Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 28, No. 01, enero-marzo de 2023. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701 y ISSN: 2344-7214
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U
Evaluación de los procesos de pretratamiento en
un sistema de depuración de efluentes líquidos
industriales del sector lácteo
Evaluation of the pre-treatment processes in a system for the purification of
industrial liquid effluents from the dairy sector
K. A. Pimiento ; M. J. Cárdenas-González ; J. A. Villamizar-Florez
DOI: https://doi.org/10.22517/23447214.24948
Artículo de investigación científica y tecnológica
Abstract
1
—The discharge of industrial wastewater, especially
from industrial food processing, contributes to the contamination
of natural water bodies because of high content of organic and
inorganic substances. To avoid this action, wastewater treatment
plants are designed and built to remove pollutants presence.
However, for different reasons, many of these systems can fail,
causing discharges of pollution agents, directly affecting
environment. The main objective of this research was evaluate the
operation of the preliminary units of a dairy product industry
wastewater treatment plant, located in Táchira, Venezuela. To
carry out this evaluation, a methodology integrated by the
following stages was applied: description of the pre-treatment
units, quantitative and qualitative characterization of the liquid
effluents, and description of the pre-treatment system actual
conditions. Being able to determine that pre-treatment does not
ensure the physical-chemical conditions for the optimal
functioning of the subsequent units.
Index Terms— dairy industry; effluent purification system;
homogenizer; industrial wastewater; treatment plant evaluation.
Resumen—El vertido de aguas residuales industriales,
especialmente las provenientes de la elaboración de alimentos a
nivel industrial, contribuyen a la contaminación de los cuerpos de
aguas naturales debido a su contenido elevado de sustancias
orgánicas e inorgánicas. Para evitar esta acción, se diseñan y
construyen plantas de tratamiento de aguas residuales, que
remuevan, hasta cierto grado, los contaminantes presentes. No
obstante, por diversas razones, muchos de estos sistemas pueden
fallar, provocando descargas de agentes causantes de polución,
afectando directamente al ambiente. La presente investigación
tiene como objetivo principal evaluar el funcionamiento de las
unidades de preliminares de una planta de tratamiento de
efluentes en una industria de elaboración de productos lácteos,
ubicada en Táchira, Venezuela; para llevar a cabo dicha
evaluación, se aplicó una metodología integrada por las siguientes
etapas: descripción de las unidades del pre-tratamiento,
caracterización cuantitativa y cualitativa de los efluentes líquidos,
y descripción de las condiciones existentes en el sistema de pre-
tratamiento. Se determinó que el pretratamiento no asegura las
Este manuscrito fue sometido el 19 de octubre de 2021, aceptado el 16 de marzo
de 2023 y publicado el 31 de marzo de 2023. Este proyecto, bajo en No 04-012-
2016, fue apoyado por el Decanato de Investigación de la Universidad Nacional
Experimental del Táchira y Nestle Cadipro – Fábrica El Piñal.
Kleiver Pimiento investigador independiente, Buenos Aires, Argentina. e-mail:
kp.livestrong91@gmail.com.
Marcos Cárdenas trabaja en la Universidad Nacional Experimental del Táchira,
San Cristóbal, Táchira, Venezuela. e-mail: mcardenasg@unet.edu.ve
condiciones físico-químicas para el óptimo funcionamiento de las
unidades posteriores.
Palabras claves—Agua residual industrial; evaluación de planta de
tratamiento; homogeneizador; industria láctea.
I.
INTRODUCCIÓN
NO de los inconvenientes asociados con la depuración de
las aguas residuales de las industrias alimenticias, son los
estragos creados en las distintas unidades que conforman las
plantas de tratamiento a raíz de la variabilidad de los
componentes físico-químicos que estas poseen, debido a que
son capaces de inducir fallas en los procesos biológicos de
depuración y daños graves en los sistemas hidráulicos y
mecánicos de distribución del flujo (bombas, tuberías y
motores), lo que implica deficiencias de operación y remoción
de contaminantes y afectación de la calidad final del efluente
tratado.
Por lo antes descrito, el sistema de pretratamiento en una
planta depuradora de aguas residuales juega un papel
importante en el proceso general, ya que su función es
acondicionar el afluente de las unidades secundarias;
dependiendo de las características de la fuente de generación
pueden diseñarse para cumplir con la separación de sólidos,
grasas, incorporación de nutrientes y homogeneización de
caudales y cargas orgánicas [1].
Ahora bien, en el sector de la industria láctea los efluentes
que se generan pueden ser diversos, puesto que presentan
fluctuaciones en los parámetros de aceites y grasas, pH,
conductividad, temperaturas y cargas orgánicas,
principalmente, los cuales, a su vez, dependen del tipo de
tecnologías aplicadas en la producción, tipo de producto
elaborado, así como también los procesos implementados [2],
[3].
José Villamizar trabaja en la Universidad Nacional Experimental del Táchira,
San Cristóbal, Táchira, Venezuela. e-mail: joseantonio.villamizar@unet.edu.ve
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En la ejecución de esta investigación se seleccionó como
objeto de estudio una planta de tratamiento de aguas residuales
provenientes de una empresa que elabora productos lácteos en
el estado Táchira, Venezuela. Esta organización del sector
privado lleva a cabo el siguiente proceso productivo: recepción,
estandarización, pasteurización y evaporación,
homogeneización, secado spray, llenado y lavado (Fig. 1).
Fig.1. Etapas del proceso productivo
Los efluentes de la empresa transportan consigo una variedad
de constituyentes orgánicos poco y altamente biodegradables;
es decir, algunos poco asimilables como las grasas y aceites,
pero otros fácilmente metabolizables como las proteínas,
carbohidratos, azucares, nutrientes, entre otros; además de
presentar altos niveles de basicidad y temperatura, situación que
es común en las aguas residuales provenientes de industrias
lácteas [4]. Esta variabilidad en sus características demanda
acondicionamientos y amortiguamientos previos al sistema de
lodos activados. Es importante acotar que la unidad biológica
de lodos activados constituye el tratamiento secundario de la
PTAR y presenta vulnerabilidad funcional, por lo que debe
garantizarse efluentes de calidad en el pretratamiento.
En este sentido, se presenta la evaluación del sistema
preliminar de la planta de tratamiento de agua residual (PTAR)
de la empresa, constituido por las unidades de cribado y
homogeneización (Fig. 2), realizada con la intención de
verificar si el mismo cuenta con la capacidad suficiente para
proporcionar el afluente acorde con las exigencias
organolépticas, físicas y químicas previas al tratamiento
biológico. Para ello, se realizó la observación y análisis de todos
los aspectos del proceso productivo de la empresa, así como de
las condiciones de operación y funcionamiento imperantes en
todo el tren de pre-tratamiento.
Fig. 2. Flujograma del pre-tratamiento de la PTAR
II.
METODOLOGÍA
La investigación se adecuó al enfoque cuantitativo, debido a
que el conocimiento generado fue a través de la manipulación
de datos numéricos por medio de la observación directa y
mediciones realizadas por medio de instrumentos y
procedimientos estandarizados. Lo que concierne al nivel de
investigación se ajustó al tipo proyectiva puesto que se
contribuyó con la solución de las deficiencias del pre-
tratamiento en la PTAR de la empresa por medio de un
diagnóstico inicial que, finalmente, posibilitó el
establecimiento de las medidas necesarias para satisfacer las
exigencias de la empresa en relación a su sistema de
depuración. En el mismo orden de ideas, el presente estudio se
identificó con el diseño de campo y documental, dado que en el
estudio de la PTAR no se generó o controló ninguna situación
para establecer la solución a la problemática, sino que se
observaron y analizaron las variables, así como también a la
revisión de fuentes impresas para obtención de datos numéricos
que fueron adquiridos y procesados anteriormente por
organismos oficiales para sustentar y estructurar acertadamente.
La investigación se estructuró en dos fases:
A.
Descripción de Unidades del pre-tratamiento
Los efluentes generados en la industria láctea se constituyen
fundamentalmente de diluciones y restos de leche, derrames
accidentales, líquidos producto de la limpieza, además de la
caramelización de estas sustancias en las unidades y
dispositivos hidráulicos. Por ende, dichos vertidos son
sometidos a tratamientos físico-químicos combinados o de
forma individual, con el fin de remover los sólidos y
compuestos inmiscibles [2]. La fase de pre-tratamiento de la
PTAR de la empresa está integrada por las siguientes unidades:
El desbaste tiene como principio la retención de sólidos que
puedan obstruir válvulas, bombas, tuberías, entre otros [1]; a su
vez, [5] señala que en las PTAR de las lecherías es usual
encontrar cribas finas y tamices rotatorios de tal manera que
retengan la conglomeración de los sólidos. Es usual emplear
dispositivos para la medición de caudales, como lo son los
vertederos triangulares e implementar unidades de
homogenización; esta última es necesaria por la heterogeneidad
de los vertidos durante las jornadas de trabajo, con el fin de
soportar los caudales punta y neutralizar las variaciones de pH
[6], [7].
B.
Caracterización Físico-química de las Aguas Residuales
Los parámetros evaluados en la caracterización de las aguas
residuales de la empresa siguieron los lineamientos
normalizados para el análisis de aguas potables y residuales [8].
Los parámetros medidos fueron el pH, temperatura, DBO
5,20
,
DQO, aceites y grasas. En relación a los parámetros físicos-
químicos, todos los muestreos fueron simples, mientras que los
parámetros orgánicos se determinaron a partir de muestras
compuestas.
En las unidades de cribado los muestreos llevados a cabo
para estos efluentes se efectuaron en la lámina del vertedero,
haciendo uso de recipientes plásticos de 250 mL, con una
frecuencia de 15 minutos a lo largo de las ocho horas laborales.
La recurrencia se estableció debido a las constantes variaciones
del caudal observadas en el sitio y al irregular e intermitente
aporte de contaminantes químicos, principalmente hidróxido de
sodio; físicos como las altas temperaturas; y orgánicos
detectados durante el reconocimiento del área de proceso.
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Dentro del homogeneizador se estableció un punto de
muestreo en el área de descarga de afluentes, justo antes de la
lámina metálica y otro después de la misma, bajo una
recurrencia de muestreo de 30 minutos. El primer punto es
estableció para determinar el potencial hidrogénico y térmico
de la masa de agua en esta área del tanque, corroborando el
enfriamiento y neutralización suficiente para justificar la
posición actual de la bomba. Mientras que el segundo fue para
evaluar la capacidad de amortiguamiento de la unidad en su área
más alejada al punto de descarga; además de conocer las
concentraciones de materia orgánica y grasas en ambos puntos.
Para la toma se usó un recipiente plástico de 12 L de capacidad
sujeto a un mecate, el cual permitió el descenso, para adquirir
los volúmenes de muestra necesaria para los análisis
posteriores.
III.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Descripción de las condiciones existentes en el pre-
tratamiento
En cuanto a las condiciones existentes del pretratamiento
para las aguas residuales industriales
y domésticas provenientes
de la empresa láctea, se puede destacar que estas ingresan por
conducciones separadas de 10 (in) de diámetro, primeramente,
a un proceso de cribado o desbaste. Existe una cámara con
rejillas de limpieza manual para los efluentes domésticos, la
cual consta de barras rectangulares de hierro cuyo diámetro es
de 1/8 (in)dispuestas paralelamente con separación de 2 cm
entre sí, formando un ángulo de inclinación de 30° con la
horizontal. En cambio, el vertido del proceso industrial llega a
un equipo Roto Trainer, modelo RSA-2524 con motor
propulsor de 11 r.p.m, localizado en una plataforma elevada
sobre el foso seco y malla de 0,5 mm de abertura, el cual es un
sistema auto limpiante de tambor rotatorio semi-sumergido
(Fig. 3).
Luego, los efluentes del proceso son conducidos por un canal
abierto de 30 cm de ancho y 23 cm de profundidad a la siguiente
unidad. Al final de este canal existe un vertedero triangular
diseñado para medir un máximo de 15 cm de altura de agua. Se
han observado acumulaciones de arenas y piedras alrededor de
4 mm justo antes del vertedero, las cuales, por acumulación
excesiva y arrastre, pasan al tanque de igualamiento.
Fig. 3. Criba Roto Trainer, modelo RSA-2524
Posterior a la separación de sólidos, las aguas residuales
domésticas y del proceso productivo llegan a un pozo de
bombeo e igualamiento donde se mezclan entre sí. El ingreso se
hace a desnivel: la descarga industrial se encuentra a 0,4 m
sobre el piso del tanque y la de vertidos domésticos a 0,85 m,
generando un resalto hidráulico.
El foso tiene 3,1 m de ancho, 4,85 m de largo y profundidad
total de 3,7 m. La profundidad útil de llenado que este tanque
proporciona, coincide con la altura de descarga del proceso; es
decir, de tan solo 0,37 m, ya que esta constituye el nivel tope
para el encendido de una bomba marca Mardi de 2,2 (hp), la
cual posee un interruptor de nivel conectado a un tablero
eléctrico que se encarga de bombear alrededor de 38 L/s de agua
residual en forma automática o manual. En un principio, el agua
almacenada en este tanque era bombeada por dos equipos
sumergibles, en donde una de ellas permanecía en stand by
mientras la otra se encontraba en operación; no obstante, una se
encontraba averiada al momento del estudio.
Durante la investigación, el tanque de bombeo e igualación
presentaba una lámina metálica que actuaba como desnatador
para retener las grasas, sin embargo, carecía de algún equipo o
mecanismo capaz de removerlas fuera de la unidad. La bomba
se encuentra instalada directamente en el área de la entrada del
agua residual; es decir, antes de la placa metálica (Fig. 4).
Por otro lado, cada tres a cinco días, en periodos de tres a seis
semanas, se realizó el vaciado de 250 kg/d de leche seca y
pulverizada al tanque igualador; esto como consecuencia de su
caducidad, o por la pérdida de su calidad originada por el
calcinamiento del alimento. Por otro lado, se han detectado
cuatro grietas en la pared que separa el homogeneizador y el
tanque de aireación del reactor de lodos activados, desde la cual
drena permanentemente agua hacia el primero.
Fig. 4. Ubicación de la bomba y lámina metálica en el homogeneizador.
Además, se puede afirmar que la reja de desbaste
inicialmente fue concebida para la remoción de papeles, trapos
y otros sólidos voluminosos. Sin embargo, nunca se ha
observado que tales elementos ingresen al sistema. El único
aporte de sólidos lo constituyen materias fecales que en los
conductos hacia la PTAR se disuelven o disgregan, implicando
el arribo de materias que no representan riesgo para los equipos
de bombeo ni tratamientos posteriores.
Aun cuando la retención de sólidos es insignificante, la
limpieza poco frecuente (bimensualmente) fomenta la
formación de capas gruesas de biopelículas que, al atrapar los
desechos orgánicos, reducen el área de paso a través de las
rejillas, induciendo pérdidas excesivas de carga que, en muchas
ocasiones, provocan el desbordamiento de la unidad.
En cuanto al tamiz rotario existente, se observó que no
retiene ningún tipo de material (Fig. 3), por cuanto la
composición de las aguas industriales se limita a diluciones de
leche y químicos de limpieza. Por lo tanto, el equipo está
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implicando un despilfarro energético a raíz de los consumos
innecesarios de electricidad.
También se destaca el deterioro del piso y las paredes del
foso de pretratamiento. En lo que respecta al piso que soporta
la criba rotatoria, se encuentra erosionado (está expuesta la
piedra gruesa y el refuerzo metálico), debido a los
salpicamientos constantes y desbordes frecuentes de agua del
proceso. Adicionalmente, en las paredes se han identificado
varias filtraciones de la humedad del terreno circundante hacia
el foso. Algunas de las grietas drenan una cantidad constante de
0,5 L/min de agua aproximadamente.
El vertedero triangular carece de una mira para la medición
de la altura del líquido y, por tanto, no permite estimar
fácilmente el caudal, aunado a la inexactitud de la unidad al
reportar valores tomados del mismo con respecto a pruebas
volumétricas en el sitio de estudio.
En lo que concierne al foso de bombeo e igualamiento, el
ingreso a desnivel del agua residual doméstica e industrial
genera un resalto hidráulico que pudiera propiciar algún
mezclado y transferencia de oxígeno. El bombeo automático
desde este tanque es realizado cada vez que el nivel de agua
alcanza el tope predefinido, por lo que la frecuencia de
encendido varía en función de las fluctuaciones del caudal. El
bombeo manual es realizado cuando se requiere menor
frecuencia de suministro hacia el reactor, o cuando se necesite
un mayor tiempo de retención en el tanque para amortiguar el
pH alcalino. Esto ha supuesto un problema, por cuanto el
retener agua más allá del nivel tope de almacenamiento provoca
que el foso anterior, donde se ubica el sistema de desbaste, se
inunde por completo.
La avería reportada de uno de los equipos de bombeo se
debió, presuntamente, por la abrasión generada por partículas
inertes que ingresan al tanque. Esto implica que dicho efecto
puede replicarse en la bomba operativa, por cuanto el igualador
también funciona como desarenador y decantador primario,
cuyos sedimentos acumulados son succionados hacia el reactor.
Otro de los inconvenientes observados es que la bomba se
encuentra directamente en el área de entrada (Fig. 4); es decir,
antes de la placa metálica, en lugar de localizarse después de
ésta y en el extremo opuesto del tanque en donde la masa de
agua es más uniforme, lo cual supone que el agua bombeada a
la siguiente unidad es irregular en su composición. Por otra
parte, la descarga de leche en polvo directamente en el
homogeneizador pudiera generar cargas de choque en el reactor
biológico durante estas actividades, a raíz del incremento
abrupto del contenido de materia orgánica.
Con respecto al agua que drena por las paredes desde el
reactor biológico al tanque igualador, el problema radica en el
efecto de socavamiento producido con el paso del tiempo,
puesto que la presión que ejercer la masa de agua en dichos
puntos podría provocar el colapso estructural de la unidad.
Pese a estos hechos, por lo general, no se perciben olores
desagradables indicativo de condiciones anaeróbicas, lo cual se
puede atribuir a la poca profundidad de almacenamiento que
favorece la transferencia y presencia de oxígeno disuelto, al
leve chapoteo de la descarga de agua doméstica y del proceso,
y al tiempo de residencia de la masa de agua en el tanque que
nunca supera las cuatro horas [9]. La incorporación o existencia
de pre-tratamientos de desbaste y homogeneización se ha
reportado en otros sistemas de depuración de empresas lácteas
[7], [10], [11], [12] y de alimentos [13].
Caudal
Los aportes de agua residual al homogeneizador fueron
mayores en los días donde hubo procesamiento industrial
(Tabla I).
TABLA I.
APORTES VOLUMÉTRICOS AL HOMOGENEIZADO
Fecha
Volumen
aportado
(L/8 h)
Fecha
Proceso
industrial
Volumen
aportado
(L/8 h)
11/07/2016
47535,61
28/07/2016
No
12330,54
12/07/2016
15364,26
28/07/2016
Sí
70125,61
13/07/2016
91695,03
01/08/2016
Sí
40064,09
14/07/2016
15922,62
02/08/2016
No
15673,24
15/07/2016
76519,09
03/08/2016
Sí
119799,87
18/07/2016
62585,76
05/08/2016
Sí
79685,42
20/07/2016
130832,54
08/07/2016
Sí
60387,04
22/07/2016
120999,50
09/08/2016
No
8920,85
25/07/2016
134872,19
10/08/2016
No
12981,67
26/07/2016
16054,16
12/09/2016
Sí
66266,31
27/07/2016
53608,17
16/08/2016
Sí
142074,50
Los aportes volumétricos atribuidos a cada día de estudio
(Tabla I), evidencian que durante los días de inoperación, por
lo general, siempre son inferiores a 20.000 L/8 h, mientras que
en días de operación estos son superiores a 40.000 L, llegando
a un máximo detectado de 142.075 L/8 h. Ante esta situación,
si se toma en cuenta que en la unidad de homogeneizado cada
vez que ingresan 5.563 L de agua residual la bomba inicia el
proceso de vaciado, los tiempos de detención hidráulica pueden
resultar en tan solo 0,25 o en 3,5 horas dependiendo de si hay o
no operación en fábrica.
Esto ha implicado que aun cuando la bomba proporciona un
caudal constante hacia el reactor biológico durante el bombeo,
el hecho de que ésta evacue con una frecuencia directamente
proporcional al caudal total que ingresa, no asegura la
igualación de manera permanente. La necesidad de ajustar el
sistema para que las 24 horas del día exista un suministro
ininterrumpido es evidente [14], con la finalidad de eliminar la
intermitencia de los aportes y mantener flujos equilibrados en
su composición para el dominio de poblaciones microbianas
benéficas en el tratamiento biológico [15].
pH
En cuanto a los parámetros de calidad del agua, el potencial
de hidrogeno en las aguas residuales de origen doméstico fue
de 7 y 8,5, el cual es común para efluentes provenientes de
sanitarios y áreas administrativas [16]. El efluente industrial
presentó mayores variaciones durante los días de seguimiento,
encontrándose que pueden ocurrir ocasiones extremas con pH
de 2,13 y 13, asociado, principalmente, al uso de ácidos y bases
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en la limpieza de las instalaciones, maquinaria y tuberías en las
áreas productivas. La variabilidad del pH de efluentes de la
industria láctea suele ser común [4].
En el caso del homogeneizador, en la zona cercana a la
entrada (antes del desnatador) el pH era muy similar al
presentado en los afluentes antes de ingresar al cribado,
mientras que los medidos en la región después del desnatador
denotaron un mayor efecto de homogeneización. Estas
variaciones del pH no involucran un riesgo en el
funcionamiento de las unidades posteriores de tratamiento, por
cuanto en las lecturas obtenidas el 81,13% se mantuvo en el
rango del agua doméstica, mientras que el 0,85% de las medidas
se evidenció un descenso del pH pero se mantuvo por encima
de 6,5; los valores superiores de 8,5 representaron el 18,87%.
Es de importancia señalar que en el proceso productivo
prevalecen sustancias alcalinas, pero también se pueden
presentar líquidos que contribuyen a la acidulación o
neutralidad. Ahora, en el comportamiento del potencial de
hidrogeno en el foso de bombeo e igualamiento no se observó
una marcada diferencia en el afluente y efluente, por lo que se
infiere que al momento de ingresar vertidos alcalinos no se
presentarán amortiguamientos en la unidad.
En esta unidad se garantiza el mezclado del agua residual,
por cuanto su ingreso es en sentido descendente vertical y
diagonal, pasando del área de desnatado hacia el área de
igualamiento de forma horizontal.
En el homogeneizador se evidenció la capacidad de
neutralización apenas del 1% y 4% al llevarse a cabo la mezcla
de los flujos presentes en la unidad con los que ingresan.
Cuando el pH de los vertidos estuvo en el rango de 9 y 11 la
unidad cumplió con el amortiguamiento debido a la poca
frecuencia de estos efluentes. Sin embargo, cuando se registró
el potencial de hidrogeno de 12,5 y la actividad industrial fue
intensiva la capacidad de amortiguamiento no se llevó a cabo.
Los efluentes del homogeneizador, al ser muy alcalinos,
colocan en riesgo el funcionamiento eficiente de la unidad
secundaria (tratamiento biológico aerobio), puesto que el pH es
un factor clave en el crecimiento de microorganismos;
difícilmente pueden desarrollarse con valores por encima de 9,5
o por debajo de 4, siendo el rango ideal entre 6 y 8, de lo
contrario se induce a la muerte los mismos y afecta
directamente la eficiencia de remoción. Otro de los problemas
asociados al descontrol del potencial de hidrogeno en el
tratamiento biológico es la desfloculación, se evidencia por el
enturbiamiento en el sobrenadante del reactor e incurre en la
pérdida de microorganismos en los efluentes tratados [17].
En la Fig. 5 se detalla la variación del pH dentro del
homogeneizador y área de desnatado.
Fig. 5. Modificación vertical del pH en el homogeneizador en relación al
movimiento de la masa de agua y el nivel de profundidad (corte transversal)
Las situaciones mencionadas demuestran la necesidad de
mejorar el mezclado para asegurar la homogeneización o el
aumento de la capacidad volumétrica para asegurar mayor
neutralización [18]. En [13] se compilan algunos casos en los
cuales el reducido volumen de homogeneizadores ocasionó
insuficiente neutralización de las variaciones en el pH de
efluentes industriales. Esto permite rescatar la importancia de
un diseño apropiado de este tipo de unidades de tratamiento en
función de las variaciones de caudal reales, por cuanto un
volumen reducido minimiza la neutralización y en el caso
contrario, capacidades mayores a las necesarias, también
generan perjuicios como descargas con pH ácidos asociados a
procesos anaeróbicos en los homogeneizadores por elevados
tiempos de retención, altas cargas orgánicas en efluentes
industriales e insuficiente (o inexistente) incorporación de
oxígeno [13].
Temperatura
Los efluentes de industrias lácteas suelen tener elevadas
temperaturas [4] debido a las particulares del proceso
productivo y algunas actividades de limpieza para eliminar
grasas y aceites. En esta investigación, el agua residual
industrial registró una temperatura entre 40 y 51,42 °C. En
cambio, hubo una variación entre 24 y 30 °C para los vertidos
domésticos, estando acorde a este tipo de efluente [19]. Dentro
del homogeneizador, en la zona afluente se registraron valores
entre 37 y 50 °C, y en la zona alejada de la entrada fue de 28 a
34 °C. En la Fig. 6 se observa el descenso de la temperatura a
medida que el líquido avanza a la salida de la unidad.
Fig. 6. Variaciones térmicas de la masa de agua dentro del foso de bombeo e
igualamiento
28
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En la unidad se produce la disipación de la energía térmica,
puesto que el área superficial de la misma y la presencia de la
lámina del desnatado favorecen el intercambio de calor por
convección de la masa de agua superficial al aire. No obstante,
en el área del desnatado queda en la parte superior el agua más
caliente producto de la disminución de la densidad, evitando el
proceso convectivo de forma natural [20]; sin embargo, la
presencia de la lámina fuerza este movimiento de circulación
reduciendo la temperatura del flujo. En el área de salida la
temperatura es de 34°C, el cual está cercano al valor máximo
para el funcionamiento óptimo de la unidad biológica aerobia
(38°C), representando un potencial riesgo, pues este parámetro
interfiere en la solubilidad y transferencia del oxígeno,
producción y sedimentación de lodos y el volumen del reactor
[9].
Aceites y grasas
En el análisis de este parámetro se constataron diferencias en
los valores de concentración entre ambos tipos de efluentes.
Para la fecha del 12/08/2016 se encontraron 18 mg/L de aceites
y grasas en el agua residual doméstica vertida en la PTAR,
mientras que para el líquido industrial las mediciones durante
cinco días del mismo mes y año señalados, oscilaron entre 13 y
73 mg/L. En el interior del homogeneizador se llegaron a
registrar 4362 mg/L de este parámetro, observándose una
diferencia significativa que superó 60 veces el valor al
momento de ingresar el flujo a la unidad de tratamiento, lo cual
se originó por la acumulación de la masa de agua dentro del
tanque.
En la Fig. 7 se muestra la simulación de cómo se realiza el
vaciado y llenado del foso; las capas de grasas y aceites
(equivalente a la concentración) aumentan su espesor. Durante
un primer llenado; es decir, cuando la concentración teórica de
91,5 mg/L en 1,17 horas podría ser detectada en el foso, la capa
de grasas y aceites adquiere un espesor “a” que se mantiene casi
en su totalidad como remanente. Este remanente persiste como
consecuencia del breve tiempo en el que el manto “a” logra
estar al nivel de succión de la bomba (tres segundos), antes de
detenerse. Por supuesto, se logra evacuar una fracción de
aceites y grasas, pero no la suficiente como para impedir que
durante el segundo llenado la carga entrante casi duplique el
espesor inicial de “a” hasta “b” (183mg/L).
Fig. 7. Representaciones de la acumulación de aceites y grasas en la superficie
del agua dentro del homogeneizador
Una concentración hipotética de 366 mg/L (cuatro veces
mayor a la inicial) se alcanzaría en el cuarto llenado del foso.
El alcance de la investigación no permitió conocer con
exactitud los remanentes de grasas después de cada vaciado
para así estimar el tiempo que tardan en presentarse tales
concentraciones, pero es evidente que, para un determinado
momento, los aceites y grasas pueden, incluso, sobrepasar los
4.362 mg/L. En consecuencia, aunque ingresan bajas
cantidades de estas sustancias a la PTAR, su aglutinamiento en
la unidad de igualamiento hace que sus concentraciones sean
mayores por unidad de volumen.
La presencia de estas sustancias puede comprometer el
funcionamiento de las unidades posteriores, en especial el
reactor biológico, debido a su alta tasa de oxidación lo que
puede provocar condiciones de anoxia, aumentando la
posibilidad de desarrollar microorganismos filamentosos [21].
Además, las grasas y aceites al ser menos densos que el agua
tienden a flotar en la superficie de las unidades lo que repercute
directamente en la transferencia del oxígeno [21].
En el mismo orden de ideas, estos compuestos se oxidan pero
son difícilmente degradables en condiciones aerobias por lo que
estarán presentes en todas las unidades de tratamiento, incluso
pueden afectar el secado de los lodos por sus características
tixotrópicas [21].
DBO
5,20
y DQO
En cuanto a la DBO
5,20
y DQO los resultados se detallan en
la (Tabla II). Dentro del homogeneizador se encontraron
relaciones de DBO
5,20
/DQO similares en los días muestreados.
TABLA II.
CONCENTRACIONES DE MATERIA ORGÁNICA DENTRO DEL
HOMOGENEIZADOR
Fecha
mg/L DBO
5,20
mg/L
DQO
DBO/DQO
08/08/2016
615
941
0,65
09/08/2016
454
627
0,72
10/09/2016
616
862
0,71
11/08/2016
568
784
0,72
24/10/2016*
605
897
0,67
Promedio
572
822
0,70
Desviación estandar
69
123
0,03
*Agua residual doméstica con 108 mg/L de DBO
5,20
y 273 mg/L de DQO;
agua residual industrial con 1125 mg/L de DBO
5,20
y 3097 mg/L de DQO.
Los niveles de concentración conseguidos dentro de la
unidad de igualamiento (Tabla II) reflejaron un valor promedio
de 572 ± 69 mg/L de DBO
5,20
; es decir, niveles de
amortiguamiento capaces de reducir las DBO
5,20
del proceso en
alrededor de un 40%, principalmente debido al efecto
producido por la dilución y mezcla natural entre flujos de
proceso con alta y baja DBO
5,20
, además de los domésticos.
A pesar de valores mayores en el efluente industrial y
menores en el doméstico, se consiguió una DQO promedio de
822 ± 123 mg O
2
/L en la masa de agua del homogeneizador
(Tabla II), gracias al mezclado de ambos caudales. Esta
Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 28, No. 01, enero-marzo de 2023. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701 y ISSN: 2344-7214
29
combinación imposibilita establecer una eficiencia real en
relación a cada afluente en el tanque. No obstante, si se compara
la media en el homogeneizador de 822 mg/L con el promedio
ponderado obtenido del proceso de 2.644 mg/L de DQO, se
logran asociar eficiencias de reducción en torno al 69%, que se
han de incrementar en la medida que las cargas orgánicas de los
efluentes operativos se hagan inferiores en los días de baja
producción.
Con respecto a la materia orgánica, se evidencia la
disminución de los valores en el homogeneizador, al
compararse con los afluentes crudos y con aguas residuales en
otras empresas lácteas [14],[22]; es decir, efectivamente hay un
efecto de igualación de las cargas orgánicas. Las reducciones
de materia orgánica en el homogeneizador son similares a las
reportadas para algunos tanques sépticos [23].
Por su parte, al analizarse la realidad de otros parámetros de
calidad, sobre todo lo referente al pH (y en segundo lugar la
temperatura), se evidencia que el homogeneizador no se logra
los valores que aseguren las condiciones para la depuración
biológica posterior, por lo que es necesario implementar
algunas medidas de mejoras como: aumento de la capacidad
volumétrica de la unidad de tratamiento, diseño y flexibilidad
operativa para condiciones de baja o nula operación y los
opuestos picos de producción, mejoras en el mezclado, cambio
de ubicación de la bomba y ajustes en las conducciones
hidráulicas, las cuales se mostraron en [18]. También se
evidenciaron debilidades en las unidades de tratamiento del
cribado/tamizado que ameritan intervenciones.
IV.
CONCLUSIONES
Se evaluaron los procesos de pre-tratamientos existentes en
el sistema de depuración de las aguas residuales en una industria
que procesa productos lácteos, en la cual se evidenció que los
efluentes de aguas residuales constituyen una mezcla de
compuestos orgánicos fácilmente biodegradables (diluciones
de leche, natas, grasas, carbohidratos, etc.), acompañados por
altos niveles de pH debido al NaOH empleado durante las
operaciones de lavado químico y elevados niveles de
temperatura resultantes de la purga de calderas e
intercambiadores de calor. Adicionalmente se pudo constatar
que las aceites y grasas alcanzaron valores superiores en
comparación al afluente debido al aglutinamiento dentro de las
unidades en estudio, por su parte se logró reducir la DBO
5,20
en
un 40% producto de la dilución y DQO en un 69%.
En el mismo orden de ideas, se observaron debilidades en las
unidades de tratamiento: cámara de desbaste, vertedero
triangular para el aforo y el homogeneizador, así como el
despilfarro energético en el tamiz de tambor rotario. El tanque
de bombeo y homogeneización no logra generar un efluente que
garantice un adecuado tratamiento en los procesos posteriores,
con lo cual se pone en peligro el cumplimiento de los
parámetros de descarga. Cuando se excede el afluente en la
PTAR (caudal de diseño original) para lo cual fue construida,
en la misma unidad (homogeneizador) se inducen frecuencias
de bombeo demasiado altas que sobresaturan a las unidades
secundarias, por ello es necesario realizar mejoras en las
unidades de pre-tratamiento estudiadas.
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Kleiver Antonio Pimiento, es Ingeniero
Ambiental egresado de la Universidad
Nacional Experimental del Táchira
(UNET). Cuenta con experiencia técnico-
práctica y experimental en el tratamiento
de aguas residuales y potables, la gestión
de residuos sólidos y el uso de energías
alternas en grandes industrias de alimentos y medianas
empresas, donde, además, ha desempeñado funciones como
investigador, proyectista, auditor y evaluador de campo. Ha
sido responsable de proyectos destinados al desarrollo
socioambiental y económico de comunidades que ameritan
soluciones de índole ingenieril en Venezuela y Argentina. Se ha
desempeñado como conferencista y ponente en diversos
eventos académicos nacionales e internacionales en el área de
ciencia, tecnología e ingeniería. Su experiencia más reciente ha
consistido en prestar apoyo técnico en proyectos y obras de
ingeniería en Buenos Aires-Argentina.
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9780-8425
Marcos José Cárdenas González, es
Ingeniero Ambiental (2009) egresado de la
Universidad Nacional Experimental del
Táchira (UNET) en Venezuela, diploma en
Construcción Civil (IUFRONT, 2011), con
escolaridad culminada en Maestría en
Gerencia Ambiental de la Universidad
Nacional Experimental Politécnica de la
Fuerza Armada Nacional Bolivariana (UNEFA) y maestrante
en Gerencia Educativa de la UNET. Fue Ingeniero de Proyectos
en Bombas Táchira C.A., diseñando, construyendo y evaluando
sistemas de tratamiento de agua (2009-2012). Desde 2011 es
personal académico del Departamento de Ingeniería Ambiental
de la UNET, cuya línea de investigación y extensión está ligada,
sobre todo, a tratamiento del agua residual. Ponente, autor de
artículos y facilitador de cursos en calidad y tratamiento del
agua, y gestión ambiental. Ha ejercido cargos de gerencia
académica en el Departamento de Ingeniería Ambiental y el
Decanato de Investigación de la UNET. Actualmente, también
es docente/tutor virtual del Instituto Profesional IACC en Chile,
en el área ambiental y consultor del Clean Air Institute –
EE.UU.
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4813-541X
Jose Antonio Villamizar Florez, es
Ingeniero Ambiental (2018) egresado de la
Universidad Nacional Experimental del
Táchira (UNET) en Venezuela, personal
académico adscrito al Departamento de
Ingeniería Ambiental, apoyo profesional
adscrito al Laboratorio de Ingeniería
Ambiental e investigador en el Laboratorio
de Investigación Ambiental y Desarrollo
Sostenible de la UNET. Es Técnico Superior Universitario en
Relaciones Industriales (2018) egresado del Instituto
Universitario de Tecnología Henry Pittier. Su experiencia más
reciente fue como profesional en una Organización No
Gubernamental en el área ambiental y social en San Cristóbal –
Venezuela.
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2803-8716.