DISEÑO DE PLANTA CURTIEMBRE

2012 ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO Carrera de Ingeniería en Biotecnología

[DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA CURTIEMBRE UBICADA EN LA PROVINCIA DE CHIMBORAZO ] Autores: Apunte K., Castillo, H. Proaño, N.

[DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA AGUAS RESIDUALES DE UNA 04 de junio de 2012 INDUSTRIA CURTIEMBRE UBICADA EN LA PROVINCIA DE CHIMBORAZO ]

CONTENIDO 1. ANTECEDENTES 2. OBJETIVOS GENERALES GENERALES Y ESPECÍFICOS ESPECÍFICOS 3. JUSTIFICACIÓN 4. DESCRIPCIÓN DEL DEL PROCESO PRODUCTIVO 5. MARCO REFERENCIAL 6. DATOS DEL DISEÑO 7. DIAGRAMA DE FLUJO FLUJO DE LA PLANTA PLANTA DE TRATAMIENTO 8. DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO TRATAMIENTO 9. DIAGRAMA DE FLUJO CON PORCENTAJES DE REMOCIÓN 10. CONCLUSIONES CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 11. BIBLIOGRAFÍA 12. ANEXOS

Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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CONTENIDO 1. ANTECEDENTES 2. OBJETIVOS GENERALES GENERALES Y ESPECÍFICOS ESPECÍFICOS 3. JUSTIFICACIÓN 4. DESCRIPCIÓN DEL DEL PROCESO PRODUCTIVO 5. MARCO REFERENCIAL 6. DATOS DEL DISEÑO 7. DIAGRAMA DE FLUJO FLUJO DE LA PLANTA PLANTA DE TRATAMIENTO 8. DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO TRATAMIENTO 9. DIAGRAMA DE FLUJO CON PORCENTAJES DE REMOCIÓN 10. CONCLUSIONES CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 11. BIBLIOGRAFÍA 12. ANEXOS


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1. ANTECEDENTES La industria del cuero y sus manufacturas tienen una larga tradición en nuestro país, remontándose a fines del siglo XVIII, en el cual se registraron las primeras exportaciones. Considerando esto, y la importante participación que puede lograr nuestro país desarrollando la producción de cueros, resulta necesario tener en cuenta nuevas alternativas de degradación y tratamiento de las aguas residuales como factor para su desarrollo. La industria de la curtiembre tiene un enorme impacto desde el punto de vista ambiental, dadas las características de los efluentes que elimina a los cursos de agua o a la atmósfera. Esta industria mundialmente se reconoce como una de las más contaminantes de aguas, debido a los procesos químicos involucrados. Es conocido que los efluentes de la industria del cuero constituyen uno de los residuos de mayor complejidad para su tratamiento en razón de las características de su carga contaminante. Es por ello que un adecuado tratamiento de dichas aguas residuales, resulta imprescindible desde el punto de vista ambiental y sanitario. Las distintas aguas residuales generadas en las industrias de curtido son el resultado de la utilizaciòn del agua para distintos fines, por lo que pueden presentar caracteristicas muy diferentes. Como consecuencia de este uso, el agua recoge materia en suspensiòn y disueltas que alteran sus propiedades.Los desechos de curtiembre curtiembr e contienen un un número de constituyentes en cantidades variables

y

significativas, significa tivas, de acuerdo a la materia prima, proceso y producto final. Los materiales que pueden aparecer en los desechos de curtiembre, incluyen entre otros: pelo, pedazos de piel y carne, sangre, estiércol, sales, sal común, sales de cromo y sulfuros entre otros. La fuertes exigencias del mercado nacional e internacional, en cuanto a competividad en la calidad de productos, precios y condiciones ambientales, han generado nuevos desafios de sustentabilidad para este tipo de industrias. Esto obliga a que las empresas se especialicen para lograr en forma integrada, procesos altamente Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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optimizados, con un elevado aprovechamiento de materias primas y una mìnima o nula emisiòn de residuos al medio ambiente. Es muy probable que en un futuro cercano solo se matendran las empresas de curtiembre que tengan tecnologias de punta, personal capacitado y una gestion adecuada de procesos y de sus impactos ambientales. Por tal razón, hemos realizado este trabajo de diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales, para tratar el efluente de una empresa de curtiembre, proponiendo los diferentes métodos, procesos y tratamientos a ser utilizados con el fin de disminuir los residuos conocidos presentes en esta agua residual.

2. OBJETIVOS General: 

Diseñar una planta de tratamiento para aguas residuales provenientes de una curtiembre de la Provincia de Chimborazo.

Específicos: 

Establecer los parámetros parámetros de diseño de una planta planta para el tratamiento de los residuos líquidos generados en una industria curtiembre.



Realizar un análisis investigativo previo a al diseño de la planta de tratamiento.



Dimensionar el sistema para el tratamiento de efluentes provenientes de una curtiembre.



Plantear un sistema que permita eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en el agua residual.



Producir un efluente tratado y un residuo o lodo, convenientes para su disposición o reuso.



Aplicar los conocimientos conocimient os adquiridos mediante el desarrollo del diseño de la planta y ampliarlos mediante las diferentes herramientas de investigación


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3. JUSTIFICACIÓN. Con los tratamientos de aguas se pretende disminuir, controlar o eliminar aquellos elementos que alteran las condiciones originales del agua. Esto permitirá volverlas potables o reusables, con lo que se evitará el desperdicio o tenerlas que extraer o traer nuevamente para ser utilizadas el hogar o la industria. En la actualidad todas las emisiones de aguas contaminantes de la industria, deben ser tratadas y además en la mayoría de las grandes ciudades sus aguas residuales son tratadas en plantas de tratamiento. El tratamiento de aguas nos permite el mayor aprovechamiento y aprovisionamiento del agua, ya sea para necesidades domésticas, industriales o de riego. Paralelo al impacto ambiental causado están limitaciones de las normas ambientales que son indispensables cumplirlas para continuar con el funcionamiento del proceso productivo de las empresas.

4. PROCESO PRODUCTIVO DE LA CURTIEMBRE. El proceso de produccion del cuero, esta compuesto principalmente de tres etapa: 1) Etapa de Ribera, 2) Etapa de curtido y 3) Etapa de terminaciòn; en cada una de ellas existen un conjunto de procesos donde se van dando diferentes usos de matria prima (quìmicos, agua,etc) y por consiguiente da como resultado residuos o desechos.


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Grafica 4.1.- Etapas principales de la producciòn del cuero 1) Etapa de Ribera, 2) Etapa

de curtido y 3) Etapa de terminaciòn. Etapa de Ribera El cuero es limpiado y acondicionado para la absorciòn de sales de cromo; incluye lavado, remojo, descarnado (que

consiste en la remociòn mecànica de grasas y tejido

conjuntivo), p e l a m b r e (etapa en la que se utiliza cal y sulfuro de sodio para la remociòn del pelo) y

d e s e n c a l a d o (que

utiliza compuestos orgànicos tamponados, azùcares y

otros). Esta etapa del proceso incluye varios lavados, a travèz de los cuales se arrastra carga orgànica y aditivos quìmicos (RIVELA et al, 2004)


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Etapa de curtido Constituìda por el

piquelado (donde

ocurre la preparaciòn quìmica de la piel para el

curtido, utilizando àcido fòrmico y sulfuùrico, que aportan sus protones para el enlace con los grupos carboxilicos, favoreciendo asì la difusiòn del curtiente hacia el interior de la piel, sin que se fije en las capas internas del colàgeno),

curtido

y proceso de p o s t

curtido.

En el curtido se debe lograr la estabilizaciòn del colàgeno, para lo cual se utiliza productos quìmicos sintèticos o naturales, dentro de los cuales el cromo es el màs utilizado. (CONAMA et al, 1999) Etapa de terminaciòn Luego del curtido se efectuan otras operaciones mecànicas que pretenden dar un espesor especìfico y homogèneo al cuero, que comprenden desaguado mecànico, divisiòn del cuero, raspado, recortes y otros procesos de humectaciòn adecuados para los requerimientos del artìculo a producir. CONTAMINANTES PRESENTES EN AGUA DE CURTIEMBRE Despùes de todos estos procesos realizados en la producciòn del curtido, cada etapa va dejando residuos contamientes, los cuales van a ser tranferidos al aire y en el caso de nuestro estudio hacia el agua que ha sido utilizada, A continuaciòn se presenta un esquema general de todos los contaminantes que van al aire y al agua, los cuales van variando sus concentraciones de acuerdo al avance del proceso productivo.


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Gràfica 4.2.- Contaminantes enviados al agua y aire en el proceso de producciòn de una curtiembre Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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IMPORTANTE La muestra de efluente que se tomó de esta curtiembre, fue el día en el que la industria se encontraba en la etapa de

PIQUELADO Y CURTIDO ,por

lo cual nuestro diseño esta

enfocado principalmente en la contaminaciòn del agua causada por

SS. DQO,SD,

ACIDES, SAL Y CROMO.

5. MARCO REFERENCIAL PROCESOS DEL DISEÑO Consideraciones generales de diseño Los residuos sólidos y líquidos de las curtiembres pueden causar diversos impactos al medio ambiente, requiriendo tratamiento para la reducción de la carga contaminante. Los procesos aplicables en las curtiembres pueden ser los siguientes: • Pre-tratamiento: separación de material grueso y remoción de grasas. • Tratamiento fisico-químico: oxidación de sulfuros; ecualización y homogenización;

coagulación y floculación y sedimentación primaria. •

Tratamiento Secundario: Lagunas aireadas de mezcla completa; lodos activados

(convencional) y lodos activados (aireación prolongada).Estos procesos son probados y se recomiendan su implementación por su bajo costo fijo y operativo, sus desventajas son que utilizan grandes espacios de terreno y las calidades de los efluentes no siempre alcanzan los límites que se puedan imponer en las regulaciones ambientales, en tales casos evaluar la posibilidad de implementar sistemas de afino con tratamientos avanzados. (MITINCI, 1999)


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- PRE-TRATAMIENTO Separación de material grueso Es común encontrar en las aguas residuales residuos como carnazas, pelos, pedazos de piel, etc., provenientes de las operaciones de descarnado, división y rebajamiento del cuero, los que son retirados mediante rejillas metálicas con limpieza manual o mecánica, también pueden realizarse mediante cedazos estáticos, vibratorios o rotativos. - TRATAMIENTO FÍSICOQUÍMICO Homogenización Operación de mezclado del residuo líquido para obtener una mezcla uniforme. El caudal de los vertidos de una curtiembre es irregular a lo largo del día lo que puede afectar la operación de la planta de tratamiento. Para un buen funcionamiento de ella son necesarias dos condiciones; caudal de trabajo constante y composición química regular. Esto se consigue mediante un buen depósito de homogenización instalado después del desbaste y antes de la depuración. Cuanto mayor sea el depósito y más eficiente la mezcla, más afinadamente conseguiremos las dos condiciones apuntadas.


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Gran número de los fracasos que se producen en las depuradoras de vertidos industriales son debido a una insuficiente homogenización. Es necesario aplanar no solamente los picos de pH y de componentes; sino también los de caudal. Por esta razón, la retención mínima no bajara de las 24 horas y mejor si llega a las 48. Los tiempos mayores de 24 horas aumentan los factores de ecualización de composición y caudal, no siendo necesario superar las 48 horas porque no hay mejoras sustanciales. Tiempos menores de 24 horas no permiten homogeneidad química. Para que la mezcla sea completa hay que agitar continuamente el líquido y esto, además, ayuda a que no se produzcan sedimentaciones. (VALDÉS-SOLÍS, 2000) La homogenización de los efluentes ácidos y alcalinos, provoca la neutralización y floculación de una parte de los sólidos presentes en estos efluentes y propicia la precipitación de hidróxido de cromo, cal, proteínas, colorantes, etc. El proceso debe ser proyectado de la manera que no permita la sedimentación de sólidos y genere fermentaciones anaerobias en el tanque de homogeneización, debiendo estar provistos de mezcladores mecánicos, difusores o aireadores superficiales para optimizar la mezcla de efluentes y también para uniformizar los residuos. (MITINCI, 1999) Las principales ventajas que produce la homogenización de los caudales son: mejora del tratamiento biológico, ya que se eliminan o reducen las cargas de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se consigue estabilizar el pH; mejora de la calidad del efluente y del rendimiento de los tanques de sedimentación secundaria al trabajar con cargas de sólidos constantes; reducción de las superficies necesarias para la filtración del efluente, mejora de los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavado mas uniformes , y en el tratamiento químico, el amortiguamiento de las cargas aplicadas mejora el control de la dosificación de los reactivos y la fiabilidad del proceso. Aparte de la mejora de la mayoría de las operaciones y procesos de tratamiento, la homogenización del caudal es una opción alternativa para incrementar el rendimiento de las plantas de tratamiento que se encuentran sobrecargadas (METCALF & EDDY, 1995).


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Decantación Primaria La decantación constituye un medio para separar sólidos de una fase líquida que resulta tanto mas completa, cuanto mayor sea el tiempo de sedimentación. En los decantadores se hace fluir ascensionalmente el líquido a una velocidad inferior a la de sedimentación de las partículas que interesa eliminar, las cuales se depositan en forma de lodos. A través de la decantación primaria es posible rebajar los valores de DBO5, DQO y materias en suspensión, sin necesidad de productos químicos ni de energía. Tiene por objeto permitir la deposición de sólidos en suspensión de los efluentes. La eficiencia de sedimentación depende de varios parámetros siendo la relación de carga volumétrica de la alimentación y el tiempo de retención los parámetros más importantes en el dimensionamiento de decantadores, expresándose en, m3/m2.dia y horas respectivamente. La concepción física de estas unidades también influyen en la eficiencia de remoción de sólidos. La decantación primaria, debe ser debidamente proyectada y operada, puede remover hasta 96% de los sólidos sedimentables, hasta 62% de DBO y 80% de cromo contenido en los efluentes. El lodo generado en este proceso es de difícil secado por medios naturales, como los lechos desecado, debiendo ser utilizados los procesos mecánicos. En este tanque se va a dar también un proceso de Regulación del pH. En residuos alcalinos, también llamados

básicos.

Se puede utilizar cualquier ácido fuerte. Por

consideraciones prácticas, la elección se limita a considerar el ácido sulfúrico (en la máxima dosis tolerable sin exceder la norma de descarga de sulfatos) y el ácido clorhídrico (para completar la neutralización). La reacción es prácticamente instantánea, pero el grado de mezcla no es instantáneo. El equipo de control de pH puede estar compuesto por un microprocesador electrónico, dos bombas dosificadoras con un caudal máximo de 20L/h a una presión de 5 bar, sonda auto-limpiante, para aguas sucias y dos depósitos para el almacenamiento de reactivos (Ácido y sosa) de 500 L cada uno.


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- TRATAMIENTO SECUNDARIO En los sistemas aeróbicos, una parte del carbono orgánico contaminante se transforma en CO2, por respiración de las bacterias, y la otra parte es utilizada para multiplicación celular de los microorganismos. Producto de esta actividad microbiana se forman los lodos biológicos que constituyen el residuo sólido final del tratamiento. (METCALF & EDDY, 1995; CONAMA, 1999; VALDÉS-SOLÍS, 2000). Dentro de los procesos biológicos aeróbicos se encuentran entre otros; lodos activados, lagunas aireadas y filtros percoladores. De ellos, el tratamiento más utilizado es el de lodos activados, debido a au alta eficiencia depurativa, flexibilidad de operación a través de un control racional de la biomasa presente en el proceso, minimización de olores, puede incorporar desnitrificación al proceso, prescinde de sedimentación primaria, los lodos generados son altamente mineralizados y es aplicable a un amplio rango de efluentes industriales (METCALF & EDDY, 1995; VALDÉS-SOLÍS, 2000). Lodos Activados Para el proceso de lodos activados es necesario tener en cuenta: elección del tipo de reactor,

criterios de carga, producción del lodo, las necesidades y transferencia de

oxígeno, las necesidades de nutrientes, control de organismos filamentosos y las características del efluente. (METCALF & EDDY, 1995). El proceso de lodos activados puede definirse como un sistema en el que una masa biológica que crece se flocula, el cual es continuamente recirculada y puesta en contacto con la materia orgánica del líquido que ingresa al sistema, en presencia de oxígeno molecular. El oxígeno se genera en las burbujas de aire inyectado mediante difusores dentro de la mezcla lodo/líquido bajo condiciones de turbulencia o mediante aireadores mecánicos de superficie o con otros equipos de aireación. El proceso posee una unidad de aireación seguido por una unidad de separación de sólido/líquido (decantación secundaria), de donde el lodo separado es casi totalmente retornado al tanque de aberración para ser mezclado con las aguas residuales y el remanente de este lodo es desechado del sistema. (MITINCI, 1999) Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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El proceso de lodos activados tendrá suministro de aire, por medio de Aireadores mecánicos, que producen turbulencia en la interfase aire - líquido, y esta turbulencia introduce aire dentro del líquido; se basan únicamente en el arrastre del oxígeno del aire atmosférico. A diferencia de los aireadores de turbina o de difusión, no hay un flujo o corriente de aire en estos sistemas. Los aireadores mecánicos pueden tener impulsores de alta velocidad que adicionan gran cantidad de aire a relativamente pequeñas cantidades de agua (VALDEZ, 2003). Cloración Al margen de la desinfección, el cloro se ha aplicado para objetivos diversos dentro del campo del tratamiento de las aguas residuales, entre los que podemos incluir la precloración para el control de la producción de sulfuro de hidrógeno, control del bulking en los fangos activados, y en el control de olores. De las muy diversas aplicaciones del cloro, la desinfección de los efluentes tratados sigue siendo la de mayor importancia. En la Tabla 9-12 se proporcionan los rangos de dosis para varias aplicaciones del cloro. El hecho de que se dé un intervalo de valores de las dosis es debido a la variabilidad de las características del agua residual. Por ello, siempre que sea factible, es conveniente realizar ensayos de laboratorio para determinar las dosis óptimas de cloro. En cualquier caso, cuando se especifique el contenido de cloro residual en el efluente o se limite el número final de bacterias, la cantidad de cloro a aplicar se deberá determinar experimentalmente, si ello es posible. Sin embargo, en ausencia de datos más concretos, se pueden emplear los valores máximos de la Tabla 9-12 como referencia para el cálculo del equipo de cloración a seleccionar.


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TABLA 9-12 Dosis para diversas aplicaciones de la cloración en la recogida, tratamiento y evacuación del agua residual

Los compuestos de cloro más frecuentemente empleados en las plantas de tratamiento del agua residual son el cloro (Cl2), el dióxido de cloro (ClO2), el hipoclorito de calcio [Ca(OCl)2], y el hipoclorito de sodio (NaOCl). Cuando se usan las dos últimas especies químicas, el proceso de cloración recibe el nombre de hipocloración. El control de la dosificación se puede llevar a cabo de diversas maneras. El método más simple es el control manual; el operador cambia el caudal de dosificación en función de las condiciones de funcionamiento. La dosis necesaria se suele determinar midiendo el cloro residual tras un tiempo de contacto de 15 minutos, ajustando la dosis de modo que se obtenga una concentración de cloro residual de 0,5 mg/l.


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6. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE CURTIDO. En el proceso de curtido, las industrias curtiembres generan efluentes con altas concentraciones

de Cromo III y valores de DQO elevados, esto debido al uso de

químicos tales como sales, bases, óxidos y ácidos necesarios para nivelar el pH o la alcalinidad de la piel y obtener un cuero de alta calidad.

Afluente HOMOGENIZADOR

REJAS Qo

Qm

Qo

DECANTADOR PRIMARIO Lodos de cromo

Residuos Qm+Qr

Qe

Qe

TANQUE DE AIREACIÓN

SEDIMENTADOR

CLORACIÓN

Qe Qw+Xr

Efluente

Qr+Xr

Lodos

Recirculación de fangos

Gráfico 1: Diagrama de Flujo de una Planta de Tratamiento para aguas residuales de curtiembre Para el tratamiento de este tipo de efluente, el presente diseño tiene contemplado incorporar antes del tratamiento un sistema de cribado que tiene como finalidad eliminar todos los sólidos de mayor tamaño como residuos de fibras de colágeno, pelos, epidermis, entre otros que pudiera contener el agua como remanente de los procesos anteriores y que son importantes de eliminar para evitar la putrefacción del cuero y mantener su estabilidad química y biológica. Para la etapa de cribado, Sette


et al.

(1996)

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sugiere utilizar un conjunto de placas de acero perforado con aberturas de 5 mm ya que es un cribado fino y permite remover sólidos de este tipo. Seguido de esta etapa, el diseño incluye un tanque de homogenización para favorecer el mezclado y uniformidad de las concentraciones de los sólidos que ingresen al tratamiento así como el caudal. Según la CONAMA de Chile (1999), el caudal de los vertidos de una curtiembre es irregular a lo largo del día y es un problema que puede afectar la operación de la planta de tratamiento, es por esto que el uso del homogenizador permite solventar este inconveniente manteniendo constante el caudal de ingreso del agua y su composición química. Siguiendo con el tratamiento, el siguiente paso es remover los complejos de Cromo III y cloruros que se encuentran en concentraciones significativas y que constituyen uno de los principales problemas del efluente proveniente de la industria curtiembre. Según Moral (2011), uno de los procesos químicos más comúnmente usados para la eliminación de Cr III es la precipitación basada en el ajuste del pH por adición de agentes alcalinos. Inicialmente, el agua a tratar se encuentra a un pH de 4-5 en donde el cromo trivalente se encuentra soluble en el agua residual. Según Muñoz (2012), el ajuste de pH generalmente se debe realizar en el tanque de homogenización, sin embargo, esto solo funciona para las etapas de ribera y piquelado ya que en el proceso de curtido los complejos de cromo a pH mayores a 4-5 forman sustancias coloidales que podrían obstruir la línea de conducción hacia el siguiente tanque deteriorando el proceso de operación de la planta. Por esta consideración, el ajuste de pH se realizará en el decantador primario y no en el homogenizador, para poder formar el coloide y posteriormente precipitar el cromo con la adición de un floculante específico. Para el ajuste de pH se utilizará cal hasta llegar a un valor entre 7-9 para la precipitación alcalina donde se obtendrá un coloide de complejos proteína-cromo III . No obstante, Chandao et al . (citado por Muñoz, 2012) menciona que la precipitación alcalina del cromo es incompleta, incluso empleando cal por lo que se propone realizar la precipitación de la materia coloidal con un agente floculante para permitir la desestabilización del coloide y permitir la precipitación completa y la remoción del cromo. Para Moral (2011), la depuración del Cromo III con floculantes como la poliacrilamida de naturaleza catiónica y Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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de mediano peso molecular permite la precipitación efectiva de estos complejos dando lugar a una mejor eliminación del cromo y aguas con niveles de cromo permisibles. Una de las ventajas de este procedimiento es la capacidad de reciclaje del cromo que, a más de disminuir el impacto ambiental provocado por este tipo de compuestos, permite recuperar el cromo para el proceso productivo abaratando los costos en el curtido de las pieles. Seguido de la precipitación es importante definir los tiempos de retención en el decantador para determinar la eficiencia del proceso. En cuanto a la geometría del decantador se optará por un tanque de tipo rectangular. En este punto, el cromo presente en el agua residual será removido en su totalidad. El siguiente parámetro a considerar en el tratamiento es la reducción de la DQO ya que los niveles de este suelen encontrarse entre los 1000 a 2000 mg/L en aguas de curtiembre. Con el fin de solucionar este problema se optó por realizar un tratamiento biológico de fangos activados ya que tiene la ventaja de tratar grandes volúmenes de agua residual en espacios reducidos y con tiempos de residencia hidráulica menores a los que presenta una laguna aireada. Se ha descrito que este proceso puede disminuir en un 90% de la DBO presente por lo que este sistema se consideró como el ideal para el tratamiento de este tipo de agua. Dentro de este tratamiento biológico se contempla la instalación de un tanque de aireación. Finalmente, como parte del diseño se colocará un sedimentador después del tanque de aireación y un tanque de cloración para la desinfección del agua.

7. DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE CURTIEMBRE

Para el diseño de la planta de tratamiento se ha considerado los siguientes datos como parámetros iniciales.


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Tabla 1: Datos iniciales del agua residual de curtiembre (Chimborazo)

PARÁMETRO DQO DBO SST Qo pH T

VALOR 1400 mg/L 500 mg/L 450 mg/L 1,25 m3/día 4-5 16

Es necesario considerar los límites a los cuales se debe llegar y que, según la normativa son los siguientes: Tabla 2: Límites permisibles según el Texto Unificado de Ley de Aguas Secundario (TULAS) para descargas a un cuerpo de agua dulce

PARÁMETRO DQO DBO SST pH

VALOR 250 mg/L 100 mg/L 100 mg/L 7

El motivo por el que se aplica esta normativa es debido a que la industria se encuentra en la Provincia de Chimborazo por lo que la ordenanza Municipal en este caso no sería aplicable. Los parámetros se tomaron con respecto a un cuerpo de agua dulce ya que el agua que sale de esta curtiembre se descarga directamente a un pequeño río que pasa cerca de la industria. PRE TRATAMIENTO HOMOGENIZADOR Para el diseño del homogenizador se tomó en cuenta el caudal proporcionado por la curtiembre que es de 1,25 m 3/día y el tiempo de retención hidráulica que, según la bibliografía deben estar entre 1-2 días ya que se ha visto que en este tiempo aumenta la ecualización de la composición y el caudal. Además, no se ha descrito mayores Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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diferencias a un tiempo mayor por lo que el tiempo de retención a elegir para el homogenizador será de 2 días. Para el dimensionamiento, Muñoz, V. (2012) recomienda utilizar una altura de 2 m como parámetro de diseño para un volumen de 12 m 3. Considerando que el volumen a tratar es mucho menor, se optará por utilizar una profundidad de 1 m para abaratar costos y obtener una dimensión de las instalaciones acorde con la cantidad de agua que se va a tratar. Mediante los cálculos de determinó que el área adecuada para el homogenizador es de 2.5 m 2 con paredes de 1.5 m 2 y una profundidad de 1 m. Para mantener la mezcla se utilizará mezcladores de turbina y hélice. CÁLCULOS DE DISEÑO DEL HOMOGENIZADOR Para los cálculos del homogenizador se utilizó como datos los siguientes: Parámetro Tiempo de Residencia Hidráulica (ɵ) Caudal entrante(Q) Altura (H) 



Valor 2 días 1,25 m3/día 1m

Cálculo del volumen del Homogenizador:

Área del tanque:


                Página 19




Dimensiones de las paredes del tanque:

√  

TRATAMIENTO PRIMARIO DECANTADOR PRIMARIO Es necesario la instalación de un decantador primario ya que se debe recoger previamente los lodos de cromo para evitar que estos compuestos inhiban el crecimiento de los microorganismos que van a actuar en el tratamiento secundario o biológico. CÁLCULOS DE DISEÑO DEL DECANTADOR PRIMARIO: Para el correcto dimensionamiento del decantador es necesario definir el tiempo de residencia hidráulica. Según Muñoz (2002), la velocidad de sedimentación para estos flóculos es de 0.8 m/día. La altura a la que se prevee tener el tanque es de 2 m tomando en cuenta que la planta no trata volúmenes tan grandes. 

Área del decantador primario:

              

Volumen del decantador


       Página 20




Cantidad de floculante

Para Muñoz (2002), la cantidad óptima de polímero aniónico de poliacrilamida a utilizar es de 4mg/L. Calculando para el volumen que tiene el decantador se tiene:

          de poliacrilamida. 

Producción de fango

Según Méndez (2007) la remoción de sólidos suspendidos por este método en el tratamiento de aguas de curtiembre es de aproximadamente 75%. Tomando en cuenta este porcentaje se tiene:

  ⁄    Para determinar el volumen del fango según la Tabla 9-9 de Metcalf y Eddy el peso específico del fango es de 1.03

   ⁄      Por ende la producción de fangos será de 17 L en el decantador. 

REMOCIÓN DE DQO, DBO Y SST

Según Méndez (2007) este procedimiento ha sido ampliamente usado en la depuración de aguas de curtido removiendo aproximadamente el 80% de los sólidos suspendidos totales, 52% de DQO y 50% de DBO. Estimando con estos datos de eficiencia teórica, la concentración de salida del decantador es: 

SST de salida


          Página 21


   

DQO de salida



DBO de salida

                      

En la Tabla 3 se detallan los valores de SST, DQO, y DBO después del proceso de decantación primaria. Se puede notar que la cantidad de SST ha disminuido considerablemente encontrándose dentro de los límites permisibles según el TULAS. Tabla 3: Valores de entrada y de salida según la eficiencia teórica de la decantación primaria. PAR METRO

VALOR DE

EFICIENCIA

ENTRADA

VALOR DE SALIDA

SST

450 mg/L

80

90 mg/L

DQO

1400 mg/L

52

672 mg/L

DBO

500 mg/L

50

250 mg/L


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TRATAMIENTO SECUNDARIO TANQUE DE AIREACION Dentro del diseño también se contempla realizar un tratamiento secundario por fangos activados ya que, si bien el tratamiento primario remueve considerablemente la cantidad de DQO y sólidos suspendidos, es necesario este tipo de tratamientos para poder remover la cantidad necesaria que nos permita cumplir con las normativas establecidas. Se ha escogido como instalación un reactor de mezcla completa y flujo continuo ya que permite una buena distribución de la materia presente en el agua aumentando su disponibilidad para que las bacterias puedan oxidarla. Como datos iniciales tenemos los descritos en la tabla 3. CÁLCULOS DE DISEÑOS PARA EL REACTOR VOLUMEN DEL REACTOR: Q= caudal de entrada al reactor, 1.25 m 3/día So= DBO de entrada al reactor, 250mg/L

0.25 kg/ m 3

La relación F/M y X son valores teóricos tomados de Metcalf&Eddy. (Vease ANEXOS)

   

                   

TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICA


Página 23


          ÁREA DEL REACTOR Para el diseño del área se tomará una altura de 2,5 m ya que, a pesar que la bibliografía reporta alturas mayores, el volumen a tratar es pequeño por lo q no es necesario alturas mayores.

      

DIÁMETRO DEL REACTOR

                DBO DEGRADADA Se= DBO que se sale DBOe= según TULAS 100 mg/L SS=90mg/L

        Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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TIEMPO DE RETENCIÓN CELULAR Para el cálculo del tiempo de retención celular se obtuvieron los datos de la literatura (véase ANEXOS) Y= 0.6 gSSV/gDBO F/M= 0.4 gDBO/gSSV/dia kd= 0.06 gSS/gSSV.d E= 85%

                        

PRODUCCIÓN DE LODO

RENDIMIENTO DE O 2

                        )  ( 


Página 25


              

  

SOLIDOS SUSPENDIDOS DE RECIRCULACIÓN R= 0.85 kg O2/kg DBO(véase ANEXOS)

 

X=

             

CAUDAL DE PURGA DEL REACTOR

    )  (     ( )                ( )

CAUDAL DE RECIRCULACIÓN HACIA EL REACTOR


Página 26


                 CAUDAL DE SAL IDA DEL REACTOR :

                En cuanto a la eficiencia del proceso, las concentraciones de salida de este proceso se detallan a continuación: PARÁMETRO

VALOR DE

EFICIENCIA

VALOR DE

ENTRADA

SALIDA

SST

90 mg/L

80

18 mg/L

DQO

672 mg/L

89

73.92 mg/L

DBO

250 mg/L

*

43.3 mg/L

*para el calculo de DBO saliente se analizó por medio de Se calculado anteriormente. SEDIMENTADOR SECUNDARIO CÁLCULOS DE DISEÑOS PARA EL SEDIMENTADOR SECUNDARIO Elección del área optima Datos obtenidos en tablas: Carga de sólidos promedio= 44


 Página 27


Régimen de flujo promedio= 4.5 o

   

Volumen del sedimentador secundario: Flujo de sólidos

                         Régimen de flujo

                           Tomamos el área total 2 en base al régimen de flujo ya que es la que tiene mayor capacidad.

 

Diámetro del decantador secundario

          Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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Según la bibliografía recomienda para diámetros menores a 12.2 m usar una la altura del tanque que es: 3.5 m o

Volumen del sedimentador

o

Tiempo de retención hidráulica del sedimentador ( ):

o

Caudal de lodos del sedimentador (

o

Caudal del efluente (Q e)

       

                      :

       

Valores de remoción según eficiencias teóricas 

Remoción de SST


    Página 29




Remoción de DQO



Remoción de DBO

                              

Las concentraciones de salida serán las siguientes según las eficiencias teóricas PARÁMETRO SST DQO DBO

VALOR DE ENTRADA 18 mg/L 73.92 mg/L 43.3 mg/L

EFICIENCIA 80 52 50

VALOR DE SALIDA 3.6 mg/L 35.42 mg/L 21.65 mg/L

Como se puede observar se ha disminuido considerablemente estos parámetros, lo que demuestra que el tratamiento aplicado es apto para el tratamiento de aguas residuales de curtiembre Diseño del tanque de cloración Inicialmente, podemos calcular el volumen del tanque, según el caudal a tratar y el tiempo de permanencia del agua con el desinfectante, que según bibliografía, se recomienda un tiempo de 30 minutos. Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

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Entonces: θ = V/Q θ = 30 min

Q= 1,15 m3/día = 0,000079 m3/min Por lo tanto; V= θ Q

V= (30 min)( 0,000079 m3/min) V= 0,024 m3 V= 23,95 L Según la Tabla 2, la concentración de Cloro que se debe añadir al efluente del proceso de fangos activados es de 2 a 8 mg/L. Para calcular la dosis promedio de desinfectante a ser aplicado, podemos hacerlo con la siguiente ecuación:

D = (D M + D m )/2 (mg/L) Donde: D= dosis promedio de desinfectante D M = dosis máxima (mg/L) D m = dosis mínima (mg/L) Reemplazando los datos, obtenemos que: D= (8+2) / 2 D= 5 mg/L por cada mg/L de DBO5 eliminada.

Según bibliografía, el tanque de cloración podría tener dimensiones de 13 x 5 x 2,5 m, incluyendo cuatro cámaras separadas por muros de concreto, que favorecen un movimiento en serpentín para aumentar la mezcla entre el cloro y el agua.


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8. DIAGRAMA DE FLUJO CON PORCENTAJES DE REMOCIÓN

Gráfico 2. Diagrama de Flujo de una Planta de Tratamiento para aguas residuales de curtiembre, con porcentajes de remoción

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES 

El agua residual de esta curtiembre debería ser tratada antes de descargarse al cauce normal, ya que sus valores de DQO, DBO, SST, cromo III están incumpliendo con las normativas establecidas,



Se propone un diseño (dimensionamiento) de tratamiento para reducir los niveles de los contaminantes presentes en estas aguas residuales de esta curtimbre, presentándose datos de remoción que van disminuyendo en cata etapa del proceso.



En base a un análisis de las características iníciales de esta agua y según los cálculos realizados se indica que el diseño propuesto puede ser usado para tratar estas aguas. Inicia con rejas, homogenizador, decantador primario, tanque de


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aireación, decantador secundario (clarificador), recirculación y purga del lodo, y finalmente una cloración para purificar el agua tratada 

Es necesario instaurar el diseño de una planta piloto para verificar y optimizar su funcionamiento.



Las industrias de curtiembre realmente no utilizan altos caudales. No obstante analizado el agua residual de esta empresa, es notable que es altamente contaminante, por lo que amerita de un adecuado y complejo tratamiento.



Aún cuando el tema de los residuos sólidos (fangos) no está debidamente normado en el país, se recomienda enfrentarlo con un enfoque técnico. En efecto, los residuos sólidos generados por el proceso en la curtimbre no son voluminosos como en otros casos y pero si pueden ser tóxicos, y en otros casos no biodegradables, también los hay con un alto contenido de humedad y difícilmente deshidratables. Sin embargo, en una gran proporción, los residuos sólidos de curtiembres pueden ser tratados y aprovechados, obteniéndose un valor económico, que al menos evite los cada vez más crecientes costos de ingreso a vertederos



Mediante el desarrollo de la planta se logro la aplicación y ampliación de los conocimientos adquiridos en la cátedra de Biotecnología ambiental, además de comprender la importancia que tiene el tratamiento de las aguas para de este modo contribuir a resolver el problema de contaminación de las mismas



Ninguna medida de control será efectiva, sino va acompañada de disposiciones destinadas a reducir la cantidad de residuos y a reciclar todo en lo posible. Por esto es importante concientizar a la población para que cuide nuestro recurso más importante: el agua, y a las diversas empresas que no cuentan con una planta de tratamiento de aguas residuales que lo hagan.

RECOMENDACIONES 

Tomar muy en cuenta los componentes del agua residual a ser tratada.



Analizar detalladamente todos los parámetros para el procedimiento de los tratamientos a aplicar.


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

Realizar los cálculos adecuados para obtener un resultado favorable, dependiendo de los porcentajes de remoción de cada componente.



Tomar muy en cuenta los límites de vertido de las industrias, en relación a la normativa establecida.

A pesar de que existen datos bibliograficos establecidos, se debe analizar particularmente cada agua residual a ser tratada, ya que a pesar de tener los procesos productivos similares pueden variar con otros factores como por ejemplo ambientales dependiente de la localizaciòn de cada empresa (temperatura, pH, presìòn atmosfèrica, etc). 10. BIBLIOGRAFIA

-Libros CONAMA E (1999). Producción Limpia en la Industria de Curtiembre. Ed Santiago de Compostela, 2007 METCALF&EDDY. Ingeniería de aguas residules. Tratamiento, vertido y reutilización (Tercera edición ed.). España: McGraw Hill, 1995 RIVELA (2004)Tratado de Reciclado y Recuperacion de Productos de los Residuos. Ed Mundi-Prensa, 2000 VALDEZ ENRIQUE, VÁSQUEZ ALBA. Ingeniería de los Sistemas de Tratamiento y disposición de Aguas Residuales. Ed. ICA, 2003 - Internet CURTIEMBRES, EFLUENTES Y PLANTAS DE TRATAMIENTO. Cueronet.com http://www.cueronet.com/tecnica/tratamiento.htm GUIA DE BUENAS PRACTICAS SUBSECTOR CURTIEMBRES. Ministerio de industria, turismo, integración y negociaciones comerciales internacionales. Dirección nacional de industrias. MITINCI. Junio 1999 http://es.scribd.com/doc/36271024/19/Diagrama-de-Flujo-de-Tratamiento-de Aguas-Residuales-de-las-Curtiembres COMISION NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE - REGION METROPOLITANA. GUIA PARA EL CONTROL Y PREVENCION DE LA CONTAMINACION INDUSTRIALCURTIEMBRE. SANTIAGO, JUNIO 1999 Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

Página 34


http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cd56/curtiembre.pdf Valdés- Solís, T. (2000). “Tratamiento de aguas Residuales” http://www.terra.es/personal/forma_xxi/cono12.htm Umaña, R. (2004). “Tratamiento de Aguas Residuales de la Industria de Curtiembre mediante un Sistema de Lodos Activados a Escala Piloto”. Chile

http://www.doctoradorrnn.ufro.cl/index.php?option=com_docman&task=doc_vie w&gid=40&tmpl=component&format=raw&Itemid = Desinfección con compuestos de Cloro http://cidta.usal.es/residuales/libros/logo/pdf/DESINFECCION_%20CLORO.pdf Moral Rama, A. (2011). Depuración de Cromo III en aguas residuales que contienen alta carga proteica. Extraído de: http://www.interempresas.net/Agua/Articulos/49657Depuracion-de-Cromo-III-en-aguas-residuales-que-contienen-alta-carga-proteica.html Muñoz, M.(2002). Tramientos primarios de los efluentes de pelambre y curtido. Extraído de: http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/mexico26/ii-082.pdf Muñoz, V.(2012). Memoria de cálculo de tratamiento de RILES Ferrol S.A. Extraído de: https://www.e-seia.cl/archivos/226_Anexo_III1_MemoriaCalculo.pdf


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11. ANEXOS TABLAS

DE

REFERENCIA

BIBLIOGRÁFICA

PARA

LOS

CÁLCULOS

DE

DIMENSIONAMIENTO


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FOTOS TOMADAS EN EL MUESTREO

Foto 1: Biombo de curtido

Foto3: Muestra recolectada Apunte, K., Castillo, H., Proaño, N.

Foto2:Pieles que ingresan al proceso de curtido

Foto 4: Muestra a las 24 horas de recolección

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INFORME DE MUESTREO TEMA: MUESTREO DE AGUAS RESIDUALES PROVENIENTES DE UNA INDUSTRIA CURTIEMBRE EN LA PROVINCIA DE CHIMBORAZO Por: Kathy Apunte, Henry Castillo, Natasha Proaño OBJETIVOS.  

Determinar los parámetros operacionales de la industria curtiembre. Recolectar una muestra puntual del proceso de curtido y determinar su DQO

MATERIALES: Guantes Botella de recolección

 

DESCRIPCIÖN: Para la realización del muestreo se solicitó el ingreso a una industria curtiembre ubicada en la Provincia de Chimborazo. La razón por la que se escogió este tipo de industria es debido a que es una de las que mayor contaminación genera, no solo por la cantidad de desechos que genere en el procesamiento del cuero, sino por el uso de sales de cromo que es considerado un metal pesado tóxico y bioacumulable que puede producir cambios significativos en las características del efluente donde son desechados. Al llear a la industria se tuvo una explicación general de todo el proceso que se le daba a la materia prima. Posteriormente se procedió a tomar una muestra puntual del proceso de curtido del cuero que se caracteriza por tener gran contenido de cromo y materia no biodegradable por los químicos que se usan en esta etapa. La muestra se tomó a las 9:30 de la mañana el domingo 13 de mayo del 2012. La muestra tomada se provenía de los bombos de curtido, tenía una coloración verdosa turbia y se pudo notar que a las 24 hora de la toma de la muestra decantaba una cantidad considerable sólidos suspendidos. Los parámetros como pH, y caudal fueron proporcionados por la empresa. La tabla 1 detalla estos valores TABLA1. Parámetros proporcionados por la empresa. Parámetro

Valor

Caudal

25m3/mes

pH

4-5


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DISEÑO DE PLANTA CURTIEMBRE

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