EVALUACION DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE FRIGORIFICO Y MATADERO A ESCALA REAL

Transcripción

1 EVALUACION DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE FRIGORIFICO Y MATADERO A ESCALA REAL Martínez Javier, Mallo Marisol, Galisteo Melga, Viñas María Facultad de Ingeniería, Ingeniería Química Julio Herrera y Reissig 565, Montevideo (11300), Uruguay RESUMEN El trabajo consiste en la evaluación de una planta de tratamiento de efluentes de un frigorífico y matadero y la reevaluación de la misma luego de introducir modificaciones de bajo costo. La presencia de sólidos y en particular grasas ocasionaron problemas operativos en los tratamientos anaerobios por lo que fue necesario modificar los tratamientos primarios de forma de aumentar su eficiencia. Se ensayó también una nueva configuración del sistema anaerobio utilizando las unidades existentes. Los sistemas de flotación de grasas implantados operan con eficiencias de remoción de grasas de 63% y 37% para las corrientes de aguas rojas y verdes respectivamente. El nuevo sistema biológico compuesto por un reactor anaerobio y dos lagunas en serie opera con carga total y soluble de 0.74 y 0.37 kgdqo/m 3.d respectivamente, TRH 6.2 días, presentando eficiencias de remoción de DQO total de 81% y 84% de DQO soluble. Se destaca que el nuevo sistema biológico no presenta problemas de acumulación de sólidos, obteniendo un efluente de baja biodegradabilidad. Palabras clave: frigorífico, efluentes, grasas, lagunas anaerobias ANTECEDENTES Los efluentes de frigorífico resultan de los procesos de desangrado, desosado, mondonguería, tripería y lavado de corrales. Son generados tres tipos de efluentes: aguas rojas, aguas verdes, aguas cloacales. Las aguas rojas son generadas fundamentalmente en la playa de faena y contienen principalmente material lipídico y proteico. Las aguas verdes provienen de los procesos de mondonguería y lavado de corrales y presentan alto contenido de material sólido lignocelulósico y grasas. Las aguas cloacales provienen de los servicios sanitarios y vestuarios. La mezcla de las distintas corrientes genera un efluente complejo que contiene proteínas, compuestos lignocelulósicos y grasas, en forma soluble y como sólidos en suspensión. La utilización de sistemas biológicos para el tratamiento de estos efluentes presenta una serie de limitaciones como consecuencia del material sólido presente, fundamentalmente grasas ( Martínez et al. 1996), lo que hace necesario la utilización de tratamientos primarios eficientes. Si bien el material sólido no es fácilmente degradable, ensayos batch a escala de laboratorio indican una conversión de este tipo de sólidos en metano del orden de 50% ( Sayed et al., 1988). Estudios a escala de laboratorio, utilizando reactores anaerobios de tipo manta de lodos, con tiempo de estadía de dos días, reportan degradaciones de DQO insoluble del orden de 80% (Martínez et al., 1996). Estos resultados indican que diseñando adecuadamente el sistema biológico es posible lograr una importante degradación del material particulado no removido en los tratamientos primarios. A efectos de mejorar el tratamiento de los efluentes de un establecimiento que faena 650 vacunos por día, se realizó una evaluación de la planta de tratamiento existente y se proyectaron, implementaron y

2 evaluaron modificaciones de bajo costo tratando de aprovechar al máximo las instalaciones existentes. La evaluación previa se realizó durante un período de tres meses (marzo a junio) mientras que el nuevo sistema implementado se evaluó durante cinco meses (setiembre a febrero). CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE Se realizó una caracterización de las corrientes de aguas rojas y verdes analizando los parámetros básicos. Los análisis fueron realizados utilizando los protocolos del Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1995). El funcionamiento del frigorífico es de lunes a viernes y la producción de aguas verdes y rojas está concentrada entre las 6 y 14 horas. Teniendo en cuenta la variación horaria de caudales y concentraciones fueron utilizadas muestras compuestas. En la Tabla 1 se presenta la caracterización de las distintas corrientes. Tabla 1. Caracterización de las distintas corrientes Parámetro Aguas rojas Aguas verdes Cloacales Flujo m 3 /d Temperatura ºC DQO total mg/l DQO soluble mg/l SST mg/l SSV mg/l grasas mg/l DQO/NTK DQO/P ph DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO Las distintas corrientes generadas en el proceso son canalizadas en forma independiente a la planta de tratamiento. El tratamiento consiste básicamente en un tratamiento primario de remoción de sólidos seguido de tratamiento biológico. Tratamiento primario Las unidades constituyentes del tratamiento primario son dos zarandas estáticas autolimpiantes con luz de 0.5 mm instaladas en la corriente de aguas rojas y verdes y una pileta-grasera de 25 m3 en la línea de aguas rojas. Reactor anaerobio Se trata de un reactor de chicanas compuesto por seis módulos con volumen total de 1300 m 3. Al comenzar el estudio el reactor tenía un mes de operación y era alimentado con la mezcla de aguas verdes y cloacales. Lagunas anaerobias El sistema de lagunas anaerobias esta constituido por dos lagunas que operan en serie, la primera de 7000 m 3 y la segunda de m 3. Las lagunas no tienen geometría regular ya que fueron construidas aprovechando la topografía del terreno. Al comenzar los estudios la primer laguna tenía dos años de operación mientras que la segunda apenas cuatro meses.

3 Esquema de operación La operación de la planta de tratamiento consiste en el tratamiento primario de aguas verdes y rojas, la alimentación del reactor con aguas verdes y cloacales y la alimentación de la laguna con el efluente del reactor y las aguas rojas. EVALUACION DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO En las tablas 2, 3 y 4 se presentan los resultados de la evaluación de las distintas unidades de tratamiento. Tabla 2. Eficiencias (%) del tratamiento primario. Corriente Unidad DQO insoluble Grasas Aguas verdes Zaranda Aguas rojas Zaranda Grasera Tabla 3. Reactor anaerobio Parámetro Entrada Salida Eficiencia (%) DQO total mg/l DQO soluble mg/l Grasas mg/l Tabla 4. Sistema de Lagunas Parámetro Entrada Salida Salida Eficiencia(%) Eficiencia(%) Eficiencia(%) Total DQO total mg/l DQO soluble mg/l Grasas mg/l ph La zaranda de la corriente de aguas rojas remueve fundamentalmente los sólidos groseros siendo muy pobre la remoción de grasas y sólidos suspendidos de menor tamaño. A pesar de la eficiencia de la zaranda de la corriente de aguas verdes, dado el elevado contenido de sólidos presentes en el efluente, la cantidad remanente es aun considerable. Por otro lado la remoción de grasas en esta unidad es muy pobre. La presencia de grasas y sólidos suspendidos ocasionó serios problemas operativos en los sistemas biológicos. En el caso del reactor se produjo acumulación de sólidos, formándose capas crecientes de una mezcla de material lignocelulósico y grasas que colmatarón el reactor. El reactor funcionó básicamente como un separador de sólidos, presentando sin embargo una remoción de DQO soluble media de 43 %. Dado el diseño del reactor, no es posible la remoción periódica del material acumulado, por lo que es necesario reconsiderar su uso. La primer laguna ha presentado formación de una compacta capa de grasa en la superficie, alcanzando en algunos puntos un metro de espesor, disminuyendo considerablemente el volumen útil de la misma, sin embargo esta capa ha contribuido a la aislación térmica de la misma. Presentó buena eficiencia de remoción de material soluble así como insoluble, particularmente grasas. En relación a la remoción de material insoluble se puede concluir que una parte importante quedó retenida en el sistema, no degradándose biológicamente.

4 La segunda laguna ha desarrollado una manta de delgado espesor que cubre parte de la superficie y se desplaza según la dirección del viento. Esta laguna presenta bajos valores de remoción probablemente debido a que se trata de una laguna joven y que la alimentación consiste en un efluente cuya fracción más fácilmente degradable ya fue eliminada en la primer laguna. Como resultado de la evaluación realizada se concluye que el sistema es insuficiente para el tratamiento de estos efluentes y que la presencia de sólidos suspendidos y grasas ocasiona problemas operativos en los sistemas anaerobios. Dadas las características de la planta es posible mejorar la remoción de sólidos y grasas realizando modificaciones de bajo costo. También es posible modificar la operación del sistema biológico. En estudios realizados a escala de laboratorio con mezcla de aguas rojas y verdes, utilizando dos reactores anaerobios en serie, se obtuvieron eficiencias de remoción de DQO total del orden de 80%, lo que indica una muy buena degradabilidad de la mezcla de efluentes (Martínez et al., 1996). Teniendo en cuenta estos resultados se propuso alimentar el reactor anaerobio con la mezcla de efluentes, seguido de las dos lagunas en serie. Tratamiento primario MODIFICACIONES IMPLEMENTADAS Como modificación del tratamiento primario se introdujo la flotación por inyección de aire en las corrientes de aguas rojas y verdes. Para el diseño de las modificaciones se tomaron como base ensayos realizados con ambas corrientes utilizando la pileta-grasera, una tobera de sección variable, bomba centrífuga y compresor. Las condiciones seleccionadas para ambos ensayos fueron presión de descarga 2 kg/cm 2 y caudal instantáneo de 300 m 3 /h. Para la corriente de aguas rojas se continuó utilizando el mismo sistema donde se realizaron los ensayos previos. Para la implementación de la flotación de aguas verdes, se transformó la mitad del primer módulo del reactor en una pileta de flotación de 100 m 3, se modificaron las tuberías y se construyó otra tobera de sección variable. Reactor anaerobio Previo al arranque del reactor en la nueva etapa, se realizó una limpieza del mismo retirando la mayor parte del material sólido acumulado. La mitad del primer módulo del reactor fue modificada para realizar la flotación de las aguas verdes. En la segunda mitad del primer módulo se produce la mezcla de las corrientes de aguas rojas y verdes pretratadas, con las aguas cloacales. La mezcla de las tres corrientes constituye la alimentación del reactor, que ahora consiste en cinco módulos, lo que representa un volumen de 1100 m 3. Lagunas anaerobias Se removió parte de la capa de sólidos flotados en la primer laguna y se realizaron modificaciones en la entrada a la segunda laguna a efectos de mejorar la distribución de la alimentación. La limpieza de la primer laguna fue muy pobre dado la dificultad de acceso de la maquinaria utilizada, limitándose a la remoción de sólidos flotados en parte de los bordes de la misma. Las lagunas operarán en serie alimentándose con la salida del reactor anaerobio. EVALUACION DEL NUEVO SISTEMA Sistema de flotación Las eficiencias de la flotación para las corrientes de aguas verdes y rojas se presentan en la tabla 5.

5 Tabla 5. Eficiencias (%) de las unidades de flotación Corriente DQO insoluble Grasas Aguas rojas Aguas verdes En el caso de las aguas rojas se incrementó sensiblemente la cantidad de grasa recuperada, la cual es de primera calidad y se procesa en la grasería del mismo establecimiento. En el caso de aguas verdes la eficiencia de flotación es menor y la grasa flotada no es de buena calidad, siendo dispuesta junto con los sólidos separados en la zaranda. En la actualidad se están realizando estudios de fermentación de estos sólidos para ser utilizados como alimento de ganado. En la tabla 6 se presenta la composición del material flotado en ambas corrientes. Tabla 6. Composición del material flotado (% en base húmeda). Parámetros Aguas rojas Aguas verdes Sólidos totales Sólidos volátiles Grasas Reactor y lagunas anaerobias En la tabla 7 se presentan los resultados de la evaluación del funcionamiento del sistema biológico. Tabla 7. Evaluación del sistema biológico Parámetro Entrada Salida Reactor Salida Salida Reactor Total DQO total mg/l DQO soluble mg/l Grasas mg/l ph En el reactor anaerobio se formó una capa de sólidos en la parte superior de todos los módulos, esta capa de aproximadamente un metro de espesor se mantuvo estable durante el período estudiado. La primer laguna disminuyó sensiblemente tanto la eficiencia de remoción de material soluble como insoluble. En la segunda laguna se produjo un aumento significativo en la remoción de DQO soluble, verificándose un aumento en los desprendimientos de gas arrastrando lodos a la superficie, que luego sedimentan fácilmente. Se observó que esta laguna se mantuvo estable en relación a la delgada capa de material flotado formada en el período anterior. En la tabla 8 se presentan los parámetros operativos de cada una de las unidades del nuevo sistema de tratamiento. Tabla 8. Sistemas biológicos, parámetros operativos. Carga total KgDQO/m 3.d Carga soluble KgDQO/m 3.d TRH días Eficiencia % DQO total Eficiencia % DQO soluble Reactor

6 Sistema Se realizaron determinaciones de DBO de la salida de la segunda laguna, obteniendo valores medios de 100 y 60 mg/l para el efluente total y soluble respectivamente. DISCUSION DE LOS RESULTADOS En relación a las unidades de flotación se puede decir que los resultados son aceptables para la corriente de aguas rojas (63% de remoción de grasas). En este caso es importante resaltar el valor de la grasa recuperada, lo que disminuye el costo del tratamiento. Para la corriente de aguas verdes la remoción resulta muy baja (37% de remoción de grasas), probablemente como consecuencia del alto contenido de material fino no graso presente en el efluente. El reactor ha presentado un funcionamiento estable en relación a la acumulación de sólidos. Probablemente esta diferencia con su comportamiento en la etapa anterior se deba principalmente a que el caudal procesado en este caso es del orden de tres veces superior. Si bien el porcentaje de remoción de DQO soluble disminuyó de 43 a 35.7 %, lo cual es razonable teniendo en cuenta el aumento de carga, la cantidad de DQO soluble removido aumentó pasando de 1550 a 2380 Kg/d, lo que indica una significativa mejora en el desempeño del reactor. El relativamente bajo valor de remoción se debe fundamentalmente al bajo tiempo de estadía (9 horas) y al tipo de contacto que se da como consecuencia de la geometría del reactor. Si bien en el período anterior el reactor removía una considerable cantidad de material insoluble, la remoción era debida fundamentalmente a la acumulación y no a degradación biológica. La primer laguna ha disminuido su eficiencia, la remoción de DQO soluble cayó de 73.5 a 44.6 % y la remoción de DQO insoluble pasó de 55.6 a 36.1%. Este comportamiento no está de acuerdo ni con el funcionamiento anterior de las lagunas ni con los resultados de los ensayos de laboratorio mencionados. Se considera que esta reducción en la eficiencia se debe al cambio en la composición de la alimentación y a alteraciones en el funcionamiento de la laguna provocadas por las operaciones de limpieza. En la operación de limpieza del reactor fueron liberadas grandes cantidades de material sólido aglomerado que se canalizaron hacia la laguna. Por otro lado las limitaciones presentadas en la limpieza de la primer laguna solo permitieron la remoción de una muy escasa fracción de la capa de sólidos. Los efectos combinados de las operaciones realizadas en el reactor y la primer laguna contribuyeron a la reducción del volumen útil de la misma y al arrastre de lodos anaerobios hacia la segunda laguna. El aumento de eficiencia de remoción de DQO soluble de la segunda laguna (de 47.5 a 56.1%) puede ser debido a las siguientes causas: la maduración de la laguna, el aporte de lodos anaerobios arrastrados de la primer laguna y la alimentación con una mayor proporción de materia más fácilmente degradable, como consecuencia de la reducción de eficiencia en la primer laguna. La alimentación de la segunda laguna en términos de DQO soluble e insoluble paso de ser 610 y 1110 a 820 y 1380 mg/l respectivamente. La realción entre los valores de DBO y DQO en el efluente de salida del sistema biológico, indican una muy baja degradabilidad de la fracción orgánica remanente. CONCLUSIONES La implementación de las unidades de flotación ha permitido la remoción de una importante cantidad de grasa, especialmente en la corriente de aguas rojas. En este caso se obtiene un producto valioso que es recuperado. Se destacan las eficiencias de remoción alcanzadas en las lagunas, valores que se consideran altos teniendo en cuenta los altos valores de carga aplicados así como los bajos valores de tiempo de estadía.

7 El mantenimiento del reactor y las lagunas, en cuanto a remoción de material flotado, es una operación compleja que presenta muchas limitaciones operativas. Por esta razón resulta fundamental la utilización de tratamientos primarios eficientes para la remoción de sólidos y grasas. En términos de remoción de DQO soluble e insoluble, no se lograron diferencias significativas al introducir las modificaciones. Esto se debe fundamentalmente a problemas de funcionamiento de la primer laguna. Se destaca sin embargo que el nuevo sistema biológico no ha presentado problemas de acumulación de sólidos y por otro lado no es de esperar mayor eficiencia ya que la fracción orgánica remanente presenta baja degradabilidad. REFERENCIAS AWWA, WEF, APHA (1995). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th edition. Martínez, J., Borzacconi L., Mallo, M., Galisteo, M., Viñas, M. (1996). Treatment of Slaughterhouse Wastewater, Wat. Sci. & Tech., 28(12), Sayed, S., Van Der Zanden, J., Wijffels, R., Lettinga, G. (1988). Anaerobic degradation of various fractions of slaughterhause wastewater. Biological Waste, 23,