TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

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1 Tema 5 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 1

2 1 MÉTODOS DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES Analizaremos en este capítulo los métodos de tratamiento necesarios para poder verter, ya sea a un sistema de alcantarillado con depuradora a final de línea o a cauce público. Se ha visto, por los datos manejados hasta el momento, la necesidad imperiosa de un sistema de homogeneización. Este será, debido a las características de las aguas y de los vertidos, uno de los puntos fundamentales del sistema de tratamiento. Por último, aunque se pueda prever el vertido a cauce público, por las características de las industrias existentes en Cataluña, ubicadas en ciudades, con poco espacio disponible y pudiendo verter a alcantarillado con posterior depuración, nos centraremos en los tratamientos mínimos para efectuar este vertido. 1.1 PRETRATAMIENTOS DESBASTE Es muy importante el desbaste en las aguas de tenería, se producen recortes y carnazas fáciles de ser arrastrados con las aguas, sean del mismo proceso o de las operaciones de limpieza de planta. Esporádicamente en zonas con implantación de las industrias de curtidos se producen atascos en los colectores debidos a pieles que han escapado a las rejas de desbaste, sea por una falta de control o por unos malos métodos de limpieza. Es necesario pues para un buen funcionamiento del sistema un primer desbaste con rejas de 3-5 cm. Por el tipo discontinuo de los vertidos pueden ser de limpieza manual, pero necesitan un control constante, 1-2 veces por turno de trabajo. Además son necesarias unas buenas instrucciones del procedimiento de limpieza, con la recogida de los residuos retenidos y su gestión con el resto de residuos sólidos, no es la primera vez, y no será la última si no se dan estas instrucciones, que la limpieza de una reja se efectúa levantándola y dejando escurrir los sólidos retenidos con el agua que se esta vertiendo TAMIZADO Un desbaste más intenso con rejas finas no es posible con este tipo de agua, el contenido en pelos y virutas pasa a través de ellas y no tienen ninguna utilidad, incluso SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 2

3 algunas pieles o recortes debido a su flexibilidad pueden pasar y escapar a la retención. En la depuradora de Igualada, ciudad con un alto número de empresas de curtición de piel vacuna se tuvieron que cambiar estas rejas finas por tamices. Es importante un buen tamizado, para eliminar pelos semihidrolizados y virutas de piel, ambos tienen una gran superficie específica, decantan con dificultad y dan un elevado valor en DQO Y MES. Los tamices más usados son los de cuerpo estático autolimpiantes o los rotatorios con una malla de mm, que se muestran en las figuras siguientes. Fig. 5.1 Tamiz estático autolimpiante Fig. 5.2 Tamiz rotatorio A pesar que estos tamices se conocen como autolimpiantes, necesitan un mantenimiento como mínimo semanal, dependiendo del contenido en grasas de las aguas tratadas. Éstas generan una película en la superficie que llega a obturar la luz del tamiz, el mantenimiento se efectúa limpiándolo con agua a presión DESARENADO DESENGRASADO Es una operación que muchas veces no se realiza, depende de lo sucias que estén las pieles en bruto y de la cantidad de grasa que lleven. En general las partículas en SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 3

4 suspensión son de poca densidad y las separaremos en el decantador primario, las grasas en caso de ser necesario (se inyecta aire y pueden flotar) se pueden separar en un compartimiento especial del homogeneizador, con un vertedero flotante. Normalmente se separan en el decantador primario OXIDACIÓN DE SULFUROS Un caso ejemplar de separación de baños y tratamiento especifico del contaminante lo encontramos en esta operación. Es necesario separar los baños de proceso y los primeros baños de lavado de pelambre, son baños básicos ricos en sulfuros (2000 ppm aprox.) que si se mezclan con aguas ácidas pueden provocar problemas por desprendimiento de H 2 S. Más de un accidente, alguno mortal, ha ocurrido al darse estas condiciones. La oxidación es simple, se efectúa oxidando con aire y con sales de Mn como catalizador (entre 20 y 100 ppm), tiempos de retención entre 3 y 4 h. Existe mucha literatura sobre el tema sobre todo en revistas especializadas, muchas referencias las podremos encontrar en el capitulo que Portavella dedica a aguas residuales (Portavella1995). La cantidad de sulfuro residual después del tratamiento está entre 5 y 10 ppm, y nos permite mezclar las aguas sin ningún problema, otras ventajas de hacer este tratamiento por separado son: la menor cantidad de energía gastada en los aireadores al tener un volumen inferior de agua a tratar y la disminución del contenido en sulfuro en el vertido al mezclar todas las aguas (0.5-1 ppm) HOMOGENEIZACIÓN Los procesos de tenería son discontinuos, por lo que los vertidos también lo serán. Es muy importante, tanto para un buen tratamiento, como para evitar las puntas de carga y contener los precios del canon de saneamiento, una buena homogeneización. En la figura 5.3 podemos ver la discontinuidad en el ph de las aguas vertidas durante el día y la capacidad de neutralización de las mismas en el tanque de homogeneización, disminuyendo las puntas a medida que aumenta el tiempo de retención del mismo. Los vertidos básicos del pelambre se neutralizan con los vertidos ácidos del píquel, curtición y procesos de acabado. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 4

5 Figura 5.3 Variaciones en el ph del vertido durante el día y homogeneización del mismo en función de la homogeneización. Fuente Portavella1995 Figura 5.4 Variación del flujo de agua residual en un periodo de 24 horas. Fuente Eggink y Kagel 1971 En el gráfico 5.4 podemos apreciar la variación del flujo de las aguas residuales durante el día, y el promedio en un periodo de dos semanas para una fabrica con una SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 5

6 producción de 25 t/día de piel vacuna con pelambre a pelo perdido, curtición al cromo y un consumo de 1800 m 3 /d de agua. La homogeneización en aguas de curtidos actúa además como un proceso fisicoquímico clásico, las aguas del proceso de pelambre, ricas en cal actúan de coagulante, por lo que si después se decantan el rendimiento es superior a una decantación primaria simple DIFICULTADES EN LA HOMOGENEIZACIÓN SEGÚN EL VOLUMEN DE PRODUCCIÓN. Con la homogeneización buscamos un caudal constante, importante en caso de efectuar un tratamiento a las aguas. Para obtener este caudal constante necesitamos un volumen de homogeneización mínimo, pero para reducir las puntas de carga tendremos que aumentar este volumen. Esto lo podemos ver en el Anexo 1, en él calculamos los volúmenes de las balsas de homogeneización para una fábrica de gran producción la que se corresponde al grafico 5.4, 25 t/día de piel vacuna con pelambre a pelo perdido, curtición al cromo y un consumo aproximado de 1800 m 3 de agua. En una empresa de tal magnitud se efectúan diariamente todas las operaciones del proceso de curtición, lo que permite una homogenización de las aguas de proceso para conseguir un caudal de tratamiento constante con una balsa de retención de 8 h y un volumen de 598 m 3, en este caso tendremos que decidir que volumen del homogeneizador adoptamos para disminuir las puntas de carga, construyendo una balsa que permita homogeneizar las aguas de 12 a 24 horas, a mayor volumen más homogeneización. Una dificultad para homogeneizar las aguas del proceso de curtición se presenta sobre todo en fabricas pequeñas, en éstas para mezclar todas las aguas de proceso se necesitaría retenerlas casi una semana, retención normalmente imposible por falta de espacio. Esto se debe a la secuencialidad de las operaciones, la planificación de los trabajos seria la siguiente: Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Remojo Recurtición Tintura Engrase Remojo Pelambre Escurrido Repasado Secado Pelambre Descarnado Dividido Desencalado Rendido Operaciones mecánicas (esmerilado estirado) Píquel Curtición Apilado Acabados Escurrido Rebajado Acabados SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 6

7 Como se puede ver el proceso de fabricación dura dos semanas, pero diariamente tenemos las aguas de un proceso que empieza y otro que esta acabando. En argot de fabricación al lote de pieles que se esta trabajando se le llama partida, y esta será más o menos grande dependiendo de la capacidad de los bombos. Para una fábrica pequeña que empieza una partida cada semana las dimensiones mínimas y más usuales del bombo son 3 x 3 m. Lo que significa una capacidad de 5250 kg de pieles. Por lo que podemos determinar los vertidos y las cargas diarios, basándonos en los que se ha especificado para una tonelada de piel vacuna y la planificación de trabajo, estos se muestran en la siguiente tabla: LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES Partida 1 Remojo Remojo Pelambre Desencalado rendido Píquel Curtición Escurrido Rebajado Agua m MES kg DQO kg SOL kg NTK kg Partida 2 Recurtición tintura Engrase Operaciones mecánicas Acabados Operaciones mecánicas Agua m MES kg DQO kg SOL kg NTK kg TOTAL LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES agua MES kg DQO kg SOL kg NTK kg CONCENTRACIONES DIARIAS EN ppm MES DQO SAL NTK Tabla 5.1 Caudales, cargas y concentraciones diarias de las aguas residuales de tenería para un proceso convencional. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 7

8 Se puede objetar que los vertidos especificados en la tabla no se ajustan a la planificación, la explicación está en la discontinuidad de las operaciones y que en la planificación se especifica el inicio, no el final de la operación y los correspondientes vertidos. Así pues el lunes comienza el remojo, los vertidos de éste se realizan entre lunes y martes, el martes comienza el pelambre, éste es un proceso lento que necesita de toda la noche y los vertidos se efectúan el miércoles junto con los de desencalado y rendido. El miércoles comienza la curtición pero los baños de ésta no se vierten hasta el jueves, y se alargan hasta el viernes por el goteo de las pieles en reposo y el escurrido. Algo similar ocurre con el resto de operaciones postcurtición, empiezan el lunes pero terminan el martes. La misma tabla para un proceso modificado para reducir la contaminación según los procedimientos del Apartado 4 es la siguiente: LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES Partida 1 Remojo Remojo Pelambre Desencalado rendido Píquel Curtición Escurrido Rebajado Agua m MES kg DQO kg SOL kg NTK kg Partida 2 LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES Recurtición tintura Engrase Operaciones mecánicas Acabados Operaciones mecánicas Agua m MES kg DQO kg SOL kg NTK kg TOTAL LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES Agua m MES kg DQO kg SOL kg NTK kg SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 8

9 CONCENTRACIONES DIARIAS EN ppm MES DQO SAL NTK Tabla 5.2 Caudales, cargas y concentraciones diarias de las aguas residuales de tenería para un proceso modificado para reducir la contaminación. En estos casos la homogeneización no será total, pero si lo suficiente como para salir con valores de concentración inferiores a los de la tabla 4.11 en los que solo se homogeneizan todos las baños de cada operación RESULTADOS DE LA HOMOGENEIZACIÓN SEGÚN EL VOLUMEN DE PRODUCCIÓN Para una producción de 25 toneladas de piel salada por día, se ha calculado en el anexo 1, el volumen de homogeneización mínima al que llamaremos volumen pulmón (que permite un caudal de vertido constante durante todo el día), este es de m 3 que equivalen a 8 horas aproximadamente de tiempo de retención, al mismo tiempo se ha calculado la homogeneización para la DBO para este volumen y para unos volúmenes de retención de 12, 18 y 24 h (los datos usados para estos cálculos son los proporcionados por (Eggink y Kagei, 1971), la cantidad de agua 72 m 3 /t es superior a la que utilizamos en nuestros procesos y la concentración DBO es consecuente con el agua usada). La dispersión de los valores de DBO se han extrapolado para los otros parámetros, ya que el vertido es continuo y los errores no serán significativos especialmente para tiempos de retención de 12 h o superiores en los que la amortiguación es importante. Así pues los volúmenes de homogeneización y los porcentajes de variación entre el valor máximo y medio de los distintos parámetros y los coeficientes punta (capítulo 4 apartado 2) son: HOMOGENEIZACIÓN PULMON 12 h 18 h 24 h Volumen m %variación Coeficiente punta Tabla 5.3 Homogeneización tenería de alta producción SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 9

10 Vemos pues que con homogeneizaciones superiores a 18 horas tendremos coeficientes punta iguales a 1.0, por lo que no penalizaremos los vertidos y tendremos un mejor tratamiento. Para pequeñas producciones como las especificadas anteriormente también se han realizado cálculos similares a los del anexo 1, en este caso el ciclo es semanal, el volumen semanal de agua es de 210 m 3 y el volumen de homogeneización mínima o volumen pulmón es de m 3. Se ha considerado un solo volumen de homogeneización superior al pulmón debido a la limitación en espacio que puede existir en las tenerías pequeñas, este se ha dimensionado en 100 m 3 totales equivalentes a 2.38 días, Volumen DQO MES SOL NTK Homog. Med. Max Cp Med. Max Cp Med. Max Cp Med. Max Cp m m Tabla 5.4 Homogeneización tenería de baja producción proceso convencional Volumen DQO MES SOL NTK Homog. Med. Max Cp Med. Max Cp Med. Max Cp Med. Max Cp m m Tabla 5.5 Homogeneización tenería de baja producción proceso modificado Podemos ver que para producciones bajas, tanto para un proceso convencional como para un proceso modificado para disminuir la contaminación, la homogeneización también es importante. Un depósito pulmón nos corregirá las puntas y dejará los coeficientes algo superiores a 1.2, hay que recordar que los parámetros más significativos en el coste de la contaminación son la DQO (medida como MO) y la MES. Si aumentamos el depósito pulmón hasta 100 m 3 los coeficientes punta serán algo superiores a 1.1 muy inferiores a los coeficientes que se habían mostrado en la tabla Se puede objetar que estos datos son valores medios diarios, por lo que un vertido puntual, por ejemplo el baño de pelambre vertido el miércoles a primera hora de la SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 10

11 mañana puede aumentar sobre la media la concentración del homogeneizador, si se calcula la concentración posterior al vertido es de ppm si usamos un deposito pulmón y 8700 en el caso de usar un deposito de 100 m 3, pero el volumen vacío que aun queda en el tanque de homogeneización y los procesos discontinuos (por la noche no se vierten baños al tanque de homogeneización), nos permite en cada caso acumular los baños y verterlos una vez homogeneizados. El día más crítico es el jueves ya que el miércoles el tanque de homogeneización siempre queda lleno, de todas formas ningún parámetro es crítico este día, todos tienden a descender por lo que los vertidos y su correspondiente homogeneización no aumentaran los coeficientes punta VERTIDOS NOCTURNOS HOMOGENEIZADOS En Cataluña los vertidos nocturnos previo acuerdo con la administración estaban bonificados hasta el ejercicio 2002 (reducción del 25% del coste), pocas empresas se acogieron a esta modalidad, por lo que se eliminó en el ejercicio Esta bonificación se justifica por la poca carga y caudal que llega a las depuradoras durante la noche, por lo que si existe un compromiso de vertido nocturno podemos mejorar el funcionamiento de la depuradora en horas bajas y descargarla en horas punta. Los vertidos de tenería, por sus características, acumulados en un deposito de homogeneización serian unos candidatos ideales para este tipo de bonificación, y aunque se ha eliminado se podría recuperar por los beneficios mutuos que genera. 1.2 TRATAMIENTOS PRIMARIOS, DECANTACIÓN La homogeneización actúa como un proceso físico-químico, mezcla los distintos efluentes del proceso, los neutraliza y al mismo tiempo se comportan como coagulantes y floculantes (cal, resinas, curtientes, sales de cromo,...). Por lo que después de ella una decantación se verá potenciada. Además el volumen necesario para el decantador es pequeño comparado con el volumen de los homogeneizadores, suponiendo un tiempo de retención de 2.5 h, y un vertido nocturno de 22 a 06 h. Para una producción de 5250 kg/semana tendremos un volumen de decantación de 10.5 m 3 y para una producción de kg/día el decantador será de m 3 si el vertido es solo nocturno y de m 3 si el vertido es continuo usando 72 m 3 /t (Eggink y Kagei, 1971), para 40 m 3 /t los volúmenes de decantación son 250 y 105. m 3 respectivamente. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 11

12 La reducción de la carga contaminante después de la decantación depende de la homogeneización efectuada, a medida que esta aumenta, aumenta también la reducción, tendremos pues los siguientes porcentajes (Del Pezzo et al., 1980): Producción 5250kg/semana Producción kg/día DQO 50% 55% MES 60% 70% Cr 3+ 90% 90% NTK 20% 25% Para los otros parámetros del canon no tenemos valores, pero podemos hacer las siguientes suposiciones, escogiendo siempre un margen poco optimista o conservador: Materia inhibidora (MI), la proporcionan básicamente los sulfuros, la acidez, la basicidad y las concentraciones elevadas. La homogeneización y posterior decantación en los procesos convencionales neutralizará el ph, diluirá y eliminará contaminantes. En los procesos clásicos los sulfuros se oxidaran (los tanques de homogeneización se han de mezclar, se usa aire para ello, y se puede acelerar la oxidación de sulfuros añadiendo sales de manganeso) hay que prestar atención a los desprendimientos de H 2 S. En los procesos modificados, ya se han eliminado los sulfuros (tóxicos principales) la homogeneización-decantación neutralizará el ph y diluirá más los contaminantes. Se puede suponer con un cálculo conservador una eliminación del 70% de la MI para un proceso convencional y del 50% de la MI para un proceso modificado, siendo para este parámetro poco importante el volumen de homogeneización, ya que se utilizan volúmenes suficientemente grandes. Salinidad (SOL) no se modifica con estos procesos. Fósforo (P), con la neutralización y la decantación se llega a un ph superior a 7 por lo que parte del P se eliminara bien sea por decantación de SS o por precipitación. Podemos considerar una eliminación conservadora del 20-25% similar a la del NTK. Los parámetros de contaminación quedaran después de una homogeneización y posterior decantación (homogeneización de 18 horas para una fabrica con una SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 12

13 producción de una partida diaria y de 100 m 3 o proporcional para una fabrica con una producción de una partida semanal) en los siguientes valores: MES DQO SOL MI eqtox/l N P Fabrica grande kg/dia Proceso convencional Proceso modificado Fabrica pequeña kg/semana Proceso convencional Proceso modificado Media Máxima Media Máxima Media Máxima Media Máxima Media Máxima Media Máxima Cr Media Máxima Tabla 5.6 concentraciones después de la decantación Si comparamos estos parámetros con los de la tabla 4.15 de límites de vertido a alcantarillado, vemos que las concentraciones se acercan mucho más a los límites de vertido permitido aunque no todos ellos llegan a cumplirlos. Para alguno de los parámetros la concentración media cumple los límites de vertido, pero con estos volúmenes de homogeneización la concentración máxima emitida queda fuera de los mismos. Los precios por tonelada de piel para las aguas homogeneizadas y decantadas serán los siguientes: Fabrica pequeña, 5250 kg/semana: proceso convencional: /t. proceso modificado: /t. Fabrica grande, kg/día: proceso convencional: /t, proceso modificado: /t. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 13

14 Con estas operaciones disminuimos los costes de contaminación calculados en el capitulo 4 apartado 2, para un proceso convencional entre el 46 y el 58% dependiendo de la producción. Para un proceso modificado entre el 50 y el 57%. 1.3 TRATAMIENTOS SECUNDARIOS Las aguas de curtidos una vez homogeneizadas y decantadas generalmente no presentan problemas para un tratamiento biológico, el único puede estar en la gran cantidad de carga que presentan. Por lo que una depuración para verter a cauce publico requiere de instalaciones muy grandes con tiempos de retención elevados y más aún si se pretende una eliminación de nitrógeno. Los procesos de alta carga con reducciones entre el 60 y el 85% son usuales, no presentan problemas y pueden efectuarse tanto con fangos activados como con filtros percoladores. Usando estos procesos el vertido ha de realizarse a alcantarillado con tratamiento final de línea, con ellos no tendremos problemas en las concentraciones de vertido excepto para aquellas substancias que el tratamiento no modifica, salinidad, cloruros y sulfatos. 2 CONCLUSIONES Los vertidos del proceso de curtición al cromo de pieles vacunas son muy irregulares en el tiempo, ya que las operaciones son discontinuas, y en la carga, pues tenemos aguas concentradas de proceso y aguas diluidas de lavados. Algunas de ellas presentan elevadas concentraciones. Con estas premisas es necesario plantearse en principio una reducción de la contaminación. Las reducciones presentadas en los capítulos anteriores (separación del exceso de sal, recuperación de pelo, oxidación de sulfuros, modificación del desencalado, tamizado de baños) son una muestra de las actuaciones que se pueden realizar, actuaciones que dependen de la gestión de la empresa y no del mercado como sería la utilización de pieles refrigeradas. Existe un campo más amplio que no se ha abordado en profundidad, es la recirculación de baños. Ésta nos permite básicamente una disminución en el consumo de agua, aunque también disminuye algo la carga contaminante al usar menos reactivos. De todas maneras la contaminación debida a los SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 14

15 productos añadidos, contaminación extrínseca según algunos autores (Portabella 1995) es pequeña, (30%) respecto a la contaminación aportada por la misma piel (70%). Se hace imprescindible una homogeneización, si no se efectúa no es posible el vertido, ya que los limites se superan sea cual sea la normativa aplicada. Homogeneización que depende del volumen de la empresa afectada, un mínimo de 100 m 3 para aquellas de poca producción y entre 18 y 24 horas para las de gran producción. Efectuadas las homogeneizaciones, la decantación es ya una operación obvia, la sinergia con ésta, la disminución en la contaminación y el poco espacio requerido la hacen necesaria para una buena gestión. Llegados a este punto en la gestión de las aguas residuales cabe plantearse si es necesario un tratamiento secundario. Este será imprescindible si el vertido se realiza directamente a cauce público. Pero como muchos de los vertidos son a alcantarillado con tratamiento a final de línea puede no ser necesario. A criterio del autor, las empresas de alta producción que tienen una carga real elevada, normalmente poseen recursos humanos, técnicos y de espacio suficientes para efectuar un tratamiento. Éste no tiene que ser intensivo, son suficientes procesos de alta carga o de desbaste, más fáciles de gestionar, que nos dejan los parámetros al nivel de las aguas de alcantarillado. Las empresas pequeñas adolecen de espacio y recursos, además el impacto de vertido después de una homogeneización y decantación es mucho menor. Por lo que no seria imprescindible este tratamiento secundario. Tanto para empresas grandes como para empresas pequeñas que vierten después de una homogeneización-decantación, es imprescindible tal como se ha visto una negociación con las administraciones competentes de los límites de vertido a alcantarillado, ajustándolos a la magnitud de las empresas, a la capacidad de las depuradoras y a las mejores tecnologías disponibles (MTD o BAT). Siendo la normativa de Santa Croce uno de los ejemplos a seguir. Algunos parámetros difíciles de tratar como: salinidad, sulfatos y cloruros tendrían que revisarse y no penalizarlos con concentraciones inferiores a las de vertido a cauce público; si la red es mixta tienen tendencia a diluirse. Por las características de esta agua, realizando un proceso de homogeneización, se puede negociar un vertido nocturno y una disminución del canon ya que los beneficios son mutuos. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 15

16 Del Pezzo, L.; De Simone, G.; Tomaselli, M. y G. Ummarino. (1980). Proposta di un modello schematico per impianti di depurazione di acque di scarico conciarie. En:CMPC numero speciale. La depurazione delle acque nell industria conciaria.napoli p Eggink, H.J. y Kagei, E.; (1971) Treatment of tannery wastes by means of an oxidation ditch. JALCA 66: Metcalf & Heddy. (1995). Ingeniería de aguas residuales: tratamiento vertido y reutilización. 3ª ed. Madrid; McGaw-Hill pp. Portavella, M. (1995). Teneria y medio ambiente, Aguas residuales. En: Adzet, J.M. (ed.). Tecnología del Cuero, Vol. 4.Barcelona: ediciones Cicero. P Ramalho, R.S. (1996). Tratamiento de aguas residuales. Barcelona. Reverté SA. 705 pp. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 16

17 ANEXO 1 Cálculos del volumen de homogeneización mínimo, para una fabrica con producción de kg/d y un gasto de 1790 m 3 /d de agua. (Metcalf & Heddy 1995) (Ramalho 1996) (Eggink y Kagei, 1971) A B Caudal Volumen aportado Volumen Volumen A-B h (m 3 /h) 1/2 hora (m 3 ) acumulado (m 3 ) Extraído (m 3 ) (m 3 ) SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 17

18 A B Caudal Volumen aportado Volumen Volumen A-B h (m 3 /h) 1/2 hora (m 3 ) acumulado (m 3 ) extraído (m 3 ) (m 3 ) Caudal diario =1790 m 3 Máximo = Caudal semihorario m 3 Mínimo = Vol. (m 3 ) t (h) 8.02 Primera columna, nos da la hora en que se realiza la medida, está expresada en unidades decimales, 1.5 representa 1h 30 min. Segunda columna da el caudal medido en este instante. Tercera columna, volumen aportado durante el intervalo de ½ hora (anexo 2). Cuarta columna, volumen acumulado (A). Si queremos tener un caudal constante de salida este será: 1790/48 = m 3 /30 min. La quinta columna nos especifica el volumen extraído, considerando un caudal constante de m 3 /30 min. (B). Sexta columna, volumen acumulado menos volumen extraído (A-B). En esta sexta columna vemos que hay un máximo, la diferencia entre el volumen acumulado y el volumen extraído, de m 3 a las 16h 30 min., hemos aportado más de lo que hemos extraído, en este momento tenemos el deposito lleno. A partir de este momento extraemos más (37.29 m 3 /30 min.) de lo que aportamos (columna 3) y por lo tanto el deposito se va vaciando hasta las 6h. momento en que el valor de la sexta columna es mínimo m 3, a partir de este momento el deposito se llenará (aportaremos más de lo que extraeremos) hasta las 16 h 30 min. El volumen mínimo de homogeneización es: Volumen = Máximo +,Mínimo, , , = m 3 Lo podemos ver en el siguiente grafico de la siguiente página. El volumen mínimo de homogeneización es aquel que permite una extracción constante y continua de agua residual. Normalmente se aumenta en un 10% para permitir la introducción de soplantes que mezclen y las aguas e impidan procesos anaerobios. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 18

19 Volum acumulat (m3) Hora del dia La homogeneización de los distintos parámetros, DQO, MES, etc. Se realiza ya en una balsa de homogeneización mínima y aumenta al aumentar el volumen, con una hoja de cálculo se pueden realizar cálculos de manera rápida y conocer los máximos y mínimos de estos parámetros para distintos volúmenes, conociendo los caudales y concentraciones vertidos, también se pueden simular descargas instantáneas o modificaciones del proceso. En la siguiente tabla vemos el comportamiento de la DBO usando el volumen mínimo de homogeneización. A diferencia de la anterior empezamos el cálculo a las 6.00 h, instante en que el deposito de homogeneización está vacío. A partir de este momento empezarán a acumularse las aguas residuales en exceso y al mismo tiempo se homogeneizará la DBO, a las 14h 30 min. el depósito estará lleno y a partir de este momento se irá vaciando hasta las 6h del día siguiente. Las seis primeras columnas son iguales a las de la tabla anterior, al empezar a las 6h. Momento en que el deposito está vacío, no hay mínimo solo el máximo a las 16h 30 min. que se corresponde con el volumen mínimo del deposito homogeneizador m 3, la séptima columna indica la concentración de DBO instantánea y la última la DBO homogeneizada. Los cálculos de esta se realizan de la forma siguiente: SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 19

20 DBOhom. = Volumen inic. Concentración Volumen inic. inic. + + Volumen Volumen aport. Concentración aport. aport. Volumen A B A-B DBO 5 Caudal aportado Volumen Volumen DBO 5 Homog. h (m 3 /h) 1/2 hora (m 3 ) acumulado (m 3 ) lineal (m 3 ) (m 3 ) (mg/l) (mg/l) Volumen total 1790 m 3 max= Caudal semihor m 3 /30 min. min= med= Usando el volumen mínimo de homogeneización el valor máximo de la DBO pasa de 1300 a 1035 mg/l y el mínimo de 100 a 416 mg/l. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 20

21 Si usamos un volumen mayor la homogeneización será más buena, las cargas punta se diluirán en un volumen superior y en consecuencia las concentraciones en éste se modificaran menos, una herramienta útil para encontrar valores óptimos puede ser una sencilla hoja de cálculo. Programamos una extracción el primer día (o periodo establecido) inferior a la normal de tal manera que al final de este periodo tengamos en la balsa de homogeneización un volumen igual al volumen total menos el volumen de homogeneización mínimo, de esta manera habremos llenado el deposito con el volumen ocupado permanentemente y nos quedara libre la parte variable. A partir de aquí iteramos el proceso hasta llegar a valores constantes. Un ejemplo lo podemos ver usando una balsa de homogeneización de 12h de tiempo de retención para las aguas usadas anteriormente. En éste caso si el caudal de extracción es de m 3 /h el primer día extraeremos m 3 /h, de este forma al final del primer día tendremos ocupados m 3 y nos quedaran libres m 3 que se corresponden al volumen de homogeneización mínimo. La última columna muestra el valor de la DBO 5 homogeneizado, se han representado los valores de 5 días (valores marcados en negrita) pero vemos que a partir del segundo día prácticamente el valor de la DBO 5 se ha homogeneizado. Cualquier modificación o vertido extraordinario se puede introducir en la hoja de cálculo y ver la evolución en la homogeneización SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 21

22 Volumen de homogeneización 12 horas = m 3 Volumen de homogeneización mínimo = m 3 Volumen ocupado permanentemente = m 3 Caudal constante de salida = m 3 /h Caudal necesario para llenar el volumen permanente = m 3 /h Caudal constante de salida primer día = m 3 /h Volumen en el DBO 5 Caudal Volumen aportado homogeneizador DBO 5 homogeneizada h (m3/h) ½ hora (m 3 ) (m 3 ) (mg/l) (mg/l) SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 22

23 Volumen en el DBO 5 Caudal Volumen aportado homogeneizador DBO 5 homogeneizada h (m3/h) ½ hora (m 3 ) (m 3 ) (mg/l) (mg/l) SEGUNDO DIA SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 23

24 Volumen en el DBO 5 Caudal Volumen aportado homogeneizador DBO 5 homogeneizada h (m3/h) ½ hora (m 3 ) (m 3 ) (mg/l) (mg/l) TERCER DIA SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 24

25 Volumen en el DBO 5 Caudal Volumen aportado homogeneizador DBO 5 homogeneizada h (m3/h) ½ hora (m 3 ) (m 3 ) (mg/l) (mg/l) CUARTO DIA SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 25

26 Volumen en el DBO 5 Caudal Volumen aportado homogeneizador DBO 5 homogeneizada h (m3/h) ½ hora (m 3 ) (m 3 ) (mg/l) (mg/l) QUINTO DIA SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 26

27 Distintos volúmenes de la balsa de homogeneización para los datos usados anteriormente nos darán los siguientes resultados: homogeneización homogeneización homogeneización homogeneización Caudal mínima 12h 18h 24h h (m3/h) DBO 5 (mg/l) DBO 5 (mg/l) DBO 5 (mg/l) DBO 5 (mg/l) Máxima Media Mínima A medida que aumenta el volumen de homogeneización, disminuye la dispersión de concentraciones. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 27

28 ANEXO 2 Una de las maneras de calcular los volúmenes que entran en una balsa de homogeneización si no tenemos un medidor continuo y sabemos los caudales instantáneos horarios, semihorarios o de un determinado periodo de tiempo, se basa en considerar que para pasar de un caudal a otro se ha realizado de forma continua, lo que generará un trapecio como el que se muestra en la figura: Caudales instantáneos (m 3 /h) variación en el tiempo. Fuente Ramalho En nuestro caso tenemos especificados los siguientes caudales: Hora Caudal m 3 /h El volumen total acumulado será equivalente al área contenida bajo la curva, en nuestro caso la suma de las áreas, que realmente están formadas por trapecios. Se puede deducir el área del trapecio como: Area = ( Base mayor + Base menor ) 2 altura SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 28

29 El cálculo del volumen aportado durante un día para la figura de la página anterior seria: A 1 = ( ) m 3 /h x 1/2 X 5 h = 230 m 3 A 2 = ( ) m 3 /h x 1/2 X 3 h = 288 m 3 A 3 = ( ) m 3 /h x 1/2 X 2 h = 270 m 3 A 4 = ( ) m 3 /h x 1/2 X 2 h = 258 m 3 A 5 = ( ) m 3 /h x 1/2 X 2 h = 248 m 3 A 6 = ( ) m 3 /h x 1/2 X 4 h = 280 m 3 A 7 = ( ) m 3 /h x 1/2 X 5 h = 200 m 3 A 8 = ( ) m 3 /h x 1/2 X 1 h = 50 m 3 Volumen total diario m 3 Las bases menores y mayores son las lecturas de caudal de dos intervalos consecutivos, la altura es el intervalo horario entre dos lecturas. Podemos ver que el error será mínimo si los intervalos en que se efectúan las lecturas son pequeños. SOSTENIBILIDAD DE PROCESOS DECURTIDOS 29