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“Caracterización de efluentes líquidos de la industria láctea: Principales determinaciones analíticas” Lic Erica Schmidt INTI Lácteos
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“Caracterización de efluentes líquidos de la
industria láctea:
Principales determinaciones analíticas”
Lic Erica Schmidt
INTI Lácteos
Toda actividad industrial supone la producción indirecta de una
serie de RESIDUOS En cualquiera de sus formas son
emitidos hacia el ambiente produciendo degradación en las
características originales del suelo, agua o aire.
CONTAMINACIÓN (estrategias ambientales)
Acción / Efecto / Impacto
Conocer la naturaleza de las aguas residuales permite establecer
predicciones sobre efectos y/o impacto ambiental producido por
determinada actividad:
Acción:
vuelco de
efluentes
Efectos
Biológicos: incremento /
disminución poblacional de
ciertas especies
Físicos: aumento en la
turbidez
Químicos: incremento DBO
Aquellos que afecten la calidad ambiental del
cuerpo de agua son considerados Impactos
Ambientales (ej: enfermedades por bacterias
coliformes, inutilización cursos de agua, disminución
población de peces…)
Características de la contaminación en la Industria láctea
GENERACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS
Contaminación: Orgánica y
Biodegradable con rápida tendencia
a la acidificación y fermentación
(lactosa)
Grandes fluctuaciones en caudal y
composición:
Variaciones en pH, contenido de
Fósforo, Nitrógeno, temperatura
En la elaboración de quesos:
SUERO LACTOSA –
PROTEINAS
GRASA – SALES
MINERALES
Principales componentes en
cuanto a la DBO
DBO: 35.000 a 50.000 mg O2/lt Impacto sobre los
sistemas biológicos de tratamiento de efluentes
Es el subproducto más representativos de la industria
láctea y dada su carga orgánica es uno de los
contaminantes ambientales más severos que existen
en este rubro de industrias
Una industria quesera que produzca diariamente
400.000 litros de suero sin depurar, está produciendo una
contaminación diaria similar a una población de
1.250.000 habitantes.
El problema ambiental más importante de
la industria láctea lo representa la
generación de aguas residuales, tanto por
su volumen como por la carga
contaminante asociada fundamentalmente
de carácter orgánico
Aguas Residuales
Son las aguas provenientes de procesos post – industriales; es decir que han sido utilizadas en los diferentes sistemas de fabricación, producción o manejo industrial y que para ser desechadas necesitan ser tratadas previamente, de manera tal que puedan ser adecuadas para su ubicación en las respectivas redes de vertido, depuradoras o sistemas naturales como ríos o embalses.
Clasificación de las aguas residuales
Agua de Proceso: es el agua que interviene en el proceso de fabricación y que entra en contacto con el producto a transformar.
Agua de Limpieza de equipos e instalaciones: Indispensable para la industria de alimentos para garantizar la higiene general requerida.
Agua de Servicios: son las necesarias para el funcionamiento de equipos de refrigeración, purgas de calderas, etc
Agua Sanitaria: Proveniente de los servicios sanitarios del personal que trabaja en la industria.
Control y Gestión de los efluentes
Es indispensable conocer:
¿DONDE SE GENERAN LOS EFLUENTES?
¿QUE COMPOSICION TIENEN ESOS EFLUENTES?
Importancia para determinar un sistema de
gestión y tratamiento de los efluentes líquidos….
Aproximación a los parámetros establecidos por la Normativa
Optimización de procesos (mejor aprovechamiento de materia
prima, energía y otros recursos)
Beneficios Económicos y Ambientales
Física (color, sólidos,
temperatura, turbiedad)
Química (Orgánicos: grasas,
proteínas, carbohidratos
Inorgánicos: alcalinidad, cloruros,
pH, metales, Nitrógeno)
Biológica (plancton, bacterias,
algas)
COMPOSICIÓN (calidad)
¿Cómo se caracteriza un efluente?
Determinación de la CANTIDAD Cuantificación volumétrica
(mediciones de caudales mínimos, máximos y promedio)
MUESTREO Asegurar la obtención de muestras representativas
Muestra puntual: Una muestra de un punto de muestreo
Sólo representa ese punto en ese momento
Muestra compuesta: Una colección de muestras individuales
discretas tomadas a intervalos regulares sobre un período de tiempo
(generalmente 24 hs).
¿Cómo se cuantifican los componentes de los efluentes?
Muestra compensada: Una muestra continua tomada en proporción al
caudal circulante durante un período de tiempo (generalmente 24 hs). Mejor
representación de la composición del efluente durante el período de
colección
Una forma simple de tomar muestras representativas: considerar una
fracción de tiempo en la que se realicen actividades (lavado, producción,
llenado de tinas, desuerado….) e ir tomando alícuotas durante todo ese
período en un bidón, luego se pasa al bidón de 2 litros para ser llevadas al
laboratorio de análisis (preferiblemente dentro de las 24 hs posteriores al
muestreo ya que son muestras altamente biodegradables).
METODOS DE MEDICIÓN
¿Cómo se cuantifican los componentes de los efluentes?
Dependen del parámetro o variable a medir
Sólidos disueltos filtración / evaporación
Sólidos totales en suspensión. porción retenida
pH peachimetro / cintas colorimétricas
DBO5 Bioensayo estándar
Propiedades Físicas
Contenido de Sólidos
Aspecto visual
Color
Turbidez
Temperatura
Contenido de Sólidos (totales y sedimentables)
Dan una idea del material mineral y orgánico
presente en el efluente
Según el tamaño de la partícula se dividen en
tres categorías:
Disueltos Coloidales Suspendidos
Sólidos totales
Sólidos Sedimentables
Identificación de:
Color
Materiales flotantes
Sustancias disueltas
Variaciones en la densidad
del fluido
Turbidez
Aspecto visual
Turbidez
Indica el nivel de materia coloidal y en suspensión de
origen orgánico y/o inorgánico presente en el efluente.
Es una medida del grado en el cual el agua pierde su
transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión.
Cuantos más sólidos en suspensión haya en el agua, más sucia
parecerá ésta y más alta será la turbidez.
Presenta alta Variabilidad depende de la fuente de luz y de
las propiedades de absorción del material suspendido.
Se mide el límite de visibilidad
Se expresa en: Unidades nefelométricas de turbidez (NTU)
Principal causa de rechazo a la implementación de
instalaciones de tratamiento de efluentes
Son debidos fundamentalmente a los gases liberados
durante el proceso de descomposición de la materia
orgánica.
Pueden contener compuestos olorosos en sí mismos o
compuestos con tendencia a producir olores durante las
distintas etapas del proceso de tratamiento.
Pueden medirse con métodos sensoriales, mientras que
las concentraciones de olores específicos pueden
determinarse con métodos instrumentales.
Olores
Temperatura
Descripción cuantitativa de la calidez o frialdad del efluente, medida en Grados Celsius (ºC)
Su impacto sobre el cuerpo receptor:
– Afecta la solubilidad del O2 disuelto en agua;
– Influye en las velocidades de reacción, en la vida acuática (flora, fauna, microorganismos) y en los usos del agua;
– Determina la factibilidad de tratamientos biológicos (crecimiento bacteriano).
Propiedades Químicas
pH (Acidez – Alcalinidad)
Conductividad / Salinidad
Gases disueltos
Demanda Bioquímica Oxígeno (DBO)
Demanda Química Oxígeno (DQO)
Carbono Orgánico Total (COT)
Nitrógeno (al KJELDAL y Total)
Grasas y aceites
Compuestos Inorgánicos (metales)
Materia orgánica
pH
pH = -log10 [H+ ]
Es una medida de
la concentración del ión
Hidrógeno en el agua Muy alcalino
Muy ácido
Tiene importancia sobre algunos
procesos químicos y biológicos
Conductividad Eléctrica (CE)
Medida de la capacidad de una solución de conducir la corriente eléctrica. La CE está relacionada con los sólidos totales disueltos (concentración de iones en solución). En medios líquidos se relaciona con la presencia de sales en solución, cuya disociación genera iones + o – (electrolitos) capaces de transportar energía eléctrica si se somete a un campo eléctrico. Es utilizada como una medida de salinidad
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)
Se utiliza para determinar los requerimientos de O2 para
la degradación bioqca de la materia orgánica en aguas
residuales. Permite calcular los efectos de descargas
de efluentes sobre los cuerpos receptores.
Es un bioensayo que expresa la cantidad de O2 disuelto
requerida por microorganismos para estabilizar la
materia orgánica presente en el agua (mgO2/l)
Las condiciones del ensayo incluyen incubación en la
oscuridad a 20ºC por 5 días.
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Es la cantidad de O2 requerido para oxidar químicamente la
materia orgánica presente en una muestra de agua residual.
Ensayo:
Consiste en oxidar el agua residual con Permanganato de
Potasio (KMnO4) o Dicromato de Potasio (K2Cr2O7) -agente
oxidante - en una solución ácida a 150ºC durante dos horas.
Determinación con viales comerciales
0-150 0-1500 0-15000
Fuente: ESTANDARIZACIÓN Y VALIDACIÓN DE UNA TÉCNICA PARA MEDICIÓN DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO POR EL MÉTODO RESPIROMÉTRICO Y LA DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO POR EL MÉTODO COLORIMÉTRICO. CARLOS ALBEIRO LEÓN GIL. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA. FACULTAD DE TECNOLOGÍA. ESCUELA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA. PROGRAMA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA. 2009
En efluentes lácteos:
90% de la DQO es atribuible a
los componentes de la leche y
10 % a sustancias ajenas a la
misma.
Ejemplo: 1 litro de leche entera
equivale a una DBO de 110.000
mg de O2/l y una DQO de
210.000 mg O2/ l
Comparación DQO vs. DBO
¿Por qué la DQO es siempre mayor que la DBO ?
Muchos compuestos orgánicos que son difíciles de oxidar biológicamente pueden ser oxidados químicamente Algunas sustancias inorgánicas son oxidadas durante el ensayo de DQO Ciertos compuestos orgánicos pueden ser tóxicos para los microorganismos utilizados en el ensayo de DBO En efluentes lácteos DBO/DQO (0.5 naturaleza orgánica altamente biodegradable)
Carbono Orgánico Total (COT)
Cantidad de Carbono correspondiente a compuestos
orgánicos. Cerca del 75% de los sólidos suspendidos en
el efluente son orgánicos
Responsables del
fenómeno de
EUTROFIZACIÓN
Nitrógeno
Se encuentra presente en forma de: Amonio / Nitrato / Nitrito / Nitrógeno orgánico.
Nutriente esencial para el crecimiento de algas y otros
organismos biológicos.
Nitrógeno al KJELDAHL (NK)
Abarca el Nitrógeno orgánico y el amoniacal
Nitrógeno Total
Es el NK más el contenido de nitritos y nitratos
Grasas y Aceites
Su contenido se determina por extracción con éter etílico, en el cual los compuestos hidrofóbicos son
solubles.
Impactos en el medio …
Interfieren con la vida acuática Otorgan un aspecto estético desagradable y disminuyen el paso de luz hacia la fase acuosa Ocasiona problemas en el tratamiento biológico de los efluentes
Problema ocasionado por grasas a nivel del tratamiento
biológico
CLASIFICACIÓN
Monovalentes Divalentes Trivalentes
Sodio (Na) Potasio (K)
El K es usado en el citoplasma celular para mantener la fuerza iónica en el interior de la célula
El Na es mantenido afuera de la célula para mantener un gradiente, que es explotado para activar mecanismos de transporte al interior de la célula.
Calcio (Ca), Magnesio
(Mg)
Estabilizan estructuras (flóculos bacterianos)
Mg estabiliza las cargas negativas del fosfato del ADN
Ca estabiliza membranas celulares
Hierro (Fe)
Es el único metal trivalente requerido como nutriente.
Se utiliza su baja solubilidad para ayudar a flocular partículas.
Compuestos inorgánicos (metales)
Composición Biológica
Importante para determinar la población microbiológica
(bacterias, protozoos) presente en los sistemas de
tratamiento de efluentes (patógenos como no
patógenos).
El tipo de microorganismos presentes en los efluentes
depende en gran medida de:
Temperatura
pH
Ausencia / Presencia de Oxígeno
Nutrientes
Algunos ejemplos de microorganismos
Thiopedia rosea : Se trata de una bacteria de
sulfuro púrpura que vive en ambientes
anaeróbicos.
Clamidomonas: algas resistentes a altas
concentraciones de materia orgánica.
Euglenófitos: (algas microscópicas)
Típicos de lagunas facultativas
Las determinaciones analíticas a realizar en efluentes
líquidos dependen en gran medida del tipo de efluente
industrial del que se trate, variarán también en función
de la información que necesite y el sitio de muestreo:
Descarga general de la planta industrial
(características del efluente crudo para determinar
sistemas de tratamiento o corregir problemas a nivel de
producción minimización de la contaminación en
origen)
Sistema de tratamiento de efluentes (lagunas, lodos
activados para conocer eficiencia de los tratamientos)
Valores típicos de DBO5
Grasas (mg/l) 150
N total (mg/l) 100
P total (mg/l) 30
Otros parámetros …
Tipo de efluente DBO5 (mg/l)
Cloacal domiciliario 200 – 500
Frigoríficos 1400 – 2800
Laboratorios 500 – 4500
Industria Láctea 900 – 2700
Efluente tratado biológicamente 10 – 30
COMPARACIÓN ….
MARCO NORMATIVO PROVINCIAL vs. CARACTERÍSTICAS
EFLUENTES DE LA INDUSTRIA LÁCTEA
PARÁMETRO (mg/l)
EFLUENTE IND. LÁCTEA
NORMATIVA PROVINCIAL VIGENTE (*)
DBO5
900 - 2700
< 50 – 400 (Según Distancia a toma y/o cuerpo
receptor)
Grasas 150 < 100
N Total 100 15
P Total 30 2
(*) Resolución provincial 1089 /92: Reglamento para el control de vertimento de aguas residuales industriales
¿Qué se debe eliminar de los efluentes?
Compuestos que si no son tratados se oxidarán en
el cuerpo receptor produciendo ...
...DEGRADACIÓN AMBIENTAL
