INTRODUCCION

Las aguas residuales industriales se generan del desarrollo de la actividad econ6mica en

el ambito mundial y son tan diversas como dicha actividad.

Se considera que su contaminaci6n ambiental es importante, y tiene un impacto

significativ~ en su entorno ambiental.

Dada esta diversidad de efluentes industriales, se pretende dar apoyo con esta

investigaci6n a la actividad industrial de enlatado de vegetales.

Aunque las aguas residuales generadas de esta actividad en general no contienen

organismos pat6genos y cada industria presenta una problematica particular e incluso,

entre plantas distintas de una misma industria se pueden encontrar variaciones en la

calidad de sus aguas residuales, pueden contener ademas de carga organica,

componentes inorganicos y otras sustancias no biodegradables que tienen un gran

impacto en el medio ambiente, ya que atacan directamente la viabilidad del sistema

natural.

Para un buen diseno y operaci6n de los sistemas de colecci6n, tratamiento y disposici6n

final es fundamental conocer la naturaleza de las aguas residuales. Estas pueden ser

caracterizadas en terminos de su composici6n fisica, quimica y biol6gica.

EI problema a resolver es la separaci6n de los compuestos presentes en el agua por

medio de la transformaci6n de la materia organica en material inorganico y la reducci6n 0

eliminaci6n de los organismos pat6genos y su disposici6n final, de la manera mas

eficiente posible y al minima costo.

Para la separaci6n se puede hacer uso de medios fisicos, qufmicos, biol6gicos 0 de

mezclas de los anteriores, 10 cual es 10 mas comun, 10 que permite optimizar el efecto de

separaci6n, se tienen asf separaciones de tipo fisico, ffsico-qufmico y biol6gico. Los

cuales son de aplicaci6n en esta investigaci6n profundizando en la separaci6n biol6gica

mediante el uso de microorganismos facultativos y de acci6n dirigida a este tipo de

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actividad , evaluando su capacidad de adaptacion , crecimiento , condiciones ambientales y

eficiencia en la remocion de la carga contaminante.

Las bacterias participan en la primera etapa del tratamiento biologico ya que metabolizan

y crecen utilizando la demanda bioqufmica de oxfgeno y los solidos orgc'micos en

suspension , presentes en el afluente. Una degradacion biologica efectiva de los desechos

orgc'micos depende de la accion de una gran variedad de bacterias; el problema es que

ninguna planta de tratamiento tiene la poblacion diversa, adecuada y balanceada de

bacterias que se necesita para la degradacion de los desechos.

La industria de enlatado de vegetales analizada en este trabajo paga tasa retributiva, y

con la implementacion de un tratamiento biologico se pretende generar beneficios

economicos disminuyendo el costa de esta , disminuyendo la contaminacion ambiental.

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1. MARCO TEORICO

1.1 LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Los vertidos industriales, debido a su gran diversidad, necesitan una investigacion propia

de cada industria y la aplicacion de procesos de tratamiento especificos. Por 10 tanto, el

buen funcionamiento de las plantas de tratamiento para estas aguas dependera de que se

realice previa mente un estudio minucioso , ya que cualquier elemento nocivo, que no se

tenga en cuenta, pod ria perturbar seriamente la instalacion , sobre todo, los procesos

biologicos que formen parte de las mismas. En las aguas residuales industriales puede

ocurrir que no exista suficiente presencia de nutrientes, por 10 que, cuando se van a

desarrollar tratamientos biologicos, es necesario afiadir nutrientes para permitir el

adecuado crecimiento bacteriano y la consiguiente degradacion de los residuos organicos

(Gimeno, M. M.,1999,10).

Los contaminantes industriales mas significativos clasificados en funcion de los metodos

de tratamiento que les son aplicables, son:

• Elementos insolubles separables fisicamente con 0 sin floculacion : Materias grasas

flotantes (grasas, hidrocarburos alifaticos, alquitranes, aceites organicos, etc.),

materias solidas en suspension (arenas, oxidos, hidroxidos, pigmentos, azufre

coloidal, latex, fibras , etc.) .

• Elementos organicos separables por adsorcion : Colorantes, detergentes, compuestos

macromoleculares diversos , compuestos fenolados .

• Elementos separables por precipitacion: Metales t6xicos 0 no, hierro, cobre, niquel,

zinc, berilio, titanio, aluminio , plomo, mercurio y cromo, precipitables en una cierta

zona de pH. Los sulfitos, fosfatos, sulfatos y fluoruros son separables por

precipitacion mediante la adicion de Ca+2.

• Elementos que pueden precipitar en forma de sales insolubles de hierro 0 de

complejos: Sulfuros, fosfatos, cianuros, sulfocianuros .

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• Elementos separables por desgasificaci6n: H2S, NH4 , alcoholes, fenoles, sulfuros .

• Elementos que necesitan una reacci6n de 6xido-reducci6n: Cianuros, cromo

hexavalente, sulfuros , cloro, nitrito.

• Acidos y bases: Acido clorhfdrico, nftrico, sulfurico y fluorhfdrico; bases diversas.

• Elementos que pueden concentrarse por intercambio i6nico 0 por 6smosis inversa:

sales de acidos y de bases fuertes, compuestos organicos ionizados (intercambio

i6nico), compuestos organicos no ionizados (6smosis inversa).

• Elementos que se adaptan a un tratamiento biol6gico: Todos los elementos

biodegradables como azucares, protefnas, fenoles, etc. Estos tratamientos pueden

aplicarse tam bien a compuestos organicos como formol, anilina y ciertos detergentes,

despues de su aclimataci6n .

1.1.1. CARACTERisTICAS ESPECiFICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA

INDUSTRIA ALiMENTARIA CONSERVERA DE VEGETALES

Los vertidos de la industria alimentaria se caracterizan por un elevado contenido en

materia organica, particularmente en forma soluble; presentan una tendencia hacia la

acidificaci6n y rapida fermentaci6n. Por tanto, el tratamiento mas apropiado es el

biol6gico, aunque a menudo se requiera un pretratamiento y adici6n de nutrientes.

Origen de vertido y caracterfsticas de los efluentes de las aguas residuales de la industria

alimentaria conservera de vegetales:

• Transporte y lavado del producto.

• Pelado (banos alcalinos, aclarado y cambio de banos agotados).

• Escaldado.

• Limpieza de maquinaria y salas.

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La caracteristica principal de esta industria es la alta estacionalidad ; las aguas presentan

contaminacion muy variable , dependiendo del proceso utilizado en la empresa .

Una caracterizacion tfpica de aguas residuales de la industria de conservas de vegetales

se presenta en la tabla 1.

Tabla 1. Generacion de OB05 en el procesamiento de vegetales como conservas

(Universidad Catolica de Valparaiso, 2001 ,18).

Productos g. de DBOs/Kg de conserva Frijoles 5 -7,5

Zanahorias 18 - 25 Guisantes 15 -18

Como se observa son aguas asimilables a urbanas en cuanto a su tratamiento . La

aplicacion de nuevas tecnologias reduce mucho las cargas y caudales de vertido como el

transporte neumatico, pelado mecanico , etc.

1.2. PARAMETROS FISICOQUiMICOS Y MICROBIOLOGICOS

Cuando se opere con aguas industriales hay que tener en cuenta que:

1. La relacion entre la 000 y la OB05 evoluciona en las distintas fases de tratamiento,

pudiendo Ilegar la 000 final , en algunos casos, hasta mas de 5 veces el valor de la

IOBO correspondiente. \ r \ t_ ('I It. it (" I

2. La presencia de toxicos muy activos puede enmascarar la presencia de materias

biodegradables y falsear la medida de la OBO.

3. La OBO y la 000 miden la materia organica biodegradable (compuesta

principalmente por proteinas, carbohidratos y grasas ani males). Su estabilidad

biologica puede lIevar a un agotamiento de oxigeno.

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1.2.1. PARAMETROS FISICOQUilVllCOS

• Temperatura: La temperatura no solo influye en las actividades metabolicas de la

poblacion microbiana, sino que tam bien tiene un profundo efecto sobre factores tales

como la velocidad de transferencia de gases y sobre las caracterfsticas de

sedimentacion de los solidos biol6gicos .

. J Oxfgeno disuelto: Es necesario para la respiracion de los microorganismos aerobicos;

su solubilidad en el agua depende de la presion parcial del gas en la atmosfera, la

temperatura y la pureza del agua (presencia de ciertos iones). EI oxfgeno tiene una

solubilidad en el agua relativamente baja (9.8 ppm a 20°C).

• pH: Los valores de pH muy altos (>10) 0 muy bajos «3) son inhibitorios para la

mayorfa de los microorganismos. EI pH bajo es con frecuencia una consecuencia de

la produccion de H2S04 por el desarrollo de las bacterias oxidantes del S cuando se

encuentra expuesto al aire .

./• Grasas y aceites: Las grasas son poco solubles en el agua; algunas pueden ser

saponificadas por la presencia de detergentes; no todas son facilmente removibles por

flotacion y por 10 tanto consumen agentes oxidantes para su eliminacion; en los

tratamientos biologicos presentan problemas p~r que interfieren en la transferencia de

oxfgeno atmosferico con el agua .

• Vsolidos totales: Estan constituidos principalmente por compuestos organicos como

protefnas, carbohidratos, grasas y aceites.

• / Solidos suspendidos: Su tamano de partfcula es >1 0-3 ~lm. Se disuelven en el agua,

pudiendo conducir al desarrollo de condiciones anaerobias. En su mayorfa son de

naturaleza organica y p~r ello ejercen demanda de oxfgeno .

• JSOlidOS disueltos: Su tamano de partfcula es <10-6 ~m. Se componen de las

moleculas organicas, inorganicas e iones que se encuentran disueltos en el agua. Las

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moleculas organicas son oxidables qufmica 0 biologicamente a compuestos inocuos

como dioxido de carbona yagua.

/• Solidos sedimentables: Su tamano de partfcula es >10-2f1.m. Sedimentan bajo la

accion de la gravedad. La figura 1 es un diagrama explicativo de los distintos tipos de

solidos (Restrepo M. A., 1986,10).

· J 000: Con el fin de calcular la "actividad" 0 contenido de carbono de un efluente con

relacion a su demanda de oxfgeno, se aplica la prueba de dicromato de la Demanda

Oufmica de Oxigeno (000), la cual determina la totalidad del material con contenido

de carbona incluyendo compuestos no biodegradables. Tal estimacion es valida,

particularmente en el anal isis de los efluentes industriales.

•.J DBO: Dado que los efectos mas importantes en un agua residual son con frecuencia

consecuencia de la actividad biologica, es mas apropiado realizar una estimacion del

material con contenido de carbona en relacion con su efecto biologico.

• . Nitrogeno y fosforo: Son los principales nutrientes en el vertido de aguas residuales y I

f"'....

. estimulan el crecimiento de algas y plantas acuaticas; las elevadas concentraciones

de nitrogeno en las aguas residuales tienen efectos negativos como la reduccion de la

concentracion de oxfgeno disuelto y toxicidad.

• EI Nitrogeno de un agua residual reciente se encuentra principal mente como urea y

materia proteica y la descomposicion por bacterias cambia esta forma a amoniaco

(Grant W.O. and Long P.E., 1989,5).

• Detergentes (ABS): Alquil benceno sulfonatos, material organico (surfactante); es un

compuesto de baja bioodegradabilidad, utilizado a nivel mundial desde 1950. En

Colombia se ha utilizado desde 1973. Tiene la propiedad de disminuir la tension

superficial de los Ifquidos en los que esta disuelto. La caracterfstica mas perjudicial de

los detergentes es su no biodegradabilidad, ya que actuan como autodepuradores

inhibiendo la oxidacion bioqufmica y biologica (Dfaz Baez M. C., 1999, 65)

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SOLIDOS TOTALES (ST) T = I03- 105°C

SOLIDOS INORGANICOS TOTALES o FIJOS (SF)

SOLIDOS VOLATILES TOTALES (SV) T= 600°C

SOLIDOS SUSPENDIDOS INORGANICOS (SSI)

SOLIDOS SUSPENDIDOS

SOLIDOS SUSPENDIDOS

I SOLIDOS TOTALES (STl ~

r VOLATILES (SSV)

SOLIDOS DISUELTOS INORGANICOS (SDI)

'---1 SOLIDOS DISUELTOS

SOLIDOS DISUELTOS VOLATILES (SDV)

Figura 1. Distintos tipos de s61idos presentes en las aguas residuales

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1.2.2. PARAMETROS IVIICROBIOLOGICOS

Las ventajas del estudio biologico frente a los analisis quimicos como indicadores de la

eficiencia del proceso radican en la mayor sensibilidad de los estudios biologicos por

cuanto cualquier variacion, por pequena que sea, en las condiciones del sistema provoca

cambios apreciables en el numero y composicion de las especies presentes; en cambio, y

por 10 que respecta a los para metros quimicos, una variacion de cualquier factor no

implica forzosamente una variacion del parametro quimico sometido al analisis.

La poblacion microbiana normal de un agua residual lim pia y de bajo contenido de

nutrientes, esta constituida por una gran variedad de especies con un numero

relativamente escaso de individuos pertenecientes a cad a una. Las bacterias aisladas con

mayor representatividad son bacilos gram - negativos miembros del genero

Pseudomonas, entre otros, los cuales se encuentran en cifras que generalmente no

exceden de 102 - 103 celulas/ml. Tras la incorporacion de material con contenido de

carbono, la primera respuesta que se registra en la microflora es el incremento casi

instantaneo de estas especies (~106 Iml) y por ende un aumento en el consumo de

oxigeno creando condiciones casi anoxicas. Con 10 cual surge una sucesion de

microorganismos como algas, hongos y protozoos .

1.2.2.1. Necesidades de nutrientes y de factores de crecimiento

Los principales nutrientes inorganicos necesarios para los microorganismos son:

nitrogeno, azufre, fosforo, potasio, magnesio, calcio, hierro, sodio y cloro. De menor

importancia son: zinc, manganeso, molibdeno, selenio, cobalto, cobre, niquel, vanadio y

tungsteno. Ademas, algunos microorganismos pueden necesitar nutrientes organicos

conocidos como facto res de crecimiento.

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1.2.3. MICROORGANISMOS IMPORTANTES EN EL TRATAMIENTO BIOLOGICO DE

AGUAS RESIDUALES

Los organismos eucariotas importantes en el tratamiento biologico de las aguas

residuales incluyen bacterias, hongos, protozoos, roUferos y algas.

Bacterias : En cuanto a su composicion celular, las bacterias contienen un 80% de agua y

un 20% de materia seca, de la cual el 90% es materia organica y 10% materia inorganica.

Estos microorganismos se utilizan para transformar materia organica disuelta y coloidal en

gases y nuevo material celular. Dado que el material celular tiene una gravedad

especffica levemente superior a la del agua, puede ser removido por sedimentacion

gravitacional del Jfquido tratado, dejando este en condiciones de ser descargado en los

cuerpos de agua. La tabla 2 muestra la composicion tipica de las celulas bacterianas .

Tabla 2. Composicion tfpica de las celulas bacterianas (Grant W. D., 1989, 15).

Elemento Porcentaje en masa (en seco) Intervalo Valor tipico

Carbono 45-55 50 Oxfgeno 16-22 20

Nitrogeno 12-16 14 Hidrogeno 7-10 8

Fosforo 2-5 3 Azufre 0.8-1.5 1 Potasio 0.8-1 .5 1 Sodio 0.5-2 1 Calcio 0.4-0.7 0.5

Magnesio 0.4-0.7 0.5 Cloro 0.4-0.7 0.5 Hierro 0.1-0.4 0.2 Otros 0.2-0.5 0.3

Puesto que todos estos elementos y compuestos deben proceder del medio ambiente en

el que se desarrolla la celula, la falta de cualquiera de ellos limitara su crecimiento y en

algunos casos, sera responsable de sus alteraciones. Las condiciones ambientales de

temperatura y pH tienen un papel importante en la supervivencia y crecimiento de las

bacterias, aunque pueden sobrevivir en un intervalo amplio de estos valores . Las

temperaturas por debajo de la optima tienen efectos negativos mas importantes sobre el

crecimiento que las superiores; se ha podido comprobar que las tasas de crecimiento se

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