VII CONGRESO ARGENTINO DE INGENIERIA QUÍMICA Rosario, Patio de la Madera del 20 al 23 de Octubre de 2013

ENSAYO PILOTO, DISEÑO Y OPERACIÓN DE PLANTA DE ELFU ENTES FARMACEUTICOS HORMONALES

Horacio Gómez Flores-Marcelo Pittamiglio Veríssimo Estudio Pittamiglio-Anagua SRL: Ingeniería Hidráulica y Ambiental-Laboratorio

Libertad 2438, Montevideo, Uruguay - e-mail: horacio@pittamiglio.com.uy-marcelo@pittamiglio.com.uy Fono – Fax: (00598 –2) 710 8358 / 710 6735 web: www.pittamiglio.com.uy

Resumen: Previo al desarrollo de su proyecto Industrial el Laboratorio Urufarma comenzó a estudiar sus impactos ambientales y especialmente el proyecto de una Planta de Tratamiento para neutralizar sus efluentes y dar cumplimiento con todos los parámetros de vertido. El estudio comenzó con un ensayo piloto que permitió verificar la factibilidad de introducir un tratamiento biológico, los problemas de funcionamiento, las oportunidades y recomendaciones para el proyecto de la Planta de efluentes. Se describen las características del equipo piloto, su lógica de funcionamiento, seguimiento, resultados, recomendaciones y conclusiones. Con los resultados favorables de estos ensayos se proyectó, construyó, puso a punto y actualmente se opera la Planta de Tratamiento mencionada. En el proyecto se tuvo en cuenta la fabricación de comprimidos hormonales y fundamentalmente los activos utilizados. En esta etapa se consideró un lay-out, un diagrama de flujo y posteriormente las tasas de diseño y los planos de las distintas unidades de tratamiento. Se describen todas las unidades de tratamiento, su funcionamiento y características. En este trabajo se desarrolla la puesta a punto de la PTE y la operación actual. En definitiva este trabajo resume la descripción de todas las etapas, los problemas de funcionamiento y avances más destacados, los controles realizados y las eficiencias de remoción para los parámetros críticos. Se destaca los controles y la importante remoción de los activos presentes en la producción, que son los que pueden inhibir el proceso biológico de depuración. Finalmente se plantean las conclusiones finales y recomendaciones para el diseño de este tipo de Plantas de Tratamiento.

1. Introducción :

1.1. Presentación URUFARMA:

URUFARMA S.A. es una de las principales compañías de la industria farmacéutica en Uruguay, dedicada a desarrollar, producir y vender medicamentos en forma responsable. Sus productos son requeridos en Argentina, Chile, Colombia, Paraguay, Perú, México y Venezuela, entre otros países. En el año 2011 Urufarma construyó una nueva planta sobre la Ruta Interbalnearia km 22 en el departamento de Canelones, con tecnología de última generación para producir anticonceptivos y otros productos hormonales sólidos de uso oral. La capacidad productiva es de 45 millones de unidades anuales. Se destaca que la planta es amigable con el medio ambiente y que está gestionando la certificación con la norma ambiental ISO 14000.

1.2. Presentación Estudio Pittamiglio

Estudio Pittamiglio es una Organización dedicada al Asesoramiento Técnico y a la elaboración de Proyectos y Estudios de Ingeniería Hidráulica, Sanitaria y Ambiental. El Estudio Pittamiglio tiene más de 25 años de experiencia trabajando en efluentes industriales y cloacales, destacando su labor en: • Todo tipo de Proyectos de Plantas de Aguas Residuales, de Sanitaria Interna, de Hidráulica,

Infraestructura urbana, pluviales, agua potable y saneamiento.

• Asesoramiento y responsabilidad técnica en Industrias.

• Gestión ambiental, Estudios e Impacto Ambiental, proyecto y seguimiento de rellenos

sanitarios.

• Experiencia internacional en Argentina, Brasil y Chile con contratos para proyectos y

operación.

• Seguimiento de Obras de Planta de Tratamiento de Efluentes.

• Tercerización de Plantas de Tratamientos de Efluentes.

Actualmente el Estudio Pittamiglio está contratado para el asesoramiento de las Plantas de Aguas Residuales y responsabilidad técnica frente a Organismos Contralores en más de 50 Industrias con experiencia en distintos rubros: Cloacales, Frigoríficos, Chacinerías, Curtiembres, Fábricas de Pinturas, Lavaderos de Lana, Lácteas, Alimenticias, Químicas, Mataderos de Pollos, etc.

2. Objetivo Descripción y experiencia del estudio-proyecto-construcción-operación de una Planta de Tratamiento para efluentes farmacéuticos hormonales.

3. Descripción de Todas las etapas

3.1. Ensayo Piloto

La primera etapa de trabajo consistió en la realización de ensayos pilotos cuyo objetivo principal fue verificar la factibilidad de tratar los efluentes complejos del Laboratorio Urufarma con un sistema biológico de lodos activados con aireación extendida. En forma adicional, el monitoreo realizado y las observaciones del ensayo (problemas, variables, virtudes) fueron utilizadas para diseñar la Planta de Tratamiento de Efluentes. Está disponible un informe específico del estudio Piloto que desarrolla los objetivos planteados, indica que todo el equipamiento utilizado con todos los accesorios y resume todos los datos registrados durante los tres meses de funcionamiento de este ensayo.

El equipo consistió en dos reactores aeróbicos tipo SBR donde se realizan todos los procesos de degradación y separación de fases y todos los demás accesorios.

Vistas de los equipamientos utilizados

3.1.1. Funcionamiento

Se analizaron dos situaciones de arranque: un reactor con inoculación y otro no inoculado. Se tomaron en cuenta las siguientes consideraciones:

1) Inoculación: uno de los reactores fue inoculado con barros provenientes de un reactor aerobio de cloacales. El objetivo fue determinar cuál de las dos situaciones era la más ventajosa.

2) Agitación: independiente de la aireación para favorecerlos procesos de degradación.

3) Aireación: el arranque comenzó con 50 %del tiempo en períodos de 1 hora y luego fue ajustado de acuerdo a valores de OD.

4) Alimentación: Con recipiente y bomba independientes, gradual (dilución) con 2lts /día por reactor.

5) Extracción de efluentes: diariamente 2 lts, automática y manual. 6) Separación de fases: 3 hs por día de 7 a 10, luego se extrajo el efluente y luego

alimentación distribuida en toda la jornada. 7) Registro de datos: generación de planillas de parámetros internos (diariamente in situ) y

externos (periódicamente por laboratorios), y registro fotográfico.

3.1.2. Seguimiento

Como ya fue mencionado, se realizaron dos controles, un control interno o en situ y un control externo realizado por los laboratorios.

El control interno consistió, en un control de funcionamiento diario principalmente de los reactores, monitoreando los siguientes parámetros:

• Oxígeno disuelto: muy variable, entre 0.5 y 10.5 ppm

• Temperatura: varió entre 12 y 20ºC

• pH: varió entre 6.3 y 7.4, valores apropiados.

• Tiempo de aireación: varió entre 30-50%, ajustado acorde a O.D.

• Mezcla: siempre hubo mezcla cuando paraba la aireación para para favorecer el proceso de degradación.

• Carga: Fueron dosificados diariamente 2 lts de crudo a cada reactor.

• Sólidos Suspendidos: Se destaca que el reactor inoculado inició su funcionamiento con SST de 900 ppm y finalizó en agosto con una concentración de 2800 ppm. El reactor inoculado arrancó sin sólidos suspendidos y en agosto creció hasta 800 ppm.

• Observación microscópica: En el reactor inoculado siempre el floc desarrollado, buena separación de fases y la presencia de las especies típicas. Más robusto frente a las distintas cargas por su mayor concentración de SST y por lo tanto mayor capacidad. Sin embargo el otro reactor que arrancó con nula desarrollo biológico y fue mucho más sensible a los cambios, creó una estructura y una flora natural específica que respondió apropiadamente.

• Otros: aspecto, crecimiento de barros, SS 30’.

• Ajustes: se realizaron ajustes de acuerdo a los resultados obtenidos.

El control externo fue realizado periódicamente por el Laboratorio Anagua y los activos por parte del laboratorio de Urufarma. Los parámetros analizados fueron los siguientes:

Para el ingreso y salida del piloto se analizaron:

• Materia orgánica: DBO/DQO. Se confirmó importante remoción, no resultado inhibido el sistema, Los crudos resultaron con promedios 1156 y 1409 respectivamente, con una relación que no superó 2 y mantuvo un promedio de 1.45. La descarga en gral. Fue siempre límpida y con bajo contenido de materia orgánica. la DBO resultó siempre inferior a la norma para curso de agua. Para la DQO, hubo otras excepciones donde no se logró remover el total de la carga recalcitrante, pero en gral. la DQO también resultó muy baja e inferior a 90 ppm

• pH: en general cercano a la neutralidad, pero algún valor ácido que reafirma la necesidad de contar con un homogenizador previo al tratamiento. biológico y prever la neutralización con soda en esta unidad, en caso necesario.

• SST: valores muy bajos. El crudo contiene sólidos disueltos y la salida con bajo contenido.

• Activos: se determinó la concentración en ppb de los siguientes activos: Drospirenona, Estradiol, Etinilestradiol, Gestodeno, Ciproterona, Levonorgestrel, Tibolona. Para el líquido crudo se destaca la Drospirenona que prácticamente estuvo presente en todos, con el promedio mayor de 438 ppb. El estradiol resultó el activo de menor concentración analizado, con un promedio de 3,73 ppb. Se presentan gráficos con todos los activos para ver su

evolución y picos. Se verifica claramente la diferencia de activos descargados en cada campaña, que requerirá de homogenización y de un reactor robusto para su degradación.

Activos en efluentes entregados

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

26-f

eb

5-m

ar

12-m

ar

19-m

ar

26-m

ar

2-ab

r

9-ab

r

16-a

br

23-a

br

30-a

br

7-m

ay

14-m

ay

21-m

ay

28-m

ay

4-ju

n

11-ju

n

18-ju

n

25-ju

n

2-ju

l

9-ju

l

16-ju

l

23-ju

l

Período

Con

c. (

ppb)

Drospirenona

Estradio l

Etinilestradio l

Gestodeno

Ciproterona

Levonorgestrel

Tibo lona

Se destaca que en general hubo buenas remociones en los dos reactores para todos los activos,:

• El reactor inoculado tuvo mejores remociones, todas superiores al 90% (a excepción del estradiol 70%, pero con concentraciones mínimas).

• El reactor no inoculado tuvo una baja remoción respecto al Gestodeno (38%), pero respondió muy bien y por encima del 90% con Drospirenona, Ciproterona y Tibolona.

• En promedio no hubo descargas superiores a 20 ppb para todos los activos para el reactor inoculado y superiores a 60 ppb para el reactor no inoculado.

3.2. Proyecto PTE

3.2.1. Caracterización afluente

A partir de los valores de los análisis realizados para el ensayo piloto se tomaron los siguientes

valores de referencia para el diseño de la Planta de Tratamiento de Efluentes:

Origen del efluente

Q (m3/d) DBO DQO Etinilestradiol

(A) Gestodeno

(B) Tibolona

(C ) Drospirenona

(D)

Producción 10 1,156 ppm 1,409 ppm 25,6 ppb 261 ppb 597 ppb 655 ppb

10,5kg/d 14kg/d 255,6 mg/d 2,61 gr/d 5,61 gr/d 6,55 gr/d

Lavado (solo 3 días al mes)

20

Rechazo osmosis 4 0,0 (<10ppm) 0,0 (<10ppm)

Sanitarios 3,5 1,05 2,1

TOTAL 17,5 a 27,5

3.2.1. Dimensiones de unidades y cálculo de tasas d e funcionamiento

A continuación se presentan las dimensiones de todas las unidades de tratamiento previstas:

1. Pretratamiento

1.1 Homogeneizador DISEÑO Largo m 3,6 Ancho m 3,6 Altura útil m 2,16 Volumen m3 28

2. Tratamiento biológico 2.1 Tanque de Aireación DISEÑO Largo m 10 Ancho m 3,6 Altura útil m 3,9 Volumen m3 140

2.2 Sedimentador Secundario DISEÑO Largo m 2,2 Ancho m 3,6 Profundidad cono m 2,34 Profundidad sobrecono m 1,93

Área unitaria m2 7,9 Volumen unitaria m3 21,5

3. Tratamiento de barros

3.1 Digestor DISEÑO Largo m 1,2 Ancho m 3,6 Altura Util m 3,9 Volumen útil m3 17

3.2 Lechos de secado DISEÑO Cantidad unidades 2 Largo m 5,1 Ancho m 2,9 Altura Útil m 0,5 Volumen útil total m3 15

A continuación se presentan las tasas de funcionamiento previstas:

1. CAUDALES DE DISEÑO DISEÑO Valor de referencia Caudal producción m3/día 10 Caudal lavado (solo 3 días /mes) m3/día 20 Rechazo ósmosis m3/día 4 Sanitario m3/día 3,5 Caudal total diario aprox m3/día 25 Caudal horario m3/hr 1,04 Pico caudal horario m3/hr 1,6

2. CARGAS DE DISEÑO DISEÑO

Concentración DBO5 ppm 1156

Carga DBO5 kgDBO5/día 12 Concentración DQO ppm 1409 Concentración SST ppm

3. UNIDADES DE TRATAMIENTO

3.1 Pozo de bombeo DISEÑO Valor de referencia Tiempo de retención hidráulica hr 26,9 24

3.2 Tanque aireación DISEÑO Valor de referencia

Tiempo de retención hidráulica hr 135 16-24 Conc SST reactor mg/l 2500 2000-4000 %SSV % 80 M kg 281 F/M d-1 0,04 0,04-0,1 Conc SST recirculación mg/l 5000 Caudal purgado m3/d 2,2 Edad del lodo d 32 30

3.3 Sedimentador Secundario DISEÑO Valor de referencia Tiempo de retención hidáulica hr 20,6 >3,5 Carga hidraúlica m3/m2 hr 0,13 Carga hidraúlica (pico horario) m3/m2 hr 0,20 <0,5 Carga de sólidos kg SST/m2 hr 0,3 <1,5

3.4 Digestor Tiempo de retención hidráulico d 8 Cantidad de barro seco kgSST/d 11 Porcentaje lodo seco inicial % 1 Porcentaje lodo seco final % 4 Volumen de barros húmedos inicial m3/d 1,1 Volumen de barros húmedos final m3/d 0,28

3.5 Lechos de secado Volumen de barros húmedos m3/mes 8,25

3.2.1. Diagrama de flujo

Para mejor entendimiento se presenta un diagrama de flujo en el que se indican todas las unidades y el flujo de agua y lodos:

EN GENERAL CERRADA

LINEA DE EFLUENTE

LINEA DE BARROS

PRODUCTOS QUÍMICOS

TRATAMIENTO

SECUNDARIOTRATAMIENTO

DE BARROS

A

HOMOGENIZADORMezclador

CLOACALES

FOSA

SÉPTICA

LODOS

C/BAROMÉTRICA

A PLANTA OSE

TANQUE DE

AIREACIÓN

SEDIMENTADOR

SECUNDARIO

Rec

ircul

ació

n

CÁMARA DE

AFORO

TANQUE DE

RECEPCIÓN FINAL

SALIDA FINAL

C/ BAROMÉTRICA

A PLANTA OSE

CONCENTRADOR

DE LODOS

RECHAZO

ÓSMOSIS INVERSA

A EN GENERAL ABIERTA

B

TRATAMIENTO PRIMARIO

Cal

LECHOS DESECADO

DISPOSICIÓN DE BARROS EN USINA

DE RESIDUOS SÓLIDOS INDUSTRIALES

PRODUCCIÓN

POZO DE BOMBEO

B A B

TANQUE DE RECIBOTANQUE DE

EMERGENCIA

B

URUFARMA

TRATAMIENTO DE EFLUENTES - DIAGRAMA DE FLUJO ESTUDIO PITTAMIGLIO

INGENIERIA HIDRAULICA Y AMBIENTALEMPRESA: ACTUALIZACION: NOVIEMBRE 2012

3.2.1. Layout

• Vista Planta Tanques de Recibo y Emergencia

• Vista Planta General

Corte Panta de Tratamiento

Foto Aérea Planta de Tratamiento

3.3. Operación actual y modificaciones

3.1. Descripción de la Planta de Tratamiento de Efluente s:

A continuación se presenta una breve descripción de las distintas unidades que componen el

Sistema de Tratamiento:

3.1.1. Pozo de bombeo

Recibe el efluente generado en la producción y lo envía hacia los tanques de recibo o de

emergencia, según la necesidad de operación. Tiene un volumen de 3 m3 y posee dos bombas,

una que se utiliza para operación normal y la otra de respaldo.

3.1.2. Tanque de recibo y tanque de emergencia

El tanque de recibo almacena el caudal de un día de producción. En caso que la calidad del

afluente por un problema operacional en producción no sea apto para enviar a la PTE, se desvia

el efluente a un tanque de recepción de 10 m3 llamado tanque de emergencia. Se analizará el

contenido de activo de este último tanque y se descargará en forma controlada a la planta (tanque

de homogenización) para no afectar el funcionamiento de la misma.

El tanque de recibo cuenta con una llave de fondo al pozo de bombeo para descartar aquella

fracción del caudal diario que pudo haber entrado al mismo antes de enviar el bombeo al tanque

de emergencia. Esto permite bombear agua del tanque de recibo al tanque de emergencia. Cada

tanque cuenta con un mixer para mezcla del efluente.

3.1.3. Homogenizador

Recibe el efluente proveniente del tanque de recibo, tanque de emergencia, fosa séptica, efluente

del tratamiento de barros y se prevé que el efluente de la sanitización de la ósmosis inversa.

Cuenta con un volumen de 30 m3 y un tiempo de retención de más de un día. Posee difusores de

burbuja fina para lograr la homogenización del efluente, mezclar, y no permitir la sedimentación

de sólidos que ingresan al sistema previo al envío al tratamiento biológico.

3.1.4. Reactor aerobio

En esta unidad se realiza el tratamiento biológico. Tiene un volumen de 250 m3 y un tiempo de

retención de 6 días aproximadamente. Se opera automáticamente incorporando aire mediante

sopladores para mantener un oxígeno disuelto mínimo capaz de generar condiciones aceptables

para el desarrollo de microorganismos avanzados. Recibe la recirculación de lodos del

sedimentador secundario con el fin de mantener en el sistema a los microorganismos que realizan

la descomposición de la materia orgánica. También se logra que los microorganismos más

desarrollados ingresen antes al reactor por lo que se obtiene mayor eficiencia en la remoción de

materia orgánica.

3.1.5. Sedimentador Secundario

El licor mezcla separa sus fases en un sedimentador secundario. El sobrenadante descarga por

los vertederos hacia la cámara de aforo. El área superficial es de 7,9 m2 y tiene un tiempo de

retención de 20horas. En esta unidad se retienen los sólidos sedimentables y los flotantes

retornan con skimmers hacia el reactor. El fondo del sedimentador tiene pendientes hacia el

centro de la mismo para acumular los lodos que son enviados hacia el sistema de deshidratación

de barros o se recirculan hacia el reactor.

3.1.6. Cámara de aforo

En esta unidad se mide el caudal del efluente de la planta de tratamiento que es vertido el tanque

de recepción final.

3.1.7. Tanque de recepción final

Recibe el efluente proveniente de la cámara de aforo y el rechazo de la ósmosis inversa. Cumple

la función de acumular los efluentes para que sea retirado por barométrica y dispuesto en la

planta de OSE de Canelones. Tiene un volumen de 50 m3.

3.1.8. Concentrador de barros

Las purgas de fondo de los sedimentadores secundarios son bombeadas hacia el digestor de

barros. En esta unidad se estabiliza y deshidrata el barro. En caso necesario se dosificará cal y

polímero para reducir los microorganismos patógenos y olores. El sobrenadante se envía hacia el

homogenizador y el barro concentrado se dispone en los lechos de secado mediante bombeo.

Tiene un volumen de 10 m3. Actualmente se encuentra vacío ya que aún no se generaron

suficientes barros en el reactor aerobio.

3.1.9. Lechos de secado

Los barros digeridos son bombeados hacia los lechos de secado donde se logra su

deshidratación. El exceso de agua filtra a través del lecho de arena y es enviado al

homogenizador. Se continúa con el secado del barro por evaporación hasta obtener una

humedad inferior al 80%. Previo a su disposición final se deberá medir el contenido de hormonas

en el test de lixiviado. En caso que los niveles sean mayores a 50 ppb o valor acordado con la

DINAMA, se enviarán a incinerar. En caso contrario los barros se dispondrán en la usina de la

Intendencia de Montevideo. Hasta el momento no ha sido necesario purgar barros del sistema.

3.1.10. Fosa séptica

En esta unidad se reciben 3,5 m3 por día de efluentes cloacales y por separación física se

retienen los sólidos más groseros del líquido que es enviado hacia la PTE. Los sólidos retenidos

son retirados regularmente por barométrica.

3.3.1. Resultados Obtenidos: Seguimiento analíticos parámetros críticos.

A continuación se presenta el seguimiento de los resultados analíticos del último año (2012). Se

destaca que en marzo se finalizaron las obras y se comenzó a enviar todo el efluente hacia la

Planta de Tratamiento. A comienzo de año no se había comenzado con la producción continua

pero se estaban realizando pruebas para la puesta a punto de los equipos. En noviembre se

comenzó con la producción normal de medicamentos.

Tabla 1: Evolución materia orgánica y sólidos del efluente final

Tabla 2: Evolución de activos del efluente final

En resumen el promedio, máximo y mínimo de cada parámetro analizado resultó:

pH DBO (ppm) DQO (ppm) SST (ppm) Etinilestradiol

(ppb) Drospirenona

(ppb)

PROMEDIO 7,8 7,6 38 48 0,67 2,61

MÁXIMO 9,5 105 370 100 21 46

MINIMO 6,7 3 5 20 nd nd NORMATIVA DESCARGA CURSO DE AGUA

6,0-9,0 60 - 150 50 50

De los resultados obtenidos se destaca: • pH: resultó en promedio levemente superior a la neutralidad. En un valor puntual resultó

levemente superior al valor nacional normativo de descarga a curso de agua. • DBO: en todos los muestreos resultó muy inferior al valor normativo de descarga a

excepción de un solo muestreo que resultó levemente superior. Este valor se registró en el primer mes de producción normal por lo que la Planta aún estaba entrando en régimen. Se destaca que los siguientes valores resultaron nuevamente inferiores y del orden de los valores históricos.

• SST: en todas las muestras la concentración de sólidos suspendidos totales resultó inferior al valor normativo.

• Activos: los dos activos que se analizan como referencias resultaron en todas las muestras con concentraciones inferiores a las de referencia según la DINAMA (Dirección Nacional de Medio Ambiente).

3.3.2. Observaciones al microscopio

Periódicamente se extrae muestra del reactor y se observa al microscopio las características de los flóculos, los microorganismos presentes y predominantes y la presencia o no de filamentosas.

A continuación se presenta una serie de fotos en las cuales se observa el crecimiento de los flóculos y el desarrollo de microorganismos superiores (pedunculados) en el tiempo. Se destaca que no se observaron filamentosas en todo el período.

4. Conclusiones y Plan futuro

• Importancia de Ensayo Piloto previo • Tratamiento Biológico Satisfactorio • Necesidad de homogeinizador previo • Necesidad de mezcla continua • Importancia de Seguimiento y Control • Modificaciones realizadas: Desvío al inicio sanitización Osmosis Inversa • Estudio Reutilización efluente para limpiezas y servicios auxiliares de caldera y

enfriamiento

Jun12 Dic12

Mar13 May13

May13 Jun13