Tratamiento de Residuos Liquidos de Una Fabrica de Galletas

5/14/2018 Tratamiento de Residuos Liquidos de Una Fabrica de Galletas - slidepdf.com

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TRATAMIENTO DE RESIDUOS LÍQUIDOS DE UNA FÁBRICA DE GALLETAS

Lorna Guerrero Saldes*, Daniel Alkalay LowittUniversidad Técnica Federico Santa María, Casilla 110 - V, Valparaíso, Chile

La industria de galletas produce vertidos líquidos con una cantidad considerable de grasas, sólidos ensuspensión y materia orgánica, lo que genera un problema en el sistema de disposición final de éstos. Poresto, se realizó un estudio para determinar la factibilidad técnico-económica de tratar estos vertidos quedeben cumplir con la normativa vigente. Se realizó una gestión de efluentes que permitió visualizar laposibilidad de tratamiento conjunto de los efluentes de la planta de galletas y el producido en una planta demanjar anexa. Se procedió al estudio de tratabilidad y evaluación de cuatro alternativas de tratamiento paraestos efluentes en base a costos de inversión, de operación y eficiencia, consiguiéndose los mejoresresultados para el efluente de la planta de gallletas con flotación (sin floculante), seguida por una filtraciónen arena y finalmente por un proceso biológico anaerobio. En tanto, para el efluente de la planta de manjarserá filtración en arena y luego neutralización con ácido. Con estos tratamientos se logra reducir más del80% de la materia orgánica, medida como DQO y 70% de las grasas presentes. La inversión estimada esde U$167.500 y los costos operacionales estimados son de U$450 mensuales (sin considerar mano deobra).

Palabras clave: Tratamiento residuos líquidos industriales, flotación, biodegradabilidad anaerobia,industria de galletas.

INTRODUCCIÓN

En consideración a la creciente preocupación por la problemática relacionada con la contaminación delmedio ambiente, lo que se refleja en una marcada “ conciencia ambiental” de la población, el sectorindustrial ha debido tomar diversas iniciativas para disponer de un diagnóstico e implementar medidastendientes a la reducción del efecto contaminante de su proceso de producción.

En este contexto, se realizó un estudio de diagnóstico y una posterior evaluación de las alternativas detratamiento de los efluentes que se generan en una fábrica de galletas y una planta de manjar anexa a ésta.

El estudio se orientó a conseguir una serie de objetivos: en primer lugar una gestión de efluentes (para unaminimización en el uso del agua y mejor aprovechamiento de ésta), por medio de una cuantificación ycaracterización. Posteriormente, se realizaron ensayos de tratabilidad con el fin de determinar el tratamientoadecuado para estos efluentes. La tratabilidad se orientó a ensayos que permitiesen la disminución de losprincipales agentes contaminantes detectados en la caracterización: flotación (eliminación de grasas),

filtración y sedimentación (eliminación de sólidos suspendidos) y biodegradabilidad anaerobia (reducción demateria orgánica). Una vez obtenidos los resultados, se evaluaron las distintas alternativas y se diseñó laplanta de tratamiento de las aguas residuales de la industria.

Para introducirse en el tema, es importante una visión general del proceso de la industria de galletas. Seinicia en un estanque de acero inoxidable donde se mezclan los ingredientes (harina, leche, agua, huevos,manjar, chocolate, etc). Luego de conseguir una mezcla homogénea, se hace pasar por moldes que le danla forma, siendo conducidas por medio de correas hasta los hornos de cocción. Finalmente, las galletas sontransportadas a la sección de empaque. Como se puede observar, la fabricación de galletas es, en general,un proceso donde se utiliza poca agua (del orden de 3 m

3 /día, en promedio).



En la planta de producción de manjar anexa que tiene la fábrica de galletas, el proceso se inicia con lallegada de la leche a los estanques almacenadores para luego pasar a un estanque de agitación, donde sehomogeniza la leche para la posterior incorporación de los aditivos (saborizantes, preservantes, etc). Lamezcla pasa luego a un estanque de reposo. Luego, se bombea a las ollas de cocimiento de la leche (quees donde se produce la transformación a manjar) y finalmente se lleva a un estanque agitado, para elenfriamiento del manjar. Este proceso se realiza en forma batch cuatro veces al día.

En base a los procesos, se aprecia que los principales focos de generación de residuos industriales líquidos

son los puntos de vertido de las aguas de lavado de los equipos involucrados en cada uno de ellos.

PROCEDIMIENTO

Caracterización

Como primer paso, se procedió a la medición de caudales y los parámetros indicadores de materia orgánicacontaminante de la fábrica de galletas (como DQO, Sólidos Suspendidos, Grasas, etc). Los efluentes de laindustria de galletas en estudio, se componen básicamente de aguas de lavado de instrumentos, máquinas

y bandejas de plástico donde se depositan materiales de los distintos productos. Debido a que todas lasaguas de lavado llegan a un mismo punto de vertido, el análisis se realizó en ese punto común.

Las características del agua de lavado cambian en el transcurso del día: durante la mañana se lavanbandejas que contienen restos de huevos, masas y manjar, obteniéndose un residuo líquido que tiene unagran carga orgánica. Durante la tarde y la noche se lavan algunos equipos y se vierte el agua de lavado depisos, obteniéndose condiciones de contaminación menos significativas, aunque un mayor caudal.

En la planta de manjar se produce una gran variedad de residuos líquidos, debido a los distintos tipos delavado que se realizan: lavado básico , que consiste en un lavado de los estanques con agua que serecircula, se elimina y luego se procede a un lavado con manguera, lavado profundo que se realiza con unasolución de hidróxido de sodio y enjuague con sanitizante en donde se agrega sanitizante y se hace pasarpor todos los equipos, ya sea en serie o en paralelo.

La caracterización realizada al efluente de la industria de galletas y al generado por el lavado básico en laplanta de manjar, mostraron una gran similitud en sus características por lo que se estudiaron en formaconjunta, denominándose como mezcla M+G (mezcla Manjar + Galletas). Además, la mezcla de losefluentes de los otros lavados de la planta de manjar se unieron denominándose mezcla MOL (Mezcla Otros Lavados). Los resultados de esta caracterización, se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1.: Características promedio de los efluentes generados en la industria de galletas.

Mezcla M+G(de alta carga contaminante)

Mezcla MOL(de baja carga contaminante)

Caudal (máximo) 25 m3 /día 3,5 m 3 /díaDQO 28000 mg/L 1800 mg/L

Sólidos suspendidos 6500 mg/L 900 mg/L

Grasas y aceites 1400 mg/L ---

pH --- 13



Ensayos de Tratabilidad

Estos ensayos incluyen los tipos de tratamiento adecuados para los residuos líquidos industriales en estudio:Tratamiento físico o físico químico primario , con el fin de eliminar sólidos en suspensión y otros elementoscontaminantes como las grasas; Tratamiento biológico o secundario , para la eliminación de materiaorgánica.

Las características de las aguas residuales (elevado contenido de sólidos suspendidos y alta carga orgánica,medida como DQO), indican que las operaciones unitarias a estudiar son:

- Para eliminación de sólidos suspendidos: coagulación-floculación y filtración (no se considerasedimentación, porque la fábrica de galletas carece de espacio suficiente para la instalación de untanque sedimentador)

- Para eliminación de materia orgánica: tratamiento biológico anaerobio.

Coagulación-Floculación Para este proceso se requiere determinar el tipo de coagulante a usar(dependiendo de la naturaleza del residuo líquido a tratar), la dosis óptima de éste y el pH al cual se logra lamáxima reducción de sólidos. Se contó con los siguientes coagulantes: FeCl3, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3 y losfloculantes: poliacrilato sódico fino (PAF) y Floc-50 (marca SHELL). Para este ensayo se utilizó el sistema

de “Test de jarras” o “ jar test ” .

Como primer paso en el ensayo, se estimó cualitativamente cuál de los productos entregaba el mejorresultado. Con los productos que dieron los mejores resultados, se pasó a la fase de determinación de pHóptimo al cual se logra la mayor eliminación de sólidos del agua residual. En este punto se determinó enforma cuantitativa cuál de los coagulantes y/o floculantes era el más adecuado técnica y económicamente.

Finalmente, conocido el producto y el pH al cual trabaja, se determinó la dosis óptima por medio del análisisde sólidos suspendidos, DQO total y DQO soluble.

Flotación Los efluentes que poseen una alta cantidad de grasas (como la mezcla M+G) no pueden sertratados directamente por un tratamiento biológico, por lo que se requiere de un proceso como la flotaciónpara la eliminación de éstas. Este proceso se realizó en el equipo mostrado en la Fig. 1, el cual tiene una

altura mayor a su diámetro equivalente (H/De = 1,5 veces). Los ensayos se realizaron en forma batch .

Biodegradabilidad Anaerobia Este ensayo permite determinar la máxima degradación de la DQO que esposible conseguir a través de un proceso anaerobio, a 37ºC. La magnitud de la biodegradabilidad puededescartar o aconsejar desde un principio la viabilidad del proceso, que se veía interesante de aplicar pues laindustria de galletas utiliza biogás como combustible de los hornos.

El equipo batch fue utilizado con reactores de 0,25 L de volumen activo (ver Fig. 2). El biogás producidofluye desde el digestor hacia un frasco que contiene solución alcalina (NaOH 2,5%), pasando antes por untubo anti-retorno. El CO2 se absorbe en la solución alcalina, por lo que el volumen desplazado correspondea la producción de metano.

Los ensayos se realizaron en dos reactores para cada una de las muestras en estudio, uno denominado

“ tratamiento” , que contiene agua residual y los microorganismos, y otro llamado “blanco” , en el que sólo seadicionan los microorganismos. La biodegradabilidad anaerobia de un residuo industrial líquido depende deltiempo de ensayo, por lo que éste debe ser indicado junto con el dato de la fracción de DQO biodegradable.



85 cm

15 cm

10 cm

10 cm

10 cm

5 cm

40 cm

11 cm

Alimentación

Toma muestras

Rebalse

Aire

Fig. 1: Columna de flotación

1

2

3

4

5

6

1. Medio de cultivo

2. Toma de muestra3. Salida del biogás

4. Depósito antirretorno5. Frasco Mariotte6. Probeta medición volumen

Fig. 2: Sistema de biodegradabilidad.

RESULTADOS

Ensayos de tratabilidad

Coagulación - Floculación: Como primer pasó se seleccionó el mejor coagulante en forma cualitativa,pasando luego a trabajar con ellos en la determinación de las óptimas condiciones de trabajo. Se trabajócon el floculante orgánico PAF para la mezcla M+G (excelente sedimentación y buena clarificación), conuna concentración de 140 mg/L. Los resultados obtenidos para estos ensayos se muestran en la Tabla 1.Como se puede observar en esta tabla, a pH alrededor de 4 se logra reducir un 95% de los sólidossuspendidos; valor que desciende levemente (∼ 92%) a pH= 5.5, por lo que habría que tomar una decisióneconómica respecto al pH al que conviene trabajar.

En el caso de la mezcla MOL, los mejores resultados se consiguieron con los dos compuestos ferrosos (alas mismas concentraciones: 150 mg/L de agua a tratar), optando por la utilización del cloruro férrico puessu costo es menor al del sulfato férrico: US$ 142/Kg para el Fe2(SO4)3 en relación a US$ 110/Kg del FeCl3.Los resultados se muestran en la Tabla 2. Se puede apreciar en ella que este tratamiento no es apropiadopara la mezcla MOL, pues se logra sólo un 43% de reducción de sólidos suspendidos, a un pH elevado(12.5).

Tabla 1: Resultados obtenidos en la industria de galletas, M+G.Dosis: 140 mg/L de agua a tratar

Floculante: Poliacrilato sódico (PAF)

pH

ReducciónSólidos Suspendidos

ReducciónDQO

3.7 95,0% 33.4%5.5 91.7% 38.9%7.6 88.6% 27.8%9.8 87.9% 42.6%11.8 84.1% 27.8%



Tabla 2: Resultados obtenidos en la planta de manjar, MOL.Dosis: 150 mg/L de agua a tratar

Coagulante: Cloruro Férrico (FeCl3)

pH

ReducciónSólidos Suspendidos

ReducciónDQO

3.1 34.7% 28.1%

4.2 26.6% 38.5%5.3 34.7% 46.4%10.0 2.00% 48.4%12.6 43.0% 50.4%

Flotación: Se realizaron pruebas de tratabilidad mediante un proceso de flotación para la mezcla M+G, conel fin de eliminar la presencia de las grasas antes de ingresar a un proceso de digestión anaerobia. Losresultados obtenidos se muestran en la Tabla 3. Se puede apreciar en ella, que las dos muestras estudiadasson diferentes en cuanto a su contenido de grasas (1100 mg/L y 620 mg/L) lográndose una mayor reducción(∼ 80%) en la de menor contenido en grasas. De todas formas, los resultados obtenidos confirman lafactibilidad técnica de aplicar la flotación.

Tabla 3: Resultados pruebas de flotación, mezcla M+G.

MUESTRA 1 MUESTRA 2Tiempo DQO Grasas Reducción Reducción DQO Grasas Reducción Reducción

min mg/L mg/L DQO Grasas mg/L mg/L DQO Grasas0 18700 1100 -- -- 5230 620 -- --

45 8950 680 38% 52% 1800 160 66% 74%

105 6150 440 60% 67% 1720 130 67% 79%

180 -- -- -- -- 1630 110 69% 82%

Biodegradabilidad: Los ensayos de biodegradabilidad, tanto para la mezcla M+G como para la mezcla

MOL, se realizaron con y sin tratamientos previos:

a) Biodegradabilidad mezcla M+G, con filtración previa (Fig. 3).

b) Biodegradabilidad mezcla M+G, con y sin flotación previa (Fig. 4).

c) Biodegradabilidad mezcla M+G, con y sin flotación y filtración previas (Fig. 5).

d) Biodegradabilidad mezcla MOL, con y sin filtración previa (Fig. 6)

Generalmente, la biodegradabilidad determinada en el séptimo día de ensayo es indicativa de la encontradaen el tratamiento anaerobio continuo de un agua residual, por lo que se compararán los resultados en basea esto.

Para la mezcla M+G, se obtienen excelentes resultados con sólo una filtración previa, pero hay queconsiderar en este caso, que el contenido de grasas y sólidos suspendidos iniciales era menor que en lasotras dos determinaciones (600 mg/L comparado con 1800 mg/L de grasas). Para el caso de utilizarflotación y filtración previas, se observa que se logra una mayor biodegradabilidad final (aproximadamente80%) comparada con la misma muestra sin estos tratamientos previos (aproximadamente 60%), pero unamisma velocidad de degradación.

Para la mezcla MOL, se ve una clara influencia de los sólidos suspendidos en la biodegradabilidad. Alséptimo día, en el caso de la muestra previamente filtrada, se obtiene casi la biodegradabilidad máxima(aproximadamente 80%), mientras que sólo se tiene un 35% en el caso de la muestra sin tratar.



Evaluación Técnico-económica: En base a los resultados obtenidos, se diseñaron y evaluaron cuatroalternativas de tratamiento para las mezclas MOL y M+G:

1. Mezcla M+G : Tratamiento primario con floculante para la eliminación de sólidos y grasas.Tratamiento secundario anaerobio para la eliminación de la materia orgánica.

Mezcla MOL : Tratamiento primario con coagulante para la eliminación de sólidos.

2. Mezcla M+G : Tratamiento primario de filtración para la eliminación de sólidos. Tratamiento

secundario anaerobio para la eliminación de la materia orgánica.Mezcla MOL : Tratamiento primario con coagulante para la eliminación de sólidos.

3. Mezcla M+G : Tratamiento primario de filtración para la eliminación de sólidos. Tratamientosecundario anaerobio para la eliminación de la materia orgánica.

Mezcla MOL : Tratamiento primario de filtración para la eliminación de sólidos.

4. Mezcla M+G : Tratamiento primario de flotación para la eliminación de grasas. Tratamientoanaerobio para la eliminación de la materia orgánica.

Mezcla MOL : Tratamiento primario de filtración para la eliminación de sólidos.

Costos de Inversión Costos de OperaciónUS$ US$

Alternativa 1 155.000 1.250Alternativa 2 210.000 490Alternativa 3 195.000 245Alternativa 4 167.500 450

Alternativa 1: A pesar de presentar los menores costos de inversión, no se recomendó esta alternativa pueslos efluentes de la planta de tratamiento no estarían dentro de la normativa vigente (en la mezcla MOL sólose logra reducir un 43% de sólidos y 50% de la DQO). Debido al uso de aditivos (PAF y FeCl 3) los costosoperacionales son los más altos de las cuatro alternativas. El costo del reactor anaerobio se estimó en US$

100.000 (se diseñó un reactor de contacto de 100 m3

)

Alternativa 2: Surge como una manera de disminuir los costos operacionales de la alternativa 1 y unaoperación más sencilla. Sin embargo, no se elimina en forma considerable el contenido de sólidos y grasaspresentes en las aguas residuales a tratar. Por este motivo, el volumen del reactor anaerobio necesario esmayor que en las otras alternativas (170 m

3) teniendo como consecuencia un notable aumento en los costos

de inversión (el costo del reactor anaerobio se estimó en US$ 155.000).

Alternativa 3: La operación resulta ser la más sencilla y con un menor costo operacional que todas las otrasalternativas (US$ 245). Aunque la inversión en el tratamiento primario es menor que en la alternativa 2, elcosto del reactor anaerobio es mayor (se estimó en US$ 184.000), pues la filtración no reduce en formaconsiderable las grasas y los sólidos presentes en la mezcla M+G.

Alternativa 4: Se determinó que la flotación disminuye en un porcentaje importante la presencia de grasas.El reactor anaerobio requerido para esta alternativa es similar al requerido en la alternativa 1 (deaproximadamente 110 m

3), pues la reducción en el contenido de grasas y sólidos es similar al obtenido por

tratamiento con floculante (80%). Los costos operacionales de esta alternativa se reducen a mano de obra,disposición de grasas flotadas y consumo de energía, entre los más importantes. En consecuencia, dada labaja inversión que significa esta alternativa (frente a las otras), sus bajos costos operacionales y la sencillezde manejo de la planta de tratamiento, se optó por esta alternativa para el tratamiento de los residuoslíquidos en estudio.



CONCLUSIONES

- Con el presente estudio se puede aseverar la factibilidad de eliminar la materia contaminante de un aguaresidual proveniente de la fabricación de galletas y de la fabricación de manjar.

- Los principales contaminantes orgánicos del agua residual son las grasas y los sólidos suspendidos.

- La mejor alternativa para estas reducciones consiste en: proceso de flotación, pasando luego por un filtrode arena y un posterior proceso anaerobio. El agua residual de la planta de manjar anexa, puede sertratada mediante un proceso de filtración en arena.

- Desde el punto de vista económico, la alternativa seleccionada posee costos de operación relativamentebajos (US$ 450) si se comparan con la alternativa que entrega resultados similares (alternativa 1, costosde operación: US$ 1.250).

- La inversión estimada para la alternativa seleccionada alcanza la suma de US$ 167.500 y los costosoperacionales se estiman en US$ 450 (sin considerar la mano de obra).

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