Tratamiento Tratamiento de de efluentes efluentes en laen laindustria lindustria lácteaáctea
Problemas y soluciones
INGEBI
CONICET
Leonardo Erijman
INTI-Lacteos 2010
comprender los procesos
Identificar los problemasHacer diagnósticos
Evaluar alternativas
Tratamiento Tratamiento de de efluentes efluentes en laen laindustria lindustria lácteaáctea
Problemas y soluciones
CCómo funciona ómo funciona el el tratamientotratamiento??
Los Los tratamiento bioltratamiento biológicos ógicos se se basanbasanen la en la capacidad capacidad de de autodepuraciautodepuraciónón
Aumenta DBObaja conc OD
La cantidad de oxígeno disuelto requerida pormicroorganismos para estabilizar la materia orgánica
Demanda Bioquímica de OxígenoDemanda Bioquímica de Oxígeno(DBO)(DBO)
Ensayo estandarizado paramedir el grado de contaminación
Demanda Química de OxígenoDemanda Química de Oxígeno(DQO)(DQO)
La materia orgánica se degrada químicamenteutilizando un oxidante fuerte
Otro ensayo estandarizado paramedir el grado de contaminación
• Compuestos orgánicos que consumen oxígeno - degradan el cuerpo receptor - interfieren con el balance de la vida acuática
Que Que hay hay que eliminar que eliminar de de loslosefluentesefluentes??
la demanda de oxígenola demanda de oxígeno
El El problema estproblema está á en laen ladeficiencia deficiencia de de oxígenooxígeno
Lagunas facultativasLagunas facultativas
– El oxígenooxígeno es producido por algas fotosintéticas eintroducido por aireación de la superficie
– El oxígenooxígeno es subsecuentemente utilizado por bacteriasaeróbicas para estabilizar (oxidar) la materia orgánica
viento
oxígeno
algas
bacterias
oxígeno CO2, NH3, Pefluente crudo
Sólidossedimentables
anaeróbico
oxíg
eno
De donde viene el oxígeno?
Lagunas aireadasLagunas aireadas
El oxígeno se introduce con aireación mecánica
De donde viene el oxígeno?
Con una potencia de 1 kw/1000 m3, los gases (O2) y el materialsoluble (materia orgánica) se mezclan uniformemente
los sólidos sedimentan
Lagunas aireadasLagunas aireadasEl oxígeno se introduce con aireadores
Lagunas aerLagunas aeróbicasóbicasEl oxígeno se introduce con aireadores
Con una potencia de 6-10 kw/1000 m3 los sólidos(microorganismos) se mantienen en suspensión
Mezcla completa Mezcla completa ((aeraeróbicasóbicas))vsvs. . mezcla parcial mezcla parcial ((facultativasfacultativas))
6-10 kw/1000 m3
0.8 - 1 kw/1000 m3
La La materia orgánica materia orgánica la la oxidan lasoxidan lasbacteriasbacterias
Oxígeno Disuelto (OD) > 2 mg/l
Tiempo de aireación del efluente = tiempo de crecimiento de microrganismos
Tiempo de retención hidráulico (τ) = tiempo de retención celular (θ)
Barros activadosBarros activados: el : el mismomismoprincipioprincipio, , mmás compactoás compacto
Oxígeno Disuelto (OD) > 2 mg/l
1. Mantener los sólidos (bacterias) en suspensión
2. Separar los sólidos (bacterias) del efluente tratado
3. Recircular los sólidos
Proceso Proceso de de barros activadosbarros activados
Cámara de aireación Sedimentador Digestor
RASReturn Activated Sludge
WASWaste Activated Sludge
Tiempo de retención hidráulico (τ) << tiempo de retención celular (θ)
Barros activadosBarros activados::AireaciAireaciónón
Se oxida la materia orgánica
Barros activadosBarros activados::SedimentaciSedimentaciónón
Se separa el agua tratada del floc microbianoSe recircula el floc microbiano a la cámara aireada
MicrobiologMicrobiología ía de de los barroslos barrosactivadosactivados
sustratosnutrientes
bacterias
bacteriasdel floc
ciliados yprotozoos
Comunidades microbianas en el floc de barros activados
MicrobiologMicrobiología ía de de los barroslos barrosactivadosactivados
Sistemas Sistemas de de lecho fijolecho fijo
La La oxidacioxidación es ón es la la única única formaformade de eliminar eliminar la la materia orgánicamateria orgánica
del del efluenteefluente??
Tratamiento físico-químicoTratamiento anaeróbico
Polímeros(polisacáridos, lípidos, proteínas)
Monómeros(azúcares, ácidos grasos, aminoácidos)
hidrólisis por enzimasbacterianas
fermentaciónfermentación
acetato H2 + CO2
metanogénesis
CH4 + CO2 CH4
Sistemas anaerSistemas anaeróbicosóbicosCómo Cómo se reduce la DBO?se reduce la DBO?
Sistemas anaerSistemas anaeróbicosóbicosQuién Quién produce produce metanometano??
Lagunas anaerLagunas anaeróbicasóbicas
BarroSólidos
P y N orgánico
Cañeríade entrada Gases
dióxido de carbonometano
amoníaco
Cortezasólidos
Líquido crudoMateria orgánica
Alto DBO
Cañeríade salida
post-tratamiento
Líquido tratadomenor DBO
barro granular
burbujas de gas
efluente
biogas
Reactor Reactor anaeranaeróbico óbico (UASB)(UASB)
ingreso
manto de barro
separadorde 3 fases
Lecho de barro anaeróbico ascendente
UASB
Filtro anaeróbico (AF)
Contacto anaeróbico (AC)
Reactor anaeróbico con baffles (ABR)
ReactoresReactores anaeranaeróbicosóbicos
Lecho de barrogranularexpandido (EGSB)
Nada seNada se pierdepierde; ; todo todo sesetransformatransforma
Antoine Lavoisier (1743-1794)
reactoraeróbico
reactoranaeróbico
DQO (100%) DQO (100%)
efluente(5-10%)
efluente(10-30%)
Biogas (CH4)(70-90%)
CO2(40-50%)
barro(50-60%)
barro(5-15%)
Transformaciones Transformaciones en en loslostratamientostratamientos
Tratamiento Tratamiento de de efluentes efluentes en laen laindustria lindustria lácteaáctea
Problemas y soluciones
Lagunas facultativasLagunas facultativas
Lagunas facultativasLagunas facultativas
s
Nuevas células
Nuevas células DBO efluente
Lagunas facultativasLagunas facultativas
Variaciones de pH y CO2 durante el día25 kg BOD/ha•d
Lagunas facultativasLagunas facultativas
• Temperatura (algas marrones a T< 10 °C)
• Carga orgánica
• Niveles de oxígeno disuelto
• Disponibilidad de nutrientes
• Presión depredadora (Cianobacterias)
Lagunas facultativasLagunas facultativasBacterias
reductoras desulfato (SRB)
ácidosulfídrico
`sulfato
ácidos grasos volátiles
`dióxido de carbono
`hidrógenobacterias
fermentadoras
Bacteriasfototróficas desulfuro (PSB)Efluente de
industria láctea ciclo del S en lazona anóxica
Lagunas facultativasLagunas facultativas
Sobrecarga I: bacterias desulfuro verdes (GSB)
Sobrecarga II: bacterias de sulfuropúrpura (fotosíntesis anoxigénica)
Lagunas facultativasLagunas facultativas
Lagunas facultativasLagunas facultativas2 grupos de bacterias fotosintéticas
Bacteria de sulfuro púrpuraChromatiaceae
Bacteria de sulfuro verdeChlorobiaceae
granos de sulfurointracelular
granos de sulfuroextracelular
Espumas Espumas en en lagunas facultativaslagunas facultativas::pond scumpond scum
Algas filamentosasSpirogyra, Mougeotia, Zygnema
CianobacteriasAlgas azul-verdes
Hierbas flotantes Hierbas flotantes en en lagunaslagunasfacultativasfacultativas: : LemnaLemna
Hierbas flotantes Hierbas flotantes en en lagunaslagunasfacultativasfacultativas: : LemnaLemna
Ciudad de Devis Lake, North Dakota, EEUU
Mantenimiento Mantenimiento de de lagunaslagunasfacultativasfacultativas
Mínimo, pero imprescindible
• Eliminación de sólidos de tratamiento preliminar (rejas, etc)• Corte de pasto en taludes• Eliminación de espumas y macrofitas de las superficie. Esto sehace para maximizar la luz incidente, aumentar la reaireación yprevenir cría de mosquitos• Si hay cría de mosquitos sobre la espuma de lagunasanaeróbicas se debe romper y hundir con hidrolavadora• Mantener la entrada y salida de las lagunas libres de bloqueo• Reparar taludes dañados
Mantenimiento Mantenimiento de de lagunaslagunasfacultativasfacultativas
Lagunas facultativasLagunas facultativas
2008
p. 444:
Tiempo Tiempo de de retenciretención hidráulicoón hidráulico
El tiempo de retención hidráulico (teórico) es ! =V
QV = volumen de la laguna (m3)Q= caudal promedio (m3/d)
Las lagunas no operan nunca a su τ teórico• El caudal no es constante• El barro acumulado disminuye el volumen de tratamiento (V)
La eficiencia de las lagunas no es óptima
• Zonas muertas• Corto circuitos
Corto-circuitos Corto-circuitos en en lagunaslagunas
Salida
Entrada
Peña Varón, M., Mara, D. (2004) IRC International Water and Sanitation Centre
Corto-circuitos Corto-circuitos en en lagunaslagunas
Salida
EntradaPeña Varón, M., Mara, D. (2004) IRC International Water and Sanitation Centre
Corto-circuitos Corto-circuitos en en lagunaslagunas
Banda CG, Sleigh PA, Mara DD. Water Sci Technol. 2005; 51 (12): 75-81
Recuento de coliformes
Corto-circuitos en lagunas disminuyen la eficiacia del tratamiento
Optimas condiciones hidrOptimas condiciones hidráulicasáulicasen en lagunaslagunas
El líquido ingresante debe sermezclado para evitarsobrecarga localizada, pero sedebe evitar la creación de corto-circuitos
Salida lejos del paso del flujode líquido (esquina)
Lagunas Lagunas en en serie serie o en o en paraleloparalelo??
Entrada Salida
Entrada Salida
Velocidad de tratamiento= k![concentración de contaminante]
Flujo pistFlujo pistón vs mezcla completaón vs mezcla completa
Flujo pistFlujo pistón vs mezcla completaón vs mezcla completa
Velocidad de tratamiento= k![concentración de contaminante]
[Cfp] > [Cmc]
[Vfp] > [Vmc]
Lagunas Lagunas en en serie serie o o paraleloparalelo??• Varias lagunas en serie son más eficientesque una gran laguna• Lagunas largas y angostas o con bafles paracrear sistema con relación largo/ancho grande• Disipar la turbulencia de entrada para reducirla mezcla
Lagunas Lagunas en en serieserie• Mayor costo• Atención a la sobrecarga orgánica!!!
SoluciSolución ón a la a la deficiencia deficiencia dedeoxoxígenoígeno: : cuanto oxígenocuanto oxígeno??
1.5 kg O2 / kg DBO
60 m3 * 2000 mg/L = 120 kg DBO/d
7 kg O2/h (5,5 kw o 7,4 HP)
Proceso Proceso de de barros activadosbarros activados
Cámara de aireación Sedimentador Digestor
RASReturn Activated Sludge
WASWaste Activated Sludge
Tiempo de retención hidráulico (τ) << tiempo de retención celular (θ)
ProsPros y y contrascontras de de los barroslos barrosactivadosactivados
• Muy buena calidad de vertido• Compacto• Confiable• Versátil
• Alto consumo de energía• Requiere más O&M • Generación de barro
Altamente dependiente del proyecto(diseño y ejecución)
ConversiConversión ón de de lagunas lagunas enenbarros activadosbarros activados
Problemas mProblemas más ás frecuentes frecuentes enenel el disediseño ño de de barros activadosbarros activados
1. Deficiencia de oxígeno
2. Problemas en el sedimentador
3. Problemas por manejo de barro excedente
Problemas provocados por Problemas provocados por lalafalta falta de de oxoxígenoígeno
Deficiencia de oxígeno
• Malos olores• Mala depuración• Bacterias filamentosas
(pérdida de sólidos)
Problemas provocados por Problemas provocados por lalafalta falta de de oxoxígenoígeno
Qué puede fallar ?
• Fallas en la recirculación• Flotación de barro• Fuga de sólidos
Problemas provocados por Problemas provocados por ununmal mal sedimentadorsedimentador
Problemas Problemas en el en el disediseño ño deldelsedimentadorsedimentador
Problemas Problemas en el en el disediseño ño deldelsedimentadorsedimentador
Reactor en batch (SBR)Reactor en batch (SBR)
1. llenado
2a. reacción
2b. reacción
3. sedimentación
4. decantación
Sequencing batch reactor (SBR)Sequencing batch reactor (SBR)
Problemas Problemas en el en el manejo manejo dedebarro excedentebarro excedente
100 kg DBO 20-50 kg barro
Problemas Problemas en el en el manejo manejo dedebarro excedentebarro excedente
Problemas Problemas en el en el manejo manejo dedebarro excedentebarro excedente
La disposición de barro es parte del tratamiento!!
Las Las necesidades necesidades de de aireaciaireaciónóndeterminan determinan el el tipo tipo de de tratamientotratamiento
Hay un alto gasto de energía para eltratamiento aeróbico
El El problema problema del del suerosuero
DQO suero: 70.000 mg/LDBO suero: 40.000 mg/L
cf. DBO efluente: < 3.000 mg/L
60 m3 * 2000 mg/L = 120 kg DBO/d
7 kg O2/h (5,5 kw o 7,4 HP)
3000 L suero (DBO=40.000 ppm)3 m3 * 40 kg/m3 =120 kg DBO
Duplica la cargaPor lo tanto duplica lasnecesidades de oxígeno!
El El problema problema del del suerosuero
El El problema problema del del suerosuero
Las Las necesidades necesidades de de aireaciaireaciónóndeterminan determinan el el tipo tipo de de tratamientotratamiento
efluente
DQO >>4000 ppm
Tratamientoconvencional
pre-tratamientoanaeróbico
NO
SI
Tratamiento anaerTratamiento anaeróbicoóbico
Lagunas anaerLagunas anaeróbicasóbicas
Lagunas anaeróbicasLagunas anaeróbicas. . InfluenciaInfluenciadel pHdel pH
Lagunas anaeróbicasLagunas anaeróbicas. . InfluenciaInfluenciade la de la temperaturatemperatura
Efic
ienc
ia (%
) de
redu
cció
n de
DQ
O
mes
Lagunas facultativasLagunas facultativas
El El problema problema de lade la grasagrasa
Representa un alto porcentaje de la carga orgánica
Las Las necesidades necesidades de de aireaciaireaciónóndeterminan determinan el el tipo tipo de de tratamientotratamiento
efluente
DQO >>4000 ppm
tratamientoconvencional
pre-tratamientoanaeróbico
NO
SI
SSEE >>100 ppm
NO
Desengrasado
SI
Lagunas desengrasadorasLagunas desengrasadoras
Sistema de flotación porSistema de flotación porpresurización del reciclo (DAF)presurización del reciclo (DAF)
Sistema de flotación porSistema de flotación porpresurización del reciclo (DAF)presurización del reciclo (DAF)
mezclaadsorción
flotación
Diagrama de flujo
bomba
barredor reductorpuente
deflector efluentematerial flotadotanque deflotación
barrosedimentado
líquido crudo succión
recircul
efluente coagulado
tolvagrasas
barredorcampana
Mezcla rápida/floculador
tanque depresurización
recirculacion
Sistema de flotación porSistema de flotación porpresurización del reciclo (DAF)presurización del reciclo (DAF)
Sistema de flotación porSistema de flotación porpresurización del reciclo (DAF)presurización del reciclo (DAF)
• Uso de coagulantes
El propósito de la adición de coagulante es romper laemulsión agua-aceite y desestabilizar las suspensionescoloidales
• Sulfato de aluminio• Policloruro de Aluminio (PAC)• Cloruro férrico• Polímeros catiónicos
El El pre-tratamiento pre-tratamiento ququímicoímicoaumenta la eficienciaaumenta la eficiencia
Coagulación-floculaciónCoagulación-floculación
Tareas de mantenimientoTareas de mantenimiento
• Productos químicos
• Compresor
• Tanque saturación
• Reductor de barredor
• Goma de barredor
• Disposición de grasas
EliminaciEliminación ón de de grasagrasa
La disposición de las grasas es parte del tratamiento!!
EcualizaciEcualizaciónón
Tangente superior
caudal promedio
volumen acumulado
Tangente inferior
vacío
lleno
Ecualización req.Vol: 1700 m3
EcualizaciEcualizaciónón
Llegada crudo
Llegada crudo
El El problema problema del del ffósforoósforo
EliminaciEliminación ón de de ffósforoósforo
Cloruro férricoCloruro ferroso
Sulfato ferrosoSulfato férricoSulfato de aluminio
Sal metálica Dosis (mg/L) Relación metal:P (kg/kg)
EliminaciEliminación ón de de ffósforoósforo
Diseño Diseño de de sistemas sistemas de de tratamientotratamientoCaracterización efluentes
(carga/caudal)Relevamiento del área,
características del terreno
Proximidad de poblacionesTransporte de barro
Consumo de productosquímicos
Costos de capitalCostos de O&M
Necesidades de personalTemas de H&S
Objetivos de tratamientoPrevisión deampliaciones
Factores de seguridad
Determinación cinética yparámetros de proceso)
Selección de tratamientoy configuración
Requerimientos deoxígeno
Requerimiento denutrientes
Dimensionamiento(volumenes, tiempode residencia, etc)
Estimación de producción debarro/grasa
Requerimientos de disposición
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