REUSO Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL
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REUSO Y TRATAMIENTO DE A G U A S RESIDUALES DEL PROCESO DE RECURTIDO, TEÑIDO Y ENGRASE.
Aplicación de Ozono para la remoción de carga orgánica.
TESIS
MAESTRÍA EN CIENCIAS
E S P E C I A L I D A D E N SISTEMAS A M B I E N T A L E S
I N S T I T U T O T E C N O L Ó G I C O Y D E ESTUDIOS S U P E R I O R E S D E M O N T E R R E Y
P O R
M A . L U I S A MARTÍNEZ LÓPEZ
N O V I E M B R E D E L 2001
REUSO Y TRATAMIENTO DE A G U A S RESIDUALES DEL PROCESO DE RECURTIDO, TEÑIDO Y ENGRASE
Aplicación de Ozono para la remoción de carga orgánica.
P O R
M A . L U I S A M A R T I N E Z L O P E Z
TESIS
Presentada a la División de Graduados en Arquitectura, Ciencias, Ingeniería y Tecnologías.
Este trabajo es Requisito Parcial para Obtener el Grado de
M A E S T R O E N C I E N C I A S
E S P E C I A L I D A D E N SISTEMAS A M B I E N T A L E S
I N S T I T U T O T E C N O L O G I C O Y D E ESTUDIOS SUPERIORES DE M O N T E R R E Y
N O V I E M B R E D E L 2001
AGRADECIMIENTOS
A l Centro de Calidad Ambiental del ITESM, Campus Monterrey; especialmente al Dr. Belzahet Treviño Arjona. M . C Gabriela Ortíz Martínez, Dr. Francisco Lozano, por la oportunidad de colaborar en el trabajo que desarrollan y proporcionarme los medios para iniciar mis estudios de posgrado.
A mi comité de tesis: Dr. David Rivera Caballero, por dirigirme y motivarme en los momentos más importantes, al Dr. José Manuel Ruvalcaba Luna, por compartir sus conocimientos y valiosa amistad y al Biol. Carlos Oliverio Pantoja por darme parte de su tiempo.
A la empresa en estudio, la cual me permitió formar parte del proyecto de la planta de tratamiento de aguas residuales.. en su primera fase. A su personal que me proporcionó la información necesaria así como el apoyo en el trabajo de campo.
A l Lic. Carlos G - M Barajas Díaz, miembro de la asociación internacional de ozono, por tan valiosa participación en la parte de aplicación de ozono para el tratamiento del agua residual.
A l Lic. Guillermo Carmona Castañeda y Lic. Ma. Guadalupe Martínez López por prestarme los medios para realizar la escritura del presente trabajo.
A l Lic. Jesús Liceaga Vil la por su apoyo, comprensión y cooperación durante el desarrollo de este trabajo de investigación.
RESUMEN
En los tiempos presentes, los países desarrollados están condicionando la aceptación de bienes y servicios. Los productos que son aceptados para su comercialización, deben ser formulados bajo estándares que protejan a los consumidores en su salud y seguridad y evitan el deterioro del medio ambiente. Está medida se hace extensiva a los productos y servicios que proceden fuera de sus fronteras.
En la mayoría de los países subdesarrollados. entre ellos nuestro país, aún no se ha fortalecido la cultura en el cuidado del medio ambiente; principalmente dentro del sector productivo, dado que esto se percibe como sinónimo de gasto. Sin embargo, a raíz del T L C México ha tenido que adoptar dentro de su estructura política la preservación del medio ambiente.
La Industria Curtidora se concentra-en su mayoría, en la zona Metropolitana de la Ciudad de México y en los Estados de Jalisco y Guanajuato. En la ciudad de León. Gto.. existen más de 500 tenerías y constituyen la principal actividad económica.
L a empresa donde se llevó a cabo el trabajo de investigación está ubicada en la ciudad de León. Gto.. y su giro es la producción de tapiz automotriz. Durante el desarrollo del presente trabajo se planteó la identificación y cuantificación de los contaminantes presentes en el agua residual del proceso.
Los sólidos suspendidos totales, la materia orgánica y las sales disueltas son los contaminantes más importantes que deben removerse durante el tratamiento del agua residual. Además se plantea la reutilización directa del agua residual, generada en dos etapas del proceso, reduciendo de ésta manera el consumo de agua en un 21.5 % y su tratamiento posterior.
El tren de tratamiento propuesto para la remoción de los contaminantes del agua fue seleccionado en base a los requerimientos y necesidades de la empresa dentro de las que destacan los costos de inversión, operación y mantenimiento así como el espacio disponible para la construcción de la plata de tratamiento. Teóricamente se lograría obtener una calidad de agua que puede ser utilizada para riego de áreas verdes o ser vendida para utilizarse en la etapa de remojo en el proceso de Ribera.
Mediante la ozonificación del agua residual de la empresa en estudio se redujo en un 93.74 % la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) en un tiempo de 3 horas de contacto, empleando una concentración de 100 mg-O3 /litro de agua residual. Para el tratamiento de volúmenes mayores de agua se puede partir de este valor para el escalamiento, sin embargo se deben determinar las mejores condiciones del proceso mediante una experimentación sistematizada, donde se estudien las variables que pudieran afectar al proceso de ozonificación.
T A B L A D E C O N T E N I D O
Página
Lista de figuras iv
Lista de tablas v
Capí tulo 1 Introducción
1.1 Hipótesis de trabajo 3
1.2 Objetivos 4
1.3 Alcance 4
I. P A R T E T E O R I C A
Capí tulo 2 La industria curtidora.
2.1 Generalidades 5
2.2 Situación Regional de la Industria Curtidora 5
2.2.1 Impacto Ambiental generado de la Industria Curtidora
sobre el recurso del Agua 6
2.2.2 Marco Legal en Materia Ambiental 6
2.3 Proceso de Curtido 7
2.3.1 Generalidades 7
2.3.2 Recurtido, Teñido y Engrase 8
2.3.3 Aguas Residuales del Proceso de Recurtido. Teñido y Engrase 9
2.4 Conclusiones 10
Capí tu lo 3 Tratamiento y depuración de Aguas Residuales
3.1 Contaminantes en las Aguas Residuales 11
3.1.1 Alteraciones físicas 11
3.1.2 Alteraciones químicas 12
3.1.3 Alteraciones biológicas 12
3.2 Determinación Analítica de Contaminantes en Aguas Residuales 13
3.2.1 Descripción de índices de contaminación 14
3.3 Alternativas para la Remoción de Contaminantes 15
3.3.1 Generalidades 15
3.3.2 Clasificación de procesos para la remoción de contaminantes 15
3.3.2.1 Procesos físico-químicos 15
3.3.2.2 Procesos biológicos 16
3.4 Descripción de los Procesos de Tratamientos de Aguas Residuales 18
3.4.1 Tratamiento Previo 18
3.4.2 Tratamiento primario 18
3.4.3 Tratamiento secundario 18
3.4.4 Tratamiento terciario 19
3.4.5 Desinfección 19
3.4.6 Tratamientos diversos 20
3.4.7 Tratamiento de fangos 20
3.5 Situación Actual de la Tecnología 20
3.6 Tratamientos para aguas residuales de Curtiduría. Revisión
Bibliográfica 23
3.7 Conclusiones 25
Capí tulo 4 Métodos y Materiales
4.1 Definición del problema 26
4.1.1 Naturaleza del cause receptor 26
4.1.2 Planos del sistema de drenaje de la planta 28
4.1.3 Diagrama del Proceso de Recurtido, Teñido y Engrase 29
4.2 Medida de caudales 30
4.3 Toma de muestra y métodos empleados 30
4.3.1 Caracterización de sólidos, tamaño y carga 32
4.4.1 Reuso directo del agua residual del Lavado 1 en el Desengrase 32
4.4.2 Reuso directo del agua residual de los enfriados 1. 2 y 3 33
4.5 Análisis de Alternativas de Tratamiento 34
4.6 Aplicación de Ozono para la remoción de materia orgánica 34
4.7 Conclusiones 35
II. P A R T E E X P E R I M E N T A L
Capítulo 5 Resultados y Discusiones
5.1 Caracterización de Efluentes del Proceso de Recurtido. Teñido y
Engrase 36
5.2 Reuso directo del agua de Lavado 1 en la etapa de Desengrase 37
5.3 Reuso directo a contracorriente del agua de enfriados 39
5.4 Investigación y revisión de las alternativas de Tratamiento de aguas 42
5.4.1 Remoción de Sólidos Suspendidos 42
- i i -
5.4.2 Remoción de Materia Orgánica 44
5.4.3 Remoción de Cromo(III) 46
5.4.4 Remoción de Color y Olor 47
5.5 Identificación y Selección de los criterios y parámetros de evaluación
48
5.6 Prueba de tratabilidad con Ozono 54
5.7 Conclusiones 56
Capí tulo 6 Conclusiones y Recomendaciones
6.1 Conclusiones 57
6.2 Recomendaciones 58
Bibliografía 59
Apéndice A . Condiciones particulares de descarga C N A . SAP A L .
Apéndice B . Clasificación de sólidos.
Apéndice C . Determinación de flujos de descarga, tamaño y carga de los
sólidos presentes en el agua residual.
Apéndice D. Balance de energía para las etapas de enfriamiento.
Apéndice E . Técnica de laboratorio para la medición de DQO y DBO en
aguas residuales. Cálculos para la determinación de DBO.
Apéndice F . Caracterización del agua residual del proceso de Recurtido,
Teñido y Engrase.
-iii-
L I S T A D E F I G U R A S
Figura Título Página
1.1 Prioridades en el manejo de residuos 2
3.1 Reacción hipotética de la demanda bioquímica de oxígeno,
mostrando las curvas de la materia carbonatada y nitrogenada
14
4.1 Recorrido de las aguas residuales descargadas de casas-habitación,
comercio e industria en la ciudad de León, Gto 27
4.2 Distribución de equipos y drenaje en la Planta de Recurtido, Teñido
y Engrase 28
4.3 Diagrama de Flujo del Proceso de Recurtido, Teñido y Engrase 29
5.1 Etapas de desengrase y lavado del cuero durante el proceso de
Recurtido, Teñido y Engrase 37
5.2 Propuesta de reutilización del agua de lavado 1 en la etapa de
desengrase 38
5.3 Etapas de enfriado del cuero durante el proceso de Recurtido, Teñido
y Engrase 40
5.4 Propuesta de reutilización directa a contracorriente del agua de enfriamiento 40
5.6 Tren de tratamiento propuesto para las aguas residuales provenientes del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase 54
Gráfica Comportamiento de la DBO en función del tiempo de exposición del 5.1 agua residual a una concentración de 100 mg de ozono/1 de agua 55
residual
-iv-
L I S T A D E T A B L A S
Tabla Título Página
1.1 Valores típicos del uso del agua en varias industrias 3
2.1 Etapas del Proceso de Recurtido, Teñido y Engrase 9
2.2 Volumen de agua usada para el proceso de Recurtido. Teñido y
Engrase 10
3.1 Alternativas para el Tratamiento del Agua Residual 17
3.2 Rendimientos aproximados de algunos procesos de depuración de
aguas residuales y estado actual de su tecnología 22
4.1 Puntos de muestreo, parámetros analizados y método empleado.... 31
5.1 Resultados obtenidos de la simulación de la recirculación del agua
del lavado 1 en el desengrase. 38
5.2 Análisis costo-beneficio de la reutilización de la descarga del
lavado 1 en el desengrase 39
5.3 Balance de energía para las etapas de enfriamiento del cuero 41
5.4 Análisis costo-beneficio para la alternativa de reuso del agua de
enfriamiento 41
5.5 Sedimentación por gravedad, ventajas y desventajas 42
5.6 Proceso de flotación, ventajas y desventajas 43
5.7 Proceso de Coagulación-Floculación, ventajas y desventajas 43
5.8 Proceso de filtración ventajas y desventajas 44
5.9 Proceso de digestión anaerobia, ventajas y desventajas 44
5.10 Proceso de digestión aeróbica, ventajas y desventajas 45
5.11 Proceso de lagunas de estabilización, ventajas y desventajas 45
5.12 Proceso de lodos activados, ventajas y desventajas 45
5.13 Proceso de intercambio iónico, ventajas y desventajas 46
5.14 Proceso de precipitación, ventajas y desventajas 46
5.15 Proceso de carbón activado, ventajas y desventajas 47
5.16 Proceso de oxidación química, ventajas y desventajas 48
5.17 Proceso de filtración con membranas, ventajas y desventajas 48
5.18 Resultados de la prueba de tratabilidad del agua residual con
ozono 55
-V-
CAPITULO 1
INTRODUCCIÓN
En los años setenta, el manejo de residuos se encontraba dirigido hacia el empleo de tecnología de fin de tubo, diseño de plantas de tratamiento de residuos e instalación de equipos para control de la contaminación. Este manejo requería de altos costos de inversión y el incremento en los costos de operación de las empresas. E l uso de estas alternativas, provocó que los contaminantes fueran sólo trasladados de un medio a otro, no eliminando con esto la contaminación generada
En la actualidad ha surgido una nueva filosofía, dirigida hacia la prevención y reducción de las fuentes que generan la contaminación. La comunidad mundial ha dado muestras de éste cambio de filosofía; podemos citar al país de Alemania donde se expidió por vez primera una Ley que restringía a ciertos valores los parámetros de descarga de las aguas residuales.
L a mayoría de las empresas en éste país instalaron plantas de tratamiento de aguas residuales, como una solución a la necesidad de dar cumplimiento a la legislación ambiental. Sin embargo, algunas otras fueron más allá de este cumplimiento, tomando como solución el diseño e implementación de programas de uso eficiente y reciclo interno del agua empleada en sus procesos; con la finalidad de tener un ciclo cerrado o cero descargas.
A l paso del tiempo se incrementó el desabasto de agua en el país, surgiendo una modificación al reglamento anterior, él cual impide descargar sus aguas residuales a las empresas, obligándolas a contar con un ciclo cerrado de uso de agua
Se ha demostrado que el control de la contaminación no es la solución a los problemas, ya que no aporta un beneficio económico a las empresas, ni garantiza la protección del medio ambiente. En la actualidad, los esfuerzos se están dirigiendo hacia la prevención de la contaminación.
En el ámbito internacional, las relaciones entre comercio y medio ambiente van adquiriendo más importancia. Las empresas están siendo presionadas por la comunidad internacional, para disminuir el nivel de contaminación en su proceso productivo.
A raíz del Tratado de Libre Comercio que México estableció con Estados Unidos y Canadá, con el fin de asegurar un acceso estable para las exportaciones hacia esos países; se pueden observar mecanismos referentes a la normalización ambiental y medidas para asegurar que las inversiones tomen en cuenta aspectos ambientales.
Este convenio internacional otorga a cada país miembro la libertad para adoptar y aplicar normas ambientales propias, pero también exige el compromiso de lograr altos niveles de protección ambiental, aplicando de manera efectiva la legislación propia
1
Los países desarrollados están condicionando la aceptación de bienes y servicios. Los productos que son aceptados para su comercialización, deben ser formulados bajo estándares que protejan a los consumidores en su salud y seguridad y eviten el deterioro del medio ambiente. Está medida se hace extensiva a los productos y servicios que proceden fuera de sus fronteras.
En la mayoría de los países subdesarrollados, donde aún no se ha fortalecido la cultura en el cuidado del medio ambiente; principalmente dentro del sector productivo, esto se percibe como sinónimo de gasto. Sin embargo, lejos de significar un gasto puede representar un beneficio económico, evitando desperdicio de materiales, energía y mano de obra.
E l manejo tradicional que se ha dado a los residuos a través de las tecnologías de tratamiento y disposición, aparentemente es de menor costo, respecto a la modificación de los procesos para evitar la generación del residuo. Sin embargo, considerando el costo diferido de la rehabilitación futura de las áreas afectada por la confinación de los residuos generados de estos tratamientos, llegan a constituir un pasivo ambiental.
L a solución más conveniente en ténninos de costos sociales es sin duda, evitar la generación del residuo, mediante la aplicación de tecnologías limpias, que ofrecen la posibilidad de corregir el problema desde su origen. Esto se logra mediante técnicas de reuso, reciclaje, eficientización de procesos y modificación a equipos existentes; permitiendo la obtención de un beneficio económico, derivado de un mejor aprovechamiento de las materias primas e insumos; y un ahorro en los costos de manejo, tratamiento y/o disposición de residuos.
En la Figura 1.1 se muestran las prioridades asignadas en la actualidad al manejo de residuos.
Costo Social
Figura 1.1 Prioridades en el manejo de residuos.
2
La empresa donde se realizó el presente trabajo tiene como giro, la producción de piel para tapiz automotriz; su principal mercado es la exportación a los Estados Unidos de América, por lo que es importante incluir dentro de su estructura una imagen ambiental que satisfaga a sus clientes, además de cumplir con las regulaciones locales.
Dentro de su proceso productivo se generan grandes cantidades de aguas residuales, las cuales son descargadas directamente al drenaje municipal, sin tratamiento previo. La Tabla 1.1 nos permite situar la magnitud de la problemática del agua en la industria de la curtiduría.
Tabla 1.1 Valores típicos del uso del agua en varias industrias [1 ]
Industria Consumo de agua
litros/tonelada de producto Teñido de textiles 80,000 Papel 54,000 Curtiduría 30,000 Productos de carne 16,000 Electrogalvanizado 15,300 Fundición de aluminio 8,500 Fundición de hierro 4,000
En la ciudad de León, Gto., cuenta con un reglamento para el control de la calidad del agua publicado desde 1998, donde se publican los límites máximos permitidos de carga contaminante en el agua residual que se descargue al drenaje municipal. A raíz de las presiones gubernamentales y los compromisos adquiridos por la empresa respecto al cuidado del medio ambiente, se emprende la búsqueda de alternativas para el tratamiento de sus efluentes.
E l principal problema del agua residual generada del proceso es la cantidad elevada de sólidos suspendidos totales, materia orgánica y sales disueltas. E l organismo regulador de la calidad del agua descargada al drenaje municipal de la ciudad, basa actualmente sus cuotas de saneamiento en la cantidad de Sólidos Suspendidos Totales y Demanda Biológica de Oxígeno.
A continuación se mencionan la Hipótesis y los Objetivos bajo los cuales se desarrolla el presente trabajo de investigación:
1.1 HIPÓTESIS DE T R A B A J O
Es factible desarrollar un tren de tratamiento para las aguas residuales generadas del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase; adecuado a las necesidades de la empresa utilizando la oxidación química con ozono para la remoción de materia orgánica
3
1.2 OBJETIVO
E l tren de tratamiento propuesto debe cumplir con los límites máximos permitidos por el organismo regulador, así como la normatividad establecida para uso de agua tratada para el riego de áreas verdes; debe ser modular con el fin de poder integrar nuevos equipos que en un futuro permitan tener un sistema de circuito cerrado.
Objetivos específicos:
a) Identificar y cuantificar los contaminantes que se generan durante el proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
b) Definir alternativas de tratamiento del agua residual, que se ajusten a las necesidades y requerimientos de la empresa.
c) Mostrar la factibilidad del uso de oxidación química con ozono para la remoción de materia orgánica.
1.3 A L C A N C E
E l alcance de este trabajo de investigación es proponer la mejor alternativa de tratamiento del agua residual del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase, así como comprobar de manera experimental la factibilidad del uso de ozono para remover la materia orgánica.
4
CAPITULO 2
L A INDUSTRIA CURTIDORA
E l gran desarrollo de las sociedades industrializadas en los últimos veinte años ha llevado consigo una serie de ventajas indiscutibles, el nivel y calidad de vida han aumentado considerablemente, estableciéndose una sociedad más consumista, lo que ha implicado una mayor necesidad de ofrecer, por parte de las diferentes industrias, nuevos productos; estos factores han sido la causa principal de la aparición de residuos de diferentes tipos, que deben ser tratados con el fin de eliminarlos o bien reutilizarlos.
A lo largo de éste capitulo se describen los distintos cambios que a sufrido la industria curtidora en México y específicamente en el Estado de Guanajuato. Los impactos ambientales que se han generado de sus procesos y las presiones que actualmente sufre el sector por parte de las autoridades y la comunidad.
2.1 GENERALIDADES
L a mayoría de las operaciones a que se somete una piel para transformarla en un producto noble que sirva para vestir o calzarse, se realiza en medio acuoso. Desde siempre el agua a sido una de las preocupaciones de los fabricantes de curtido, en cuanto al abastecimiento y calidad adecuada, actualmente se añade los posibles problemas derivados del posterior desagüe, bien sea en cauces naturales o en vertederos más o menos controlados.
En efecto, la mayor sensibilidad de la población ante los problemas del medio ambiente, ha conducido a crecientes exigencias administrativas en todos los países, unida a la tendencia de la industria a concentrarse en centros geográficos determinados, donde las diferentes tenerías han ido aumentando constantemente su producción, provocando la disminución de autopurificación de los medios receptores de las aguas residuales, todo esto hace hoy en día inplanteable la fabricación de curtidos sin un estudio previo de cómo tratar las aguas residuales que se van a generar.
2.2 SITUACIÓN REGIONAL DE LA INDUSTRIA CURTIDORA
L a tradición artesanal en la elaboración de productos de piel, junto con la disponibilidad de materias primas y mano de obra, han favorecido el desarrollo de la industria de la curtiduría en nuestro país. Actualmente, México se encuentra ubicado entre los diez mayores productores de artículos de piel a nivel internacional, dado que genera aproximadamente el 4% de la producción mundia l [ 2 7 ] .
L a mayor parte de las curtidurías se encuentran localizadas en la zona Metropolitana de la Ciudad de México y en los estados de Jalisco y Guanajuato.
5
E l número de tenerías registradas a nivel nacional es de 1000 aproximadamente, con un alto grado de fragmentación, ya que la mayoría tiene una producción menor de 100 cueros diarios y son administradas familiarmente.
E l Estado de Guanajuato es el mayor productor a nivel nacional ya que genera alrededor del 70% del curtido y acabado de cuero; lo cual representa el 8.6% del PIB por giro. En la ciudad de León, Guanajuato existen más de 500 tenerías y constituyen la principal actividad económica
2.2.1 Impacto Ambiental generado de la Industria Curtidora sobre el recurso del Agua.
En el Estado de Guanajuato, la población de las zonas urbanas consume el 13% del total del agua disponible en el Estado. Un estudio reciente de la Comisión Estatal del Agua de Guanajuato (1999) se muestra que la disponibilidad de agua per capita para Guanajuato en 1995 era de 399m3/habitante/aflo y para este afio es de 371 m 3/habitante/año, situación alarmante porque uno de los problemas más graves es la disponibilidad y calidad de agua, además del incremento en su consumo, donde se puede observar una disminución de aproximadamente 35 m3/habitante/ cada cinco años.
Además del problema de abasto de agua en las ciudades, las aguas residuales son un problema relacionado y que requieren asimismo de grandes inversiones para su resolución. En las zonas urbanas el drenaje y las planta de tratamiento son fundamentales para evitar que las aguas residuales contaminen cuerpos de aguas y ríos, ocasionando problemas de salud en la población.
L a ciudad de León cuenta con una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas, la cual fue puesta en marcha en Diciembre del 2000. Sin embargo para su buen funcionamiento es necesario que la industria de la curtiduría haga su parte, tratando sus aguas antes de descargar a drenaje municipal.
E l volumen total de aguas residuales generadas en los 46 municipios es de 207.3 millones de metros cúbicos al año y sólo es tratado el 16.6%.
L a industria en Guanajuato consume el 3% del agua total disponible y es el sector que mayor contaminación genera Asimismo se considera que las aguas residuales no tratadas contribuyen a la contaminación de los acuíferos por infiltración y al suelo por uso de riego agr ícola [ 2 8 ] .
2.1.2 Marco Legal en Materia Ambiental
Dentro del Plan Nacional de Desarrollo (1995-2000), la política ambiental y de aprovechamiento de recursos establece que irá más allá de una actitud estrictamente reguladora y se constituirá en un proceso de promoción de inducción de inversiones en infraestructura ambiental de creación de mercados y de financiamientos.
6
Se hace un compromiso de aprovechar los recursos naturales de manera plena y sustentable; consolidar e integrar la normatividad y garantizar su cumplimiento, mediante sistemas de incentivos que a través de normas e instrumentos financieros alienten a productores a tomar decisiones que apoyen la protección del medio ambiente. E l uso eficiente del agua y su abastecimiento es prioridad; por lo que se emprenderá el saneamiento de las cuencas más contaminadas del Valle de México y Lerma-Chapala [2]
Como parte de este programa, establecido por el Gobierno Federal se lleva a cabo un convenio de concentración en el que la Industria de la curtiduría establece reubicarse, así como cumplir con el pre-tratamiento de sus aguas residuales.
L a Comisión Nacional del Agua (CNA), organismo regulador normativo a nivel federal del aprovechamiento y conservación de los recursos hidráulicos del país, es la entidad encargada de fijar y vigilar que sean cumplidas las disposiciones que en materia de explotación de acuíferos superficiales y subterráneos así como la disposición de las aguas residuales a los cuerpos receptores. Esté organismo da a conocer en Septiembre de 1992 al Sistema de Alcantarillado de León (SAPAL) , las condiciones particulares de descarga . En 1994 otorga la concesión a SAP A L para descargar las aguas residuales de la ciudad al cuerpo receptor del Río de los Gómez, haciéndolo responsable de la calidad del agua ahí descargada. Esto obliga al Municipio de León, Gto; a través de SAP A L a implementar y operar un programa para el control de las descargas de aguas residuales a la red de alcantarillado.
En el Apéndice A se incluyen las condiciones particulares de descarga, impuesta por C N A , a la ciudad de León, Gto., así como las condiciones de descarga para la industria de la localidad, impuestas por S A P A L [ 2 9 ] .
2.2 PROCESO DE CURTIDO
Desde la antigüedad el hombre a buscado la manera de conservar la piel de los animales colectados durante la caza, con el fin de cubrirse el cuerpo de las inclemencias del tiempo o como artículos de trueque. Para evitar que la piel se pudriera, utilizaba métodos de secado al sol que posteriormente sustituyó por el uso de algunas sales.
2.2.1 Generalidades
L a industrialización de las pieles que se utilizan en la elaboración de diversos objetos de piel con valor comercial, en forma genérica se conoce como "Proceso de Curtido". E l proceso completo se puede clasificar, básicamente en cuatro etapas; la primera se denomina "ribera", en ella se realiza la limpieza de la piel que se recibe como materia prima, la cual puede estar conservada con "sal común", en cuyo caso se denomina "verde salada" o recibirse fresca
7
En esta etapa se eliminan todos los componentes de la piel que no son transformados a cuero, como sales de sodio, pelo y material proteínico; mediante el lavado con grandes volúmenes de agua y adición de productos químicos para su remoción.
La segunda etapa comprende propiamente el proceso de "Curtido", mediante el cual se logra impartir estabilidad química y física a la piel evitando su putrefacción y haciéndola resistente a cambios de temperatura y humedad. En el curtido se utilizan materiales de origen vegetal o sales inorgánicas, especialmente de cromo.
La piel curtida se denomina cuero azul o con el término inglés wet-blue. La tercera etapa se conoce como Recurtido, Teñido y Engrase "RTE", y en ella se logra que el cuero adquiera suavidad, color y otras características que son necesarias para fabricar artículos comerciales. Finalmente en la cuarta etapa denominada: acabado en seco, se imparte al cuero las características específicas que el mercado impone a cada tipo de producto, como puede ser el grabado, color, tacto, entre otros.
2.2.2 Recurtido, Teñido y Engrase .
E l Recurtido imparte suavidad, elasticidad, llenura y cuerpo al cuero, mediante el empleo de curtientes que, como en el caso de la etapa de curtido puede ser de origen inorgánico, generalmente sales de cromo o aluminio, o de origen orgánico. L a principal diferencia entre el Recurtido mineral y el vegetal, la constituye el tipo de curtiente utilizado. E n la Tabla 2.1 se describen las operaciones que generalmente se llevan a cabo en el Recurtido mineral.
El Teñido es un proceso químico que imparte color al cuero, dando color solamente a nivel superficial o atravesar el espesor de todo el cuero. Se utilizan colorantes amónicos directos y básicos sin necesidad de adicionar previamente mordiente.
En el Engrase se utilizan aceites de origen natural o sintéticos, tienen por objeto lubricar las fibras e impartir al cuero propiedades físicas que le aportan características que exige el mercado como la elasticidad, suavidad, hidrofobicidad, textura, tacto, elongación, conductividad térmica, peso específico, etc. Finalmente el cuero es escurrido y estirado de manera mecánica para extraer el excedente de agua [ 3 ] .
8
Tabla 2.1 Etapas del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase1
Piel curtida al cromo (yvet-blué)
Operac ión Descripción del proceso Desengrase y lavado Lavado de impurezas de sustancias hidrofóbicas y/o
hidrofllicas Recurtido catiónico Se acidifica, se adiciona la sal de cromo. Se imparte
elasticidad y suavidad y lo prepara para las próximas operaciones.
Neutralizado Se aumenta el pH para eliminar la acidez del cuero. Lavado Se quitan las impurezas Recurtido vegetal y/o sintético Operación opcional en la cual se adicionan taninos o
curtientes sintéticos como acríbeos, vegetales, etc. Teñido Imparte color al cuero ya sea superficial o
totalmente. Engrasado Lubrica fibras con aceites Escurrido y desvenado Escurre y estira la piel mediante rodillos, para
eliminar arrugas de la piel por el lado de la flor.
v Cuero en crust
2.2.3 Aguas Residuales del Proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
L a empresa en estudio realizaba hasta el mes de Octubre del año 2001 el proceso de curtido desde la etapa de ribera, donde la materia prima era el cuero conservado en sal. Actualmente, su proceso parte del cuero en azul (wet-blue). Con esta acción la empresa redujo sus consumos de agua, así como el volumen de agua residual que requeriría de un tratamiento antes de ser descargada al drenaje municipal. Ademas, de reubicar la planta de R T E a una zona industrial, debido a que se encontraba en zona habitacional.
Mediante esta acción la empresa logró disminuir sus costos ambientales, sin embargo debe de asumir la responsabilidad del tratamiento del agua residual generada en el proceso de RTE.
Su proceso de Recurtido. Teñido y Engrase consta de once etapas, estas se realizan de manera discontinua o por lotes. La cantidad de agua empleada por kilo de cuero en azul es de 13.95 litros. En la Tabla 2.2 se muestra el nombre de las distintas etapas y el volumen de agua, el cual es formulado en base al peso del cuero a procesar, empleado para cada una de ellas.
9
Tabla 2.2 Volumen de agua empleada en el proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
%Volumen/ % Volumen-DESCARGA ETAPA kg-cuero Total
1 Desengrase 200 14.34 2 Lavado 1 200 14.34 3 Recurtido 100 7.17 4 Lavado 2 150 10.75 5 Engrase 100 7.17 6 Enfriado 1 100 7.17 7 Enfriado 2 100 7.17 8 Enfriado 3 100 7.17 9 Teñido-Fijado 145 10.39 10 Lavado 3 100 7.17 11 Lavado 4 100 7.17
T O T A L 1395 100%
2.3 CONCLUSIONES
Debido a la escasez del recurso del agua en la ciudad de León, Gto., la industria curtidora a sufrido fuertes presiones por parte de las autoridades competentes, en los último años, respecto a los residuos sólidos y las descargas de agua residual generadas de sus procesos.
E l compromiso del municipio de León, con la Comisión Estatal del Agua, ha generado la construcción de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas de la ciudad. A partir de estos acontecimientos las autoridades municipales se han dado a la tarea de regular las descargas de la industria al drenaje municipal.
Las disposiciones actuales por parte de SAP A L , en cuanto al cobro por saneamiento de las aguas residuales domésticas, comerciales e industriales, ha sido el detonante para que la industria, en especial la curtidora, inicie proyectos para el tratamiento de sus aguas residuales.
La industria curtidora local, carece de una cultura en el cuidado del medio ambiente. Esto hace más difícil que los empresarios inviertan en proyectos de éste tipo, debido a que para ellos representa un gasto que no dará un valor agregado al producto que procesan. Sin embargo, la empresa en estudio ha comenzado a sustituir ciertos productos químicos, especialmente los tensoactivos que entran a su proceso por otros más biodegradables.
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CAPITULO 3
TRATAMIENTO Y DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
El vertido de aguas residuales urbanas o industriales a causes públicos, sin depurar o con ligeros tratamientos, era una práctica común hasta hace relativamente poco tiempo. Estas aguas podían ser autodepuradas de manera natural por los causes receptores. Hoy en día se ha sobrepasado esta capacidad, siendo por consecuencia imprescindible el tratamiento de todos los vertidos que pueden ocasionar daño al entorno.
En el presente capítulo se describen los contaminantes típicos en aguas residuales y las alternativas de tratamiento para su remoción según la literatura Además se muestra una revisión bibliográfica de artículos relacionados al tratamiento de aguas residuales de la curtiduría.
3.1 CONTAMINANTES EN LAS AGUAS RESIDUALES
Las alteraciones más importantes que pueden sufrir las aguas como consecuencia del uso dentro de distintos procesos industriales pueden clasificarse en físicas, químicas y biológicas.
3.1.1 Alteraciones físicas
a) Color.- Todas las aguas , presentan una tonalidad variable cuyo origen puede ser interno debido a materiales disueltos y suspendidos, o en causas extemas que tienen su origen en la absorción de las radiaciones de mayor longitud de onda. Los desechos industriales dan a las aguas, algunas veces, colores característicos, pero en general no se puede establecer ninguna relación entre el color y el grado de contaminación.
b) Olor.- Puede ser debido a la presencia de compuestos químicos como fenoles, cloro, materia orgánica en descomposición o a ciertos organismos. Algunos malos olores se desarrollan como consecuencia del tratamiento de depuración de las aguas por formar clorofenoles, tricloruro de nitrógeno, etc.
c) Sabor.- Se encuentra estrechamente ligado al olor. Sin embargo, a veces las sustancias minerales disueltas pueden dar sabores al agua sin olor alguno.
d) Temperatura.- Tiene una gran importancia en el desarrollo de los diversos fenómenos que se desarrollan en el agua, por ejemplo, en la solubilidad de los gases y de las sales, así como en las reacciones biológicas 1 2 2 1.
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e) Materia en suspensión.- E l agua se usa frecuentemente como elemento de transporte de las sustancias sólidas indeseables. Esta acción de transporte, se realiza por tres mecanismos: arrastre, suspensión y disolución.
Las partículas en suspensión, se pueden dividir a su vez, dependiendo del tamaño, en las que son capaces de formar suspensiones estables aun en agua en reposo y las que no las forman y sólo se encuentran en suspensión cuando el agua esta en movimiento. Las primeras originan la llamada turbiedad, provocada por partículas de arcilla, limo, sales de hierro, materia orgánica finamente dividida, etc., todas ellas desde un tamaño que puede variar desde el coloidal hasta partículas relativamente gruesas, es decir, diámetros que van desde la milésima de miera hasta varias décimas de milímetro.
Las partículas sedimentables, son aquellas que por su tamaño se depositan rápidamente. En el Anexo B se muestra el esquema de clasificación de sólidos respecto a la naturaleza que presentan, así como la metodología de determinación en el laboratorio de manera general.
f) Formación de espumas.- E l uso de detergentes sintéticos originan la formación de grandes cantidades de espuma. Los detergentes o compuestos tensoactivos, son un grupo de cuerpos que tienen la propiedad de disminuir la tensión superficial de los líquidos en que se hallan disueltos.
La formación de espumas y su estabilidad se favorece por la presencia de proteínas más o menos degradables. L a temperatura también influye en la formación de espumas. Una acción grave de los detergentes sobre el poder de autopurificación de los ríos, es debido a que inhiben la oxidación química y biológica.
3.1.2 Alteraciones químicas
Quizá estas sean las más importantes y las más comunes, tanto por los efectos que producen, como por las consecuencias funestas que acarrean. Estos compuestos pueden ser de origen orgánico o inorgánico.
En general, las sustancias orgánicas dan un poder reductor, debido a que son capaces de combinarse con el oxígeno más o menos fácilmente para transformarse en última instancia en CO2 y H 2 0 .
3.1.3 Alteraciones biológicas
Estas alteraciones suponen, por una parte, el aumento de bacterias patógenas, virus, etc., capaces de producir enfermedades y, por otra parte, la ausencia de animales y plantas debido a la ausencia de oxígeno disuelto necesario para la vida en el seno del agua En general un agua que contenga menos de 4 mg/1 de oxígeno disuelto no es apta para el desarrollo de la vida en su seno. Esta carencia de oxígeno solamente se da en agua no contaminada que procede de las capas profundas de la tierra En los demás casos, la ausencia de oxígeno es como consecuencia de una contaminación.
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En ocasiones, aunque hay oxígeno presente, las aguas están contaminadas por la presencia de sustancias inorgánicas que, al no ser reductoras no Teducen la presencia de oxígeno pero crean otras alteraciones en las propiedades del agua.
Para su estudio, los contaminantes pueden dividirse en dos grandes grupos:
1- Contaminantes agrupados.- Son los formados por familias de compuestos (aceites, grasa, fenoles, etc), los que se presentan bajo estado físico o propiedades comunes (sólidos en suspensión, disueltos y totales, coloides, materia decantable, etc.). o los que tienen efectos químicos o biológicos similares (DBO, DQO, ácidos, álcalis, etc.).
2.- Contaminantes específicos.- Son aquellas especies químicas individuales que producen un efecto contaminante singular y determinado. Dentro de este grupo son innumerables los que se deben tener en cuenta, como cianuros, arsénico, plomo, etc., [20]
3.2 MEDICIÓN ANALITICA DE CONTAMINANTES EN AGUAS RESIDUALES.
Los componentes más importantes que contaminan el agua, son muy variados dependiendo de los procesos de fabricación donde fue empleada. L a determinación analítica de la polución se realiza mediante los procedimientos que proporciona la química, la física, la bacteriología y la biología, aplicados al agua.
E l comité de expertos de la Organización Mundial de la Salud, en su informe técnico 318, de 1965, en su apartado 5 titulado "Determinación de la calidad de las aguas de los ríos y de los elfluentes", cita como índices fundamentales para medir la calidad del agua los siguientes:
• Concentración de oxígeno disuelto. • Concentración de materia oxidable por vía biológica (DBO). • Concentración de amonio (NH / ) . • Salinidad • Temperatura • Bacterias nocivas.
A estos índices habrá que añadir otros a fin de realizar un diagnóstico exacto del estado del agua que se desea estudiar. Por ejemplo, la concentración de materia oxidable por vía química (DQO), carbono total, nitritos, turbiedad, pH, etc.
E l criterio a seguir para la selección de un índice u otro se debe fundamentar en el conocimiento de los componentes que entran en contacto con el agua durante su uso y el destino que se le vaya a dar. Ningún índice por sí sólo es satisfactorio y, en cada caso debe precurarse determinar el mayor número de ellos posibles.
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3.2.1 Descripción de índices de contaminación
a) Demanda química de oxígeno (DQO).- Es la cantidad de oxígeno consumida por los cuerpos reductores presentes en el agua sin intervención de los organismos vivos.
b) Demanda bioquímica de oxígeno (DBO).- Es la cantidad de oxígeno en mg/1 necesaria para descomponer la materia orgánica presente, por la acción bioquímica aeróbica.
Esta demanda de oxígeno la ejercen los materiales carbonados, nitrogenados y ciertos compuestos químicos reductores. L a transformación biológica de la materia orgánica se realiza en dos etapas. En la primera, se oxidan principalmente los compuestos carbonados y en la segunda los nitrogenados. La Ecuación 3.1 nos muestra la reacción biológica general que toma lugar durante la determinación del D B O [ 2 6 ] .
Oxígeno disuelto • Oxígeno disuelto
Materia orgánica ^ C O 2 + Células bacterianas ^ C 0 2 + Células protozas Bacterias Protozas
Ecuación 3.1 Reacción biológica general de la degradación de materia orgánica
En la Figura 3.1 se representan las curvas hipotéticas de la demanda bioquímica de oxígeno, se puede observar que ésta depende del tiempo. En la práctica, la determinación de la demanda bioquímica de oxígeno se reporta el valor obtenido a los cinco días (DBO5).
Ultimo BDO para compuest de carbono.
os / Demanda de oxigeno para nitrificación
DBO a los 5 días
Demanda de oxigeno Compuestos de carbono
1
0 5 10 15 Tiempo, dias
Figura 3.1 Reacción hipotética de la demanda bioquímica de oxígeno, mostrando las curvas de la materia carbonatada y nitrogenada1 2 6 1.
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3.3 ALTERNATIVAS PARA L A REMOCIÓN DE CONTAMINANTES
3.3.1 Generalidades
E l tratamiento de las aguas residuales presupone la aplicación de procesos básicos u operaciones unitarias, cuya utilización y secuencia viene definida por las características del agua a tratar y el grado de depuración que se deba conseguir. L a mayor parte de los procesos a utilizar están variando constantemente, existiendo en el mercado una gran variedad de equipos para un mismo proceso. Las operaciones y procesos unitarios se han agrupado para construir lo que se conoce como tratamientos primario, secundario y terciario (o avanzado).
En el tratamiento primario se utilizan operaciones físicas de desbaste, igualación, sedimentación y flotación para eliminar los sólidos sedimentables y flotantes presentes en el agua residual. En el tratamiento secundario los procesos biológicos se encargan de eliminar la materia orgánica. En el .tratamiento terciario se utilizan combinaciones adicionales de los procesos y operaciones unitarias para remover otros componentes.
Los sistemas naturales de tratamiento combinan los mecanismos de tratamiento físico, químico y biológico y son capaces de producir agua de calidad semejante a la que se obtiene mediante tratamientos avanzados.
Las alternativas son muy variadas cubriendo prácticamente todo el campo de las aplicaciones del conocimiento científico, dado que igualmente es utilizada la acción de la gravedad, como la actividad bacteriana, la capacidad de intercambio iónico de los suelos, la aplicación de productos y sustancias químicas, etc.
33.2 Clasificación de procesos para la remoción de contaminantes
3.3.2.1 Procesos físico-químicos.
En estos procesos, el agua negra cruda generalmente se vierte en una zona de mezclado rápido donde se añade una gran dosis de productos químicos para producir coagulación química y floculación. Por lo común se aplican coagulantes y polímeros para lograr la máxima eliminación de impurezas durante el proceso de floculación.
Una vez finalizada la etapa de floculación, el agua pasa a un clarificador donde se sedimentan los sólidos suspendidos residuales, el sobrenadante entra a una columna de filtración en medios granulares inertes, para remover los sólidos totalmente. E l uso de una columna de adsorción con carbón activado reduce los productos orgánicos residuales hasta un nivel bajo. En algunos casos, el efluente tratado es llevado a unidades de remoción de amoniaco, metales pesados o bien a la remoción específica de algún contaminante en particular.
Para efluentes industriales es común que se tenga que tratar el agua mediante algún procedimiento físico-químico para la remoción de contaminantes específicos, antes de poder verterlos en sistemas de tratamiento de agua residuales mixtos.
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3.3.2.2 Procesos biológicos
Los objetivos que persigue el tratamiento biológico del agua residual son la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y la estabilización de la materia orgánica. En el caso de agua residual doméstica, el principal objetivo es reducir el contenido orgánico y, en muchos casos, los nutrientes tales como: el nitrógeno y el fósforo. A l tratar agua que ha de ser utilizada para fines agrícolas se pretende eliminar los nutrientes, que son capaces de estimular el crecimiento de las plantas acuáticas.
En aguas residuales industriales, la finalidad es reducir la concentración de los compuestos orgánicos o inorgánicos dado que muchos de estos compuestos son tóxicos a los microorganismos; en algunos casos puede ser necesario efectuar un pretratamiento.
En la Tabla 3.1 se muestra una síntesis de las alternativas para la remoción de contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en las aguas residuales.
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Tabla 3.1 Alternativas para el Tratamiento del Agua Residual ' 1 9 1 .
PARÁMETRO ALTERNATIVAS
Sólidos en suspensión Sedimentación Desbaste y aereación Variaciones de filtración Flotación Adición de polímeros o reactivos químicos Coagulación / Sedimentación Sistemas Naturales de Tratamiento
Materia Orgánica Biodegradable Variaciones de lodos activados Película fija: Filtros Percoladores Película fija: Discos Biológicos Variaciones de lagunas Filtración Intermitente en arena Sistemas Naturales de Tratamiento Sistemas Fisicoquímicos
Patógenos Cloración Flipocloración Ozonización Sistemas Naturales de Tratamiento
Nitrógeno Variaciones de Sistemas de Cultivo Suspendido con Nitrificación y Denitrificación Arrastre de amoníaco (air sripping) Intercambio de iones Cloración / Desinfección Sistemas Naturales de Tratamiento
Fósforo Adición de sales metálicas Coagulación y sedimentación con cal Eliminación biológica y química del fósforo Sistemas Naturales de Tratamiento
Moléculas orgánicas Adsorción en Carbón Ozonización Sistemas Naturales de tratamiento
Metales pesados Precipitación Química Intercambios de iones Separador Centrífugo Sistemas Naturales de Tratamiento
Sólidos Inorgánicos Disueltos Intercambios de iones Separador Centrífugo Osmosis inversa Electrodiálisis
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3.4 DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.
Los diferentes tratamientos existentes pueden dividirse en: previo, primario, secundario o biológico, terciario, de desinfección y diversos.
Mediante el tratamiento previo y primario se eliminan básicamente los sólidos en suspensión, mediante el secundario, la materia orgánica biodegradable disuelta así como restos de sólidos en suspensión que no fueron eliminados en el tratamiento primario, y con el terciario se pretende la eliminación de todos aquellos contaminantes no retenidos en los tratamientos anteriores, principalmente los sólidos disueltos.
3.4.1 Tratamiento Previo
Consiste en la eliminación de todos aquellos cuerpos de gran tamaño (trapos, maderas, plásticos, etc.) vertidos al drenaje, se lleva acabo para proteger los diferentes equipos y las líneas de conducción dentro de la planta de tratamiento. Los equipos normalmente utilizados en el tratamiento previo son: cribas, rejas, desarenadores, criba centrífuga, tamices, dilaceradores.
3.4.2 Tratamiento primario
Este tratamiento tiene como objetivo la separación por medios físicos de los sólidos en suspensión, no retenidos en el tratamiento previo, así como de las grasas y aceites. En algunos casos se incluye dentro del tratamiento primario la neutralización (proceso típicamente químico), que se realiza para conseguir el pH idóneo para efectuar la floculación, o para preparar el sistema para tratamientos posteriores, como puede ser la oxidación biológica
Las operaciones unitarias normalmente utilizadas en el tratamiento primario son: separación de grasas y aceites, sedimentación, floculación, flotación y filtración.
3.4.3 Tratamiento secundario
E l tratamiento secundario es el encargado de eliminar la materia orgánica biodegradable presente en las aguas residuales y que no ha sido retirada en el tratamiento primario. Consiste en provocar el desarrollo de microorganismos capaces de asimilar la materia orgánica a la que transforman en nuevos microorganismos insoluoles o fáciles de retirar del agua por decantación.
Las reacciones bioquímicas que tienen lugar de forma natural en el cauces receptores, o bajo condiciones controladas en las plantas de tratamiento, se clasifican de acuerdo con los microorganismos que las llevan a cabo; las reacciones aeróbicas se producen en presencia de oxígeno y los microorganismo utilizan el oxígeno disuelto en el agua para
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convertir la D B O presente en el vertido en nuevos microorganismos, energía y productos finales CO2 y H2O.
Las reacciones anaerobias se producen en ausencia de oxígeno molecular, tomando los microorganismos el oxígeno de los compuestos orgánicos presentes en el agua que lo contienen (ácidos, alcoholes, aldheídos, etc), o bien de sales inorgánicas, como nitratos o sulfates. E n condiciones anaerobias actúan en primer lugar bacterias soproflticas que transforman la materia orgánica en compuestos intermediarios, como ácidos y alcoholes, y, posteriormente, un segundo tipo de microorganismos convierten estos productos intermedios en productos finales, tales como CH4 y CO2.
Los organismos responsables de los procesos bioquímicos son las bacterias, hongos, algas, protozos, rotíferos, crustáceos y nematodos.
Las reacciones bioquímicas, que tienen lugar en los procesos de eliminación de D B O , se ven afectadas por una serie de factores que influyen decisivamente en el mecanismo. Dichos factores son: variaciones en la DBO, concentración de oxígeno, presencia de nutrientes, temperatura, pH y contenido de §ales y sustancias tóxicas.
Los procesos de oxidación biológica pueden llevarse a cabo en cualquiera de los siguientes sistemas, según las condiciones particulares de cada caso:
• Balsas de estabilización • Lagunas aereadas • Filtros percoladores • Lodos activados • Digestores anaerobios
3.4.4 Tratamiento terciario
Se lleva a cabo para eliminar fundamentalmente la materia orgánica que no ha sido retenida en el tratamiento biológico, o bien que no es biodegradable, los sólidos en suspensión y las sales inorgánicas disueltas, entre las cuales destacan las de nitrógeno y fósforo.
Una de las características del tratamiento terciario es la posibilidad de reutilización del agua tratada. Debe tenerse muy en cuenta esta posibilidad de recuperación, tanto del agua como de algunos productos, con el fin de compensar económicamente los gastos de inmovilizado y mantenimiento del tratamiento terciario, aunque sea solamente de una forma parcial.
Dentro del concepto de tratamiento terciario se incluyen los siguientes procesos básicos y operaciones unitarias:
• Adsorción • Intercambio iónico • Osmosis inversa • Precipitación química
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3.4.5 Desinfección
Es el proceso por medio del cual se destruyen gérmenes patógenos que pueden estar presentes en un agua residual. E l proceso se realiza por medios físicos, como son elevación de temperatura, rayos ultravioleta, etc., o mediante la adición de ciertos productos químicos, como son cloro, bromo, yodo, ozono, permanganato potásico.
3.4.6 Tratamientos diversos
En general, en las operaciones de los llamados tratamientos diversos se recurre a los fenómenos de neutralización, precipitación y oxidación-reducción. Estas operaciones pueden ser llevadas a cabo en cualquier fase del tratamiento, como puede ocurrir por necesidad de neutralizar o ajustar el pH antes de un proceso de floculación o de oxidación biológica, de eliminar los metales pesados antes del tratamiento biológico debido a su carácter tóxico para la biomasa del sistema, o por la precipitación de fosfatos en el tratamiento terciario, por citar algunos ejemplos.
3.4.7 Tratamiento de fangos
En las operaciones de sedimentación, filtración, flotación, oxidación biológica, etc. realizadas en las diferentes fases del tratamiento, se producen unos fangos, con gran contenido en agua, y que es preciso eliminar. L a concentración en sólidos de los fangos depende de cada tipo de operación y de la forma en que haya sido realizada, así, se tienen que en los procedentes de sedimentación, la riqueza en sólidos es del 2 al 5 %, mientras que en los lodos procedentes de un proceso biológico es del 2 al 3%. Debido a la baja concentración de sólidos, los fangos deben concentrarse [ 1 8 ].
Los fangos pueden concentrarse, deshidratarse y evacuarse mediante espesamiento, filtración, centrifugación, digestión anaerobia, secado o incineración.
3.5 SITUACIÓN A C T U A L DE L A TECNOLOGÍA
La tendencia actual de la tecnología en el tratamiento de aguas residuales no es solamente cumplir los requerimientos legales, siendo estos cada vez más estrictos; para el vertido de efluentes al entorno, sino conseguir el vertido cero con reciclado total de las aguas depuradas.
Puede afirmarse, desde un punto de vista técnico que puede cumplirse dicho objetivo y que su implantación generalizada está sólo condicionada por razones de tipo económico.
20
En la Tabla 3.2 se muestran rendimientos aproximados, conseguidos en la eliminación de algunos contaminantes mediante diferentes operaciones o procesos y el estado actual de la tecnología en cada uno de ellos.
Se determina como proceso convencional al empleo generalizado, tecnología establecida a la correspondiente a procesos técnicamente factibles y de economía definida y tecnología en desarrollo para aquellas otras que técnica o económicamente no están completamente definidas.
Cabe señalar que las cifras de rendimiento mostradas en la Tabla 3.2 son meramente orientativas, ya que estas dependen de un amplia gama de factores que van desde el tipo de agua residual hasta la forma de operar la planta [ 2 2 ] .
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Tabla 2.2 Rendimientos aproximados de algunos procesos de depuración de aguas residuales y estado actual de su tecnología.
Contaminante Operación Rendimiento en Estado de la o proceso la eliminación tecnología
% PC T E TD Sólidos gruesos Cribado 90 X
Dilaceración ~ X Sólidos suspendidos Sedimentación 60 X
Flotación 80 X Floculación 80 X
Sólidos suspendidos Floculación 70 X muy finos Filtración 70 X D B O Balsas de estabilización 50 X
Lodos activados 60 X Filtros percoladores 60 X Lagunas aireadas. 50 X Digestión anaerobia 50 X Adsorción en carbón 70 X activado.
Aceites y grasas Sedimentación 95 X Flotación 90 X Absorción 30-80 X
Acidos y bases Neutralización 99 X Amoniaco Nitrificación 90 X
Cloración 99 X Intercambio iónico 90 X StrÍppÍng{LaN2áor de gases) 80 X
Compuestos Desnitrificación 85 X nitrogenados Intercambio iónico 90 X
Cultivo de algas 50-80 X Compuestos de Precipitación 95 X fósforo Intrcambio iónico 90 X
Tratamiento biológico 30 X Trazas de materia Adsorción 95 X orgánica en carbón activado. Compuestos Precipitación 20-95 X inorgánicos Electrodiálisis 90 X
Intercambio iónico 90 X Destilación 95 X Osmosis inversa 90 X Congelación 90 X Extracción 80 X líquido-líquido
Gérmenes patógenos Cloración 99 X Ozonificación 99 X Irradiación 99 X
PC: Proceso convencional TE: Tecnología esta jlecida TD: Tecnología en desarrollo
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3.6 TRATAMIENTOS PARA AGUAS RESIDUALES DE CURTIDURIA.
REVISIÓN BIBLIOGRAFICA
A través de la revisión bibliográfica se identificaron una serie de trabajos de investigación donde se proponen tratamientos para las aguas residuales relacionadas al proceso de curtido en general, es decir, aguas residuales mezcladas del proceso de ribera, curtido, recurtido, teñido y engrase. A continuación se señalan de manera general, los distintos trabajos y el tratamiento medular propuesto para la depuración del agua residual proveniente de tenerías:
L a empresa en estudio formó parte de un proyecto realizado en 1997 a la industria de la curtiduría de la región; donde la Comisión para la Cooperación Ambiental (CCA) creada a raíz del Tratado de Libre Comercio de América del Norte llevó acabo en colaboración con el I T E S M Campus Monterrey, un diagnostico ambiental [ 4 ] .
En el diagnóstico realizado para la empresa en estudio, se propusieron una serie de alternativas enfocadas a opciones de producción más limpia, siendo éstas:
1.- Reuso directo del sulfato básico de cromo. 2- Recuperación por filtración del sulfato básico de cromo. 3. - Alternativas para la recuperación de anilinas mediante nanofiltración del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase. 4. - Adición de un bactericida eliminando la utilización de NaCl.
Ninguna de las anteriores propuestas se llevó acabo dentro de la empresa Las acciones que se han tomado, más que adquirir o desarrollar tecnología para sus procesos, es una reestructuración desde el punto de vista administrativo, cediendo la responsabilidad que conlleva el proceso de curtido a otra empresa que le provee cuero curtido en azul. De esta manera disminuye los impactos ambientales directamente generados de ese proceso.
L a alternativa propuesta para el proceso de R T E de recuperación de anilinas no resulta ser rentable a corto plazo, debido a que los agotamientos de los colorantes en el proceso de teñido son superiores al 90%.
Existe además información respecto a la recuperación de grasas en emulsión presentes en efluentes de tenerías, donde se propone el uso de membranas de filtración como tecnología de separación' 5 1 .
En el proceso de la empresa en estudio se encuentran cantidades considerables de grasas emulsionadas, debido a que la eficiencia durante la etapa de engrasado de la piel sólo es de un 85%. Sin embargo, esta tecnología tiene un alto costo de inversión y operación, lo cual no la hace tan atractiva a corto plazo.
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Con respecto a los tratamientos de los efluentes provenientes de la industria de la curtiduría se encuentra una amplia gama de artículos, donde se publican distintas tecnologías; la mayoría de ellas convencionales, para la depuración de las aguas residuales generadas básicamente en el proceso de curtido. En estos efluentes se encuentran presentes altos contenidos de Cloruro de Sodio, Sulfuros, Sulfates y Cromo (III).
En algunos artículos se considera la mezcla de aguas residuales generadas desde curtido hasta el recurtido, teñido y engrase, donde se encuentran presentes, además de los compuestos antes mencionados, una gran variedad de compuestos orgánicos que van desde aromáticos, aldehidos, esteres, alcoholes, fenoles, policíclicos, sulfonados, etc.
De manera general se localizaron estudios de tecnología de membranas para la industria curtidora; las cuales son usadas para la reducción de la salinidad del agua residual, para la recuperación de sulfuros en el proceso de pelambre, recuperación de curtientes vegetales, concentración de químicos tales como: licores de cromo y sales disueltas . Resultados obtenidos en una planta piloto constituida por un bioreactor de membrana-aireada, para aguas con alto contenido de carga orgánica, muestran las ventajas de esta tecnología en desarrollo'6 1.
L a ultrafiltración combinada con un bioreactor, tratamientos biológicos, clarificación de efluentes, comparación de tratamiento biológico aeróbico contra la tecnología de oxidación con aire, a temperatura y presión ambiente son algunas de las propuestas para el tratamiento de aguas residuales que permitan obtener una calidad adecuada para el cumplimiento de la normatividad, para uso de riego de áreas verdes o su reuso dentro del mismo proceso' 7 ' 8 , 9 1 .
Trabajos recientes muestran las ventajas de emplear la oxidación química en aguas provenientes de tenerías como medio de eliminación de la materia orgánica presente; así como una combinación de esta tecnología con procesos biológicos, con el fin de aumentar la eficiencia de los tratamientos' 1 0 ' 1 1 ' 1 2 ' 1 4 ' 1 5 1.
Se propone además un pre-tratamiento de las aguas residuales de las tenerías por un proceso de intercambio iónico para la remoción de Cr(III) y su posterior recuperación 1
13]
Como complemento a la revisión bibliográfica se realizó un recorrido de campo, visitando distintas empresas de la localidad para detectar que tecnología tienen implementada para el tratamiento de sus efluentes.
Las empresas que cuentan con el proceso de Recurtido, Teñido y Engrase, no llevan acabo una separación de los efluentes, y su tratamiento consiste básicamente en un filtro para separar sólidos mayores seguido de un tratamiento físico-químico y en algunos casos un filtro de carbón activado para remover color.
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Actualmente ninguna de las empresas de la localidad logra descargar sus aguas residuales con la calidad solicitadas por las autoridades competentes. Ademas, no se tiene considerado la recuperación de sustancias (grasas, anilinas, cromo) antes de mezclar las aguas residuales, ni de un reuso directo de alguna de las descargas del proceso.
Es por ello que en el presente trabajo se pretende realizar un análisis de las alternativas de reutilización directa dentro del proceso de algunas de las descargas. Así como proponer un tren de tratamiento donde se considere el uso del ozono para la degradación de la materia orgánica, con el objeto de disminuir la cantidad de lodos que pudieran generarse de un tratamiento convencional.
3.7 CONCLUSIONES
Durante la etapa de selección de la tecnología para el tratamiento de aguas residuales, se deben establecer las características del efluente a tratar, en cuanto compuestos químicos, físicos y biológicas presentes. Esto hace de cada problema un caso particular a resolver.
De manera general un tren de tratamiento debe iniciar con la remoción de los componentes físicos en función de su tamaño, seguido de un tratamiento para la remoción de materia orgánica ya sea de tipo biológico, químico o una combinación de éstos. Dentro de la propuesta de tratamiento se debe considerar si existen compuestos que sea de interés su recuperación. Finalmente se debe pulir el agua dependiendo de la calidad requerida para el uso final de la misma.
Existe una gama amplia de tratamientos ya sea convencionales, tecnologías establecidas o en desarrollo para la depuración de aguas residuales, por lo que se deben considerar las necesidades específicas de la empresa en cuanto a costos de inversión, mantenimiento, operación, espacios, calidad de agua a obtener etc. Esto permitirá una selección adecuada de tecnología en cuanto a las ventajas y desventajas que cada una ofrece.
Los trabajos publicados muestran una tendencia marcada al uso de tecnologías convencionales para el tratamiento de aguas provenientes de tenerías. No se encontraron referencias de trabajos donde se proponga el uso directo, en algunas etapas del proceso, del agua residual.
En los últimos años se ha estudiado en Europa el uso de la oxidación química, mediante ozono o luz ultravioleta combinada con un catalizador para la degradación de materia orgánica debido a su alto poder oxidativo. Los trabajos publicados muestran una combinación de éste proceso y procesos convencionales que mejoran la eficiencia de remoción.
En el presente trabajo se va probar la facübilidad del uso de ozono como técnica útil para la degradación de la materia orgánica presente en las aguas residuales del proceso de RTE.
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CAPITULO 4
MÉTODOS Y MATERIALES
Para evaluar la contaminación producida por una determinada industria, es necesario la cuantificación del caudal y la composición de todas y cada una de las corrientes generadas en su proceso, con el fin de obtener una base real para definir el proceso más idóneo de tratamiento de las aguas residuales. Para ello es preciso determinar y definir todas y cada una de las corrientes de agua residual, estudiando su origen para tratar de reducirlas al mínimo, reutilizarlas si es posible o segregarías y reagruparlas en familias afines para su posterior tratamiento.
A lo largo de este capítulo se describen los métodos y materiales empleados para la recolección y generación de información de campo necesaria para la evaluación del problema. Esta información permitirá seleccionar las alternativas de reuso y tratamiento del agua residual del proceso de RTE.
4.1 DEFINICIÓN D E L PROBLEMA
Como primer etapa del estudio se definió la naturaleza del problema y los alcances. Esto permitió establecer con claridad la situación real de la empresa, tanto desde el punto de vista interno como de su posible zona de influencia, con el fin de acotar los límites del estudio y programar el trabajo analítico a efectuar.
L a empresa en estudio tiene como giro industrial la producción de piel para tapiz automotriz, su proceso productivo se puede dividir en tres etapas:
a) Proceso húmedo (Ribera, Curtido, RTE). b) Proceso de acabado (seco). c) Corte.
E l trabajo de investigación se enfoca al proceso húmedo conocido con el nombre de Recurtido, Teñido y Engrase. Dentro de éste proceso se emplean grandes volúmenes de agua; la cual actúa como medio transporte para los productos químicos utilizados en el proceso.
Para establecer la situación de la empresa respecto a la descarga del agua residual del proceso y los impactos generados se evaluaron los siguientes aspectos:
4.1.1 Naturaleza del cause receptor
Es importante tener en cuenta la naturaleza del cauce receptor donde se descarga el agua residual del proceso, ya que esto establece la normatividad y el organismo regulador que sancionara en caso de incumplimiento.
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L a empresa en estudio tiene como cause receptor del agua residual el drenaje municipal de la ciudad de León, Gto., por lo que el organismo regulador de estas descargas es el Sistema de Agua Potable y Acantarillado de León (SAPAL). En el caso de que el agua residual fuera vertida a un cuerpo receptor (río, lago, laguna), la descarga estaría regulada por la Comisión Nacional del Agua (CNA).
E l agua residual una vez descargadas al drenaje municipal tienen el recorrido que se muestra esquemáticamente en la Figura 4.1. Como se observa, estas se mezclan con el resto de las aguas generadas por la población y las distintas empresas de la ciudad, siendo transportadas hasta la planta tratadora de Aguas Residuales Domésticas de la Ciudad, donde son depuradas mediante un tratamiento biológico de lodos activados para su posterior descarga a un cuerpo natural que es la cuenca Lerma-Santiago.
Es importante mencionar que la cuenca Lerma-Santiago, es uno de los cuerpos receptores en el país más contaminados de la actualidad, debido a que se descargan aguas residuales provenientes de una gran variedad de industrias (celulosa y papel, alimentos, azúcar, bebidas, química, metal-mecánica, textil, cuero, minería, petroquímica y de fertilizantes). Es por ello que en el Plan Nacional de Desarrollo se contempla el saneamiento de la cuenca Lerma-Santiago como pr ior idad [ 2 1 ] .
Figura 4.1 Recorrido de las aguas residuales descargadas de casas-hibitación, comercio e industria en la ciudad de León, Gto.
Debido a que la ciudad de León, Gto. no cuenta con separación de drenaje, el agua residual de la industria, comercio y habitacional se descargan al drenaje municipal conjuntamente.
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Cabe señalar, que para el buen funcionamiento de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas de la ciudad, el influente debe contar con ciertas características, principalmente debe estar ausente de sustancias tóxicas y elevadas concentraciones de sales inorgánicas que alteren el mecanismo de degradación de los microorganismos del sistema de Lodos Activados con que cuenta.
4.1.2 Planos del sistema de drenaje de la planta.
Es importante contar con el área disponible así como el plano del sistema de drenaje, esto permitirá aprovechar la infraestructura de la empresa para el diseño y construcción de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales.
Para identificar la situación del sistema de drenaje de la empresa en estudio, se determinaron las pendientes y conexiones de los drenajes existentes mediante un sistema óptico de rastreo debido a que no existía la suficiente información respecto a éste punto.
L a empresa en cuestión fue puesta en marcha en Junio del 2001; durante la construcción de la misma no se consideró de manera adecuada las descargas del agua residual, debido a ello se han presentado problemas de inundación en la nave.
E l equipo de producción esta conformado por cuatro tambores metálicos y uno de madera. Las descargas de éstos equipos se realiza mediante tubos flexibles de diámetro aproximado de 30 cm, conectados a una cisterna y posteriormente se bombea para descargar al drenaje municipal.
En la Figura 4.2 se muestran de manera esquemática las líneas de descarga que actualmente operan en la empresa
Drenaje Pluvial
Rejillas para captación de derrames
Bomba
Cisterna
Pozo de visita
Drenaje Municipal
Figura 4.2 Engrase.
Distribución de equipos y drenaje en la Planta de Recurtido, Teñido y
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4.1.3 Diagrama del Proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
Con el fin de poder establecer los análisis requeridos para caracterizar el agua residual, es preciso conocer el proceso de producción donde se indiquen todos aquellos elementos o materiales que entran en contacto con el agua y que pueden ser causa de contaminación. En la Figura 4.3 se muestra el diagrama de flujo del proceso indicando de manera general la entrada y salida de materiales.
Agua.quimicos
Cuero wet-blue DESENGRASE
Efluente
Agua
ENFRIADO 3
T Efluente
TENIDO-FIJADO
Efluente
Agua Agua.quinicos
Efluente
Agua
Efluente
LAVADO3
r Efluente
Efluente
Agua
ENFRIADO 2 ENFRIADO 2 ^ ENFRIADO 1
1 Efluente
Agua,químicos . . . T , p Agua,quimioos ^ f
Agua,químicos
LAVADO 4
Efluente
Agua
LAVADO 1 • LAVADO 1 RECURTIDO • LAVADO 2
Efluente
Agua,químicos
ENGRASE
Efluente
Cuero, reoutido, teñido y engrasado.
Figura 4.3 Diagrama de Flujo del Proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
Como se observa en la figura, el proceso de Recurtido, Teñido y Engrase se realiza por lotes y consta de once etapas. El cuero es cargado a cada uno de los equipos y en este se realiza todo el proceso, cargando y descargando el agua y los productos químicos requeridos en cada etapa del proceso.
L a empresa cuenta con dos líneas de producción, una parte de cuero en wet-blue, llamado así por su color, el cual es proporcionado por el cromo utilizado durante el curtido del mismo, esta línea a la vez se divide en dos tipos distintos de formulación conocidas como Verona y Breed. L a segunda línea es denominada wet-white que es un cuero de color beige el cual es pre-curtido con glutaraldheído y curtido posteriormente con un curtiente vegetal.
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E l 80% de la producción total de la empresa es cuero en wet-blue y el 20% restante cuero en wet-white. Del 80% de cuero en wet-blue el 65% es formulación Verona y el 35 % restante es Breed. Dentro de la formulación Verona se utilizan algunos productos químicos distintos a los empleados en la formulación Breed debido a que se requiere obtener una piel más suave y con más llenura.
Los productos químicos empleados en el proceso, en su mayoría, son compuestos orgánicos amónicos como son: Formaldehído, sales de ácidos sulfónicos aromáticos, derivados de sulfo-ésteres naturales y sintéticos, acríbeos, aceite de grasas naturales y sintéticas, éter poliglicolico, azo-colorantes (complejo de cromo) entre otros.
4.2 MEDIDA DE CAUDALES
Es necesario conocer cómo se desarrolla el vertido, si es en forma continua o discontinua, para programar la frecuencia y momento de medida del caudal. En el caso de la empresa en estudio, el proceso es por lotes por lo que su sistema de descarga de agua residual es de manera discontinua.
En un principio se consideró utilizar el método de tiempo de llenado, para la medición del caudal, sin embargo no es posible debido a la presión de salida de la descarga y el difícil acceso al lugar. Debido a estas limitación, el caudal se determinó de manera indirecta, a través de las cargas procesadas durante un mes de producción. Las cargas procesadas son en cada equipo de 1700 kg. de cuero en promedio, el agua adicionada en cada etapa se formula en base al peso del cuero. En el Apéndice C se muestran los datos y los cálculos realizados para la determinación de los flujos de descarga.
Es importante mencionar que solo se tomaron en cuenta las descargas provenientes de la línea de producción de cuero wet-blue, la cual representa el 80% de la producción total.
4.3 T O M A DE MUESTRAS Y METODOS DE ANÁLISIS
Las aguas residuales deben analizarse para identificar y cuantificar los contaminantes de las mismas y desarrollar un método de tratamiento para la remoción de éstos. L a toma de muestras constituye uno de los problemas más importantes del control analítico, ya que una muestra defectuosa no permite obtener una información precisa sobre los contaminantes. En la toma de muestras hay que tomar en cuenta tres aspectos de suma importancia: frecuencia del muestreo, muestras representativas y preservación de muestras.
En el caso de estudio, se tomaron muestras en las once etapas del proceso, esto con el fin de determinar si existe la posibilidad de reutilización directa al proceso o con un mínimo de tratamiento en alguna de las etapas, así como muestras compuestas de las once etapas y finalmente, muestras tomadas en la cisterna donde se descarga el total del efluente.
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En la siguiente Tabla se resumen los puntos de muestreo, los parámetros analizados, el laboratorio que realizó el análisis y, por último, el método empleado para la determinación de los parámetros.
Tabla 4.1 Puntos de muestreo, parámetros analizados y método empleado.
Punto de muestreo Parámetro analizado Método de análisis Laboratorio
PH NMX-AA-008-1980 Externo Conductividad Método estándar 17 a
Edición parte 2510 Externo
En cada etapa del proceso.
DQO Método estándar 17 a
Edición parte 5220D Externo
D B O NMX-AA-028-1981 Externo Sólidos Suspendidos Totales
NMX-AA-034-1981 Externo
Sustancias Activas al Azul de Metileno
Método estándar 17 a
edición parte 5540 C Externo
Grasas y Aceites NMX-AA-53-1981 Externo Cromo total NMX-AA-51-1981 Externo Sodio Externo Sólidos Sedimentables NMX-AA-00-1977 Interno pH NMX-AA-008-1980 Externo Conductividad Método estándar 17 a
Edición parte 2510 Externo
DQO Método estándar 17a
Edición parte 5220D Externo
Muestra compuesta D B O NMX-AA-028-1981 Externo Sólidos Suspendidos Totales
NMX-AA-034-1981 Externo
Sustancias Activas al Azul de Metileno
Método estándar 17a
edición parte 5540 C Externo
Grasas y Aceites NMX-AA-53-1981 Externo Cromo total NMX-AA-51-1981 Externo Sodio Externo Sólidos Sedimentables NMX-AA-00-1977 Interno PH Ph-metro Interno Temperatura Termómetro Interno Sólidos Sedimentables Cono Imofh Interno
Cisterna de descarga Sólidos Suspendidos Totales
Filtración-evaporación
Interno
Sólidos Disueltos Gravimétrico Interno Sólidos Totales Evaporación Interno
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De manera general, los parámetros analizados en las muestras, se llevaron a cabo mediante los métodos establecidos por las Normas Oficiales Mexicanas para la caracterización de efluentes así como por los métodos Estándares Internacionales.
En algunas etapas no se determinó cromo y sodio debido a que durante el proceso no se hace uso de estos productos químicos. Los sólidos sedimentables se realizaron en el laboratorio de la empresa
4.3.1 Caracterización de sólidos, tamaño y carga.
Adicionalmente a los parámetros antes mencionados, se realizó una caracterización más detallada de los sólidos presentes en el efluente. L a mayor cantidad de sólidos suspendidos totales son generados en la primera etapa del proceso, debido a que el cuero viene de una etapa donde se raspa de manera mecánica con el fin de darle un espesor determinado. Esta etapa se conoce como raspado y el polvo generado de la operación es conocido como raspa
Para determinar el tamaño de partícula presente en el efluente se tomó una muestra de raspa y se llevó a la estufa para su secado. Una vez seca se tomó, una pequeña muestra que se colocó en un porta objetos y utilizando un microscopio óptico provisto de un ocular de lOx y objetivo de 4x con escala micrométrica, se llevo a cabo un conteo de 96 lecturas. En el Apéndice C se muestran los datos y la gráfica de distribución para partículas secas y húmedas.
Adicionalmente se determinó la carga de las partículas, mediante el uso de un tubo electroforético provisto de un electrodo de cobre al cual se le aplico una corriente de 12 volts. E l equipo utilizado se muestra en el Apéndice C.
4.4 REUSO DIRECTO DEL AGUA RESIDUAL
Una vez determinados los caudales y su composición, se estudió la factibilidad, desde el punto de vista técnico-económico, del uso directo del agua residual de las etapas del Lavado 1, así como de las generadas en las etapas de enfriado del cuero.
4.4.1 Reuso directo del agua residual del Lavado 1 en el Desengrase.
E l Lavado 1 es la etapa subsecuente del desengrase, durante ésta solo se adiciona agua para remover los productos químicos residuales de la etapa del desengrase. Una vez analizados los parámetros de descarga se observó la posibilidad del empleo directo del agua del Lavado 1 en el desengrase ya que ambos efluentes contienen los mismos componentes químicos y físicos.
Para comprobar ésta posibilidad de reuso se llevo acabo un pequeño experimento a nivel laboratorio donde se simuló el uso del agua generada del Lavado 1 en el Desengrase del cuero.
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Para ello se tomo una muestra de cuero wet-blue, se cortó en trozos pequeños de tal manera que pudieran colocarse en un matraz, se pesó esta muestra de cuero y en base al peso se cálculo el volumen de agua del Lavado 1 y los productos químicos a utilizar en la etapa de desengrase.
Antes de poner en contacto el agua de Lavado 1 con el cuero a desengrasar, se midió la cantidad de grasa al inicio y final del experimento, tomando una muestra de 25 mi y adicionando 40ml de cloroformo en un embudo de separación; se dejó en reposo durante 24 horas. Se separan las fases y se lleva a evaporación para calcular por diferencia de peso y volumen de la muestra la cantidad de grasa en gramos por litro.
En la muestra de cuero también se determinó la cantidad de grasa presente al inicio y al final del experimento, usando para ello un equipo Soxhlet donde a la temperatura de 100°C y 30 recirculaciones con cloroformo se calcula por diferencia de peso el porcentaje de grasa en la muestra.
Dado que el objetivo de la etapa de desengrase es retirar grasa natural contenida en las fibras del cuero, el parámetro de control seleccionado para determinar la viabilidad de la alternativa propuesta fue la cantidad de grasa removida.
4.4.2 Reuso directo del agua residual de los Enfriados 1,2 y 3.
E l objetivo de estas etapas es lograr una temperatura final de 30°C en el interior del equipo, para ello se realizan tres adiciones de agua del 100% en base al peso del cuero, a temperatura ambiente. E l agua de entrada solo está en contacto con el cuero por un lapso de 5 minutos. Los análisis muestran que la concentración de contaminantes es menor en el Enfriado 3 que en el Enfriado 2 y la de éste menor a la del Enfriado 1. Esto permite en un principio suponer que no existirá una transferencia de contaminantes del agua hacia el cuero y que es posible eliminar las entradas de agua en el Enfriado 1 y 2 por una sola entrada en el Enfriado 3 que se use a contracorriente para las dos anteriores.
E l punto limitante en este caso es la temperatura, por lo que se realizó un balance de energía que permitiera detenninar el volumen de agua adecuado para sustituir el proceso actual por uno en contracorriente. Para esto se utilizó la siguiente metodología
1- Se midieron las temperaturas del agua de salida en las tres etapas de enfriamiento, suponiendo que el calor retirado del cuero es transferido al agua
2 - Se calculó el calor removido del cuero en cada etapa del enfriado mediante la formula de Q = mCp(Ti - Tf). Se utilizaron valores de Cp del agua.
3 - Variando la cantidad de agua en la fórmula anterior se obtiene la temperatura final alcanzada en cada etapa
Los cálculos realizados para este punto se muestran en el Apéndice D.
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4.5 ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO
Se clasificaron los tratamientos en función de los componentes a remover, iniciando con sólidos mayores, sólidos suspendidos totales, materia orgánica, cromo (III) y por último color. Mediante una revisión bibliográfica y conocimiento de campo de los procesos de tratamiento del agua residual se definieron las ventajas y desventajas para cada uno de ellos.
Posteriormente se formó un grupo de trabajo con personal de la empresa a nivel directivo, donde se establecieron los criterios más importantes para evaluar las tecnologías de tratamiento. A cada criterio se le asignó un valor en función de los requerimientos establecidos. Se estableció una escala de pesos relativos a cada uno de los criterios del uno al diez según la importancia
Una vez establecidas las escalas de valoración se le dio a cada una de las alternativas de tratamiento un valor en función de las ventajas y desventajas según los criterios establecidos. L a suma de estas calificaciones fue afectada por el peso relativo proporcionado por el grupo de trabajo- de esta manera se vuelve a valorar los tratamientos teniendo en cuenta los requerimientos de la empresa
E l tratamiento que haya acumulado mayor puntuación es el adecuado a las necesidades establecidas por la empresa
4.6 APLICACIÓN DE OZONO PARA REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA
Una vez aplicada la metodología para la selección del tratamiento más adecuado del agua residual del proceso de RTE, se observa que la oxidación química mediante el uso de ozono para la degradación de la materia orgánica, puede ser una buena opción.
Mediante la revisión bibliográfica se localizaron algunos artículos donde se ha usado el ozono para mejorar la eficiencia del proceso de lodos activados en aguas residuales de tener ías ' 1 1 ' 1 2 3 . Debido a la presencia de compuestos orgánicos difíciles de degradar biológicamente en las aguas residuales de tenerías, se propuso una prueba experimental para comprobar si efectivamente es posible remover carga orgánica mediante el uso de ozono.
Para ello se utilizó un recipiente de plástico donde se colocó un volumen de 12 litros de agua residual del proceso, tomada de la cisterna de descarga de la empresa Se aplicaron 1,200 mg de ozono generado en un equipo proporcionado por la empresa "Ozono Aplicado-Aire yAgua" de la ciudad de León,Gto. E l ozono fue inyectado a través de una manguera de 1/4 pulgada de diámetro al seno del agua residual durante 1,2 y 3 horas de contacto.
Se midió durante la prueba la cantidad de DBO mediante la técnica de diluciones, empleando para la medición de oxígeno disuelto un equipo marca H A N N A instruments modelo HJ-9143 con calibración automática, la descripción detallada de la técnica se muestra en el apéndice E.
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L a medición de DQO se realizó mediante el método del dicromato a reflujo abierto (Apéndice E) y el pH con un pH-meter marca Corning.
4.7 CONCLUSIONES
Como punto de partida para la resolución de un problema es haber colectado todos los datos e información necesaria que permita evaluar objetivamente las posibles soluciones. Los métodos de trabajo van a permitir que se desarrolle de manera adecuada y con todos los argumentos necesarios el trabajo de investigación.
Es importante definir los recursos, tanto físicos como económicos con que se cuentan, de esta manera se seleccionarán las técnicas más adecuadas al material disponible.
E l grupo de trabajo que estará involucrado para definir los criterios de evaluación de las alternativas de tratamiento debe estar relacionado con la problemática de la empresa, esto va asegurar que la solución sea adecuada a las necesidades de la misma.
Por último, una revisión bibliográfica puede marcar un nuevo camino de investigación que permita el desarrollo de una tecnología que aún no ha sido probada en el país, para tratamiento de aguas residuales de tenería, debido al desconocimiento de la funcionalidad y beneficios de la misma.
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CAPITULO 5
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A lo largo de este capítulo se muestran los resultados obtenidos del trabajo realizado para identificar las alternativas de tratamiento de aguas residuales, considerando las necesidades de la empresa en cuanto a funcionalidad y costos.
Se describen además, el análisis costo-beneficio de las alternativas de reutilización así como los resultados experimentales obtenidos de la prueba de ozonificación del agua residual del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
5.1 CARACTERIZACIÓN DE EFLUENTES DEL PROCESO DE RECURTIDO TEÑIDO Y ENGRASE
L a empresa en estudio cuenta con dos formulaciones distintas para llevar acabo el proceso, estas son llamadas respectivamente Breed y Verona E l 65% de la producción se realiza con la formulación Verona y el resto con la formula de Breed.
Como primer paso, se caracterizaron los efluentes provenientes de cada una de las etapas del proceso de R T E , así como de muestras compuesta de lavados, enfriados y una muestra global de las once etapas para cada una de las formulaciones.
Se realizó la caracterización de esta manera, con el fin de identificar que descargas pueden ser reutilizadas y si es conveniente una separación de efluentes para el tratamiento.
En el Apéndice F, se muestran los resultados del laboratorio para las descargas en las distintas etapas del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase para cada formulación. Cabe señalar que se trata de muestras independientes, ya que se usan productos químicos distintos en cada una de ellas. Se determinó además el tamaño de partícula y la carga de ésta con el fin de conocer más a detalle la naturaleza de los contaminantes físicos presentes.
Como resultado tenemos que la carga electrostática de los sólidos presentes es positiva, esto se debe a que los productos químicos empleados en su proceso son en su mayoría aniónicos. E l tamaño promedio de partícula es de 0.311 mm (311 mieras).
Dentro de las alternativas identificadas, una vez realizada la caracterización de los efluentes, se tiene que las aguas provenientes de las dos primeras etapas, independientemente del tipo de formulación, pueden ser reutilizadas al igual que las aguas de los Enfriados 1, 2, 3.
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E l análisis de estas dos alternativas se realizó desde el punto de vista de la factibilidad técnica y económica, en cada caso. En los siguientes puntos se discuten estás alternativas y por último se lleva acabo la metodología para la selección del tren de tratamiento de las aguas residuales de la empresa
5.2 REUSO DIRECTO DEL AGUA DE LAVADO 1 EN L A ETAPA DE DESENGRASE.
En la Figura 5.1 se muestran las características del agua residual proveniente de la etapa de Desengrase y Lavado 1 que conforman las dos primeras etapas del proceso de RTE. Se estudió la posibilidad de utilizar el agua descargada del Lavado 1 en el desengrase para reducir el consumo de agua en el proceso.
3,400 LITROS-AGUA 3,400 LITROS-AGUA
2,890 LITROS-AGUA RESIDUAL
DBO= 8360 mg/1 SST- 2,390 mg/1 GyA " 216 mg/1 SS-350 ml/1 pH=3.3
3,400 LITROS-AGUA RESIDUAL
DBO=6,4S0 mg/1 SST=420mg/l GyA = 36 mg/L SS=69 ml/1 pH=5.4
Figura 5.1 Etapas de Desengrase y Lavado 1 del cuero durante el proceso de Recutido, Teñido y Engrase.
Se observa en la Figura 5.1 que el agua del Lavado 1 tiene una carga contaminante menor a la etapa anterior; dado que el objetivo de la etapa de desengrase es sólo retirar grasa natural del cuero el agua del Lavado 1 puede utilizarse para este fin ya que sólo se adiciona agua limpia durante ésta etapa para remover los productos químicos de la etapa del Desengrase.
En la Figura 5.2 se muestra el esquema propuesto para la recirculación del agua proveniente del Lavado 1. No se requiere de ningún ajuste de temperatura y pH para su uso en la etapa de Desengrase, sólo se debe tomar en cuenta que es posible se requiera de mayor tiempo de proceso, debido a que la transferencia de masa del cuero hacia el líquido se vea retardado por una mayor composición en el agua de entrada
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ACIDO OXALICO , TENSOACTIVO
T=58 °C 3,400 LITROS-AGUA
T=60°C
1700 K G CUERO EN AZUL DESENGRASADO
•
2,890 LITROS-AGUA RESIDUAL
3,400 LITROS-AGUA RESIDUAL
Figura 5.2 Propuesta de reutilización del agua de Lavado 1 en la etapa de Desengrase.
Se llevó acabo un pequeño experimento a nivel laboratorio donde se simuló el proceso de recirculación del agua. E l parámetro que se vigiló fue grasa en el cuero y en el agua. En la Tabla 5.1 se resumen los resultados obtenidos, con esto podemos sustentar que es posible realizar el esquema de recirculación mostrado en la Figura 5.2.
Tabla 5.1 Resultados obtenidos de la simulación de la recirculación del agua de la etapa del Lavado 1 en el Desengrase.
Contenido de grasa Inicial Final
Cuero wet-blue 0.74% en peso 0.84% en peso Agua de Lavado 1 0.54 g/1 0.69 g/1
Cabe mencionar que en el cuero no se identificó una remoción de grasa, sino un aumento debido a que no se realizó el Lavado 1 al cual es sometido el cuero después del desengrase, con el fin de remover el tensoactivo que se deposita sobre la superficie del cuero. Por lo que se supone, ésto alteró de manera desfavorable el resultado.
En la Tabla 5.2 se muestra el análisis costo-beneficio de implementar esta alternativa. Dentro de los beneficios se considera el ahorro en consumo de agua, pago por saneamiento; como costos la inversión de capital para acondicionar los equipos para llevar acabo la reutilización de efluente generado en la etapa del Lavado 1 al Desengrase.
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Tabla 5.2 Análisis costo-beneficio de la reutilización de la descarga del lavado 1 en la etapa del desengrase.
Concepto Inversión Ahorro/ año Agua limpia (3.4 rri*) $ 109,208.00 Saneamiento $ 163,315.60 Tubería $ 1,000.00 Bomba $ 1,600.00 T O T A L $ 2,600.00 $ 272,523.60 Nota: E l costo de agua limpia es de $11/m y del saneamiento de $16.45/m . Capacidad de producción promedio de 8 cargas/día.
Período de recuperación: 3.5 días
Es importante señalar que, aunque el tiempo de recuperación de la inversión es muy bajo, se tendrían problemas de operación en la implementación de esta alternativa, debido a la logística de producción con que cuenta la empresa actualmente.
Dado que su proceso es por lotes, se deben ajustar los tiempos del proceso para tener una carga en proceso que al momento en que se descargue el agua de Lavado 1 pueda ser recirculada en otra carga que esté iniciando la etapa de desengrase; de manera contraria se debe instalar un depósito para almacenar temporalmente el agua de Lavado 1 y la temperatura probablemente ya no sea la adecuada para ingresar a la etapa de Desengrase.
5.3 REUSO DIRECTO, A CONTRACORRIENTE, DEL AGUA DE ENFRIADOS
En la siguiente figura se muestran las etapas de enfriamiento del cuero, donde sólo se considera para el análisis la temperatura y el pH de salida en cada etapa. En este caso se propone utilizar el agua descargada del enfriado tres para el enfriado dos y la descarga del dos para el enfriado uno, como se muestra en la Figura 5.4.
Dado que el agua de enfriamiento solo entra en contacto con el cuero durante 5 minutos la carga contaminante presente en el agua descargada es muy baja comparada con el resto de las etapas del proceso de RTE, esto hace más factible la posibilidad de recircular en contracorriente el agua descargada de los enfriados.
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1700 L-AGUA T= 38°C pH= 3.8
1700 L-AGUA T= 34°C pH- 3.8
1700 L-AGUA T=32°C pH=4.0
Figura 5.3 Etapas de Enfriado del cuero durante el proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
E l objetivo de estas tres etapas es disminuir la temperatura del cuero, aproximadamente a 30°C; para poder iniciar la etapa de teñido y fijado. E l cuero antes de entrar al primer enfriado tiene una temperatura de 40 a 45 °C.
Para el análisis de factibilidad se llevó acabo un balance de energía, donde se varió el volumen de entrada de agua en la etapa de enfriamiento con el fin de lograr una remoción adecuada de calor.
Figura 5.4 Propuesta de reutilización directa a contracorriente del agua de enfriamiento.
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Actualmente se introducen en el enfriado, tres volúmenes de agua en paralelo a 24°C en un 100% respecto al peso del cuero. Considerando un peso de 1700Kg de cuero se estarían introduciendo 5,100 litros para lograr una temperatura final de 30°C en el cuero. Mediante el balance de energía podemos observar que introduciendo un volumen de 3,400 litros a contracorriente se lograría remover el calor necesario para acondicionar el cuero para la etapa del teñido y fijado con un ahorro de 1,700 litros de agua en cada proceso.
En la Tabla 5.3 se muestra lo valores obtenidos del balance de energía realizado para el análisis de factibilidad de la alternativa de reuso a contracorriente de las aguas de enfriamiento. Los cálculos se muestran a detalle en el Apéndice D.
Tabla 5.3 Balance de energía para las etapas de enfriamiento del cuero.
ETAPA Calor removido kcal/kg- cuero (Q=mCp T)
Temperatura de salida (V= 200 %/Kg-cuero)
Temperatura de salida (V= 100 %/Kg-cuero)
Enfriado 1 13.9 40 °C 54 °C Enfriado 2 9.93 ' 33 °C 40 °C Enfriado 3 7.94 28 °C 32 °C
De los resultados obtenidos a través del balance de energía, se observa que se puede sustituir las entradas de agua en paralelo que se tiene actualmente, por el uso a contracorriente de un volumen de 200% de agua fresca a temperatura de 24°C en la etapa de Enfriamiento 3, logrando una temperatura del cuero óptima para la siguiente etapa, logrando con ello una disminución en el consumo de agua.
En la Tabla 5.4 se muestra el análisis costo-beneficio para la alternativa de reuso a contracorriente de las etapas de enfriamiento. Donde los ahorros se reflejan en la reducción del consumo de agua y el pago por saneamiento.
Tabla 5.4 Análisis costo-beneficio para la alternativa de reuso del agua de enfriamiento.
Concepto Inversión Ahorro/año Agua limpia (1.7 m 5) $ 54,604.00 Saneamiento $ 119,136.00 Tubería, bomba, depósito $ 4,000.00 T O T A L $ 4,000.00 $ 173,740.00
Nota: E l costo de agua limpia es de $11/m 3 y del saneamiento de $12.00/m3. Capacidad de producción promedio 8 cargas/día
Período de recuperación: 8.4 días
Cada una de las propuestas anteriores se deben verificar en cuanto al posible daño que pueda causar el agua residual reutilizada en las distintas etapas sobre el cuero de manera experimental.
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5.4 INVESTIGACIÓN Y REVISIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
Una vez caracterizados los efluentes generados del proceso de RTE, se buscaron alternativas de tratamiento para la remoción de los contaminantes presentes. A continuación se describen de manera general su funcionamiento así como las ventajas y desventajas de cada uno de éstos.
5.4.1 Remoción de Sólidos Suspendidos
Los sólidos presentes en el efluente se eliminan por orden decreciente de tamaño. Los principales procesos físicos para la remoción de sólidos suspendidos totales son:
a) Sedimentación por gravedad
Para que se efectúe la sedimentación, la velocidad del agua debe reducirse a un valor tal que los sólidos se asienten por gravedad. La velocidad de las partículas está determinada por su tamaño, forma y densidad.
Una partícula logrará sedimentar si su velocidad de sedimentación es mayor a la velocidad ascencional del líquido. En la Tabla 5.5 se resumen las ventajas y desventajas del uso de la sedimentación por gravedad 1 1 9 '.
Tabla No. 5.5 Sedimentación por gravedad, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • No requiere acondicionamiento del agua
de entrada. • Grandes dimensiones para lograr velocidades
adecuadas de sedimentación. • Fácil mantenimiento y operación. • Elevado costo de inversión. • Eliminación rápida de fango. • La eliminación depende de la profundidad del
tanque así como de las propiedades del fluido y partículas.
• Baja remoción de sólidos 60%. • Generación de corrientes inducidas, flujo
turbulento, gradientes de velocidad y temperatura dan lugar a una reducción de la eficiencia.
b) Flotación
Se ha empleado para remover sólidos de baja densidad que se encuentran en suspensión. Utiliza el aire como agente de flotación principal. L a materia en suspensión se hace flotar mediante burbujas de aire de diámetro pequeño que forman en la superficie una capa de espuma fácilmente eliminable por procedimientos mecánicos o manuales. Las ventajas y desventajas de esta técnica se muestran en la Tabla 5.6.
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Tabla 5.6 Proceso de flotación, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Alta remoción de sólidos suspendidos, hasta un
80%. • Debe diseñarse para caudales constantes, por lo
que requiere de un tanque de homogeneización. • E l espacio para su instalación es pequeño. • Es necesario regular la temperatura y presión. • Fácil mantenimiento y operación. • Requiere de accesorios (Bombas, rastras,
compresor, etc.).
c) Coagulación-Floculación
Como las partículas de pequeño diámetro en suspensión tienen una velocidad de sedimentación muy reducida no pueden separarse por sedimentación normal, ya que sería necesario diseñar tanques con períodos de retención muy elevados. L a separación de partículas finas suspendidas eliminan la turbiedad.
De manera general la coagulación consiste en eliminar las cargas electrostáticas de las partículas en suspensión mediante la adición de-sales, posteriormente se adiciona un polielectrolito que permite el crecimiento de la partícula (floculación) que posteriormente es sedimentada.
A continuación se muestran las ventajas y desventajas de éste tratamiento convencional, ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas residuales.
Tabla 5.7 Proceso de Coagulación-Floculación, ventajas y desventajas
VENTAJAS DESVENTAJAS • Eficiencias altas de remoción de sólidos
suspendidos muy finos (80%). • Se requiere de un influente que este bien
cribado. • Remoción de materia orgánica disuelta del
60%. • Alta producción de lodos.
• No se ve afectado por la presencia de materia tóxica.
• Adición de sustancias químicas.
• Espacio requerido menor al de un sistema biológico.
• Altos costos de operación.
• Requiere de mano de obra calificada para su operación.
d) Filtración
L a filtración es el proceso mediante el cual es posible remover las sutancias en suspensión del agua al pasar a través de un medio poroso que puede ser arena, antracita, resina o tierras diatomeas.
L a filtración puede ser llevada a cabo por gravedad o a presión, dependiendo de la cantidad de agua que será filtrada, de la cantidad y tipo del material suspendido a remover y del espacio disponible para las instalaciones.
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E l material suspendido que queda atrapado en el medio filtrante es removido por un retrolavado del filtro. En la siguiente tabla se muestran las ventajas y desventajas de los filtros a presión.
Tabla 5.8 Proceso de filtración ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Espacio de instalación reducido. • Elevado consumo de energía. • Bajo costo de instalación. • Requiere retrolavados para limpieza del lecho. • Se emplean con o sin tratamiento de
coagulación. • Remoción de materia muy fina en un 70%.
5.4.2 Remoción de Materia Orgánica (DBO s)
a) Digestión anaerobia Consiste en la remoción de la materia orgánica en ausencia del oxígeno libre para producir gases combustibles y lodo digerido. Se obtiene producción de metano, bióxido de carbono y ácido sulfhídrico.
E l proceso de digestión anaerobia está caracterizado por dos fases comúnmente llamadas acida o fermentación y fase gas.
Tabla 5.9 Proceso de digestión anaerobia, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Puede ser desde un equipo muy sencillo, como
una fosa séptica. • Se requiere de control de pH y de temperatura,
alcalinidad, % de sólidos volátiles, fango purgado.
• Eficiencia hasta del 70% • Se desprenden gases como metano, C O 2 , H 2 S . • Se requiere de un procedimiento para la
utilización del gas combustible que desprende.
b) Digestión aeróbica
L a realizan los organismos vivientes que tienen la necesidad de oxígeno libre para poder llevar acabo los procesos de respiración, a través de los cuales obtienen la energía necesaria para todas sus funciones vitales.
Las células aeróbicas emplean el oxígeno libre como último aceptor de electrones provenientes de los donadores electrónicos orgánicos. Es necesario un suministro adecuado de oxígeno libre que satisfaga los requerimientos metabólicos de los microorganismos.
44
Tabla 5.10 Proceso de digestión aeróbica, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Su operación es más sencilla que el sistema
anaerobio. • E l gas generado durante la degradación escapa
a la atmósfera en forma de amoníaco o dióxido de carbono y no pueden ser recuperados.
• Cerca del 50% del DBO se transforma en líquido o gas.
• Tiene mayor costo de mantenimiento que el sistema anaerobio debido a que requiere de un sistema de aireación.
• Existe una tasa alta de crecimiento biológico, lo que acelera los procesos biológicos de degradación de materia orgánica.
c) Lagunas de estabilización
Las lagunas anaerobias son embalses profundos; su tirante hidráulico es mayor de 1.8 m y recibe cargas orgánicas elevadas estabilizándolas en ausencia de oxígeno molecular. Las reacciones dominantes en este tipo de lagunas son la producción de metano y la descomposición de la DBO.
Tabla 5.11 Proceso de lagunas de estabilización, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Son de fácil operación y de poco
mmtenimiento. • Requiere de una gran extensión de terreno
• La profundidad de estas es de 0.2 a 0.3m y el tiempo de retención es de 2 a 6 días.
• La remoción de DBO es del 80 al 95%
• No tienen olores desagradables dado a las condiciones aeróbicas.
d) Lodos Activados
Consiste en un sedimentador primario, un reactor o tanque de aireación, un sedimentado secundario, una tubería de reciclamiento de lodos con un tiempo de retención de aproximadamente 6 horas.
Este método es el más tradicional para el tratamiento de aguas residuales con carga orgánica y en ausencia de agentes químicos que pueden inhibir la acción biológica.
Tabla 5.12 Proceso de lodos activados, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Eficiencias del orden del 90% • Costo de mantenimiento y operación e
inversión inicial elevados. • Requiere de poco espacio • Acepta variaciones considerables de carga
orgánica.
45
5.4.3 Remoción de Cromo (III)
a) Intercambio Iónico
Consiste en el intercambio reversible de iones entre un sólido y un líquido en el cual no hay cambio sustancial en la estructura del sólido.
Existen materiales naturales (zeolitas, arcillas, microorganismos) y artificiales (resinas sintéticas, zeolitas sintéticas, aluminas activadas) que son empleadas como medio de retención de los iones separados del líquido.
L a zeolita ha demostrado una capacidad elevada para la retención de cromo, así como la resina sintética macroporosa carboxilica [ 1 6 ' 2 9 ] . En la tabla siguiente se muestran las ventajas y desventajas de ésta tecnología.
Tabla 5.13 Proceso de intercambio iónico, ventajas y desvenajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Alta selectividad. • Alto costo de operación. • Recuperación de elementos con alto grado de
pureza. • Regeneración y retrolavado del material de
intercambio. • Eficiencias altas de remoción. • Capacidad de intercambio en función de la
concentración del ion en el influente.
b) Precipi tación
Tratamiento químico empleado para recuperar compuestos mediante un cambio de pH o la adición de sustancias para volver insoluble la sal del metal que se desea remover.
Se ha logrado la recuperación de cromo de aguas residuales de tenerías usando óxido de magnesio y carbonato de sodio como coagulante. E l cromo presente en el lodo precipitado fue recuperado mediante la adición de ácido sulfúrico, obteniendo Sulfato de Cromo (III) con una concentración adecuada para su reuso directo[28].
Tabla 5.14 Proceso de precipitación, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Fácil operación y manteriimiento del sistema. • Requiere la adición de coagulante para espesar
el precipitado. • Bajo costo de inversión. • Es necesario filtrar el precipitado para lograr
concentraciones adecuadas para su reuso. • Sistema en discontinuo.
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5.4.4 Remoción de Color y Olor
a) Carbón activado
Mediante el fenómeno de adsorción ciertos productos de gran superficie específica (adsorbente), retienen por un fenómeno físico o físico-químico a otros productos generalmente orgánicos , en solución o dispersión coloidal (adsorbato).
Los productos adsorbentes pueden ser naturales, como ciertas tierras arcillosas o artificiales como el carbón activado.
E l carbón activado se ha aplicado con éxito para depurar las aguas residuales en la industria textil, permitiendo reutilizar el 80% del caudal. E l carbón debe regenerarse en un homo especial con perdidas de un 5% en peso 1 1 9 1.
Tabla 5.15 Proceso de carbón activado, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Eficiencias altas de remoción de color, olor de
un 90% además de un 70% en DBO. • Requiere regeneración del carbón, por lo que se
tienen perdidas durante ésta. • Bajo costo de inversión. • Si el influente trae alto contenido orgánico
disminuye su eficiencia.
b) Oxidación Química
Es el proceso mediante el cual se aumenta el estado de oxidación de una sustancia. E l objetivo de la oxidación en el tratamiento de aguas residuales es convertir las sustancias químicas nocivas en sustancias que no sean peligrosas, por ejemplo el Fenol a Anhídrido Carbónico.
Según las condiciones de oxidación y el tipo de oxidante, se forman productos intermediarios de oxidación que son de toxicidad más baja Si se exige una posterior oxidación de los intermediarios su empleo puede ser antieconómico debido a los tiempos de reacción necesarios' 1 9 1.
La oxidación química se ha empleado para remover sustancia inorgánicas ( M n 2 + , Fe 2 + , S 2", CN", SO3 2 ") y sustancias orgánicas (fenoles, aminas, ácidos, compuestos que dan color, olor, sabor, bacterias y algas).
Entre los agentes oxidantes de bajo costo y alta eficiencia tenemos al oxígeno, ozono, peróxido de hidrógeno, permanganato de potasio, cloro y bióxido de carbono.
Se ha utilizado el ozono como medio de oxidación de dos colorantes metálicos complejos de Cromo (III), dando buenos resultados para su degradación [ 1 7 ] .
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Tabla 5.16 Proceso de oxidación química, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Reduce la toxicidad de las sustancias. • Produce intermediarios que pueden prolongar
el proceso de oxidación. • Alta eficiencia como desinfectante 99% • Tecnología en desarrollo para aguas residuales. • Bajo costo de operación y mantenimiento. • Alto costo de inversión.
c) Filtración con Membranas
Una membrana puede definirse como una fase que actúa como una barrera al flujo de especies moleculares o iónicas entre las fases que separa Para que la membrana actúe como un dispositivo útil de separación debe transportar algunas moléculas más rápidamente que otras. Por lo tanto debe tener alta permeabilidad para algunas especies y baja para otras.
E l color de las aguas residuales, en el presente caso de estudio, es generado por el empleo de anilinas complejo-metálicas de Cromo durante la etapa de teñido y fijado del cuero. Existen propuestas para la recuperación y por lo tanto ehminación del color de las aguas residuales, mediante el uso de ultrafiltración o nanofiltración del efluente [ 7 ].
Tabla 5.17 Proceso de filtración con membranas, ventajas y desventajas.
VENTAJAS DESVENTAJAS • Alta selectividad del componente a remover. • Alto costo de inversión y operación. • Eficiencias alta de remoción. • Mantenimiento constante de las membranas. • Posibilidad de reuso del componente
recuperado. • Requiere de mano altamente calificada para su
operación y mantenimiento.
5.5 IDENTIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE LOS CRITERIOS Y PARÁMETROS DE L A EVALUACIÓN.
Para seleccionar el tren de tratamiento más adecuado a las necesidades de la empresa se establecieron una serie de criterios de selección. De manera general se requiere de un tratamiento con bajos costos de mantenimiento y operación, que tenga flexibilidad en cuanto el tamaño de la instalación, que se tengan buenos resultados en cuanto a la remoción de contarninantes que permitan en un principio descargar cumpliendo la normatibidad vigente y que permita posteriormente añadir nuevos módulos de tratamiento con el fin de reutilizar el agua tratada ya sea dentro del proceso o fuera de éste. Por lo tanto se definieron los siguientes criterios de selección:
1- Gastos de inversión inicial. Debido a la situación actual que vive la empresa (suspensión de pagos) este aspecto es de suma importancia, ya que por el momento no pueden acceder a créditos y la presión por parte de las autoridades es cada vez mayor en cuanto a parámetros de descarga
48
2- Costo de operación. El sistema de tratamiento debe ser de un bajo costo de operación con el fin de que la inversión se recupere a corto plazo, y la puesta en marcha de la planta sea en el menor tiempo posible.
3.- Costo de mantenimiento. A l igual que en el punto anterior dependerá del tipo de tratamiento para determinar el costo de mantenimiento, entre más tecnificada sea la planta, más costoso el mantenimiento.
4 - Capacidad de remoción. Se debe tener en cuenta el porcentaje de remoción de los parámetros, tales como: el D B O , sólidos suspendidos, etc., de esta manera se obtendrá el mejor tratamiento.
5. - Factibilidad de reuso. Mediante este punto se asegurará que la inversión es redituable y que a largo plazo puede generar utilidades, en cuanto a reducción de uso de agua fresca para el proceso, pago de saneamiento y uso de drenaje.
6. - Grado de tecnología. Este criterio se basa en la calidad de agua que se desea tener y sus fines de reuso. De esta forma se definirá el sistema de tratamiento deseado.
7 - Espacio requerido. Es importante considerar la disposición de espacio para la construcción del sistema de tratamiento.
Escala de calificación 1 a 10 de ponderación de criterios.
1 Requiere excesiva inversión, operación, mantenimiento y espacio. 3 Requiere alta inversión, operación, mantenimiento y espacio. 5 Requiere mediana inversión, operación, mantenimiento y espacio. 7 Requiere poca inversión, operación, mantenimiento y espacio. 10 Requiere mínima inversión, operación, mantenimiento y espacio.
Escala de calificación de 1 a 10 de ponderación de parámetros.
1 Ofrece mínima remoción, reuso y tecnología. 3 Ofrece baja remoción, reuso y tecnología 5 Ofrece mediana remoción, reuso y tecnología 7 Ofrece alta remoción, reuso y tecnología 10 Ofrece excesiva remoción, reuso y tecnología.
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Para cada tipo de tratamiento se califico cada uno de los criterios, mediante la asignación de pesos relativos con base en los requerimientos de la empresa. E l peso relativo esta dado en función de los parámetros más importantes a determinar.
Las calificaciones fueron otorgadas por un equipo de personas conocedoras de la empresa y del proceso y fueron posteriormente promediadas, para obtener una calificación final para cada parámetro.
PARAMETRO PESO RELATIVO Gasto de inversión (GI) 10 Costo de operación (CO) 10 Costo de mantenimiento (CM) 10 Espacio requerido (ER) 9 Capacidad de remoción (CR) 8 Grado de tecnología (GT) 3 Factibilidad de reuso (FR) 2
Los tipos de tratamientos se han evaluado respecto al componente que se va a remover, por lo que tenemos:
TRATAMIENTOS PARA REMOCIÓN DE CONTAMINANTES 1.- Sólidos
Suspendidos Orí 2.- Materia gánica (DBO).
3.- Cromo(III) 4.- Color
1A Sedimentación 2 A Digestión anaerobia
3A Intercambio iónico.
4A Carbón Activado.
I B Flotación 2B Digestión aeróbica.
3B Precipitación 4B Oxidación Química.
IC Coagualación-Floculación
2C Lodos Activados
4C Filtración con membranas
I D Filtración 2D Coagulación-Floculación
2E Oxidación Química (Ozono)
Las calificaciones de acuerdo a los criterios establecidos para la remoción de sólidos suspendidos, son como siguen:
Tratamiento GI CO C M CR FR GT ER Suma 1A 5 7 7 3 1 1 3 27 IB 5 3 3 3 3 1 7 25 IC 5 3 5 5 7 5 5 35 ID 5 5 7 7 7 7 7 45
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De acuerdo a la suma total de los distintos tratamientos, la filtración de lecho profundo es la más adecuada para la remoción de sólidos suspendidos si se considera de igual importancia cada uno de los criterios de selección.
Debido a que los criterios de selección no son igualmente importantes se multiplica cada una de las calificaciones de la tabla por su peso relativo, a fin de tener una selección más adecuada a los requerimientos de la empresa.
Tratamiento GI c o C M CR FR GT ER Suma 1A 50 70 70 24 2 3 9 228 IB 50 30 30 24 6 3 63 206 1C 50 30 50 40 14 15 45 244 I D 50 50 70 56 14 21 63 324
Podemos concluir que el tratamiento que mejor se ajusta a los criterios de selección es la remoción de sólidos suspendidos mediante la filtración con lecho profundo.
Para la remoción de materia orgánica tenemos la siguiente valoración con base en los criterios establecidos.
Tratamiento GI C O C M CR FR GT ER Suma 2 A 3 3 5 7 7 5 5 35 2B 3 3 5 7 7 5 5 35 2C 1 3 3 10 7 10 7 41 2D 3 1 5 7 7 7 5 35 2E 1 7 7 7 7 10 5 44
E l tratamiento de oxidación química, empleando ozono para la degradación de materia orgánica, seguido de lodos activados son los más adecuados en cuanto a la ponderación de criterios y parámetros.
Considerando los pesos relativos de los criterios establecidos tenemos la siguiente evaluación para los tratamientos de remoción de materia orgánica:
Tratamiento GI C O C M CR FR GT ER Suma 2A 30 30 50 56 14 15 45 240 2B 30 30 50 56 14 15 45 240 2C 10 30 30 80 14 30 63 257 2D 30 10 50 56 14 21 45 226 2E 10 70 70 56 14 30 45 295
Una vez ponderado los tratamientos con base en los pesos relativos tenemos que la oxidación química es la alternativa más adecuada Sin embargo, cabe mencionar que la ozonificación esta poco probada para el tratamiento de aguas residuales. Por ello, se llevará acabo pruebas a nivel piloto para mostrar su efectividad en cuanto a remoción de materia orgánica.
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Para la eliminación del cromo (III) de las aguas residuales del proceso se tiene la siguiente valoración:
Tratamiento GI C O C M CR FR GT ER Suma 3A 1 3 5 10 10 10 7 46 3B 5 5 7 5 5 7 5 39
E l tratamiento con mayor valor es la remoción de cromo (III) mediante intercambio iónico. Considerando el peso relativo paralas valoraciones anteriores tenemos:
Tratamiento GI C O C M CR FR GT ER Suma 3A 10 30 50 80 20 30 63 283 3B 50 50 70 56 4 21 45 296
Como puede observarse una vez considerando el peso relativo de los criterios, el tratamiento más adecuado es la precipitación del Cromo(III).
En cuanto a la eliminación de color el análisis bajo los criterios establecido nos arroja los siguientes resultados:
Tratamiento GI C O C M CR FR GT ER Suma 4 A 5 3 5 7 5 7 5 37 4B 1 7 7 7 7 10 5 44 4C 1 1 3 10 10 10 7 42
E l tratamiento con mayor valor acumulado es la oxidación química mediante ozonificación para remover el color, seguida del uso de membranas de filtración. Ponderando estos valores respecto a los pesos relativos establecidos para cada criterio tenemos:
Tratamiento GI C O C M CR FR GT ER Suma 4 A 50 30 50 56 10 21 45 265 4B 10 70 70 56 14 30 45 295 4C 10 10 30 80 20 30 63 243
Podemos decir que la oxidación química es el tratamiento más adecuado considerando los criterios de evaluación.
Esta evaluación permite seleccionar el tren de tratamiento adecuado a los requerimiento de la empresa. Por lo tanto, se propone el siguiente tren de tratamiento para las aguas residuales del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
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Como primer proceso unitario se debe remover los sólidos mayores mediante una criba, dejando pasar la menor cantidad de sólidos mayores. Posteriormente se propone colectar el agua residual en una cisterna que funcionaria en una sección como sedimentador del cual al derramar el agua entraría a un tanque ecualizador.
Se detecto la necesidad de un tanque ecualizador debido a las variaciones en flujo y carga contaminante del agua residual. En el tanque ecualizador se propone el uso de oxígeno o en su caso una pre-ozonificación, que además de mantener mezclado el efluente inicie la degradación de materia orgánica y precipitación de sales disueltas.
Posteriormente, como se detecto en la evaluación de tecnologías, mediante un filtro de lecho profundo se removerán los sólidos suspendidos, tratando de controlar el tamaño de partícula a la entrada del filtro para asegurar su buen funcionamiento y tiempos de operación mayores.
Una vez removidos los sólidos sedimentables, se procederá a precipitar el Cromo(III), el sobrenadante pasará al sistema de oxidación química, donde se removerá la materia orgánica mediante la oxidación química con ozono. Finalmente el agua pasará si se considera necesario a un filtro de carbón para remover residuos de color o productos intermediarios de la oxidación. Se deberá determinar el pH al final del tratamiento, para establecer los requerimientos de alguna neutralización.
Se establece de manera hipotética que la calidad del agua a la salida del tratamiento estará dentro de los parámetros requeridos por la Norma NOM-003-ECOL-1997 que establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reusen en servicios al público. Si se logra tener estos parámetros el agua puede ser usada dentro del mismo proceso de Recurtido, Teñido y Engrase o ser vendida para su uso en la etapa de remojo del cuero dentro del proceso de Ribera.
En la Figura 5.6 se muestra de manera esquemática el tren de tratamiento propuesto para la empresa en estudio. Los parámetros señalados en el agua residual que entrará al tratamiento son valores típicos en las aguas del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
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Sistema de Cribado
Agua residual
DBO: 2,500 ppm SST: 890 ppm Cr(III): 160 ppm pH: 5
Filtro tubular Tanque sedimentador ecualizador.
Filtro de lecho profundo.
Sólidos menores de 200 mieras
3
Sólidos a confinamiento.
Agua de relrolavado
Sólidos adheridos al cartucho.
Aire u ozono
Agua Hatada
Cisterna de almacenamiento
c c Carbón activado
Reactivación de carbón
Adición de químicos
ozonificador
Agua filtrada sólidos menores de 5 mieras.
¡Tanque de precipitación
Cr(QH)3
Filtro prensa
DBO: <30 ppm SST: <30ppm GyA: <15 ppm
Figura 5.6 Tren de tratamiento propuesto para las aguas residuales provenientes del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
L a calidad del agua al final del tratamiento cumple más allá de la norma impuesta por SAP A L , para descargar al drenaje municipal, debido a que se empleará el agua nuevamente en el proceso o para riego de áreas verdes, cuyos límites máximos permisibles se señalan en la figura al finalizar el tratamiento.
5.6 PRUEBA DE TRATABILIDAD CON OZONO
Durante la selección de los sistemas de tratamiento del agua residual del proceso de R T E , se evaluó la oxidación química con ozono. Esta tecnología en desarrollo resulta de interés en el presente caso debido a los antecedentes bibliográficos del empleo en Europa del ozono para el tratamiento de aguas residuales de tenería.
Debido a que el agua residual de tenería tiene una gran cantidad de compuestos orgánicos refractarios, es decir difíciles de degradar por vía biológica, resulta de interés la oxidación química como tratamiento de este tipo de aguas.
Se llevó a cabo una prueba de tratabilidad del agua residual de la empresa en estudio empleando ozono para degradar la materia prima. En la Tabla 5.18 se muestran los resultados obtenidos. Los cálculos realizados para la determinación de la D B O se concentran en el apéndice E.
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Tabla 5.18 Resultados de la prueba de tratabilidad del agua residual con ozono.
Tiempo de g -0 3 / l pH DBO contacto (hrs) mg/1
0 0 3.87 1260 1 1.2 3.83 768 2 1.2 3.84 359.4 3 1.2 3.85 78.9
L a concentración de ozono se selecciono en base a los artículos publicados sobre el empleo de ozono para el tratamiento de agua residual.
En la gráfica 5.1 se observa como la DBO disminuye considerablemente al completarse las tres horas de oxidación con ozono. Esto muestra que existe una disminución en la cantidad de materia orgánica al final del tratamiento del agua residual con el ozono.
1500
ot , , , , , 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Tiempo de contacto(hr)-03
Gráfica 5.1 Comportamiento de la DBO en función del tiempo de exposición del agua residual a una concentración de 100 mg-03/l de agua residual.
Se cuantificó además de la DBO la DQO con el fin de tener resultados más inmediatos de la funcionalidad del ozono. Sin embargo, los valores obtenidos de DQO a través de la oxidación con dicromato de potasio a reflujo abierto no permitió identificar con claridad el punto final de la titulación debido al color propio de la muestra
55
5.7 CONCLUSIONES
Es necesario que antes de mezclar las aguas provenientes de las distintas etapas, se tome en consideración la posibilidad de reducir los volúmenes de agua fresca que entran al proceso. De esta manera se tendrán ahorros más considerables. Por esto se propone el reuso del agua descargada en distintas etapas del proceso.
Desde el punto de vista técnico es posible reutilizar sin mayor tratamiento las aguas generadas durante el Lavado 1 en la tapa de Desengrase, dado que los componentes químicos y físicos son similares en ambas descargas. L a restricción en este caso es la logística de producción, la cual debería ajustarse para poder regresar el agua del Lavado 1 a otra carga que comience la etapa de Desengrase. Para ello se requiere instalar tubería para la conexión entre los equipos de proceso y llaves de control de flujo.
En la segunda alternativa de reuso, podemos decir que desde el punto de vista de transferencia de calor es factible realizar a contracorriente los enfriados, sustituyendo las tres entrada (volumen del 100% en base al peso del cuero) en paralelo de agua limpia que se tienen actualmente por un volumen del 200% en base al peso del cuero.
Desde el punto de vista operativo sería más complicado realizarlo en continuo, es decir en el momento en que el proceso entra a estas etapas. Para ello se requiere de un depósito y bombas de alimentación que permitan poder operar este sistema
Una vez analizadas las alternativas de reutilización, se evaluó bajo una serie de criterios la selección del tren de tratamiento de la mezcla de aguas residuales provenientes de las distintas etapas del proceso.
Se incluyó dentro de los procesos de tratamiento la oxidación química con ozono para la degradación de la materia orgánica, con el fin de mostrar la funcionalidad del sistema para aguas residuales de tenerías. Además el uso de ozono para la oxidación de material orgánico es recomendado para efluentes con compuestos complejos o difíciles de oxidar biológicamente por lo que puede ser una alternativa muy conveniente para el agua residual proveniente de una tenería
E n base a los resultados obtenidos de la disminución de la Demanda Bioquímica de Oxígeno podemos decir que el ozono puede ser una buena técnica para el tratamiento del agua residual del proceso de RTE, aunque su costo de inversión sea elevado lo hace atractivo ya que no genera lodos que se tenga que tratar posteriormente para su confinamiento final.
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CAPITULO 6
CONCLUSIONES GENERALES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES
L a situación actual que vive la industria curtidora en la ciudad de León, Gto., esta generando un cambio de conciencia en los empresarios. Los compromisos adquiridos con el municipio para el saneamiento de la cuenca Lerma-Santiago ha sido el detonante para que en el sector curtidor este tomando medidas para remediar los impactos ambientales propios de su proceso productivo.
Debido a que la industria curtidora es uno de los sectores donde se utilizan grandes volúmenes de agua, resulta importante el disminuir los consumos del líquido vital así como realizar un tratamiento adecuado de la misma, que permita reintegrarla en el proceso.
L a empresa en estudio descarga aguas residuales al drenaje municipal con un tratamiento de filtrado con mallas para remover sólidos mayores. Los principales compuestos químicos presentes en esta agua residuales son orgánicos, los cuales son difícilmente degradados por vía biológica debido a sus propiedades refractarias. Entre estos podemos mencionar compuestos aromáticos, esteres sulfonados, colorantes complejos de cromo, formaldehídos, fenolsulfonatos por mencionar algunos.
Los flujos descargados actualmente son de aproximadamente 210 m 3/día, con un promedio de 8.75 m3/hr. Con un pico máximo de 13.6 m3/hr., donde se estarían descargando los cuatro equipos al mismo tiempo en las etapas donde se consume un 200% /kg-cuero y un mínimo de 1.7 m3/hr., donde sólo se estaría descargando solo un equipo en una etapa donde se añadió un 100% de agua /kg-cuero.
E l tratamiento de las aguas residuales es una de las prioridades actuales que vive la empresa, dentro de las necesidades de selección de la tecnologías de tratamiento, son los espacios disponibles dentro de la nave así como los costos de inversión, mantenimiento y operación que pudieran generarse de la misma.
E l método aplicado para evaluar las tecnologías existentes permite ponderar cada uno de los criterios establecidos por la empresa, de esta manera la solución al problema se hace a la medida de dichas necesidades.
A través de ésta metodología, de una revisión bibliográfica y una prueba de tratabilidad del agua residual, se identifico que la oxidación con ozono puede ser una técnica adecuada para las necesidades de la empresa
Cabe señalar que las concentraciones y tiempos de contacto del ozono variaran dependiendo del tipo de compuestos presentes en el agua residual que se requiera tratar mediante ésta técnica, por lo que los resultados obtenidos de la prueba de tratabilidad en el presente trabajo no pueden generalizarse para cualquier agua residual.
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6.2 RECOMENDACIONES
Antes de diseñar la planta de tratamiento de aguas residuales se deben considerar las alternativas de reuso directo del agua residual generada en las etapas de Lavado 1 y Enfriado, ya que su carga contaminante y las condiciones de descarga (pH y temperatura) permite que sean utilizadas en contracorriente en etapas anteriores del proceso.
Sin embargo, es importante desarrollar una serie de experimentos con las aguas que se proponen de reuso directo, con el fin de identificar un posible daño en la calidad del cuero al final del proceso, así como el número de veces que estas pueden entrar sin tratamiento al proceso o el ajuste en concentración de químicos presentes en el efluente para su efectividad en la etapa de retomo.
E l tren de tratamiento propuesto en base a las necesidades de la empresa debe ser probado a nivel piloto para comprobar su efectividad de remoción. Para ello se propone la construcción de un rack donde se incluyan las distintas técnicas de tratamiento y se pueda simular las condiciones de operación. Se cotizó con la empresa A Q U A N O V A dicho sistema cotizando en un valor de $ 2,220 pesos más I V A incluye un separador ciclónico que remueve los sólidos mayores, tres porta filtros con cartuchos y carbón activado que simulan los filtros de lecho profundo para remoción de material suspendido hasta de 5 mieras y finalmente el carbón activado para remover color.
A este rack se le puede integrar el sistema de ozonificación para tener a nivel piloto el tren de tratamiento completo y la empresa en estudio pueda comprobar la efectividad del sistema propuesto en su conjunto.
E l sistema de ozonificación probado para la remoción de materia orgánica del agua residual del proceso de RTE, puede ser una buena técnica para la disminución de D B O . Sin embargo, se recomienda establecer mediante una experimentación más extensa las condiciones más adecuadas para que exista un contacto profundo entre el ozono y el agua residual, con esto se pueden mejorar los tiempos y dosis suministradas de ozono.
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59
14. Jochimsen Jan C , Schenk Harm, Jekel Martin R., Hegemann Werner,"Combined oxidative and biological treatment for separated stream of tannery wastewater",Wat. Sci. Tech. V o l 36, No.2-3, pp. 209-216, 1997.
15. E. Ates, D. Orhon and O. Tünay, "Characterization of tannery wastewaters for pretreatment- Selected Case Studies", Wat. Sci. Tech. Vol.36, No.2-3, pp.217-223, 1997.
16. Olin T.J., Bricka R . M . , "Zeolite: A single-use sorbent for the treatment of metals-contaminated water and waste streams", Mining Engineering, November 1998.
17. Walter J. Weber, Jr. ,"Control de la calidad del agua: Procesos fisicoquímicos", Editorial Reverte, S.A.
18. Federico de Lora Soria, Juan Miro Chavarria, "Técnicas de defensa del medio ambiente", Editorial Labor, S.A., Barcelona 1978.
19. Metcalf Eddy, Inc, "Wastewater Engineering, Treatment,Disposal, and Reuse", Third Edition, M e Graw-Hill, Inc.
20. Sans Fonfría Ramón, De Pablo Ribas Joan, "Ingeniería Ambiental: Contaminación y tratamientos",. Alfaomega Marcombo, Barcelona, España
21. Perfil Ambiental de Petróleos Mexicanos 1982-1988. Cultura Ecológica, A.C.
22. Manual de operación y mantenimiento de Sistemas de Tratamiento Fisicoquímico. SEDUE, 1987.
23. Nalco, "Manual del agua: Su Naturaleza, Tratamiento y Aplicaciones". Tomo I, McGraw HUI.
24. Mark J. Hammer. "Water and Wasterwater Technology". Second Edition. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
25. Matsumoto Mark R., Jensen James N . , Reed Brian E., "Physicochemical Processes", Water Environment Research, Vol.68, No. 4, pp. 431-443.
26. W. Wesley Eckenfelder, Jr. "Industrial Water Pollution Control". Second Edition. Me Graw HUI.
27. \\\\v» sjcin.üob.mx
28. Comisión Estatal del Agua de Guanajuato. "Informe de Gestión 1995-2000", "Estudios Hidrogeológicos y Modelos Matemáticos de los Acuíferos del Estado de Guanajuato".
29. Diario Oficial de la Federación 1992.
60
Apéndice A
Condiciones particulares de descarga CNA, SAPAL.
1.- CONDICIONES PARTICULARES DE DESCARGA IMPUESTOS POR CNA, PARA DESCARGA DE A G U A RESIDUAL E N CUERPOS RECEPTORES.
PARAMETRO LIMITE MAXIMO PROMEDIO MENSUAL DE 4 MUESTRAS
LIMITE MAXIMO DE UNA MUESTRA INDIVIDUAL
CARGA MAXIMA
Demanda bioquímica de oxígeno
150 mg/1 160 27,959
Sólidos suspendidos totales 150mg/l 160 27,959 Grasa y aceites 15 mg/1 20 2,796 Sulfuros 25 mg/1 30 4,660 Sólidos sedimentables mg/1 1 Temperatura Grados centígrados 30 Conductividad Microohms/cm 1,000 Potencial de Hidrógeno 6a9 Materia flotante Malla de 3 mm de
claro libre cuadrado Sustancias activas al azul de metileno.
mg/1 5
Salinidad mg/1 15 Color Escala Pt Co 100 Cromo hexavalente mg/1 0.1 Cromo total mg/1 5 Coliformes totales 1,000 NMP/lOOml 2,000
2. CONDICIONES PARTICULARES DE DESCARGA PARA L A INDUSTRIA DE LEÓN, A L A RED DE ALCATARTELADO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ACANTARTLLADO DE LEÓN, GTO.
PARÁMETROS (MILIGRAMOS POR LITRO, EXCEPTO
CUANDO SE INDIQUE OTRA COSA)
CONCENTRACIÓN PROMEDIO DIARIO
Temperatura (°C) 40 P H (Unidades de pH) 6 a l 0 Sólidos sedimentables (ml/lt) 10 Sólidos Suspendidos Totales (ml/lt) 350 Grasas y Aceites (mg/lt) 100 Sustancias Activas al Azul de Metileno (mg/lt) 15 Conductividad eléctrica (microohms/cm) 5000 Demanda bioquímica de oxígeno 350 Fósforo total (mg/lt) 21 Nitrógeno (mg/lt) 42 Cloruros (mg/lt) 70 Arsénico (mg/lt) 0.7 Cadmio(mg/lt) 0.7 Cianuros (mg/lt) 1.5 Cobre (mg/lt) 15 Cromo hexavalente (mg/lt) 0.5 Mercurio (mg/lt) 0.015 Níquel (mg/lt) 6 Plomo (mg/lt) 1.5 Zinc (mg/lt) 9 Sulfuros (mg/lt) 1
Apéndice B
Clasificación de sólidos según su naturaleza.
CLASIFICACIÓN DE SÓLIDOS E N BASE A SU NATURALEZA Y DETERMINACIÓN E N EL LABORATORIO.
SÓLIDOS
SSV: Sólidos Suspendidos Volátiles SSF: Sólidos Suspendidos Fijos SFV: Sólidos Filtrables Volátiles SFF: Sólidos Filtrables Fijos STV: Sólidos Totales Voláties STF: Sólidos Totales Fijos
Apéndice C
• Determinación de flujos de descarga. Tamaño y carga de los sólidos presentes en
agua residual.
FLUJOS DE DESCARGA
Para el cálculo del flujo/día de agua residual descargada al drenaje municipal se tienen los siguientes datos:
• Se cuenta con cuatro equipos para el proceso. • Cada equipo es cargado con 1700 kg de cuero. • E l tiempo de proceso para una carga es de aproximadamente 10 hrs. • Se trabajan tres turnos diarios (24 hrs).
E l número de cargas por día que pueden ser procesadas en un equipo se obtiene mediante el siguiente cálculo:
No. de cargas procesadas por equipo = (24 hrs-trabajo)/ (10 hrs-proceso) = 2.4 cargas
Por lo tanto en cada equipo se pueden procesar 2.4 cargas de 1700Kg de cuero por día de trabajo. L a capacidad máxima de la planta actualmente es de:
Capacidad en planta =( 2.4 cargas-equipo) (4 equipos) = 9.6 cargas/día
E l volumen de agua utilizado es de 13.95 litros/Kg-cuero; si una carga es de 1700 K g la cantidad de agua utilizada es de:
Volumen de agua para una carga de proceso = (13.95 litros/kg-cuero)(1700 kg-cuero)
Volumen de agua = 23,715 litros/carga
Para la capacidad máxima de producción, es decir 9.6 cargas al día se emplearía un volumen de agua de 227,664 litros.
Volumen total de agua = (9.6 cargas/día)(23,715 litros/carga) = 227,664 litros/día
Se estima que el volumen de agua de entrada al proceso es aproximadamente la misma cantidad descargada como agua residual, con una variación del 10 % que es absorbida por el cuero durante el proceso.
L a empresa pocas veces opera a su máxima capacidad, debido a que está sujeta a las variaciones del mercado. Durante el año muestra dos periodos de elevada producción: Mayo-Junio y Septiembre-Octubre.
En la siguiente tabla se muestra la producción del mes de septiembre y la cantidad de agua consumida en el proceso. Aquí se puede observar la gran fluctuación en cuanto a la cantidad de agua residual descargada en un período de tiempo.
CALCULO DEL VOLUMEN TOTAL DRENADO DURANTE DOS MES DE PRODUCCIÓN
Semana de Cargas Volumen Volumen (x-x) (x - x )2 producción no. litros/día litros/dia
33 12 284580 0 -251124.9 63063720781 6 142290 0 -251124.9 63063720781 18 426870 0 -251124.9 63063720781 18 426870 0 -251124.9 63063720781 18 426870 0 -251124.9 63063720781 24 569160 0 -251124.9 63063720781 9 213435 0 -251124.9 63063720781
34 9 213435 0 -251124.9 63063720781 6 142290 0 -251124.9 63063720781 12 284580 0 -251124.9 63063720781 15 355725 0 -251124.9 63063720781 18 426870 0 -251124.9 63063720781 19 450585 0 -251124.9 63063720781 0 0 0 -251124.9 63063720781
35 0 0 71145 -179979.9 32392768261 0 0 71145 -179979.9 32392768261 15 355725 142290 -108834.9 11845037790 18 426870 142290 -108834.9 11845037790 12 284580 142290 -108834.9 11845037790 9 213435 189720 -61404.9 3770563060 0 0 213435 -37689.9 1420529370
36 0 0 213435 -37689.9 1420529370 0 0 213435 -37689.9 1420529370 9 213435 213435 -37689.9 1420529370 3 71145 213435 -37689.9 1420529370 6 142290 213435 -37689.9 1420529370 9 213435 213435 -37689.9 1420529370 0 0 213435 -37689.9 1420529370
37 0 0 284580 33455.1 1119242999 0 0 284580 33455.1 1119242999 3 71145 284580 33455.1 1119242999 9 213435 284580 33455.1 1119242999 18 426870 284580 33455.1 1119242999 13 308295 308295 57170.1 3268419109 8 189720 332010 80885.1 6542397669
38 0 0 355725 104600.1 10941178679 0 0 355725 104600.1 10941178679 12 284580 355725 104600.1 10941178679 9 213435 355725 104600.1 10941178679 9 213435 426870 175745.1 30886336408 12 284580 426870 175745.1 30886336408 18 426870 426870 175745.1 30886336408
39 0 0 426870 175745.1 30886336408 0 0 426870 175745.1 30886336408 24 569160 426870 175745.1 30886336408 22 521730 426870 175745.1 30886336408 15 355725 426870 175745.1 30886336408 21 498015 450585 199460.1 39784327218 21 498015 450585 199460.1 39784327218
40 18 426870 498015 246890.1 60954716188 14 332010 498015 246890.1 60954716188 15 355725 521730 270605.1 73227114347 24 569160 569160 318035.1 1.01146E+11 24 569160 569160 318035.1 1.01146E+11 19 450585 569160 318035.1 1.01146E+11 0 0 569160 318035.1 1.01146E+11
14062995 1.9839E+12
1. - Media
x= 251124.9 litros/día
2. - Mediana = Al ordenar los datos de manera descendente es el valor que se encuentra
a la mitas de la lista.
M= (213435 + 284580)/2 = 249007.5 litros/día
3. - Desviación estándar
s= 189923.45 litros/día
Eliminando los datos extremos tenemos que:
s= 137194.19 litros/dia
E Q U I P O E M P L E A D O P A R A L A DETERMINACIÓN D E L A C A R G A D E L A S PARTÍCULAS.
En el tubo de vidrio se coloco un volumen de agua residual y se introdujeron dos alambres de cobre, los cuales se conectaron a una corriente de 12 Volts aproximadamente.
Las partículas suspendidas presentes en la muestra se movilizaron hacia el electrodo con carga negativa.
Apéndice D
Balance de energía para las etapas de enfriamiento.
B A L A N C E DE ENERGÍA PARA LAS ETAPAS DE ENFRIAMIENTO
Para llevar acabo el balance de energía en estas etapas se considero que el calor que se removía durante las etapas de enfriado era transferido al agua utilizada para ello. Tomando en consideración este supuesto, los datos de capacidad calorífica del cuero son sustituidos por los del agua, para todos los cálculos se considero un Cp= 0.993 kcal/kg°C.
L a temperatura del agua descargada durante el enfriado es medida por un termopar incluido en el equipo de proceso, esta es registrada en las bitácoras de producción. Para los cálculos se obtuvo un promedio de esas temperaturas reportadas siendo:
Temperatura del agua en el Enfriado 1= 38°C Temperatura del agua en el Enfriado 2= 34°C Temperatura del agua en el Enfriado 3= 32?C
E l agua de entrada en cada una de las etapas es de 24°C aproximadamente.
Considerando la densidad del agua de 1 g/1 en cada etapa se introduce una masa de 1700 kg de agua, según la formulación establecida.
Calculando el calor removido del cuero en cada una de las etapas de enfriado tenemos:
E N F R I A D O 1-
Q l = (1700 kg-agua) (0.993 kcal/kg°C) ( 38°C - 24°C) Q l = 23,633.4 kcal/1700 kg'cuero Ql= 13.9 kcal/kg-cuero
E N F R I A D O 2 -
Q2= (1700 kg) (0.993 kcal/kg°C) ( 34°C - 24°C) 02= 16,881 kcal/1700 kg-cuero Q2= 9.93 kcal/kg-cuero
E N F R I A D O 3.-
Q3= (1700 kg) (0.993 kcal/kg°C) ( 32°C - 24°C) Q3= 13,504.8 kcal/1700 kg-cuero Q3= 7.94 kcal/kg-cuero
Considerando la adición de un volumen del 200% sobre el peso del cuero en el Enfriado 3 y esta descarga entre al Enfriado 2 y a su vez al Enfriado 1, tendría las siguientes temperaturas de salida.
E N F R I A D O 3.-
Q 3 = m C p ( T f - T i )
13,504.8 kcal = 3400 kg (0.993 kcal/kg°C) ( T f - 24°C) Tf=28 °C
E N F R I A D O 2.-
Q 2 = m C p ( T f - T i )
16,881 kcal = 3400 kg (0.993 kcal/kg°C) ( T f - 28°C) T f = 3 3 °C
E N F R I A D O 1-
Q l = m C p ( T f - T i )
23,633.4 kcal = 3400 kg (0.993 kcal/kg°C) ( T f - 33°C) T f = 4 0 ° C
Apéndice E
• Técnica de laboratorio para la medición de DQO y DBO en aguas residuales.
• Cálculos para la determinación de DBO.
DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO
1. GENERALIDADES
L a Demanda Química de oxígeno ( D Q O ) ofrece una manera de cuantíficar el oxígeno equivalente de la porción de materia orgánica contenida en una muestra de agua, que es susceptible a oxidarse mediante el empleo de un oxidante químico fuerte. E l método del dicromato refluido ha sido seleccionado para esta detenriinación por presentar ventajas comparativamente al empleo de otros oxidantes, es aplicable a una diversidad de muestras de agua y es de fácil manipulación.
E l procedimiento se basa en determinar la cantidad total de oxígeno requerido para lograr la oxidación total de la materia orgánica de acuerdo a la siguiente expresión:
C„HaObNo + (n + a/4 - b/2 - 3c/4) =2 • n C 0 2 + (a/2 - 3c/2)H 20 + c N H 3
En éste caso, todos los componentes orgánicos, con pocas excepciones, pueden ser oxidados por la acción de agentes oxidantes bajo condiciones acidas. Normalmente, los valores que se obtienen en éste procedimiento son mayores que los reportados por la DBO.
L a aplicación de esta prueba está basada en el tiempo relativamente corto de análisis y en la exactitud del procedimiento; empleándose comúnmente para determinar eficiencias en la operación de plantas de tratamiento, caracterización de aguas industriales, desarrollo de pruebas de tratabilidad.
2. LIMITACIONES
a) Ocurre la oxidación de la materia orgánica, sin importar su degradabilidad. b) No proporciona la velocidad de estabilización del desecho (k), tal como ocurriría en
la naturaleza por medio de la acción de los microorganismos. c) Ciertos compuestos no son susceptibles a la oxidación bajo condiciones de prueba, o
son demasiado volátiles para permanecer durante el reflujo. d) Las sustancias inorgánicas, tales como el Hierro Ferroso (Fe 2 + ), Sulfuros (S=),
Sulfitos (SO3 = ) , tiosulfatos (S2O3), nitriros (NO2) son oxidables bajo condiciones de análisis, generándose consecuentemente una alteración incrementada en los resultados.
3. VENTAJAS
a) E l costo del equipo de laboratorio y el tiempo requerido son menores, si se compara con el análisis de DBO, no así los reactivos. Las condiciones de oxidación son mucho más efectivas al abarcar una mayor gama de compuestos orgánicos, especialmente desechos tóxicos.
b) Se puede establecer una correlación con la D B O para condiciones de operación de plantas de tratamiento, o para descargas de aguas residuales, con la finalidad de tener valores rutinarios de eficiencias en mucho menor tiempo.
c) Este análisis es altamente adecuado para medir el contenido de materia orgánica de descargas industriales, ayuda a indicar las condiciones tóxicas presentes y la presencia de sustancias orgánicas resistentes.
4. REACTIVOS Y MATERIALES
• Dicromato de potasio (K 2 Cr 2 07) • Sulfato ferroso amoniacal hexahidratado ( F e f N H t M S O ^ - 6 H2O) • Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4)
• Sulfato de plata (Ag 2 S0 4 ) • 1,10 Fenantrolina (C12H8N2) • Sulfato mercúrico (HgS04)
5. PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
• Disolución estándar de dicromato de potasio.- Pesar aproximadamente 12.250 g de di cromato de potasio previamente secado durante 2 h a 105°C, disolver y aforar a 11 con agua destilada y homogeneizar.
• Disolución de sulfato ferroso amonical (0.25N).- Disolver en aproximadamente 800ml de agua destilada 98.0 g de sulfato ferroso amoniacal, agregar cuidadosamente 20 mi de ácido sulfúrico concentrado, enfriar y aforar a 11 con agua.
• Normalización de la disolución de sulfato ferroso amoniacal (0.25 M) . - Tomar una alícuota de lOml de la disolución estándar de dicromato de potasio 0.0417. Diluir con agua a lOOml, agregar 30ml de ácido sulfúrico concentrado y homogeneizar, enfriar y valorar con la disolución de sulfato ferroso amoniacal 0.25M, utilizando 3 gotas de 1,10 fenantrolina como indicador, hasta el cambio de color azul verdoso a café rojizo.
• Disolución de ácido sulfürico-sulfato de plata.- Disolver cristales o polvo de sulfato de plata, en ácido sulfúrico concentrado en una relación 5.5 g AgS04/Kg H2SO4.
6. PROCEDIMIENTO ANALITICO
• Coloque 1.0 gr de Sulfato de Mercurio (HgS04) en un matraz de reflujo. • Adicione 50 mi de muestra, o una dilución a 50 mis completando con agua dstilada • Agregue 25 mis de la solución de Dicromato de Potasio estandarizado 0.25 N. • Ensamble el matraz de reflujo al condensador, lentamente agregue 75 mi de sulfato
de plata como catalizador, por la boca del condensador agitando el matraz de reflujo.
• Calentar el matraz que contiene la muestra y mantener el reflujo por espacio de dos horas a partir de momento que inicie la ebullición. Dejar enfriar y lavar el condensador con 25 mi de agua.
• Añadir agua por el extremo superior del condensador hasta completar un volumen aproximado de 300ml, enfriar a temperatura ambiente.
• Agregar 3 gotas de 1,10 fenantrolina como indicador y titular con la disolución de sulfato ferroso amoniacal 0.25M. Tomar como punto final el primer cambio de color de azul verdoso a café rojizo.
• Llevar simultáneamente un testigo preparado con agua y todos los reactivos que se utilizan en el procedimiento.
7. C A L C U L O S
m ¿ l = (a-b)Nx8000 mis. de muestra
donde: a: mis. de titulador requeridos para el testigo, b. mis. de titulador requeridos para la muestra N : normalidad del titulador
= Mililitros de Dicromato x 0.25 N Mihlitros de titulador
Nota: éste procedimiento es aplicable únicamente a muestras en que se estime un valor D Q O mayor a 50 mg/1.
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO
1. GENERALIDADES
La Demanda Bioquímica de Oxígeno es la cantidad de oxígeno molecular requerido por los microorganismos para descomponer y así asimilar la materia orgánica bajo condiciones aeróbicas, obteniéndose consecuentemente productos terminales de la reacción (minerales y gases). Esta prueba de laboratorio es catalogada como un bioensayo; consiste en cuantificar el oxígeno consumido por los microorganismos vivos(generalmente bacterias), al utilizar como alimento la materia biodegradable presente en los desechos orgánicos, todo esto bajo condiciones similares a las que se desarrollarían en la naturaleza
L a velocidad a la que se llevan acabo estas reacciones es controlada por la población de microorganismos y por la temperatura. Los efectos de la temperatura se controlan manteniendo el experimento a 20°C.
Teóricamente se requiere de un tiempo infinito para lograr la oxidación biológica, pero para fines prácticos, esta reacción puede considerarse completa a los 20 días. Sin embargo, se ha encontrado por experiencia que del 60 al 80% del DBO se realiza en los primeros cinco días.
L a D B O tiene una gran aplicación en el área de control de la contaminación; es la forma usual de cuantificar el grado de contaminación de las aguas, al ser identificado el oxígeno requerido necesario para lograr la estabilización de la materia orgánica biodegradable. Además es empleada como un término esencial para el diseño de unidades de tratamiento de aguas y para comprobar la eficiencia en la operación de los sistemas de control de la contaminación.
2. REACTIVOS Y MATERIALES
• Fosfato monobásico de potasio (KH2PO4)
• Fosfato dibásico de potasio (K2HPO4) • Fosfato dibásico de sodio pentahidratado (Na2HPÜ4 7H 2 0) • Cloruro de amonio (NH4CI) • Sulfato de magnesio heptahidratado (MgS04 7H2O)
• Cloruro de calcio anhidro (CaCk) • Cloruro férrico hexahidratado (FeCb - 6F£ 20) • Ácido Sulfúrico concentrado (H2SO4)
• Hidróxido de sodio (NaOH)
3. PREPARACIÓN DE DILUCIONES
• Disolución amortiguadora de fosfatos.- Pesar aproximadamente 8.5 g de fosfato monobásico de potasio, 21.75g de fosfato dibásico de potasio, 33.4 g de fosfato dibásico de sodio y 1.7 g de cloruro de amonio, disolver en 500ml de agua y aforar a 11. E l p H de la disolución debe ser de 7.2.
• Disolución de sulfato de magnesio.- Pesar aproximadamente 22.5g de sulfato de magnesio heptahidratado, disolver en agua destilada y aforar a 1 litro.
• Disolución de cloruro calcio.- Pesar aproximadamente 27.5g de cloruro de calcio anhidro, disolver y aforar a 1 litro.
• Disolución de cloruro férrico.- Pesar aproximadamente 0.25 g de cloruro férrico hexahidratado, disolver a aforar a 1 litro con agua destilada
4. PROCEDIMIENTO ANALITICO
A ) Preparación del agua de dilución.- Burbujeé aire limpio de una compresora a un recipiente que contenga agua destilada con el fin de saturarla de oxígeno. Esto se logra en un lapso de 10 a 15 minutos. Vierta cuidadosamente, sin provocar burbujas, el agua aereada en una probeta de 1000 mis; añádale un mililitro de cada una de las siguientes soluciones de micronutrientes: Solución buffer de fosfatos, solución de sulfato de magnesio, solución de cloruro férrico, solución de cloruro calcico.
B) Inoculo.- Algunas aguas no contienen microorganismos por ser efluentes resultantes de procesos industriales altamente tóxicos para ellas, agua descargadas a altas temperaturas, aguas salinas, aguas de caldera, etc. En estos casos será necesario agregar al agua de dilución una cierta muestra de agua que contenga microorganismos; se pueden emplear de 1 a 10 mis. de agua residual doméstica, por cada litro de agua de dilución. Esta preparación deberá de guardarse en incubadora durante un lapso estándar de 24 a 36 horas.
C) Pretratamiento- Muestras alcalinas ó acidas , deben neutralizarse a un pH aproximado de 7, con soluciones de ácido sulfúrico o de hixróxido de sodio, según se requiera. Muestras con cloro residual, deben reposar al aire libre por dos horas o adicionar sulfito de sodio. Muestras con tóxicos, requieren de un tratamiento especial.
D) Procedimiento de dilución.- Aireé el agua destilada para saturarla de oxígeno, agregue los nutrientes requeridos tal como se indica en la preparación del agua de dilución. Seleccione la dilución del agua a analizar de acuerdo a la concentración esperada de D B O (vea tabla de diluciones). Vierta cuidadosamente el agua de dilución al interior de una botella de Winkler, agregue cuidadosamente la cantidad de agua de muestra deseada Llene la botella con agua de dilución al borde del cuello. Tape la botella revisando cuidadosamente la presencia de burbujas de aire atrapado en el interior de la botella, de existir debe expulsarlas. E l procedimiento debe realizarse en dos botellas de Winkler bajo condiciones idénticas. En una de las botellas será necesario determinar el contenido de oxígeno disuelto a los 15 minutos. La otra botella de Winkler deberá de ser colocada en una incubadora a 20°C por cinco días en la obscuridad absoluta Selle los frascos con agua, llenando el espacio superior entre el cuello de la botella y el tapón. A l cabo de cinco días determine el oxígeno remanente.
E) Diluciones sugeridas para el análisis de la DBO
Empleando mezclas Por pipeteo directo en botellas de 300 mis
% Mezcla Rango esperado mis. Rango esperado 0.01 20,000-70,000 0.02 30,000-105,000 0.02 10,000-35,000 0.05 12,000-42,000 0.05 4,000-14,000 0.10 6,000-21,000 0.10 2,000-7000 0.20 3,000-10,500 0.20 1,000-3,500 0.50 1,200-4,000 0.50 400-1,400 1.00 600-2,100 1.00 200-700 2.00 300-1050 2.00 100-350 5.00 120-420 5.00 40-140 10.00 60-210 10.00 20-70 20.00 30-105 20.00 10-35 50.00 12-42 50.00 4-14 100.00 6-21 100.00 0-7 300.00 0-7
Fuente: Sawyer & McCarthy. Environmental Chemestry for Engineering.
5. RESULTADOS
(O.Dinicial) - (O.D final)
Donde:
O.D inicial : oxigeno disuelto en la muestra diluida, 15 minutos después de su preparación.
O.D final: oxígeno disuelto en la muestra diluida después de 5 días de incubación.
P = volumen de la muestra/ volumen total
CÁLCULOS PARA L A DETERMINACIÓN DEL DBO
L a técnica seleccionada para la determinación del D B O fue la de diluciones, en la cual se cultivó un inocuo en el agua de dilución; la medición del oxígeno disuelto se realizó con un medidor de oxígeno disuelto modelo HI-9143 H A N N A instruments.
Los resultados se muestran en la siguiente tabla volúmenes de titulante empleados en cada muestra fueron:
M U E S T R A Oxígeno Disuelto inicial
Oxígeno Disuelto final
Vo l . De muestra mis.
Agua residual sin tratar (Mo) 7.78 3.58 1
Muestra tratada lhr (MI ) 7.24 4.68 1
Muestra tratada 2 hr (M2) 8.37 2.38 5
Muestra tratada 3hr (M3) 7.76 5.13 10
Cálculos:
DBOmgll = OxígenoDisueltoinical - OxígenoDisueltofinal
VolumenDeLaMuestra VolumenTotal
DBO(mg/l) = 7 - 7 8 ^ 7 ; 3 - 5 8 ^ = nSOmgll m/300ml
DBOimgll) = MPP»-*-<*PP>" = 7 6 8 m g / /
Iml/ '3OQ0I/
DBO{mgll) = 8 - 3 7 ^ - 2 . 3 8 ^ =
5mL '30QTO/
AoOml
Apéndice F
Caracterización del agua residual del proceso de Recurtido, Teñido y Engrase.
CARACTERIZACIÓN D E L A G U A RESIDUAL D E L PROCESO D E RTE (WET-BLUE)
1.-FORMULACIÓN V E R O N A
Etapa pH Conductividad Micrhomos/cm2
DQO ppm
DBO Ppm
SST ppm
SAAM ppm
Sól.Sedim. ml/1
GyA P P m
Cr total P P m
Na ppm
Desengrase 3.3 12850 14000 8360 2490 48.85 378.1 216 Lavado 1 5.4 6880 11000 6450 420 13.57 42.92 36 Lavado 2 5.8 9780 10500 6220 380 17.88 18.44 36 128 2178 Enfriado 1 3.8 6030 16500 9500 1030 21.26 7.80 52 29 781 Enfriado 2 3.8 4000 11500 6320 530 26.40 2.22 39 Enfriado 3 4.0 2870 11000 6200 460 26.82 1.34 22 Lavado 3 3.5 3700 11000 6200 450 66.33 9.22 243 Lavado 4 3.6 3970 12500 7460 280 33.90 0.90 86 Compuesta de lavados
4.5 6080 11000 6480 380 25.97 • 125 174.9 2882
Compuesta de enfriados
3.8 4160 13000 7700 580 30.34 54 19.4 77.6
2.- FORMULACIÓN B R E E D
Etapa pH Conductividad DQO DBO SST SAAM Sól.Sedim. GyA Cr total Na Micrhomos/cm2 ppm ppm ppm ppm ml/1 ppm ppm ppm
Lavado 1 4.5 9390 1600 600 590 3.31 40.83 98
Lavado 2 5.7 10500 2000 780 720 4.34 19.17 67 143.7 1581
Enfriado 1 4.3 7050 4000 840 360 4.34 3.90 82 28.3 1595
Enfriado 2 4.3 4660 3600 840 330 4.29 1.00 48 Enfriado 3 4.3 3530 2000 600 100 0.77 0.96 38 Lavado 3 4.3 6410 3600 720 450 7.86 5.75 150 Lavado 4 4.1 4520 2000 600 200 6.18 2.80 124 Compuesta de lavados
4.0 7350 2400 600 450 5.12 113 86.4 990
Compuesta de enfriados
4.1 5150 3200 720 200 3.65 56 19.3 495
CARACTERIZACIÓN D E M U E S T R A S T O M A D A S D E L A CISTERNA D E D E S C A R G A ( M E Z C L A DE TODAS L A S E T A P A S D E L PROCESO)
Las muestras fueron tomadas en una jornada laboral de 10 hrs, con los cuatro equipos operando.
Muestra Toma pH Temperatura Sólidos SST Sol. disueltos Tiempo horas °C Sedimentables (ml/1) ppm ppm
1 11:30 a.m 5.11 38 250 2100 24260 2 12:30 p.m 5.62 42 200 1170 9400 3 13:30 p.m 3.69 39 50 3700 11520 4 2:30 p.m 3.88 38 10 650 5880 5 3:30 p.m 3.86 38 1.5 180 5200 6 6:00 p.m 3.60 37 16 690 5350 7 7:00 p.m 3.77 39 1 160 5560 8 8:00 p.m 4.03 38 70 350 7770 9 9:00 pm 3.91 37 130 550 4560
Estos parámetros fueron medidos en el laboratorio de la empresa, empleando un potenciómetro pH meter 445 Corning, para la medición del pH una balanza analítica Ohaus, una parrilla de calentamientos y un horno Telisa para la determinación de sólidos suspendidos totales y sólidos disueltos. Los sólidos sedimentables fueron medidos en un cono Imof. Las técnicas empleadas se muestran en el apéndice B.
