Planta de Tratamiento de Agua Residual en Chorizo

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA

Planta de Tratamiento de Agua Residuales Química en alimentos Catedrático: Luis Guillermo González Olivares Alumnos: Aguilar Guzmán Miguel Ángel Flores Anaya Estrella Hernández Hdez Aldahir Alberto Jiménez García Irving Jonathan Pelcastre García Elihu Josafat

Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Elaboración de una planta de tratamiento de aguas residuales SYMPRA Aprobó:

No. Revisión No. Hoja

Índice Introducción………………………………………………………………………………..3 Proceso de elaboración de chorizo……………………………………………………..4 Fuentes y caracterización de residuos………………………………………………….5

Normatividad……………………………………………………………………………….6

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Introducción El chorizo es un embutido de corta o mediana maduración

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de consistencia

blanda que se elabora con carne de res o de cerdo, grasa de cerdo, vísceras y condimentos. Se embute en tripas de origen natural o artificial, lo que le da forma, le ayuda a su consistencia. Es sometido a deshidratación parcial por ahumado o por secado. El chorizo de pollo es la mezcla de carne picada o troceada de pollo y grasa de cerdo, adicionada de sal y otras especies, condimentos y aditivos autorizados, amasada en tripas naturales, que ha sufrido un proceso de desecación, con un sabor y olor característicos, de consistencia firme y compacta al tacto. Durante el proceso de elaboración se generarán residuos provenientes del lavado y desinfección de los equipos y durante la maduración de nuestro producto, los cuales tienen efectos perjudiciales en el ambiente. La legislación actual exige el tratamiento de aguas residuales, industriales y domesticas, con el fin de cumplir con los estándares de calidad establecidos por las autoridades ambientales. Una solución a este problema consiste en el tratamiento de aguas residuales y su reutilización en un número de diferentes aplicaciones en los límites de la propia industria. El presente trabajo tiene como objetivo el diseño de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales generados de la elaboración de choripollo.



Proceso de elaboración de chorizo

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El siguiente diagrama de bloques nos presenta el proceso de elaboración del chorizo, además se presentan las etapas donde se generan residuos en la elaboración de nuestro producto Materia Prima (Lardo y carne de pollo deshuesada y sin piel)

Picado

Molienda

Mezclado

Embutido

Pesaje y dosificación Residuos embalaje Especies y aditivos

Almacenamiento

Residuos por tripas rotas

Residuos de la limpieza de equipos

Envasado

Tripas

Maduración

Residuos embalaje

Una de las etapas donde se genera la mayor cantidad de residuos de nuestro producto es en la limpieza y desinfección los equipos, aunque también se generan residuos durante la formación del embutido y otros provenientes del embalaje.



Fuentes y caracterización de los residuos

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Residuos líquidos: En general, las aguas residuales que se producen

durante el lavado y desinfección contienen altas cantidades de proteínas y grasas, además de tener detergentes y desinfectantes. Como resultado de los contaminantes antes mencionados tendremos una alta concentración de DBO y DQO, una elevada concentración de salidos suspendidos, de grasa y pH distinto. Emisiones atmosféricas: Las emisiones al aire no constituyen una

preocupación ambiental importante en las procesadoras de carne.

Las

principales fuentes generadoras de emisiones atmosféricas se relacionan con la generación de olores molestos, provenientes del agua residual. Generación de ruidos: En las plantas procesadoras de carne, los equipos

se encuentran ubicados al interior de los edificios. Si estas plantas están lejos de zonas pobladas, no debieran generar problemas de ruidos molestos.



Normatividad La planta de tratamiento de aguas residuales tendrá como objetivo cumplir con las siguientes normas. Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996, Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las aguas residuales en aguas y bienes nacionales. Véase Anexo 1. Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEMARNAT-1996, Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal. Véase Anexo 2. Norma Oficial Mexicana NOM-003-ECOL-1997, Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes para aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios públicos. Véase Anexo 3.

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Planta de tratamiento de aguas residuales

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Una planta de tratamiento para residuos líquidos, requiere ser diseñada para remover los niveles de contaminantes, tales como: DBO, aceites y grasas, sólidos suspendidos, DQO y microorganismos patógenos, entre otros. Lo más recomendable es diseñar un sistema de tratamiento que considere un pretratamiento (rejas y trampas de grasas), un tratamiento primario (físico o fisicoquímico) y un tratamiento secundario (biológico). A continuación, se describe brevemente los procesos de tratamientos que se realizaran al agua residual. El contenido de aguas residuales provenientes de la industria de choripollo (tabla1) cuenta con las siguientes características: Parámetros

Unidades

Valores aproximados

DQO

mg/l

1683.6

DBO

mg/l

863.4

Sólidos suspendidos

mg/l

640.2

pH

5.1

Nitrógeno

mg/l

2743.6

Fosforo

mg/l

328.4

Tabla 1. Contenido del agua residual a tratar


No. Revisión No. Hoja 8

Recepción y envío de efluentes Consiste en la interconexión de las descargas a un sistema de bombeo del cual se envían los efluentes a la planta de tratamiento mediante bombas, los cuales se controlan mediante un sensor de nivel. Esto evitara los periodos de bajo flujo en el sistema de bombeo, el flujo es regulado por una válvula de control, la cual recibe la señal de nivel. Grupo SYMPRA-Alimentos solo cubrirá 1% de la demanda del mercado meta, lo cual nos lleva a tener una producción de 1,623 kg/día para el año de 2008, pero con el aumento de la demanda de nuestro producto se cubrirá el 5 % de la demanda del mercado meta y se obtendrá una producción 9,529 kg/día. Para la planta de tratamiento de aguas residuales se Para el tratamiento de aguas residuales se tendrá un caudal de aproximadamente de 10,000 m3 /día, el área de recepción de aguas residuales dependerá del caudal y de la velocidad de este. Para el cálculo del área se utilizara la ecuación de Manning que se presenta a continuación:

          Donde A representa el área mojada (área de la sección del flujo de agua) en m 2, P es el perímetro mojado en m, n depende de la rugosidad de la pared, V es la velocidad media del agua en m/s, Q corresponde al caudal del agua en m3 /s y S es la pendiente de la línea del agua en m/m. Se utilizaran tuberías circulares, para el cálculo del área hidráulica y el perímetro mojado se hará uso de las siguientes formulas:

   

  



A valores inferiores de de caudal de 20m3 /s se recomienda utilizar un radio pequeños por lo que se utilizara un radio de 0.1 m y un ángulo de 90° donde hay una máxima eficiencia en la descarga de efluentes. Sustituyendo los valores en las anteriores formulas tendremos un valor de área mojada de 0.45 m2 y un perímetro mojado de 0.45 m. El material de las tuberías a utilizar será concreto teniendo un factor de rugosidad de 3. Sustituyendo en la formula de velocidad se obtendrá un velocidad de 4.13 m/s, este valor nos sirve para determinar la capacidad de nuestro tanque de recepción con la ayuda de la siguiente fórmula:

  ⁄ Sustituyendo la velocidad de caudal de 4.13 m/s, un diámetro de 0.1 m y un largo de 1 m requerimos un tanque con una capacidad de 0.410 m3 o 413 litros.

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Pretratamiento Es la primera operación a que se someten los residuos líquidos. Consiste en retener los sólidos y grasas que arrastra el agua y que podrían, por su tamaño y características, entorpecer el normal funcionamiento de las plantas de tratamiento. Para esta operación se utilizara rejas y trampas de grasas Rejas: Dispositivo con aberturas de tamaño uniforme, donde quedan retenidas las partículas gruesas del efluente. El paso libre entre barras es de 50 a 100 mm para los sólidos gruesos y de 12 a 20 mm para los sólidos finos (figura 1). Trampas de grasas: Consisten en un estanque rectangular, en el cual la sustancia grasa es empujada hacia la superficie y atrapada por un baffle.

Figura 1. Sistema de rejillas inclinadas

Tratamiento primario Consiste en la remoción de una cantidad importante de los sólidos suspendidos, contenidos en las aguas residuales, mediante procesos físicos y/o químicos. Para el cual se utilizara un estanque de flotación por aire inducido (figura 2).

Figura 2. Estanque de flotacion.

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El estanque de flotación por aire inducido se utiliza para remover sólidos suspendidos y grasas remanentes; tiene mayor eficiencia que las rejas y las trampas.

En este estanque se aplica aire mediante difusores concetados a

sopladores de aire, a fin de mantener la mezcla y el oxigeno requerido para el tratamiento biologico posterior. El lodo de la flotación tiene un alto contenido de proteínas y grasas y puede ser usado para alimento de animales, después de pasteurizarlo.

Neutralización del agua residual En esta etapa se ajusta el pH del efluente a valores requeridos para una buena operación en el reactor anaerobico (figura 3). Los residuos genereados por nuestro producto son de carácter acido por lo que se llevara a cabo una neutralizacion con dioxido de carbono debido a que es un componente amigable con el ambiente, barato y no aumenta la carga del agua a tratar.

Figura 3. Neutralización del agua residual

Tratamiento secundario Se realizara un tratamiento con bacterias desnitrificantes para eliminar el contenido de nitrógeno en el agua residual. El tratamiento de desnitrificacion se

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realizara con Pseudomonas; para llevar a cabo este proceso es necesario que nuestro efluente tenga un pH de 7 y una concentracion de oxígeno de 4.2 mg/l. Para comprobar que existió en el sistema una desnitrificación, se realizara un balance de masa

tomando en cuenta las transformaciones que sufre los

compuestos de nitrógeno y su forma de

eliminación. Para el balance se

considerara que el nitrógeno total que entra al reactor, solo puede salir por tres vías: nitrógeno desnitrificado (gas), nitrógeno utilizado por los microorganismos para mantenerse y crecer y el nitrógeno que sale con el efluente. Por lo que el balance queda representado de la siguiente manera:

           (    )

   ( )   La masa de nitrógeno asimilado por los microorganismos se obtuvo multiplicando el factor α (0.05), este factor relaciona nitrógeno y DBO que se maneja en los

procesos biológicos. Considerando una DBO de 172.88 mg/l y un contenido de nitrógeno de 1097.44 mg/l el NDesnitrificado tendra un valor de 1,007.78 mg/l.

Desinfección El efecto que se busca en esta etapa es el abatamiento significativo de gérmenes coliformes tales como Salmonella o Shigella mediante el empleo de cloro. La adicion de cloro se realiza mediante tanques dosificadores en un tanque de contacto para asegurar la retencion de cloro con el efluente procedente del tratamiento secundario. El cálculo de la cantidad de cloro se realiza con la siguiente formula:

        

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Se asume una retencion aproximada de 8 mg/l recomendados para una agua residual pretratada mediante un lodo activado convencional. La cantidad de cloro que se requiere al día es de 0.096 al día.

Diagrama de flujo del Tratamiento de Aguas Residuales

Pretratamiento

Sistema de Re as

Eliminación de Partículas

Sistema de Desen rase

Eliminación de Grasas

Desinfección

Desnitrificación

Eliminación de Patógenos

Eliminación del contenido de nitrógeno

Neutralización

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Costos TRATAMIENTO PRIMARIO

Dentro de este tratamiento se realizaran la separacion solidos suspendidos y desengrasado mediante la flotacion, ademas de que se ajustara el pH mediante la neutralizacion por dioxido de carbono para su posterior pretratamiento. En esta fase se considerara un tanque con sistema de rejillas, un tanque desengrasador y un tanque con inyeccion de CO2 para la neutralización de pH. en la tabla 2 podemos observar el costo de los equipos. Equipos

Costo ($)

Tanque con sistema de rejillas

12, 500.00

Desengrasante

14, 800.00

Tanque neutralizador

15, 000.00

Tabla 2. Costos del tratamiento primario El costo total del equipo para la el tratamiento primario es de $42, 300.00, la instalacion de los equipos puede ser subterranea afuera de las instalaciones de la empresa. TRATAMIENTO SECUNDARIO

Para el tratamiento secundario se utilizara un equipo “biodeg básico” este equipo

permite consta de 5 modulos de 2,000 litros además de que es un equipo pequeño facilitando la instalacion del mismo, cuenta con el equipo necesario para el tratamiento secunddario y permite la reutilización del agua tratada.

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El costo del equipo para el tratamiento secundario de $49,957.00. El costo de instalacion será de $7,000.00 dando un coste final para el tratamiento de aguas residuales de $99,257.00. Con el tratamiento que se realizará se espera eliminar un elevado porcentaje de contaminantes como se muestra en la tabla 3. Tratamiento

Denominación

DBO

DQO

Nitrogeno

Sólidos

Aceites y

común

%

%

%

suspendidos

grasas %

% Mecánico

Filtración

5-15

5-15

-

25-40

5-10

Mecánico+Físico

Flotación

30-45

30-45

5-15

80-85

>90

Mecánico+Físico+Bio.

Biológico

95-99

95-99

85-97

>95

>95

Tabla 3. Eficiencia del tratamiento de aguas residuales Al termino del tratamiento de aguas residuales se espera que estas contengan los valores mostrados en la tabla 4. Cumpliendo así con la normatividad (vease anexos) impuesta por el gobierno mexicano. Parámetros

Unidades

Valores aproximados

DQO

mg/l

84.16

DBO

mg/l

43.17

Sólidos suspendidos

mg/l

32.17

pH

7

Nitrógeno

mg/l

82.31

Fosforo

mg/l

9.85

Tabla 4. Contenido del agua una vez tratada

Reutilizacion de Aguas Residuales El re-uso de aguas residuales, tratadas a nivel primaria o secundaria, para la agricultura puede ser una

forma de prevenir la contaminación de aguas

superficiales con nutrientes, y presenta la oportunidad de minimizar el uso de fertilizantes por los agricultores.

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Mantenimiento de la Planta de tratamiento de agua residual

Figura 4. Actividades de mantenimiento en la planta de tratamiento de agua En la figura 4, pueden observarse ejemplos de actividades a desarrollar como la limpieza de rejillas, la limpieza de las trampas de grasa y la limpieza de natas formadas durante el tratamiento biológico, notese que se presenta al operador con uniforme y equipo de protección completo. A continuación se describe el equipo a utilizar, se hace énfasis en que los operadores verifiquen el buen estado de los mismos antes de usarlos y que informen al supervisor si éste esta dañado o deteriorado. El Equipo de Protección Personal (figura 5) está compuesto por: 1. Gorra 2. Mascarilla 3. Guantes 4. Uniforme completo 5. Botas de hule

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Costo del mantenimiento

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El mantenimiento de los equipos se realizará con frecuencia, para la realizacion de esta etapa se necesitara el equipo y los reactivos adecuados, los costos al mes procedentes de esta operación se presentan en la siguiente tabla. Mantenimiento

Costo $

Desinfectantes

500.00

Equipos

1,000.00

Sueldos de los operarios

1,500.00

Lodos

1,500.00

Servicios

500.00

Tabla 5. Costos del mantenimiento La ventaja de este tipo de tratamiento es que no representa un gasto elevado en cuanto a energeticos, la limpieza del equipo es facil y es un equipo resistente de operación sencilla.



Croquis de la planta de tratamiento de agua

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REFERENCIAS

19

Programa Nacional de Competitividad, Gu9ía Básica para el Manejo Ambiental de Rastros Municipales

y

la

Industria

Cárnica,

Costa

Rica.

Versión

Online:

http://www.competitividad.go.cr/Apoyo%20Medio%20Ambiente/Lineamientos/Guias/7. %20Gu%C3%ADa%20Ambiental%20-%20Rastros%20_Mataderos_.pdf T. Manios, E. Gaki, S. Banou, A. Klimathianou,N. Abramakis, N. Sakkas (2002), Closed wastewater cycle in a meat producing and processing industry, Elsevier Science B.V. Versión Online: http://www.teicrete.gr/wml/PDF-files/10.pdf Oneţ Cristian (2010), CHARACTERISTICS OF THE UNTREATED WASTEWATER PRODUCED

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Chile,

Versión

Online:

http://www.sofofa.cl/ambiente/documentos/Industria%20Procesadora%20de%20Carnes. pdf María Gabriela Gómez, Manual de Diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales alimenticias,

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de

Fenomenos

de

Transporte,

Versión

Online:

http://www.frbb.utn.edu.ar/carreras/efluentes/manual_tratamiento.pdf http://www.messer.es/fichas_gases_publicaciones_tecnicas/publicaciones_tecnicas/tecni ca_medioambiental/Aguas_residuales_industriales.pdf Germán Cuevas-Rodríguez, NITRIFICACIÓN Y DESNITRIFICACIÓN

EN UN REACTOR

BIOPELÍCULA DE LECHO SUMERGIDO FIJO Y MEMBRANAS DE MICROFILTRACIÓN, Departamento de Ciencias y Técnicas del Agua y del Medio Ambiente. Universidad de Cantabria.

Versión

http://www.bvsde.paho.org/bvsAIDIS/PuertoRico29/cuevas.pdf http://www.asipsa.com/

Online:



Anexos Anexo 1. Limites permisibles según la NOM-001-SEMARNAT-1996

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Anexo 2. Limites permisibles según la NOM-002-SEMARNAT-1996

Anexo 3. . Limites permisibles según la NOM-003-ECOL-1997

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Planta de Tratamiento de Agua Residual en Chorizo

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