Módulo VII. Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales en la Industria Alimentaria

Transcripción

1 Curso Tratamiento de Aguas Residuales en la Industria Alimentaria Módulo VII. Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales en la Industria Alimentaria

2 12 de Junio de 2015 Módulo VII. Índice VII.1 Sistemas de pretratamiento VII.2 Sistemas de homogenización VII.3 Tratamientos físico - químicos VII.4 Tratamientos biológicos o secundarios VII.5 Tratamiento de fangos

3 VII.1.- Sistemas de pretratamiento Misión fundamental: eliminar los sólidos gruesos. Se pueden dividir en: Rejas Hasta sólidos de 10 mm. Tamices Hasta sólidos de 1 mm.

4 VII.1.- Sistemas de pretratamiento Sistemas de pretratamiento Tipos de REJAS: Manuales.- sistema de limpieza manual. Utilización: en sistemas de depuración en los que no se producen caudales altos de vertidos.

5 VII.1.- Sistemas de pretratamiento Sistemas de pretratamiento Tipos de REJAS: Automáticas.- sistema de limpieza automático. El operario sólo tendría que vaciar el contenedor de residuos. Utilización: para caudales de tratamiento más grandes.

6 VII.1.- Sistemas de pretratamiento Sistemas de pretratamiento Tipos de TAMICES: Tamiz estático de tobogán: o Presentan un tamaño de poro de hasta 1mm. o En algunos casos en los que el vertido tiene una gran cantidad de aceites y grasas, se puede generar una película que impide el paso del agua limpia por los orificios del tobogán. o Recomendable: lavarlos con agua a presión y caliente.

7 VII.1.- Sistemas de pretratamiento Sistemas de pretratamiento Tipos de TAMICES: Tamiz rotativo: o Los más usados. o Autolimpiantes. o Se puede incluir agua caliente, minimizando la formación de la película de grasa.

8 VII.1.- Sistemas de pretratamiento Sistemas de pretratamiento Tipos de TAMICES: De tornillo: o Muy efectivos. o Se suelen colocar en un canal. o El paso de sólidos no suele llegar a 1mm., suele ser de 2 ó 3 mm.

9 VII.2.- Sistemas de homogenización Misión: eliminar las puntas de contaminación y de caudal. Recomendable: un volumen de homogenización de al menos 1 día de capacidad de vertido.

10 VII.2.- Sistemas de homogenización Dependiendo de los sistemas de agitación: Homogenización con aire: o Se utiliza una soplante y difusores de burbuja gruesa. o No interesa transferir oxígeno al agua, sólo agitar.

11 VII.2.- Sistemas de homogenización Dependiendo de los sistemas de agitación: Homogenización con aire: o En el fondo del tanque se colocan unos difusores de burbuja gruesa, que son los que mueven o agitan el agua. o Muy útil en vertidos en los que no hay una cantidad elevada de grasa en el vertido, ya que se podría formar un velo en la parte superior de la balsa.

12 VII.2.- Sistemas de homogenización Dependiendo de los sistemas de agitación: Homogenización con agitación mecánica: o Mediante agitadores mecánicos. o Muy efectivos, pero en tanques rectangulares pueden dejar zonas muertas o sin agitación.

13 VII.2.- Sistemas de homogenización Dependiendo de los sistemas de agitación: Homogenización con agitación mecánica: o Si el tanque es rectangular: Sistema efectivo cuando hay un vertido con mayor cantidad de grasa. La distancia entre los agitadores no conviene que supere los 2 metros.

14 VII.2.- Sistemas de homogenización Dependiendo de los sistemas de agitación: Homogenización con eyectores: o Constan de una bomba sumergible y uno o varios sistemas de mezclado. En el tanque conviene colocarlos enfrentados.

15 VII.2.- Sistemas de homogenización Dependiendo de los sistemas de agitación: Homogenización con eyectores: o Hay un sistema de eyección más efectivo denominado TSURUMI (más costosos), que minimiza las zonas muertas. Tiene, en esencia, 8 salidas de aire y agua.

16 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos: Sistemas de flotación: o Se utilizan para eliminar partículas que tienen una densidad inferior al agua, generalmente son aceites, grasas y espumas. o Tipo de flotación: Natural.- se caracterizan por eliminar sólo las partículas que flotan de forma natural en el agua (ver imagen siguiente). No se adicionan reactivos. Son efectivos pero poco utilizados en el tratamiento de aguas de origen agroalimentario.

17 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos - Sistemas de flotación Natural

18 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos: Sistemas de flotación: o Tipo de flotación: Forzada.- no sólo se eliminan las partículas con una densidad inferior al agua, también se eliminan partículas con una densidad ligeramente superior al agua. Es posible gracias a la flotación por aire. Los tiempos de residencia o flotación suelen ser de minutos.

19 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos: Sistemas de flotación: o Tipo de flotación: Forzada.- tipos de sistemas: 1. DAF.- flotación por aire en disolución: - Tiempo de retención min. - Función: disolver aire y liberarlo en la cuba de flotación. - Ventaja: ajuste del caudal de aire necesario para llevar a cabo la flotación. - Velocidad de la rasqueta o rascador regulable. - Vistos en planta son rectangulares (más habituales) o esféricos.

20 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos: Sistemas de flotación: o Tipo de flotación: Forzada.- tipos de sistemas: 1. DAF.- flotación por aire en disolución: - Los rectangulares tendrán que tener un lado, al menos, el doble que el otro. - Pueden tener problemas de atascamiento en las toberas o sistema de inyección de aire presurizado.

21 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos: Sistemas de flotación: o Tipo de flotación: Forzada.- tipos de sistemas: 1. CAF.- flotación por aire en cavitación o inducido: - Muy utilizados en la industria agroalimentaria, principalmente en lácteas, mataderos y determinadas conserveras. - En lugar de disolver aire y liberarlo en la cuba de flotación, se dispone de un cavitador o eyector (ver imagen siguiente).

22 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos: Sistemas de flotación: o Tipo de flotación: Forzada.- tipos de sistemas: 1. CAF.- flotación por aire en cavitación o inducido.

23 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos: Sistemas de flotación: o Tipo de flotación: Forzada.- tipos de sistemas: Tanto en los DAF como en los CAF se puede dosificar reactivos, para la eliminación de sólidos en suspensión o coloidales. Reactivos aplicados: - Coagulantes.- la función es vencer el potencial de repulsión de los sólidos en suspensión que, de forma natural, no decantarían ni flotarían (ver imagen siguiente).

24 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos: Sistemas de flotación Forzada DAF y CAF- Reactivos- Coagulantes:

25 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: Coagulantes: - Sustancias con carga positiva que unen a los sólidos en suspensión. - Los más habituales: Cloruro férrico.- muy efectivo, pero puede presentar problemas de corrosión en los equipos. Policloruro de Aluminio (PAC).- muy efectivo y menos corrosivo.

26 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: Coagulantes: - Determinación de la cantidad a usar.- será necesario realizar un JAR TEST o TEST de JARRAS. Se puede ajustar la dosis de coagulante y también la velocidad de agitación, que deberá de ser rápida.

27 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: Floculante: - Una vez que se han formado los coágulos es necesario pegarlos, es decir, unirlos, para ello se utiliza el floculante o polielectrolito. - Clasificación en función de su carga: - Floculantes aniónicos.- carga total negativa. Generalmente son poliamidas. - Floculantes catiónicos.- carga total positiva. - Floculantes no iónicos.- carga total neutra.

28 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: Floculante: - Una vez que se han formado los coágulos es necesario pegarlos, es decir, unirlos, para ello se utiliza el floculante o polielectrolito. - Clasificación en función de su carga: - Floculantes aniónicos.- carga total negativa. Generalmente son poliamidas. - Floculantes catiónicos.- carga total positiva. - Floculantes no iónicos.- carga total neutra. En el caso de las aguas de origen agroalimentario, los más habituales son los aniónicos

29 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: Floculante: - Actúa de la siguiente forma:

30 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: Floculante: - Es necesario también, ajustar la dosis de floculante mediante un JAR TEST. - La agitación debe ser lenta. Los procesos de coagulación y floculación, suelen llevarse a cabo en los sistemas de flotación. Así pues, se eliminan los sólidos en suspensión o coloides también en estos sistemas.

31 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: En los DAF o CAF, la dosificación de los reactivos se puede realizar en serpentines:

32 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: La dosificación se realiza de la forma siguiente:

33 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: VENTAJAS de la COAGULACIÓN y FLOCULACIÓN en LÍNEA o en SERPENTÍN 1. No se requieren cubas adicionales para dosificar los productos 2. No es necesaria agitación adicional, ya que el propio serpentín sirve para mezclar el coagulante con el agua residual (Régimen Turbulento) 3. Menos costes de energía 4. El polielectrolito o floculante se dosifica directamente en la cuba de flotación 5. El ajuste de ph se hace también en línea con un ph metro (*) 6. Sistema de eliminación de sólidos en suspensión, más compacto (*) Este ajuste de ph es un ajuste fino, ya que el coagulante baja el ph, pero será necesario tener el ph del vertido ajustado antes del FISICO-QUÍMICO.

34 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: Rendimientos de los DAF y CAF con adición de coagulante y floculante Parámetro % de eliminación Aceites y grasas 90-95% Sólidos en suspensión 80-90% DBO (*) 40-50% DQO (*) 40-60% (*) Se elimina la DBO y DQO asociada a los sólidos, también llamada particulada.

35 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: DBO TOTAL= DBO PARTICULADA + DBO DISUELTA DQO TOTAL= DQO PARTICULADA + DQO DISUELTA Cuando los sólidos en suspensión no flotan en su mayoría y decantan, se utiliza un decantador. En las industrias agroalimentarias (lácteas, mataderos, conserveras) los más habituales son los sistemas de flotación. No obstante, si se requiere un decantador los más comunes son los estáticos. 1. Agua bruta 2. Agua tratada Universidad Nacional de Colombia 3. Vaciado

36 VII.3.- Sistemas de tratamientos físico-químicos Sistemas físicos Sistemas de flotación Flotación Forzada DAF y CAF Reactivos: Parámetros de diseño de DECANTADORES ESTÁTICOS Velocidad ascensional de 1-2 m/h Tiempo de retención 2-4 horas Parte recta 2,5 metros mínimo Pendiente del 30-35%

37 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Muy utilizados en las aguas de origen agroalimentario. Misión.- eliminar la DBO soluble o disuelta. Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- es el más utilizado. Se basa en aportar aire de manera forzada a un vertido que tiene carga orgánica, es decir, DBO. En la imagen siguiente, se puede ver un proceso de fangos activados tradicional:

38 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.-

39 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- parámetros a tener en cuenta: o Licor mezcla.- conjunto de bacterias vivas, muertas y el fango en suspensión, tanto el que se recircula como el generado. Se representa como SSLM. Tiene que ser constante para que siempre se disponga de la misma cantidad de bacterias o comensales. o Carga másica.- es la comida entre los comensales: Comida Kg DBO/ m 3 x Q (m 3 /d) Cm = = Comensales SSLM (kg /m 3 ) x Vr

40 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- parámetros a tener en cuenta: o Carga másica.- Lo habitual es trabajar con Cm de 0,1, es decir, aireación prolongada o baja carga. Así pues, se puede determinar fácilmente Vr. El valor de SSLM se suele fijar entre 4-6 KG/m 3. Los fangos en exceso son función de los Kg de DBO. Fe= R x Kg. DBO R es función de la carga másica.

41 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- parámetros a tener en cuenta: o Tiempo de retención.- es un parámetro secundario en el diseño de reactores de fangos activados. Se define como: Tr = Vr / Q o Un parámetro muy importante es la Edad del fango o tiempo de retención celular. No confundir con Tr. Concentración SSLM x Vreactor Edad del fango = Fango en exceso (Fe)

42 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- Partícula de fango * REACTOR DE AIREACIÓN Decantador * Recirculación F. en exceso

43 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- Observaciones para sistemas de fangos activados 1. Cuanto más baja es Cm mejor se eliminaría la DBO y mayor rendimiento en el sistema 2. Cuanto mayor sea Edad del fango, el fango estará más digerido, mayor capacidad de oxidación del mismo. Así, se favorecerá la nitrificación. 3. Cuanto mayor Edad del fango, el fango decantará mejor y será mayor la calidad del agua depurada 4. El Tr celular o Edad del fango no se debe confundir con el tiempo de retención Hidráulico 5. Cuanto mayor DBO, mayor Vr

44 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- se requiere el aporte de oxígeno o de aire. Esto se hace mediante soplantes o compresores. Los factores que intervienen en este cálculo son: CÁLCULO DE OXIGENO en un reactor de fangos biológicos Cantidad de DBO del agua de aporte Otros: temperatura del agua, etc. Nitrificación Respiración endógena de las bacterias.

45 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- se requiere el aporte de oxígeno o de aire. Esto se hace mediante soplantes o compresores. Los factores que intervienen en este cálculo son: CÁLCULO DE OXIGENO en un reactor de fangos biológicos Cantidad de DBO del agua de aporte Otros: temperatura del agua, etc. Nitrificación Respiración endógena de las bacterias. De modo grl.: Por kg. de DBO 2,5-3 kg de Oxígeno

46 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- hay distintas posibilidades muy utilizadas en las industrias agroalimentarias: o Fangos activado de flujo continuo.- como el mencionado hasta ahora, será necesario un reactor biológico aireado y un decantador. o SBR.- sistema en tandas o lotes (ver en imagen siguiente):

47 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- hay distintas posibilidades muy utilizadas en las industrias agroalimentarias: o SBR.- Los cálculos de oxígeno y volúmenes de aireación se realizarían de la misma forma que lo indicado hasta ahora.

48 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Sistemas de fangos activos.- hay distintas posibilidades muy utilizadas en las industrias agroalimentarias: o MBR.- reactor biológico con membranas. Esquema de funcionamiento:

49 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Lechos bacterianos.- o Son sistemas biológicos aeróbicos y en este caso la transferencia de oxígeno se produce por la diferencia de temperatura entre el aire y el agua. o En lugar de la Cm o carga másica se habla de Cv, es decir, la carga volúmica o volumétrica. Kgs. DBO Cv = M 3 de relleno

50 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Lechos bacterianos.- -El relleno plástico es comercial y el fabricante establece la Cv. - Posteriormente, se envía el agua a un decantador.

51 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Lechos bacterianos.- o Parámetros a tener en cuenta en el diseño.- 1. Se habla de Cv en lugar de Cm. Lo suele dar el fabricante 2. La altura de los reactores será mínimo de 2,5 m 3. Se tendrá en cuenta el índice de huecos. Es importante para que no se produzcan zonas de anoxia 4. Habrá que tener en cuenta el riesgo de lavado del lecho

52 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Sistemas más habituales: Lechos bacterianos.- o Efectivos para.- 1. Bajas cargas de DBO. No se recomiendan para DBO superiores a mg/l 2. Cuando el vertido es rico en azúcares o hidratos de carbono. Es decir, sustancias fácilmente depurables 3. Cuando el vertido no tiene cantidades altas de sólidos en suspensión 4. Cuando el vertido no tiene cantidades altas de aceites y grasas El agua una vez que atraviesa el lecho bacteriano, pasa a un decantador con un tiempo de retención de 2-3 horas y es vertida.

53 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios La eliminación de Nitrógeno y Fósforo es importante para minimizar los problemas de EUTROFIZACIÓN. Nitrógeno.- en las aguas residuales de origen agroalimentario el nitrógeno se encuentra:

54 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Nitrógeno.- forma de eliminación más habitual: Estas oxidaciones se suelen llevar a cabo en los reactores biológicos, especialmente en los sistemas de fangos activados de aireación prolongada. Es necesario que la edad de fango sea superior a 20 días. EDAD DEL FANGO > A 20 DÍAS NITRIFICACIÓN

55 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Nitrógeno.- el siguiente paso es la eliminación de los nitratos. Consistiría en la eliminación del oxígeno de los nitratos de forma bacteriana: Este proceso conviene llevarlo a cabo en el decantador secundario. Para ello es recomendable que el tiempo de retención supere las 3 horas.

56 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Fósforo.- formas más habituales de eliminación (2):

57 VII.4.- Tratamientos biológicos o secundarios Rendimientos de los sistemas biológicos: Un sistema de fangos activado bien dimensionado puede alcanzar los siguientes rendimientos, siempre y cuando se hayan realizado las etapas previas de tratamiento: Parámetro Reducción DBO 90-94% Nitrógeno 70-80% Fósforo 60-70%

58 VII.5.- Tratamiento de fangos Tratamiento de fangos primarios y secundarios: Una vez que sea ha depurado el agua, se genera lodo o fango. Éste procede del sistema de flotación y del reactor biológico. FANGO TOTAL= FANGO DEL SISTEMA DE FLOTACIÓN + FANGO DEL REACTOR BIOLÓGICO

59 VII.5.- Tratamiento de fangos Tratamiento de fangos primarios y secundarios: El fango tanto primario como secundario tiene mucha humedad. En algunos casos presenta hasta el 98% de agua. Por eso conviene deshidratarlo. No obstante y viendo la utilidad que se le quiere dar al fango, hay dos opciones: I. Tratamiento conjunto del fango.- se juntaría el fango primario y el biológico. II. Tratamiento separado.- se separa el fango primario del secundario.

60 VII.5.- Tratamiento de fangos Tratamiento de fangos primarios y secundarios - Tratamiento conjunto:

61 VII.5.- Tratamiento de fangos Tratamiento de fangos primarios y secundarios - Sistema de deshidratación de fangos (Bibliografía.- Máster de Ingeniería del Agua-Eliminación de lodos de una EDAR-Ángel Alfonzo Herrea Suárez) Filtro prensa.- trabaja en tandas o lotes. Ventaja: deshidratar el fango hasta el 40%. Su rendimiento mejora con la adición de cal. Ver imagen en pág. siguiente.

62 VII.5.- Tratamiento de fangos Ventajas filtro prensa.- reposición de telas de filtrado/ trabajo engorroso y sucio.

63 VII.5.- Tratamiento de fangos Tratamiento de fangos primarios y secundarios - Sistema de deshidratación de fangos: Filtro banda.- o Lleva una serie de rodillos y telas que espachurran el fango. A éste, previamente se le dosifica floculante para que ejerza de pegamento y así se favorezca el proceso de deshidratación. o Podría llegar a una deshidratación cercana al 25%. o Ver imagen en pág. siguiente.

64 VII.5.- Tratamiento de fangos Ventajas filtro banda.- trabajo engorroso y sucio/ revisión periódica telas y rodillos

65 VII.5.- Tratamiento de fangos Tratamiento de fangos primarios y secundarios - Sistema de deshidratación de fangos: Centrífuga o decánter.- o Es una tecnología que se basa en el principio de la fuerza centrífuga. o Tal y como se ve en la imagen de la pág. siguiente, el fango deshidratado, previamente acondicionado con polielectrolito, saldría por el centro y en la periferia quedaría el agua que nuevamente se enviaría a cabecera.

66 VII.5.- Tratamiento de fangos Ventajas centrífuga.- tecnología más limpia/ proceso continuo y con menos mantenimiento

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