Consultora Internacional de Medioambiente Transfer de tecnologías medioambientales
Dr. Miguel Angel Rubio hacia América Latina. Nexo entre empresas.
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Maike-Harder Weg 18 efluentes en lagunas, plantas convencionales
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PROGRAMA DE ANÁLISIS Y ENSAYOS A ESCALA SEMITÉCNICA Y TÉCNICA PARA IMPLEMENTAR UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE PRODUCCIÓN DE VICENTE TRÁPANI S.A.
Los resultados y conclusiones presentados en este informe comenzaron a elaborarse a partir de mayo de 1998. Después de una primera inspección de la fábrica y los métodos de producción, se elaboró un plan de análisis y trabajo. Los análisis de las aguas se llevaron a cabo con aparatos y equipos adquiridos exclusivamente para ese propósito por Vicente Trápani S.A. El hecho de tener estos aparatos en la empresa facilita el cumplimiento del plan de mediciones y permite realizar seguimientos exhaustivos y reaccionar espontáneamente ante eventuales cambios en la producción que podrían reflejarse en alteraciones en la composición de las aguas residuales.
Vicente Trápani S.A. es un empresa que se dedica a la comercialización de productos del limón. La elaboración de los mismos pasa por una serie de procesos como: el lavado y envasado de limones frescos, la producción de jugos concentrados, de aceites esenciales y de cáscaras y semillas de esta fruta disecadas. Las aguas residuales generadas durante el proceso de producción en las diferentes secciones (packing, producción de jugos, lavado de facilidades y equipos, etc.) son bombeadas hacia un complejo de tratamiento natural de 5 lagunas, 4 de muy reducida superficie y capacidad (conectadas más o menos secuencialmente) que se encuentran a unos 3 km del punto de salida de fábrica. Estas 4 lagunas tienen una capacidad total de unos 15.000 m³. Algo más distante, una laguna adicional de mayor tamaño recibe las aguas de las menores. Esta última laguna tiene una forma algo elíptica, con una superficie de unos 52.000 m² y 3-4 m de profundidad de promedio. Su capacidad es de unos 180.000 a 200.000 m³.
Los análisis químicos y gravimétricos para definir la composición de las aguas se realizaron con una periodicidad semanal a quincenal durante períodos de alta y baja producción. En este informe presentaremos los valores „pico", es decir, fundamentalmente los de la época de alta producción (marzo-septiembre), por ser estos los decisivos para la concepción y dimensionamiento del sistema de tratamiento.
Los análisis se realizaron con muestras de aguas residuales obtenidas
Los parámetros caracterizados aparecen en la lista que se presenta más abajo. En ella la DQO representa la Demanda Química de Oxígeno, la DBO5 equivale a Demanda Biológica de Oxígeno en 5 días, Nt es el Nitrógeno total y Pt fósforo total (todas estas reflejan los niveles de contaminación de las aguas).
En el año 1999 los caudales de salida de fábrica en época de máxima ascendían, en promedio, a unos 2500 m3/d o 105 m3/h. A la salida de la laguna se determinaron aproximadamente los mismos caudales, lo que indica que no hay aportes adicionales ni pérdidas en el recorrido de las aguas. Los tiempos de permanencia en las 4 lagunas chicas son muy cortos, de aproximadamente 6 horas y en la grande de no más de 100 días.
En épocas de lluvias los caudales de salida de la laguna pueden aumentar y entonces las concentraciones disminuyen según la intensidad de las lluvias y el aporte de agua al sistema de lagunas. En estas épocas los tiempos de permanencia en las respectivas lagunas son, naturalmente, inferiores, según la intensidad y caudales de lluvias generados.
Antes de proponer un sistema de tratamiento a escala técnica se consideró importante realizar una serie de ensayos para buscar respuestas a los siguientes interrogantes,
La serie de ensayos para determinar la degradabilidad de los componentes presentes en las aguas residuales se inició en bidones de 20 litros que se habían llenado previamente con muestras obtenidas en diferentes puntos. La oxigenación se llevó a cabo con „piedras" de aireación de acuarios comunes. La operación de los bidones ocurrió en BATCH, es decir, se llenaban los recipientes y se efectuaban periódicamente las mediciones hasta llegar al objetivo deseado. Una vez alcanzado el mínimo valor de DQO posible, se vaciaba el bidón y se volvía a llenar con aguas residuales sin tratar, provenientes de los mismos o de otros puntos a investigar. Por la simplicidad del sistema y por la meta de mantener bajos los costos de estos ensayos se renunció, en esta fase, a la operación de los bidones en flujo contínuo.
Se realizaron 10 ensayos con aguas de fábrica (crudas) obtenidas en diferentes momentos de la producción. Se obtuvieron resultados muy satisfactorios, a saber:
Se llevaron a cabo otros 10 ensayos con aguas obtenidas a la salida de la laguna y se procedió de la misma manera que en el caso de las aguas de fábrica. Las condiciones eran las mismas que en el ensayo anterior y la aireación con piedras de acuario. Los resultados:
Una vez alcanzada la certeza de que, en condiciones aerobias, los componentes presentes, tanto en las aguas de fábrica como en las aguas de la laguna, son, como mínimo, en un 95% degradables y que la degradación no exige aditivos ni vigilancias especiales, excepto el control operativo y la provisión de oxígeno adecuados, se pasó a un nivel algo más complejo de prueba: los nuevos ensayos se realizaron (y continúan realizándose) en una pileta (que de ahora en más se denominará REACTOR) de unos 4.500 litros (4,5 m³) de fibra de vidrio, hecha construir solamente con el objetivo de verificar si lo observado en los bidones era reproducible a escala semitécnica.
El reactor utilizado tiene las siguientes dimensiones: 1,5 m (alto) ´ 1,5 m (profundidad) ´ 2 m (ancho). El sistema de oxigenación consiste en una unidad (modular) cuadrada (1m ´ 1 m) de 10 membranas en paralelo de silicona/caucho perforadas. El módulo aireador apoyado en el fondo de la pileta (a 1,5 m de profundidad) recibe el aire y lo „sopla" en forma de pequeñísimas burbujas (diámetro: 150 µm) a la fase líquida. Al igual que en un acuario, millones de burbujas oxigenan eficientemente el agua y favorecen, en estas condiciones, la rápida biodegradación de los contaminantes por los microorganismos circundantes. Asimismo, el aireador funciona en una pileta como la mencionada, como mezclador, mejorando el contacto entre microorganismo y contaminante sin costos energéticos adicionales. Un sedimentador cónico adosado al tubo de salida del reactor de aproximadamente 140 litros permite (por decantación) recuperar la biomasa que se genera durante el proceso de degradación y derivarla nuevamente al reactor para aumentar la velocidad de degradación. En este sentido, las buenas condiciones de crecimiento de la biomasa y la formación de flóculos favorece una buena separación de la fase sólida de la acuosa en el sedimentador.
La operación se realizó, fundamentalmente, por flujo contínuo simulando, con bastante exactitud, volúmenes y condiciones reales de actividad productiva en fábrica.
2.2.1. Resultados obtenidos en la planta piloto (reactor a escala semitécnica)
Los ensayos se realizaron, aquí también, con agua de fábrica y con agua de la laguna. Una vez alcanzada la entrada en régimen del reactor (fenómeno que dura de 2-5 días) los valores de contaminación bajaron rápidamentes. Tanto con el agua de fábrica como con el agua de salida de la laguna se obtuvieron los siguientes resultados generales:
El único problema observado durante estos ensayos fue la generación de espuma. Es sabido que la aireación por burbujas en piletas de lodos activados va, a menudo, acompañada por la formación de espumas que, de no cuidarse, pueden afectar la eficiencia degradadora del sistema. En nuestro caso el problema se solucionó vigilando constantemente el funcionamiento del reactor, bloqueando la formación de espuma y rompiendo la espuma formada con una „ducha" frecuente de agua. Pero en la elección de la tecnología hay que considerar también la solución de este problema.
Antes de comenzar a proponer un sistema de tratamiento es importante recalcar que las aguas residuales de una empresa citrícola de las características de VICENTE TRAPANI S.A. (producción de jugos concentrados, aceites esenciales, lavado de frutas, secado de cáscaras) son aguas MUY ESPECIALES. La solución del problema de depuración requiere, como hemos hecho y continuamos haciendo, el estudio detallado de las mismas y el diseño, por ende, de propuestas hechas A MEDIDA, ya que no existen precedentes de tratamiento de aguas con ESTAS características (a diferencia de otros casos muy específicos de aguas industriales).
Los estudios que se han realizado en recipientes de reducida capacidad y se siguen realizando en la planta piloto confirman que, en condiciones AEROBIAS,
Una vez definida y constatada la depurabilidad de las aguas, queda por elegir la tecnología a aplicar a escala real. Independientemente del sistema depurador que se quiera aplicar, es importante que la tecnología elegida cumpla una serie de condiciones, a saber,
Precisando, dentro de este contexto se busca que el sistema depurador cumpla con un mínimo de condiciones, como
Dentro de la gran gama de aplicaciones posibles para resolver el problema de las aguas residuales de Vicente Trápani S.A., se han considerado dos tecnologías como aplicables y compatibles con el funcionamiento productivo y con los planes de expansión de la empresa. Estas son :
El tratamiento de las aguas residuales en las 5 lagunas existentes puede, en el mejor de los casos, reducir la contaminación en un 50 %. Las lagunas son, en toda su extensión, anaerobias. En el transcurso de los análisis de superficie y profundidad de las lagunas y los canales conectores se detectó que la concentración de oxígeno en todos esos cuerpos es < 0,1 mg/l, lo que apunta a una extrema y constante anaerobicidad. En condiciones anaerobias se requerirían tiempos de retención mucho más largos (por medio de lagunas proporcionalmente más grandes y profundas) y cargas relativamente bajas, sin garantías de asegurar una depuración suficiente. Depurar aguas de alta carga orgánica en lagunas anaerobias no es, por tanto, recomendable.
Una aireación de las lagunas para incrementar la actividad microbiana presentaría el riesgo de que, por la turbulencia provocada por los agitadores o aireadores, se remueva el material orgánico depositado en el fondo durante años y se genere una contaminación secundaria permanente muy alta, imposible de contener sin reestructuraciones globales y sin altas inversiones. Esto, de llegar a realizarse, comportaría una carga económica y financiera considerable para la empresa. Las mediciones puntuales que se realizaron en diferentes lugares del fondo de la laguna grande reflejan una contaminación latente, en términos de DQO, que cuadruplica o quintuplica los niveles de contaminación de las aguas a la salida de fábrica. Si estos valores los multiplicamos por varias toneladas de contaminación potencial, las cargas orgánicas resultantes serían prácticamente inconmensurables.
Pero, si desde la perspectiva de la degradación de los contaminantes disueltos, las lagunas existentes no son satisfactoriamente eficientes, sí lo son en lo relativo a la retención de sólidos, que constituyen no menos del 20% de la contaminación orgánica.
Los experimentos realizados indican que, fundamentalmente en la laguna mayor, se eliminan (o retienen) más del 95% del total de sólidos sedimentables.
Debido a la ineficiencia de las 4 lagunas más chicas, por el reducido tiempo de permanencia de las aguas en ellas, es quizás recomendable „bypasearlas" y utilizar sólo la laguna más grande como único decantador central. Así se obtendría un pretratamiento o depuración primaria de las aguas antes de aplicar seguidamente otro tratamiento posterior depurador, más eficiente, para la reducción de los contaminantes disueltos. Este segundo paso, o tratamiento principal, tendría la función de reducir la contaminación a niveles aceptables, compatibles con el entorno natural, y de satisfacer las exigencias de la autoridad ambiental nacional y de los organismos financieros nacionales e internacionales.
De las múltiples tecnologías biológicas (Biotecnologías) aplicables, que se ofrecen hoy en el mercado convencional de la depuración de aguas industriales, existen sólo unas pocas que brinden confiabilidad tecnológica y operativa a costos razonables.
Por una parte existen las plantas de tratamiento de aguas residuales por lodos activados que ofrecen, sin duda alguna, confiabilidad tecnológica. La depuración transcurre en tanques o recipientes con microorganismos en suspensión. El consumo energético es alto, ya que se necesitan agitadores y oxigenadores por separado, decantadores y sistemas de bombeos específicos. Estas plantas son, decididamente, más costosas de planificar, construir, ampliar y, lo que es importante, requieren mayores inversiones en la operación y mantenimiento.
Alternativamente, se pueden aplicar tecnologías de muy bajo costo y alta eficiencia, como la realizada en LECHOS BACTERIANOS. Sorprendentemente, a pesar de sus bajos costos y sus ventajas operativas comparativas, este sistema está más „aceptado" en países desarrollados de Europa y EEU, en donde se utiliza con muy buen resultado para efluentes industriales de alta carga orgánica, que en otros países en donde los medios económicos son más escasos. Esta tecnología se aplica, desde hace décadas, en el tratamiento de efluentes cloacales e industriales muy heterogéneos, ya como sistemas centrales o como partes de tratamientos más complejos. Se diferencian de las tecnologías por lodos activados en que la depuración funciona con microorganismos adheridos a soportes de diversos materiales que sirven de "lecho" para bacterias, protozoos, hongos, etc.
3.2. Depuración de aguas residuales de la industria citrícola en Lechos Bacterianos
Específicamente, la propuesta de implementar lechos bacterianos se apoya en una serie de criterios económicos y técnico-operativos. Es, comparativamente,
3.2.1. Características estructurales generales del lecho
El objetivo final es construir 10 lechos que den cabida a todo el caudal (2500 m³/día) de aguas residuales de fábrica. Inicialmente, se efectuarán ensayos con un primer LECHO BACTERIANO a ESCALA TÉCNICA.
Como se indica en los diagramas del Anexo I y II, el lecho tiene una longitud de fondo de 24 m y una longitud de superficie de unos 30 m, una anchura de 2,4 m y una altura de 2,4 m (altura útil 2,2 m aprox.). La capacidad operativa será de 250 m3, lo que permitirá el tratamiento de aproximadamente 1/10 del caudal diario. Según cálculos actuales, con 10-11 lechos se podría tratar exitosamente la totalidad del caudal diario actual (2500 m³). El flujo horario de entrada es de casi 11 m³/lecho. El caudal de entrada al lecho estará regulado por un tubo con una abertura definida. El flujo se moverá por gravedad, sin gastos energéticos adicionales.
Una vez hecha la excavación, se aislará la parte activa del lecho de la tierra circundamte con láminas de plástico aislante (ver diagrama en el Anexo II). Sobre este plástico se extenderán una serie de aireadores (6 en total) que proveerán de oxígeno a la biomasa presente. Los aireadores son del tipo membrana de caucho-silicona de 30 mm de diámetro con microperforaciones especiales para producir burbujas de aire de 150 µm y favorecer el intercambio entre la fase gaseosa y líquida dentro del lecho. El aire requerido es de alrededor de 200 m³ /hora/lecho y se impulsará desde un compresor cercano.
El soporte de crecimiento de la masa bacteriana lo constituyen piedras de canto rodado de aprox. 24 mm de diámetro, que llenaran el lecho hasta una altura de 2,2 m. El crecimiento sobre soportes se produce en capas y se denomina científicamente biopelícula o biofilm. La ventaja de esta forma de crecimiento biológico es que permite retener a los protagonistas de la depuración, es decir, a bacterias, protozoos y otros microorganismos actuantes y garantizar un potencial constante de actividad depuradora dentro del lecho.
Una serie de tubos perforados ubicados estratégicamente en el lecho funcionarán de conductores de entrada y salida de agua.
El lecho estará, además, provisto de un sistema de retrolavado para que, también con un mínimo de esfuerzo, se mantenga operativo. La función de este sistema es despejar con cierta periodicidad los huecos entre las piedras-soporte. A tal fin, una bomba de hidrolavado con un caudal de unos 10 l/s (40 m³/h) enviará agua depurada a un sistema de caños ubicados estratégicamente en el lecho. El agua que circula a presión por estos caños forzará su camino entre el material de soporte y empujará flóculos y exceso de biomasa hacia el fondo del lecho y hacia los caños de drenaje.
3.2.2. Resultados previstos y plan de acción para el presente año
Los resultados obtenidos con el módulo-pileta a escala semitécnica (ver cap. 2.2.1. de este informe) substancian un muy buen pronóstico operativo y funcional del Lecho Bacteriano. El, hasta ahora comprobado, buen funcionamiento de la laguna como sedimentador primario contribuirá a la eficiencia del lecho.
Durante los 6 meses siguientes a la puesta en marcha del primer Lecho Bacteriano (tentativamente hacia mediados-fines de abril del 2000) y a lo largo de toda la temporada productiva (mayo-octubre), el plan de acción buscará, a) en la parte estructural-operativa:
b) en la parte analítica:
A partir de los resultados obtenidos en este período se propondrán los pasos a seguir. Si, como es de prever, se obtienen resultados satisfactorios, se recomendará la construcción de más unidades para extender el tratamiento al resto del caudal de efluentes.
Hamburgo, Alemania. 7 de Febrero del 2000
Biotec -Consultora Internacional
Dr. Miguel A. Rubio
Gerente Técnico
Asesor y Auditor ISO 14001 (TÜV-Rheinland)