julio-diciembre 2022
ISSN 2953-6367 Vol. 3, No.6, PP.79-99
http://revistainvestigo.com DOI: https://doi.org/10.56519/rci.v3i6.70
Revista Científica Multidisciplinaria InvestiGo
Riobamba – Ecuador
Cel: +593 97 911 9620
revisinvestigo@gmail.com 79
PREDISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE LA EMPRESA DE LÁCTEOS EL PAJONAL
PRE-DESIGN OF A WASTEWATER TREATMENT PLANT FOR THE
EL PAJONAL DAIRY COMPANY
Wilson Javier Samaniego Marin
1
, Marcia Yolanda Núñez Orozco
2
{wilsonjavier_94@hotmail.com
1
, marcimex.20@hotmail.es
2
}
Fecha de recepción: 18 de agosto de 2022 /Fecha de aceptación: 14 de octubre de 2022 /Fecha de publicación: 29 de diciembre de 2022
RESUMEN: La industria láctea tiene gran importancia en el sector agrícola y ganadero de la
provincia de Chimborazo, sin embargo, sus actividades generan problemas de contaminación,
debido a los tratamientos de agua inadecuados de sus efluentes, por tal motivo se presenta la
propuesta de investigación denominada, pre diseño de una planta de tratamiento de las
aguas residuales de la empresa de lácteos “EL PAJONAL” en la parroquia rural de Químiag,
perteneciente al cantón Riobamba en la provincia de Chimborazo, la metodología utilizada se
basó en el reconocimiento en las instalaciones de los procesos de producción de la industria
quesera, posteriormente, se determinó el caudal promedio de la zona de producción y de la
zona de lavado mediante el método de flotadores y el método volumétrico, obteniendo un
caudal promedio de 1,94 L/s, a partir de muestras compuestas durante un lapso de tiempo de
4 semanas se realizó una caracterización físico – química de las aguas residuales industriales.
Los resultados obtenidos indicaron el alto contenido de carga orgánica y grasas en el efluente,
bajo esta realidad se evaluó, seleccionó y dimensionó un sistema de tratamiento adecuado
para las aguas residuales de la empresa conformado por un tanque homogeneizador,
sedimentador primario, sistema de flotación por aire disuelto, tanque de lodos activados, y
por último un sedimentador secundario. Finalmente, a través de un balance teórico de
remoción de contaminantes se demostró que la implementación del tren de depuración
propuesto garantiza un agua tratada que cumpliría con los límites estipulados en la normativa
nacional para efluentes industriales.
Palabras clave: Efluentes, industria, contaminantes, quesera.
ABSTRACT: Colocarlo aquí acatando la guía para la elaboración de artículos científicos.
The dairy industry is of great importance in the agricultural and livestock sector of the
province of Chimborazo, however, its activities generate pollution problems, due to
inadequate water treatment of its effluents, for this reason the research proposal called, pre-
design of a wastewater treatment plant of the dairy company "EL PAJONAL" in the rural
parish of Químiag, belo nging to the Riobamba canton in the province of Chimborazo, the
1
Facultad de Ingeniería; Carrera de Ingeniería Ambiental; Universidad Nacional de Chimborazo - Ecuador; 593968635882
2
Maestría en Agroindustrias Mención Gestión de la Calidad y Seguridad Alimentaria Versión 2; Instituto de Posgrado y
Educación Continua; Escuela Superior Politécnica de Chimborazo - Ecuador; 5930993397034
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technology used was based on the recognition in the facilities of the production processes of
the cheese industry, later, the average flow rate of the production area and the washing area
will be extended using the float method and the volumetric method, obtaining an average
flow rate of 1.94 L/s, from of composite samples over a period of 4 weeks, a physical-chemical
characterization of industrial wastewater was carried out. The results obtained indicated the
high content of organic load and fats in the effluent, under this reality an adequate treatment
system for the company's wastewater was evaluated, selected and dimensioned, consisting of
a homogenizer tank, primary settler, flotation system by dissolved air, activated sludge tank,
and last a secondary settler. Finally, through a theoretical balance of contaminant removal, it
was revealed that the implementation of the proposed purification train guarantees treated
water that would comply with the limits stipulated in the national regulations for industrial
effluents.
Keywords: Effluents, industry, contaminants, cheese factory.
INTRODUCCIÓN
Por la diversidad de procesos y productos que genera la industria láctea, se produce una gran
cantidad de residuos de tipo sólido, líquido y gaseoso, incrementándose la cantidad de acuerdo
a la productividad, sanidad y calidad de los productos. El queso es el producto principal de la
industria, de este proceso se obtiene un subproducto denominado lacto suero en volúmenes
altos, siendo el factor más importante en la evaluación de aspectos del medio amiente en
cuanto a esta industria, el contenido de proteínas, lactosa, grasas, vitaminas y minerales son los
responsables de valores elevados de DBO
5
y DBO presentes en el mismo (1). El agua es un
recurso natural limitado, importante en el desarrollo de la vida animal, vegetal y del hombre. La
contaminación de esta es importante, porque tiene influencia directa eb la salud del humano,
flora y fauna, por ende del ecosistema, para ello se hace necesario la aplicación de la politica
pública garantizada por los gobiernos sectoriales. Se han realizado estudios documentales
bibliográficos, cuyo objetivo fue realizar la revisión de contaminación de los rios, bajo marco
legal para establecer factores que tienen incidencia en la contaminación del río Guayas y sus
efluentes, en donde los autores concluyen que los principales factores de contaminación de
este río son descargas continuas de aguas residuales, restos de la industria, desechos tóxicos
entre otros (2).
En Ecuador se han realizado varios estudios de los cuales se expone a continuación los principios
de investigación, en el proyecto denominado: Diseño de un sistema de tratamiento para las
aguas residuales generadas de la planta procesadora “Lácteos Oriente del Ecuador” indica el
principio de tratamiento de separación o eliminación de grasas y aceites, por medio de una
trampa de grasas (3). De la misma forma en la investigación cuyo tema fue: Diseño de un
sistema de tratamiento de aguas residuales en la Planta de Lácteos “San Jacinto”, ubicada en el
cantón Penipe, provincia de Chimborazo, por medio de una trampa de grasas y aceite (4).
• Contaminación del agua por la industria
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La contaminación se produce por la introducción de sustancias que ponen en riesgo la salud
humana, recursos naturales y ecosistemas (5). La contaminación del agua es la acción de
introducir material que altera la calidad y composición química. La Organización Mundial de la
Salud indica que el agua esta contaminada “cuando se haya mofificado su composición de forma
que no se reune condiciones adecuadas para el uso, que hubiera sido destinado en estado
natural”. En la actualidad la industria representa una gran fuente de contaminación del recurso
agua, porque se produce contaminantes extremadamente nocivos para personas y el medio
ambiente, la mayoria de instalaciones industriales vierten sus residuos desde la planta a los ríos,
lagos y océanos (6).
• Parámetros de Análisis de calidad de agua
Al hablar de calidad de agua se hace referencia a condiaciones con respecto a características
físicas, químicas y biológicas, en estado natural o luego de haber sido alteradas por la acción del
humano, se considera que, el agua es de buena calidad cuando puede ser utilizada sin causar
ningún tipo de daño; también debe estar libre de sustancias y organismos que sean
desgradables y peligrosos, como el olor, color, sabor y turbidez, la importancia de la calidad de
agua reside en que es uno de los principales medios por los cuales se transmite varias
enfermedades que enferman al hombre. De ahí que, el agua debe ser evaluda en su calidad
total analizando parámetros físicos, químicos y biológicos, en los ensayos realizados se debe
evaluar estas propiedades de forma universal para realizar comparaciones con estándares de
calidad (7).
Parámetros físicos: para determinar la contaminación del agua se toman en cuenta los
siguientes parámetros físicos.
Propiedadades organolépticas (color, olor, sabor): Estas propiedades ayudan a identificar si
llegara a existir algún indicio de contaminación de la fuente de agua, ya que el color resulta de la
presencia de materiales de origen vegetal, como disueltos en suspensión, hierro, turba, ácidos
húmicos, además, el color es una característica que esta ligado a la turbidez, el olor y sabor se
encuentran relacionados entre si, las sustancias que generan olor y sabor en el agua pueden ser
compuestos que se derivan de la actividad de microorganismos o también pueden tener el
origen en descargas de desechos de la industria (8).
Turbidez: Esta propiedad indica la presencia de materiales en suspensión, cuya presencia puede
ser un indicador de cambios en la calidad del agua, ejemplo contaminación por organimos o por
presencia de sustancias inorgánicas como arena, arcilla. Esta propiedad es un factor de
importancia ambiental en aguas naturales, puede afectar al ecosistema porque la actividad
fotosintética depende de la penetración de la luz, aguas con turbidez alta presentan menor
actividad fotosintética afectando a la producción de fitoplancton y también al normal
funcionamiento del sistema (8).
Temperatura: Es el parámetro físico que influye en el aceleramiento o retardo de la actividad
biológica, absorción de oxígeno, precipitación de compuestos, floculación filtración y
sedimentación, de ahí que es considetada como la propiedad física más importante (9)
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Conductividad: Es considerada como la expresión numérica de la habilidad que tiene el agua
para transportar corriente eléctrica, esta depende de la concentración de sustancias ionizadas
disueltas en el agua, de ahí que cualquier cambio en la cantidad total d sustancias disueltas,
movilidad de iones disueltos implicará un cambio en la conductividad eléctrica del agua, de ahí
que esta propiedad se utiliza en muchos análisis de aguas con la finalidad de obtener una
estimación rápida de sólidos disueltos, el instrumento más utilizado para medir esta propiedad
es el conductímetro (10).
Parámetros Químicos: Estos parámetros son muy importantes porque permiten precisar la
calidad de agua, e identificar agentes responsables de contaminación como: fenoles, metales
pesados, insecticidas, cianuros, entre otros.
Demanda bioquímica de oxígeno (DBQ): El oxígeno es importante para la degradación de la
materia orgánica en una fuente hídrica, porque el alto contenido de materia orgánica sobrelleva
el desarrollo de hongos y bacterias. Cuando la materia orgánica se oxida se ve limitado en
progreso de flora y fauna ya que el proceso necesita oxígeno y esto provoca la desaparición del
ecosistema acuático por ende las especies (11).
Oxígeno disuelto (OD): La presencia de oxígeno es esencial en el agua; la principal fuente es el
aire, cuando los niveles de oxígeno son bajo sen el agua, puede ser un indicativo de
contaminación elevada, además, indica una elevada actividad bacteriana, de ahí que a esta
propiedad se le considera cómo un indicador de contaminación (8).
Nitratos: Representa el estado de oxidación localizado en lo más alto del ciclo del nitrógeno,
alcanzado concentraciones elevadas luego de la oxidación biológica, son una fuente de
nutriente significativo para microorganismos autótrofos fotosintéticos que en muchos casos se
transforman en limitantes para el crecimiento (11).
pH: Es una propiedad básica que afecta a varias reacciones, el potencial hidrógeno es utilizado
para determinar si el agua es neutra, alcalina o ácida, si el pH del agua es menor a 7 se
considera cómo aguas ácidas, mientras que aguas con un pH mayor de 7 se las conoce como
alcalinas, por lo general fuentes hídricas no contaminadas presentan valores entre 6,5 a 8,5
(11).
Parámetros microbiológicos: Los más comunes son: estreptococos fecales, coliformes totales,
coliformes fecales, para determinar los parámetros microbiológicos se requiere una buena
técnica de recolección de la muestra, procedimiento de análisis e identificación de colonias, que
será importante para diferenciar de otras colonias que tambien crecen en los medios de cultivo
calidad (7).
Aguas Residuales: El agua que se encuentra en la naturaleza conlleva determinadas sustancias
disueltas o en suspensión que son obtenidas a lo largo de su recorrido, ya sea en la superficie o
al interior de la tierra como el caso de las aguas subterráneas, sin embargo, además de estos
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agregados que son de origen natural, existen otros que se originan en las sustancias de desecho
producto de la actividad del hombre, ya sea arrojadas de forma directa al agua, usando como
transporte para la eliminación de productos no deseados, o como consecuencia del lavado. A
las aguas residuales se las define como un conjunto de aguas que conlleva elemntos diferentes
a su composición original, ya sea por causas naturales o inducidas de forma directa o indirecta
por actividades humanas, estas pueden estar compuestas por combinaciones de: efluentes de
desague de viviendas, comercio y oficinas de instituciones públicas y privadas, aguas residuales
de la industria, efluentes de la actividad agrícola y ganadera, también se pueden considerar
aguas residuales aquellas aguas subterraneas, superficiales producto de la escorrentia que
transitan por las calles, de espacios de recreación, terrazas de edificios y tejados que van a
parar al alcantarillado (12).
Los efectos perjudiciales de las aguas residuales que producen a los cauces que los receptan son
los siguientes: fuertes olores que son causados por las sustancias que contienen en su seno, ya
que se produce desprendimiento de gas a consecuencia de la descomposición de sus
componentes en ausencia de oxígeno, otro efecto sería la toxicidad por la presencia de algunos
minerales, con una afección directa a la flora y fauna del cauce recibidor y a los consumidores
de esta agua, finalmente puede provocar infecciones debido a la presencia de
microoorganismos como virus y bacterias que se encuentran presentes en aguas residuales (12).
• Sistemas de tratamientos de aguas residuales
El principal objetivo de los tratamientos es que las aguas vertidas cumplan con especificaciones
denotadas en la normativa nacional, esto por medio de la eliminación de componentes
definidos como contaminantes perjudiciales para el cuerpo receptor, en el proceso de
tratamiento se debe considerar factores como la composición, caudal y concentraciones de
dichos contaminantes, la calidad solicitada del efluente y las posibilidades de reutilizar, en
cuanto a tecnología utilizada para el tratamiento de estos efluentes son amplias y variadas, por
ello se dificulta precisar un tratamiento estandarizado. Sin embargo se pueden mostrar de
forma general los tratamientos mas empleados habitualmente (13).
• Fases del tratamiento
Pretratamiento: las operaciones para esta fase se adaptan a las condiciones del agua residual,
antes de someterlas a proceso de tratamiento biológico o secundario, esto conlleva la
separación de material flotante, arena, grasas y aceites, en cuanto al pH, las aguas residuales
pueden tener valores muy ácidos como es el caso de la industria láctea por ello se nececita
realizar una corrección del mismo, en el proceso de pretratamiento el sistema más utilizado es
el tamizado que consiste en eliminar sólidos gruesos antes del ingreso a la planta depuradora,
posterior a ello pasa a los tanques de sedimentación que son utilizados para industrias que
producen una alta catidad de sólidos en suspensión, como tercer paso esta la homogeneización
y neutralización proceso que es de vital importancia en la industria láctea, debido a que durante
el lavado puede generarse aguas muy ácidas o muy alcalinas que podrían provocar vertidos que
impiden tratamientos biológicos a posterior, además de incumplir con valores que se establecen
em la normativa. De ahí la importancia de instalar tanques de tiempo de retención donde se
mezclan aguas ácidas y alcalinas provocando así una neutralización natural, finalmente se
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realiza el desengrasado, este proceso es importante en la industria láctea, porque se genera una
alta cantidad de grasas dificultosas de eliminar, para esto se instalan tanques que llevan
introducidos aire en forma de burbujas finas al fondo con la finalidad de que la grasa flote, con
esto se facilita empujar la grasa que queda formada en la superficie a la zona de remanso de ahí
por medio de un jalador se retira a la canaleta y de ahí al contenedor para retirar a un vertedero
(13).
Tratamiento primario: Se realiza con la finalidad de reducir los sólidos en suspensión, aquí se
reduce la turbidez y DBO
5,
porque parte de los sólidos en suspensión es la materia orgánica, a su
vez se elimina una parte de contaminación bacteriana como coliformes y estreptococos. En esta
fase se trata de eliminar los sólidos suspendidos sedimentables. También se puede incluir a este
proceso la decactación primaria, procesos fisicoquímicos y flotación (14).
Tratamiento secundario: en esta fase el objetivo conduce a reducir la materia orgánica disuelta.
Este tratamiento es biológico donde se elimina materia orgánica disuelta y coloidal, esto se
logra por medio de la coagulación y floculación de la materia orgánica coloidal, el proceso
consiste en el consumo de materia orgánica por organismos específicos y adecuados para esta
actividad, se puede utilizar lechos bacterianos o filtros biológicos, ademas de otros procesos
como: fangos activos, lagunas aireadas y estanques de estabilización, esta etapa es importante
porque se logra una buena eliminación de DBO
5,
al finalizar esta operación, el vertido o efluente
tendrá una etapa de depuración para eliminar fangos en ecxeso que se han producido
denominados flóculos biológicos (14).
• Industria láctea
La leche provee de nutrientes necesarios para el correcto desarrollo de los humanos, de ahí que
es considerado como un alimento completo, este es uno de los alimentos que consume el
hombre durante una etapa prolongada de su vida. Su composición esta influenciada por varios
factores como las prácticas de producción, alimentación, manejo cría y las condiciones
climáticas. Los componentes principales de la leche son, agua en un 87%, proteínas, grasas,
sales minerales y lactosa. De la leche se consigue una variada diversidad de derivados como
queso, mantequillas, crema, yogurt entre otros (15). En Ecuador en época de la conquista
española hubo un consumo alto de leche, el problema radicaba en como preservarla en un buen
estado, a partir de 1900 el consumo comienza a desarrollarse y se empieza a realizar procesos
de pasteurización sin deteriorar su valor nutricional, de ahí que el consumo fue masivo
alcanzando zonas rurales. Actualmente esta industria se encuentra en contante crecimiento en
el Ecuador siendo una de las importantes actividades económicas que ayuda a dinamizar el
comercio y además, genera mayor empleabilidad en el sector agrícola rural (16).
Impacto ambiental de la industria láctea: grandes cantidades de residuos líquidos son generados
por la industria láctea, principalmente leche disuelta, leche separada, suero y crema, además se
incluye grasas, aceites sólidos en suspensión y nitrógeno, la descraga de estos efluentes sin un
previo tratamiento se convierte en un fuente de contaminación, en los lavados se puede
encontrar residuos alcalinos y químicos que se utilizan para remover la leche y productos
lácteos, de igual manera se genera material total o parcialmente caramelizados de tambos,
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latas, tanques, tinas, tuberías, bombas, pisos y salidas calientes. Los vertidos como el lactosuero
contiene un 50% de nutrientes del producto base, además las salmueras incrementan de
manera considerable la carga de contaminación al vertido final (17). El problema de mayor
importancia de la indiustria de lácteos es la producción de aguas residuales, tanto por el
volumen producido además de la carga contaminante asociada de origen orgánico. El volumen
en el que oscila las aguas residuales producidas por una empresa de lácteos es entre 2 y 6 L/L de
leche que ha sido procesada, se atribuye que el 90% de la DQO de las aguas residuales se
considera que proviene de la leche y tan solo el 10% restante se atribuye a suciedades ajenas de
la misma. De forma general los efluentes derivados de la industria láctea presentan
características que tienen influencia en la contaminación de los cuerpos de agua, tales como:
gran cantidad de materia orgánica, por la presencia de los mismos componentes de la leche, la
media de DBQ de las aguas residuales de una industria de lácteos se encuentra ebtre 1000 a
6000 mg DBO/L, además esiste la presencia de grasas y aceites, niveles altos de nitrógeno y
fósforo esto a causa de los productos utilizados para limpieza y desinfección, existe tambien
variaciones considerables en el pH, a causa de vertidos de soluciones ácidas y básicas
ocasionados por las operaciones de limpieza, el pH puede variar con valores de 2 a 11, la
conductividad y temperatura tambien tienen variaciones significativas (18).
Consumo de agua en la industria láctea: el consumo de agua en las empresas agroalimentarias
es en grandes cantidades, una de las que consume una gran cantidad de agua es la industria
láctea, este alto consumo tiene la finalidad de mantener las condiciones higiénico sanitarias
requeridas, en la tabla 1 se detalla los valores de agua consumida en la industria láctea.
Tabla 1. Valoración cualitativa del consumo de agua en la industria láctea
Proceso
productivo
Nivel de
consumo
Operaciones con mayor consumo
de agua
Observaciones
Leche
Bajo
Tratamiento térmico – Envasado
Mantequilla
Bajo
Pasterización de la nata
Batido-Amasado
Lavado de la mazada antes del amasado
Yogurt
Bajo
Principalmente en operaciones auxiliares
Queso
Medio
Salado
Salado mediante salmueras
Operaciones
Auxiliares
Alto
Limpieza y desinfección
Generación de vapor -
Refrigeración
Estas operaciones suponen el mayor
consumo de agua
Fuente: (18).
Consumo de agua en la industria láctea: la industria El Pajonal realiza en secuencia varias
actividades para el proceso de transformación de la leche y obtener alimentos de calidad que
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satisfacen la demanda de los consumidores, locales y nacionales, a continuación se describe las
principales líneas de producción.
Queso: este es un producto que, durante varios siglos se ha elaborado de forma artesanal e
incluso en los países desarrollados, en la actualidad todavía se elabora de esa forma, con la
diferencia que se cuida la inocuidad y aptitud para su uso bajo el cumplimiento estricto de las
regulaciones y normativas de calidad y seguridad alimentaria para su elaboración. Las fases para
su elaboración son mecanizadas y automatizadas con la finalidad de dar garantía al proceso
(19).
Yogurt: El yogurt se define como un producto que resulta del proceso de fermentación de leche
cruda, semidesnatada, pasteurizada a 63°C, por acción de fermento lácteo liofilizado que
contiene cepas de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus que se inoculan a
temperatura comprendida entre 40 a 45°C por un tiempo de 5 horas en un ambiente inocuo,
formalmente enfriado, batido y almacenado a temperatura de refrigeración (5-0°C). Las
propiedades fisicoquímicas del yogurt son influenciadas por varios factores, como la
composición y formulación de la leche, el tratamiento térmico que se le dio a la leche, la
combinación de las bacterias ácido lácticas utilizadas, la velocidad de acidificación de la leche y
el tiempo de almacenamiento (20).
MATERIALES Y MÉTODOS
La estrategia metodológica que se utilizó para realizar la investigación, fue por medio de la
observación, mediciones y recolección de muestras de forma directa en las instalaciones de la
empresa El Pajonal, de acuerdo a la literatura revisada se infiere que este tipo de investigación
fue de campo porque se desarrolló en el medio donde se encuentra el problema que es el
objeto de estudio, en la cual el investigador recolecta la información de la realidad directa (21).
De ahí que el diseño de la investigación fue de campo con apoyo documental debido a los
medios utilizados que fueron (Técnicas e instrumentos), las principales fuentes de información
utilizadas fueron: revistas, tesis, textos, etc.
La investigación de forma inicial se basó en llevar a cabo un análisis de la realidad actual de la
empresa, como aplicación del proceso de manufactura, generación de residuos líquidos, del
proyecto para tratamiento de los mismos
La investigación tuvo como población objeto de estudio todas las industrias lácteas existentes
en la provincia de Chimborazo, mismas que general aguas residuales en sus procesos
productivos, para el tamaño de la muestra se trabajó con las aguas residuales producidas por los
procesos de producción de la empresa El Pajonal, la industria cuenta con dos zonas que generan
las aguas residuales divididas en zona de producción y zona de lavado.
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Figura 1. Ubicación de la empresa de lácteos “El Pajonal”
Métodos de análisis: para medir el caudal en la zona de producción se utilizó el método área –
velocidad o flotadores con la aplicación de las siguientes ecuaciones (22).
(1)
las unidades de medición
(2)
(3)
(4)
Caracterización de las aguas residuales: Se realizó la toma de muestras simples durante 3 días
diferentes por semana en cada zona de generación de aguas residuales, en laboratorio de
Ciencias Químicas se elaboraron muestras compuestas a partir de las muestras simples y se
aplicó los parámetros físico químicos que se muestran en la tabla 2, para la medición de cada
parámetro se aplicó métodos normalizados de análisis para aguas residuales (23).
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Tabla 2. Parámetros físico químicos de análisis de las aguas residuales
Parámetro
Método Normalizado
pH
Método potenciométrico 4500-H
+
B
Conductividad eléctrica
Método 2510 B
Turbidez
Método nefelométrico 2130 B
Dureza total
Método 2340 C
Sólidos totales
Método 2540 B
Sólidos sedimentables
Método 2540 B
Aceites y grasas
Método TP0150
Demanda biológica de oxígeno
Método 5210 B
Demanda química de oxígeno
Método 5220 D
La técnica de análisis de datos muestra la forma para procesar la información que se ha
obtenido en la investigación, para el caso de este estudio se realizó de manera cualitativa y
cuantitativa. Un análisis cualitativo hace referencia al que se procede a hacer con información
de tipo verbal, recogidas mediante herramientas como fichas, el análisis se realiza comparando
datos referentes a un mismo aspecto y a la vez evaluando la confiabilidad de la información
(24). Bajo esta premisa en la presente investigación se realizo una observación directa de las
características físicas de las aguas residuales color, olor, en las dos zonas de estudio (producción
y lavado), valores que no se pueden cuantificar de forma directa.
De ahí que es importante analizar cuantitativamente ya que es una práctica que se efectua con
toda la información numérica resultante de la investigación (24). Por medio de este análisis se
logró cuantificar los resultados obtenidos del estudio, por medio de la caracterización físico
química de las muestras de las aguas residuales y a la vez procesarlos en un conjunto de tabals y
gráficas, de esta forma se obtuvo información ordenada con representación visual que favoreció
el entendimiento, análisis e interpretación.
RESULTADOS
Determinación de caudales: en la empresa “El Pajonal” se generan aguas residuales en dos zonas,
la primera zona es la de las líneas de producción de quesos, mantequilla y yogurt, mientras que la
segunda zona es la de lavado y recepción de materia prima, la tabla 3 detalla el caudal de aguas
residuales producido.
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Tabla 3. Caudales promedio de las dos zonas en estudio de la empresa
Zona
Caudal (m3/s)
Caudal (L/s)
Producción
0,001367
1,367
Recepción
0,000573
0,573
Total
0,001940
1,940
La tabla 4 muestra los resultados de la caracterización de las aguas residuales de la empresa
láctea El pajonal, valores que reflejan el promedio de las mediciones de las muestras
compuestas semanales.
Tabla 4. Caracterización de las aguas residuales
Parámetros
Valor
medido
Límite máximo permisible según la normativa
ambiental vigente (TULSMA anexo I del libro IV)*
pH
4,32
5-9
Turbidez (NTU)
176,8
-
Conductividad eléctrica
(μS/cm)
725
-
Alcalinidad (mg/L)
198
-
Sólidos suspendidos
totales (mg/L)
1484,4
220
Sólidos sedimentables
(mg/L)
576,8
20
Dureza total (mg/L)
267,8
-
Aceites y grasas (mg/L)
378,1
100
DBO5 (mg/L)
3515
250
DQO (mg/L)
4950
500
Sedimentador primario: para dimensionar esta unidad fue importante fijar el tiempo de
retención, al igual que la carga hidráulica con la que ingresa el agua residual al equipo, el efecto
que conlleva estos dos valores a la unidad de sedimentación primario influenciará en la
remoción de DBO5 y SST.
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Tabla 5. Datos y dimensiones del sedimentador primario
Parámetro
Nomenclatura y unidades
Valor
Caudal de diseño
Q (m3/h)
6,984
Tiempo de retención
TR (h)
2,50
Profundidad del tanque
H (m)
2,50
Volumen del tanque (6)
V (m3)
0,728
Área del tanque (7)
A (m2)
0,291
Diámetro del tanque (8)
D (m)
0,609
Carga superficial (9)
CS (m/d)
576,00
Velocidad de sedimentación (10)
VS (m/h)
24,00
Flotación por aire disuelto: la unidad fue diseñada en función del tipo de agua residual que es
necesario tratar en el estudio, porque el efluente resultante del sedimentador primario posee
una gran concentración de grasas.
Tabla 6. Dimensionamiento del sistema de flotación por aire disuelto
Parámetro
Nomenclatura y Unidad
Valor
Caudal de diseño
Q (L/s)
1,94
Porcentaje de recirculación
FR (%)
25
Caudal recirculado
QR (L/s)
0,49
Relación aire /sólido (13)
A/S
0,002
Altura del tanque
H (m)
2,32
Altura del cilindro
HC (m)
0,85
Altura del cono truncado
HCT (m)
1,47
Superficie de flotación
A (m2)
1,80
Diámetro externo del tanque
De (m)
1,80
Diámetro interno del tanque
DI (m)
1,50
Diámetro del espesor
Des (m)
2,00
Volumen del cilindro (14)
VC (m3)
0,13
Volumen del cono truncado (15)
VCT (m3)
2,79
Volumen del tanque (16)
V (m3)
2,92
Tiempo de retención (17)
TR (min)
1,51
Velocidad ascensional (18)
Va (m/h)
1,08
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En la tabla 6 se reportan los resultados de los cálculos realizados para el dimensionamiento del
tanque de lodos activados y requerimiento de oxígeno para el reactor biológico.
Tabla 7. Datos y dimensionamiento del tanque de aireación de lodos activados
Parámetro
Nomenclatura y Unidad
Valor
Caudal de diseño
QDis (L/s)
1,94
Tiempo de retención hidráulico o aireación
θ (h)
12,00
Edad de lodos o tiempo de retención celular
θc (d)
5,00
Volumen del tanque (21)
V (m3)
23,28
Profundidad del tanque
H (m)
3,00
Área del tanque (22)
A (m2)
7,76
Ancho del tanque (23)
B (m)
2,78
Largo del tanque (23)
L (m)
2,78
Carga orgánica (24)
CO (g DBO /d)
135,6
Carga orgánica volumétrica (25)
COV (g DBO /m3.d)
5,19
Relación en masa DBO/DBOUC
(mg DBO/ mg DBOUC)
0,68
Relación en masa O2 consumido/ células oxidadas
(mg O2 cons/ mg Células oxi.)
1,42
Remoción de SS biodegradable
Rss (%)
85,00
DBO efluente
DBOe (mg/L)
92,00
SS efluente
SSe (mg/L)
50,00
DBO soluble efluente (26)
Se (mg/L)
92,00
Coeficiente de declinación endógena
Kd (d-1)
0,045
Coeficiente de producción de crecimiento
Y (mg SSV/ mg DBO)
0,48
DBO
So (mg/L)
1285,61
Sólidos suspendidos volátiles*volumen (27)
X*V (mg SSV)
405763034,0
Sólidos suspendidos volátiles (28)
X (mg/L)
17589,368
Relación en masa alimento/microorganismos (29)
A/M (g DBO /gSSV*d)
0,42
Producción de lodos en base a SSV(30)
Px (kg/d)
36,58
Producción de lodos en base a SST (31)
LSST (kg/d)
43,04
Una vez dimensionada la unidad biológica se realiza el balance teórico de eficiencia de
remoción, para ver la calidad del agua residual obtenida después de este sistema de depuración
los datos se muestran en la tabla 7.
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Tabla 8. Balance de remoción de lodos activados
Parámetro
% remoción
% seleccionado
Entrada (mg/L)
Salida (mg/L)
SS
10-40%
10
100,20
90,17
DBO
80-95%
90
1285,61
128,56
DQO
80-85%
85
2257,20
338,58
N
15-50%
50
76,84
38,42
P
10-25%
25
16,55
12,41
Grasas
10-25%
25
22,69
17,02
Sedimentador secundario: En la tabla 8 se muestran los resultados de los cálculos realizados
para el dimensionamiento de esta unidad.
Tabla 9. Datos para el diseño del sedimentador secundario
Parámetro
Nomenclatura y Unidades
Valor
Caudal de diseño
Q
Dis
(m
3
/h)
6,98
Profundidad del tanque
H (m)
3,50
Carga superficial
Cs (m/d)
28
Área del tanque (37)
A (m
2
)
5,99
Diámetro del tanque (38)
D (m)
2,76
Volumen del tanque (39)
V (m
3
)
6,67
Tiempo de retención (40)
T
R
(h)
0,95
En la tabla 9 se muestran los resultados de los cálculos realizados para recirculación de lodos
Tabla 10. Recirculación de los lodos producidos en el sedimentador secundario
Parámetro
Nomenclatura y Unidad
Valor
Caudal diseño
Q
Dis
(m
3
/d)
167,61
Recirculación
R (%)
45,00
Caudal recirculado (41)
Q
R
(m
3
/d)
75,42
Sólidos suspendidos volátiles
X (mg/L)
17589,36
Concentración de SSV (42)
X
r
(mg/L)
21498,11
Fracción de SSV en el lodo
R
ssv
(%)
70,00
Concentración de SST en lodo (43)
SS
Lodo
(mg/L)
20340,89
SS a la salida
X
e
(mg/L)
5,49
Producción de lodos en base a SSV
Px (kg/d)
27,19
Caudal purgado (44)
Q
w
(m
3
/d)
1,84
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Finalmente, se realiza el balance de remoción teórico alrededor del sedimentador secundario,
los resultados de la calidad del agua tratada se reportan en la tabla 10.
Tabla 11. Balance de Remoción del sedimentador secundario
Parámetro
% remoción
% seleccionado
Entrada (mg/L)
Salida (mg/L)
SS
40-70%
40
90,17
54,10
DBO
25-40%
30
128,56
89,99
DQO
25-35%
25
338,58
253,94
Grasas
10-40%
40
17,02
10,20
DISCUSIÓN
Los resultados de caracterización de las aguas residuales de la muestra completa arrojaron
parámetros normados que superan al límite permisible de acuerdo a la normativa vigente (26).
Según la norma de calidad ambiental y descarga de efluentes al recurso agua, el agua residual
de la industria láctea presentó valores de pH ácido con un elevado nivel de turbidez a causa de
la concentración de sólidos, parámetros como alcalinidad, conductividad y dureza no están
normados, sin embargo, los valores indican la presencia de sales disueltas en la descarga de la
empresa, además, el resultado de 267,8 mg/L de CaCO
3
, muestra que el agua residual es
extremadamente dura (27).
La DBO y DQO, superan el límite permisible, debido a la alta carga orgánica proveniente de los
desechos de la producción de mantequilla, quesos y yogurt, al igual las grasas superan en 3
veces al valor permitido a consecuencia de la variedad en las líneas de producción de la
empresa (27).
El sedimentador primario se construirá de forma circular, porque a diferencia de los modelos
rectangulares la barrera de lodos requiere de menos partes móviles que el mecanismo de
arrastre de un sedimentador rectangular, inclusive los costos de producción son menores (28),
según las características fluctuantes del agua residual industrial es recomendable utilizar una
pantalla de acero inoxidable antes de la salida del sedimentador primario a distancias
aproximadas de 0,6 y 1, 0 m, a una profundidad desde el nivel del agua 0,3 m a 0,5 m, con la
finalidad de retener sólidos flotantes.
Para diseñar el tratamiento secundario se seleccionó el proceso biológico que permitirá
remover la mayor cantidad de materia orgánica, y componentes en exceso presentes en el agua
residual. Para elegir el proceso se analizó comparaciones de ventajas y desventajas de procesos
de descomposicoón aerobios y anaerobios, llegando a concluir que es más recomendable
utilizar el proceso anaerobio, para evitar malos olores y a su vez la producción de insectos y
otros animales qie pueden ocasionar problemas por plagas en la industria, para el tratamiento
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biológico aerobio se consideró el proceso de lodos activados convensional, que consiste en
colocar el agua residual en un sistema de aireación con una masa floculenta de
microorganismos y materiales inorgánicos, conocidos como floc biológico, que posee la
propiedad de permitir la adsorción de materiales coloidales y suspendidos del agua residual, en
este proceso es necesario que los microorganismos reciban todos los nuetrientes que se
requiren para formar protoplasma, de acuerdo a la bibliografía consultada recomienda expresar
la cantidad de nutrientes en forma de DBO/N/P, cuya realción adecuada es de 100/5/1 (28). Es
recomendable colocar dos tanques de aireación que se dispondrán en paralelo y que tendrán
las mismas dimensiones, la elección es considerada para mantener la eficacia de depuración del
agua y a su vez para poder alternar al momento de realizar actividades de limpieza (29).
Para la aireación del reactor se tomó en cuenta las consideraciones de diseño recomendadas
según la eficiencia de transferencia de oxígeno del aireador de 90% (28), y la cantidad de
oxígeno que varía entre 0,21 a 0,25 kg O
2
/m
3
(29).
De acuerdo a la bibliografía revisada, esta recomienda después del tratamiento biológico
aerobico realizar un proceso de sedimentación secundaría para el estudio realizado fue
necesario ya que, la mezcla de agua residual con el floc biológico en suspensión que se genera y
sale del proceso de lodos activados es separado en este apartado de tratamiento, obteniendo
de esta manera agua tratada o clarificada, con condiciones mejores para ser descargada, para el
dimensionamiento se tomó en cuenta recomendaciones sugeridas por la bibliografía
especializada (28), así también recomendaciones vertidas por (29), que resultaron en una
profundidad del tanque entre 3,7 a 4,6 m, la carga superficial para el caudal medio entre 16 a
32 m
3
/día y para caudal pico de 41 a 49 m
3
/día.
CONCLUSIÓN
El sistema de tratamiento de aguas residuales de la empresa láctea El Pajonal se seleccionó
principalmente en función de las características físico químicas, a su vez se estableció el caudal
de diseño de 1,94 L/s, debido a que el caudal del efluente es fijo, ya que se produce la misma
cantidad de producto en las líneas de quesos, yogurt y mantequilla.
Las características del agua residual a tratar en cuanto a contenidos de materia orgánica no
cumplieron con la normativa nacional como la DBO5 que resulto en 3515 mg/L, grasas de 378,1
mg/L y DQO DE 4950 mg/L. La propuesta de tratamiento que se realizó permitirá obtener
efluentes finales con niveles por debajo de lo establecido en la normativa nacional para los
principales parámetros como DBQ, DBO, sólidos y grasas.
El diseño de tratamiento para el agua residual seleccionado y dimensionado cuenta con un
tanque homogeneizador como parte del pretratamiento, un sedimentador primario y un
sistema de flotación por aire disuelto para el sistema primario de tratamiento, además, de un
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proceso convencional de lodos activados con aireación y sedimentación secundaria como parte
del tratamiento secundario.
Los criterios especificados para el diseño de las unidades de tratamiento estuvieron en función
de las exigencias de la empresa que requería la mínima producción de malos olores, bajo
requerimiento de mano de obra para la operación y mantenimiento, factibilidad técnica y
eficiencia teórica de remoción de las unidades por lo cual fue necesario fundamentarse en los
porcentajes teóricos de eficiencia tomados.
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