Caracterización de efluentes líquidos de la industria láctea: Principales determinaciones analíticas Lic Erica Schmidt INTI Lácteos
Toda actividad industrial supone la producción indirecta de una serie de RESIDUOS En cualquiera de sus formas son emitidos hacia el ambiente produciendo degradación en las características originales del suelo, agua o aire. CONTAMINACIÓN (estrategias ambientales)
Aquellos que afecten la calidad ambiental del cuerpo de agua son considerados Impactos Ambientales (ej: enfermedades por bacterias coliformes, inutilización cursos de agua, disminución población de peces ) Acción / Efecto / Impacto Conocer la naturaleza de las aguas residuales permite establecer predicciones sobre efectos y/o impacto ambiental producido por determinada actividad: Biológicos: incremento / disminución poblacional de ciertas especies Acción: vuelco de efluentes Efectos Físicos: aumento en la turbidez Químicos: incremento DBO
Características de la contaminación en la Industria láctea GENERACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS Contaminación: Orgánica y Biodegradable con rápida tendencia a la acidificación y fermentación (lactosa) Grandes fluctuaciones en caudal y composición: Variaciones en ph, contenido de Fósforo, Nitrógeno, temperatura
En la elaboración de quesos: SUERO LACTOSA PROTEINAS GRASA SALES MINERALES Principales componentes en cuanto a la DBO DBO: 35.000 a 50.000 mg O2/lt Impacto sobre los sistemas biológicos de tratamiento de efluentes
Es el subproducto más representativos de la industria láctea y dada su carga orgánica es uno de los contaminantes ambientales más severos que existen en este rubro de industrias Una industria quesera que produzca diariamente 400.000 litros de suero sin depurar, está produciendo una contaminación diaria similar a una población de 1.250.000 habitantes.
El problema ambiental más importante de la industria láctea lo representa la generación de aguas residuales, tanto por su volumen como por la carga contaminante asociada fundamentalmente de carácter orgánico
Aguas Residuales Son las aguas provenientes de procesos post industriales; es decir que han sido utilizadas en los diferentes sistemas de fabricación, producción o manejo industrial y que para ser desechadas necesitan ser tratadas previamente, de manera tal que puedan ser adecuadas para su ubicación en las respectivas redes de vertido, depuradoras o sistemas naturales como ríos o embalses.
Clasificación de las aguas residuales Agua de Proceso: es el agua que interviene en el proceso de fabricación y que entra en contacto con el producto a transformar. Agua de Limpieza de equipos e instalaciones: Indispensable para la industria de alimentos para garantizar la higiene general requerida. Agua de Servicios: son las necesarias para el funcionamiento de equipos de refrigeración, purgas de calderas, etc Agua Sanitaria: Proveniente de los servicios sanitarios del personal que trabaja en la industria.
Control y Gestión de los efluentes Es indispensable conocer: DONDE SE GENERAN LOS EFLUENTES? QUE COMPOSICION TIENEN ESOS EFLUENTES? Importancia para determinar un sistema de gestión y tratamiento de los efluentes líquidos. Aproximación a los parámetros establecidos por la Normativa Optimización de procesos (mejor aprovechamiento de materia prima, energía y otros recursos) Beneficios Económicos y Ambientales
Cómo se caracteriza un efluente? COMPOSICIÓN (calidad) Física (color, sólidos, temperatura, turbiedad) Química (Orgánicos: grasas, proteínas, carbohidratos Inorgánicos: alcalinidad, cloruros, ph, metales, Nitrógeno) Biológica (plancton, bacterias, algas) Determinación de la CANTIDAD Cuantificación volumétrica (mediciones de caudales mínimos, máximos y promedio)
Cómo se cuantifican los componentes de los efluentes? MUESTREO Asegurar la obtención de muestras representativas Muestra puntual: Una muestra de un punto de muestreo Sólo representa ese punto en ese momento Muestra compuesta: Una colección de muestras individuales discretas tomadas a intervalos regulares sobre un período de tiempo (generalmente 24 hs). Muestra compensada: Una muestra continua tomada en proporción al caudal circulante durante un período de tiempo (generalmente 24 hs). Mejor representación de la composición del efluente durante el período de colección
Una forma simple de tomar muestras representativas: considerar una fracción de tiempo en la que se realicen actividades (lavado, producción, llenado de tinas, desuerado.) e ir tomando alícuotas durante todo ese período en un bidón, luego se pasa al bidón de 2 litros para ser llevadas al laboratorio de análisis (preferiblemente dentro de las 24 hs posteriores al muestreo ya que son muestras altamente biodegradables).
Cómo se cuantifican los componentes de los efluentes? METODOS DE MEDICIÓN Dependen del parámetro o variable a medir Sólidos disueltos filtración / evaporación Sólidos totales en suspensión. porción retenida ph peachimetro / cintas colorimétricas DBO 5 Bioensayo estándar
Propiedades Físicas Contenido de Sólidos Aspecto visual Color Turbidez Temperatura
Contenido de Sólidos (totales y sedimentables) Dan una idea del material mineral y orgánico presente en el efluente Según el tamaño de la partícula se dividen en tres categorías: Suspendidos Disueltos Coloidales Sólidos totales Sólidos Sedimentables
Aspecto visual Identificación de: Color Materiales flotantes Sustancias disueltas Variaciones en la densidad del fluido Turbidez
Turbidez Indica el nivel de materia coloidal y en suspensión de origen orgánico y/o inorgánico presente en el efluente. Es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión. Cuantos más sólidos en suspensión haya en el agua, más sucia parecerá ésta y más alta será la turbidez. Presenta alta Variabilidad depende de la fuente de luz y de las propiedades de absorción del material suspendido. Se mide el límite de visibilidad Se expresa en: Unidades nefelométricas de turbidez (NTU)
Olores Principal causa de rechazo a la implementación de instalaciones de tratamiento de efluentes Son debidos fundamentalmente a los gases liberados durante el proceso de descomposición de la materia orgánica. Pueden contener compuestos olorosos en sí mismos o compuestos con tendencia a producir olores durante las distintas etapas del proceso de tratamiento. Pueden medirse con métodos sensoriales, mientras que las concentraciones de olores específicos pueden determinarse con métodos instrumentales.
Temperatura Descripción cuantitativa de la calidez o frialdad del efluente, medida en Grados Celsius (ºC) Su impacto sobre el cuerpo receptor: Afecta la solubilidad del O 2 disuelto en agua; Influye en las velocidades de reacción, en la vida acuática (flora, fauna, microorganismos) y en los usos del agua; Determina la factibilidad de tratamientos biológicos (crecimiento bacteriano).
Propiedades Químicas ph (Acidez Alcalinidad) Conductividad / Salinidad Gases disueltos Demanda Bioquímica Oxígeno (DBO) Demanda Química Oxígeno (DQO) Carbono Orgánico Total (COT) Nitrógeno (al KJELDAL y Total) Grasas y aceites Materia orgánica Compuestos Inorgánicos (metales)
ph ph = -log10 [H+ ] Es una medida de la concentración del ión Hidrógeno en el agua Muy alcalino Tiene importancia sobre algunos procesos químicos y biológicos Muy ácido
Conductividad Eléctrica (CE) Medida de la capacidad de una solución de conducir la corriente eléctrica. La CE está relacionada con los sólidos totales disueltos (concentración de iones en solución). En medios líquidos se relaciona con la presencia de sales en solución, cuya disociación genera iones + o (electrolitos) capaces de transportar energía eléctrica si se somete a un campo eléctrico. Es utilizada como una medida de salinidad
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) Se utiliza para determinar los requerimientos de O 2 para la degradación bioqca de la materia orgánica en aguas residuales. Permite calcular los efectos de descargas de efluentes sobre los cuerpos receptores. Es un bioensayo que expresa la cantidad de O 2 disuelto requerida por microorganismos para estabilizar la materia orgánica presente en el agua (mgo 2 /l) Las condiciones del ensayo incluyen incubación en la oscuridad a 20ºC por 5 días.
Demanda Química de Oxígeno (DQO) Es la cantidad de O 2 requerido para oxidar químicamente la materia orgánica presente en una muestra de agua residual. Ensayo: Consiste en oxidar el agua residual con Permanganato de Potasio (KMnO 4 ) o Dicromato de Potasio (K 2 Cr 2 O 7 ) -agente oxidante - en una solución ácida a 150ºC durante dos horas.
Determinación con viales comerciales 0-150 0-1500 0-15000 Fuente: ESTANDARIZACIÓN Y VALIDACIÓN DE UNA TÉCNICA PARA MEDICIÓN DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO POR EL MÉTODO RESPIROMÉTRICO Y LA DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO POR EL MÉTODO COLORIMÉTRICO. CARLOS ALBEIRO LEÓN GIL. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA. FACULTAD DE TECNOLOGÍA. ESCUELA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA. PROGRAMA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA. 2009
En efluentes lácteos: 90% de la DQO es atribuible a los componentes de la leche y 10 % a sustancias ajenas a la misma. Ejemplo: 1 litro de leche entera equivale a una DBO de 110.000 mg de O2/l y una DQO de 210.000 mg O2/ l
Comparación DQO vs. DBO Por qué la DQO es siempre mayor que la DBO? Muchos compuestos orgánicos que son difíciles de oxidar biológicamente pueden ser oxidados químicamente Algunas sustancias inorgánicas son oxidadas durante el ensayo de DQO Ciertos compuestos orgánicos pueden ser tóxicos para los microorganismos utilizados en el ensayo de DBO En efluentes lácteos DBO/DQO (0.5 naturaleza orgánica altamente biodegradable)
Carbono Orgánico Total (COT) Cantidad de Carbono correspondiente a compuestos orgánicos. Cerca del 75% de los sólidos suspendidos en el efluente son orgánicos Responsables del fenómeno de EUTROFIZACIÓN
Nitrógeno Se encuentra presente en forma de: Amonio / Nitrato / Nitrito / Nitrógeno orgánico. Nutriente esencial para el crecimiento de algas y otros organismos biológicos. Nitrógeno al KJELDAHL (NK) Abarca el Nitrógeno orgánico y el amoniacal Nitrógeno Total Es el NK más el contenido de nitritos y nitratos
Grasas y Aceites Su contenido se determina por extracción con éter etílico, en el cual los compuestos hidrofóbicos son solubles. Impactos en el medio Interfieren con la vida acuática Otorgan un aspecto estético desagradable y disminuyen el paso de luz hacia la fase acuosa Ocasiona problemas en el tratamiento biológico de los efluentes
Problema ocasionado por grasas a nivel del tratamiento biológico
Compuestos inorgánicos (metales) CLASIFICACIÓN Monovalentes Divalentes Trivalentes Sodio (Na) Potasio (K) El K es usado en el citoplasma celular para mantener la fuerza iónica en el interior de la célula El Na es mantenido afuera de la célula para mantener un gradiente, que es explotado para activar mecanismos de transporte al interior de la célula. Calcio (Ca), Magnesio (Mg) Estabilizan estructuras (flóculos bacterianos) Mg estabiliza las cargas negativas del fosfato del ADN Ca estabiliza membranas celulares Hierro (Fe) Es el único metal trivalente requerido como nutriente. Se utiliza su baja solubilidad para ayudar a flocular partículas.
Composición Biológica Importante para determinar la población microbiológica (bacterias, protozoos) presente en los sistemas de tratamiento de efluentes (patógenos como no patógenos). El tipo de microorganismos presentes en los efluentes depende en gran medida de: Temperatura ph Ausencia / Presencia de Oxígeno Nutrientes
Algunos ejemplos de microorganismos Thiopedia rosea : Se trata de una bacteria de sulfuro púrpura que vive en ambientes anaeróbicos. Clamidomonas: algas resistentes a altas concentraciones de materia orgánica. Euglenófitos: (algas microscópicas) Típicos de lagunas facultativas
Las determinaciones analíticas a realizar en efluentes líquidos dependen en gran medida del tipo de efluente industrial del que se trate, variarán también en función de la información que necesite y el sitio de muestreo: Descarga general de la planta industrial (características del efluente crudo para determinar sistemas de tratamiento o corregir problemas a nivel de producción minimización de la contaminación en origen) Sistema de tratamiento de efluentes (lagunas, lodos activados para conocer eficiencia de los tratamientos)
Valores típicos de DBO 5 Tipo de efluente DBO 5 (mg/l) Cloacal domiciliario 200 500 Frigoríficos 1400 2800 Laboratorios 500 4500 Industria Láctea 900 2700 Efluente tratado biológicamente 10 30 Otros parámetros Grasas (mg/l) 150 N total (mg/l) 100 P total (mg/l) 30
COMPARACIÓN. MARCO NORMATIVO PROVINCIAL vs. CARACTERÍSTICAS EFLUENTES DE LA INDUSTRIA LÁCTEA PARÁMETRO (mg/l) DBO 5 EFLUENTE IND. LÁCTEA 900-2700 NORMATIVA PROVINCIAL VIGENTE (*) < 50 400 (Según Distancia a toma y/o cuerpo receptor) Grasas 150 < 100 N Total 100 15 P Total 30 2 (*) Resolución provincial 1089 /92: Reglamento para el control de vertimento de aguas residuales industriales
Qué se debe eliminar de los efluentes? Compuestos que si no son tratados se oxidarán en el cuerpo receptor produciendo......degradación AMBIENTAL
Muchas Gracias por su atención!! Contacto: Erica Schmidt E-mail: eschmidt@inti.gob.ar