos y generación de grandes volúmenes de lodos que requieren extensas áreas de secado.


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5.6.4.- Tratamiento terciario [8,9] El tratamiento terciario y/o avanzado del agua residual se emplean cuando los constituyentes del agua residual no pueden ser removidos o reducido por el tratamiento secundario hasta el nivel requerido. 5.6.4.1.- Objetivos del tratamiento terciario El objetivo principal de los tratamientos terciarios es mejorar la cantidad del efluente a través de tratamientos específicos como son: desnitrificación (remoción de nitratos y nitritos), cloración o radiación ultravioleta (eliminación de patógenos) y precipitación química (remoción de fósforo), en la cual se dan principalmente tres tipos:

− Eliminación biológica de fósforo: este se elimina mediante la incorporación de ortofósfato, polifósfato y fósforo orgánico al tejido celular. El factor critico en la eliminación biológica del fósforo es la exposición de los organismos a secuencias alternadas de condiciones aeróbicas y anaerobias. El fósforo no solo se emplea para el mantenimiento celular, síntesis y transporte de energía, si no que también se almacena para su uso posterior.

− Eliminación biológica conjunta de nitrógeno y fósforo: mediante nitrificación y

Desnitrificación biológica y eliminación de fósforo. − Eliminación de fósforo por adición de reactivos químicos: la adición de determinado

producto químico al agua residual y su combinación con el fosfato existente, da lugar a la formación de sales insolubles o de baja solubilidad. Los principales productos químicos empleados son la alúmina, el aluminato de sodio, el cloruro férrico y la cal. Los factores que afectan la elección de los productos químicos para la eliminación de fósforo por precipitación son los sólidos suspendidos en las aguas residuales, el nivel del fósforo en el efluente, el costo de los reactivos, la alcalinidad, los métodos de evaluación final y la compatibilidad con otros procesos del tratamiento de la planta.

5.7.-LODOS PROVENIENTES DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES [5] 5.7.1.- Definición de lodos Los lodos son partículados orgánicos e inorgánicos en las aguas residuales como sólidos sedimentables, flotantes y en suspensión. Separados del agua residual durante las distintas etapas de tratamiento. 5.7.2.- Tipos y cantidades de lodos Los lodos que se producen en los procesos de tratamiento de aguas son principalmente los siguientes: − Lodos primarios provenientes de desarenadores y rejillas: incluyen arena y sólidos

pesados de sedimentación rápida; pueden contener materia orgánica, especialmente grasas.


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− Lodo primario proveniente de la sedimentación de aguas residuales: Lodo de color gris pegajoso, de olor ofensivo, proveniente de los sedimentadores primarios, generalmente fácil de digerir.

− Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residuales (lodos

activados), son de color carmelita y floculentos, volviéndose séptico muy rápido de color oscuro, necesitándose tratamiento para ser estabilizados y no putrescibles.

Los lodos crudos de los tanques de sedimentación primarios, junto con los lodos biológicos de los tanques finales, se deben concentrar y estabilizar antes de deshacerse de ellos en terrenos. La digestión aerobia o anaerobia es el método más usual para conseguir esto, y puede ser suficiente y no requerirse más desecación u oxidación antes de la eliminación final. Las cantidades de lodos por procesar varían con el tipo de proceso de tratamiento de aguas residuales en el que se emplean. El volumen de lodos que se produce con sedimentación gravitatoria se puede determinar si se conoce el porcentaje de separación de sólidos suspendidos y la concentración del material sedimentado. Las cantidades que se producen por procesos biológicos aerobios dependen de la carga de DBO5. Para sistemas de películas fijas como los filtros percoladores, el excedente de producción de lodos biológico por lo común es entre 0.3 y 0.5 g SVS/g (sólidos volátiles suspendidos) de DBO5 aplicada, en donde el valor más bajo corresponde a cargas de DBO5 ligeras y el mayor a cargas más fuertes. En los sistemas de tratamiento de lodos activados provenientes de aguas domesticas, la producción está en un rango de 10 kg de lodo por 1kg de DBO5 degradado, lo que equivale a 5 L/hab día de lodos crudos [12]. 5.7.3.- Caracterización de los lodos [11] Los lodos en bruto originales forman un líquido negro, mal oliente con 97 ó 98% de agua. Asimismo, es muy probable que contengan microorganismos patógenos. Si no hay presente otros microorganismos patógenos este lodo puede tratarse para convertirse en materia orgánica rica en nutrientes y utilizable como fertilizante orgánico, de los cuales existen cuatro métodos: la digestión anaerobia, la preparación de composta, la pasteurización y la estabilización con cal. Ninguno de estos métodos recoge sustancias tóxicas como metales pesados o compuestos sintéticos orgánicos no biodegradables ya que no serian aptos para su utilización como fertilizantes orgánicos. 5.7.4.- Digestión aeróbica [8,13] La digestión aerobia es un método de tratar los fangos orgánicos producidos en el curso de las diversas operaciones de tratamientos. Los digestores aeróbicos se usan para tratar: únicamente lodos activados o de filtros percoladores; mezclas de lodos activados o de filtros percoladores con fangos primarios, o lodos biológicos en exceso procedente de las plantas de tratamiento de lodos activados sin sedimentación primaria. Actualmente suelen emplearse dos variantes del proceso de digestión aerobia: (1) el sistema convencional y (2) el sistema con oxígeno puro, aunque también se ha empleado la digestión aerobia termófila.


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5.7.4.1.-Descripción del proceso aeróbico La digestión aerobia es semejante al proceso de lodos activados. Cuando la aportación de substrato disponible (alimento) se haya agotado, los microorganismos comenzaran 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 se encuentran en su fase endógena. El tejido celular es aeróbicamente oxidado a anhídrido carbónico, agua y amoniaco. Sin embargo, debe indicarse que solo el 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 al proseguir la digestión. Cuando el lodo activado o el procedente de filtro percolador se mezcla con lodo primario y la combinación resultante haya de ser digerida por vía aerobia, habrá oxidación directa de la materia orgánica contenida en el lodo primario y oxidación endógena del tejido celular. 5.7.4.2.-Ventajas y desventajas de la digestión aeróbica Dentro de las ventajas se pueden mencionar: (1) reducción de sólidos volátiles aproximadamente igual a la obtenida por vía anaerobia; (2) menores concentraciones de DBO5 en el líquido sobrenadante; (3) formación de un producto final inodoro, parecido al humus que es biológicamente estable y que puede ser fácilmente eliminado; (4) producción de un lodo con excelentes características de deshidratación; (5) recuperación de los valores fertilizantes básicos de lodos; (6) menores problemas operativos, y (7) menor inversión de capital. Entre las principales desventajas del proceso de digestión aerobia son los elevados costos de energía cuando se utiliza el sistema con oxígeno puro y difícil recuperación de subproductos útiles como el metano. 5.7.5.-Digestión anaeróbica La digestión de lodos se aplica con el propósito de producir un compuesto final más estable y eliminar cualquier microorganismo patógeno presente en el lodo crudo. La digestión anaerobia se usa principalmente para estabilizar lodos primarios y secundarios. El primario es un lodo digerible con fuerte olor fecal. La reducción de sólidos volátiles es el criterio usado para medir el rendimiento de los procesos de digestión de lodos. El resultado de la digestión es reducir con el contenido volátil a cerca del 50% y los sólidos a aproximadamente un 70% de los valores originales. Los sólidos orgánicos remanentes son de naturaleza homogénea, relativamente estables, con olor a alquitrán; sin embargo, la deshidratación del lodo digerido es difícil. El proceso convencional de digestión anaerobia se efectúa en dos etapas: La primera, con calentamiento y mezcla, produce la mayor cantidad de gas y la segunda es una etapa de asentamiento tranquilo usada para el almacenamiento, espesamiento del lodo digerido y la formación de un sobrenadante claro. El sobrenadante, rico en material orgánico soluble (DBO5 hasta 10.000 mg/L), sé recircula para tratamiento aerobio en la nata y el lodo digerido es extraído para secado y disposición final.


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5.7.5.1.-Ventajas y desventajas de la digestión anaeróbica Dentro de las ventajas se pueden mencionar una mayor mortalidad de microorganismos patógenos, permite reducir el contenido de SV acerca del 50%, se produce una, mayor cantidad de gas metano, permite una alta tasa de destrucción de materia orgánica y el lodo digerido presenta mejores características que cuando se trata aeróbicamente. De las desventajas podemos mencionar la generación de malos olores y difícil deshidratación del lodo digerido. 5.7.6.- Valor y utilización de los lodos [5] Si el agua residual tratada no contiene sustancias tóxicas, el caso de las aguas procedentes de las industrias alimenticias, pueden ser reutilizadas como mejorador de suelos en el cual se pueden establecer un ciclo sostenible de nutrientes en el suelo. En el caso de otros tipos de aguas residuales industriales en la que existe la presencia de metales pesados es necesario la realización de análisis previo de forma cuidadosa a los lodos 5.8.-ESTIMACIÓN DE COSTO POR METRO CÚBICO DE AGUA TRATADA. Lo más importante es identificar el costo por metro cúbico de agua residual industrial tratada a un nivel de eficiencia en las normas de vertido establecidas en el decreto 33-95 del MARENA, ya que es evidente que los sistemas de tratamiento por biodegradación natural resultan ser aparentemente menos costosos que los sistemas de tratamientos industrializados (Planta paquete). 5.8.1.- Determinación de costos Es necesario hacer una comparación de costos de diferentes sistemas de tratamiento de aguas residual para hacer la selección de la alternativa del costo mínimo. Dicho costo depende, básicamente, del costo de construcción, de los costos de operación y mantenimiento y de la vida útil. • Costos de construcción El costo de construcción o de obras civiles implica todas las erogaciones que deben involucrarse para construir y equipar totalmente una planta de tratamiento hasta la prueba de estructuras. • Costos de operación Dentro de los costos de operación se puede distinguir tres rangos principales que son: Personal, energía eléctrica, agua y reactivos. • Costos de mantenimiento Entre los costos de mantenimiento se consideran: El mantenimiento preventivo para los equipos, esencialmente equipos electromecánicos y mantenimiento de obras civiles.


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VI.- MATERIAL Y MÉTODO 6.1.- ÁREA DE ESTUDIO El área de estudio de este trabajo monográfico está conformado por la comparación técnica y económica de los siguientes sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales de cuatro diferentes empresas de procesamiento de alimentos, ubicados en distintas ciudades del país: La Gateada, Chontales (Procesadora de lácteos LA MONTAÑA conformado por un filtro o digestor anaerobio y Biofiltros); Camoapa, Boaco (Procesadora de productos lácteos Masiguito y San Francisco de Asís, conformada por un sistema de lodos activados en Batch (SBR)); Managua-Tipitapa (Procesadora de pollos INDAVINSA conformado por un DAF, digestor anaerobio y laguna de estabilización) y Managua (Planta de producción de cerveza COCECA conformado por un digestor anaerobio y laguna aireada con recirculación de lodos), de estos cuatro sistemas evaluados tres se encuentran en funcionamiento con excepción del sistema de tratamiento de Masiguito por presentar problemas o fallas mecánicas en el O.K.I (aireador), cuyos repuestos solo se encuentran en el extranjero y tienen un elevado costo. 6.1.1.- Aguas residuales industriales provenientes de la planta procesadora de lácteos “LA MONTAÑA”. 6.1.1.1.- Origen de las aguas residuales de “LA MONTAÑA”. Las aguas residuales que se originan de la planta procesadora de lácteos LA MONTAÑA, provienen de diferentes áreas las cuales son: − Área de recepción de la leche: lavado de pichingas o burulas en donde se transporta la

leche. − Área de proceso de elaboración de los productos lácteos: lavado de equipos

(pasteurizador, tanque de enfriamiento), pisos, paredes, tinas, mantas, utensilios y lavamanos.

− Área de empaque: lavado de pisos, estantes y utensilios. − Área de cuartos fríos: lavado pisos. Los principales contaminantes provenientes de estas aguas residuales son: desperdicios de queso, grasa, desinfectantes, detergentes y suero, este último en pequeñas cantidades producto del descuido de los operarios al provocar derrames. 6.1.1.2.- Sistema de tratamiento de la planta procesadora de lácteos “LA MONTAÑA”. Este sistema de tratamiento esta ubicado en el Km. 218 de la carretera a El Rama, en el municipio de La Gateada, Chontales, fue construido en el año 2001-2002 y tiene una extensión de aproximadamente 1,720 m2 (dato proporcionado por la empresa). Esta planta cuenta con un pretratamiento, que está conformado por: una rejilla, cuya función es retener sólidos gruesos, tales como restos de queso y un desarenador donde se acumula arenas y demás materiales pesados, al mismo tiempo el desarenador funciona como trampa de grasa en donde se eliminan por flotación las sustancias que tienen un peso específico menor que la del agua tales como grasas y aceites.


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Un tratamiento primario que consta de una pila de hidrólisis o igualación y un digestor anaerobio, la pila de hidrólisis tiene la función de homogeneizar diferentes caudales y cargas de las aguas de proceso, ya que tiene un tiempo de retención de 18 horas, este proceso conlleva la transformación por vía enzimática (hidrólisis) de los compuestos de alto peso molecular en compuestos que puedan servir como fuentes de energía y de carbono celular. El digestor tiene la función de descomponer la materia orgánica en ausencia de oxígeno, producto de esta descomposición se obtiene biogás que es una fuente de energía, también de los lodos acumulados en el digestor, una vez tratados pueden ser utilizados como mejorador de suelos[5]. El tratamiento secundario lo conforman dos filtros de flujo descendente y dos biofiltros de flujo horizontal, el primero tiene la función de reducir la materia orgánica carbonácea y garantizar que el agua entre a los biofiltros libre de floculos procedentes del digestor que puedan obstruir el lecho filtrante de los biofiltros de flujo horizontal (ver Figura 6.1.1.2-a). Todos los sólidos retenidos en el pretratamiento y los lodos generados en el tratamiento primario son tratados en una pila de secado de lodo.


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Figura 6.1.1.2.-a: Esquema general del sistema de tratamiento de aguas residuales “LA MONTAÑA”. • Puntos de muestreo

PLANTA DE PROCESO AFLUENTE

Rejilla

Desarenador y Trampa de grasa

Tanque de igualación y Homogenización (Pila de

Hidrólisis)

Digestor Anaerobio

Criba

Filtro de Flujo Descendente

Biofiltro

Dispositivo de Control

de pH (NaOH)

Tratamiento Primario

Tratamiento Secundario

Efluente (Cauce Natural)

1

5

4

3

2

6

Etapa de pretatamiento


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6.1.2.- Aguas residuales industriales provenientes de las plantas procesadoras de lácteos “COOPERATIVAS MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. 6.1.2.1.- Origen de las aguas residuales de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. Las aguas residuales que se originan de la planta procesadora de lácteos Masiguito y San Francisco de Asís, provienen de diferentes áreas del proceso de producción las cuales son: − Área de recepción de la leche: lavado de pichingas en donde se transporta la leche. − Área de proceso elaboración de los productos lácteos: lavado de equipos, pisos,

paredes, utensilios y lavamanos. − Área de empaque: lavado de equipos, pisos, estantes y utensilios. − Área de cuartos fríos: lavado de pisos. Los principales contaminantes provenientes de las aguas residuales son: desperdicios de queso, grasa, desinfectantes, detergentes. 6.1.2.2.- Sistema de tratamiento de las Plantas procesadoras de lácteos “COOPERATIVA MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. Este sistema de tratamiento esta ubicado en la localidad de Rancho Rojo, Camoapa, Boaco, fue construido en el año 2000-2001 y tiene una extensión de aproximadamente 1,720 m2 (este dato fue proporcionado por la empresa). Este sistema de tratamiento es compartido por dos empresas, la cooperativa Masiguito y la cooperativa San Francisco de Asís, el cual consta con un pretratamiento, que esta conformado por un dispositivo llamado trampa de grasa que tiene la función de separar las grasas y aceites presentes, esto se realiza por diferencias de densidad entre el agua y las grasas, posteriormente es bombeada hacia el tanque de aireación. El tratamiento secundario consta de un tanque de aireación de lodos activados tipo SBR, este se desarrolla en tres etapas: Primera fase: Llenado y aireación En esta fase el agua residual entra al tanque de aireación, el que está equipado con un soplador y un aireador los que se mantienen encendidos por un tiempo de mezcla de 20 horas, garantizando la transferencia de oxígeno al agua residual y asegurando una mezcla adecuada para lograr un buen contacto entre los microorganismos y los sustratos. Segunda fase: Sedimentación En la segunda etapa llamada sedimentación, un sistema automático envía una señal al soplador y al aireador, los que se apagan automáticamente permitiendo que los lodos sedimenten en el fondo del tanque, realizándose esta actividad en un tiempo de dos horas.


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Tercera fase: Decantación En esta última fase, una vez que los lodos han sedimentado, el sistema automático envía una señal a una válvula motor la cual se abre y permite que un dispositivo decantador extraiga el agua clarificada para luego ser conducida hasta el cuerpo receptor, realizándose esto en un tiempo de dos horas. Figura 6.1.2.2.-a: Fases del proceso de lodos activados del sistema de tratamiento “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS” (dato proporcionado por la empresa). Los lodos generados en el tratamiento secundario son descargados en dos pilas para su posterior tratamiento (ver figura 6.1.2.2.-b).


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Figura 6.1.2.2.-b: Esquema general del sistema de tratamiento de aguas residuales de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS” (los puntos de muestreos señalados son los realizados por la empresa cuando estaba en funcionamiento).

L o d o s • Puntos de muestreos


Trampa de Grasa

Tanque de Aireación


Trampa de Grasa

Masiguito San Francisco

Sedimentador

Decantador

EFLUENTE (Quebrada)

Pila de Lodos

Pila de Lodos

1

2

Lodos

Etapa de Pretratam

iento

Etapa de tratamiento Secundario


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6.1.3.- Aguas residuales provenientes de la planta procesadora de pollos “INDAVINSA” 6.1.3.1.- Origen de las aguas residuales de “INDAVINSA”. Las aguas residuales que se originan de la planta procesadora de aves INDAVINSA, provienen de diferentes áreas del proceso de producción las que son: − Área de recepción de pollos vivos: lavado de andén de descarga y cajillas. − Área de matanza: lavado de pisos y equipos − Área de procesamiento: rebose de la escaldadora y desplumado de las aves, rebose de

los tanques Chiller, lavado de pollos antes de evisceración, lavado de pollos antes del deshuesado, lavado en sala de corte y empaque y lavado de pisos.

− Área de descongelación de cuartos fríos: lavados de pisos Los principales contaminantes provenientes de las aguas residuales son: desperdicios sólidos como plumas y restos de animales sacrificados, grasas, heces, sangre y aguas residuales con desinfectantes y detergentes. 6.1.3.2.- Sistema de tratamiento de la planta procesadora de pollos “INDAVINSA”. Este sistema de tratamiento está ubicada en el Km. 32 de la carretera panamericana norte, contiguo al Reparto Roque, municipio de Tipitapa, Managua, fue construido en el 2001 las obras civiles de este sistema comprende un área de aproximadamente 8,611 m2. Esta planta cuenta con un pretratamiento, que esta conformado por un tamiz rotatorio, un DAF y un canal con rejilla. La función principal del tamiz es disminuir la carga de contaminantes gruesos (plumas, restos de pollo, etc.) que puedan causar problemas en las siguientes etapas del tratamiento, y al mismo tiempo aprovechar los desechos extraídos en la elaboración de subproductos, como lo es el concentrado para aves. El DAF (Disolución del aire de flotación), tiene como objetivo separar arenas, sólidos en suspensión, grasas y aceites por medio de micro-aireación, que consecuentemente se elevan a la superficie del tanque de flotación por diferencia de densidad, donde son removidos por un mecanismo de raspado. La rejilla, tiene como objetivo remover sólidos que accidentalmente no fueron separados en el tamiz rotatorio y el DAF. La etapa de tratamiento secundario esta conformado por una laguna facultativa, cuyo objetivo es contribuir a mejorar aun más la reducción de contaminantes de las aguas provenientes del tratamiento anaerobio. Los lodos generados en el pretratamiento y en el tratamiento primario (pila de hidrólisis y digestor) son depositados en una pila de secado de lodos para su posterior tratamiento aeróbico (ver figura 6.1.3.2.-a).


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Figura 6.1.3.2.-a: Esquema general del sistema de tratamiento de aguas residuales “INDAVINSA”.

• Puntos de muestreo

Efluente final (Cauce)


Equipo de Flotación por

Disolución de

Aire (DAF)

Tamiz Rotatorio

•

Canal de entradacon rejilla

Pila de Hidrólisis

Digestor Pila de Efluente

Laguna Facultativa

• 5

2•

4•

• 3

Criba Hidrostática

1

Etapa de Pretratamiento

Etapa de tratamiento Primario

Etapa de Tratamiento Secundario


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6.1.4 Aguas residuales industriales provenientes del Consorcio Cervecero Centroamericano “COCECA S.A.” 6.1.4.1.- Origen de las aguas residuales de “COCECA”. Las aguas residuales que se originan en el Consorcio Cervecero, provienen de las distintas áreas del proceso de producción entre las que se encuentran: − Área de recepción de materia prima: lavado de silos, tolvas y pisos. − Área de producción: lavado de equipos y pisos − Área de lavado de botellas: Lavado de botellas, pisos y equipos. − Área de empaque: Lavado de equipos y pisos − Área de cocina y baños: Lavado de utensilios, pisos y descarga de los baños − Área de proceso de la planta purificadora de agua: Lavado de equipos y pisos − Área de empaque de la planta purificadora de agua: Lavado de equipos y pisos Los principales contaminantes provenientes de las aguas residuales son: desperdicios sólidos como restos de materia prima (malta, maíz, arroz, levadura y lúpulo), heces y grasas; sin embargo también contienen desinfectantes y detergentes así como ácido fosfórico utilizado en el lavado de equipos. 6.1.4.2.- Sistema de tratamiento de la planta de producción de cerveza “COCECA”. Este sistema de tratamiento esta ubicado en el Km. 4 ½ carretera norte, Managua, fue construido en el 2000 las obras civiles de este sistema comprende un área aproximadamente de 10,300 m2. El sistema de tratamiento del Consorcio Cervecero está conformado por 4 etapas: Etapa de pretratamiento o tratamiento mecánico: Consiste en una rejilla, trampa de grasa y una criba de tambor rotatorio siendo las dos primeras las que remueven los contaminantes granulares, la criba tiene el objetivo de separar componentes que no fueron retenidos en las etapas anteriores como son las cascarillas de cereales. Etapa de tratamiento primario o tratamiento anaerobio: En esta etapa se encuentra la pila de preacidificación o pila de hidrólisis, digestor anaerobio y separador Lamello, siendo la primea la que regula el flujo a la entrada del digestor, así como el pH el cual permite iniciar el proceso de degradación bioquímica de acidificación. El digestor anaerobio está conformado por dos etapas, una de alta carga y otra de baja carga. En la primera etapa es donde se da el proceso de digestión y producción de biogás, está diseñada con un mezclador mecánico el cual tiene la función de mezclar continuamente el líquido evitando así el espesamiento de éste y formación de sobrenadante. La segunda etapa se da por gravedad y se utiliza para el almacenamiento y concentración del fango digerido así como para la formación de una capa de sobrenadante relativamente claro. El separador Lamello tiene como función la clarificación ya que separa los lodos y los deposita en el fondo de éste para ser recirculados al digestor anaerobio, permitiendo que el agua pase a la siguiente etapa con la menor carga orgánica posible.


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Etapa de tratamiento secundario o lodos activados: tiene como objetivo reducir la carga orgánica que todavía contiene el efluente del digestor mediante procesos microbiológicos (aireación para proveer el oxigeno requerido para el metabolismo de los microorganismos y posterior sedimentación del lodo conformado por microorganismos). El proceso de lodos activados aplicado es considerado de baja carga que conlleva ventaja como es el crecimiento lento de lodo, alta capacidad de homogenización biológica y una operación estable [9]. Etapa de tratamiento terciario o refinamiento: En esta etapa se encuentra la pila de post aireación y el Biofiltro, en la primera el agua residual es adicionalmente enriquecida con oxígeno, es decir, sometida a aireación por medio de cadenas aireadoras flotantes y a la ves sirve como una pila de refinamiento. El Biofiltro está relleno de arena y cuenta con un espejo de agua libre provisto de plantas acuáticas llamadas Totoras (typhalafoidea), cuyo objetivo principal es la remoción de nutrientes. El agua clarificada pasa por rebose de la zona de aireación al Biofiltro, donde reposa para luego ser desviada una parte hacia el tanque de irrigación el cual tiene una capacidad de almacenamiento de 544 m3/d, y otra parte hacia el lago de Managua. El agua almacenada en el tanque es utilizada para regar las áreas verdes de la empresa. Los lodos provenientes de la etapa primaria y secundaria pasan por un tratamiento donde se le adicionan polímero para formar flóculos de lodos, luego este pasa por una compactadora donde se le extrae la humedad hasta un 18%, el lodo compactado luego es distribuido en las áreas verdes de la empresa (ver figura 6.1.4.2.-a)[16].


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Figura 6.1.4.2.-a: Esquema general del sistema de tratamiento de aguas residuales de la planta de producción de cerveza “COCECA”. • Puntos de muestreo

Etapa de Tratamiento Terciario

Lodo desechado

Compactadora de Lodos

Neutralización con (NaOH) ó HCL

Distribución en la agricultura

Etapa de Tratamiento Primario

5

Etapa de Tratamiento Secundario

Biogás

Tamiz Rotatorio

Pila de hidrólisis

Digestor (Alta Carga y Baja Carga)

Clarificación ó Separador de

Lamello

Pila de Oxigenación

Clarificación

Post Aireación

Biofiltro

Lod

os

Lodos

Efluente (Al lago y tanque de

riego)

AFLUENTE

1

2

3

4

Sedimentación y trampa de grasa Pretratamiento


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6.2.– MEDICIÓN DE CAUDAL El caudal se midió cada hora durante todo el tiempo de muestreo, en la entrada y la salida de los sistemas de tratamiento. 6.2.1.- Medición del caudal en el afluente del sistema de tratamiento en estudios (INDAVINSA Y LA MONTAÑA) El caudal del afluente se calculó por medio de la formula de Manning detallado en la ecuación 6.1, dado que se conocen todas las variables necesarias por este método, las cuales son: ancho, pendiente del canal y características del mismo, midiéndose únicamente el tirante hidráulico utilizando una regla graduada cada hora en un muestreo compuesto de 12 horas (Ver Figura 6.2.1.-a). El caudal de entrada se determinó de la siguiente manera:

mojadaAVQ *= (Ec. 6.1)

La velocidad media es: SRn

V 3/21= (Ec. 6.2)

Donde R = radio hidráulico

S = pendiente del canal

n = rugosidad en el canal (0.016 con revestimiento de hormigón)

)(2

*)(sec

)(sec 2

myb

ybmmojadaciónladeperímetro

mmojadaciónladeAreaR+

== (Ec. 6.3)

El caudal en el digestor se determinó por el método de aforo, para esto se utilizó un recipiente plástico calibrado con un volumen de 13 lts, tomándose una medición cada hora. 6.2.2.- Medición del efluente del sistema de tratamiento en estudios (INDAVINSA Y LA MONTAÑA). La medición del efluente del sistema de tratamiento se realizó en la caja de recolección, por medio de el método de aforo, el cual consistió en medir el tiempo necesario de llenado de un recipiente plástico debidamente calibrado en 13 litros, repitiéndose esta operación cada hora durante el tiempo del muestreo. 6.3.- MUESTREOS Y ANÁLISIS El total de muestreos realizados en todos los sistemas de tratamientos evaluados fueron 7,realizándose estos muestreos y análisis entre los meses de marzo y junio del 2004, distribuidos de la siguiente forma: 3 muestreos en cada uno de los sistemas de INDAVINSA y LA MONTAÑA. En COCECA únicamente se realizó un muestreo debido a que la empresa cuenta con un laboratorio propio y tiene una buena base de datos de los parámetros analizados de acuerdo a la normas del MARENA para esa industria. En el sistema de tratamiento de MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS no se realizo ningún tipo de muestreo debido a que este sistema no estaba funcionando por desperfectos del O.K.I (aireador).


46

Se tomaron muestras compuestas proporcional al caudal y al tiempo en un período de 12 horas. La toma de las muestras se recepcionaron en recipientes individuales y se almacenaron en un termo con hielo (4 °C), los análisis físico-químicos y bacteriológicos se realizaron en el laboratorio del CIEMA (UNI - RUPAP). 6.3.1- Análisis a realizar en las muestras. Para cada una de las diferentes empresas industriales evaluadas, se efectuaron los análisis correspondientes a los establecidos en el decreto 33-95, para verificar si estos sistemas cumplen o no con los parámetros de vertido de sus efluentes a un cuerpo receptor. En la siguiente tabla se presentan los parámetros y métodos que se realizaron. Tabla.6.3.1.-a: Técnicas analíticas utilizadas en la caracterización de las aguas residuales.

PARÁMETROS MÉTODOS Análisis en el laboratorio

DBO5 DIN 38 409-H 51 DQO MN 5220-C Sólidos suspendidos MN 1992, 2540-D Grasas y aceites MN 5220-B Determinación de N-Kjeldahl DIN 38 409-H11 (H28) Determinación de Fósforo Total MN 4500-PB y 4500PC

Parámetros de campo Temperatura MN 2550-B pH MN 4500-H-B Factor de alcalinidad MN 2320-B Sólidos sedimentables MN 2540-F

DIN: métodos normalizados Alemanes

MN: métodos normalizados USA. 6.4.- PUNTOS DE MUESTREO 6.4.1.- Sistema de tratamiento de aguas residuales de “LA MONTAÑA”. La ubicación de los puntos de muestreo puede verse en la figura 6.1.1.2.-a de este documento. 6.4.1.1.- Puntos de muestreo para análisis físico-químicos de “LA MONTAÑA”: − Salida de rejilla (punto 1) − Salida del desarenador (punto 2) − Salida de tanque de homogeneización ó pila de hidrólisis (punto 3) − Salida del digestor anaerobio (punto 4) − Salida del filtro de flujo descendente (punto 5) − Salida del Biofiltro horizontal (punto 6)


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La toma de muestra entre el punto 1 y 2 se realizó proporcional al caudal y en los otros puntos se tomó proporcional al tiempo de operación de la planta de proceso, esto se realizo en un periodo de 12 horas. 6.4.1.2.- Puntos de muestreo para la determinación de caudal de “LA MONTAÑA”: − Canal de alimentación entre el punto 1 y el punto 2, por la ecuación de Manning. − Salida del desarenador por el método de aforo (punto 2) − Salida de la pila de hidrólisis por el método de aforo (punto 3) − Salida del biofiltro horizontal por el método de aforo (punto 6) 6.4.2.- Sistema de tratamiento de aguas residuales de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. Este sistema de tratamiento funcionó bien en los años 2001 y 2002, siendo los puntos de muestreos la entrada y salida del sistema SBR (ver figura 6.1.2.2.-b). A partir de septiembre del año 2003 el sistema presentó problemas mecánicos en el O.K.I. (aireador), hasta la fecha este no ha sido reparado debido a que no existen repuestos en el país, únicamente en el extranjero los que resultan muy caro comprarlo dada la capacidad de producción de las empresas, por lo que no se realizó ningún tipo de muestreo de acuerdo al cronograma de trabajo establecido en esta monografía, tomando únicamente los resultados obtenidos en los años de funcionamiento de la planta, información que fue proporcionada por la empresa. 6.4.3.- Sistema de tratamiento de aguas residuales de “INDAVINSA”. Los puntos de muestreo pueden verse en la figura 6.1.3.2.-a del presente documento. 6.4.3.1.- Puntos de muestreo para análisis físico-químicos de “INDAVINSA”: − Entrada al DAF (punto 1) − Entrada a la pila de hidrólisis (punto 2) − Entrada al digestor anaerobio (punto 3) − Salida del digestor anaerobio (punto 4) − Salida de la laguna facultativa (punto 5) La toma de muestra en el punto 2 se realizó proporcional al caudal y en los otros puntos se tomó proporcional al tiempo de operación de la planta de proceso en un periodo de 12 horas. 6.4.3.2. - Puntos de muestreo para determinación del caudal de “INDAVINSA”: − Canal de alimentación de la pila de hidrólisis (punto 2) por medio de la ecuación de

Manning. − Salida del digestor anaerobio por el método de aforo (punto 4) − Salida de la laguna facultativa por el método de aforo (punto 5)


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6.4.4.- Sistema de tratamiento de aguas residuales de “COCECA S.A.” La ubicación de los puntos de muestreo puede verse en la figura 6.1.4.2-a del presente documento. En este sistema de tratamiento no se midió el caudal en ninguno de los puntos de muestreo, debido a que existe un medidor de flujo que cuantifica toda el agua que entra al sistema, y automáticamente son registrados en el panel de control computarizado. 6.4.4.1.- Puntos de muestreo para análisis físico-químicos de “COCECA S.A.”: − Efluente de la pila de preacidificación (Punto 1) − Efluente del digestor Anaeróbico (Punto 2) − Afluente a la pila de Lodos Activados (Punto 3) − Afluente al Biofiltro (Punto 4) − Efluente del sistema (Punto 5) La toma de muestra se realizó proporcional a un turno de producción, en un período de 12 horas. 6.5.- DETERMINACIÓN DE COSTOS Paralelo a los muestreos, se recopiló la información relacionada a los costos de los sistemas de tratamiento en estudio tales como: costos de construcción, costos de operación y mantenimiento con el objetivo de establecer comparación económica en cada uno de los sistemas de tratamiento evaluados y poder determinar el costo por m3 de agua tratada. La obtención de la información de los costos de cada uno de los sistemas de tratamiento se recopiló por medio de entrevistas realizadas al personal involucrado (Contador, gerente, operador de la planta, etc.). Los datos obtenidos corresponden de acuerdo a las características de cada sistema y al año en que fue construido, al igual que los costos de operación y mantenimiento (ver tabla 6.5.-a). También se hizo necesario investigar la vida útil para poder determinar el volumen de agua tratada en cada uno de los sistemas evaluados. Tabla 6.5.-a: Descripción de los costos de inversión, operación y mantenimiento.

Costos de construcción Costos de operación y Mantenimiento Supervisión de la construcción Equipos de protección (guantes, botas etc.) Levantamientos topográficos Herramientas (Palas, escobillas, etc.) Estudio de suelo Energía eléctrica Consultoría y diseño Reactivo (NaOH, HCL) Movimiento de terrenos Salario del operador Materiales de construcción y equipos Análisis de laboratorio Mano de obra para construcción y materiales Mantenimiento de equipos (pintado,

repuestos, reparación) Entrenamiento de personal

Asistencia técnica para puesta en marcha del sistema

Compra de accesorios (válvulas, adaptaciones pvc, etc.)


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La determinación del costo por m3 de agua tratada, dependió básicamente de los costos de inversión de cada sistema, del costo de operación y mantenimiento y de la vida útil. Utilizándose el método de depreciación en línea recta por ser un método simple y el más usado, el cual se describe a continuación. El costo por m3 de agua tratada se calculó con la siguiente ecuación[1]:

anualtratadaaguadeVolumenanualMantyoperdeCostosanualónDepreciaci ..+ (Ec.6.4)

El método de depreciación en línea recta consiste en la deducción por depreciación al final de cada año. El cual es igual durante toda la vida útil del sistema de tratamiento, este método es muy utilizado por su simplicidad además no altera significativamente la deducción que se determina, ésta se expresa de la siguiente forma:

útilvidadeAñosinicialInversiónónDepreciaci = (Ec.6.5)

6.5.1.- Cálculo del costo de construcción, operación y mantenimiento El cálculo de los costos de construcción, operación y mantenimiento fueron proporcionados por las empresas en estudio y se basaron en los siguientes datos. Precios unitarios de obras civiles. − Reparaciones y mantenimientos de los equipos. − Costo de energía eléctrica. − Salario de operarios. La depreciación de las obras de concreto se determinó de la misma forma del método de línea recta, lo que se consideró suficiente para el grado de exactitud requerida. Los costos de energía eléctrica se calcularon basándose en las tarifas de servicio eléctrico y el horario de trabajo de cada uno de los equipos (ver cálculos en anexos A.2, B.2, C.2 y D.2). No se calculó la depreciación por cada uno de los equipos, debido a que cada empresa en estudio garantizó que la vida útil de éstos era de 15 años ya que el mantenimiento que se le daba era estricto, como en el caso del sistema de tratamiento de COCECA.


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VII.- PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Los resultados obtenidos en el presente estudio monográfico se llevó a cabo mediante las mediciones de los parámetros de campo, muestreos y análisis realizados de los sistemas de tratamiento de las siguientes empresas, tales como: LA MONTAÑA, MASIGUITO y SAN FRANCISCO procesadoras de lácteos, INDAVINSA procesadora de pollos y COCECA S.A. planta de producción de cerveza. 7.1.- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE “LA MONTAÑA” (Procesadora de lácteos) El sistema de tratamiento de la planta procesadora de lácteos LA MONTAÑA fue diseñado en agosto del año 2000 por el proyecto Biomasa, UNI - DINOT y construido en el año 2001–2002 por personal capacitado de la misma institución (Maestro de obra y albañil), iniciando su periodo de arranque en junio del 2003. Sin embargo este fue suspendido porque las aguas residuales contenían altas concentraciones de suero, reanudándose en septiembre del 2003. Este sistema de tratamiento está conformado por las siguientes etapas: • Pretratamiento (Canal con rejilla y desarenador) • tratamiento primario (Pila de hidrólisis digestor anaerobio y pila de efluente) • Tratamiento secundario (Filtro de flujo descendente, Biofiltro, pila de efluente y pila de

secado de lodos). Las dimensiones con que está conformada cada una de las etapas de este sistema de tratamiento se presentan en el anexo A.1, tablas N°1 y N°2. 7.1.1. – Caudal generado en la planta procesadora de lácteos “LA MONTAÑA”. El sistema de tratamiento de la planta procesadora de lácteos LA MONTAÑA está diseñado para tratar 20 m3/día de agua residual proveniente de la planta de proceso. Esto corresponde al valor máximo esperado, de acuerdo a las proyecciones de producción en los próximos años y a la conexión de la tubería de drenaje del lavado de barriles plásticos y camiones que actualmente no están conectados al sistema de tratamiento. Las aguas residuales que recibió el sistema de tratamiento durante los muestreos realizados son generadas únicamente del lavado de barriles plásticos, piso y equipos dentro de la planta de proceso de queso. 7.1.1.1.- Resultado del caudal realizado el 21/04/04 en el sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. El caudal medido en esta fecha fue de 7.26 m3/d el que dio como resultado de procesar 10,922 gls de leche (ver anexo A.1, tabla N°3). En el gráfico 7.1.1.1.-a se puede observar que en el afluente de la pila de hidrólisis los caudales medidos por la mañana son de 0.8 m3/h como máximo y como mínimo de 0.12 m3/h y por la tarde el valor más altos fue de 1.15 m3/h medidos entre las 4 pm, este último debido las actividades de lavado de equipos, pisos y utensilios dentro de la planta de proceso.


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0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

Hora de muestreo

Cau

dal (

m3/

h)

Afluente a la pila de hidrólisis" Afluente al digestor Efluente del sistema

Gráfico 7.1.1.1-a: Comportamiento del caudal el 21/04/04.en el afluente de la pila de hidrólisis, afluente del digestor y efluente final del sistema de “LA MONTAÑA”. El digestor antes de la evaluación realizada no estaba siendo operado adecuadamente, ya que la alimentación a este era irregular (5 horas), reteniendo agua la pila de hidrólisis. En el gráfico se puede observar que la alimentación al digestor es mayor que el agua residual que entra a la pila de hidrólisis proveniente de la planta de proceso, debido a que esta tiene agua almacenada de días anteriores producto de un corto periodo de alimentación. En este muestreo el digestor fue alimentado durante todo el tiempo (12 horas) que la planta de proceso generó agua residual. El caudal se mantuvo casi constante como se puede observar en la gráfica, con algunos bajones a las 9 am y 3 pm, debido a obstrucciones en la válvula que controla la alimentación al digestor causada por residuos de borona (queso). El caudal final del sistema de tratamiento a la salida de los biofiltros no se pudo medir debido a que estos todavía no se habían llenado, por el poco caudal que estos recibían proveniente del digestor, por lo que se procedió a llenar un biofiltro primero y luego el otro. 7.1.1.2.- Resultado del caudal realizado el 06/05/04 El caudal medido en este muestreo fue de 7.44 m3/d el que dio como resultado de procesar 10,922 gls de leche (ver anexos A.1, tabla N°3). En el gráfico 7.1.1.2.-a se puede observar que el caudal en el afluente de la pila de hidrólisis varía con respecto al muestreo anterior, el mayor caudal medido por la mañana fue de 1.65 m3/h, y por la tarde el mayor valor registrado fue de 1.39 m3/h medido a las 4 pm notándose un mayor caudal por la mañana debido a que se lavaron barriles, tinas etc.


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00.20.40.60.8

11.21.4

1.61.8

06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

Hora de muestreo

Cau

dal (

m3/

h)

Afluente a la píla de hidrólisis Afluente al digestor Efluente del sistema

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

Hora de muestreo

Cau

dal (

m3/

h)

Afluente de la pila de hidrólisis Afluente del digestor Efluente del sistema

Gráfico 7.1.1.2.-a: Comportamiento del caudal el 06/05/04 en el afluente de la pila de hidrólisis, afluente del digestor y efluente final del sistema de “LA MONTAÑA”. Como se puede observar en la gráfica la alimentación al digestor se mantuvo casi constante con un valor promedio de 0.54m3/h debido a que hubo un mejor control de la válvula de alimentación, ya que el sistema trabaja por gravedad. En el efluente final del sistema no se logró medir el caudal, por que aun no se había logrado llenar el primer Biofiltro por las razones antes descritas. 7.1.1.3.- Resultado del caudal realizado el 16/06/04. El caudal medido en este muestreo fue de 11.24 m3/d el que dio como resultado de procesar 13,551 gls de leche (ver anexos A.1, tabla N°3). En el gráfico 7.1.1.3.a. se puede observar que el caudal en el afluente de la pila de hidrólisis presenta variaciones con respecto a los muestreos anteriores, debido a que hubo atrasos en la recepción de la leche por lo que el proceso se dividió en dos turnos, uno por la mañana y otro por la noche (ver anexos A.1, tabla N°3). El valor más alto era de 2.87 m3/h correspondiendo este valor monitoreado por el turno de la mañana. Gráfico 7.1.1.3.-a: Comportamiento del caudal el 16/06/04 en el afluente de la pila de hidrólisis, afluente del digestor y efluente final del sistema de “LA MONTAÑA”.


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El caudal alimentado al digestor como se puede observar es constante ya que el operador por medio de los muestreos anteriores se le había entrenado como debería operar el sistema, obteniéndose un caudal promedio de alimentación de 0.61m3/h. En el efluente del sistema contrario a los dos muestreos anteriores hubo medición de caudal en el primer Biofiltro, sin embargo solo se pudo medir en las primeras horas de la mañana, debido a que el operador decidió alimentar al segundo Biofiltro, registrándose un caudal promedio de 0.15m3/h. En la siguiente tabla se presentan los promedios de los caudales monitoreados en el digestor anaerobio y el biofiltro horizontal de los tres muestreos realizados. Tabla 7.1.1.3.-a: Datos hidráulicos promedios obtenidos en los tres muestreos realizados en el sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. Parámetro Unidad Digestor Biofiltro Caudal de entrada m3/d 6.92* 6.92* Caudal de salida m3/d 6.92 0.60 Tiempo de retención días 5.87 8.2 Pérdida total de agua m3/d (%) 0 1.63 Pérdida por infiltración m3/d (%) 0 1.63 Caudal máximo m3/h 0.76 Caudal mínimo de entrada m3/h 0.0 Caudal promedio de entrada m3/h 0.63 * Suponiendo que lo que entra y sale del digestor es igual a lo que entra y sale del biofiltro. En la tabla anterior se puede observar que el tiempo de retención en el digestor y el biofiltro es mayor que el contemplado en el diseño (2 días y 5 días), debido al poco caudal que entra al sistema (ver en anexo A.1, calculo A.1.2, tabla N°3 y tabla N°5). 7.1.2.- Determinación de los parámetros de campo de “LA MONTAÑA”. En la tabla 7.1.2.-a se presentan los promedios de los parámetros de campo (pH y temperatura) del digestor y biofiltro en los tres muestreos realizados. Tabla 7.1.2.-a: Promedios de los parámetros de campo obtenidos en los tres muestreos realizados en el sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”.

Planta de

proceso Pila de hidrólisis Digestor anaerobio Biofiltro Parámetros

Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente EfluenteTemp.[°C] 26.89 27.45 26.90 26.88 27.60 27.26 27.93 pH 6.40 5.82 4.67 6.08 6.48 7.08 6.69 En la tabla anterior, se puede observar un pequeño descenso de pH a la entrada de la pila de hidrólisis debido a que el agua del efluente que sale de la planta de proceso se mezcla con agua empozada en el desarenador. De igual manera ocurre a la salida de la pila de hidrólisis ya que se da en ésta el proceso de acidificación, dando un pH de 4.67. Este hecho hace necesario agregar hidróxido de sodio (NaOH) para elevar el pH a un valor adecuado a


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la entrada del digestor que oscile entre 6.3-7.2, creando condiciones tolerables para las bacteria acetogénicas y metanogénicas. El pH regulado y la temperatura en el afluente del digestor se encuentran dentro de los rangos permisibles de operación, lo que contribuye con el equilibrio de las bacterias y el buen funcionamiento del digestor (ver anexo A.1, tablas N°6 y N°7). 7.1.3.- Resultados de los análisis: Remoción de contaminantes. En la figura 6.1.1.2.-a, se presentan los puntos de muestreos que se realizaron en este sistema. Los muestreos se hicieron de forma compuesta con una duración de 12 horas cada uno. Los datos de campo obtenidos en los muestreos de este sistema de tratamiento se presentan en anexo A.1, tablas N°8, N°9 y N°10. Se realizaron los diferentes análisis físico-químicos y bacteriológicos, presentándose los resultados en los siguientes acápites. 7.1.3.1.-Primer muestreo realizado el 21/04/04. • Análisis físico-químicos Carga orgánica Los resultados obtenidos en el primer muestreo se presentan en la tabla 7.1.3.1.-a. Los valores de DQO y DBO5 determinados para el afluente del sistema son 9,882 mg/L y 4,123 mg/L, se encuentran por encima de los criterios de diseño de 5,000 mg/L y 2,300 mg/L respectivamente. La carga orgánica de DQO y DBO5 que entra al digestor presenta valores de 6,127 mg/L y 2,752 mg/L. Sin embargo se logra reducir considerablemente los valores en el tratamiento anaeróbico siendo estos de 2,377 mg/L y 1,046 mg/L respectivamente. Cabe señalar que en este muestreo no había efluente final por lo que se procedió a regular el nivel del tubo (se inclino) de salida del biofiltro para poder tomar una muestra. Obteniéndose los siguientes valores de carga orgánica DQO y DBO5 de 319 mg/L y 183 mg/L. Como se puede observar estos valores no cumplen todavía con la norma del decreto 33-95 del MARENA para este tipo de industria. Debido a que el biofiltro no se había llenado y el tiempo de retención no era el de diseño (ver en anexo A.1, tabla N°11). Las altas cargas son producto del derrame de suero que se mezclan con las aguas de lavado y desperdicios de boronas de queso dentro de la planta de proceso, sin obviar los descuidos de operación en la limpieza de la nata flotante, remoción de sólidos acumulados en el fondo del desarenador (por eso se eleva la carga orgánica en el punto No2) y pila de hidrólisis en las etapas de pretratamiento del sistema, así como el control del pH en el afluente del digestor. El sistema esta diseñado para tratar el agua de lavado de los equipos, pisos y no suero.


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Grasas y aceites Las concentraciones de grasas y aceites determinadas a la salida del filtro vertical (punto N°5) dieron como resultado 44 mg/L, de a cuerdo a la remoción esperada en esta etapa el sistema está funcionando bien (ver anexo A.1, tabla N°5). Tabla 7.1.3.1.-a: Resultados de los parámetros físico-químicos analizados el 21/04/04 del sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”.

PUNTOS DE MUESTREOS PARÁMETROS UNIDAD No1 No2 No3 No4 No5 No6

NORMA

DQO mg/L 9,882 14,315 6,127 2,377 1,211 319 250 DBO5 mg/L 4,123 - 2,752 1,046 489 183 100 N-Kjeldahl mg/L 106.4 - - - 33.6 - - Sólidos suspendidos mg/L 1,865 2,245 - 87.5 72.5 - 100 Grasas y Aceites mg/L 812 1,286 - 46 44 - 30 Fósforo total mg/L 43.90 - - - 24.14 - - Coliformes totales NMP/100ml - - - - - 1.7E+05 1000 Coliformes Fecal NMP/100ml - - - - - 1.1E+05 1000 Cloruros mg/L - - 1,289 - - - -

Punto Nº1: Afluente al sistema Punto Nº2: Afluente a la pila de hidrólisis Punto Nº3: Afluente al digestor Punto Nº4: Afluente al filtro de flujo descendente Punto Nº5: Afluente al biofiltro Punto Nº6: Efluente del biofiltro Sólidos suspendidos Los sólidos suspendidos en el afluente del sistema presentan un valor de 1,865 mg/L. En el efluente del filtro vertical se obtuvo un valor de 72.5 mg/L; en el efluente final no se realizó análisis de este parámetro debido a que no había caudal. Sin embargo con la ayuda de las etapas anteriores al Biofiltro se logra cumplir con la norma de vertido. Nutrientes Los resultados de las concentraciones de nitrógeno y fósforo total en el efluente del filtro vertical presentan valores de 33.6 mg/L y 24.14 mg/L respectivamente. Estos valores son relativamente altos, lo que se puede atribuir al derrame de suero que entra al sistema (el suero contiene 6,000 mg/L de nitrógeno) y a los detergentes y jabones utilizado en la limpieza del área de procesamiento de queso, lavado de equipos y utensilios, los cuales son a base de ácido nítrico, ácido fosfórico y amonio (ver tabla 7.1.3.1.-a y Anexo A.1, tabla N°12). • Análisis bacteriológicos En el efluente del sistema se realizaron análisis de coliformes totales y fecales con el objetivo de indagar la presencia de los mismos. Los resultados del primer muestreo fueron de 1.70E+05 NMP/100ml para coliformes totales y 1.10E+05 NMP/100ml para coliformes fecales este último llegó a sobrepasar los 1.0E+03 NMP/100 ml establecidos en las normas de MARENA. La presencia de coliformes fecales puede ser debido a la utilización del agua para el lavado de pisos proveniente del Río Rama ya que este puede estar siendo contaminado por la presencia de ganado en sus alrededores de la rivera del río que llegan a aguar (ver tabla 7.1.3.1.-a).


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• Parámetros para determinar la estabilidad del digestor Cloruros Para determinar la eficiencia del tratamiento anaerobio y biológico se determinó la concentración de cloruros dando como resultado 1,289 mg/L, el cual se encuentra dentro de los valores recomendados del diseño (5,500 mg/L), determinados mediante una serie de ensayos a diferentes concentraciones de cloruros en el Laboratorio del Proyecto Biomasa de la UNI. Este parámetro es muy importante mantenerlo controlado ya que puede causar inhibición y muerte de las bacterias dentro del digestor. 7.1.3.2.- Segundo muestreo realizado el 06/05/04. • Análisis físico-químicos Carga orgánica Los resultados obtenidos en el segundo muestreo se presentan en la tabla 7.1.3.2.-a, siendo los valores de DQO y DBO5 en el afluente del sistema de 7,947 mg/L y 3,379 mg/L, al igual que en el primer muestreo son superiores a los criterios de diseño. La DQO y DBO5 en el punto Nº2 se ve incrementada en 12,015 mg/L y 4,393mg/L por las razones descritas en el muestreo anterior. La carga orgánica de DQO y DBO5 que entra al digestor son de 5,992 mg/L y 2,318 mg/L respectivamente, como se puede observar en la salida del filtro descendente los valores de DQO y DBO5 son de 903 mg/L y 365 mg/L, no obstante la muestra del efluente final se tomó de igual manera que el muestreo anterior, obteniéndose los resultados de DQO y DBO5 valores de 1,183mg/L y 503 mg/L respectivamente, observándose que estos valores son altos en comparación al punto de muestreo N05, esto se le puede atribuir a que días anteriores al muestreo, el sistema haya sido alimentado con altas cargas debido al derrame de suero por los operarios dentro de la planta de proceso y descuidos del operador del sistema de tratamiento al no realizar los controles necesarios en la válvula que permite la entrada de agua residual al sistema.


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Tabla 7.1.3.2.-a: Resultados de los parámetros físico-químicos analizados el 06/05/04 del sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”.

PUNTOS DE MUESTREOS PARÁMETROS UNIDAD N°1 N°2 No3 No4 No5 No6

NORMA

DQO mg/L 7,947 12,015 5,992 1,849 903 1,183 250 DBO5 mg/L 3,379 4,393 2,318 830 365 503 100 N-Kjeldahl mg/L 90.3 - - - - 23.8 - Sólidos suspendidos mg/L 1,550 1,925 37.5 55.00 100 Factor Alcalinidad - 0.27 0.2-0.35 Grasas y Aceites mg/L 1,374 1,940 420 - - 136 30 Fósforo total mg/L 64.7 - 64.1 56.2 - 14.9 - Coliformes Totales NMP/100ml 7.8E+03 1000 Coliformes Fecal NMP/100ml 2.0E+03 Cloruros mg/L 784.8 1,219.5 Metano % 78.8

Punto Nº1: Afluente al sistema Punto Nº2: Afluente a la pila de hidrólisis Punto Nº3: Afluente al digestor Punto Nº4: Afluente al filtro de flujo descendente Punto Nº5: Afluente al biofiltro Punto Nº6: Efluente del biofiltro Grasas y aceites La concentración de grasas y aceites en el efluente del sistema como se puede observar en la tabla presenta valores altos, provocado por el derrame de suero que contiene altas cantidades de grasa. Sólidos suspendidos Los sólidos suspendidos en el afluente del sistema presenta un valor de 1,550 mg/L, y en el efluente del filtro descendente tiene un valor de 55 mg/L observándose que la mayor parte queda retenido en la pila de hidrólisis y digestor anaerobio de tal manera que aunque no haya concluido la etapa final del tratamiento llega a cumplir con las normas de vertido. Nutrientes Los resultados de las concentraciones de nitrógeno y fósforo total en el efluente del sistema presenta valores de 23.8 mg/L y 14.9 mg/L respectivamente, lográndose reducir un poco respecto al muestreo anterior, sin embargo, no hay normas nacionales que permita establecer referencias, por lo que se toma como referencia las normas Austriacas ya que para el nitrógeno exige 5 mg/L y fósforo total un valor de 2 mg/L, en las descarga del efluente final estos todavía son altos. • Análisis bacteriológicos En este muestreo los valores de coliformes fecales y totales en el efluente del sistema disminuyeron en gran manera, dando como resultados valores de 2.00E+03 NMP/100ml y 7.80E+03 NMP/100ml respectivamente, sin embargo aun no llegan a cumplir con la norma del decreto 33-95 del MARENA ver tabla 7.1.3.2.-a.


58

• Parámetros para determinar la estabilidad del digestor Factor de alcalinidad Para confirmar que el digestor estaba funcionando bien, se procedió a medir el factor de alcalinidad ya que éste nos indica la estabilidad en que está operando el proceso de digestión anaerobia dando como resultado de 0.27, garantizando un ambiente estable para la buena producción de biogás, ver tabla 7.1.3.2.-a. Metano Se tomó una muestra de biogás para determinar el contenido de metano, dando como resultado 78.8% de metano lo que indica que el digestor esta funcionado bien. Cloruros Los cloruros en este muestreo se analizaron en el afluente y efluente del sistema, obtuviéndose los siguientes valores 784.8 mg/L y 1,219.5 mg/L, observándose que sufre un aumento en el efluente, esto puede ser debido a la acumulación de agua de días anteriores en el Biofiltro con altas concentraciones de cloruros en los días anteriores al muestreo, como se puede observar en el muestreo anterior. 7.1.3.3.- Tercer muestreo realizado el 16/06/04. • Análisis físico-químicos Carga orgánica Los resultados obtenidos en el tercer muestreo como se presenta en la tabla 7.1.3.3.-a se puede observar que los valores de DQO y DBO5 determinados para el afluente del sistema son 8,571 mg/L y 1,824 mg/L encontrándose también por encima de los criterios de diseño. La carga orgánica de DQO y DBO5 que entra al digestor presenta valores de 3,108 mg/L y 1,382 mg/L logrando reducir un buen porcentaje de la carga contaminante en el desarenador y la pila de hidrólisis producto de una mejor operación de limpieza (extracción de la grasa, nata flotante y sólidos suspendidos), se puede observar que el digestor logra reducir los valores de DQO y DBO5 a 928 mg/L y 301 mg/L respectivamente. En éste muestreo se logró obtener agua del efluente final del sistema de tratamiento ya que el Biofiltro se había llenado, teniéndose como resultado valores de materia orgánica <20 mg/L y 4 mg/L los que llegan a cumplir con la norma de vertido descritas en el Arto.31 del decreto 33-95 del MARENA.


59

Tabla 7.1.3.3.-a: Resultados de los parámetros físico-químicos analizados el 16/06/04 del sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”.

PUNTOS DE MUESTREOS PARÁMETROS UNIDAD No1 No2 No3 No4 No5 No6

NORMA

DQO mg/L 8,571 4,783 3,108 928 301 <20 250 DBO5 mg/L 1,824 1,755 1,382 301 104 4 100 N-Kjeldahl mg/L 63 - - - - 5.6 - Sólidos suspendidos mg/L 1,055 985 - 87.5 - 15 100 Factor Alcalinidad - 0.23 0.2-0.35 Grasas y Aceites mg/L 660 630 618 86 - 62 30 Fósforo total mg/L 6.76 - 9.48 20.25 - 14.6 - Metano % 86.6

Punto Nº1: Afluente al sistema Punto Nº2: Afluente a la pila de hidrólisis Punto Nº3: Afluente al digestor Punto Nº4: Afluente al filtro de flujo descendente Punto Nº5: Afluente al biofiltro Punto Nº6: Efluente del biofiltro Cabe señalar que para la contribución del cumplimiento de la carga orgánica en el efluente del sistema de tratamiento, en días anteriores al muestreo no hubo derrame de suero en grandes cantidades dentro de la planta de proceso contribuyendo también la limpieza en cada una de las etapas del pretratamiento, así como un mejor control del pH y alimentación en el afluente del digestor por parte del operador del la planta. Grasas y aceites La concentración de grasas y aceites obtenida en el efluente final del sistema fue de 62 mg/L estando por encima del valor recomendado en la norma del decreto 33-95 del MARENA. Sólidos suspendidos Los sólidos suspendidos en el afluente del sistema fue de 1,055 mg/L y en el efluente final dio como resultado 15 mg/L, cumpliendo la norma del decreto 33-95 del MARENA. Nutrientes El fósforo total mostró valores diferentes debido a las fluctuaciones de carga de entrada al sistema como se puede apreciar en los primeros dos muestreos. Los valores de fósforo del tercer muestreo en el afluente del sistema es de 6.76 mg/L y en efluente final es alto de 14.6 mg/L. El valor de nitrógeno en el efluente final del sistema fue de 5.6 mg/L, el que se acercó mucho a las normas austriacas (5 mg/L) descritas anteriormente. • Parámetros para determinar la estabilidad del digestor Factor de alcalinidad El factor de alcalinidad medido en éste muestreo fue de 0.23 estando dentro de los rangos permisivos.


60

Metano La concentración de metano contenida en el biogás fue de 86.6% considerándose alta lo que contribuye con el buen funcionamiento del digestor. 7.1.4.- Resultados de los porcentajes de remoción del sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. Tabla 7.1.4.-a: Porcentaje de remoción de cada una de las etapas realizadas en los tres muestreos realizados en este sistema.

% DE REMOCIÓN PARÁMETROS Pila de

hidrólisis Digestor FV BFH Todo el sistema

DQO 57 / 50 / 35 61 / 69 / 70 49 / 51 / 68 74 / -31 / 63 98 / 85 / 94DBO5 - / 47 / 21 62 / 64 / 78 53 / 56 / 63/-38/96 96 / 85 / 94N-Kjeldahl - - - - 68 / 74 / 91Sólidos suspendidos 96 / 98 / 91 - 17 /-47 /83 - 97 / 98 / 91Grasas y Aceites - / 78 / 2 - / 68 / 86 4 / - / 28 - 95 / 93 / 91Fósforo - - - / 73 / - - 45 / 77 /-30Cloruros - - - - - / - / -55

% primer muestreo / % segundo muestreo / % tercer muestreo En las tablas anteriores se presentan los porcentajes de remoción en cada una de las etapas del sistema de tratamiento en los muestreos realizados, como se puede observar el valor de remoción de la DQO es significativamente alto en los tres muestreos, siendo él más alto de 98%, al igual que la DBO5 ya que en los tres muestreos se registraron valores por encima del 90% en promedio. Con estos resultados se puede decir que el porcentaje de remoción de la materia orgánica es muy bueno, a pesar de las malas prácticas de operación y mantenimiento realizadas en las etapas de pretratamiento y tratamiento primario, también por el derrame de suero provocado dentro de la planta de proceso y la falta de plantas sembradas en el Biofiltro que contribuyen a incorporar oxígeno al agua para dar un mayor porcentaje de remoción de la materia orgánica. El porcentaje de remoción de los sólidos suspendidos en los primeros dos muestreos se calculo desde el afluente del sistema hasta la salida del filtro vertical ya que la salida del biofiltro carecía de efluente, sin embargo el porcentaje promedio de remoción fue alto de 97.5%, en el tercer muestreo el porcentaje fue de 98% y fue analizado a la salida del Biofiltro. La remoción de grasas y aceites como se puede observar en las tablas también fue elevado obteniéndose un valor de 95% aunque no se logro cumplir con el valor recomendado con la norma debido al suero que cae al sistema. El porcentaje de remoción promedio de nitrógeno y fósforo obtenidos en los dos primeros muestreos como se muestra en la tabla 7.1.4.-a es de 71% y 61.57% respectivamente, como se puede notar estos porcentajes son altos con respecto a investigaciones anteriores en este tipo de sistemas de tratamiento en los que se han obtenido porcentajes de remoción de nitrógeno y fósforo del 40% y 20% respectivamente. En el tercer muestreo el porcentaje de remoción de nitrógeno es de 91% siendo este alto,


61

sin embargo el porcentaje de remoción de fósforo y cloruros es negativo esto se puede atribuir a las fluctuaciones de carga alimentadas al sistema en días anteriores al muestreo (ver anexo A.1, tabla N°13). Sin embargo se puede comprobar que el sistema anaerobio en combinación con los biofiltros son eficaces para remover sólidos, materia orgánica e inorgánica por mecanismos anaeróbicos y aeróbicos, sedimentación y filtración. Los resultados obtenidos en el primer y segundo muestreo no cumplen con la norma de vertido establecida en el decreto 33-95 del MARENA, ya que estos valores no pertenecen a un efluente final del sistema, pero si cumple con los porcentajes de remoción de acuerdo a los establecido en el diseño para cada una de las etapas. No ocurriendo así en el tercer muestreo ya que hubo efluente final y los resultados obtenidos cumple con todos los parámetros con excepción de las grasas y aceites.


62

7.1.5.- COMENTARIOS DEL CAPITULO • Al evaluar el sistema de tratamiento de “LA MONTAÑA” desde el punto de vista

técnico se encontró que en los dos primeros muestreos no había efluente final ya que el biofiltro no se había llenado todavía, debido a que la alimentación era irregular.

• El caudal medido en el sistema de tratamiento, corresponde únicamente al agua

generada por la planta de proceso, ya que el agua producto de lavado de pichingas, camiones y área de empaque no estaban conectadas al sistema debido a que las tubería no se habían instalado, obteniéndose un valor promedio de 9.38 m3/d generado únicamente en la planta de proceso.

• Se comprobó que en las dos primeros muestreos el agua residual que entraba al sistema

de tratamiento contenía suero, debido a las malas prácticas de operación dentro de la planta de proceso (derrame de suero) provocando alteraciones en los resultados de los parámetros analizados.

• Se demostró que con un buen manejo dentro de la planta de proceso, evitando el

derrame de suero, trozos de borona de queso, no alteraban las condiciones de operación del sistema de tratamiento (pH, grasas , carga orgánica), lográndose de esta forma que el efluente final cumpliera con las normas establecidas en el decreto 33-95 del MARENA, sobre todo en el último muestreo realizado, como se puede observar en la tabla 7.1.3.3.-a del presente documento, donde se obtuvo una eficiencia de remoción de materia orgánica por encima del 90%, con excepción de las grasas y aceites, sin embargo este parámetro es reducido hasta un 91%.

• Se comprobó que el digestor anaerobio estaba siendo alimentado inadecuadamente,

mejorándose esta deficiencia a través de una capacitación al operador, sobre las buenas prácticas de operación del sistema de tratamiento, logrando una eficiencia de remoción de materia orgánica en esta etapa del 74% y un porcentaje de metano del biogás producido del 86.6% el cual es aprovechado por la cocina de la empresa.

• También se analizaron los nutrientes los cuales no están contemplados en las normas

nacionales, obteniéndose en el efluente concentraciones promedios de fósforo de 14.8 mg/L y nitrógeno de 14.7 mg/L, alcanzándose valores de remoción del 91% de nitrógeno.

• Se comprobó que el agua utilizada para lavado de pisos, proveniente del río Rama

contenía coliformes fecales y totales, dando como concentraciones promedios de 5.6E+04 y 8.8E+04 NMP/100ml respectivamente, éstos se puede atribuir a la presencia de ganado que llegan a aguar al río (estiércol).


63

1 0 / 1 1 1 0 / 1 6 1 0 / 2 1 1 0 / 2 6 1 0 / 3 1 1 1 / 5 1 1 / 1 0 1 1 / 1 5

0 5

1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5

M 3 / d i a

E V O L U C I O N D E C A U D A L P L A N T A D E T R A T A M I E N T O

7.2 -SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE “MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS” (Procesadoras de lácteos). El sistema de tratamiento de la planta procesadora de lácteos MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS fue diseñado en septiembre del año 2000 por el Dr. Ing. Napoleón López Villalta (consultor privado) iniciando su periodo de arranque en julio del 2001. Este sistema de tratamiento está conformado por las siguientes etapas: • Pretratamiento (Trampa de grasa) • Tratamiento primario (Tanque de aireación de lodos activados tipo SBR y pilas de

secado de lodos). Cada una de las empresas cuenta con su sistema de pretratamiento y una estación de bombeo para trasladar el agua residual pretratadas al tanque de aireación a una distancia de unos 500 m. Las dimensiones con que está formada cada una de las etapas de este sistema de tratamiento se presentan en anexo B.1, tabla N°1. 7.2.1.-Caudal generado en las plantas procesadoras de lácteos “MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS” en el periodo de funcionamiento. El sistema de tratamiento de MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS no estaba funcionando en el período de evaluación del presente estudio, debido a problemas mecánicos del O.K.I (aireador), por falta de presupuesto, ya que los repuestos solo se encuentran en el extranjero. Por esta razón únicamente se trabajó con los resultados obtenidos en el periodo 2001 al 2002, datos que fueron proporcionados por la empresa. El sistema de tratamiento de las plantas procesadoras de lácteos MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS fue diseñado para tratar 50 m3/día de agua residual provenientes de las plantas de proceso, lavado de pichingas y camiones. El comportamiento del caudal de éste sistema de tratamiento se puede observar en el siguiente gráfico. Gráfico 7.2.1.-a: Comportamiento del caudal en el periodo de arranque del sistema de tratamiento de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS” [10].


64

C O M P O R T A M IE N T O D E L A D B O 5

0 5 0 0

1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0 4 5 0 0 5 0 0 0 5 5 0 0

9 / 2 8 1 0 / 5 1 0 / 1 2 1 0 / 1 9 1 0 / 2 6 1 1 / 2 1 1 / 9 1 1 / 1 6 F E C H A D E M U E S T R E O

( mg /L )

D B O 5 S a n F r a n c is c o D B O 5 M A S IG U IT O D B O 5 E F L U E N T E

Según evaluación realizada por el Ingeniero Napoleón López, el sistema de tratamiento inicialmente estaba operando solamente con agua residual generada por la planta procesadora de queso SAN FRANCISCO DE ASÍS. Arrancando el sistema de tratamiento con una concentración y caudal inferior a la de diseño, siendo esta concentración de 4,500 mg DBO5/L y un caudal promedio de 15 m3/día, para una carga orgánica de 103.5 Kg/DBO5/día. Obteniéndose una excelente degradación de los compuestos orgánicos presentes en el agua residual, provocando un crecimiento rápido del lodo en el tanque de aireación. 22 días después de arrancar el sistema de tratamiento, la cooperativa MASIGUITO envió sus aguas residuales al tanque de aireación incrementando el volumen a 44 m3/d que corresponde al volumen de agua generado por ambas empresas (ver gráfico 7.2.1.-a). No obstante se presentaron algunos problemas de funcionamiento de la planta en este período principalmente por los cortes de energía, ya que el sistema depende básicamente de energía eléctrica para su operación. 7.2.2.- Resultados de los parámetros físico químicos del sistema de tratamiento de “MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS” en el periodo de funcionamiento. Físico-químicos [10] Los resultados de los análisis se presentan en las siguientes gráficas. Gráfico 7.2.2.-a: Comportamiento de la DBO5 en el afluente y efluente del sistema de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”.


65

COMPORTAMIENTO DE LOS SOLIDOS SUSPENDIDOS (SST)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

9/28 10/3 10/8 10/13 10/18 10/23 10/28 11/2 11/7 11/12 11/17

FECHA DE MUESTREO

(mg/

L)

SS San Francisco SS Efluente SS MASIGUITO

E F I C I E N C I A D E R E M O C I O N M A S I G U I T O

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

8 5

9 0

9 5

1 0 0

1 0 / 1 3 1 0 / 1 8 1 0 / 2 3 1 0 / 2 8 1 1 / 2 1 1 / 7 1 1 / 1 2 1 1 / 1 7F E C H A S

% D

E R

EMO

CIO

N D B O 5D Q OS S T

Gráfico 7.2.2.-b: Comportamiento de los sólidos suspendidos en el afluente y efluente del sistema de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. Según los resultados que se presentan en las gráficas anteriores del sistema (SBR), estaba operando por encima de la concentración de DBO5 recomendada en el diseño de 3,500 mg DBO5/L, por lo que se incrementó la concentración de lodos dentro del tanque de aireación hasta unos 5 g/L lográndose reducir la DBO5 en el sistema hasta 20mg/L, cumpliendo con las exigencias ambientales en la calidad de vertido establecidas en el decreto 33-95 del MARENA. El pH del agua dentro del tanque de aireación, mantuvo un promedio de 7.4 el que es aceptable para el tratamiento de este tipo de aguas. Los valores de oxígeno disuelto aun cuando se incrementaron sensiblemente las cargas, estas se encontraban por encima de los 1.50 mg/L. 7.2.3.- Resultados de los porcentajes de remoción del sistema de tratamiento de “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS” en el período de funcionamiento [10]. Gráfico 7.2.3.-a: Resultados de los porcentajes de remoción de DQO, DBO5 y SST de “MASIGUITO”.


66

E F I C I E N C I A D E R E M O C I O N S A N F R A N C I S C O

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

8 5

9 0

9 5

1 0 0

9 / 2 8 / 2 0 0 0 1 0 /8 /2 0 0 0 1 0 / 1 8 / 2 0 0 0 1 0 / 2 8 / 2 0 0 0 1 1 / 7 /2 0 0 0 1 1 / 1 7 / 2 0 0 0F E C H A S

% D

E R

EMO

CIO

N

D B O 5D Q OS S T

Gráfico 7.2.3.-b: Resultados de los porcentajes de remoción de DQO, DBO5 y SST de SAN “FRANCISCO DE ASÍS” [10]. En los gráficos anteriores se puede observar la eficiencia de remoción de DQO, DBO5, sólidos suspendidos, fueron aumentando a medida que las bacterias se adaptaron a las condiciones de operación, alcanzando valores de remoción por encima del 95% en el efluente final del sistema de tratamiento de las procesadoras de queso MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS.


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7.2.4.- COMENTARIOS DEL CAPITULO • En investigaciones anteriores se comprobó que este sistema remueve el 95%

únicamente para materia orgánica y sólidos suspendidos totales, cumpliendo de esta manera con las normas del decreto 33-95 del MARENA.

• El caudal recepcionado en este sistema de tratamiento, corresponde al agua generada

en las áreas del lavado de acopio, lavado de tanques de almacenamiento de leche y lavado de pichingas de las dos cooperativas MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASIS, presentando un caudal promedio de 29 m3/d durante todo el período observándose algunos picos en el gráfico 7.2.1.-a de 44 m3/d realizado en Noviembre del 2000.

• Este sistema de tratamiento de lodos activados (SBR) funciona excelentemente en la

remoción de materia orgánica con altas cargas observándose en los resultados presentados por la empresa; pero con la inconveniencia de que depende exclusivamente de energía eléctrica para operar y además necesita repuestos que no se encuentran fácilmente en el país. Debido a esta problemática (repuestos) el sistema estaba fuera de funcionamiento en el período de evaluación del presente estudio, por problemas mecánicos específicamente el O.K.I (Aireador), el cual hasta la fecha no se ha reparado ya que la empresa no cuenta con un repuesto además éste es demasiado costoso y solamente se encuentra en el extranjero.


68

7.3.- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE “INDAVINSA” (Procesadora de pollos) El sistema de tratamiento de la planta procesadora de pollos INDAVINSA fue diseñado en marzo del año 2000 por el “Proyecto Biomasa”, UNI - RUPAP y construido en el 2001 por la empresa constructora F. E. REYES, INGENIEROS S.A. Su período de arranque inició en octubre del año 2001. El sistema de tratamiento de aguas residuales de INDAVINSA está formado por las siguientes etapas: • Pretratamiento (Tamiz rotatorio, DAF y canal con rejilla) • Tratamiento primario (Pila de hidrólisis y Digestor anaerobio) • Tratamiento secundario (Laguna Facultativa) Las dimensiones con que está formada cada una de las etapas de este sistema de tratamiento se presentan en el anexo C.1, tablas N°1, N°2 y N°3. 7.3.1.- Caudal generado en la planta procesadora de pollos “INDAVINSA”. 7.3.1.1.- Caudal teórico según los datos de diseño. El sistema fue diseñado en base al caudal generado por la planta de proceso, de acuerdo a datos reportados por la empresa que es de 28 litros de agua residual por pollo sacrificado, en la siguiente tabla se presenta la proyección de producción de aguas residuales esperadas. Tabla 7.3.1.1.-a: Cantidad de aves a sacrificar y producción esperada de aguas residuales

Gasto de agua/pollo

Año de proyección Kg/semana Aves /semana m3/d

1 68,357 42,723 199 2 72,887 45,554 213 3 80,176 50,110 234 4 88,193 55,121 257 5 97,013 60,663 283 6 106,714 66,696 311 7 117,385 73,366 342 8 129,124 80,702 357 9 142,036 88,773 414 10 156,240 97,650 456

28L/Pollo

11 171,864 107,415 501 El sistema de tratamiento de la planta INDAVINSA tiene carácter modular, lo que significa que el tamaño actual de la planta de tratamiento se diseñó basándose en los datos proyectados para el año 5 de la proyección reflejada en el cuadro anterior. Siendo el caudal de diseño de 285 m3/d de aguas residuales generadas por el sacrificio de aproximadamente 10,100 pollos/d con un flujo máximo de agua residual de 36 m3/h.


69

0

5

10

15

20

25

30

06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

Tiempo (h)

Cau

dal (

m3/

h)

Afluente de pila d.h Efluente del digestor Efluente del sistema

Para el año 10 de la proyección, el caudal es de 456 m3/d con un flujo máximo de agua residual de 57 m3/h para una matanza aproximadamente de 18,000 pollos/d. Lo que significa que antes de cumplir el quinto año de operación, será necesario construir el segundo modulo del sistema de tratamiento, similar o igual al existente. 7.3.1.2.- Resultados de la medición del caudal. Caudal medido el 11/03/04 De acuerdo a diseño por cada pollo sacrificado se genera 28L de agua residual, la matanza en éste día de muestreo fue de 15,120 pollos, lo que teóricamente generaría un volumen de agua residual de 423.36 m3/d que es superior a la capacidad de tratamiento del sistema; pero de acuerdo al muestreo realizado se determino un caudal de 173.64 m3/d por medio de la formula de Manning, midiendo el tirante en el canal de entrada, obteniéndose un caudal menor que el calculado teóricamente, debido a que la empresa desvía un buen porcentaje de estas aguas residuales hacia un cause natural por una tubería de 24 pulgadas antes de llegar al sistema de tratamiento (ver anexo C.1, tabla N°5). En el gráfico 7.3.1.2-a se puede observar los valores de los caudales monitoreados en la entrada de la pila de hidrólisis, salida del digestor y salida de la laguna facultativa estos dos últimos medidos por el método de aforo. En la pila de hidrólisis se obtuvieron los mayores caudales a las 7 am con un valor de 28.16 m3/h y a las 2 pm fue de 21.57 m3/h. A la salida del digestor el caudal presentó un comportamiento casi constante, obteniéndose un promedio de 11.85 m3/h, para un caudal total de 165.83 m3/d. El caudal en el efluente final (laguna facultativa) también se mantuvo casi constante, obteniéndose un valor promedio de 4.11 m3/h, para un caudal total de 49.28 m3/d, como se puede observar este volumen es menor que el alimentado debido a las perdidas ocasionadas por evaporación de 48.6 m3/d y por infiltración de 67.95 m3/d (ver cálculo C.1.2 en anexo). Gráfico 7.3.1.2.-a: Comportamiento del caudal el 11/03/04 en el afluente de la pila de hidrólisis, efluente del digestor y efluente de la laguna facultativa.


70

05

10152025303540

06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

Tiempo (h)

Cau

dal m

3/h

Afluente a la pila d h Efluente del digestor Efluente del sistema

Caudal medido el 23/03/04 Gráfico 7.3.1.2.-b: Comportamiento del caudal el 23/03/04.en el afluente de la pila de hidrólisis, efluente del digestor y efluente de la laguna facultativa. En este muestreo se sacrificaron 17,640 pollos de acuerdo a diseño se generaría un caudal de 493.92 m3/d que de igual manera es superior a la capacidad de diseño del sistema de tratamiento. En este muestreo se midió un caudal de 140.23 m3/d el cual es mucho menor de acuerdo al valor teórico, esto también es debido al desvío de agua sin tratamiento al cauce natural y a la laguna facultativa. En el gráfico 7.3.1.2.-b, se puede observar que el caudal medido en el afluente de la pila de hidrólisis varía respecto al muestreo anterior ya que la cantidad de agua que entra al sistema es menor 140.23 m3/d, considerando que la cantidad de pollos sacrificados fue mayor que el muestreo anterior, esto se debió a que una de las bombas encargadas de bombear el agua del tamiz rotatorio hacia el sistema de tratamiento presentó problemas mecánicos además del agua desviada al cauce natural, obteniéndose los mayores caudales a las 8 am de 35.88 m3/h, y a las 2 pm de 21.57 m3/h. En la salida del digestor el caudal se mantuvo casi constante similar al primer muestreo, obteniéndose un caudal promedio de 9.56 m3/h, para un caudal total de 133.81 m3/d. El caudal en el efluente final se mantuvo casi constante, obteniéndose un valor promedio de 4.22 m3/h para un caudal total de 50.69 m3/d el cual es menor que el alimentado debido a las perdidas ocasionadas por evaporación de 44.7 m3/d y por infiltración de 50.69 m3/d (ver anexo C.1, tabla N°5 y cálculos C.1.2). Tabla 7.3.1.2.-a: Comparación de caudal de diseño y caudal medido en afluente y efluente al sistema de tratamiento.

Fecha Pollos sacrif.

Qt 28L/P m3/d

QM

m3/d

Qt≠QM

m3/d

QE.D

m3/d

QE.L

m3/d

Evap

m3/d

Inf

m3/d

Qt ≠QEL

m3/d 11/03/04 15,120 423.36 173.64 249.72 165.83 49.28 48.6 68.02 374.76 23/03/04 17,640 493.92 140.23 353.69 133.81 50.69 44.7 38.45 443.23 27/05/04 12,600 352.8 225.97 126.83 118.32 41.64 6.6 68.88 331.16 Qt: Caudal teórico QM: Caudal por Manning QE.D: Caudal efluente del digestor QE.L: Caudal efluente de la laguna


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Como se puede observar en la tabla anterior el caudal que genera la planta de proceso no coincide con el caudal medido en el afluente a la pila de hidrólisis, producto del desvío al cause natural, aproximadamente del 85% de estas agua sin ningún tipo de tratamiento el 15% restante de esta agua son las que entran al sistema de tratamiento, de las que se pierden el 30% producto de la evaporación e infiltración en la laguna facultativa. Resultado del caudal medido el 27/05/04 En este muestreo se sacrificaron 12,600 pollos que de acuerdo a diseño generaría un caudal de 352.8 m3/d. El caudal medido fue de 225.97 m3/d, es de notar que en los muestreos anteriores se sacrificó mayor cantidad de pollos y se midió menor caudal contrario a este muestreo, debido a que la tubería de desvío estaba obstruida producto que las cajas de registro posteriores estaban tapadas por basura, ramas, cartón, lodos sedimentados, plumas y sangre coagulada, por lo que toda el agua fue bombeada al sistema. En las dos últimas horas del muestreo el bombeo al digestor fue interrumpido por que la bomba se la llevaron para otro uso dentro de la empresa. Esto provocó derrames por los bordes de la pila de hidrólisis, por lo que se procedió a desviar agua sin tratar directamente al cauce natural desde el canal de la pila de hidrólisis las cuales se catalogan como perdidas hidráulicas. En este muestreo el proceso de matanzas se realizó en dos períodos por atrasos de transporte de los pollos, interrumpiéndose en un período de dos horas (11 am a 1 pm.). Sin embargo en éste muestreo, en las últimas horas de la matanza del segundo periodo, la pila de hidrólisis llegó a sobrepasar su capacidad de almacenamiento por las razones descritas en el párrafo anterior. Siendo el mayor caudal monitoreado por la mañana de 32.08 m3/h y por la tarde de 35.16 m3/h, obteniéndose un caudal total de 225.97 m3/d. El caudal a la salida del digestor como se observa en la gráfica no presento mucha variación con respecto a los muestreos anteriores presentando un valor promedio de 8.45 m3/h para un caudal total medido de 118.32 m3/d. En el efluente final de la laguna facultativa se obtuvo un promedio de 3.47 m3/h para un caudal total de 41.64 m3/d ocurriendo perdidas por infiltración y evaporación (ver cálculos C.1.2 en anexo C.1). El comportamiento del caudal en la laguna están en dependencia del caudal alimentado al digestor y al desvió de agua proveniente de la planta de proceso sin tratamiento primario debido a la capacidad de almacenamiento de la pila de hidrólisis, ocurriendo este último en los días en que no se realizaba muestreo según la información brindada por el operador del sistema el cual no se tenia control del volumen de agua que entraba a la laguna, pese a que los caudales alimentados fueron diferentes no hubo mucha variación, sin embargo las perdidas hidráulicas por infiltración y evaporación varían en los tres muestreos. Las pérdidas por infiltración son considerables, debido a que cuando se construyó el sistema de tratamiento, la laguna tardó mucho tiempo en recibir agua por lo que la capa de arcilla se cuarteó lo que permitió que el hormigón que había encima de esta se incrustara en las grietas dando lugar a que el agua se infiltrara y al deterioro de los taludes provocado por el ganado ya que el sistema esta sin protección (cerco de malla ciclón), añadiéndole la presión ejercida por el agua que contribuye con el deterioro de los mismos con el paso del tiempo.


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05

1015202530354045

06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

Tiempo (h)

Cau

dal m

3/h

Afluente a la pila d h Efluente del digestor Efluente al sistema

Gráfico 7.3.1.2.-c: Comportamiento del caudal el 27/05/04 en el afluente de la pila de hidrólisis, efluente del digestor y efluente de la laguna facultativa. En la tabla 7.3.1.2.-b se presentan los promedios de los caudales monitoreados en el Digestor anaerobio y Laguna facultativa de los tres muestreos realizados. Los cálculos y procedimientos se muestran en el Anexo C.1. Tabla 7.3.1.2.-b: Datos hidráulicos promedios obtenidos en los muestreos realizados en el sistema de tratamiento de “INDAVINSA”. Parámetro Unidad Digestor Laguna Caudal de entrada m3/d 188.39 135.94 Caudal de salida m3/d 135.94 49.06 Tiempo de retención días 2.21 16.70 Perdida total de agua m3/d (%) 0 91.75 Perdida por evaporación m3/d (%) 0 33.33 (36.33%) Pérdida por infiltración m3/d (%) 0 58.42 (63.65%) Caudal máximo de salida m3/h 13.54 Caudal mínimo de entrada m3/h 0.00 Caudal promedio de entrada m3/h 9.71 En la tabla anterior se puede observar que el tiempo de retención en el digestor es alto (2.21 días) con respecto al valor de diseño (1 día). Lo que puede atribuirse a que el caudal promedio de los tres muestreos que entra al digestor es de 188.39 m3/d siendo menor que el de diseño que es de 285 m3/d, siendo el valor del caudal de salida de 135.94 m3/d en un período de alimentación de 14 horas, a pesar que el digestor no está trabajando en su capacidad máxima no fue posible alimentarlo con todo el caudal promedio medido, resultando una diferencia de 52.45 m3/d por lo que se aduce que el digestor puede estar presentando problemas de obstrucción en el lecho filtrante. En los tres primeros años de funcionamiento (2001-2003) el digestor no presentaba este tipo de problemas en la alimentación, ya que este recibía todo el caudal de diseño en un tiempo de alimentación de 14 horas[3].


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El tiempo de retención en la laguna facultativa es de 16.70 días el cual también es alto con respecto al valor contemplado en el diseño (7.5 días), ya que estos oscilan entre 5-30 días según la bibliografía consultada para lagunas facultativas [8] (ver anexo C.1, tabla N°6). Las perdidas hidráulicas en la laguna ocurren por evaporación e infiltración, las cuales fueron calculadas tomando en consideración la tasa de evaporación para los tres muestreos, además de tomarse en cuenta en el último muestreo la tasa de precipitación debido a que ese día llovió, para calcular la infiltración se tomó en cuenta la diferencia de caudal en la laguna y el caudal de evaporación. Obteniéndose un promedio de evaporación e infiltración de 33.3 m3/d y 58.42 m3/d (ver Anexo C.1, calculo C.1.2). La alta tasa de infiltración se debe al deterioro de los taludes y al agrietamiento de los mismos. 7.3.2.- Determinación de los parámetros de campo del sistema de “INDAVINSA”. En la tabla 7.3.2.-a se presentan los promedios de los parámetros de campo (pH y temperatura) del digestor y laguna facultativa en los tres muestreos realizados. Tabla 7.3.2.-a: Promedio de los parámetros de campo obtenidos en los tres muestreos realizados en el sistema de tratamiento “INDAVINSA”.

Planta de

proceso Pila de hidrólisis Digestor anaerobio Laguna Parámetros

Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente EfluenteTemp.[°C] 28.5 28.13 28.65 28.65 28.75 28.75 28.34 pH 7.31 6.75 6.99* 7.16 6.84 6.84 7.91 * Antes de agregar hidróxido de sodio (NaOH) En la tabla anterior se puede observar que el pH del afluente de la pila de hidrólisis presenta un descenso con respecto al efluente de la planta de proceso, debido a que se da una pequeña descomposición de las sustancias complejas a sustancias más simples por medio de bacterias acidogénicas en el tiempo de sedimentación producido en el DAF. Contrario a esto, el efluente de la pila de hidrólisis tiene un leve ascenso, debido a que el agua que entra se mezcla con agua de días anteriores y lodos retenidos en el fondo de la misma. El pH del afluente del digestor se mantuvo dentro de los rangos recomendados, sin embargo se utilizó un dispositivo de control donde se agregaba (NaOH) para la regulación del mismo, creándose las condiciones óptimas para las bacterias dentro del digestor. El pH en el efluente de la laguna se mantuvo entre los rangos de 7.63–8.12, siendo el valor promedio de 7.91, considerándose estos normales. Al igual que la temperatura que se mantuvo entre los rangos de 26.0–30 °C. Este parámetro es muy importante debido a que la estabilidad de las bacterias responsables de la degradación de la materia orgánica depende de la temperatura (ver anexo C.1, tabla N°7). La temperatura obtenida en los tres muestreos se mantuvo estable en cada una de las etapas del sistema de tratamiento obteniéndose como promedio: pila de hidrólisis 28.39 °C, digestor 28.7 °C y laguna facultativa de 28.55 °C (ver anexo C.1 tabla N°8). 7.3.3.- Resultados de los análisis: Remoción de contaminantes En la figura 6.1.3.2.-a, se presentan los puntos de muestreo (1, 2, 3, 4 y 5) que se realizaron en el sistema de tratamiento. Los muestreos se hicieron de forma compuesta con una


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duración de 12 horas cada uno. Los datos de campo obtenidos en los muestreos se presentan en anexo C.1, tablas N°9, N°10 y N°11. Cabe mencionar que los dos primeros muestreos se realizaron en época de verano (Marzo). Los resultados obtenidos de los parámetros: físico-químicos, nutrientes y bacteriológicos, se presentan en los acápites siguientes. 7.3.3.1.- Primer muestreo realizado 11/03/04. • Análisis físico-químicos. Carga orgánica Los resultados obtenidos en el primer muestreo se presentan en la tabla 7.3.3.1.-a. Los valores de DQO y DBO5 determinados para el afluente del sistema fueron de 1,236 mg/L y 676 mg/L, los que se encontraron por debajo de los criterios de diseño de 2,200 mg/L y 1,100 mg/L respectivamente. La carga orgánica de DQO que entra a la pila de hidrólisis presenta un valor de 843 mg/L observándose una reducción del 32%, por el buen funcionamiento del DAF. En el efluente del digestor se obtuvo un valor de 493 mg/L de DQO siendo este valor mucho menor que lo contemplado en el diseño. Cabe mencionar que no se logró saber cuanto fue el porcentaje de reducción de la DQO en esta etapa debido a que no se analizó el agua del afluente a éste. La DQO y DBO5 en el efluente de la laguna tienen valores de 327 mg/L y 47.5 mg/L; no cumpliendo así la DQO con las normas descritas en el decreto 33-95 para este tipo de industria, esto puede ser debido a causa de dos factores: a) desvío de agua residual desde la planta de proceso a la laguna facultativa y b) presencia de algas en la laguna. Grasas y aceites Para evaluar el buen funcionamiento del DAF se realizaron análisis de las grasas y aceites en el la entrada y salida, teniendo como resultando los siguientes valores: 632 mg/L y 140 mg/L, lográndose reducir en un 78%. Tabla 7.3.3.1.-a: Resultados de los parámetros físico-químicos analizados el 11/03/04 del sistema de tratamiento de “INDAVINSA”.

PUNTOS DE MUESTREOS PARÁMETROS UNIDAD No1 No2 No3 No4 No5

NORMA

DQO mg/L 1236 843 - 493 327.3 250 DBO5 mg/L 676 - - - 47.5 150 N-Kjeldhal mg/L 46.4 - - - 35.7 - Sólidos suspendidos mg/L 440 - - - 155 200 Factor de Alcalinidad - - - - 0.35 - 0.2-0.35 Grasas y Aceites mg/L 632 140 - - - 30 Fósforo total mg/L 7.6 - - - 9.7 - Coliformes totales NMP/100ml - - - - 1.3E+05 Coliformes fecales NMP/100ml - - - - 4.9E+04 1000 Punto Nº1: Afluente al sistema Punto Nº2: Afluente a la pila de hidrólisis Punto Nº3: Afluente al digestor Punto Nº4: Efluente del digestor Punto Nº5: Efluente final (laguna facultativa)


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Sólidos suspendidos La concentración de sólidos suspendidos encontrado en el afluente al sistema (salida de la planta de proceso) fue de 440 mg/L y en el efluente final (laguna facultativa) se obtuvo un valor de 155 mg/L logrando cumplir con las normas del decreto 33-95. Nutrientes La presencia de nutrientes en el efluente de la planta de proceso es generado por las heces fecales adheridas a los pollos y lavado de cajillas, sangre y detergentes que utilizan para el lavado de pisos y equipos, obteniéndose concentraciones de nitrógeno y fósforo total: 46.4 mg/L y 7.6 mg/L respectivamente. En el efluente final del sistema la concentración de nitrógeno y fósforo fueron de: 38.7 mg/L y 9.7 mg/L, resultando poca remoción de estos contaminantes. Esto es debido a la presencia excesiva de algas y el desvío de agua sin tratamiento primario (ver anexo C.1.tabla N°12). • Análisis bacteriológico Debido a las características de la industria (Matadero de pollos) se procedió a comprobar la presencia de coliformes totales y fecales en el efluente final del sistema de tratamiento, donde se obtuvieron los siguientes valores 1.3E+05 y 4.9E+04 respectivamente, los cuales no cumplen con la norma del decreto 33-95 del MARENA del Arto 24 (1000 NMP/100ml). La presencia de coliformes fecales y totales se debe a las heces de los pollos y a la manipulación de cajillas. • Parámetros para determinar la estabilidad del digestor Factor de alcalinidad El factor de alcalinidad fue uno de los parámetros que se midió en el digestor, debido a su efectividad como indicador de una posible inestabilidad, los rangos óptimos de operación oscilan entre 0.2-0.35, se puede decir que la alimentación al digestor se mantuvo casi constante dando como promedio un factor de alcalinidad de 0.35 garantizando que el pH se mantuviera dentro de lo permisible como para asegurar la estabilidad de las bacterias metanogénicas para la producción de biogás. 7.3.3.2.-Segundo muestreo de “INDAVINSA” • Análisis físico-químicos Carga orgánica Los resultados obtenidos en el segundo muestreo se presentan en la tabla 7.3.3.2.-a. Se obtuvieron valores de DQO y DBO5 en el efluente de la planta de proceso (punto 1) de 1,400 mg/L y 552 mg/L, los que están por debajo de los criterios de diseño. La carga orgánica DQO y DBO5 que entra a la pila de hidrólisis presentó valores de 1,045 mg/L y 479 mg/L observándose reducción de estos parámetros con respecto al punto de muestreo anterior. En el efluente del digestor se obtuvieron valores de DQO y DBO5 de 383 mg/L y 194 mg/L. En el efluente final del sistema fue de 344 mg/L y 51 mg/L respectivamente, de


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los cuales solo la DBO5 logra cumplir con las normas de vertido, reiterando que esto se debe a la presencia de excesiva de algas y desvío de agua. Grasas y aceites La concentración de grasas y aceites en la salida de la planta de proceso fue de 272 mg/L, siendo menor que el resultado obtenido en el muestreo anterior de 632 mg/L, en el efluente final del sistema de tratamiento se obtuvo un valor de 10 mg/L alcanzando un porcentaje de remoción del 96% cumpliendo con la norma del decreto 33-95 del MARENA. Sólidos suspendidos La concentración de sólidos suspendidos en el efluente de la planta de proceso tiene un valor de 463 mg/L, lográndose reducir en las dos primeras etapas (DAF y digestor) a 50 mg/L, y en el efluente final (laguna facultativa) se obtuvo un valor de 165 mg/L. Esto puede ser debido a la presencia de algas, sin embargo se logra cumplir con las normas del decreto 33-95. Tabla 7.3.3.2.-a: Resultados de los parámetros físico–químicos analizados el 23/03/04 en el sistema de tratamiento de “INDAVINSA”.

PUNTOS DE MUESTREOS PARÁMETROS UNIDAD No.1 No.2 No.3 No.4 No.5

NORMA

DQO mg/L 1,400 1045 - 383 344 250 DBO5 mg/L 552 479 - 194 51 150 N-Kjeldhal mg/L 73 58 - 57 38 - Sólidos suspendidos mg/L 463 315 - 50 165 200 Factor de Alcalinidad - - - - 0.25 - 0.2-0.35 Grasas y Aceites mg/L 272 - - 10 30 Fósforo total mg/L 9 7.73 - 8.8 8.83 - Punto Nº1: Afluente al sistema Punto Nº2: Afluente a la pila de hidrólisis Punto Nº3: Afluente al digestor Punto Nº4: Efluente del digestor Punto Nº5: Efluente final (laguna facultativa) Nutrientes Las concentraciones de nitrógeno y fósforo total en el efluente de la planta de proceso (punto 1) fueron de 73 mg/L y 9 mg/L, reduciéndose en las etapas siguientes del sistema de tratamiento obteniéndose valores de 38.27 mg/L y 8.83 mg/L respectivamente en el efluente final del sistema. No obstante estos valores aun son altos en comparación con los valores que rigen las normas austriacas, que es de 5 mg/L para nitrógeno y 2 mg/L para fósforo total. • Parámetros para determinar la estabilidad del digestor Factor de alcalinidad El factor de alcalinidad en este muestreo se mantuvo dentro de los rangos recomendados con un valor de 0.25 garantizando la estabilidad dentro del digestor.


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7.3.3.3.-Tercer muestreo de “INDAVINSA”. • Análisis físico-químico Carga orgánica Este muestreo fue realizado en época de invierno a finales del mes de mayo. Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 7.3.3.3-a. Se puede observar que los valores determinados de DQO y DBO5 para el afluente del sistema (punto 1) fueron de 1,678mg/L y 439 mg/L. Como se puede apreciar la DQO aumentó con respecto a los muestreos anteriores, debido a que ese día parte de la sangre se mezcló con el agua residual, en el punto de muestreo (Nº2). Los valores de la DQO y DBO5 se incrementaron a 1,976 mg/L y 646 mg/L debido a que la otra parte de sangre fue descargada en la caja de recolección ubicada después del DAF ya que uno de los contenedores de sangre se dañó. De igual manera el afluente del digestor sufrió un incremento en los valores de materia orgánica DQO y DBO5 a 2,006 mg/L y 711 mg/L respectivamente. Esto puede ser atribuido a que días anteriores también descargaron sangre al sistema y al mezclarse con los lodos y agua acumulada más el agua cargada que entra a la pila de hidrólisis provocó estos incrementos bruscos. Además se observó nata flotante en gran cantidad en la pila de hidrólisis y los lodos contenidos en esta pila no se habían extraído desde hace tres meses. La DQO y DBO5 en el efluente final del sistema fue de 360 mg/L y 32 mg/L de los cuales solo la DBO5 logra cumplir con las normas del decreto 33-95 del MARENA. Para comprobar que las algas afectan el incremento de materia orgánica en el efluente de éste sistema, se realizó un análisis de DQO y DBO5 soluble. Únicamente el valor de la DQO sufrió variante dando como resultado 176 mg/L esto indica que las algas en el efluente sí aumentan el valor de DQO. Tabla 7.3.3.3-a: Resultados de los parámetros físico–químicos analizados el 27/05/04 en el sistema de tratamiento de “INDAVINSA”. PARÁMETROS PUNTOS DE MUESTREOS NORMA

UNIDAD No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 DQO mg/l 1,678 1,976 2,006 851 360/176* 250 DBO5 mg/l 439 646 711 322 32/32* 150 N-Kjeldhal mg/l 65.8 - - - 61.6 - Sólidos suspendidos mg/l 952.5 610 600 245 130 200 Factor de Alcalinidad - - - - 0.34 - 0.2-.035 Grasas y Aceites mg/l 1,074 26 334 28 192 30 Fósforo total mg/l 9.57 - - - 8.85 - Coliformes total NMP/100ml - - - - 4.00E+05 - Coliformes fecales NMP/100ml - - - - 2.70E+04 -

* Muestra filtrada Punto Nº1: Afluente al sistema Punto Nº2: Afluente a la pila de hidrólisis Punto Nº3: Afluente al digestor Punto Nº4: Efluente del digestor Punto Nº5: Efluente final (laguna facultativa)


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Sólidos suspendidos Los sólidos suspendidos en la salida de la planta de proceso presentan un valor de 952.5 mg/L y en el efluente final se obtuvo un valor de 130 mg/L el cual se logra cumplir con las normas del MARENA. Grasas y aceites La concentración de grasas y aceites en el afluente del sistema (punto 1) presenta una alta concentración respecto a los muestreos anteriores de 1,074 mg/L. Sin embargo en el DAF se logra reducir este valor hasta 26 mg/L, pero en el efluente de la pila de hidrólisis sufre un incremento considerable cuyo valor es de 334 mg/L. Esto es debido a la acumulación de agua y lodos estancados al igual que la nata flotante y la gran cantidad de sangre que recibe la pila de hidrólisis. En el efluente del digestor se puede observar que la concentración de grasas y aceites disminuye considerablemente a 28 mg/L, pero en el efluente final del sistema este valor sufre nuevamente un incremento hasta alcanzar un valor de 192 mg/L debido al desvío de agua cruda a la laguna. Este último valor está por encima de los establecidos en las normas de vertido. Nutrientes Las concentraciones de nitrógeno y fósforo total en el afluente del sistema son altas de 65.8 mg/L y 9.57 mg/L. En las etapas posteriores contrario a los muestreos anteriores no se lograron reducir estos parámetros ya que en el efluente del sistema los valores de las concentraciones son de 61.6 mg/L y 8.85 mg/L. Esto se debe a la cantidad excesiva de algas. • Análisis bacteriológicos En el efluente final del sistema de tratamiento se realizaron análisis de coliformes totales y fecales obteniendo como resultado 1.3E+05 NMP y 4.9E+04 NMP los que sobrepasan el valor permisible de 1000 NMP/100 ml establecidos por el decreto 33-95 del MARENA. • Parámetros para determinar la estabilidad del digestor Factor de alcalinidad El factor de alcalinidad en este muestreo se mantuvo dentro de los rangos recomendado obteniéndose un valor de 0.34. Metano Se tomo una muestra de biogás para determinar el contenido de metano, obtuviéndose una concentración del 70% de metano, lo que se considera un porcentaje bueno, que puede ser aprovechado como energía, principalmente en la cocina etc (ver anexo C.1, tabla N°13). En este último muestreo se realizó análisis de oxígeno disuelto en la laguna facultativa, observándose que estos varían a medida que se aumenta la temperatura y los vientos en el transcurso del día. Se obtuvo un valor mínimo de 0.4 mg/L tomado a las 6:00 am y un valor máximo de 1.4 mg/L tomado a las 9:45 am, luego estos valores fueron bajando


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debido a los cambios climáticos, por causa de la precipitación pluvial, la poca incidencia de radiación solar y viento y las actividades fotosintética de la laguna. 7.3.4.- Resultados de los porcentajes de remoción del sistema de tratamiento de “INDAVINSA”. Tabla 7.3.4.-a: Porcentaje de remoción de cada una de las etapas realizadas en los tres muestreos al sistema de tratamiento.

% DE REMOCIÓN PARÁMETROS

DAF Pila de hidrólisis Digestor Laguna Todo el

sistema DQO 32/25/- - -/-/58/79* 34/34/58/91* 74/76/79 DBO5 -/13/- - -/-/55 -/74/90 93/91/93 N-Kjeldhal -/20/- - -/-/- -/33/- 23/48/6 Sólidos suspendidos

-/32/36 -/-/2 -/-/59 -/-/47 65/64/86

Grasas y Aceites 78/4/98 - -/-/92 - -/96/82 Fósforo total -/18/- - -/-/- - -28/6/8

* Muestra filtrada % primer muestreo / % segundo muestreo / % tercer muestreo El porcentaje de remoción de la DQO y DBO5 del efluente final de todo el sistema de tratamiento en el primer muestreo fue de 74% y 94%, como se puede observar el porcentaje de remoción de la DQO es bajo, debido a la excesiva cantidad de algas, desvío incontrolado de las aguas residuales directamente a la laguna sin tratamiento primario (desperfecto del DAF), producto del incremento de la matanza de pollos. El porcentaje de remoción de nitrógeno y fósforo fue muy bajo obteniéndose valores de 23% y -28%. Este último es negativo producto de las fluctuaciones de estos contaminantes. En el segundo muestreo el porcentaje de remoción final del sistema de la DQO no varió significativamente con respecto al muestreo anterior. En cambio la remoción de DBO5 fue alto obteniéndose un valor de 91% al igual que el valor determinado de grasas y aceites que fueron de 96%. Sin embargo, la remoción total de Nitrógeno y de fósforo aumentó a 48% y 6%, debido a que una parte queda retenida en la grasa eliminada en el DAF y otra parte es removida por el aumento en el consumo de nutrientes de las algas y bacterias en la laguna. El porcentaje de remoción de DQO y DBO5 a la salida de la laguna en el tercer muestreo fue mayor en comparación con los dos muestreos anteriores obteniéndose valores de 76% y 93%, esto puede ser atribuido por la incidencia de lluvia en días anteriores a este muestreo y el propio día del muestreo. El porcentaje de remoción de nitrógeno y fósforo total presenta valores de 6% y 8% los cuales son muy bajos en comparación con los resultados obtenidos en los muestreos anteriores, esto puede ser debido a la presencia excesiva de algas en la laguna (ver anexo C.1, tabla N°14).


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7.3.5.- COMENTARIOS DEL CAPITULO • En la evaluación realizada al sistema de tratamiento de “INDAVINSA” se encontró

que éste estaba siendo operado de forma inadecuada. El caudal generado en la planta de proceso producto del aumento en la matanza de pollos estaba por encima de los valores proyectados en el diseño de 10,100 pollos (285 m3/d) que se deberían de sacrificar en el quinto año sobrepasando este valor en el primer año a 15,120 pollos (423.4 m3/d), esto implicó una generación de agua residual mayor que la proyectada, provocando desvío de un buen porcentaje de estas aguas residuales al cause natural y otra parte directamente a la laguna facultativa (sin tratamiento primario).

• En los muestreos realizado a este sistema de tratamiento se obtuvo un caudal promedio

de entrada y salida al digestor anaerobio de 188.39 m3/d y 135.94 m3/d, dando una diferencia de 52.45 m3/d, a pesar que la capacidad de alimentación al digestor era de 285 m3/d éste no pudo recibir el caudal promedio medido en un tiempo establecido de 14 horas de alimentación, por lo que se asume que el digestor presentaba problemas de obstrucción producto de la grasa acumulada en la superficie del lecho filtrante debido a que meses anteriores a los muestreos el DAF no estaba funcionando por problemas mecánicos y el digestor recibía el agua directamente de la planta de proceso sin ningún pretratamiento. Antes del último muestreo al digestor se le aplicó un retrolavado, mejorando un poco su capacidad hidráulica; pero esto no fue suficiente ya que el problema estaba muy avanzado por la gran cantidad de grasa introducida al digestor.

• Los porcentajes de remoción promedio en el efluente final de materia orgánica fue de

80%, sólidos suspendidos 95%, 93% de grasas y aceites y un 12% de nutrientes, de los cuales no todos los parámetros analizados cumplen con las normas del decreto 33-95 del MARENA por problemas presentados en el digestor y por el desvió de las aguas crudas sin pretratamiento directamente a la laguna.

• De acuerdo al caudal promedio medido en la entrada y salida en la laguna facultativa

éste fue de 135.94 m3/d y 49.00 m3/d, se observo que presenta pérdidas hidráulica considerables con un valor de 86.94 m3/d, de las cuales se determinó que un 36.33% se pierde por evapotranspiración y el 63.65% se asume por infiltración, debido a problemas de fisura o grietas en los taludes.


81

7.4.- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CERVEZA “COCECA S.A.”. El sistema de tratamiento del Consorcio Cervecero fue construido a inicios del año 2000 por el grupo Alemán Von Nordenskjöld Verfahrenstechnik GMBH, iniciando sus funciones a mediados del año 2001. El grupo constructor actualmente se encarga de las supervisiones técnicas del sistema de tratamiento. Este sistema de tratamiento está conformado por las siguientes etapas: • Pretratamiento (canal con rejilla y trampa de grasa) • Tratamiento primario (pila de igualación y digestor anaeróbio) • Tratamiento secundario (sistema de lodos activados, pila de aireación y pila de

sedimentación) • Tratamiento terciario (pila de post-aireación y biofiltro) Las dimensiones de la etapa del pretratamiento no se lograron medir, debido a las dificultades que estas presentaban. Las dimensiones con que está formada la etapa de tratamiento primario y tratamiento secundario de este sistema de tratamiento se presentan en el anexo D.1, tablas N°1 y N°2. 7.4.1.- Caudal generado por la planta de producción de cerveza “COCECA S.A.”. El sistema de tratamiento del Consorcio Cervecero Centroamericano está diseñado para tratar 80 m3/h de agua residual [16], que corresponde a una producción de 800 hl de cerveza al año. Inicialmente el sistema de tratamiento recibía 60 m3/h, actualmente el sistema de bombeo está regulado para bombear 30 m3/h durante 24 horas, recomendado por la compañía encargada de la asistencia técnica debido a problemas de eficiencia del digestor anaerobio producto del derrame de bunker en el año 2000, el cual aun se encuentra adherido en las paredes del digestor. El caudal del afluente al sistema de tratamiento es monitoreado a través de un panel de control automático mediante un sistema computarizado, durante todo el tiempo de muestreo. Sin embargo la empresa reportó que por cada litro de cerveza producida se generan entre 7 y 9 litros de agua residual. El día que se realizó el muestreo no se pudo conocer la producción de cerveza ya que esa información no fue brindada por políticas de la empresa, para poder estimar la cantidad de agua residual generada ese día. 7.4.1.1. Medición del caudal realizado el 30/06/04 La cantidad total de agua residual que se generó el día del muestreo, provenientes de las diferentes áreas de producción de la empresa, aguas negras y cocina no pudo ser conocida, debido a que estos datos eran confidenciales. Cuando el agua residual proveniente de la planta de proceso de cerveza trae sobrecargas de soda cáustica, esta no entra al sistema de tratamiento, si no que cierran la válvula que permite la entrada de agua residual al sistema y esta se desvía directamente al lago, esta actividad ocurre 2 veces a la semana y la alimentación a la planta se ve interrumpida aproximadamente por 1 ó 2 horas. Lo que sí, se logró monitorear fue la cantidad de agua que entró al sistema de tratamiento por medio de los medidores automáticos que se observaban en la computadora.


82

27.0

28.0

29.0

30.0

31.0

32.0

33.0

06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

Horas

Cau

dal (

m3/

h)

Afluente a la pila d. h

En el gráfico 7.4.1.1.-a se presenta el comportamiento del caudal en el afluente realizado en el sistema de tratamiento del la planta de producción de cerveza “COCECA S.A.” Gráfico.7.4.1.1.- a: Comportamiento del caudal en el afluente del sistema (Pila de hidrólisis) del 30/06/04 del sistema de tratamiento de “COCECA S.A.” El comportamiento del caudal en el afluente del sistema osciló entre los valores de 29.1m3/h y 32.2 m3/h en todo el tiempo de muestreo (12 horas) considerándose este valor promedio dentro del rango establecido de 30m3/h el cual fue programado el sistema de bombeo en ese día (ver anexo D.1 tabla N°3). 7.4.2.- Datos hidráulicos del sistema de tratamiento de “COCECA S.A.” Tabla 7.4.2-a: Datos hidráulicos de la etapa anaerobia y aerobia medidos en el sistema de tratamiento de “COCECA S.A.” Parámetro Unidad Digestor Lodos ActivadosCaudal de entrada m3/d 720* 720**

Caudal de salida m3/d 720 720 Tiempo de retención días 1.38 4.3 *Asumiendo que lo que sale de la pila de hidrólisis es igual a la entrada del digestor ** Asumiendo que la salida del digestor es igual a la entrada de la pila de lodos activados Tabla 7.4.2.-b: Promedio de los parámetros de campo obtenidos en el muestreo realizado el 30/06/04 en el sistema de tratamiento de “COCECA S.A.” Parámetro Unidad Digestor Lodos ActivadosTemperatura de entrada 0C 36.34 37.25 Temperatura de salida 0C 37.25 30.84* pH de entrada - 7.6 7.0 pH de salida - 7.0 8.14 *valor tomado a la salida de la pila de segunda aireación. Como se observa en la tabla anterior el tiempo de retención en el digestor es de 1.38 días (ver anexo D.1, cálculos D.1.2), el cual esta por encima del valor de diseño (0.50 días), lo que viene a favorecer la remoción de contaminantes orgánicos contenida en el agua residual (ver anexo D.1, tabla N°5). El tiempo de retención en la pila de lodos activados es


83

alto siendo este de 4.3 días en comparación con su valor de diseño que es de 1.56 días, se puede ver que hay un aumento de 2.8 días lo que contribuyó a obtener mejores resultados en cuanto a la estabilidad y calidad del efluente. 7.4.3.- Parámetros de campo. El pH a la entrada del digestor oscilan entre 6.80–9.6 (regulado previamente en la pila de hidrólisis) dando como promedio un valor de 7.60, estando dentro del rango óptimo de operación recomendados en un tratamiento anaerobio que oscilan entre 6.6 a 7.6 [9]. El pH a la salida del digestor se encuentra comprendido entre valores de 6.92 a 7.05 (ver anexo D.1 tabla N°6) con un promedio de 7.0. El pH de entrada y salida en el sistema de lodos activados oscila entre 7–8.1. Se puede observar que el pH a la salida sufre un aumento, pero se encuentra entre los rangos permisibles. La temperatura de entrada y salida del digestor oscila entre 36.34°C y 37.25 °C siendo estos valores óptimos para una buena operación (ver anexo tabla N°7). 7.4.4.- Resultados de los análisis y remoción de contaminantes 7.4.4.1.- Muestreo realizado en “COCECA S.A.” En la figura 6.1.4.2.-a, se presentan los puntos de muestreo que se realizó en este sistema. El muestreo se hizo de forma compuesta con una duración de 12 horas los datos de campo obtenidos en cada una de las etapas de este sistema de tratamiento se presentan en el anexo D.1 tabla N°8. Dado que la empresa realiza sus propios análisis y además cuenta con una buena base de datos de los diferentes parámetros físico-químicos, solamente se realizó un muestreo con el objetivo de comprobar los valores de éstos. Tabla 7.4.4.1.-a: Resultados de los parámetros físico-químicos analizados el 30/06/04.


NORMA

DQO mg/L 2,644 1492 - 50 55 250 DBO5 mg/L 1,325 900 - 5 5 100 N-Kjeldhal mg/L - 40.6 - - <5 - Sólidos suspendidos mg/L 240 - 3,195 - 27.5 100 Grasas y Aceites mg/L 226 60 - - 64 30 Fósforo total mg/L 54 46 - - 23.10 - Coliformes totales NMP/100ml 1.70E+05 - - - 2.10E+04 1000 Coliformes fecal NMP/100ml 7.80+04 - - - 6.80E+03 1000 Factor de alcalinidad - - 0.50 - - - - % de metano 86.6

Punto Nº1: Efluente a la pila de preacidificación Punto Nº2: Efluente al digestor Punto Nº3: Afluente a la pila de lodos activados Punto Nº4: Afluente al biofiltro Punto Nº5: Efluente del biofiltro ó efluente final


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• Análisis físico-químicos Carga orgánica Como se puede observar en la tabla 7.4.2.-a, el valor de la DQO y DBO5 en el efluente del sistema que corresponde a la salida del biofiltro es de 55 mg/L y 5 mg/L, considerándose este valor muy por debajo de las normas debido a la eficiencia del sistema de tratamiento. Sólidos suspendidos Los sólidos suspendidos presentan valores muy por debajo de la norma siendo este de 27.5mg/L, por la eficiente retención que presentan en las diferentes etapas del sistema de tratamiento. Grasas y aceites La concentración de grasas y aceite analizado en el efluente final del sistema tratamiento fue de 64 mg/L, el cual no logra cumplir con las normas de vertido, debido a que en el sistema de tratamiento accidentalmente hubo derrame de bunker y esto se ve reflejado significativamente en los valores de este parámetro. Nutrientes Los resultados obtenidos de nitrógeno en el efluente final del sistema son bajos <5 mg/L, esto se le atribuye a la etapa de nitrificación debido a la incorporación de oxígeno al agua en la laguna de aireación. Como se puede observar en la tabla 7.4.2.-a el fósforo es elevado en la pila de hidrólisis ya que es donde se concentra toda el agua residual que se genera en COCECA y además contiene ácido fosfórico ya que se utiliza para la limpieza de los equipos en la planta de procesos, en el digestor el fósforo se reduce hasta 46 mg/L. El valor del fósforo total en el efluente final del sistema es muy alto de 23.10 mg/L, en comparación con los valores que rigen las normas austriacas de 2 mg/L ya que en nuestro país no se cuenta con un valor establecido en el decreto 33-95 del MARENA (ver anexo D.1 tabla N°9). • Análisis bacteriológicos Se realizó análisis de coliformes totales y fecales con el objetivo de comprobar si había presencia de los mismos en el agua residual, obteniéndose como resultado para los coliformes totales de 6.80E+03 NMP/100ml en el efluente final y para coliformes fecales de 2.10E+04 NMP/100ml, observándose de esta manera que se encuentran por encima de la norma de vertido descritas en el decreto 33–95 del MARENA. • Parámetros para determinar la estabilidad del digestor Factor de alcalinidad A la salida del digestor anaerobio se realizó la prueba del factor de alcalinidad para verificar la estabilidad de éste, dando como resultado un valor de 0.5, esto puede ser producto de una alimentación con altas cargas provocando una inestabilidad interna en el digestor el cual tiende a acidificarse, ya que permite la formación de ácidos grasos volátiles (AGV) pudiendo afectar así el rendimiento del digestor en cuanto a la producción de biogás y calidad del mismo.


85

Metano Se tomó una muestra de biogás para determinar el porcentaje de metano dando como resultado un valor de 86.6%. Tabla 7.4.4.1.-b: Resultados del porcentaje de remoción de cada una de las etapas analizadas el 30/06/04 del sistema de tratamiento de “COCECA S.A.”

% DE REMOCIÓN

PARÁMETROS Unidad Digestor

Lodos activados

y post-aireación

Biofiltro Todo el sistema

DQO mg/L 44 96.6 -10 97 DBO5 mg/L 32 99 0 99 N-Kjeldhal mg/L - - - - Sólidos suspendidos mg/L - - - 88 Grasas y Aceites mg/L 73 - - 72 Fosfatos totales mg/L 14.81 - - 57 Coliformes totales NMP/100ml - - - 88 Coliformes fecales NMP/100ml - - - 91

El porcentaje de remoción de la DQO y DBO5 obtenidos en el efluente del sistema de tratamiento son altos, como pueden observarse en la tabla anterior, debido a la combinación de las etapas anaerobias y aerobias y a la buena operación del sistema. Tabla 7.4.4.1.-c: Resultados de los parámetros analizados en el mes de junio por el laboratorio de aguas residuales de “COCECA S.A.”


NORMA

DQO mg/L 2,988 1,110 - - 62.9 250 DBO5 mg/L 1900 850 8 100 Nitratos mg/L - - - - 3.3 - Nitrito mg/L - - - - 0.10 - Nitrógeno total mg/L 77 97 - - 12 - Amonio mg/L 44 56 - - 0.4 - Sólidos suspendidos mg/L - - - - - 100 Grasas y Aceites mg/L - - - - - 30 Fósforo total mg/L 137 134 87 - Coliformes totales NMP/100ml - - - - - 1000 Coliformes fecales NMP/100ml - - - - - 1000 Punto Nº1: Efluente a la pila de preacidificación Punto Nº2: Efluente al digestor Punto Nº3: Afluente a la pila de lodos activados Punto Nº4: Afluente al biofiltro Punto Nº5: Efluente del biofiltro ó efluente final


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En la tabla anterior se pueden observar los resultados promedios del mes de junio del 2004 de los parámetros analizados en el laboratorio de COCECA. Estos resultados fueron proporcionados por la empresa con el objetivo de comparar los resultados obtenidos el 30/06/04 en el laboratorio de Biomasa UNI-RUPAP, observándose que los resultados reportados por ambos laboratorios no difieren en gran manera.


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7.4.5.- COMENTARIOS DEL CAPITULO • En la evaluación realizada en el sistema de tratamiento del Consorcio Cervecero

Centroamericano, está operando con 30 m3/h y no con la capacidad de diseño de 60 m3/h. Este sistema de tratamiento está cumpliendo con las normas de vertido descritas en el decreto 33-95 del MARENA, con excepción de coliformes totales y fecales ya que las aguas de los servicios sanitarios y cocina se mezclan con las aguas de las áreas del proceso, de igual manera las grasas y aceites no cumplen, presentando valores casi el doble del límite permisible con un bajo porcentaje de remoción del 53%, debido a que la trampa de grasa con que cuenta éste sistema de tratamiento no es eficiente.

• En la etapa anaerobia el porcentaje de remoción de materia orgánica es bajo de 38%,

sin embargo la concentración de metano presente en el biogás extraído del digestor es alta de 87% atribuyéndosele al tipo de desechos altamente biodegradable.

• La etapa de lodos activados es satisfactoria en la remoción de DQO y DBO5

alcanzando valores de 96.6% y 98% respectivamente. • La remoción total del sistema de tratamiento con respecto a la materia orgánica fue de

90%, el porcentaje de remoción de nitrógeno fue de 53% obteniéndose un valor de la concentración en el efluente final menor de 5 mg/l, el que llega a cumplir con los valores de las normas austriacas, no siendo así con el fósforo cuyo porcentaje de remoción fue de 21%.

• Los parámetros analizados por el laboratorio de COCECA no difieren en gran manera

con respecto a los realizados en el laboratorio de Biomasa.


88

7.5.- EVALUACIÓN DE COSTOS DE CADA SISTEMAS DE TRATAMIENTO. 7.5.1.- Costos de construcción y equipos, operación & mantenimiento Los datos de los costos de construcción operación y mantenimiento fueron brindado por el personal administrativo de cada una de las empresas en estudio. Para determinar los costos de construcción de cada sistema se tomó en cuenta las diferentes inversiones tanto de materiales como mano de obra, diseño del sistema, transporte. Los costos de operación y mantenimiento se basaron en todos los gastos que incurren en la operación de cada sistema como son: reactivos, energía, pago del operador, herramientas, equipos de protección, repuestos, mantenimiento preventivo y correctivo de los equipos y maquinarias. El costo de los terrenos se calculó basándose en los valores catastrales (los más bajos) por m2, brindado por la alcaldía de Managua. En el cálculo del costo por m3 de agua tratada no se incluyeron los costos de los terrenos por que éstos varían de acuerdo a su ubicación y lugar, quedando en desventaja el sistema ubicado en la ciudad de Managua ya que son los terrenos más costosos (ver tabla 7.5.3.-a). 7.5.2.- Discusión de costos de cada uno de los sistemas de tratamiento. Sistema de tratamiento “LA MONTAÑA” • Costos de construcción El costo de construcción total de este sistema de tratamiento fue de US $ 40,950 en el cual se consideraron todos los gastos pertinentes. Siendo la etapa donde se incurrió con mayor gasto la construcción del digestor anaeróbico con US $ 21,500, dada las características particulares que presenta esta construcción. Los costos de construcción de éste sistema fueron afectados principalmente por el transporte de los materiales utilizados, ya que estos fueron adquiridos en Managua por la carencia de los mismos en la zona. Cabe mencionar que cuando la empresa procesadora de lácteos LA MONTAÑA construyó el sistema de tratamiento lo realizo en los previos libres.


89

Costo US $/año

1,625 84%

319 16%

Reactivo NaOH Salario del operador

Gráfico 7.5.2.-a: Costos de construcción del sistema de tratamiento “LA MONTAÑA” • Costos de operación y mantenimiento Los costos de operación y mantenimiento de este sistema de tratamiento es de aproximadamente de US $ 2,670/año, presentado una de las ventajas sobre los demás sistema debido a que trabaja completamente por gravedad, por lo que no requiere de energía eléctrica (ver grafico N° 7.5.2.a). Entre los gastos más significativos que incurren en este sistema es: salario del operador siendo de US $ 1,625/año y compra de reactivos (NaOH) para el control del pH, con valor de US $319/año. Dentro de estos costos de operación y mantenimiento están incluidos la pintura anticorrosiva que se le aplica anualmente al domo metálico del digestor anaeróbico así como el cambio del lecho filtrante del mismo y de los biofiltros, esto se hace cada 4 y 2 años respectivamente. Gráfico 7.5.2.-b: Costos de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento LA MONTAÑA.

Costo US $/ año

3,430 9% 21,523

59%

2,470 7%

9,190 25%

Pila de hidrólisis Digestor anaérobico Filtros Biofiltros


90

Costo US $

86,447 62%

52,398 38%

Costo de construcción Costos de oper.y mant.

Sistema de tratamiento “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS” • Costo de construcción El costo de construcción total de éste sistema fue de US $86,447, en los que se incluyeron movimiento de la tierra, compra de equipos (bombas, compresores, aireador, etc.), supervisión de la construcción y puesta en marcha. Cabe mencionar que la empresa contaba con espacio disponible o área para la construcción del sistema de tratamiento, por lo que no fue necesario una compra adicional de terreno. Del monto total de la construcción de este sistema fue financiado en un 25% por el organismo Finlandés y el otro 75 % fue asumido por las dos empresas beneficiadas con este sistema las que realizaron un préstamo bancario, del que solamente han venido pagando los intereses anuales. • Costos de operación y mantenimiento Los costos de operación y mantenimiento son asumidos por las Cooperativas MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS y tienen un valor anual aproximadamente de US $52,398 que corresponden en su mayoría a salario y las prestaciones de los operadores y personal subcontratado para la limpieza del sistema, con un costo total anual de US $15,565. Otros gastos significativos son los costos de energía eléctrica que es uno de los factores que eleva los costos de mantenimiento de éste sistema siendo de US $11,820/año y otro es el costo de reparación de los equipos, siendo éste de US $11,130, debido a que los repuestos solamente se encuentran en el extranjero. Como se mencionó en el párrafo anterior los costos de operación y mantenimiento son muy altos lo que viene a desfavorecer a las empresas, debido a que la productividad de ésta no es lo suficientemente grande para poder mantener en funcionamiento el sistema de tratamiento todo el año. Gráfico 7.5.2.-c: Costos de construcción operación y mantenimiento del sistema de tratamiento MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS.


91

Sistema de tratamiento “INDAVINSA” • Costo de construcción En este sistema de tratamiento el costo de construcción fue de US $292,933, distribuyéndose de la siguiente manera: etapa de pretratamiento (DAF) con un costo de US $85,600, digestor anaeróbico con un valor de US $52,346, la pila de hidrólisis con US $44,980 y la laguna facultativa con US $ 21,160. También esta empresa contaba con área disponible para la construcción de éste sistema de tratamiento. Cabe mencionar que en el diseño de este sistema de tratamiento estaba contemplado un biofiltro; pero por falta de recursos financieros se tomó la decisión de construir una laguna facultativa. En el siguiente gráfico se presenta los costos más significativos que presenta éste sistema de tratamiento Gráfico 7.5.2.-d: Costos de construcción del sistema de tratamiento “INDAVINSA” • Costos operación y mantenimiento Los costos de operación y mantenimiento anual de este sistema de tratamiento equivalen aproximadamente a US $ 14,000. Este sistema de tratamiento hace uso de energía eléctrica en algunos equipos de la etapa de pretratamiento como el tambor rotatorio, DAF y las bombas, éstos costos son los de mayor influencia siendo de US $ 8,800/año, otros de los costos de relevancia es el mantenimiento de las bombas centrifugas y el salario del operario que anualmente son de US $ 1,300 y US $ 1,100 respectivamente.

Costo US $/año

30,33012%

22,4759%

21,160 8%

52,346 20%

44,980 18%85,600

33%

Pila de hidrólisis Digestor anaeróbicoLag. Facultativa Diseño del sistemaOrdenes de cambio DAF


92

Costo US $/año

8,83073%

1,1109%

1,69814% 432

4%

Bombas centrifugas Reactivo NaOHSalario del operador Energía eléctrica

Gráfico 7.5.2.-e: Costos de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento de “INDAVINSA” Sistema de tratamiento “COCECA” • Costos de construcción Los costos de construcción de este sistema fueron de US $ 1,300,000 cabe mencionar que dentro de estos costos van incluidos la compra de equipos (compresores, blowers, clarificador, compactadora de lodos, criba hidrostática, bombas, agitadores, censores de pH, temperatura y de oxigeno, etc), así como la construcción del laboratorio y todo lo que el incluye (equipos para análisis, paneles de control, computadora, etc). Este sistema de tratamiento también contaba con área disponible para la construcción del sistema. • Costos de operación y mantenimiento El costo total de operación y mantenimiento de este sistema de tratamiento es de US $250,930/año, desglosándose los costos más importantes: energía eléctrica, de US $158,670/año dado a que todo el sistema opera con equipos que necesitan energía eléctrica, los detalles de éste costo se pueden ver en el anexo D.2, Tabla Nº3, otro de los costos significativos que incurre este sistema es en la compra de reactivos (NaOH) utilizado para el control del pH siendo de US $21,820/año y salario de los operarios equivalente a US $15,600/año. El mantenimiento que la empresa realiza a todos los equipos incluyendo panel de control y la computadora del sistema, lo hace en dos fases: primera fase, mantenimiento preventivo programado (OMPP), es cuando se detecta la falla y no afecta en la operación del sistema, programándose la reparación; la segunda fase, ordenes de mantenimiento correctivo urgente (OMCU) es cuando se detecta la falla y se corrige inmediatamente, el costo total de estas operaciones es de US $8,900/año. En el siguiente gráfico se presentan los costos de operación y mantenimiento más significativos que tiene éste sistema de tratamiento.


93

Gráfico 7.5.2.-f: Costos de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento de “COCECA S.A.” 7.5.3.- Comparación de costos. La comparación de los costos de construcción de operación y mantenimiento se realizó de forma anual, tomando en cuenta la capacidad de cada uno de los sistemas en estudio. En la tabla 7.5.3.-a, se presentan los costos construcción, equipos, operación y mantenimiento de cada uno de los sistemas de tratamiento, los cuales fueron obtenidos durante el desarrollo del presente trabajo (Ver anexos A.2, B.2, C.2 y D.2). Tabla 7.5.3.-a: Resumen de los costos de construcción, operación y mantenimiento de los diferentes sistemas.

Costos de construcción Costo de agua tratada Capacidad

del sistema Con terreno

Sin terreno

Costos de Operac. y

Mant. Con terreno

Sin terreno

Sistemas de tratamiento

m3/d US $ US $ US $/año US $/m3 US $/m3 LA MONTAÑA 20 65,665 40,950 2,670 1.14 0.85 MASIGUITO 50 88,665 86,450 52,400 3.67 3.67 INDAVINSA 285 374,400 292,930 14,000 0.44 0.37 COCECA 1973 1,443,360 1,300,000 213,430 0.49 0.48 En la tabla anterior se puede observar que los sistemas de tratamiento más próximos en capacidad son los dos primeros. A pesar que la capacidad del sistema de LA MONTAÑA es más de dos veces menor que el de MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS, la diferencia de costos entre ellos no se refleja en tal proporción, por lo que se presume que en ambos sistemas la inversión inicial es similar. Sin embargo, la gran diferencia se aprecia en los costos de operación y mantenimiento, ya que los US $2,670 anuales obtenidos para el sistema de LA MONTAÑA son más de 20 veces menor que los costos obtenidos para el de MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS, debido a que los costos de este último se ven afectados por el mantenimiento de equipos, repuestos y el consumo de energía eléctrica, fracción que representa el 61% de los mismos tal como puede observarse en el gráfico 7.5.3.-a.

Costos US $

158,67077%

8,9004%

15,6008%

21,82011%

Energía eléctrica Hidróxido de sodioSalario de operarios Manten.Preventivo y correctivo


94

24%

32%

44%

Materiales Salario Energía

39%

61%

Materiales Salario

Gráfico 7.5.3.-a: Distribución de los costos de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento “LA MONTAÑA”. Se debe hacer notar que el sistema de LA MONTAÑA es el único que no requiere del uso de energía eléctrica, pues el flujo es completamente por gravedad y sus diferentes etapas de tratamiento se dan por procesos de separación y biodegradación natural. Por esta razón, la fracción mayoritaria de los costos de operación y mantenimiento corresponden al salario del operador del sistema, a pesar de que éste es menor que el de los operadores de MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS, según se muestra en el gráfico 7.5.3.-b. Gráfico 7.5.3.-b: Distribución de los costos de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento “MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS”. Los sistemas de tratamiento de INDAVINSA y COCECA tienen etapas que requieren del uso de energía eléctrica para su operación. En el caso de INDAVINSA, el tamiz rotatorio, el DAF y la bomba que impulsa las aguas de la pila de hidrólisis hacia el digestor anaerobio requieren del uso constante de energía eléctrica, siendo el DAF el de mayor consumo. En cambio el sistema de tratamiento de COCECA esta conformado por siete bombas, cuatro compresores, dos ventiladores, un succionador flotante, cuatro paneles de control de pH, temperatura y oxígeno disuelto, una criba de tambor rotatorio, una compactadora de lodos, un floculador y un agitador, siendo el sistema con mayor requerimiento de energía. La distribución de los costos en ambos sistemas se presenta en


95

22%

15%63%


29%

12%59%


los gráficos 7.5.3.-c y 7.5.3.-d, en los que se observa que el costo de energía es la fracción mayoritaria en ambos casos. Gráfico 7.5.3.-c: Distribución de los costos de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento de “INDAVINSA”. Gráfico 7.5.3.-d: Distribución de los costos de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento de “COCECA S.A.” Un hecho que se debe de tomar en cuenta en el análisis de costos es que tres de los cuatro sistema generan biogás, el cual puede ser utilizado como fuente de energía dentro del proceso productivo de las respectivas empresas, proporcionando ahorro en el consumo de combustible, tal es el caso de COCECA donde el biogás se utiliza como combustible de una caldera. Puesto que los dos restantes sistemas en los que se genera biogás no se ha implementado la utilización de éste, este factor fue obviado en el presente trabajo, aunque constituye una ventaja notable desde el punto de vista económico sobre sistemas de tratamiento que no generan este tipo de subproducto. La diferencia de capacidades no permite una comparación directa de los costos totales entre estos sistemas, razón por la cual se decidió estimar el costo por m3 de agua tratada para cada sistema, pues de esta manera la influencia de la capacidad sobre los costos es menor. Los costos del terreno no fueron incluidos para determinar el costo por m3 de agua


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0.85

3.67

0.370.48

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Cos

to $

m3

de a

gua

trat

ada

LA MO NTAÑA MASIGUITO INDAVINSA CO CECA

Sistemas de tratamientos

tratada, ya que estos varían en dependencia de la ubicación quedando en desventaja el sistema ubicado en la ciudad de Managua, dado el alto precio que se cotiza actualmente. Los resultados obtenidos se presentan en el gráfico 7.5.3.-e. Gráfico 7.5.3.-e: Costo por m3 en US $ de agua tratada de cada uno de los sistemas en estudio. La influencia de la capacidad de los sistemas sobre el costo unitario se refleja en el hecho de que siendo el sistema de LA MONTAÑA el que tiene los menores costos de inversión, operación y mantenimiento, no es el que presenta el costo por m3 más bajo. Sin embargo, al comparar este costo (US $0.85) con el sistema de MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS (US $3.67), se observa que es mucho menor a pesar de que la mayor capacidad de este último sistema le favorece al momento de realizar dichos cálculos. Estos valores muestran que desde el punto de vista de costos es muy ventajoso utilizar sistemas de tratamiento donde la biodegradación natural es la base del tratamiento, sobre todo en sistemas de pequeña capacidad. Unido a esto, la dificultad de adquirir repuestos para las partes más importantes del sistema (p.e: O.K.I o aireador), además de encarecer el mantenimiento del sistema, lo hace susceptible a interrupciones prolongadas en su funcionamiento, ocasionando que las aguas residuales sean vertidas sin el tratamiento adecuado, tal como sucedió durante el período en que se desarrollo el presente trabajo. El sistema de tratamiento de INDAVINSA es el que presenta menor costo (US $0.37/m3), debido a que las etapas principales del tratamiento son por biodegradación natural. Aunque este sistema requiere del uso de energía eléctrica, el costo unitario estimado es menor que el obtenido para el sistema de LA MONTAÑA, el cual no requiere de energía eléctrica; esto se debe a que la capacidad del primero es 14 veces superior. Los costos unitarios del sistema de COCECA (US $0.48/m3), cuya capacidad supera casi 7 veces al sistema de INDAVINSA y 98 veces al de LA MONTAÑA, se ubica en un segundo lugar entre los costos más bajos, mostrando un gran aumento en la capacidad del sistema ya que disminuye considerablemente los costos unitarios, sobre todo en sistemas donde los costos de operación y mantenimiento son elevados. El costo unitario obtenido para el sistema de MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS (US $3.67), es el más alto de todos, confirma que utilizar la tecnología de lodos activados en sistemas de pequeña capacidad conllevan a costos muy altos.


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7.6.- COMPARACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS De acuerdo a los análisis de biogás que se realizaron en los diferentes sistemas de tratamiento evaluados, se determinó por medio de la DQO degradada la cantidad real de metano producido, observándose en la siguiente tabla los resultados obtenidos. Tabla 7.6.-a: Cantidad de metano producido en base a la DQO degradada

Carga de DQO degradada

Producción teórica de

metano

Producción real de metano

Producción teórica de

biogás SISTEMAS DE TRTMIENTO

Kg/d m3/d m3/d m3/d

LA MONTAÑA 27.66 10.55 10.12 12.24 INDAVINSA 260.96 99.63 111.86 159.8 COCECA 829.28 316.62 287.27 331.72 El sistema de tratamiento de COCECA es el que tiene mayor capacidad de degradación de DQO, con 829.28 Kg/d, para una producción real de metano de 287.27 m3/d, siendo la única empresa que actualmente está utilizando el biogás, destinándolo para quemarlo en las calderas, esta actividad la realizan 5 veces al mes, debido a que no cuenta con un tanque de almacenamiento de biogás para mantener la presión , además el proceso de conexión de las tuberías que conducen el biogás es muy complicada y toma mucho tiempo, por lo que la mayoría de las veces se tiene que quemar en la antorcha. Sin embargo la producción de biogás es muy baja comparada con la de diseño que es de 1,060 m3/d. En el sistema de tratamiento de INDVINSA se producen 111.86 m3/d de metano, el cual no es aprovechado por la empresa. En la planta de tratamiento de LA MONTAÑA la producción de metano es de 10.12 m3/d, siendo el sistema de menos producción, éste sistema no aprovecha el gas, pero pretende utilizarlo en la cocina de la empresa. El uso del biogás, disminuye los costos de operación de la planta de proceso. En la siguiente tabla se presentan las diversas aplicaciones del biogás y su costo. Tabla 7.6.- b: Consumo de gas y eficiencia para varias aplicaciones del Biogás [14]

Aplicación Consumo (Kw/h el) Eficiencia Costo Kw/h US $

Gas para cocina 300-600 50-60% Gas para lámpara, equivalente para un bulbo de 60 W 120-170 3-5%

Refrigerador, 100 L, dependiendo de la temperatura ambiente

30-75 L/h (720-1800 L/d) 2-3%

Motores de gas 0.5 m3/Kwhmerch 25-30% Quemador de 100 Kw. 2 m3/h 80-90% Calentador infrarrojo 200 W 30 L/h 100% Congelación 0.5 m3/Kwhel

(produciendo 1 Kwhel + 2 Kwth)

Hasta 90%

0.07

el: eléctrico; merch: mecánico; th: térmico


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VIII.- CONCLUSIONES Los sistemas de tratamiento de aguas residuales evaluados en esta tesis están operando por debajo de la capacidad de diseño, con excepción del sistema de tratamiento de INDAVINSA el cual se ve obligado a trabajar por debajo de su capacidad, por problemas de obstrucción que presenta el lecho filtrante del digestor anaerobio producto de la acumulación de grasas. Desde el punto de vista técnico los resultados obtenidos, reflejan que los sistemas de MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS, LA MONTAÑA y COCECA presentan los mayores porcentajes de remoción de materia orgánica, por encima del 90%, siendo COCECA el sistema que tiene mayor capacidad de tratamiento (1440 m3/d) y LA MONTAÑA es el sistema de menor capacidad (20 m3/d), cumpliendo con los parámetros estipulados en el decreto 33-95 del MARENA con excepción de las grasas y aceites. El sistema de INDAVINSA únicamente remueve el 80% de la materia orgánica y no cumple con las normas de vertido por problemas de obstrucción del lecho filtrante del digestor anaerobio y al desvío no controlado de agua al cauce natural. Los costos unitarios obtenidos en el presente estudio por m3 de agua tratada en los sistemas de tratamientos evaluados fueron los siguientes: US $0.37/m3 en INDAVINSA, US $0.48/m3 en COCECA, US $0.85/m3 en LA MONTAÑA y US $3.67/m3 en MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS. Estos costos fueron determinados de acuerdo al caudal de diseño, presentando menor costo el de INDAVINSA debido a que éste no requiere mucho consumo de energía y equipos especiales como lo presenta MASIGUITO Y SAN FRANCISCO DE ASÍS y COCECA, esto también se atribuye al uso de tecnologías por biodegradación natural donde los costos de operación y mantenimiento disminuyen, no ocurriendo así con las tecnologías de paquetes que incurren en mayores costos ya que su funcionamiento depende básicamente de energía eléctrica y de equipos especiales. Unos de los mayores problemas que presentó el sistema de tratamiento de MASIGUITO y SAN FRANCISCO DE ASÍS fueron los altos costos de operación (energía eléctrica) y mantenimiento (repuestos obtenidos en el extranjero) de los cuales las empresas no esta en capacidad de cubrir estos costos debido a que los repuestos son demasiado caros. En los sistemas de tratamiento de lodos activados a pesar de toda la inversión requerida para su buena operación y cumplir con todos los parámetros estipulados en las normas de vertidos no están exceptos de problemas de operación y mantenimiento, sin embargo dado a las condiciones actuales del país que depende básicamente de energía a base de petróleo la cual es muy costosa, se hace difícil construir sistemas de tratamiento de lodos activados sobre todo para pequeñas y medianas empresas.


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IX.- RECOMENDACIONES Para el buen funcionamiento del sistema de tratamiento de LA MONTAÑA es necesario tomar medidas desde la planta de procesamiento de la leche, cuidando que el suero obtenido de esta no sea derramado por los operadores ya que van directo al sistema de tratamiento de aguas residuales provocando que la carga contaminante se eleve, en el caso contrario el operador debe de desviar las aguas a la pila de almacenamiento de suero y cerrar la válvula que conduce las aguas residuales al sistema, es importante que la alimentación al sistema se de en un período mínimo de 8 horas de acuerdo al caudal producido en la planta de proceso, realizando esta actividad por medio de una válvula, también se debe tener mucho cuidado con el pH que entra al digestor, controlándolo por medio de NaOH ya que los pH son muy bajos (4), para que no afecte el proceso en la digestión anaerobia dentro del digestor, de igual forma se debe de cumplir con todas las actividades de limpieza descrita en el manual de operación y mantenimiento, en cada una de las etapas del sistema. En el sistema de tratamiento de INDAVINSA se recomienda lo más pronto posible la construcción del segundo modulo, para tratar todas las aguas residuales generadas en la planta de proceso ya que actualmente sobrepasaron la capacidad de diseño del primer modulo por lo que están desviando una gran cantidad de agua residual sin ningún tipo tratamiento al cause natural. También se hace necesario lo mas pronto el cambio de lecho filtrante del digestor anaerobio existente ya que esta saturado de grasas y lodos producto de la alimentación de agua sin ningún pretratamiento por fallas mecánicas del DAF. Cuando el DAF no este en funcionamiento es preferible que las aguas sin tratar sean desviadas a la laguna facultativa ya que es menos costoso darle mantenimiento y limpieza a la laguna que al digestor anaerobio, también se recomienda que el operador cumpla con todas las actividades descritas en el manual de operación y mantenimiento y de ésta forma obtener un efluente que cumplan con las normas establecidas en el decreto 33-95 del MARENA. En el sistema de tratamiento de COCECA se recomienda mejorar las condiciones del Biofiltro, ya que las dimensiones no están de acuerdo al caudal y a la carga orgánica que entra a éste, por lo que carece de una buena circulación dando lugar al estancamiento del agua, también se debe de considerar el cambio de las macrófitas flotantes por macrófitas emergente, ya que estas son excelentes en la remoción de contaminantes debido a la incorporación de oxígeno y son capaces de evaporar grandes cantidades de agua por medio de sus hojas. De igual manera se recomienda construir otra pila de hidrólisis paralela a la existente, para recibir todas las aguas que actualmente son desviadas al lago sin ningún tratamiento por su alto valor de pH producto del uso excesivo de soda cáustica, la que puede ser regulada en esta pila con HCL para luego ser tratada. Se recomienda que las empresas pequeñas que generan poco caudal de agua residual usen tecnología por biodegradación natural y no tecnología convencional, ya que en el futuro no podrán mantenerlas debido a su alto consumo de energía y mantenimiento. Para la operación de un sistema de tratamiento por biodegradación natural, no es necesario que el operador permanezca todo el tiempo en el sistema, si no que puede combinar su tiempo laboral con otras actividades en la empresa, reduciendo de esta manera los costos de operación. No siendo así con las empresas que generan grandes volúmenes de agua residual, ya que tienen la capacidad de utilizar y mantener este tipo de tecnología, como es el caso de COCECA.


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Un aspecto muy importante de señalar es que las empresas que tengan sistemas de tratamiento y otras que estén en proceso de construcción, las operen con la misma importancia que a las plantas de proceso, ya que actualmente no son consideradas de igual manera, debido a que no generan ningún tipo de ganancia económica, pero sí aportan un gran beneficio al medio ambiente.


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X.- GLOSARIO 1. Absorción: Separación por disolución de un gas mediante un líquido. Este método se

utiliza para separar total o parcialmente un gas de una mezcla gaseosa. 2. Adsorción: Operación que explota la capacidad especial de ciertos sólidos para hacer

que se concentren sustancias especificas de una solución. De esta forma pueden separarse, unos de otros los componentes de soluciones gaseosas o líquidas. Los métodos de adsorción se utiliza para purificación de aire, olores y agua.

3. Aerobio: Microorganismo, especialmente bacteria, que necesita el oxígeno para

desarrollarse. 4. Afluente: Agua residual u otro líquido que ingresa a una planta de tratamiento o

proceso de tratamiento. 5. Aguas residuales: Es la combinación de los residuos líquidos o aguas portadoras de

residuos, procedentes tanto de las residencias como de instituciones publicas y establecimientos Industriales y comerciales, a los que pueden agregarse, eventualmente subterráneas, superficiales y pluviales.

6. Aguas residuales Industriales: Agua residual proveniente de un proceso productivo

Industrial. 7. Algas: Grupo de microorganismos unicelulares o multicelulares, autótrofas y

fotosintéticas. Capaces de producir oxigeno a partir de CO2 y luz solar por medio de la clorofila. Algunas son fuente importante de polisacáridos como el agar, los alguinatos y la carrageanina.

8. Amonificación o mineralización: Transformación de nitrógeno orgánico a formas

inorgánicas (p.e: proteínas son mineralizadas a amonio). 9. Anaerobio: Microorganismo capas de desarrollarse en una atmósfera exenta de

oxígeno molecular. 10. Anaerobio Facultativo: Microorganismo que puede adaptar su metabolismo para

sobrevivir y desarrollarse tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. 11. Autótrofo: Organismos que adquieren su energía de compuestos inorgánicos y son

capaces de obtener el carbono a partir del CO2.Capacidad de nutrirse por sí mismo. 12. Bacterias: Grupo de organismos microscópicos unicelulares, rígidos y carentes de

clorofila, que desempeñan una serie de procesos de tratamientos incluyendo: oxidación biológica, digestión, nitrificación y desnitrificación.

13. Biodegradación: Degradación de la materia orgánica por la acción de

microorganismos, ya sea en el suelo o cuerpos receptores de tratamiento de aguas residuales.


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14. Biogás: Gas combustible que se produce en la fermentación anaerobia cuyos compuestos principales son metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). Además cuenta con la presencia de nitrógeno, hidrógeno, amoníaco, sulfuro de hidrógeno (proporciones menores al 1%).

15. Biomasa: Peso total de todos los organismos de un habita particular. 16. Coliformes fecales: Los microorganismos que tienen las mismas propiedades de los

coliformes totales, a una temperatura de 44 ó 44.5 °C. También se les designa coliformes termorresistentes o termotolerantes.

17. Coliformes totales: Bacilo gramnegativo esporulado, que puede desarrollarse en

presencia de sales biliares u otros agentes tensoactivos con similares propiedades de inhibición, no tienen citocromo oxidasa y fermentan la lactosa con producción de ácido, gas y aldehído a 35 o 37 °C, en un período de 24 a 48 horas.

18. Comensalismo: Asociación externa entre dos organismos que es beneficiosa para

ambas. 19. Cuerpo receptor: Es parte del medio ambiente en el cual pueden ser vertido directa o

indirectamente cualquier tipo de efluentes tratados o no tratados provenientes de actividades contaminantes o potencialmente contaminantes tales como: cursos de agua, drenajes naturales, lagos, ríos etc.

20. DAF: Equipo de flotación por disolución de aire, usado para la remoción de grasas,

aceites y sólidos sedimentables en el tratamiento preliminar de aguas residuales. 21. Degradación: Tipo de descomposición característica de sustancias de alto peso

molecular tales como proteínas, polímeros, sulfatos de cadena ramificada, etc. 22. Digestión Anaerobia: Término que se refiere a la fermentación bacteriana en ausencia

de oxígeno de compuestos orgánicos, produciéndose una mezcla de metano y dióxido de carbono principalmente. Este proceso es común en el tratamiento de efluentes industriales.

23. Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): Representa la cantidad de oxígeno

consumida por los agentes biológicos al oxidar y estabilizar la materia orgánica procedente de un agua específica contenida en un cierto volumen cuando se mantiene a 20 °C por 5 días.

24. Demanda Química de Oxigeno (DQO): Representa la cantidad de oxígeno necesario

para oxidar la materia orgánica (carbonácea) biodegradable y no biodegradable, en presencia de oxidante químico fuerte de dicromáto o permanganato.

25. Eficiencia de tratamiento: Relación entre la masa o concentración removida y la masa

o concentración en el afluente para un proceso o planta de tratamiento, se expresa en porcentaje.

26. Efluente: Líquido que sale de un proceso de tratamiento.


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27. Eutroficación: Enriquecimientos del agua en materias nutritivas, debido a las algas a que incorporan grandes cantidades de material inorgánico dentro de sus células.

28. Fangos: Lodos glutinosos y espesos. 29. Fermentación: Transformación de la materia orgánica por acción de microorganismos

como parte natural de su metabolismo en ausencia de oxígeno molecular; para llevarla cabo eficientemente se requiere del microorganismo adecuado, de un medio de cultivo con los nutrientes necesarios y de condiciones optimas de pH, temperatura, etc.

30. Heterótrofos: Organismo que solo se nutre de las sustancias elaboradas por otros seres

vivos (autótrofos o materia en descomposición). 31. Inoculo: Mezcla de microorganismos añadidos a un medio para iniciar la reproducción

de estos. 32. Inoculación: Introducción de un número pequeño de microorganismos en un medio

con la perspectiva de que a partir de estos se desarrolle un numero grande de individuos, mediante crecimiento y reproducción.

33. Lecho filtrante: Conjunto de partículas, a través de los cuales se hace pasar uno o

varios fluidos y en donde son retenidos todos los sólidos que pueda llevar pasando de esta manera un fluido ya clarificado o depurado.

34. Lodos Activados: Lodos que se airea por acción mecánica. Cuando se añade a las

aguas residuales, tiene la propiedad de acelerar la depuración efectuada por la simple aireación de las mismas.

35. Muestra compuesta: Combinación de alícuotas de muestras individuales

(normalmente 24 horas) cuyo volumen parcial se determina en proporción al caudal del agua al momento de cada muestreo.

36. Muestra puntual: Muestra tomada al azar en un cuerpo receptor y en una hora

determinada, para el examen de un parámetro que normalmente no puede preservarse, por ejemplo: Coliformes, pH, etc.

37. Nutrientes: Cualquier sustancia que al ser asimilada por microorganismo, promueve

su crecimiento. En aguas residuales se refiere normalmente al nitrógeno y fósforo, pero también pueden ser otros elementos esenciales en cantidades de trazas.

38. Proceso Biológico: Proceso en el cual la materia orgánica del desecho es asimilada por

bacterias y otros microorganismos, para estabilizar el desecho e incrementar la población de microorganismos.

39. Sustrato: Sustancia sobre la cual actúan las enzimas o microorganismos.


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XI.-ABREVIATURAS A.G.V: Ácidos grasos volátiles CIEMA: Centro de investigación y estudios en medio ambiente DAF: Equipo de flotación por disolución de aire DBO: Demanda bioquímica de oxígeno DQO: Demanda química de oxígeno MARENA: Ministerio del ambiente y recursos naturales NPM: Número más probable Nt: Nitrógeno total OKI: Aireador OMCU: Ordenes de mantenimiento correctivo urgente OMPP: Ordenes de mantenimiento preventivo programado PANIF: Programa ambiental Nicaragua-Finlandia Pt: Fósforo total Q: Caudal SBR: Reactor secuencial por lote Ssed: Sólidos sedimentables SST: Sólidos suspendidos totales SVS: Sólidos volátiles suspendidos TRH: Tiempo de retención hidráulico TRHd: Tiempo de retención hidráulico de diseño


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XII.- BIBLIOGRAFÍA [1]. Benavides, Mario. , “Comparación técnica - Económica de sistema de tratamiento de aguas residuales por medio de filtros anaerobios, biofiltros y lagunas de estabilización para comunidades de menos de 10,000 habitantes”. Monografía de la Universidad Nacional de Ingeniería, Managua, Nicaragua, 2003. [2] Centro panamericano de Ingeniería sanitaria y ciencias del ambiente (CEPIS)/ Organización panamericana de la salud (OPS)/ Organización mundial de la salud. “Manual y disposición de aguas residuales, origen, descarga, tratamiento y análisis de las aguas residuales”. Tercera Edición, programa de salud ambiental, Lima 1991. [3] Chavarria, W., Vargas, W., “Arranque y estabilización del sistema de tratamiento de aguas residuales industriales de la planta procesadora de aves. INDAVINSA”. Monografía de la Universidad Nacional de Ingeniería, Managua, Nicaragua, 2002. [4] Departamento de sanidad del estado de Nueva York. “Manual de tratamiento de aguas negras”. Novena Edición, Editorial Limusa, S.A. de C.V., 1989. [5] Glynn, H., Heinke, G. “Ingeniería Ambiental”. Segunda Edición, Prentice Hall, México, 1999. [6] Gobierno de la República de Nicaragua. La Gaceta Diario Oficial: “Disposiciones para el control de la contaminación proveniente de las descargas de aguas residuales Domesticas, Industriales y Agropecuarias”; Decreto No.33-95, Managua, Nicaragua, 2000 [7] MARENA (Ministerio del Ambiente y los Recursos Naturales). “Guía para la gestión ambiental de la Industria Quesera en Nicaragua - Finlandia, Managua, Nicaragua,2000. [8] Metcalf & Eddy. “Ingeniería de aguas residuales, tratamiento, vertido y reutilización”. Tercera Edición, McGraw – Hill / Interamericana Editores, S.A., México, 1996. [9] Metcalf & Eddy. “Tratamiento y depuración de las aguas residuales”. Segunda Edición, Editorial Labor, S.A., Barcelona, 1981. [10] Napoleón López V., “Evaluación técnica del arranque y operación de un sistema de lodos activados tipo SBR aplicado al tratamiento de aguas residuales de lecherías”, 2001. [11] Nebel, B., Wrigth, R., “Ciencias Ambientales, Ecología y Desarrollo Sostenible”. Sexta Edición, Prentice Hall, México, 1999. [12] Romero, Jairo., “Tratamiento de aguas residuales, teoría y principios de diseño.” Primera Edición, Editorial Escuela Colombia de Ingeniería, 2000. [13] R.S. Romalho. “Tratamiento de aguas residuales”. Edición Revisada, Editorial Reverte, S.A., 1996. [14] SUCHER & HOLZER, proyecto Biomasa, Austria – Nicaragua, “Diseño del sistema de tratamiento de las aguas residuales Industriales de una planta de productos lácteos LA MONTAÑA” Proyecto Biomasa, UNI – DINOT, Managua, Nicaragua, 2000.


106

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