USO DE EXHAUSTORES EN PEQUEÑAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES Bernabeu, Alejandro Alliot, Mario Santiago del Estero 2654-3000 Santa Fe Tel. 042 571160 - Fax 042 571162 e - mail: bernabeu@fiqus.unl.edu.ar e - mail: malliot@fiqus.unl.edu.ar Palabras Claves : exhaustores * aireación * efluentes industriales INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se ha estudiado una planta industrial principalmente destinada al faenamiento de porcinos y su posterior elaboración de chacinados, cuyos líquidos residuales no estaban adecuadamente tratados. La planta se encuentra emplazada en la localidad de Nelson, provincia de Santa Fe. La propuesta fue estudiar la conveniencia de llevar adelante una degradación aeróbica de sus efluentes utilizando en este caso un sistema de exhaustores, los que permitirían su aireación en la etapa de tratamiento secundario.- Para tal fin y con el objeto de analizar los posibles inconvenientes de este tipo de tratamiento, se construyó un equipo piloto, donde se ensayaron distintos parámetros y se estudió su respuesta en relación a la problemática ambiental.- Concluida la etapa experimental, se proyectó la planta de tratamiento evaluando los aspectos técnico - económicos. Se debe mencionar que el presente trabajo contó con la colaboración de los alumnos de la cátedra de Operaciones Unitarias Ic, de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Litoral, quienes participaron en diversas etapas de las tareas de planta piloto.- UBICACIÓN DE LA PLANTA INDUSTRIAL La presente memoria descriptiva esta referida a un establecimiento frigorífico, instalado en la localidad de Nelson, provincia de Santa Fe.- Se agradece en este punto la colaboración prestada por la Empresa.- CARACTERÍSTICAS DE LA EMPRESA El establecimiento esta emplazado en un terreno, cuyas dimensiones totales son de 4012 m2, de los cuales se hallan cubiertas 1395 m2. Estas instalaciones se encuentran principalmente destinadas al faenamiento de porcinos y su posterior elaboración y se compone de las siguientes áreas principales: corrales, sector de faena, sala de elaboración, secaderos, cámaras frigoríficas y dependencias administrativas.- En la actualidad 20 personas de ambos sexos prestan servicios en las diferentes áreas, tanto de producción como administración.-
TAREAS DESARROLLADAS Y MATERIAS PRIMAS UTILIZADAS Una síntesis de las tareas habituales desarrolladas, semanalmente implica una faena y la posterior elaboración de diversos chacinados.- En el momento del estudio se faenaban entre 80 a 100 porcinos semanalmente, adquiriéndose las reses vacunas faenadas.- A las materias primas antes mencionadas se debe computar los distintos aditivos, sal y especies utilizadas en las facturas. La jornada laboral se extiende de las 4 a las 16 hs.- ESTABLECIMIENTO INDUSTRIAL La planta puede ser clasificada en 3 áreas a saber: * Área de producción: Compuesta de los siguientes locales principales: Zona de corrales Zona de faena Sala de desposte Sala de elaboración Cocinas Grasería Sala de aditivos Secaderos Expedición Instalaciones sanitarias * Área de servicios: Compuesta por los siguientes locales principales: Sala de calderas Cámaras frigoríficas Taller Depósitos de materiales y combustibles sólidos * Área de administración: Integrada por los siguientes locales: PRODUCCIÓN: Gerencia Sector administrativo Local de ventas La empresa registra una producción diaria de 3 ton, alcanzándose entre 40 a 50 ton de productos elaborados mensualmente. La producción habitual implica la elaboración de los siguientes productos: Morcilla, Salames (distintos tipos), Jamones, Bondiolas y Pancetas:- INSTALACIONES DE SANEAMIENTO: El agua utilizada proviene de la red comunal de agua potable, así como de la extraída de pozo. Esta última, es almacenada en un tanque elevado y luego de clorada, alimenta la línea de distribución interna. Los líquidos cloacales provenientes de las instalaciones sanitarias, son canalizados hacia un pozo negro existente en el predio.
Los líquidos provenientes tanto de los corrales, zona de faena y de elaboración, se reúnen a fin de su evacuación del predio industrial, originando el efluente objeto de este estudio.- CARACTERIZACION DEL VOLUMEN Y CALIDAD DE LOS EFLUENTES Se procedió a relevar los caudales de los efluentes día a día en una cámara unificadora de caudales existente, obteniéndose los resultados que se indican más a abajo. Los caudales se obtuvieron en forma directa, a través de la medición en un vertedero en V, con un ángulo de 45, construido a tal fin, a distintas horas. Los caudales menores fueron determinados por medición de volúmenes y tiempo, en forma directa.- CAUDALES DE LOS EFLUENTES: Dada las características de la actividad desarrollada en la empresa pueden ser analizados en las siguientes clases : LUNES Horarios 4 a 7 h 7 a 12 h 12 a 16 h 16 a 4 h Caudales 400 l/h 1125 l/h 600 l/h 100 l/h Volumen diario: 10425 lt MARTES a VIERNES Horarios 4 a 7 h 7 a 12 h 12 a 16 h 16 a 4 h Caudales 400 l/h 600 l/h 600 l/h 100 l/h Volumen diario: 7800 litros SÁBADOS Horarios 4 a 12 h 12 a 24 h Caudales 600 l/ h 100 l/h Volumen diario: 6000 litros DOMINGOS Horarios 4 a 24 h 24 a 4 h Caudales 100 l/h 100 l/h Volumen diario: 2400 litros
CALIDAD DE LOS EFLUENTES Se transcriben a continuación los datos de análisis practicados sobre los efluentes descargados por la Empresa los días lunes, evaluados como condiciones más desfavorables, tanto en caudal como en cuanto a contaminación: Sólidos a 10 min : 15 ml/l DBO 5dias a 20ºC: 1380 mg/l Sulfuros totales: 2,5 mg/l Sustancias grasas totales: 435 mg/l Bacterias coliformes: 77.359.800 NMP/l ENSAYOS A ESCALA PILOTO Se tomaron distintos volúmenes de efluentes a distintos tiempos, pretendiendo simular las condiciones medias en la Planta Piloto, resultando un efluente medio con un DQO inicial de 529 mgr/lt. Se retiró la grasa sobrenadante.- La instalación de Planta Piloto ( ver Fig. N 1 ), consta de un depósito (que operará a modo de reactor), un sistema de bombeo integrado por una bomba tipo cloacal y las correspondientes válvulas de diafragma para regulación, un medidor de caudal tipo brida de orificio y el exhaustor con un distribuidor del aire ubicado a 15 cm del fondo del depósito antes mencionado.- El sistema elegido fue del tipo batch, trabajando en circuito cerrado.- A fin de facilitar la observación y los detalles del funcionamiento por parte del grupo de alumnos participantes, se construyó el exhaustor en vidrio, en el Taller de la Facultad de Ingeniería Química, tal como se puede ver en la Fig. N 2. Como se observa, lleva adosado en el conducto de ingreso de aire, un medidor de caudal del tipo Pitot, para la determinación del caudal correspondiente.- El exhaustor consta de una tobera por la cual se inyecta a elevada velocidad el fluido primario, en nuestro caso el efluente líquido, al cuerpo donde se genera la depresión necesaria para arrastrar una masa de aire (fluido secundario) la que ingresa por la toma lateral. El sistema líquido-gas pasa a una sección de mezcla de área constante, para luego escapar a través de una sección divergente, donde se recupera el área de flujo y consecuentemente la presión en los fluidos.- Se ubicaron dos tomas de presión, la primera de ellas antes de la tobera y la segunda a la salida de la sección divergente, con el objeto de determinar la caída de presión en el equipo a diferentes caudales de trabajo.- En una etapa inicial se realizaron ensayos previos con agua, a fin de establecer la altura de líquido más conveniente dentro del reactor tanque, teniendo en cuenta el sistema de bombeo disponible y la consiguiente relación Hm-Q, resultando para las condiciones de trabajo de 70 cm.- En este punto se caracterizó el exhaustor construido hallando la relación entre el caudal de líquido primario (agua) y el fluido secundario (aire), ver Fig. N 3. El caudal de líquido primario adoptado fue de Q= 27 l/min. El tipo de difusor adoptado se construyó en caños de polipropileno de 3/4 de diámetro, constituido por un conducto central cruzado por dos conductos adicionales. Ubicado en forma definitiva el difusor de aire y definida la altura de líquido dentro del reactor, se procedió a efectuar los ensayos sobre el efluente como se indicó en el párrafo inicial. Por razones de índole operativa se eligió como medida de la contaminación orgánica a la D.Q.O. (método del Dicromato) a fin de seguir la evolución en el tiempo dentro del reactor tanque.- En la Tabla N 1 se puede observar los resultados iniciales de dicha evolución.
Tabla N 1 VARIACIÓN DE LA D.Q.O. vs TIEMPO DE UN EFLUENTE DE INDUSTRIA FRIGORÍFICA Tiempo en min. D.Q.O. (mg./l) 0 529,2 30 412,4 60 389,1 90 287,9 120 272,4 150 264,6 180 179,0 210 114,3 300 104,8 Partiendo de los datos experimentales obtenidos, la velocidad de degradación biológica se aproxima a un orden de reacción n=1 y con una constante de degradación de k= 0,18 /días.- PROPUESTA TRATAMIENTO DE LOS LÍQUIDOS RESIDUALES La propuesta de tratamiento implica en virtud de las características del proceso, reunir los líquidos provenientes de las áreas de corrales, faena y elaboración conformando de esta manera el efluente, a fin de ser tratados en forma contínua en una planta proyectada como subterránea.- El caudal máximo tenido en cuenta para el diseño, es de 15 metros cúbicos/dia, siendo el caudal pico medido en la Planta de 10 metros cúbicos / día de efluentes.- El fundamento de esta sobredimensión radica en el posible incremento en la producción.- El primer equipo consiste en un Desengrasador-Sedimentador, que forma parte de una instalación compacta de tres cuerpos, (ver Fig. N 4). En el 1º se encuentra el Desengrasador y el Sedimentador Primario, seguido de una cámara de desborde. En el 2º cuerpo, se proyectó el Reactor Tanque con circulación en forma de U. Y en el 3er. Cuerpo, el Sedimentador Secundario de fangos. Con el equipo del primer cuerpo se pretende adecuar los niveles de grasa y sólidos sedimentables presentes a las normativas vigentes, constituyendo el pretratamiento y tratamiento primario de los efluentes. Se espera en este punto lograr reducir la temperatura a niveles tales que permitan la total separación del material graso.- El cálculo y diseño de este equipo permite separar los sólidos sedimentados en la parte del fondo del mismo; y ser extraídos por medio de una bomba de fangos para ser finalmente depositados fuera de la planta industrial.- Por la parte superior del desengrasador, se retira el material graso, que es acopiado en un depósito especial alejado de la planta. La separación descripta, es necesaria para poder realizar luego el tratamiento biológico que sigue. Del Sedimentador Primario, el líquido desborda por un canal al Reactor de Fangos Activados de Mezcla Completa, con Recirculación, del tipo Aerobio. Este tiene la forma de U y un volumen de 19 metros cúbicos. Consta de una separación por un tabique parcial con el fin de garantizar la ausencia de cortocircuitos entre la entrada y la descarga de los líquidos tratados -.
Se pretende en el mismo degradar por acción bacteriana, el material disuelto en el efluente al poner a este en contacto con aire.- El líquido desengrasado y libre ya de partículas es tratado, conjuntamente con el fango recirculado, en el reactor.- A su vez, se inyecta aire en el sistema a través de la recirculación de líquido a presión, con una batería de 4 exhaustores de 20 mm de diámetro.- La recirculación se realiza por medio de una bomba centrífuga. Esta inyecta el líquido mezclado con el aire por la parte inferior de la cámara en ambos compartimentos (separados por el tabique parcial). Se proyectó montar una segunda bomba en paralelo, para asegurar la continuidad del servicio. Cada bomba centrífuga tiene un caudal de 8 metros cúbicos por hora. Los principales parámetros del reactor se enuncian a continuación: DBO5, 20 C de entrada: 1380 mg/l DBO5, 20 C de salida: 50 mg/l Eficiencia: 96% Volumen del reactor: 19 m3 Producción de fangos: 6,6 kg/día Caudal del Reciclo: 35% del caudal de entrada Tiempo de residencia hidráulico: 30 h Carga Volumétrica: 1.05 kg DBO/m3 de reactor Desde el punto de vista microbiológico, las bacterias son las que prevalecen en la composición de los líquidos residuales. Estos microrganismos, por su metabolismo, se los clasifica en heterótrofos, y es el grupo mas importante que participa. Estas bacterias necesitan compuestos orgánicos para su actividad celular por lo que utilizan el material orgánico presente en el efluente para tal fin.- En este proceso, la estabilización de los residuos se consigue mediante la acción de microrganismos del tipo aeróbicos y facultativos. El tratamiento aeróbico escogido para el presente trabajo, denominado con fangos activados, produce una masa activada de microrganismos capaces de degradar el residuo orgánico por vía aerobia. La materia orgánica que se encuentra finamente dividida conjuntamente con microorganismos se convierte en sólidos floculentos, que pueden ser separados en una sedimentación. Esta sedimentación es muy eficaz para separar los sólidos suspendidos de hasta cierto tamaño.- En el diseño del proceso de fangos activados se han tenido en cuenta los siguientes factores: - Características del efluente a tratar - Carga - Tipo de reactor - Producción de fango - Suministro de aire - Nutrientes - Condiciones ambientales - Separación de fases Con respecto a la aireación, el oxígeno incorporado en el aire, satisface no sólo la DBO del efluente, sino también es utilizado para la respiración endógena de los microrganismos del fango. El líquido, reciclado y aireado, se inyecta en el fondo por medio de 4 distribuidores que difunden los gases.- El suministro de aire es suficiente para mantener una concentración mínima disuelta de 1 a 2 mg/litro.
La descarga del reactor requiere de un tratamiento posterior en un Sedimentador Secundario, lindero al reactor descripto anteriormente, con un fondo inclinado para colectar los sedimentos en la zona de extracción de fangos. Con esta operación se posibilita la separación de los barros generados, los que son parcialmente recirculados en el proceso y el remanente enviados a un Filtro Gravitatorio.- La recirculación del fango tiene por finalidad mantener una concentración suficiente de fango activado en el Reactor Tanque con aireación. Con este proceso se pretende llevar la D.B.O. de 1380 a 50 luego del tratamiento. Con respecto a los destinos finales de estos materiales se ha sugerido que, el sólido separado sea procesado a fin de posibilitar la conversión de la fracción orgánica como Compost. Los líquidos salidos del proceso de filtración, y los provenientes del sedimentador secundario (líquidos claros) pasan por una cámara de clorinación, donde se agrega hipoclorito de sodio, con la finalidad de darle el acondicionamiento final al efluente tratado.- De esta forma, se adecua el líquido al R. 1976/91, reduciéndose el número de bacterias coliformes a una cantidad menor a 1000 N.M.P.- RESULTADOS Y CONCLUSIONES Uno de los aspectos interesantes de los exhaustores lo constituyen sin lugar a dudas la ausencia de partes móviles, válvulas, pistones, etc., que significan en la práctica un desgaste con la consiguiente necesidad de mantenimiento. Es también de destacar la sencillez de su montaje que no requiere de consideraciones especiales. No presenta problemas de ruidos u obstrucción cuando se lo utiliza en el tratamiento secundario.- La degradación en Planta Piloto muestra que el tratamiento aerobio con los exhaustores, de desechos frigoríficos no genera olores desagradables ni espuma en forma significativa, aspectos estos de relevancia por la ubicación de la planta cercana a una población. Tampoco se observó obstrucciónes o inconvenientes similares en el equipo de aireación, ni en el sistema auxiliar de bombeo.- Respecto de los costos de inversión, se puede asumir que los exhaustores y el necesario equipo de bombeo, son una alternativa atractiva debido a su bajo costo comparativo con otros sistemas, aunque el consumo energético de funcionamiento sea elevado ( kwh/kg de Oxígeno disuelto).- Una estimación del costo de mano de obra, materiales involucrados en la construcción de los equipos, cañerías, bombas, así como de líneas de conducción y tableros de comando, cerramiento del terreno e iluminación, etc., honorarios profesionales, oscila en los $28.000 para una planta como la descripta, valor este que torna muy interesante la opción.- PARTICIPACIÓN ESTUDIANTIL Uno de los aspectos que merecen una especial atención lo constituye la participación de los alumnos regulares de la cátedra de Operaciones Unitarias Ic, de la carrera de Ingeniería Química - Universidad Nacional del Litoral, quienes participaron en las tareas de Planta Piloto que se describieron anteriormente, como parte de las actividades prácticas programadas para el cursado de la asignatura mencionada.-