Tesis Final Raul Paez

Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.I REDISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA INDUSTRIA LÁCTEA PROLECA LTDA CARTAGENA. RAÚL LUIS PÁEZ OSORIO UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C 2011 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. II REDISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA INDUSTRIA LÁCTEA PROLECA LTDA CARTAGENA. RAÚL LUIS PÁEZ OSORIO Proyecto de Grado Lesly Tejeda Benítez, MSc (Directora del Proyecto) UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C 2011 Rediseño y adecuación de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria Láctea Proleca LTDA Cartagena. 3 TABLA DE CONTENIDO RESUMEN .................................................................................................................. 14 ABSTRACT ................................................................................................................ 15 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 16 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 18 HIPÓTESIS ................................................................................................................. 19 3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 20 2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 23 2.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 23 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 23 3. ALCANCE ........................................................................................................... 24 4. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE ...................................................... 25 5. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 33 5.1 MÉTODO DE TRATAMIENTO FÍSICO Y BIOLÓGICO ............................... 34 5.1.1 NIVELES DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES .......................................... 34 6. METODOLOGÍA ................................................................................................ 39 7. RESULTADOS .................................................................................................... 41 7.1 PROBLEMAS TÉCNICOS ENCONTRADOS ................................................. 45 7.1.1 MATRIZ DE VESTER .......................................................................................... 51 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 4 7.1.2 DISEÑO CONCEPTUAL DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PLATA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. ........................................................................ 54 7.1.3 DISEÑO BÁSICO DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PLATA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. ..................................................................................................... 57 7.1.4 TRATAMIENTO BIOLÓGICO ............................................................................... 64 7.1.5 IMPLEMENTACIÓN DEL DISEÑO ......................................................................... 64 7.1.6 MEJORAS EN EL TRATAMIENTO ......................................................................... 68 8. CONCLUSIONES ............................................................................................... 75 9. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 77 10. GLOSARIO ...................................................................................................... 112 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 5 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Entrada Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. ................................ 41 Tabla 2. Salida Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. .................................. 42 Tabla 3. Porcentaje de Remoción Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. ..... 44 Tabla 4. Resultados Matriz de Vester. ........................................................................ 52 Tabla 5. Datasheet Tanque Nivelador de pH. ............................................................. 59 Tabla 6. Datasheet Trampa de Grasa. ......................................................................... 60 Tabla 7. Datasheet Sedimentador. ............................................................................... 61 Tabla 8. Datasheet Pantalla Difusora. ......................................................................... 62 Tabla 9. Datasheet Floculador..................................................................................... 63 Tabla 10.Propiedades Residuos Lácteos. .................................................................... 92 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 6 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Sedimentador (Tratamiento Primario). ....................................................... 34 Figura 2. Índice de Biodegradabilidad ........................................................................ 42 Figura 3. Porcentaje de Eliminación Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. ... 45 Figura 4. Trampa de Grasas. ....................................................................................... 46 Figura 5. Tanque de Almacenamiento. ....................................................................... 46 Figura 6. Tubería Bomba Sumergible. ........................................................................ 47 Figura 7. Floculador. ................................................................................................... 47 Figura 8. Floculador – Tanques Preparación de Aditivos. .......................................... 48 Figura 9. Láminas Floculador. .................................................................................... 49 Figura 10. Entrada Sedimentador. ............................................................................... 49 Figura 11. Salida Sedimentador. ................................................................................. 50 Figura 12. Filtros. ........................................................................................................ 51 Figura 13. Salida de la Planta de Tratamiento. ........................................................... 51 Figura 14. Diagrama de Bloques Planta de Tratamiento ............................................ 58 Figura 15. Proceso de ampliación Planta de tratamiento de aguas Proleca Ltda. ....... 64 Figura 16. Montaje de las láminas en el Sedimentador. ............................................ 65 Figura 17. Láminas Sedimentador terminadas. ........................................................... 65 Figura 18. Pantalla difusora terminada. ...................................................................... 66 Figura 19. Floculador y montaje de láminas. .............................................................. 66 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 7 Figura 20. Floculador terminado. ................................................................................ 67 Figura 21. Tanques de igualación de pH. .................................................................... 67 Figura 22. Eliminación de S.S.T. ............................................................................... 68 Figura 23. Eliminación DBO5. ................................................................................... 69 Figura 24. Eliminación de DQO. ................................................................................ 70 Figura 25. Eliminación S.S.H. .................................................................................... 71 Figura 26. Eliminación N.K.T..................................................................................... 72 Figura 27. Eliminación de Fósforo Total. ................................................................... 73 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 8 LISTA DE ANEXOS ANEXO 1 ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS PARAMETROS REQUERIDOS SEGÚN EL DECRETO 1594 DE 1984. .......................................... 81 ANEXO 2 MEMORIAS DE CÁLCULO ................................................................... 87 ANEXO 3. MANUAL DE OPERACIÓN ................................................................ 103 ANEXO 4. DECRETO 3930 DE 2010 – NORMATIVIDAD AMBIENTAL PARA EFLUENTES LÍQUIDOS ........................................................................................ 113 ANEXO 5. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE PROLECA LTDA EMITIDAS POR CARDIQUE ..................................................................... 114 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 9 Cartagena de Indias D.T. y C., Agosto 5 de 2011 Señores: COMITÉ DE GRADUACIÓN Programa de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Universidad de Cartagena Cordial Saludo: En mi calidad de director de tesis, presento a ustedes el siguiente proyecto de grado titulado “Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena”, elaborado por el estudiante Raúl Páez Osorio perteneciente al programa de Ingeniería Química. Manifiesto mi participación en la orientación y mi conformidad con el resultado obtenido. Atentamente, LESLY TEJEDA MSc. Asesor Encargado Programa Ingeniería Química Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 10 Cartagena de Indias D.T. y C., Agosto 5 de 2011 Señores: COMITÉ DE GRADUACIÓN Programa de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Universidad de Cartagena Cordial Saludo: En mi calidad de estudiante, presento a ustedes el siguiente proyecto de grado titulado “Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena”. Manifiesto mi participación en la orientación y mi conformidad con el resultado obtenido. Atentamente, RAÚL LUIS PÁEZ OSORIO Estudiante Programa Ingeniería Química Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 11 Nota de aceptación Presidente del Jurado Jurado Jurado Cartagena de Indias D. T. y C., Agosto de 2011 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 12 DEDICATORIA A Dios, por ser el eje central de nuestras vidas. A mis padres y tíos, por su ejemplo de superación y valioso apoyo en el transcurso de mis estudios. A mis compañeros y amigos, por ser participes de nuestro proceso de formación integral. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 13 AGRADECIMIENTOS Agradezco sinceramente a: A la Ingeniera Lesly Tejeda Benítez, docente, tutor y amiga, por todo el esfuerzo, paciencia y dedicación en la ejecución de este proyecto. A Proleca Ltda., muy especialmente al Ingeniero Amaury Iriarte, Asesor Ambiental y al Doctor Gustavo Mercado, Gerente de la Compañía, por su apoyo y colaboración. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 14 RESUMEN Las aguas residuales son la emisión de mayor contaminación procedente de la industria láctea por contener cantidades significativas de materia orgánica, que acompañadas con el agua utilizada para los procesos higiénicos y sanitarios se convierten en una problemática importante en este tipo de industrias. Debido al impacto que produce el vertimiento de aguas industriales a los cuerpos de agua, este proyecto presenta una solución viable y efectiva para el tratamiento de aguas residuales. En este trabajo se realizó el diagnóstico y el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda., usando la matriz de Vester se analizaron las diferentes falencias del antiguo método de tratamiento. Se investigaron las diferentes especificaciones técnicas para lograr el debido desempeño al momento de operar la planta de tratamiento de aguas residuales, posterior a esto, se realizó el rediseño de la planta de aguas residuales. Se implementó un método de tratamiento biológico con microorganismos eficientes, el cual mostró como resultado una reducción del 80% en la carga de los contaminantes, debido a que los sólidos suspendidos totales disminuyeron en un 20%, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) se redujo en 50%, la demanda química de oxígeno (DQO) en un 40%, NKT (Nitrógeno Total Kjeldhal) en un 60% y el fósforo total en un 40% respecto a la etapa posterior al rediseño. Todo lo anterior represento para la empresa la reducción en el pago de las tasas retributivas por vertimientos de efluentes al alcantarillado y la aplicación de un método eficiente de tratamiento que cumple con las exigencias de las normas vigentes. Palabras Clave: Rediseño, Microorganismos Eficientes, DBO, DQO. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 15 ABSTRACT Wastewater is the issue of increased pollution from the dairy industry to contain significant amounts of organic matter, that accompanied the water used for hygienic and sanitary processes become an important issue in these industries. Due to the impact that the dumping of industrial wastewater to water bodies, this project presents a viable and effective solution for the treatment of wastewater. This work was carried out diagnosis and redesign of the plant wastewater treatment Proleca Ltda industry, using the matrix of Vester analyzed the different shortcomings of the old method of treatment. We investigated the different technical specifications to achieve proper performance when operating the plant wastewater treatment, after this, we performed the redesign of the wastewater plant. We implemented a biological method for treatment with efficient microorganisms, which showed results in a 80% reduction in the load of pollutants, because the suspended solids decreased by 20%, biochemical oxygen demand (BOD) was reduced by 50%, chemical oxygen demand (COD) by 40%, NKT (total Kjeldahl Nitrogen) by 60% and total phosphorus by 40% compared to the post-redesign. All this represents for the company's reduction in the payment of remuneration rates by dumping effluent into the sewer and the implementation of an efficient method of treatment that meets the requirements of the regulations. Keywords: Redesign, efficient microorganisms, BOD, COD. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 16 1. INTRODUCCIÓN Las últimas décadas han estado marcadas por una preocupación creciente por el entorno, debido a esta postura, las empresas se han visto obligadas a cambiar su visión sobre los métodos productivos. Como respuesta a los problemas medioambientales, nace en los años 80 el concepto de Desarrollo Sostenible. En el caso de la industria, este concepto debe traducirse en el compromiso de fijar y lograr metas de funcionamiento que reduzcan las emisiones de sustancias nocivas, así como en el compromiso de aceptación de su responsabilidad sobre los productos que fabrican. Las aguas residuales son la emisión de mayor contaminación procedente de las industrias alimentarias; se componen principalmente de sustancias orgánicas resultantes de la transformación de las materias primas y de los productos químicos que son empleados en los tratamientos higiénicos y sanitarios. Las aguas residuales de la industria láctea, por ejemplo se caracterizan por poseer una gran cantidad de materia orgánica, además de sólidos en suspensión y valores de pH que se encuentran por fuera de los rangos admisibles. Las cantidades de aguas residuales y la concentración de los contaminantes de estas empresas, no son constantes a lo largo de una jornada de producción, sino que varían, generando sobrecargas y problemas en la operación en las plantas de tratamiento. En Cartagena, la industria láctea Proleca Ltda., que tiene como misión contribuir al desarrollo de la sociedad y de nuestro medio ambiente, por medio de procesos vanguardistas y de tecnologías limpias, que permitan cumplir con requerimientos importantes en el vertimiento de sus aguas, cumpliendo con el decreto 1594 de 1984, la cual en su momento reglamentó la prevención y control de la contaminación, no obstante se declararon nulos varios de sus artículos en función de conflictos de competencias propuestas en los mismos, siendo así modificado el 25 de Octubre del Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 17 2010 por el decreto 3930 de 2010 , que requiere desarrollar de forma integral la figura del ordenamiento hídrico y establecer el procedimiento para la reglamentación de los vertimientos previstos en el decreto 1594 de 1984. Debido al gran impacto ambiental que produce verter aguas industriales en el sistema de alcantarillado y a su vez en acuíferos o cuerpos de agua, es necesario tener control sobre algunos parámetros que permitan mitigar los daños ambientales en estas zonas, como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxígeno), pH, temperatura, NKT (Nitrógeno Kjeldhal), sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano), entre otros. En este trabajo se realizó el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda., para llevar a cabo esta tarea se analizó la influencia de factores: caudal, composición, concentraciones, calidad requerida o esperada del efluente, las posibilidades de reutilización de la misma, las posibilidades de vertido a depuradoras municipales, tasas de vertido, tiempo de retención. Estas condiciones permitieron evaluar el funcionamiento actual de la planta. También, el proyecto incluye un estudio de las diferentes alternativas y la selección de la más viable, económica, e innovadora, y así mismo, establece e implementa una solución puntal para cada uno de los parámetros mencionados, logrando de manera satisfactoria el rediseño de la planta coherente con el objetivo general de este trabajo. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 18 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Una de las industrias de mayor generación de aguas residuales con altas cargas de contaminantes orgánicos es la industria alimentaria, puesto que en sus procesos debe utilizar gran cantidad de agua de excelente calidad, requerida en las etapas de lavado, limpieza y desinfección; por esto se hace necesario buscar estrategias para reducir las cargas contaminantes de las aguas residuales de estas industrias. Las aguas residuales de las industrias alimentarias se componen de sustancias orgánicas resultantes de la transformación de las materias primas y de los productos químicos que son empleados en los tratamientos higiénicos y sanitarios. Las aguas residuales de la industria láctea, se caracterizan por poseer una gran cantidad de materia orgánica, sólidos en suspensión y valores de pH que se encuentran por fuera de los rangos admisibles, las cantidades de aguas residuales y la concentración de los contaminantes de estas empresas, no son constantes a lo largo de una jornada de producción. La calidad de dicho vertido obliga a las empresas a poseer una planta de tratamiento de aguas residuales que minimice el impacto ambiental de estas aguas sobre el medio ambiente. En la actualidad Proleca Ltda., posee una planta de tratamiento fundamentada en procesos físico-químicos, los cuales no son suficientes para reducir de forma adecuada los parámetros estipulados por el decreto 3930 de 2010, debido al diseño deficiente de la planta. La planta posee tres etapas de tratamiento; la primera etapa consiste en un tanque séptico de concreto rígido el cual almacena el agua desechada de cada uno de los procesos de producción, esta agua es bombeada a la segunda etapa, un sedimentador que consta de dos zonas; la primera zona se realiza un proceso de floculación por medio de tabiques de madera, este método presenta deficiencia respecto a el material del que están hechos los tabiques de floculación y en sus tiempos de retención, la segunda zona se realiza el proceso de sedimentación Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 19 discreta, debido a falta de mantenimiento de la zona de lodos, no permite que el proceso de sedimentación se realice de forma pertinente. La salida del proceso no posee un caudal adecuado para la evacuación necesaria de las aguas residuales que se tratan, debido a esto se generan olores muy fuertes y desagradables que afectan la calidad de vida de los operarios y trabajadores de la planta, esto produce altas concentraciones de contaminantes, que son perjudiciales para el medio ambiente, puesto que generan un impacto negativo en la sostenibilidad de los ecosistemas y a su vez, en los recursos naturales que son la fuente principal de las materias primas de nuestra sociedad. Hipótesis El rediseño la planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda., disminuirá significativamente los parámetros de vertimiento (pH, temperatura, material flotante, grasas, aceites, sólidos suspendidos, DBO, DQO, NKT, SSH, entre otros) del Decreto 3930 de 2010. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 20 3. JUSTIFICACIÓN En el contexto de la empresa Proleca Ltda., es necesario reformar el método de tratamiento de aguas, ya que no cumplía los requerimientos actuales a la norma vigente. La empresa contaba con una planta de tratamiento de aguas residuales, la cual se encontraba en mal estado, esta generaba mucha contaminación debido a su mal funcionamiento y a la cantidad de materia orgánica que poseen los residuos a tratar. El vertimiento de aguas residuales al alcantarillado está estrechamente ligado al pago de tasas retributivas, las cuales deberán ser solventadas al gobierno de acuerdo al grado de contaminación que estas posean al momento de verterlas, problema que se manifiesta a gran escala en esta industria, ya que la contaminación generada por la planta de tratamiento concibe un incremento a el valor que la empresa debe pagar por verter agua en el sistema de alcantarillado de la ciudad de Cartagena. Por todo lo anterior, era urgente un nuevo método de tratamiento, implementando equipos y sistemas asequibles a la economía de la empresa, con tecnologías utilizadas en nuestro país para el tratamiento de dichos residuos, el cual disminuye el impacto ambiental generado por la empresa al momento de verter agua en el alcantarillado, también debe moderar la carga orgánica de las aguas residuales. Este reduce los parámetros de vertimiento estipulados en la norma vigente que regula las aguas residuales y a su vez disminuye el valor de las tasas retributivas impuestas por el gobierno. De acuerdo, con el estudio realizado en el estado del arte del presente trabajo, los diferentes métodos actuales de tratamiento están enfocados a la implementación de bioreactores debido a sus ventajas respecto a los procesos aerobios en términos de mayor grado de estabilización de las aguas residuales, bajo crecimiento de biomasa y requerimientos nutricionales, producción de metano y no requerimiento de oxígeno, Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 21 de esta manera el aprovechamiento de biogás en estos procesos lo hace una alternativa amigable con el medio ambiente. Sin embargo, este tipo de procesos para el tratamiento de aguas residuales posee ciertas desventajas. Las empresas pequeñas, como es el caso de Proleca Ltda., no poseen el espacio requerido para la construcción de dicho equipo, además, la industria está ubicada en un área urbano industrial, la cual tiene ciertas limitaciones para la construcción de estructuras altas como lo son los reactores anaerobios y aerobios. Por otro lado, los sistemas de tratamiento de lagunas facultativas y lagunas aireadas, necesitan una gran extensión de tierra para ser construidas, Proleca Ltda., no posee una extensión geográfica suficiente para la construcción de este tipo de sistemas de tratamiento. Un método factible y efectivo es el proceso de electro coagulación, este método ha presentado excelentes resultados en el tratamiento de aguas para las industrias lácteas, obteniendo porcentajes de remoción muy altos de los diferentes parámetros de interés en nuestro estudio. El uso de energía en el proceso de electro coagulación es de vital importancia para la remoción de los diferentes parámetros de interés en el tratamiento de aguas residuales, igualmente, el agente coagulante y los equipos de electro coagulación es una inversión grande respecto a la lucro de la empresa de estudio, siendo estos motivos adversos para la implementación de dicha tecnología en el tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda. Para cumplir el objetivo de este proyecto, sin impactar en la economía de la empresa, es necesario reutilizar los equipos que se encuentran en el lugar de trabajo, evaluando el diseño conceptual de cada uno, y tomar medidas correctivas en los equipos que no estén operando en las condiciones adecuadas. Con el rediseño y adecuación de los equipos se reducirá el impacto económico al momento de tratar el agua residual de la empresa, la implementación de los Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 22 tratamientos fisicoquímicos y microbiológicos han probado reducir de forma eficaz y eficiente la contaminación de las aguas residuales, siendo esta la alternativa económica y técnica más viable para esta empresa. En los estudios consignados en el estado del arte, se ha demostrado que el uso de microorganismos eficaces en ambientes con alta concentración de materia orgánica, variación de pH y temperatura, han reducido la contaminación bioquímica emitida por aguas utilizadas en procesos de producción, además, la combinación de estos con agentes químicos, muestran efectos positivos en la reducción de olores fuertes producidos por el agua y en la estabilización de lodos residuales de la planta de tratamiento. El agua a tratar de la empresa tiene como principal característica altas concentraciones de materia orgánica lo que la hace acorde para tratarla con esta clase de microorganismos. Los métodos físicos que se implementaran en el tratamiento de las aguas residuales serán; procesos de sedimentación y floculación. La empresa posee actualmente los equipos necesarios para realizar estos procesos. También, cuenta con un proceso de eliminación de grasas con sus respectivas trampas de grasa. Estos acompañados de un proceso químico consistente en agregar un agente coagulante, como el sulfato de aluminio, en la zona del floculador, y un proceso biológico como la implementación de organismos eficaces, ayudará a eliminar los contaminantes de las aguas a tratar. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 23 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Rediseñar la planta de tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda., mediante la redefinición física y conceptual de cada uno de los parámetros de diseño y de operación para cumplir con el decreto 3930 de 2010. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Realizar un diagnóstico del afluente y efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales, caracterizando el agua a tratar, para observar con detalle el porcentaje de remoción. - Identificar los puntos críticos del proceso de la planta de tratamiento de aguas residuales. - Recomendar e implementar una alternativa de solución con base en los problemas críticos identificados y alcanzar el óptimo funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas. - Elaborar un sistema de monitoreo teniendo en cuenta los diferentes parámetros a seguir: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano), entre otros, permitiendo un seguimiento constante de estos. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 24 3. ALCANCE Este proyecto se desarrolló en la empresa Proleca Ltda., ubicada en la vía mamonal, delimitada en la parte Norte con el Barrio El Campestre, parte Este, Barrio Ceballos, por el Sur, Barrio Santa Clara, y por el Oeste por Muelles Contecar en la ciudad de Cartagena. Se limito el tema de impacto ambiental de la planta de tratamiento de aguas residuales, realizando un diagnóstico del afluente y efluente de las aguas residuales con el fin de obtener bases pertinentes para recomendar e implementar alternativas de solución y sistemas de monitoreo que contribuyan a dar cumplimiento a la normativa legal Decreto 1594 de 1984 y permitan reducir las tazas retributivas pagadas por el vertimiento de la empresa. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 25 4. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE Se han realizado numerosas investigaciones sobre diseño, adecuación de la planta de tratamiento de aguas residuales para una industria Láctea, tanto en nuestro país como en el mundo. En el caso especifico de Portugal, país que asumió la presidencia de la Unión Europea entre julio y diciembre del 2007, resalta en su agenda la importancia del desarrollo sostenible de Europa y la importancia del medio ambiente, la posibilidad de utilizar los lodos de floculante en los reactores UASB aplicada al tratamiento de aguas residuales lácteos y los estudios del efecto del tiempo de retención hidráulica (6, 8, 12 y 16 h) en el rendimiento de los reactores. Da como resultado que el rendimiento de los lodos de floculante es similar a lo reportado en la literatura para los lodos granulares. Se observó, que al aumentar la TRH 6 a 12 h, el rendimiento del sistema se mejora relativamente a la carga máxima aplicable, la producción de la eficiencia de remoción de DQO y el metano, pero al aumentar la TRH 12 a 16 h, las diferencias no son significativas. Para lograr el traslado soluble en COD, la absorción de AGV y la mineralización de cerca de 80% de proteínas y la absorción de grasa por encima del 60%; es necesario para operar los reactores UASB utilizar una terapia de reemplazo hormonal de por lo menos 12 h. Además de esto los reactores deben ser operados con cargas de 2.5 g DQO / ℓ · d para alcanzar una conversión de metano de la DQO eliminado por encima del 70%. [1] Estados Unidos por medio de la federación ambiental del agua (Water Environment Federation) adelanta estudios pertinentes respecto a la conservación del medio ambiente y el tratamiento de las aguas residuales en las industrias, el tratamiento de la industria láctea y otras aguas residuales de procesamiento de alimentos requiere el reconocimiento de las características únicas de las materias primas, productos finales, procesos de fabricación y la generación de la corriente de aguas residuales. Los productores de lácteos de la industria manufacturera en general, manejan la fuerza orgánica de las diferentes materias primas y productos en forma líquida, que se Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 26 encuentran en el flujo de las aguas residuales de las fábricas dan como resultado una alta variabilidad. La selección del proceso debe reflejar las estrategias específicas de la planta para la detección de derrames y las desviaciones, la igualdad de aguas residuales, tratamientos secundarios, los procesos de tratamiento terciario y la utilización de equipos compatibles con los residuos de la industria láctea. El éxito de las aguas residuales y el diseño de las instalaciones de gestión, en particular para el pretratamiento biológico o sistemas de tratamiento proporcionará una respuesta a perturbaciones en el proceso previsto debido a los derrames y las amplias variaciones en las características del agua residual cruda. Otros factores abordados en el diseño de instalaciones exitosas incluyen el balance de nutrientes en el proceso de gestión de aguas residuales y el alojamiento para la precipitación potencial de los depósitos de calcio y fósforo en los tanques, tuberías y equipos. Las concentraciones de lácteos en las aguas residuales, la temperatura, pH y los cloruros, tienen un impacto significativo sobre el diseño y operación de instalaciones de gestión de aguas residuales. De la misma manera es importante para el proceso de diseño y selección del equipo es la habilidad y el conocimiento del operador empleado para administrar las instalaciones de gestión de aguas residuales. La utilización efectiva del proceso y el equipo disponible es el camino para establecer el rendimiento a largo plazo de las aguas residuales de tratamiento eficaz y estable. [2] En años recientes, en México ha enfrentado con mayor rigor los problemas relacionados con el control de la contaminación ambiental y la preservación del ambiente. La tecnología anaeróbica para el tratamiento de aguas residuales ha avanzado en los últimos 20 años y se ha constituido como una opción fuerte para el manejo de efluentes industriales. Los reactores anaeróbicos avanzados o de segunda generación fueron desarrollados al inicio de los setentas, pero su aceptación generalizada se dio diez años más tarde. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 27 El salto tecnológico que superó las aplicaciones tradicionales (fosa séptica, tanque Imhoff, laguna anaeróbica) fue el concepto de biomasa fija o biopelícula, ya sea sobre soportes inertes o mediante la formación de aglomerados densos (granos) que se retienen por sedimentación. El desarrollo de esta investigación está orientada hacia la demanda de tecnologías para el control de la contaminación del agua, productos tangibles y un prestigio en el ámbito nacional. Sin duda, parte del éxito se debió a un entorno favorable, que a su vez, fue creado por la decisión gubernamental de aplicar las leyes y reglamentos ambientales. Es fundamental percibir como la biotecnología avanza cada vez más en el tema de las aguas residuales debido a que este mecanismo no solo es eficaz si no una alternativa económica viable para implementar en este tipo de procesos. [3] En Venezuela, se empieza a tomar como alternativa las plantas de tratamiento de aguas residuales, por lo tanto, se han investigado nuevas tecnologías para la aplicación de este conocimiento. Es necesario un tratamiento previo a las aguas residuales de la industria alimenticia para que puedan ser desechadas o introducidas nuevamente en la red de abastecimiento. Estos tratamientos contemplan una serie de procesos y equipos específicos, por esta razón, se propuso la realización de un manual de diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales en industrias alimenticias, donde fueron presentadas las características y dimensiones de dichos equipos, en particular, resulta de gran importancia el cuidado del abastecimiento de agua limpia y potable, y el reconocimiento de los métodos a emplear para el tratamiento con el propósito de que pueda ser reubicada o reutilizada. Los vertimientos de los procesos de elaboración de productos alimenticios contienen materia orgánica (disuelta o en estado coloidal) en distintos estados de concentración, en efecto, son recomendables diversos sistemas biológicos de tratamiento de vertimientos, estos difieren de las aguas residuales urbanas en sus características generales, también por su mayor concentración de materia orgánica, de modo que requieren un pre-tratamiento para producir un efluente equivalente. Además, en Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 28 necesario realizar ajustes frecuentes en la alimentación continua, el pH, la mezcla, las sustancias primitivas y adaptación de la población de microorganismos; para proporcionar las condiciones ambientales correctas de los microorganismos, los cuales dependen del tratamiento biológico. [4] A partir de esta experiencia, se pueden notar diferentes parámetros de lineamiento cuando de aguas residuales se habla, el diseño de los equipos es muy importante a la hora de tratar las aguas residuales de una industria alimenticia por ende, hay que tener en cuenta las dimensiones de dichos equipos, condiciones de alimentación de la planta y las condiciones ambientales correctas para el desempeño optimo de los microorganismos empleados en las diferentes etapas del proyecto. En Colombia se manifiestan nuevas tecnologías para el tratamiento de aguas residuales en la industria alimenticia, debido a los cambios en los reglamentos político-ambientales de nuestro país, actualmente la importancia mundial por el medio ambiente no es un secreto de modo que, Colombia en estos últimos años ha venido apropiándose de este conocimiento. El tratamiento de aguas residuales de la industria láctea en sistemas anaerobios tipo UASB, ha resaltado la importancia de las ventajas respecto a los procesos aerobios en términos de mayor grado de estabilización de las aguas residuales, bajo crecimiento de biomasa, requerimientos nutricionales, producción de metano y no requerimiento de oxígeno. La digestión anaerobia es una alternativa viable para el tratamiento de las aguas residuales de la industria láctea, en esta investigación evaluaron el rendimiento y capacidad de un reactor anaerobio de lecho de fangos (UASB) para remover la carga de materia orgánica contenida en suero de quesería. El reactor UASB fue operado con un tiempo de retención hidráulica (TRH) de 1,3 días y velocidades de carga orgánica entre 1,7 a 18,5 g de DQO/L.d. Los máximos niveles de reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) y de sólidos totales volátiles (STV) alcanzados fueron 98% y 97,2%, con una velocidad de carga orgánica en el reactor de 9,6 g DQO/L.d, observándose una reducción en la eficiencia de remoción de la DQO Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 29 hasta niveles de 77% cuando la carga orgánica se llevó a 18,6 g DQO/L.d. La producción máxima de gas metano generado a partir del suero de queso estudiado fue de 0,27 L CH 4 /g DQO afluente, con un contenido de metano en el biogás de 56%. Con base en los resultados se puede concluir que es recomendable el uso de reactores UASB para el tratamiento anaerobio de sueros de quesería, obteniéndose un efluente de buena calidad para su descarga final. [5] Esta investigación permite la implementación de sistemas anaerobios tipo USAB para el tratamiento de aguas residuales dando resultados acordes para la preservación del medio ambiente debido a que se alcanza un porcentaje de remoción muy alto al momento de dar resultados en los parámetros a medir en dicho trabajo. El tratamiento de aguas residuales de la industria láctea por electrocoagulación, juega un papel muy importante en la efectividad de remoción de contaminantes. Algunos aspectos de diseño a tener en cuenta están relacionados con la celda, los electrodos son fundamentales para que la aplicación de la electrocoagulación tenga resultados óptimos con base en la caracterización fisicoquímica de las aguas residuales de una industria Láctea; se diseño un sistema de electrocoagulación para estudiar el comportamiento de los diferentes parámetros involucrados en la renovación de contaminantes. La investigación permitió establecer la geometría tanto de la celda como los electrodos, materiales y tipos de conexión, para determinar los parámetros eléctricos de las fuentes de verificación. El diseño utilizado fue experimental con tres factores (pH, densidad de corriente, y tiempo al azar). El sistema de electrocoagulación que permitió el estudio del comportamiento de las aguas residuales de la industria láctea está conformado por una fuente de voltaje que entrega una corriente eléctrica de 25 A al medio acuoso, una celda con capacidad para contener dos litros de aguas residuales que contemplan tres zonas: Reacciones, electroquímicas, sedimentación y dotación de siete electrodos de hierro y tres de aluminio dispuestos en forma alternada y conexión en paralelo separados por 10mm. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 30 La electroquímica es una tecnología que en las últimas décadas ha tenido muchas aplicaciones industriales y se ha desarrollado rápidamente ofreciendo varios elementos que compiten de forma ventajosa en distintos procesos. Obteniendo resultados alentadores en la remoción de contaminantes hecho que ha despertado interés en la industria por investigar e implementar esta tecnología en el tratamiento de aguas residuales. [6] La electrocoagulación es una alternativa a la coagulación. En los procesos electrolíticos el coagulante se forma por las reacciones de oxido- reducción que ocurre en los electrodos y el medio acuoso y son promovidas por la corriente eléctrica. Alternativa muy buena cuando se posee medidores eléctricos al momento de determinar los diferentes parámetros a medir en un proceso de tratamiento de aguas residuales darían un valor estimado de la remoción de contaminantes y su respectiva renovación dentro del sistema de tratamiento de aguas residuales. Una nueva tecnología implementada en el tratamiento de aguas residuales es a partir de microorganismos eficientes estos fueron desarrollados en la década de los 70, por el profesor Teruo Higa de la Facultad de Agricultura de la Universidad de Ryukyu en Okinawa, Japón. Teóricamente este producto comercial se encuentra conformado esencialmente por tres diferentes tipos de organismos: levaduras, bacterias acido lácticas y bacterias fotosintéticas, las cuales desarrollan una sinergia metabólica que permite su aplicación en diferentes campos de la ingeniería, según sus promotores. Los microorganismos eficaces (EM®) han sido reportados como una alternativa frente al problema ambiental de la contaminación hídrica, puesto que este consorcio puede utilizar los compuestos contaminantes presentes en el agua residual doméstica (ARD) como fuente de carbono y energía para su metabolismo y crecimiento, reduciendo así sus concentraciones en el agua. El presente trabajo tuvo como objetivo monitorear algunos de los cambios fisicoquímicos y microbiológicos que se presentaron en un ARD tras aplicar 3 diferentes concentraciones de EM®; evaluando su efecto, la relación entre parámetros y de éstos con la calidad del agua, así como el Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 31 efecto de la profundidad en la acción de EM®. Adicionalmente, se busca una aproximación al funcionamiento de EM® en este tipo de sistemas de tratamiento. Para este fin se evaluaron tres dosis de EM® (1/10000, 1/5000 y 1/3000 v/v), empleando tanques de 1.10 x 0.56 m y 7 mm de espesor que contenían 110 L de ARD cada uno (n=3). Se tomaron muestras del ARD en dos alturas (20 y 40 cm) a los 0, 10, 30 y 45 días analizando parámetros fisicoquímicos (OD, pH, T, DQO, DBO, ST, NO 3 -, NO 2 -, NH 4 +, PO 4 , SO 4 y S) y microbiológicos (coliformes totales y fecales, heterótrofos totales, levaduras, lacto bacilos y bacterias fotróficas). Bajo las condiciones del estudio, los resultados no mostraron diferencias significativas entre las profundidades evaluadas, de igual forma no se observaron diferencias significativas entre el control y los tratamientos para la mayoría de los parámetros, a excepción de la disminución significativa de S 2 - (30 y 45 d) y coliformes fecales (10 d), así como recuentos significativamente mayores en levaduras y mayor DBO 5 (30 y 45 d) en los tratamientos. [7] La Universidad Autónoma de Yucatán, presentan los resultados y los análisis de ensayos de laboratorio para determinar los parámetros óptimos de diseño de una planta convencional de tratamiento fisicoquímico de aguas residuales domésticas: dosis óptima, pH óptimo, concentración óptima, Número de Camp para la mezcla rápida, Número de Camp para la mezcla lenta y carga superficial para la sedimentación. Con el coagulante utilizado (sulfato férrico), no se obtuvo una dosis óptima y la mejor dosis resultó de 300 mg/l que actuó por acción de barrido. El pH óptimo fue de 5; la concentración óptima de 1.5%; el Número de Camp para la mezcla rápida de 2700 y para la mezcla lenta de 860. De los resultados obtenidos con la prueba de jarras modificada para la sedimentación, se concluyó que un 25% de la materia orgánica no fue factible de ser removida, por lo que se recomienda probar con polielectrolitos catiónicos de alta densidad que formen flóculos de mayor tamaño y densidad. [8] La coagulación – floculación, es un proceso básico en el tratamiento de clarificación del agua en la eliminación de su turbiedad inicial. Para este efecto se emplean Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 32 floculadores mecánicos o hidráulicos, que tienen la desventaja de mantenimiento periódico en motores y en agitadores, además de no tener flexibilidad para variar el gradiente de velocidad. Esta investigación planteó el diseño de un floculador accionado con aire, el cual regula el gradiente, no cuenta con partes mecánicas y no requiere de mantenimiento. Las etapas del trabajo fueron: diseño, construcción y pruebas de floculación, para evaluar la influencia de las variables que intervienen en el proceso y obtener las condiciones óptimas de operación. El floculador logró eficiencias de eliminación de turbiedad del 82%, con las siguientes condiciones de operación: 10 minutos de floculación, gradiente de 21/s (flujo de aire de 0.5 L/min) y dosis de coagulante de 50 mg/L. [9] Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 33 5. MARCO TEÓRICO La variedad de productos y los métodos de producción, hace que las aguas residuales, de la industria láctea, tengan características muy variables, ya que según el producto que se elabore afecta considerablemente la carga contaminante. En el proceso se generan aguas residuales constituidas por las aguas de lavado, lo cual se asemeja una leche muy diluida, el pH variará entre ácido y alcalino, según las sustancias usadas en la limpieza de los pasteurizadores y los demás aparatos. Se emplean sustancias tales como la soda cáustica, el cloro etc., para efectuar la limpieza del equipo. Se ha estimado que el 90% de la DQO de las aguas residuales de una industria láctea es atribuible a componentes de la leche y sólo el 10% a suciedad ajena a la misma. Los productos lácteos además de los componentes de la leche pueden contener azúcar, sal, colorantes, estabilizantes, etc., dependiendo de la naturaleza y tipo de producto y de la tecnología de producción empleada. Todos estos componentes aparecen en las aguas residuales en mayor o menor cantidad, bien por disolución o por arrastre de los mismos con las aguas de limpieza. [17] En general, los efluentes líquidos de una industria láctea presentan las siguientes características: • Alto contenido en materia orgánica, debido a la presencia de componentes de la leche. La DQO media de las aguas residuales de una industria láctea se encuentra entre 1.000-6.000 mg DBO/L. • Presencia de aceites y grasas, debido a la grasa de la leche y otros productos lácteos, como en las aguas de lavado de la mazada. • Niveles elevados de nitrógeno y fósforo, principalmente debidos a los productos de limpieza y desinfección. • Variaciones importantes del pH, vertidos de soluciones ácidas y básicas. Principalmente procedentes de las operaciones de limpieza, pudiendo variar entre valores de pH 2-11. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 34 • Conductividad elevada (especialmente en las empresas productoras de queso debido al vertido de cloruro sódico procedente del salado del queso). • Variaciones de temperatura (considerando las aguas de refrigeración). [17] 5.1 MÉTODO DE TRATAMIENTO FÍSICO Y BIOLÓGICO 5.1.1 Niveles de tratamiento de aguas residuales Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales. Estos niveles se conocen usualmente como; pre-tratamiento, Tratamiento primario, tratamiento secundario, tratamientos avanzados o terciarios. [11]. - Tanque Nivelador de pH: El volumen necesario para un tanque de igualación se estima mediante un balance de masa del gasto entrante a la planta con el gasto promedio para el que la planta este diseñada. Su objeto además de igualar o nivelar el pH del la corriente es bombear agua constante hacia las posteriores etapas del proceso de tratamiento de aguas. - Sedimentador: Se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión, sobrenadante y materia inorgánica. En este nivel se hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisicoquímicos. Figura 1. Sedimentador (Tratamiento Primario). Fuente: DLC.S.A Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 35 También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH, Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración, neutralización y la desorción. Puede considerarse tres tipos de mecanismos de sedimentación dependiendo de la naturaleza de los residuos a tratar. 1. Sedimentación Discreta. Las partículas que se depositan mantienen su individualidad. En este caso, las propiedades físicas de las partículas no cambian durante el proceso. 2. Sedimentación con floculación. La aglomeración de las partículas va acompañada de cambios en la densidad y en la velocidad de sedimentación o precipitación. 3. Sedimentación por zonas. Las partículas forman una especia de manta que sedimenta con una masa total prestando una interfase distinta con la fase liquida. - Tratamiento Biológico: su objeto es reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. En esta fase del tratamiento se eliminan las partículas coloidales y similares. Puede incluir procesos biológicos y químicos. El tipo de tratamiento más empleado es el biológico en el que se facilita que bacterias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de microorganismos.[12] o Microorganismos Eficaces. Se usa el término “microorganismos eficaces” o en inglés efficient microorganisms (EM®) para denotar cultivos mixtos específicos de Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 36 microorganismos benéficos conocidos que son empleados efectivamente como inoculantes microbianos. EM® es una tecnología desarrollada en Japón en la década de los ochenta y ha sido empleada en diferentes campos como la agricultura, industria animal, remediación ambiental, entre otros y se encuentra en la actualidad ampliamente distribuida. [7] EM® es un cultivo mixto de microorganismos no modificados genéticamente, con diversos tipos de metabolismo, que al encontrarse juntos presentan relaciones sinergistas, de cooperación y cometabolismo. Estudios de las interacciones entre los diferentes integrantes de las comunidades microbianas han demostrado en varias ocasiones una mayor eficiencia de estos consorcios en los procesos de degradación, frente a estudios que involucran sólo a un gremio. [7] Dentro de gremio de organismos fotosintéticos que hacen parte de EM® se encuentra Rhodopseudomonas palustris. Son microorganismos capaces de producir aminoácidos, ácidos orgánicos y sustancias bioactivas como hormonas, vitaminas y azúcares empleados por otros microorganismos, heterótrofos en general, como sustratos para incrementar sus poblaciones. Dentro de los microorganismos que conforman el multicultivo EM® los más abundantes son las bacterias ácido lácticas. Estos microorganismos producen ácido láctico a partir de azúcares y otros carbohidratos generados por bacterias fotosintéticas y levaduras, como parte de su metabolismo. El ácido láctico es un componente con propiedades bactericidas que puede suprimir a los microorganismos patógenos, mientras ayuda a la descomposición de la materia orgánica, incluso en el caso de compuestos recalcitrantes como la lignina o la celulosa, ayudando a evitar los efectos negativos de la materia orgánica que no puede ser descompuesta. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 37 El tercer grupo dentro de los gremios de microorganismos presentes en EM® son las levaduras. Todos los miembros de Saccharomyces emplean diversas fuentes de carbono y energía. En primer lugar se encuentran la glucosa y la sacarosa, aunque también pueden emplearse fructuosa, galactosa, maltosa y suero hidrolizado, ya que Saccharomyces no puede asimilar lactosa. También puede utilizarse etanol como fuente de carbono. El nitrógeno asimilable debe administrarse en forma de amoníaco, urea o sales de amonio, aunque también se pueden emplear mezclas de aminoácidos. Ni el nitrato ni el nitrito pueden ser asimilados. - Matriz de Vester Es una herramienta q facilita la determinación de las causas y consecuencias en una situación problemática, esta técnica fue desarrollada por el alemán Frederic Vester y aplicada con éxito en diversos campos. En la matriz se ubican los problemas detectados tanto por filas como en columnas en un mismo orden, la metodología para el llenado de dichas columnas es la siguiente; primero se debe asignar una identificación numérica alfabética a los problemas encontrados, se debe confrontar la matriz ubicando los problemas por filas y columnas siguiendo el mismo orden, asignar una valoración de orden categórico al grado de causalidad tal como: 0 no es causa, 1 es causa directa, 2 es causa mediana directa, 3 es causa muy directa. Las celdas correspondientes a la diagonal de la matriz se quedan vacías puesto que no se puede relacionar la causalidad de un problema consigo mismo, la valoración dada a la relación entre un problema con el otro se obtiene del consenso de los criterios del grupo de expertos que está participando. Se debe calcular los totales por filas y columnas. La suma de los totales por filas conduce al total de los activos que se corresponden con la apreciación del grado de causalidad de cada problema sobre los restantes. La suma de cada Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 38 columna conduce al total de los pasivos que se interpreta como el grado de causalidad de todos los problemas sobre el problema particular analizado es decir su nivel como consecuencia o efecto. El paso a seguir es lograr una clasificación de los problemas de acuerdo a las características de causa efecto de cada uno de ellos. Para ello se deben seguir los siguientes pasos: Construir un eje de coordenadas donde en el eje X se situaran los valores de los activos y en el Y el de los pasivos. Se toma el mayor valor del total de activos y se divide entre dos, lo mismo con los pasivos. A partir de los valores resultantes se trazan sobre los ejes anteriores líneas paralelas al eje X si se trata de los pasivos y al eje Y si se trata de los activos. Lo anterior facilita un trazado de dos ejes representados por las perpendiculares trazadas desde de los ejes originales, que permite la representación de 4 cuadrantes, ubicando sobre ellos a cada uno de los problemas bajo análisis. Luego de recrear estos pasos en Microsoft Excel, se modificara estos parámetros antes mencionados de manera que en una columna se indique cuales problemas son causas, consecuencias, problema crítico o indiferente. [23]. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 39 6. METODOLOGÍA En este proyecto el tipo de investigación empleada fue experimental, en el cual se estudiaron las características y comportamiento de las aguas residuales generadas en la empresa Proleca Ltda., - Se realizó una caracterización de aguas residuales de tipo compuesta, esta labor fue llevada a cabo por los laboratorios de calidad ambiental de CARDIQUE. Esta caracterización implica tomar una muestra cada 2 horas durante el periodo normal de operación de la empresa durante una semana la cual determinara parámetros como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano). - Se utilizó un método de tipo cuantitativo (tablas y graficas), ya que es necesario organizar y clasificar los datos obtenidos de la caracterización de aguas realizada. - Se evaluó la eficiencia de eliminación de cada uno de los parámetros como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano), comparando cada uno de los parámetros de entrada con su respectiva salida con los datos obtenidos de la caracterización de aguas, anteriormente realizada. - Posterior a la caracterización de las aguas residuales, se identificaron los problemas técnicos en cada una de las etapas del proceso como; alta concentración de materia orgánica, falta de caudal salida, bajos tiempos de retención, obstrucción de tuberías, etc. Se analizaron las variables que afectan la eficiencia actual, por medio de la matriz de Vester para establecer las fallas en el proceso por medio de una relación de causalidad de los problemas Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 40 encontrados para tener conocimiento de las especificaciones a corregir para su posterior arreglo. - De acuerdo a la anterior, se investigó de forma pertinente a las problemáticas que surgieron, alternativas viables de solución que se ajusten a los aspectos técnicos y económicos disponibles en el lugar de trabajo, las cuales han sido implementadas con éxito anteriormente y se encuentran originados en la literatura, proponiendo soluciones confiables a cada una de las problemáticas identificadas. - Seguido a esto, se implementó la alternativa más viable económica y técnicamente ajustada a la investigación previa consignada en el estado del arte y marco teórico, para obtener una solución puntal y efectiva a la problemática de la planta de tratamiento de aguas residuales. - Sucesivo a esto, se recopiló toda la información de los diferentes muestreos hechos en los años anteriores de la planta de tratamiento de aguas residuales y posterior al rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales, se representó por medio de métodos gráficos como líneas de control, el comportamiento de los diferentes parámetros de interés a través del tiempo como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano). - Por último, se diseño un manual de operación de la planta de tratamiento, donde se describió el procedimiento, normas y los diferentes aspectos fisicoquímicos como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano), esto servirá para llevar seguimiento de la planta y así poder operarla de forma rápida y satisfactoria. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 41 7. RESULTADOS La caracterización de aguas residuales llevada a cabo por CARDIQUE fue de tipo compuesta, la cual determinó los parámetros de interés (Caudal, pH, Temperatura, Conductividad, Sólidos Suspendidos, Sólidos Suspendidos Totales, Demanda Bioquímica de Oxígeno, Demanda Química de Oxígeno, Sólidos Suspendidos en Hexano, Nitrógeno Kedhjal Total, Fósforo Total) a la entrada y salida del sistema de tratamiento. Se realizaron en total cinco de muestras, una por día, durante una semana, por tanto el número total de muestras fue 25. El resultado emitido se encuentra en las siguientes tablas: Parámetros Unidades Métodos Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 Promedio Carga Kg/Día Limite de Detección Caudal L/s Aforo Volumétrico 1,20 0,63 0,72 1,07 0,62 0,85 NA NA pH Unidades S.M 4500 H-B 8,67 8,78 8,31 7,34 6,86 7,99 NA NA Temperatura ºC S.M 2550 - B 30,50 29,83 29,30 33,17 28,30 30,22 NA NA Conductividad μS/cm S.M 2510 - B 2341,0 1705,3 1073,0 1331,3 554,8 1401,1 NA NA S.S mL/L S.M 2540 - F 0,25 0,20 6,00 <LD 0,20 1,33 NA NA S.S.T mg/L S.M 2540 - D 114,00 474,00 544,00 492,00 733,30 471,46 17,27 4,21 ± 0,12 DBO5 mg/L S.M 5210.B 1255,00 2959,00 2565,00 1275,00 2555,00 2120,00 77,66 0,31 ± 0,,31 DQO mg/L S.M 5220 - B 3689,00 3729,00 2623,00 2913,00 4098,00 3410,40 124,94 10,25 ± 0,07 S.S.H mg/L S.M 5220 - B 100,00 152,00 180,60 439,00 133,60 201,04 7,36 1,90 ± 0,261 NKT mg/L S.M 4500-NH3- F 2,86 4,12 9,04 2,38 7,54 5,19 0,190 0,070 ± 0,02 Fósforo Total mg/L S.M 4500 - P -E 7,40 9,80 15,60 3,20 18,40 10,88 0,399 0,031 ± 0,0074 12 Tabla 1. Entrada Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 42 Parámetros Unidades Métodos Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 Promedio Carga Kg/Día Limite de Detección Caudal L/s Aforo Volumétrico 1,20 0,63 0,53 1,46 1,07 0,98 NA NA pH Unidades S.M 4500 H-B 10,01 5,50 4,91 6,60 4,61 6,33 NA NA Temperatura ºC S.M 2550 - B 31,30 29,60 30,35 30,95 30,60 30,56 NA NA Conductividad μS/cm S.M 2510 - B 607,0 373,2 1678,8 516,5 1207,5 876,6 NA NA S.S mL/L S.M 2540 - F <LD 0,20 0,20 0,20 0,20 0,16 NA 0,10 S.S.T mg/L S.M 2540 - D 162,00 78,00 236,00 92,00 166,00 146,80 6,20 4,21 ± 0,12 DBO5 mg/L S.M 5210.B 970,00 482,50 1695,00 455,00 2750,00 1270,50 53,68 0,31 ± 0,,31 DQO mg/L S.M 5220 - B 784,44 525,65 2930,26 786,27 3422,00 1689,72 71,39 10,25 ± 0,07 S.S.H mg/L S.M 5220 - B 13,60 9,80 8,20 10,20 10,60 10,48 0,44 1,90 ± 0,261 NKT mg/L S.M 4500-NH3-F 1,78 7,12 5,54 1,50 4,90 4,17 0,176 0,070 ± 0,02 Fósforo Total mg/L S.M 4500 - P -E 4,60 3,20 14,60 5,00 17,20 8,92 0,377 0,031 ± 0,0074 12 Tabla 2. Salida Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE. Figura 2. Índice de Biodegradabilidad Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE En la figura 2, se observa el índice de biodegradabilidad de los residuos a tratar, la grafica anterior proporciona los valores de biodegradabilidad del agua el cual consiste en relación DBO/DQO, el valor de la DQO en la mayoría de los casos será inferior a el valor de la DBO debido a que muchas sustancias pueden oxidarse químicamente pero no biológicamente. Esta relación servirá para seleccionar un método indicado Indice de Biodegradabilidad 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 Primer Semestre del 2010 I n d i c e d e B i o d e g r a d a b i l i d a d Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 43 para el tratamiento; ya sea biológico o químico, se puede observar que los valores en promedio sobre pasan un índice de biodegradabilidad de 0,4, esto indica, que los residuos a tratar tienden a ser biodegradables En el decreto 3930 de 2010, el cual se fundamenta en las normas de vertimientos, hace referencia a las normas que todo vertimiento deberá cumplir. De acuerdo con la tabla 3 del presente trabajo, el porcentaje de remoción de los diferentes parámetros evaluados en la caracterización de aguas residuales, no se encuentra acorde con la exigencia de la norma vigente, debido a que estos son mayores a los exigidos en la norma. Según la norma, las unidades de pH de la salida de la planta de tratamiento deben permanecer en un rango de 5 a 9, de acuerdo a la tabla 2, el rango de pH emitido por la planta de tratamiento esta previsto en un rango de 4,61 a 10,01 unidades de pH, con un promedio de 6,33 semanal. Respecto a la temperatura manejada a la salida de la planta de tratamiento, teniendo como base la norma, esta se encuentra en el rango admisible estipulado, de acuerdo a la tabla 2, la temperatura a la salida se encuentra entre 29,60 y 31,30 ºC, siendo el promedio semanal de esta 30,56 ºC. El porcentaje de remoción de S.S.T de la planta de tratamiento de aguas residuales es de un 64% en carga, mientras que la norma exige que el porcentaje de remoción en carga sea de un 80%, por esto la planta de tratamiento no cumple con este punto de la norma vigente. Para desechos industriales el artículo 73 de la norma de vertimientos, los valores de DBO deberán ser un 80% en carga de remoción, en la tabla 3 se ilustra que el porcentaje de remoción en carga de la planta de tratamiento es de 30,88%, valor que infringe la norma actual. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 44 Parámetros Unidades Métodos Carga (Kg/Día) Entrada Carga (Kg/Día) Salida % Remoción Caudal L/s Aforo Volumétrico NA NA NA pH Unidades S.M 4500 H-B NA NA NA Temperatura ºC S.M 2550 - B NA NA NA Conductividad Μs/cm S.M 2510 - B NA NA NA S.S mL/L S.M 2540 - F NA NA 0,10 S.S.T Mg/L S.M 2540 - D 17,27 6,20 64,09 DBO5 Mg/L S.M 5210.B 77,66 53,68 30,88 DQO Mg/L S.M 5220 - B 124,94 71,39 42,86 S.S.H Mg/L S.M 5220 - B 7,36 0,44 93,99 NKT Mg/L S.M 4500-NH3-F 0,190 0,176 7,34 Fósforo Total Mg/L S.M 4500 - P -E 0,399 0,377 5,45 Tabla 3. Porcentaje de Remoción Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE. En la figura 3 se ilustra el porcentaje de remoción de los diferentes parámetros emitidos por la planta de tratamiento durante la semana de la caracterización, parámetros que son de mucha importancia al momento de verter aguas residuales. De acuerdo con la norma vigente para vertimientos, se resalta que la remoción por carga debe ser mayor del 80%, se puede ver claramente que el único parámetro que cumple con este requisito es S.S.H debido a que los residuos a tratar en la planta poseen cantidades mínimas de Sólidos Suspendidos en Hexano, los demás parámetros poseen un porcentaje de remoción menor al 70%. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 45 Figura 3. Porcentaje de Eliminación Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE. 7.1 PROBLEMAS TÉCNICOS ENCONTRADOS Debido a los procesos productivos de la industria Proleca Ltda., se realizan en las horas de la mañana y parte de la tarde, el agua residual de los diferentes procesos se torna acida debido a la cantidad de residuos lácteos implicados, mientras que en las horas de la tarde, se utiliza agua para lavar los equipos combinada con detergentes, soda cáustica e hipoclorito de sodio, generando así, agua residual básica, en los procesos de lavado, también, cabe resaltar las pruebas de manufactura higiénico sanitarias como el lavado de tuberías mediante procesos de vaporización de agua, limpieza del pasteurizador, descremador y maquinaria de leche en polvo, estas corrientes con diferentes unidades de pH y temperatura, llegan a la planta de tratamiento sin una fase previa de igualación, esto altera el agua a tratar creando cambios bruscos de pH y temperatura a diferentes horas del día en la salida de la planta. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 S.S.T DBO5 DQO S.S.H NKT Fósforo Total % E l i m i n a c i ó n Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 46 El agua residual de los procesos de producción, como primera medida de tratamiento, es drenada por tuberías hacia dos trampas de grasa, estas cuentan con un metro de ancho por un metro de largo y un metro de profundidad (Figura 4.), aunque bien dimensionadas no se les realiza un debido y constante mantenimiento, esto disminuye la efectividad de remoción debido a la cantidad de grasa almacenada y atascada en las tuberías de la trampa de grasa. Figura 4. Trampa de Grasas. Seguidamente, el agua residual drena hacia un tanque de almacenamiento de concreto rígido, el cual contiene una bomba sumergible, que envía el agua hacia la planta de tratamiento. Figura 5. Tanque de Almacenamiento. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 47 La bomba antes mencionada no genera un caudal adecuado para el tratamiento, esto genera reboses en el tanque de almacenamiento y derrames en el proceso de tratamiento de aguas residuales. Figura 6. Tubería Bomba Sumergible. . Entrando a la fase de tratamiento primario, el agua residual pasa a un sedimentador, el cual está conformado por dos zonas, la primera zona se encarga de flocular los diferentes compuestos presentes en el agua o sólidos en suspensión, esta posee un motor o floculador el cual no se encuentra en condiciones operativas (se encuentra detenido). Figura 7. Floculador. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 48 Además, se utiliza una cantidad no controlada y abundante de aditivos químicos tales como; hipoclorito de sodio y sulfato de aluminio, éstos se adicionan de forma manual por medio de una manguera que se encuentra conectada a un tanque donde se preparan dichos aditivos químicos. Figura 8. Floculador – Tanques Preparación de Aditivos. En la figura 8, se puede ilustrar la disposición, forma y material (madera) de los tabiques, los cuales tienen como función aumentar el tiempo de retención al momento de flocular para atrapar en su mayor parte el material floculante y evitar la contaminación, estos se encuentran en un deplorable estado debido al nulo mantenimiento realizado en la planta de tratamiento, también, se encuentran rotos y en estado de deterioro, lo cual genera materiales indeseables como astillas, generando mucho más sólidos en suspensión y posible obstrucción al momento de drenar el agua hacia la siguiente etapa del proceso. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 49 Figura 9. Láminas Floculador. En la última etapa del proceso el agua residual pasa a la segunda fase del sedimentador, donde se pretende que las partículas aglomeradas o floculadas tengan el suficiente tamaño para caer en la cámara de lodos, en esta etapa se presentan problemas; primero el caudal proveniente de la etapa anterior es muy pequeño lo cual no permite que el sedimentador opere en óptimas condiciones (Figura 10). Figura 10. Entrada Sedimentador. Igualmente, no se tiene programado un plan de mantenimiento del sedimentador donde se haga la debida disposición de los lodos residuales confinados en el fondo, Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 50 también se presenta un tiempo de sedimentación muy bajo debido a que al final del sedimentador todavía hay partículas aglomeradas que no alcanzaron a sedimentar (Figura 11). Figura 11. Salida Sedimentador. Al final de la etapa de sedimentación se agrega una pequeña filtración, esta filtración intenta eliminar el exceso de material floculante en el agua tratada, estos filtros carecen de un mantenimiento adecuado, lo cual general obstrucción de los filtros disminuyendo el caudal final y la pérdida de eficiencia de esta etapa. Como último problema se puede percibir la falta de caudal a la salida de la planta de tratamiento (ver tabla 2 y Figura 13), esto genera una deficiente evacuación de las aguas previamente tratadas, así como, acumulación de residuos líquidos y desbordes de las aguas residuales. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 51 Figura 12. Filtros. Figura 13. Salida de la Planta de Tratamiento. Ya identificados los diferentes problemas técnicos de la planta de tratamiento de aguas residuales utilizando, la matriz de Vester, se relacionan dichos problemas con los diferentes parámetros evaluados en la caracterización de aguas residuales. 7.1.1 Matriz de Vester Por medio de este instrumento de análisis de impacto, se identificó las causas, problemas críticos y consecuencias del mal funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales, se aplicó para cada uno de los criterios identificados en el diagnostico técnico de la planta, este basado en la inspección, evaluación y Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 52 caracterización de las aguas residuales nos guiará en la debida implementación de la matriz de Vester. Se aplica en la matriz el nivel de causalidad de cada criterio y se utiliza para identificar las causas, efectos y sus relaciones. En la tabla 4 se ilustra en la parte izquierda la descripción de los problemas identificados en el diagnóstico previamente hecho, mientras que en la parte derecha expresa su debida clasificación. Tabla 4. Resultados Matriz de Vester. DESCRIPCIÓN DE LOS PROBLEMAS No. TOTAL ACTIVOS TOTAL PASIVOS CUADRANTE CLASIFICACIÓN Cambios de Temperatura. P1 0 6 3 Indiferente Cambios en el pH. P2 6 10 3 Indiferente Generación de Aguas Acidas. P3 0 12 3 Indiferente Generación de Aguas Básicas. P4 0 15 3 Indiferente Utilización de Detergente Lavado de Maquinaria. P5 6 0 3 Indiferente Procesamiento de Lácteos. P6 12 2 4 Causa Descuido de las Trampas de Grasa. P7 16 2 4 Causa Alta Concentración de Materia Orgánica Entrada P8 18 9 4 Causa Falta de Caudal Entrada P9 19 7 4 Causa Falta de Caudal Salida P10 0 27 2 Consecuencia Falta de Mantenimiento Tuberías P11 17 5 4 Causa Inactividad Floculador P12 17 0 4 Causa Implementación no Controlada De Productos Químicos para la Floculación y Desinfección P13 17 5 4 Causa Bajo Tiempo de Retención Floculador P14 15 9 4 Causa Mal Estado de los Tabiques P15 18 0 4 Causa Alta Concentración de Sólidos en Suspensión P16 18 28 1 Problema Crítico Obstrucción en las Tuberías P17 12 33 1 Problema Crítico Bajo Caudal Medio P18 10 19 1 Problema Crítico Poco Tiempo de Sedimentación P19 5 15 3 Indiferente Falta de Mantenimiento Sedimentador P20 15 0 4 Causa Material en Suspensión Sedimentador P21 11 20 1 Problema Crítico Alta Concentración de Materia Orgánica Salida P22 13 30 1 Problema Crítico Falta de Mantenimiento Filtros P23 6 0 3 Indiferente Lavado De Equipos a Altas Temperaturas P24 3 0 3 Indiferente Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 53 Después, de aplicar esta herramienta, es evidente cuales son los puntos a corregir en el sistema de tratamiento de aguas, dando prioridad a los problemas críticos que se han encontrado en nuestro diagnóstico. Tomando acciones correctivas en los diferentes puntos encontrados en nuestro análisis, se podrá llegar a mejorar el proceso y cumplir con las normas legales estipuladas por el Ministerio de Medio Ambiente. Como se ilustra en la tabla 4, los problemas críticos en el proceso de tratamiento de aguas residuales de esta industria fueron; alta concertación de materia orgánica en la salida, material en suspensión en el sedimentador, bajo caudal medio, obstrucción en las tuberías y alta concentración de sólidos en suspensión. Estos indicadores identificados fueron corregidos con alta prioridad debido a que impactan de manera negativa en el proceso de aguas residuales originando consecuencias como la falta de caudal en la salida. Las causas relacionadas con los problemas indicados en el párrafo anterior fueron; procesamiento de lácteos, descuido de las trampas de grasa, alta concentración de materia orgánica en la entrada de la planta, falta de caudal en la entrada, falta de mantenimiento en las tuberías, inactividad en el floculador, implementación no controlada de productos químicos para la floculación y desinfección, bajo tiempo de retención en el floculador, mal estado de tabiques y falta de mantenimiento sedimentador. Tomando acciones correctivas a este tipo de situaciones se logró mejorar de forma significativa el proceso de tratamiento de aguas residuales. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 54 7.1.2 Diseño conceptual de los equipos utilizados en la plata de tratamiento de aguas residuales. - Trampa de grasa Debido a que las aguas residuales de la industria láctea poseen un alto contenido de grasa, se evaluaron las trampas de grasas ya existentes en el proceso, las cuales están ubicadas antes de el tanque séptico, también están diseñadas con una tapa liviana para hacer limpieza frecuente; en lo posible se ubicarán en zonas sombreadas para mantener bajas temperaturas en su interior. Dimensionamiento Las trampas de grasa existentes en el proceso poseen características adecuadas para el proceso de tratamiento de aguas residuales, después de realizarles mantenimiento se evaluaron las características de diseño para su debida confrontación con la literatura. El caudal de diseño para las trampas de grasa es de 6L/s Las dimensiones de la trampa de grasa son; 1m de largo y 0.5 m de ancho, por lo cual nuestro tiempo de retención será 3 minutos. o El volumen de la trampa de grasa se calculará para un período de retención entre 2,5 a 3,0 minutos. [13] o La relación largo: ancho del área superficial de la trampa de grasa deberá estar comprendido entre 2:1 a 3:2.[13] La profundidad de la trampa de grasa existente es de 0,80m. La profundidad no deberá ser menor a 0,80 m.[13] El ingreso a la trampa de grasa se hace por medio de codo de 90º y un diámetro mínimo de 0,075 m. La salida se realiza por medio de una T con un diámetro mínimo de 0,075 m. La parte inferior del codo de entrada se prolonga hasta 0,15 m por debajo Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 55 del nivel de líquido. La diferencia de nivel entre la tubería de ingreso y de salida no es menor a 0,05 m. La parte superior del dispositivo de salida deja una luz libre para ventilación de no más de 0,05 m por debajo del nivel de la losa del techo. La parte inferior de la tubería de salida está entre 0,075 m y 0,15 m del fondo. El espacio sobre el nivel del líquido y la parte inferior de la tapa es de 0,35 m. La trampa de grasa tiene forma piramidal invertida con la pared del lado de salida vertical. El área horizontal de la base es de 0,25 m de diámetro; y el lado inclinado tiene una pendiente de 45º con respecto a la horizontal. - Tanques de nivelación de pH Por motivos de espacio y de diseño se incluirán al método de tratamiento de aguas residuales dos tanques de igualación de pH de 2000 L cada uno, los cuales operaran por acción de la gravedad, estos se ubicaran en la entrada de la planta de tratamiento y están condicionados según el caudal para tener un tiempo de retención hidráulica igual a 0.092 horas o 5.52 minutos. La igualación del agua residual, se usara para amortiguar las variaciones en el pH y la concentración de sólidos en el agua a tratar, la adquisición de este equipo la capacidad útil del proceso y aporta mejoras en la eficiencia del tratamiento. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 56 - Sedimentador El sistema de pretratamiento es una estructura auxiliar que debe preceder a cualquier sistema de tratamiento. Esta estructura persigue principalmente los objetivos de reducir los sólidos en suspensión de distintos tamaños (principalmente pequeños) que traen consigo las aguas. Se considera como pretratamiento y acondicionamiento previos en la planta, a unidades como desarenadores y sedimentadores, el periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años y su período de operación es de 24 horas. La sedimentación es un proceso muy necesario. Las partículas que se encuentran en el agua pueden ser perjudiciales en los sistemas o procesos de tratamiento ya que elevadas turbiedades inhiben los procesos biológicos y se depositan en el medio filtrante causando elevadas pérdidas de carga y deterioro de la calidad del agua efluente de los filtros. Como datos de inicio debemos conocer:  Caudal necesario según el crecimiento demográfico.  Calidad fisicoquímica del agua. Deberá cumplir las relaciones: El tiempo de retención será entre 2 - 6 horas. 3 < L/B < 6 5 < L/H < 20 L/H = Vh/Vs La ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0,7 a 1,00 m de distancia de la pared de entrada. Los orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 ó 1/6 de la altura (H) a partir de la superficie del agua y los más bajos entre 1/4 ó 1/5 de la altura (H) a partir de la superficie del fondo. [15] Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 57 - Floculador Por especificaciones económicas y de diseño, se realizara una unidad de flujo horizontal, debido a que el caudal es menor de 50L/seg. Se utilizaran pantallas removibles de PVC, el cual es un material inerte, resistente a la corrosión y tiene un tiempo de utilidad efectiva de 20 años. Las unidades de pantallas son las más eficientes y económicas de todos los floculadores actualmente en uso. Debido a la gran cantidad de compartimientos que tienen, confinan casi perfectamente el tiempo de retención; el tiempo real es prácticamente igual al tiempo teórico cuando la unidad ha sido bien proyectada. Debido a que no se requiere energía eléctrica para su funcionamiento, el costo de producción es muy bajo. [16] Entre los materiales indicados para las pantallas, los que ofrecen mayor confiabilidad son la fibra de vidrio, el plástico, los tabiques de concreto prefabricados y la madera. En cada caso, la elección del material dependerá del tamaño de la planta, del costo del material y de los recursos disponibles. Si se empleara madera, se pueden disponer tabiques de madera machihembrada, tratada con barniz marino aplicado en varias capas, cada una en sentido opuesto a la anterior, de tal manera de formar una gruesa capa impermeabilizante. También puede emplearse madera revestida con una capa de fibra de vidrio. La unidad puede tener una profundidad de 1,00 a 2,00 metros, dependiendo del material utilizado en las pantallas. [16] 7.1.3 Diseño básico de los equipos utilizados en la plata de tratamiento de aguas residuales. La aplicación de ingeniería conceptual y básica de diseño del proceso implementado, se muestra a continuación. El dimensionamiento y la selección de los equipos, las consideraciones de diseño, auxiliares y materiales de construcción se muestran en la Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 58 memoria de cálculo (ANEXO 2). En la figura 14, se ilustra el diagrama del proceso propuesto en base al rediseño de los equipos y por último, los datos de los equipos diseñados se encuentran de la tabla 5 a la tabla 9. Figura 14. Diagrama de Bloques Planta de Tratamiento Tanques de Nivelación de pH Tanque de bombeo Sedimentador mixto Trampas de grasa Afluente Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 59 Tabla 5. Datasheet Tanque Nivelador de pH. PROLECA LTDA. Tanque Nivelador pH Fecha: Abril 22- 2011 Página: 1/2 Planta de Tratamiento de Aguas. Localización: Distrito Mamonal- Cartagena. Datos Generales Diámetro interno (m) 1.52 Altura (m) 1.550 Volumen total (m 3 ) 2 Numero de tanques 2 Datos de Diseño Material de Construcción Polietileno Producto Agua Temperatura de diseño (K) 305 Presión de diseño (bar) 1.064 Fondo Superior Plano Fondo Inferior Toriesférico Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 60 Tabla 6. Datasheet Trampa de Grasa. PROLECA LTDA. Trampa de Grasa Fecha: Abril 22- 2011 Página: 1/2 Planta de Tratamiento de Aguas. Localización: Distrito Mamonal- Cartagena. Datos Generales Largo (m) 1 Ancho(m) 0.5 Profundidad (m) 0.8 Volumen total (m 3 ) 0.4 Numero de trampas 2 Datos de Diseño Material de Construcción Cemento Producto Agua Temperatura de diseño (K) 305 Material de la Tapa Acero Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 61 Tabla 7. Datasheet Sedimentador. PROLECA LTDA. Sedimentador Fecha: Abril 22- 2011 Página: 1/2 Planta de Tratamiento de Aguas. Localización: Distrito Mamonal- Cartagena. Datos Generales Largo (m) 8.6 Altura (m) 1.89 Ancho (m) 2.86 Altura del Vertedero (m) 4.9 Volumen total (m 3 ) 46.93 Numero de Sedimentadores 1 Datos de Diseño Material de Construcción Cemento Recubrimiento Cerámica Resistente a Carga Orgánica Temperatura de diseño (K) 305 Presión de diseño (bar) 1.064 Numero de Placas 40 Angulo de Inclinación Placas 45º Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 62 Tabla 8. Datasheet Pantalla Difusora. PROLECA LTDA. Pantalla Difusora Fecha: Abril 22- 2011 Página: 1/2 Planta de Tratamiento de Aguas. Localización: Distrito Mamonal- Cartagena. Datos Generales Altura Pantalla Difusora (m) 1.13 Diámetro de Orificios(m) 0.055 Numero de Orificios 21 Numero de Columnas 7 Numero de Filas 3 Espaciamiento entre Filas (cm) 3.7 Espaciamiento entre Columnas (cm) 3.2 Datos de Diseño Material de Construcción Cemento Producto Agua Temperatura de diseño (K) 305 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 63 Tabla 9. Datasheet Floculador. PROLECA LTDA. Floculador Fecha: Abril 22- 2011 Página: 1/2 Planta de Tratamiento de Aguas. Localización: Distrito Mamonal- Cartagena. Datos Generales Largo (m) 3.1 Altura (m) 0.86 Ancho (m) 0.75 Ancho de los Canales (cm) 6.9 Longitud de los Canales (cm) 30 Volumen total (m 3 ) 1.99 Numero de Floculador 1 Datos de Diseño Material de Construcción Cemento Recubrimiento Cerámica Resistente a Carga Orgánica Temperatura de diseño (K) 305 Numero de Placas 40 Angulo de Inclinación Placas 0º Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 64 7.1.4 Tratamiento Biológico La metodología para implementar los microorganismos eficientes de esta manera, para saber cuanta cantidad de litros de microorganismos a la semana se necesitan se divide el volumen de DBO entre 1000. [9] Esto significa que se deben agregar 74L/día, para mayor eficiencia se deberá inocular 37 litros en el día y 37 litros en la tarde. 7.1.5 Implementación del diseño Los siguientes parámetros de diseño fueron entregados al maestro de obra contratado por la empresa, el cual ejecuto la obra civil para el rediseño de la planta de tratamientos de aguas residuales. - Sedimentador Para alcanzar el ancho ideal de la planta de tratamiento, se realizó un proceso de ampliación, luego por motivos de limpieza y mantenimiento se procedió a enchapar con cerámica resistente a la carga orgánica las paredes de la planta. En las siguientes imágenes se muestra el proceso de implementación del rediseño en la planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa que se basa en la tabla número 7. Figura 15. Proceso de ampliación Planta de tratamiento de aguas Proleca Ltda. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 65 Figura 16. Montaje de las láminas en el Sedimentador. Figura 17. Láminas Sedimentador terminadas. - Pantalla difusora En la tabla número 8, se presentan las especificaciones correspondientes a la pantalla difusora, dichas especificaciones se implementaron de la siguiente manera. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 66 Figura 18. Pantalla difusora terminada. - Floculador Las especificaciones del floculador se consignan en la tabla numero 9, las diferentes remodelaciones se ilustran en las siguientes figuras. Figura 19. Floculador y montaje de láminas. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 67 Figura 20. Floculador terminado. - Tanques de igualación de pH Figura 21. Tanques de igualación de pH. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 68 7.1.6 Mejoras en el tratamiento En las siguientes graficas se muestran los resultados de las caracterizaciones realizadas en los años anteriores al rediseño para cada uno de los parámetros de la planta de tratamiento de aguas residuales. o Eliminación de Sólidos Suspendidos Totales En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para los sólidos suspendidos totales. Figura 22. Eliminación de S.S.T. Comparando con el estudio en el cual implementando producción limpia para el procesamiento de productos lácteos, destacaron que los sólidos suspendidos pueden ser removidos desde la fuente de producción, efectuando balances de masa y listas de chequeo en la entrada y salida de la producción, los resultados fueron del 19.6% de los sólidos suspendidos totales. [18], valores que se encuentra por debajo del 80% obtenido en el presente trabajo. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 S.S.T S.S.T S.S.T 2009 1er semestre 2010 2do semestre 2010 % E l i m i n a c i ó n Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 69 Utilizando un reactor UASB complementado por un sistema de lodos activados obtuvieron un promedio de remoción de sólidos suspendidos totales de un 72%. [19], a pesar de combinar dos tratamientos tan efectivos para el tratamiento de aguas residuales no logran un porcentaje de remoción mayor al consignado en este trabajo. o Eliminación de DBO 5 En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para la demanda bioquímica de oxigeno. Figura 23. Eliminación DBO5. En la investigación donde se implementa un reactor UASB, los máximos niveles de reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) 98%. [5] El porcentaje de remoción alcanzado por la planta de tratamiento respecto a la DQO fue del 80%, un poco menor al obtenido por el estudio anterior, teniendo en cuenta que el proceso realizado en este trabajo no implica la implementación de sistemas de tratamiento avanzados como los reactores UASB. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 DBO5 DBO5 DBO5 2009 1er semestre 2010 2do semestre 2010 % E l i m i n a c i ó n Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 70 Implementando una planta convencional de tratamiento fisicoquímico de aguas residuales, alcanzaron un porcentaje de remoción total de materia orgánica medida como DQO de 63.3%. [8] Siendo este mucho menor al porcentaje logrado en este trabajo el cual fue de un 80%. Implementando electrocoagulación, alcanzaron un porcentaje de remoción de DQO del 93%. [5] la intensidad de corriente producida por los equipos utilizados en este método de tratamiento logran un porcentaje de remoción mayor al porcentaje alcanzado por el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales implementado en este trabajo. o Eliminación de DQO En la siguiente figura se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para la demanda química de oxigeno. Figura 24. Eliminación de DQO. El porcentaje de DBO removido por el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales fue del 80%, Según el estudio mediante la influencia de la recirculación en un sistema de filtro percolador la experiencia obtenida dio como resultado un 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 DQO DQO DQO 2009 1er semestre 2010 2do semestre 2010 % E l i m i n a c i ó n Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 71 porcentaje de eliminación del 87.4%. [20], mientras, en la investigación implementando producción limpia para el procesamiento de productos lácteos destacaron que la DQO puede ser removida desde la fuente de producción, efectuando balances de masa y listas de chequeo en la entrada y salida de la producción, los resultados fueron del 65.36%. [18], esto quiere decir que, el valor que se encuentra en un rango admisible respecto a los datos referenciados anteriormente en la literatura. o Eliminación de S.S.H En la siguiente figura enseña los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para los sólidos suspendidos en hexano. Figura 25. Eliminación S.S.H. El rediseño de la planta de tratamiento logro un valor del 99%, siendo este un valor casi ideal al momento de tratar aguas residuales de la industria láctea, mientras en el trabajo donde se evalúa el rendimiento de un reactor anaerobio para el tratamiento de 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 S.S.H S.S.H S.S.H 2009 1er semestre 2010 2do semestre 2010 % E l i m i n a c i ó n Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 72 aguas residuales de la industria láctea, alcanzaron un valor en el porcentaje de remoción de sólidos suspendido en hexano de un 90%. [21] o Eliminación de N.K.T En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para el Nitrógeno Kedjal Total. Figura 26. Eliminación N.K.T. El valor obtenido en el presente estudio fue de un 68%, teniendo en cuenta el trabajos realizados, mediante reactores de biopelicula para el tratamiento de aguas residuales de la industria láctea obtuvieron un porcentaje de remoción de N.K.T del 78.3% [22] valor que supera por poco al obtenido por el rediseño realizado en este trabajo. 0 10 20 30 40 50 60 70 NKT NKT NKT 2009 1er semestre 2010 2do semestre 2010 % E l i m i n a c i ó n Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 73 o Eliminación de Fósforo Total En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para el fósforo total. Figura 27. Eliminación de Fósforo Total. Como se puede observar en las figuras anteriores, el porcentaje de remoción en el año 2009 no era el exigido por la norma vigente para el vertimiento de las aguas industriales, se puede decir que la planta de tratamiento no cumplía con el objetivo de eliminar los contaminantes de el agua residual pero los parámetros se conservaban en un rango admisible. En el primer semestre del 2010 se observó un deterioro en la efectividad de la planta de tratamiento de aguas residuales, como se observa en las graficas anteriores, los parámetros tratados no alcanzan a llegar al 70% de remoción, menos los sólidos suspendidos en hexano que alcanza un 90% debido a que los residuos a tratar son en su mayoría orgánicos. El rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa alcanzó un porcentaje de remoción por encima del 80% en los parámetros S.S.T, DBO, DQO y S.S.H, los parámetros N.K.T y fosforo total no lograron alcanzar el 80% pero 0 10 20 30 40 50 60 Fósforo Total Fósforo Total Fósforo Total 2009 1er semestre 2010 2do semestre 2010 % E l i m i n a c i ó n Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 74 mejoraron considerablemente respecto a los años anteriores, esto demuestra la eficiencia del sistema de tratamiento actual.  Para la debida operación de la planta de tratamiento de aguas residuales, es necesario poseer conocimientos básicos y prácticos de las variables a controlar. También, es necesario conocer los diferentes sistemas de tratamientos aplicados a la industria. El manual de la planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda., (ver ANEXO 3) brinda una noción de los diferentes aspectos a estudiar de la planta de tratamiento de aguas residuales. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 75 8. CONCLUSIONES El rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales es eficiente y garantiza el cumplimiento de los parámetros establecidos en la norma ambiental 3930 del 2010, la combinación de tratamientos físicos con tratamiento biológico es una alternativa viable y eficaz al momento de tratar aguas residuales en la industria láctea, debido a que los parámetros de diseño calculados de los equipos utilizados en el tratamiento de las aguas residuales de la industria, se encuentran dentro de los rangos de diseño recomendados por los autores estudiados en el presente trabajo, para el proceso de sedimentación y floculación, además la alta carga orgánica biodegradable evaluada en los residuos emitidos por la industria de estudio es susceptible de su tratado. Como se puede observar en las graficas finales, el rendimiento de la planta mejoro significativamente, los sólidos suspendidos totales mejoraron en un 20%, la DBO mejoro en 50%, la DQO en un 40%, NKT en un 60% y el fósforo total en un 40% respecto a la etapa anterior al rediseño, a pesar de la existencia de equipos al momento de diseñar, la comparación del rediseño respecto a la literatura es acorde a las condiciones de diseños proporcionada por las especificaciones de producción de la empresa. Al cumplir con la norma vigente que rige el vertimiento de las aguas residuales, se aspira a conseguir el permiso de vertimiento que otorga la entidad ambiental para suspender el pago de tasas retributivas. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 76  Recomendaciones El sistema de tratamiento de aguas residuales debe someterse a continuo mantenimiento, ya que no cuenta con un sistema de remoción de lodos, para siguientes estudios en la industria es recomendable implementar un sistema paralelo de floculación y sedimentación para que el tratamiento sea constante al momento de hacer mantenimiento a la unidad de tratamiento. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 77 9. BIBLIOGRAFIA 1) H Nadais, I Capela, L Arroja y A Duarte; “Treatment of dairy wastewater in UASB reactors inoculated with flocculent biomass”, Environment and Planning Department, Aveiro, Portugal.2005. 2) Probst, Thomas H, “Plant design and operation of wastewater treatment of milk”, Water Environment Federation, Industrial Wastes, USA, 2001. 3) Noyola Adalberto; “Desarrollo de Tecnologías Mexicanas en Tratamiento de Aguas Residuales: una Experiencia”, Instituto de Ingeniería UNAM. México, D.F.1994. 4) Da Camara Lesly, Hernández Mario y Paz Luiselena; “Miniproyecto de Ingeniería Química” Gómez Departamento de Fenómenos de Transporte. Venezuela. 1997. 5) Arango Bedoya Oscar y Sánchez e Sousa Luciana; “Tratamiento de Aguas Residuales de la Industria láctea en Sistemas Anaerobios tipo UASB”, [TESIS]. 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Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 79 18) Ozbaya A. y Demirer G.N., “Evaluacion de la Oportunidad en la Producción mas Limpia en la Instalación de Procesamiento de Lácteos”, [TESIS]. Ankara Turkey; 2006. 19) Tawfika A., Sobhey M. y Badawy M., “Tratamiento Combinado de una Lechería y Aguas Residuales Domesticas Mediante Flujo Ascendente de Mantos (UASB) Seguido por Lodos Activados”, [TESIS]. Egipto; 2007. 20) Rivera A., Valdez P., Castro R., Nieves G., y De la Torre V., “Influencia de la Recirculación en un Sistema de Filtro Percolador”. 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Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 82 Según el artículo 73 del decreto 1594 de 1984 Todo vertimiento a un alcantarillado público deberá cumplir, por lo menos, con las siguientes normas: Referencia Valor: - pH 5 a 9 unidades - Temperatura < 40°C - Ácidos, bases o soluciones ácidas o básicas que puedan causar contaminación; sustancias explosivas o inflamables. - Ausentes Sólidos sedimentables < 10 ml/l. - Sustancias solubles en hexano < 100 mg/l. - Referencia Usuario Existente Usuario Nuevo Sólidos suspendidos para desechos domésticos e industriales Remoción >50% en carga Remoción > 80% en carga. - Demanda bioquímica de oxígeno: Para desechos domésticos Remoción > 30% en carga Remoción > 80% en carga. Para desechos industriales Remoción > 20% en carga Remoción > 80% en carga Caudal máximo 1.5 veces el caudal promedio horario - Carga máxima permisible (CMP) de acuerdo a lo establecido en los artículos 74 y 75 del presente Decreto. Cuando los usuarios, aun cumpliendo con las normas de vertimiento, produzcan concentraciones en el cuerpo receptor que excedan los criterios de calidad para el uso o usos asignados al recurso, el Ministerio de Salud o las EMAR (Entidad encargada de los residuos) podrán exigirles valores más restrictivos en el vertimiento. La carga de control de un vertimiento que contenga las sustancias de que trata el artículo anterior, se calculará mediante la aplicación de las siguientes ecuaciones: A = (q) (cdc) (0.0864) b = (q) (cv) (0.0864) Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 83 Para los efectos de las ecuaciones a que se refiere el presente artículo adóptense las siguientes convenciones: - A: Carga de control, kg/día - Q: Caudal promedio del vertimiento, l/seg. - B: Carga en el vertimiento, kg/día. - CDC: Concentración de control, mg/l. - CV: Concentración en el vertimiento, mg/l. - 0.0864: Factor de conversión. La carga máxima permisible (CMP) será el menor de los valores entre A y B. CAPITULO XII DE LAS TASAS RETRIBUTIVAS Artículo 142: De acuerdo con el artículo 18 del Decreto 2811 de 1974, la utilización directa o indirecta de los ríos, arroyos, lagos y aguas subterráneas para introducir o arrojar en ellos desechos o desperdicios agrícolas, mineros o industriales, aguas negras o servidas de cualquier origen y sustancias nocivas que sean resultado de actividades lucrativas, se sujetará al pago de tasas retributivas del servicio de eliminación o control de las consecuencias de las actividades nocivas expresadas. Dichas tasas serán pagadas semestralmente en los términos del presente Decreto. Artículo 143: La tasa retributiva ordinaria (TO) se calculará mediante la aplicación de la siguiente ecuación: TO = CC x SM1 + TOX x SM2 CC = 2DBO + DOO + S.S. SM1 = A x SMD Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 84 SM2 = B x SMD x P Parágrafo 1: Para efectos de la aplicación de las ecuaciones a que se refiere el presente artículo, se adoptan las siguientes convenciones: CC: Carga combinada, en Kg/día. TO: Tasa retributiva ordinaria diaria, en pesos. DBO: Demanda bioquímica de oxígeno a cinco (5) días, en kg/día. DQO: Demanda química de oxígeno, en kg/día. SS: Sólidos suspendidos, en kg/día. TOX: Sumatoria de sustancias de interés sanitario, en kg/día. SM1: Factor que permite expresar el costo del programa de control por unidad de carga combinada, en pesos/kg. SM2: Factor que permite expresar el costo del programa de control de las sustancias de interés sanitario, en pesos/kg. SMD: Salario mínimo diario vigente en la fecha de evaluación. A: 2.5 x 10-4 días/kg. B: 0.2 días/kg. P: Factor que prevé la acumulación de sustancias de interés sanitario en el recurso. Se considera igual a 20. Parágrafo 2: Para la aplicación de las ecuaciones se tomará como base la caracterización promedio del vertimiento en el semestre inmediatamente anterior, teniendo en cuenta los períodos en que no se produjo, siempre y cuando haya habido notificación previa por parte del usuario. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 85 Artículo 144: Los factores A y B de la tasa retributiva ordinaria diaria (TO) se podrán modificar mediante la aplicación de la siguiente ecuación: A = CACC TCC x 365 x SMD B = CATOX TTOX x 365 x SMD Parágrafo: Para los efectos de la aplicación de la ecuación a que se refiere el presente artículo, se adoptan las siguientes convenciones: CACC: Costo administrativo y de investigación del programa de control de los parámetros de la carga combinada, en pesos/año. TCC: Total de carga combinada vertida al recurso dentro del área de jurisdicción, en kg/año, descontando la carga que existe en el punto de captación del recurso, siempre y cuando el vertimiento ocurra en el mismo cuerpo de agua. CATOX: Costo administrativo y de investigación del programa de control de sustancias de interés sanitario, en pesos/año. TTOX: Total de sustancias de interés sanitario vertidas al recurso dentro del área de jurisdicción en kg/año, descontando la carga existente en el punto de captación del recurso; siempre y cuando el vertimiento ocurra en el mismo cuerpo de agua. SMD: Salario mínimo diario vigente en la fecha de evaluación. Artículo 145: En ningún caso el pago de la tasa retributiva exonera a los usuarios del cumplimiento de las obligaciones relativas a las normas de vertimiento, ni de la aplicación de las medidas preventivas, de seguridad, o de las sanciones a que haya lugar de conformidad con el presente Decreto. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 86 Artículo 146: La tasa retributiva deberá cancelarse en el trimestre siguiente a la fecha de ejecutoria de la resolución que la establece. En caso contrario, se aplicarán las sanciones a que haya lugar. Artículo 147: Las EMAR recaudarán el producto de las tasas retributivas cuando lleven a cabo el servicio de eliminación o control de las consecuencias de las actividades nocivas a que se refiere el artículo 142 de este Decreto. Cuando se adelanten por parte del Ministerio de Salud o sus entidades delegadas, con su participación, así como por cualesquiera otras entidades, deberá previamente convenirse entre ellas el porcentaje de participación que a cada una corresponde. Artículo 148: Los usuarios que cumplan con las normas de vertimiento pagarán la tasa retributiva ordinaria diaria. Artículo 149: Los usuarios deberán informar previamente a la EMAR los períodos en que no harán vertimientos. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 87 ANEXO 2 MEMORIAS DE CÁLCULO Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 88 MEMORIAS DE CALCULOS - Trampa de grasa Debido a que las aguas residuales de la industria láctea poseen un alto contenido de grasa, se evaluaron las trampas de grasas ya existentes en el proceso, las cuales están ubicadas antes de el tanques séptico, también están diseñadas con una tapa liviana para hacer limpieza, la misma que debe ser frecuente; en lo posible se ubicarán en zonas sombreadas para mantener bajas temperaturas en su interior. Dimensionamiento Las trampas de grasa existentes en el proceso poseen características adecuadas para el proceso de tratamiento de aguas residuales, después de realizarles mantenimiento se evaluaron las características de diseño para su debida confrontación con la literatura. El caudal de diseño para las trampas de grasa es de 6L/s Q=6L/s Las dimensiones de la trampa de grasa son; 1m de largo y 0.5m de ancho, por lo cual nuestro tiempo de retención será 3 minutos. o El volumen de la trampa de grasa se calculará para un período de retención entre 2,5 a 3,0 minutos. [13] o La relación largo: ancho del área superficial de la trampa de grasa deberá estar comprendido entre 2:1 a 3:2.[13] La profundidad de la trampa de grasa existente es de 0,80m. La profundidad no deberá ser menor a 0,80 m.[13] Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 89 El ingreso a la trampa de grasa se hace por medio de codo de 90º y un diámetro mínimo de 75 mm. La salida se realiza por medio de una T con un diámetro mínimo de 75 mm. La parte inferior del codo de entrada se prolonga hasta 0,15 m por debajo del nivel de líquido. La diferencia de nivel entre la tubería de ingreso y de salida no es menor a 0,05 m. La parte superior del dispositivo de salida deja una luz libre para ventilación de no más de 0,05 m por debajo del nivel de la losa del techo. La parte inferior de la tubería de salida está entre 0,075 m y 0,15 m del fondo. El espacio sobre el nivel del líquido y la parte inferior de la tapa es de 0,35 m. La trampa de grasa tiene forma piramidal invertida con la pared del lado de salida vertical. El área horizontal de la base es de 0,25 m de diámetro. Y el lado inclinado tiene una pendiente de 45º con respecto a la horizontal. - Tanques de nivelación de pH Por motivos de espacio y de diseño se incluirán al método de tratamiento de aguas residuales dos tanques de igualación de pH de 2000L cada uno, los cuales operaran por acción de la gravedad, estos se ubicaran en la entrada de la planta de tratamiento y están condicionados según el caudal a tener un tiempo de retención igual a 0.092horas o 5.52 minutos. hora T hora L L T Q V T RH RH RH 092 . 0 / 21600 2000 = = = Ec. 1. [14] Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 90 - Sedimentador El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años y su periodo de operación es de 24 horas. dia m Q / 4 . 518 3 = Caudal dia m / 3 hora m / 3 min / 3 m seg m / 3 Valor 518.4 21.5833 0.3517 0.00599 Teniendo en cuenta el caudal de diseño, dimensionado por posibles condiciones de ampliación en la producción, se hallara el área superficial (As). entacion Se espesifica Tasa T l Superficia Area AS T Q AS ES ES dim = = = [15] . 2 . Ec En el diseño original y construcción de la planta de tratamiento de aguas residuales, las dimensiones de esta quedaron de la siguiente manera. m L 6 . 8 = Según la literatura la relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) estará entre los valores de 3-6m. [15] m B m B L B B L 8 . 2 3 6 . 8 3 3 = = = = Por medio de la ecuación numero 3 y las dimensiones previamente calculadas de la planta, se hallara el área superficial (As). Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 91 2 65 . 24 8 . 2 6 . 8 m AS m mx AS LxB AS = = = [15] . 3 . Ec Reemplazando y despejando de la ecuación numero 2. dia m m T m dia m T AS Q T T Q AS ES ES ES ES / / 02 . 21 65 . 24 / 4 . 518 2 3 2 3 = = = = La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) deberá ser de 5-10. [15] m H m H L H H L 72 . 1 5 6 . 8 5 5 = = = = El volumen del Sedimentador se dará por la expresión: 3 30 . 42 72 . 1 86 . 2 6 . 8 m V m mx mx V LxBxH V = = = Con los datos obtenidos hallamos el Tiempo de Retención Hidráulica (Trh). [15] . 4 . Ec min 2 . 120 min / 3517 . 0 30 . 42 3 3 = = = RH RH RH T m m T Q V T Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 92 Para obtener la velocidad de sedimentación (Vs) se aplica la ley de Newton- Stokes simplificada. afluente del Densidad P Solidos de Densidad Ps arrastre e Coeficient Cd particula diametro dp s m g CdxP xdp P Ps gx V S = = = = = ÷ = 2 8 . 9 3 ) ( 4 [15] . 5 . Ec . La densidad del afluente P es igual a 994.73Kg/m3. [14] Sustancia Esfericidad Diámetro mm Densidad relativa Kg/ml Residuos Lácteos 0.75 1.375 1500-1600 Tabla 10.Propiedades Residuos Lácteos. Fuente: DIA piscicultura Catripulli. Donde Cd se calcula por medio del número de Reynolds. 34 . 0 3 24 + + = R R Cd [10] . 6 . Ec El numero de Reynolds se calcula con la ecuación numero 7. Flujo de Velocidad Vf entador Se Hidraulico Radio R Agua del Dinamica idad Vis xVf PxR R H H = = = = dim cos µ µ [10] . 7 . Ec Donde u es la viscosidad dinámica del agua, u=110,4x10-5, Rh es el radio hidráulico del sedimentador y Vf la velocidad del flujo. [10] Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 93 La velocidad del flujo se calcula por medio de la ecuación 8. BxH Q Vf = [15] . 8 . Ec seg m Vf m mx seg m Vf / 0012 . 0 72 . 1 86 . 2 / 00599 . 0 3 = = El radio hidráulico se calcula por medio de la ecuación 9. H B BxH R H + = [14] 9 . Ec m R m m m mx R H H 07 . 1 72 . 1 86 . 2 72 . 1 86 . 2 = + = Reemplazando en la ecuación 7. 9 . 1156 10 4 . 110 0012 . 0 07 . 1 73 . 994 5 = = = ÷ R x x x R xVf PxR R H µ Reemplazando en la ecuación 6. 4489 . 0 34 . 0 0882 . 0 0207 . 0 34 . 0 9 . 1156 3 9 . 1156 24 34 . 0 3 24 = + + = + + = + + = Cd Cd Cd R R Cd Para los residuos de alimentos, reemplazando en la ecuación 5 los valores de la anterior tabla y los calculados, la velocidad de sedimentación será: s m V x x x V CdxP xdp P Ps gx V S S S / 130 . 0 ) 73 . 994 ( ) 4480 . 0 ( 3 001375 . 0 ) 73 . 994 1500 ( 9 . 32 3 ) ( 4 = ÷ = ÷ = Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 94 Calculamos el tiempo de sedimentación por medio de la ecuación 9. S TS V H T = [10] . 10 . Ec min 21 . 0 16 . 13 / 130 . 0 72 . 1 = = = TS TS TS T seg T s m m T El tiempo de retención hidráulica debe ser mayor al tiempo de sedimentación, donde: Tts<Trh. [15] El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 3 a 10%, para facilitar el deslizamiento del sedimento. [15] m H m m H H H H 892 . 1 ` ) 72 . 1 ( 1 . 0 72 . 1 1 . 0 ` ` = + = + = Con un vertedero de salida igual al ancho de la unidad, se calculó la altura de agua sobre el vertedero por medio de la ecuación número 10. 3 / 2 2 84 . 1 ( ¸ ( ¸ = B Q H [15] . 11 . Ec m H m m H 049 . 0 ) 86 . 2 ( 84 . 1 00599 . 0 2 3 / 2 3 2 = ( ¸ ( ¸ = Para el diseño de la pantalla difusora se asume una velocidad de paso entre los orificios. [15] orificios los entre paso de Velocidad V = 0 seg m V / 1 . 0 0 = Se determinara el área total de los orificios. 0 0 V Q A = [15] . 12 . Ec Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 95 2 0 3 0 05 . 0 / 1 . 0 / 00599 . 0 m A s m seg m A = = Se adopta un diámetro de orificio. [15] Orificio de Diametro d = 0 m d 055 . 0 0 = Donde 2 0 2 0 2 0 002381 . 0 4 ) 055 . 0 ( 4 m a a d a = = = t t Se determina el número de orificios por medio de la ecuación numero 13. [15] 0 0 a A n = [15] . 13 . Ec Orificios de Numero n = 21 002381 . 0 05 . 0 2 2 = = n m m n Calculo altura de la pantalla difusora con orificios. m h m m h H H h 13 . 1 ) 72 . 1 ( 5 / 2 72 . 1 5 / 2 = ÷ = ÷ = [15] . 14 . Ec Se asume el número de filas de orificios y columnas. Columnas de Numero n Filas de Numero n C f = = Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 96 7 3 = = C F n n Calculo espaciamiento entre filas. f n h a = 1 [15] . 15 . Ec Filas entre nto Espaciamie h = m h m a 37 . 0 3 13 . 1 1 = = Calculo espaciamiento entre columnas. 2 ) 1 ( 1 2 ÷ ÷ = c n a B a [15] . 17 . Ec m a m m a 32 . 0 2 ) 1 7 ( 37 . 0 86 . 2 2 2 = ÷ ÷ = Se determina el número de placas por medio de la ecuación numero 15 (Shimokubo). u xLPxCos dp ATS np 1 = 15 , Ecuación placas las de Longitud LP Placas las de Angulo Placas Adecuado Ancho dp entacion Se Total Area ATS = = = = u 1 dim LP será aproximadamente el ancho del sedimentador LP=2.86m.[15] En el caso de lodos livianos el ángulo de inclinación debe ser 55º.[15] El ancho adecuado de las placas es de 60cm, por razones de recorrido interno del fluido y del diseño y construcción de las mismas, de manera que no se flecten al paso del agua. [15] Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 97 Donde ATS y el Área requerida para el espesamiento (Ae), se hallan por las ecuaciones: ) ( 4 . 1 c e A A ATS + = [15] . 17 . Ec FSDIS QxC A e 0 = [15] . 18 . Ec Diseño de Segurdidad de Factor FSDIS Afluente Totales Solidos de ión Concentrac Co = = Donde Co es la concentración de sólidos totales del afluente y FSDIS se obtiene por la expresión: xFsMax FSDIS 45 . 0 = .[15] 19 . Ec Maximo Solidos de Flujo FsMax = Fsmax se haya por la expresión de Miller. K V x FsMax 0 54 . 0 = [15] . 20 . Ec Donde K es una constante empírica calculada por la siguiente de Wahlberg: ) ( 0000543 . 0 ) ( 00384 . 0 426 . 0 IVL IVL K + ÷ = IVL=Índice de volumen de lodos. IVL se halla por medio de la ecuación 21. 0 C VLS IVL = [15] . 21 . Ec VLS=Volumen de Lodos Sedimentable. VLS esta entre los valores de 105 y 412ml/L, por criterio de diseño escogeremos un VLS de 300ml/L.[15] 636 . 0 / 46 . 471 / 300 = = IVL L ml L ml IVL Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 98 Reemplazando 4235 . 0 ) 636 . 0 ( 0000543 . 0 ) 636 . 0 ( 00384 . 0 426 . 0 = + ÷ = K K s m FsMax s m FsMax / 127 . 0 4235 . 0 / 1 . 0 54 . 0 = = s m FSDIS x FSDIS / 057 . 0 127 . 0 45 . 0 = = Reemplazando en la ecuación de Ae. 2 3 2 . 49 / 057 . 0 / 46 . 471 00599 . 0 m A s m L ml x m A e e = = Ac se hallara por medio de la ecuación 18. 6 . 8 2 . 0 8 . 0 + = e c A A [15] . 18 . Ec 2 2 1 . 21 6 . 8 4 22 . 49 m A m A c c = + = Reemplazando en la ecuación 17 obtenemos. 2 37 . 39 ) 10 . 21 22 . 49 ( 4 . 1 m ATS ATS = + = Finalmente reemplazando en la ecuación 15. 40 55 86 . 2 60 . 0 37 . 39 = = np mxCos mx m np Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 99 - Floculador Por especificaciones económicas y de diseño, se realizara una unidad de flujo horizontal, debido a que el caudal es menor de 50L/seg. Se utilizaran pantallas removibles de PVC, el cual es un material inerte, resistente a la corrosión y tiene un tiempo de utilidad efectiva de 20 años. [16] Criterios y Dimensionamiento La velocidad promedio deberá estar entre los valores de 0.10-0.60m/s. [16] V=0.10m/s Área de los canales 2 3 059 . 0 / 10 . 0 / 0059 . 0 m A seg m seg m A V Q A = = = Donde Q es igual al caudal de diseño y V la velocidad promedio. Ancho de los canales H A a CN = [16] . 23 . Ec H=Altura del agua en la unidad Por motivos previos de construcción la altura máxima alcanzada por el agua es de 0.86m. Calculo ancho del los canales H A a CN = [16] . 24 . Ec m a m m a CN CN 069 . 0 86 . 0 059 . 0 2 = = Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 100 Para el cálculo de la longitud de los canales se utilizó la ecuación numero 24 donde T=5min.[16] 60 VxTx =  [16] . 24 . Ec sidencia de Tiempo T Flujo de Velocidad V Canales de Longitud Re = = =  cm x sx m VxTx 30 60 min 5 / 10 . 0 60 = = =    Calculo número de canales en cada tramo se halló mediante la ecuación 25. B N  = [16] . 25 . Ec Para obtener el valor del ancho de la unidad, se utilizó la ecuación 26. d b B + = 3 [16] . 26 . Ec Lisa Plastico de a La Util Anccho b min = a La Diametro d a d min 5 . 1 = = 1044 . 0 ) 069 . 0 ( 5 . 1 5 . 1 = = = d m d a d Reemplazando ecuación 26. m B B 75 . 0 0102 . 0 ) 215 . 0 ( 3 = + = Reemplazando en la ecuación 25. 40 75 . 0 30 = = N N Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 101 Calculo longitud de cada tramo, donde el valor de e para láminas planas es 0.01m.[16] ) ( e a N L + = [16] . 27 . Ec m L L e a N L 1 . 3 ) 01 . 0 069 . 0 ( 40 ) ( = + = + = Calculo perdida de carga en las vueltas donde el valor de K es el coeficiente de perdida recomendable debe estar entre 3-3.5. [16] g N KV h 2 ) 1 ( 2 1 ÷ = .[16] 28 . Ec Perdida de e Coeficient K = m h h 0397 . 0 ) 8 . 9 ( 2 ) 1 40 ( ) 10 . 0 ( 3 1 2 1 = ÷ = Calculo de carga en los canales  + | | | | . | \ | = 2 2 2 3 r nV h .[16] 29 . Ec Manning de te Cons n Unidad la de Hidraulico Radio r tan = = La constante de Manning para placas planas. n=0.013 m r x r H B BxH r 37 . 0 86 . 0 65 . 0 86 . 0 65 . 0 = + = + = Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 102 Reemplazando en la ecuación 29. m h x h 0243 . 0 30 3 37 . 0 10 . 0 013 . 0 2 2 2 2 = + | | | | . | \ | = Finalmente calculamos la pérdida total de cada tramo sumando las dos anteriores. m h h h h h 064 . 0 0243 . 0 0397 . 0 2 1 = + = + =  Tratamiento Biológico La metodología para implementar los microorganismos eficientes de esta manera [16]: semana L C L C V C em em em / 518 1000 518400 500 / = = = Esto significa que se deben agregar 74L/día, para mayor eficiencia se deberá inocular 37 litros en el día y 37 litros en la tarde. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 103 ANEXO 3. MANUAL DE OPERACIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 104 MANUAL DE OPERACIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROLECA LTDA. RAÚL LUIS PÁEZ OSORIO INGENIERO QUIMICO. CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C 2011 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 105 INTRODUCCIÓN La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda., ubicada en la ciudad de Cartagena está diseñada y construida para cumplir con las normativas ambientales, esencialmente con el decreto 3930 de 2010 del Ministerio del Medio Ambiente. Esta es sometida a monitoreos semestrales por parte de la autoridad ambiental, quien tiene la competencia de ejecutar los seguimientos, controles y recomendaciones en el tema de medio ambiente. Este documento muestra los conceptos elementales referentes a los efluentes producidos por la industria láctea, y a su vez, los tipos de tratamientos físicos y químicos empleados en la planta de tratamiento, este manual contiene también funcionamiento, mantenimiento, diagramas de flujo y procedimientos de operación de la planta. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 106 OBJETIVOS  Ilustrar nociones básicas sobre el tema de residuos lácteos.  Mostrar los procedimientos de operación de la plata de tratamiento de aguas residuales.  Conocer los tipos de tratamientos empleados en la planta.  Indicar el tiempo y el mantenimiento de operación de la planta de tratamiento de aguas residuales. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 107 CONCEPTOS BÁSICOS La comprensión, importancia e interés del tema de tratamiento de aguas residuales dependerá en gran medida de que los involucrados, manejen los conceptos a emplear.  Afluente: Es el liquido a tratar que entra a un sistema de tratamiento o alguno de sus elementos en particular.  Efluente: Es el liquido a tratar que sale de un sistema de tratamiento o alguno de sus elementos en particular.  DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno): Es la cantidad de oxigeno requerido para estabilizar la materia orgánica en descomposición presente en el agua mediante acción bioquímica aerobia.  DQO (Demanda Química de Oxigeno): Es una medida de la materia carbonosa contenida en los diferentes tipos de materia orgánica presentes en las aguas residuales. Se usa como indicador del poder contaminante de una muestra de agua determinada. El valor de la DQO, es mayor que el de la DBO, ya que toma en cuenta materia orgánica resistente a ser oxidada. Tratamiento Físico Son todos aquellos en los que se utilizan las fuerzas físicas para el tratamiento. En general se utilizan en todas los niveles. Sin embargo algunas de las operaciones son exclusivas de la fase de Pre-tratamiento. Algunas de las operaciones físicas son: - Tamizado. - Homogenización de caudales. - Intercepción de aceites y grasas. - Mezclado - Sedimentación. - Flotación. Natural o provocada con aire. Filtración.- Con arena, carbón, cerámicas, etc Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 108 Niveles de tratamiento de aguas residuales Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales. Estos niveles se conocen usualmente como; pre-tratamiento, Tratamiento primario, tratamiento secundario, tratamientos avanzados o terciarios. - Pre-tratamiento: Se trata de un tratamiento previo, diseñado para remover partículas grandes, tales como plásticos, pelos, papeles, etc. ya sea que floten a se sedimenten, antes de que lleguen a las unidades de tratamiento posteriores. Aquí se emplean mayoritariamente rejillas o tamices. - Tratamiento primario: En el primario, se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión, sobrenadante y materia inorgánica. En este nivel se hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisicoquímicos. También se utiliza la flotación. En algunos casos el tratamiento se hace, dejando simplemente, las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques, sustancias químicas quelantes que hacen más rápida y eficaz la sedimentación. También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH, Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración, neutralización y la desorción. - Tratamiento secundario: En la secundaria se trata de reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. En esta fase del tratamiento se eliminan las partículas coloidales y similares. Puede incluir procesos biológicos y químicos. El tipo de tratamiento más empleado es el Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 109 biológico en el que se facilita que bacterias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de microorganismos. - Tratamiento Biológico: Este tipo de tratamiento es facilitado principalmente por bacterias que digieren la materia orgánica presente en los fluidos residuales. Las sustancias presentes en el líquido residual, se utilizan como nutrientes para dichos microorganismos. Dichos nutrientes se convierten a tejido celular y diversos gases. Los flóculos que se forman por agregación de microorganismos son separados en forma de lodos. Los tejidos celulares formados son ligeramente más pesados que el agua. Por tanto, la separación se hace por sedimentación y decantación. Si estos excedentes no se eliminan, el agua se vuelve a recontaminar. Los principales procesos biológicos según el tipo de microorganismos, se clasifican como aeróbicos y/o anaerobios. Los procesos aerobios requieren la presencia de oxigeno y los anaerobios no requieren oxígeno. - Tratamiento avanzado o terciario: La terciaria es necesaria cuando el agua va a ser reutilizada; elimina un 99% de los sólidos y además se emplean varios procesos químicos para garantizar que el agua esté tan libre de impurezas como sea posible. Se emplean tipos de tratamiento físicos y químicos con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 110 Diagrama de flujo planta de tratamiento de aguas residuales Descripción y funcionamiento del proceso La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda., se clasifica como de flujo ascendente lento y sus dimensiones de descargas están calculadas para un máximo de 6L/s, 518m3/día. La planta esta diseñada para retener sólidos y material particulado que se genera en las descargas del proceso productivo de la empresa, el proceso de retención se realiza en la entrada de la planta mediante floculación y sedimentación, por medio de los tabiques ubicados a lo largo de la misma. Mantenimiento y operación La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda. Consta de un sistema de tratamiento mixto (Biológico, Físico y Químico), estos se ilustran a continuación: Biológico: A través de la inoculación de microorganismos eficaces EM en los tanques de nivelación de pH, se inocularan 74 litros diarios, 27 en las horas de la mañana y 27 en las horas de la tarde, preferiblemente antes de 3 de la tarde, debido a esto se estima un consumo mensual de 2295L. Tanques de Nivelación de pH Tanque de bombeo Sedimentador mixto Trampas de grasa Afluente Efluente Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 111 Químicos: se empleara un coagulante como el sulfato de aluminio o alumbre, dosificado en dos kilos y medio diarios mezclados con agua, este se deja caer por gravedad por medio de un goteo en la zona del floculador, se estima un consumo de 75L al mes. Físico: Este proceso se ilustra en el diagrama de flujo, el agua a tratar o afluente llega a los tanques de nivelación de pH, después pasa por dos trampas de grasa, para después llegar a un tanque de concreto rígido donde se bombea el agua hacia la primera fase del sedimentador mixto, en esta fase el agua pasa a través de los tabiques ubicados a lo largo de esta zona, luego pasa a la segunda zona donde el material flotante que continua en el agua sedimenta, en esta etapa queda material suspendido, el cual se elimina del efluente por medio de filtros, finalmente el agua sale de la planta de tratamiento para hacer parte del cuerpo de agua municipal. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 112 10. GLOSARIO Contaminación Orgánica Contaminación de las aguas por materia orgánica planteando una demanda de oxígeno al curso al curso de agua receptor y afectando de esta manera el balance de oxigeno de éste. DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), a los 5 días, 20ºC (DBO5, 20) Es la cantidad de oxígeno requerido para estabilizar la materia orgánica en descomposición presente en el agua mediante acción bioquímica aeróbica, determinada a los 5 días de incubación a 20 ºC. DQO (Demanda Química de Oxígeno) Es una medida de la materia carbonosa contenida en los diferentes tipos de materia orgánica presentes en las aguas residuales. Se usa como un indicador del poder contaminante del una agua dada. El valor de la DQO, es mayor que el de la DBO, ya que toma en cuenta materia orgánica resistente a ser oxidada. Población equivalente Población estimada que contribuiría con una determinada de un parámetro especifico, indicador de contaminación (DBO 5 ) en el caso de contaminación orgánica, microorganismos coniformes en contaminación microbiana. Las conversiones de carga orgánica a Población equivalente se basaran en una contribución de 54 gr de DBO 5 ,20/ persona / día, las cargas microbianas en número más probable per capita por día de 200 X 10^9 coliformes. (GLOSARIO) falta indice de biodegradabilidad Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 113 ANEXO 4. DECRETO 3930 DE 2010 – NORMATIVIDAD AMBIENTAL PARA EFLUENTES LÍQUIDOS Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 114 ANEXO 5. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE PROLECA LTDA EMITIDAS POR CARDIQUE Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. REDISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA INDUSTRIA LÁCTEA PROLECA LTDA CARTAGENA. RAÚL LUIS PÁEZ OSORIO Proyecto de Grado Lesly Tejeda Benítez, MSc (Directora del Proyecto) UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C 2011 II Rediseño y adecuación de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria Láctea Proleca LTDA Cartagena. TABLA DE CONTENIDO RESUMEN.................................................................................................................. 14 ABSTRACT ................................................................................................................ 15 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 16 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 18 HIPÓTESIS ................................................................................................................. 19 3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 20 2. OBJETIVOS......................................................................................................... 23 2.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 23 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 23 3. ALCANCE ........................................................................................................... 24 4. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE ...................................................... 25 5. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 33 5.1 MÉTODO DE TRATAMIENTO FÍSICO Y BIOLÓGICO ............................... 34 5.1.1 NIVELES DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES .......................................... 34 6. METODOLOGÍA ................................................................................................ 39 7. RESULTADOS .................................................................................................... 41 7.1 PROBLEMAS TÉCNICOS ENCONTRADOS ................................................. 45 7.1.1 MATRIZ DE VESTER .......................................................................................... 51 3 ......................................1.... CONCLUSIONES .....Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena....... 77 10............................................................................................................1........................2 DISEÑO CONCEPTUAL DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PLATA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES......................................................6 MEJORAS EN EL TRATAMIENTO ..................................................................................................1................... 7.............................................. 112 4 .......................... 57 7...................................1...................5 IMPLEMENTACIÓN DEL DISEÑO ............ ....... .....1. 75 9........................................................... 54 7..3 DISEÑO BÁSICO DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PLATA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.................. 64 7.....................4 TRATAMIENTO BIOLÓGICO ................................. GLOSARIO ................................ 64 7........................ BIBLIOGRAFIA ........... 68 8.. ............................................... ....... Entrada Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales.... Datasheet Trampa de Grasa.............Propiedades Residuos Lácteos......... Salida Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales......................... ................................................ 59 Tabla 6...... .......... . 42 Tabla 3..................... Datasheet Tanque Nivelador de pH.. Datasheet Sedimentador............ 44 Tabla 4................................... 52 Tabla 5.................................. 60 Tabla 7....... Datasheet Pantalla Difusora......................................... ..... Datasheet Floculador.......................... ............................. 92 5 ......... .......... Resultados Matriz de Vester.................. LISTA DE TABLAS Tabla 1..... 62 Tabla 9.............. 63 Tabla 10......Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena...................... 41 Tabla 2........................................... 61 Tabla 8..... ........................ ............................................................ Porcentaje de Remoción Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales..... ........................... 34 Figura 2.... Entrada Sedimentador............................................ ................... Proceso de ampliación Planta de tratamiento de aguas Proleca Ltda.......... Sedimentador (Tratamiento Primario)....... Floculador – Tanques Preparación de Aditivos... Floculador y montaje de láminas......... 65 Figura 18............................... Porcentaje de Eliminación Planta de Tratamiento de Aguas Residuales............................................ .............................. 47 Figura 8.. LISTA DE FIGURAS Figura 1...................................................................... Tanque de Almacenamiento....... ............. Floculador....... 42 Figura 3............. 49 Figura 11................. ................... .............. .... 66 6 ........... 51 Figura 14...................................................... 46 Figura 6......... 48 Figura 9...................... Diagrama de Bloques Planta de Tratamiento .. 58 Figura 15............................Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena................ 64 Figura 16................................................... 47 Figura 7..... 46 Figura 5............ Láminas Floculador.......................... ..... ............................ 51 Figura 13... 50 Figura 12....... 49 Figura 10..................... Láminas Sedimentador terminadas..................... Trampa de Grasas.................... Montaje de las láminas en el Sedimentador..... .................................................................................................. ...... ................................................................................................... Salida de la Planta de Tratamiento........... Pantalla difusora terminada. ..................... 65 Figura 17...... Índice de Biodegradabilidad ................ ............. 45 Figura 4. Salida Sedimentador................................................................................. ................ .............. 66 Figura 19... ............................................... Filtros.................................... Tubería Bomba Sumergible.................. ..... .................... Eliminación S...................................... Eliminación de Fósforo Total..................T.................... Tanques de igualación de pH..................................Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena... Eliminación DBO5......... 70 Figura 25..... . ....H........................................................... 69 Figura 24........ .............................. Figura 20... .. ............... Eliminación de S.................T........... 68 Figura 23......... Eliminación N.........K......................................... ......... 72 Figura 27..............S......... ...S........................... 67 Figura 22..................... Floculador terminado.................................................... 73 7 .............................. Eliminación de DQO.................................................. 71 Figura 26............................................................................. 67 Figura 21. .......................... 87 ANEXO 3...................................................................... 81 ANEXO 2 MEMORIAS DE CÁLCULO ........ DECRETO 3930 DE 2010 – NORMATIVIDAD AMBIENTAL PARA EFLUENTES LÍQUIDOS ....................... 103 ANEXO 4........................ CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE PROLECA LTDA EMITIDAS POR CARDIQUE .......................................................................... .. MANUAL DE OPERACIÓN ......... 113 ANEXO 5.............................................. LISTA DE ANEXOS ANEXO 1 ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS PARAMETROS REQUERIDOS SEGÚN EL DECRETO 1594 DE 1984..... 114 8 ...............................Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.................. Manifiesto mi participación en la orientación y mi conformidad con el resultado obtenido.. y C.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Agosto 5 de 2011 Señores: COMITÉ DE GRADUACIÓN Programa de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Universidad de Cartagena Cordial Saludo: En mi calidad de director de tesis. Asesor Encargado Programa Ingeniería Química 9 . Cartagena de Indias D. LESLY TEJEDA MSc.T. presento a ustedes el siguiente proyecto de grado titulado “Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena”. Atentamente. elaborado por el estudiante Raúl Páez Osorio perteneciente al programa de Ingeniería Química. y C. presento a ustedes el siguiente proyecto de grado titulado “Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena”. Atentamente.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.. Cartagena de Indias D. RAÚL LUIS PÁEZ OSORIO Estudiante Programa Ingeniería Química 10 . Manifiesto mi participación en la orientación y mi conformidad con el resultado obtenido.T. Agosto 5 de 2011 Señores: COMITÉ DE GRADUACIÓN Programa de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Universidad de Cartagena Cordial Saludo: En mi calidad de estudiante. y C.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. T. Agosto de 2011 11 .. Nota de aceptación Presidente del Jurado Jurado Jurado Cartagena de Indias D. A mis padres y tíos.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. por su ejemplo de superación y valioso apoyo en el transcurso de mis estudios. por ser el eje central de nuestras vidas. DEDICATORIA A Dios. 12 . A mis compañeros y amigos. por ser participes de nuestro proceso de formación integral. por todo el esfuerzo. AGRADECIMIENTOS Agradezco sinceramente a: A la Ingeniera Lesly Tejeda Benítez. por su apoyo y colaboración. 13 . muy especialmente al Ingeniero Amaury Iriarte. docente. Gerente de la Compañía. Asesor Ambiental y al Doctor Gustavo Mercado. A Proleca Ltda. tutor y amiga.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.. paciencia y dedicación en la ejecución de este proyecto. Palabras Clave: Rediseño. posterior a esto. 14 . debido a que los sólidos suspendidos totales disminuyeron en un 20%. la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) se redujo en 50%. NKT (Nitrógeno Total Kjeldhal) en un 60% y el fósforo total en un 40% respecto a la etapa posterior al rediseño. Todo lo anterior represento para la empresa la reducción en el pago de las tasas retributivas por vertimientos de efluentes al alcantarillado y la aplicación de un método eficiente de tratamiento que cumple con las exigencias de las normas vigentes. la demanda química de oxígeno (DQO) en un 40%. RESUMEN Las aguas residuales son la emisión de mayor contaminación procedente de la industria láctea por contener cantidades significativas de materia orgánica. DBO. usando la matriz de Vester se analizaron las diferentes falencias del antiguo método de tratamiento. Se investigaron las diferentes especificaciones técnicas para lograr el debido desempeño al momento de operar la planta de tratamiento de aguas residuales..Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Microorganismos Eficientes. En este trabajo se realizó el diagnóstico y el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda. se realizó el rediseño de la planta de aguas residuales. Debido al impacto que produce el vertimiento de aguas industriales a los cuerpos de agua. Se implementó un método de tratamiento biológico con microorganismos eficientes. este proyecto presenta una solución viable y efectiva para el tratamiento de aguas residuales. que acompañadas con el agua utilizada para los procesos higiénicos y sanitarios se convierten en una problemática importante en este tipo de industrias. DQO. el cual mostró como resultado una reducción del 80% en la carga de los contaminantes. COD. Due to the impact that the dumping of industrial wastewater to water bodies. which showed results in a 80% reduction in the load of pollutants. Keywords: Redesign. biochemical oxygen demand (BOD) was reduced by 50%.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. after this. NKT (total Kjeldahl Nitrogen) by 60% and total phosphorus by 40% compared to the post-redesign. This work was carried out diagnosis and redesign of the plant wastewater treatment Proleca Ltda industry. this project presents a viable and effective solution for the treatment of wastewater. ABSTRACT Wastewater is the issue of increased pollution from the dairy industry to contain significant amounts of organic matter. because the suspended solids decreased by 20%. 15 . All this represents for the company's reduction in the payment of remuneration rates by dumping effluent into the sewer and the implementation of an efficient method of treatment that meets the requirements of the regulations. that accompanied the water used for hygienic and sanitary processes become an important issue in these industries. chemical oxygen demand (COD) by 40%. We investigated the different technical specifications to achieve proper performance when operating the plant wastewater treatment. using the matrix of Vester analyzed the different shortcomings of the old method of treatment. we performed the redesign of the wastewater plant. BOD. efficient microorganisms. We implemented a biological method for treatment with efficient microorganisms. debido a esta postura. En Cartagena. En el caso de la industria.. Las cantidades de aguas residuales y la concentración de los contaminantes de estas empresas. Las aguas residuales de la industria láctea. sino que varían. la industria láctea Proleca Ltda. Las aguas residuales son la emisión de mayor contaminación procedente de las industrias alimentarias. las empresas se han visto obligadas a cambiar su visión sobre los métodos productivos. nace en los años 80 el concepto de Desarrollo Sostenible. así como en el compromiso de aceptación de su responsabilidad sobre los productos que fabrican. Como respuesta a los problemas medioambientales. no obstante se declararon nulos varios de sus artículos en función de conflictos de competencias propuestas en los mismos. por ejemplo se caracterizan por poseer una gran cantidad de materia orgánica. por medio de procesos vanguardistas y de tecnologías limpias. que permitan cumplir con requerimientos importantes en el vertimiento de sus aguas. INTRODUCCIÓN Las últimas décadas han estado marcadas por una preocupación creciente por el entorno. que tiene como misión contribuir al desarrollo de la sociedad y de nuestro medio ambiente. 1.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. cumpliendo con el decreto 1594 de 1984. se componen principalmente de sustancias orgánicas resultantes de la transformación de las materias primas y de los productos químicos que son empleados en los tratamientos higiénicos y sanitarios. generando sobrecargas y problemas en la operación en las plantas de tratamiento. este concepto debe traducirse en el compromiso de fijar y lograr metas de funcionamiento que reduzcan las emisiones de sustancias nocivas. siendo así modificado el 25 de Octubre del 16 . no son constantes a lo largo de una jornada de producción. además de sólidos en suspensión y valores de pH que se encuentran por fuera de los rangos admisibles. la cual en su momento reglamentó la prevención y control de la contaminación. las posibilidades de vertido a depuradoras municipales. las posibilidades de reutilización de la misma.. que requiere desarrollar de forma integral la figura del ordenamiento hídrico y establecer el procedimiento para la reglamentación de los vertimientos previstos en el decreto 1594 de 1984. concentraciones. sólidos suspendidos. calidad requerida o esperada del efluente. para llevar a cabo esta tarea se analizó la influencia de factores: caudal. Debido al gran impacto ambiental que produce verter aguas industriales en el sistema de alcantarillado y a su vez en acuíferos o cuerpos de agua. Estas condiciones permitieron evaluar el funcionamiento actual de la planta. logrando de manera satisfactoria el rediseño de la planta coherente con el objetivo general de este trabajo. 2010 por el decreto 3930 de 2010 . establece e implementa una solución puntal para cada uno de los parámetros mencionados. e innovadora. También. el proyecto incluye un estudio de las diferentes alternativas y la selección de la más viable. es necesario tener control sobre algunos parámetros que permitan mitigar los daños ambientales en estas zonas. DQO (Demanda Química de Oxígeno). como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno). NKT (Nitrógeno Kjeldhal). SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano).Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. económica. tasas de vertido. 17 . pH. En este trabajo se realizó el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda. temperatura. tiempo de retención. y así mismo. composición. entre otros. no son constantes a lo largo de una jornada de producción. por esto se hace necesario buscar estrategias para reducir las cargas contaminantes de las aguas residuales de estas industrias.. limpieza y desinfección.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. En la actualidad Proleca Ltda. las cantidades de aguas residuales y la concentración de los contaminantes de estas empresas. debido al diseño deficiente de la planta. puesto que en sus procesos debe utilizar gran cantidad de agua de excelente calidad. este método presenta deficiencia respecto a el material del que están hechos los tabiques de floculación y en sus tiempos de retención. La calidad de dicho vertido obliga a las empresas a poseer una planta de tratamiento de aguas residuales que minimice el impacto ambiental de estas aguas sobre el medio ambiente. los cuales no son suficientes para reducir de forma adecuada los parámetros estipulados por el decreto 3930 de 2010. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Una de las industrias de mayor generación de aguas residuales con altas cargas de contaminantes orgánicos es la industria alimentaria. se caracterizan por poseer una gran cantidad de materia orgánica. la primera etapa consiste en un tanque séptico de concreto rígido el cual almacena el agua desechada de cada uno de los procesos de producción. 2. requerida en las etapas de lavado. posee una planta de tratamiento fundamentada en procesos físico-químicos. esta agua es bombeada a la segunda etapa. sólidos en suspensión y valores de pH que se encuentran por fuera de los rangos admisibles. la primera zona se realiza un proceso de floculación por medio de tabiques de madera. Las aguas residuales de las industrias alimentarias se componen de sustancias orgánicas resultantes de la transformación de las materias primas y de los productos químicos que son empleados en los tratamientos higiénicos y sanitarios. Las aguas residuales de la industria láctea. La planta posee tres etapas de tratamiento. la segunda zona se realiza el proceso de sedimentación 18 . un sedimentador que consta de dos zonas. esto produce altas concentraciones de contaminantes. SSH.. sólidos suspendidos. aceites. DQO. Hipótesis El rediseño la planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda. discreta. entre otros) del Decreto 3930 de 2010. DBO. no permite que el proceso de sedimentación se realice de forma pertinente. NKT.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. La salida del proceso no posee un caudal adecuado para la evacuación necesaria de las aguas residuales que se tratan. en los recursos naturales que son la fuente principal de las materias primas de nuestra sociedad. grasas. puesto que generan un impacto negativo en la sostenibilidad de los ecosistemas y a su vez. material flotante. debido a falta de mantenimiento de la zona de lodos. debido a esto se generan olores muy fuertes y desagradables que afectan la calidad de vida de los operarios y trabajadores de la planta. disminuirá significativamente los parámetros de vertimiento (pH. que son perjudiciales para el medio ambiente. 19 . temperatura. De acuerdo.. la cual se encontraba en mal estado. los diferentes métodos actuales de tratamiento están enfocados a la implementación de bioreactores debido a sus ventajas respecto a los procesos aerobios en términos de mayor grado de estabilización de las aguas residuales. con tecnologías utilizadas en nuestro país para el tratamiento de dichos residuos. JUSTIFICACIÓN En el contexto de la empresa Proleca Ltda. Este reduce los parámetros de vertimiento estipulados en la norma vigente que regula las aguas residuales y a su vez disminuye el valor de las tasas retributivas impuestas por el gobierno. las cuales deberán ser solventadas al gobierno de acuerdo al grado de contaminación que estas posean al momento de verterlas. El vertimiento de aguas residuales al alcantarillado está estrechamente ligado al pago de tasas retributivas. producción de metano y no requerimiento de oxígeno. Por todo lo anterior. problema que se manifiesta a gran escala en esta industria. era urgente un nuevo método de tratamiento. 20 . 3. también debe moderar la carga orgánica de las aguas residuales. La empresa contaba con una planta de tratamiento de aguas residuales. ya que la contaminación generada por la planta de tratamiento concibe un incremento a el valor que la empresa debe pagar por verter agua en el sistema de alcantarillado de la ciudad de Cartagena. es necesario reformar el método de tratamiento de aguas.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. con el estudio realizado en el estado del arte del presente trabajo. bajo crecimiento de biomasa y requerimientos nutricionales. el cual disminuye el impacto ambiental generado por la empresa al momento de verter agua en el alcantarillado. ya que no cumplía los requerimientos actuales a la norma vigente. implementando equipos y sistemas asequibles a la economía de la empresa. esta generaba mucha contaminación debido a su mal funcionamiento y a la cantidad de materia orgánica que poseen los residuos a tratar. El uso de energía en el proceso de electro coagulación es de vital importancia para la remoción de los diferentes parámetros de interés en el tratamiento de aguas residuales. como es el caso de Proleca Ltda. necesitan una gran extensión de tierra para ser construidas.. Las empresas pequeñas. y tomar medidas correctivas en los equipos que no estén operando en las condiciones adecuadas. la cual tiene ciertas limitaciones para la construcción de estructuras altas como lo son los reactores anaerobios y aerobios. siendo estos motivos adversos para la implementación de dicha tecnología en el tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda. Proleca Ltda. no posee una extensión geográfica suficiente para la construcción de este tipo de sistemas de tratamiento.. evaluando el diseño conceptual de cada uno. este tipo de procesos para el tratamiento de aguas residuales posee ciertas desventajas. es necesario reutilizar los equipos que se encuentran en el lugar de trabajo. la industria está ubicada en un área urbano industrial.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. además. la implementación de los 21 . Para cumplir el objetivo de este proyecto. Con el rediseño y adecuación de los equipos se reducirá el impacto económico al momento de tratar el agua residual de la empresa. sin impactar en la economía de la empresa. igualmente. este método ha presentado excelentes resultados en el tratamiento de aguas para las industrias lácteas. de esta manera el aprovechamiento de biogás en estos procesos lo hace una alternativa amigable con el medio ambiente. obteniendo porcentajes de remoción muy altos de los diferentes parámetros de interés en nuestro estudio. Sin embargo. Un método factible y efectivo es el proceso de electro coagulación. Por otro lado. no poseen el espacio requerido para la construcción de dicho equipo. el agente coagulante y los equipos de electro coagulación es una inversión grande respecto a la lucro de la empresa de estudio. los sistemas de tratamiento de lagunas facultativas y lagunas aireadas. 22 . muestran efectos positivos en la reducción de olores fuertes producidos por el agua y en la estabilización de lodos residuales de la planta de tratamiento. como el sulfato de aluminio. La empresa posee actualmente los equipos necesarios para realizar estos procesos. y un proceso biológico como la implementación de organismos eficaces. Los métodos físicos que se implementaran en el tratamiento de las aguas residuales serán. cuenta con un proceso de eliminación de grasas con sus respectivas trampas de grasa.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. además. tratamientos fisicoquímicos y microbiológicos han probado reducir de forma eficaz y eficiente la contaminación de las aguas residuales. siendo esta la alternativa económica y técnica más viable para esta empresa. El agua a tratar de la empresa tiene como principal característica altas concentraciones de materia orgánica lo que la hace acorde para tratarla con esta clase de microorganismos. variación de pH y temperatura. ayudará a eliminar los contaminantes de las aguas a tratar. También. la combinación de estos con agentes químicos. En los estudios consignados en el estado del arte. en la zona del floculador. Estos acompañados de un proceso químico consistente en agregar un agente coagulante. han reducido la contaminación bioquímica emitida por aguas utilizadas en procesos de producción. procesos de sedimentación y floculación. se ha demostrado que el uso de microorganismos eficaces en ambientes con alta concentración de materia orgánica. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Rediseñar la planta de tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda., mediante la redefinición física y conceptual de cada uno de los parámetros de diseño y de operación para cumplir con el decreto 3930 de 2010. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Realizar un diagnóstico del afluente y efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales, caracterizando el agua a tratar, para observar con detalle el porcentaje de remoción.  Identificar los puntos críticos del proceso de la planta de tratamiento de aguas residuales.  Recomendar e implementar una alternativa de solución con base en los problemas críticos identificados y alcanzar el óptimo funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas.  Elaborar un sistema de monitoreo teniendo en cuenta los diferentes parámetros a seguir: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano), entre otros, permitiendo un seguimiento constante de estos. 23 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 3. ALCANCE Este proyecto se desarrolló en la empresa Proleca Ltda., ubicada en la vía mamonal, delimitada en la parte Norte con el Barrio El Campestre, parte Este, Barrio Ceballos, por el Sur, Barrio Santa Clara, y por el Oeste por Muelles Contecar en la ciudad de Cartagena. Se limito el tema de impacto ambiental de la planta de tratamiento de aguas residuales, realizando un diagnóstico del afluente y efluente de las aguas residuales con el fin de obtener bases pertinentes para recomendar e implementar alternativas de solución y sistemas de monitoreo que contribuyan a dar cumplimiento a la normativa legal Decreto 1594 de 1984 y permitan reducir las tazas retributivas pagadas por el vertimiento de la empresa. 24 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 4. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE Se han realizado numerosas investigaciones sobre diseño, adecuación de la planta de tratamiento de aguas residuales para una industria Láctea, tanto en nuestro país como en el mundo. En el caso especifico de Portugal, país que asumió la presidencia de la Unión Europea entre julio y diciembre del 2007, resalta en su agenda la importancia del desarrollo sostenible de Europa y la importancia del medio ambiente, la posibilidad de utilizar los lodos de floculante en los reactores UASB aplicada al tratamiento de aguas residuales lácteos y los estudios del efecto del tiempo de retención hidráulica (6, 8, 12 y 16 h) en el rendimiento de los reactores. Da como resultado que el rendimiento de los lodos de floculante es similar a lo reportado en la literatura para los lodos granulares. Se observó, que al aumentar la TRH 6 a 12 h, el rendimiento del sistema se mejora relativamente a la carga máxima aplicable, la producción de la eficiencia de remoción de DQO y el metano, pero al aumentar la TRH 12 a 16 h, las diferencias no son significativas. Para lograr el traslado soluble en COD, la absorción de AGV y la mineralización de cerca de 80% de proteínas y la absorción de grasa por encima del 60%; es necesario para operar los reactores UASB utilizar una terapia de reemplazo hormonal de por lo menos 12 h. Además de esto los reactores deben ser operados con cargas de 2.5 g DQO / ℓ · d para alcanzar una conversión de metano de la DQO eliminado por encima del 70%. [1] Estados Unidos por medio de la federación ambiental del agua (Water Environment Federation) adelanta estudios pertinentes respecto a la conservación del medio ambiente y el tratamiento de las aguas residuales en las industrias, el tratamiento de la industria láctea y otras aguas residuales de procesamiento de alimentos requiere el reconocimiento de las características únicas de las materias primas, productos finales, procesos de fabricación y la generación de la corriente de aguas residuales. Los productores de lácteos de la industria manufacturera en general, manejan la fuerza orgánica de las diferentes materias primas y productos en forma líquida, que se 25 Otros factores abordados en el diseño de instalaciones exitosas incluyen el balance de nutrientes en el proceso de gestión de aguas residuales y el alojamiento para la precipitación potencial de los depósitos de calcio y fósforo en los tanques. en particular para el pretratamiento biológico o sistemas de tratamiento proporcionará una respuesta a perturbaciones en el proceso previsto debido a los derrames y las amplias variaciones en las características del agua residual cruda. Los reactores anaeróbicos avanzados o de segunda generación fueron desarrollados al inicio de los setentas. la temperatura. De la misma manera es importante para el proceso de diseño y selección del equipo es la habilidad y el conocimiento del operador empleado para administrar las instalaciones de gestión de aguas residuales. Las concentraciones de lácteos en las aguas residuales.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 26 . pH y los cloruros. tienen un impacto significativo sobre el diseño y operación de instalaciones de gestión de aguas residuales. pero su aceptación generalizada se dio diez años más tarde. encuentran en el flujo de las aguas residuales de las fábricas dan como resultado una alta variabilidad. tratamientos secundarios. [2] En años recientes. los procesos de tratamiento terciario y la utilización de equipos compatibles con los residuos de la industria láctea. La utilización efectiva del proceso y el equipo disponible es el camino para establecer el rendimiento a largo plazo de las aguas residuales de tratamiento eficaz y estable. El éxito de las aguas residuales y el diseño de las instalaciones de gestión. la igualdad de aguas residuales. tuberías y equipos. La selección del proceso debe reflejar las estrategias específicas de la planta para la detección de derrames y las desviaciones. en México ha enfrentado con mayor rigor los problemas relacionados con el control de la contaminación ambiental y la preservación del ambiente. La tecnología anaeróbica para el tratamiento de aguas residuales ha avanzado en los últimos 20 años y se ha constituido como una opción fuerte para el manejo de efluentes industriales. estos difieren de las aguas residuales urbanas en sus características generales. Es necesario un tratamiento previo a las aguas residuales de la industria alimenticia para que puedan ser desechadas o introducidas nuevamente en la red de abastecimiento. Estos tratamientos contemplan una serie de procesos y equipos específicos. también por su mayor concentración de materia orgánica. [3] En Venezuela. que a su vez. por lo tanto. resulta de gran importancia el cuidado del abastecimiento de agua limpia y potable.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. de modo que requieren un pre-tratamiento para producir un efluente equivalente. tanque Imhoff. son recomendables diversos sistemas biológicos de tratamiento de vertimientos. se empieza a tomar como alternativa las plantas de tratamiento de aguas residuales. ya sea sobre soportes inertes o mediante la formación de aglomerados densos (granos) que se retienen por sedimentación. en particular. El desarrollo de esta investigación está orientada hacia la demanda de tecnologías para el control de la contaminación del agua. por esta razón. se han investigado nuevas tecnologías para la aplicación de este conocimiento. se propuso la realización de un manual de diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales en industrias alimenticias. Los vertimientos de los procesos de elaboración de productos alimenticios contienen materia orgánica (disuelta o en estado coloidal) en distintos estados de concentración. parte del éxito se debió a un entorno favorable. El salto tecnológico que superó las aplicaciones tradicionales (fosa séptica. Además. productos tangibles y un prestigio en el ámbito nacional. donde fueron presentadas las características y dimensiones de dichos equipos. Es fundamental percibir como la biotecnología avanza cada vez más en el tema de las aguas residuales debido a que este mecanismo no solo es eficaz si no una alternativa económica viable para implementar en este tipo de procesos. fue creado por la decisión gubernamental de aplicar las leyes y reglamentos ambientales. y el reconocimiento de los métodos a emplear para el tratamiento con el propósito de que pueda ser reubicada o reutilizada. en efecto. Sin duda. laguna anaeróbica) fue el concepto de biomasa fija o biopelícula. en 27 . las sustancias primitivas y adaptación de la población de microorganismos.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. los cuales dependen del tratamiento biológico. [4] A partir de esta experiencia. se pueden notar diferentes parámetros de lineamiento cuando de aguas residuales se habla. observándose una reducción en la eficiencia de remoción de la DQO 28 . con una velocidad de carga orgánica en el reactor de 9. requerimientos nutricionales. La digestión anaerobia es una alternativa viable para el tratamiento de las aguas residuales de la industria láctea. debido a los cambios en los reglamentos político-ambientales de nuestro país.3 días y velocidades de carga orgánica entre 1. el diseño de los equipos es muy importante a la hora de tratar las aguas residuales de una industria alimenticia por ende.2%.d. en esta investigación evaluaron el rendimiento y capacidad de un reactor anaerobio de lecho de fangos (UASB) para remover la carga de materia orgánica contenida en suero de quesería. Los máximos niveles de reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) y de sólidos totales volátiles (STV) alcanzados fueron 98% y 97. producción de metano y no requerimiento de oxígeno. para proporcionar las condiciones ambientales correctas de los microorganismos. En Colombia se manifiestan nuevas tecnologías para el tratamiento de aguas residuales en la industria alimenticia.d. la mezcla. condiciones de alimentación de la planta y las condiciones ambientales correctas para el desempeño optimo de los microorganismos empleados en las diferentes etapas del proyecto. necesario realizar ajustes frecuentes en la alimentación continua.5 g de DQO/L. el pH. Colombia en estos últimos años ha venido apropiándose de este conocimiento.6 g DQO/L. bajo crecimiento de biomasa. hay que tener en cuenta las dimensiones de dichos equipos. El tratamiento de aguas residuales de la industria láctea en sistemas anaerobios tipo UASB. actualmente la importancia mundial por el medio ambiente no es un secreto de modo que. El reactor UASB fue operado con un tiempo de retención hidráulica (TRH) de 1.7 a 18. ha resaltado la importancia de las ventajas respecto a los procesos aerobios en términos de mayor grado de estabilización de las aguas residuales. 6 g DQO/L. hasta niveles de 77% cuando la carga orgánica se llevó a 18. para determinar los parámetros eléctricos de las fuentes de verificación. materiales y tipos de conexión. los electrodos son fundamentales para que la aplicación de la electrocoagulación tenga resultados óptimos con base en la caracterización fisicoquímica de las aguas residuales de una industria Láctea. La producción máxima de gas metano generado a partir del suero de queso estudiado fue de 0. sedimentación y dotación de siete electrodos de hierro y tres de aluminio dispuestos en forma alternada y conexión en paralelo separados por 10mm. Algunos aspectos de diseño a tener en cuenta están relacionados con la celda. una celda con capacidad para contener dos litros de aguas residuales que contemplan tres zonas: Reacciones. electroquímicas. Con base en los resultados se puede concluir que es recomendable el uso de reactores UASB para el tratamiento anaerobio de sueros de quesería. y tiempo al azar). juega un papel muy importante en la efectividad de remoción de contaminantes.d. El sistema de electrocoagulación que permitió el estudio del comportamiento de las aguas residuales de la industria láctea está conformado por una fuente de voltaje que entrega una corriente eléctrica de 25 A al medio acuoso. con un contenido de metano en el biogás de 56%. La investigación permitió establecer la geometría tanto de la celda como los electrodos.27 L CH4/g DQO afluente. obteniéndose un efluente de buena calidad para su descarga final. densidad de corriente. se diseño un sistema de electrocoagulación para estudiar el comportamiento de los diferentes parámetros involucrados en la renovación de contaminantes.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. [5] Esta investigación permite la implementación de sistemas anaerobios tipo USAB para el tratamiento de aguas residuales dando resultados acordes para la preservación del medio ambiente debido a que se alcanza un porcentaje de remoción muy alto al momento de dar resultados en los parámetros a medir en dicho trabajo. El diseño utilizado fue experimental con tres factores (pH. El tratamiento de aguas residuales de la industria láctea por electrocoagulación. 29 . así como el 30 . evaluando su efecto. Obteniendo resultados alentadores en la remoción de contaminantes hecho que ha despertado interés en la industria por investigar e implementar esta tecnología en el tratamiento de aguas residuales.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. bacterias acido lácticas y bacterias fotosintéticas. la relación entre parámetros y de éstos con la calidad del agua. El presente trabajo tuvo como objetivo monitorear algunos de los cambios fisicoquímicos y microbiológicos que se presentaron en un ARD tras aplicar 3 diferentes concentraciones de EM®. En los procesos electrolíticos el coagulante se forma por las reacciones de oxido. La electroquímica es una tecnología que en las últimas décadas ha tenido muchas aplicaciones industriales y se ha desarrollado rápidamente ofreciendo varios elementos que compiten de forma ventajosa en distintos procesos. reduciendo así sus concentraciones en el agua. puesto que este consorcio puede utilizar los compuestos contaminantes presentes en el agua residual doméstica (ARD) como fuente de carbono y energía para su metabolismo y crecimiento. Los microorganismos eficaces (EM®) han sido reportados como una alternativa frente al problema ambiental de la contaminación hídrica. según sus promotores. Japón. Teóricamente este producto comercial se encuentra conformado esencialmente por tres diferentes tipos de organismos: levaduras. las cuales desarrollan una sinergia metabólica que permite su aplicación en diferentes campos de la ingeniería. Alternativa muy buena cuando se posee medidores eléctricos al momento de determinar los diferentes parámetros a medir en un proceso de tratamiento de aguas residuales darían un valor estimado de la remoción de contaminantes y su respectiva renovación dentro del sistema de tratamiento de aguas residuales. [6] La electrocoagulación es una alternativa a la coagulación. por el profesor Teruo Higa de la Facultad de Agricultura de la Universidad de Ryukyu en Okinawa. Una nueva tecnología implementada en el tratamiento de aguas residuales es a partir de microorganismos eficientes estos fueron desarrollados en la década de los 70.reducción que ocurre en los electrodos y el medio acuoso y son promovidas por la corriente eléctrica. Adicionalmente. efecto de la profundidad en la acción de EM®. [7] La Universidad Autónoma de Yucatán. levaduras. NH4+. pH óptimo. NO3-. la concentración óptima de 1. DQO.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. pH. 1/5000 y 1/3000 v/v). es un proceso básico en el tratamiento de clarificación del agua en la eliminación de su turbiedad inicial.56 m y 7 mm de espesor que contenían 110 L de ARD cada uno (n=3). T. concentración óptima. De los resultados obtenidos con la prueba de jarras modificada para la sedimentación.10 x 0. se concluyó que un 25% de la materia orgánica no fue factible de ser removida. a excepción de la disminución significativa de S2. de igual forma no se observaron diferencias significativas entre el control y los tratamientos para la mayoría de los parámetros. Se tomaron muestras del ARD en dos alturas (20 y 40 cm) a los 0. 10. ST. PO4. Con el coagulante utilizado (sulfato férrico). Número de Camp para la mezcla lenta y carga superficial para la sedimentación. DBO. [8] La coagulación – floculación. los resultados no mostraron diferencias significativas entre las profundidades evaluadas. no se obtuvo una dosis óptima y la mejor dosis resultó de 300 mg/l que actuó por acción de barrido. presentan los resultados y los análisis de ensayos de laboratorio para determinar los parámetros óptimos de diseño de una planta convencional de tratamiento fisicoquímico de aguas residuales domésticas: dosis óptima. el Número de Camp para la mezcla rápida de 2700 y para la mezcla lenta de 860.(30 y 45 d) y coliformes fecales (10 d). Para este efecto se emplean 31 . lacto bacilos y bacterias fotróficas).5%. Bajo las condiciones del estudio. Para este fin se evaluaron tres dosis de EM® (1/10000. Número de Camp para la mezcla rápida. El pH óptimo fue de 5. se busca una aproximación al funcionamiento de EM® en este tipo de sistemas de tratamiento. por lo que se recomienda probar con polielectrolitos catiónicos de alta densidad que formen flóculos de mayor tamaño y densidad. así como recuentos significativamente mayores en levaduras y mayor DBO5 (30 y 45 d) en los tratamientos. SO4 y S) y microbiológicos (coliformes totales y fecales. 30 y 45 días analizando parámetros fisicoquímicos (OD. NO2-. empleando tanques de 1. heterótrofos totales. para evaluar la influencia de las variables que intervienen en el proceso y obtener las condiciones óptimas de operación. construcción y pruebas de floculación. además de no tener flexibilidad para variar el gradiente de velocidad. floculadores mecánicos o hidráulicos.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Las etapas del trabajo fueron: diseño. Esta investigación planteó el diseño de un floculador accionado con aire. que tienen la desventaja de mantenimiento periódico en motores y en agitadores. no cuenta con partes mecánicas y no requiere de mantenimiento. el cual regula el gradiente. con las siguientes condiciones de operación: 10 minutos de floculación.5 L/min) y dosis de coagulante de 50 mg/L. [9] 32 . El floculador logró eficiencias de eliminación de turbiedad del 82%. gradiente de 21/s (flujo de aire de 0. etc.. ya que según el producto que se elabore afecta considerablemente la carga contaminante. • Variaciones importantes del pH. de la industria láctea. colorantes. estabilizantes. debido a la presencia de componentes de la leche. principalmente debidos a los productos de limpieza y desinfección. • Presencia de aceites y grasas. 5. [17] En general.000-6. Principalmente procedentes de las operaciones de limpieza. Todos estos componentes aparecen en las aguas residuales en mayor o menor cantidad. debido a la grasa de la leche y otros productos lácteos. • Niveles elevados de nitrógeno y fósforo.000 mg DBO/L. el cloro etc. Los productos lácteos además de los componentes de la leche pueden contener azúcar.. dependiendo de la naturaleza y tipo de producto y de la tecnología de producción empleada. La DQO media de las aguas residuales de una industria láctea se encuentra entre 1. como en las aguas de lavado de la mazada. vertidos de soluciones ácidas y básicas. Se emplean sustancias tales como la soda cáustica. tengan características muy variables. pudiendo variar entre valores de pH 2-11. lo cual se asemeja una leche muy diluida. En el proceso se generan aguas residuales constituidas por las aguas de lavado. Se ha estimado que el 90% de la DQO de las aguas residuales de una industria láctea es atribuible a componentes de la leche y sólo el 10% a suciedad ajena a la misma. el pH variará entre ácido y alcalino. hace que las aguas residuales. según las sustancias usadas en la limpieza de los pasteurizadores y los demás aparatos. los efluentes líquidos de una industria láctea presentan las siguientes características: • Alto contenido en materia orgánica. MARCO TEÓRICO La variedad de productos y los métodos de producción. sal.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 33 . bien por disolución o por arrastre de los mismos con las aguas de limpieza. para efectuar la limpieza del equipo. En este nivel se hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisicoquímicos. Figura 1. [11]. pre-tratamiento.  Tanque Nivelador de pH: El volumen necesario para un tanque de igualación se estima mediante un balance de masa del gasto entrante a la planta con el gasto promedio para el que la planta este diseñada. tratamiento secundario.S. Estos niveles se conocen usualmente como.A 34 .1 MÉTODO DE TRATAMIENTO FÍSICO Y BIOLÓGICO 5. Sedimentador (Tratamiento Primario).  Sedimentador: Se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión. Tratamiento primario. tratamientos avanzados o terciarios. • Variaciones de temperatura (considerando las aguas de refrigeración).Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.1. • Conductividad elevada (especialmente en las empresas productoras de queso debido al vertido de cloruro sódico procedente del salado del queso). Su objeto además de igualar o nivelar el pH del la corriente es bombear agua constante hacia las posteriores etapas del proceso de tratamiento de aguas. sobrenadante y materia inorgánica. [17] 5.1 Niveles de tratamiento de aguas residuales Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales. Fuente: DLC. La aglomeración de las partículas va acompañada de cambios en la densidad y en la velocidad de sedimentación o precipitación. Las partículas que se depositan mantienen su individualidad. Las partículas forman una especia de manta que sedimenta con una masa total prestando una interfase distinta con la fase liquida. El tipo de tratamiento más empleado es el biológico en el que se facilita que bacterias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Sedimentación Discreta. Puede considerarse tres tipos de mecanismos de sedimentación dependiendo de la naturaleza de los residuos a tratar.[12] o Microorganismos Eficaces. Sedimentación por zonas. En esta fase del tratamiento se eliminan las partículas coloidales y similares.  Tratamiento Biológico: su objeto es reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Sedimentación con floculación. Se usa el término “microorganismos eficaces” o en inglés efficient microorganisms (EM®) para denotar cultivos mixtos específicos de 35 . 1. la sedimentación primaria. 2. Puede incluir procesos biológicos y químicos. neutralización y la desorción. 3. Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase. las propiedades físicas de las partículas no cambian durante el proceso. En este caso. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de microorganismos. la filtración. vitaminas y azúcares empleados por otros microorganismos. heterótrofos en general. como parte de su metabolismo. El ácido láctico es un componente con propiedades bactericidas que puede suprimir a los microorganismos patógenos. ácidos orgánicos y sustancias bioactivas como hormonas. Son microorganismos capaces de producir aminoácidos. incluso en el caso de compuestos recalcitrantes como la lignina o la celulosa. microorganismos benéficos conocidos que son empleados efectivamente como inoculantes microbianos.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. remediación ambiental. entre otros y se encuentra en la actualidad ampliamente distribuida. de cooperación y cometabolismo. Estudios de las interacciones entre los diferentes integrantes de las comunidades microbianas han demostrado en varias ocasiones una mayor eficiencia de estos consorcios en los procesos de degradación. con diversos tipos de metabolismo. mientras ayuda a la descomposición de la materia orgánica. [7] Dentro de gremio de organismos fotosintéticos que hacen parte de EM® se encuentra Rhodopseudomonas palustris. frente a estudios que involucran sólo a un gremio. que al encontrarse juntos presentan relaciones sinergistas. como sustratos para incrementar sus poblaciones. ayudando a evitar los efectos negativos de la materia orgánica que no puede ser descompuesta. industria animal. [7] EM® es un cultivo mixto de microorganismos no modificados genéticamente. 36 . EM® es una tecnología desarrollada en Japón en la década de los ochenta y ha sido empleada en diferentes campos como la agricultura. Dentro de los microorganismos que conforman el multicultivo EM® los más abundantes son las bacterias ácido lácticas. Estos microorganismos producen ácido láctico a partir de azúcares y otros carbohidratos generados por bacterias fotosintéticas y levaduras. ya que Saccharomyces no puede asimilar lactosa. galactosa. Las celdas correspondientes a la diagonal de la matriz se quedan vacías puesto que no se puede relacionar la causalidad de un problema consigo mismo. La suma de cada 37 .  Matriz de Vester Es una herramienta q facilita la determinación de las causas y consecuencias en una situación problemática. Ni el nitrato ni el nitrito pueden ser asimilados. 2 es causa mediana directa.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. se debe confrontar la matriz ubicando los problemas por filas y columnas siguiendo el mismo orden. 3 es causa muy directa. la valoración dada a la relación entre un problema con el otro se obtiene del consenso de los criterios del grupo de expertos que está participando. También puede utilizarse etanol como fuente de carbono. asignar una valoración de orden categórico al grado de causalidad tal como: 0 no es causa. aunque también pueden emplearse fructuosa. El nitrógeno asimilable debe administrarse en forma de amoníaco. primero se debe asignar una identificación numérica alfabética a los problemas encontrados. En la matriz se ubican los problemas detectados tanto por filas como en columnas en un mismo orden. maltosa y suero hidrolizado. aunque también se pueden emplear mezclas de aminoácidos. Todos los miembros de Saccharomyces emplean diversas fuentes de carbono y energía. Se debe calcular los totales por filas y columnas. 1 es causa directa. El tercer grupo dentro de los gremios de microorganismos presentes en EM® son las levaduras. En primer lugar se encuentran la glucosa y la sacarosa. la metodología para el llenado de dichas columnas es la siguiente. esta técnica fue desarrollada por el alemán Frederic Vester y aplicada con éxito en diversos campos. La suma de los totales por filas conduce al total de los activos que se corresponden con la apreciación del grado de causalidad de cada problema sobre los restantes. urea o sales de amonio. El paso a seguir es lograr una clasificación de los problemas de acuerdo a las características de causa efecto de cada uno de ellos. A partir de los valores resultantes se trazan sobre los ejes anteriores líneas paralelas al eje X si se trata de los pasivos y al eje Y si se trata de los activos. Lo anterior facilita un trazado de dos ejes representados por las perpendiculares trazadas desde de los ejes originales. problema crítico o indiferente. Para ello se deben seguir los siguientes pasos: Construir un eje de coordenadas donde en el eje X se situaran los valores de los activos y en el Y el de los pasivos. columna conduce al total de los pasivos que se interpreta como el grado de causalidad de todos los problemas sobre el problema particular analizado es decir su nivel como consecuencia o efecto. [23]. 38 . Luego de recrear estos pasos en Microsoft Excel. que permite la representación de 4 cuadrantes. consecuencias. lo mismo con los pasivos. se modificara estos parámetros antes mencionados de manera que en una columna se indique cuales problemas son causas. Se toma el mayor valor del total de activos y se divide entre dos.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. ubicando sobre ellos a cada uno de los problemas bajo análisis. NKT. etc. METODOLOGÍA En este proyecto el tipo de investigación empleada fue experimental. NKT. anteriormente realizada. sólidos suspendidos. pH.  Se realizó una caracterización de aguas residuales de tipo compuesta. Esta caracterización implica tomar una muestra cada 2 horas durante el periodo normal de operación de la empresa durante una semana la cual determinara parámetros como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno). 6. SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano). DQO (Demanda Química de Oxigeno). esta labor fue llevada a cabo por los laboratorios de calidad ambiental de CARDIQUE. obstrucción de tuberías. bajos tiempos de retención. por medio de la matriz de Vester para establecer las fallas en el proceso por medio de una relación de causalidad de los problemas 39 . en el cual se estudiaron las características y comportamiento de las aguas residuales generadas en la empresa Proleca Ltda. se identificaron los problemas técnicos en cada una de las etapas del proceso como..  Se utilizó un método de tipo cuantitativo (tablas y graficas). ya que es necesario organizar y clasificar los datos obtenidos de la caracterización de aguas realizada. DQO (Demanda Química de Oxigeno). falta de caudal salida. alta concentración de materia orgánica. Se analizaron las variables que afectan la eficiencia actual. SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano). comparando cada uno de los parámetros de entrada con su respectiva salida con los datos obtenidos de la caracterización de aguas.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. temperatura.  Se evaluó la eficiencia de eliminación de cada uno de los parámetros como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno). sólidos suspendidos. temperatura. pH.  Posterior a la caracterización de las aguas residuales. se diseño un manual de operación de la planta de tratamiento. se implementó la alternativa más viable económica y técnicamente ajustada a la investigación previa consignada en el estado del arte y marco teórico. normas y los diferentes aspectos fisicoquímicos como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno). se representó por medio de métodos gráficos como líneas de control. 40 . el comportamiento de los diferentes parámetros de interés a través del tiempo como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno). esto servirá para llevar seguimiento de la planta y así poder operarla de forma rápida y satisfactoria. sólidos suspendidos. alternativas viables de solución que se ajusten a los aspectos técnicos y económicos disponibles en el lugar de trabajo. para obtener una solución puntal y efectiva a la problemática de la planta de tratamiento de aguas residuales. se investigó de forma pertinente a las problemáticas que surgieron. pH. DQO (Demanda Química de Oxigeno).  De acuerdo a la anterior. proponiendo soluciones confiables a cada una de las problemáticas identificadas. NKT. pH.  Seguido a esto.  Sucesivo a esto.  Por último. temperatura. donde se describió el procedimiento. DQO (Demanda Química de Oxigeno). SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano). sólidos suspendidos. se recopiló toda la información de los diferentes muestreos hechos en los años anteriores de la planta de tratamiento de aguas residuales y posterior al rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. encontrados para tener conocimiento de las especificaciones a corregir para su posterior arreglo. las cuales han sido implementadas con éxito anteriormente y se encuentran originados en la literatura. temperatura. SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano). NKT. Conductividad.M 2540 . Sólidos Suspendidos en Hexano.1 1.00 2913.17 28.M 2550 .00 492.B S. RESULTADOS La caracterización de aguas residuales llevada a cabo por CARDIQUE fue de tipo compuesta.31 10.88 12 Carga Kg/Día NA NA NA NA NA 17. Entrada Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales.86 30.S.00 4098.31 ± 0.46 2120.T mg/L S.0074 1.66 124.94 7. Demanda Bioquímica de Oxígeno.20 6.00 3689.40 152.M 4500-NH3F S.20 114. la cual determinó los parámetros de interés (Caudal.83 29.02 0.3 554.25 ± 0. 41 .21 ± 0.00 3410.67 8.S.00 3729.M 5220 .60 7.B S.00 4.B Conductividad μS/cm S. 7.00 544. Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.P -E Parámetros Unidades Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 Promedio 0.36 0.M 2540 .8 0.30 2341.00 2.B S.399 Limite de Detección NA NA NA NA NA 4.50 29. El resultado emitido se encuentra en las siguientes tablas: Métodos Aforo Caudal L/s Volumétrico pH Unidades S.H NKT Fósforo Total mg/L mg/L mg/L mg/L S.31 7.0 1705..60 9. Nitrógeno Kedhjal Total.30 33.34 6.00 2623.90 ± 0.85 7.54 18.60 439.86 7.190 0.M 2510 .00 2565.38 3.00 2959.M 5210.12 9.261 0.80 180.62 8. durante una semana.F S.B DQO S.27 77.00 1275.M 4500 .12 0.22 1401.20 0.04 5.07 1.00 733.M 4500 H-B Temperatura ºC S.30 1255.3 1073.00 474.S mL/L S.00 2555. por tanto el número total de muestras fue 25.99 30.25 0. pH.78 8.04 15.63 0.19 10.40 201.D DBO5 mg/L S. una por día.00 100. Temperatura.0 1331.00 2.40 Tabla 1.070 ± 0.33 471.20 133. Sólidos Suspendidos Totales.07 0. Se realizaron en total cinco de muestras. Demanda Química de Oxígeno.00 <LD 0.M 5220 . Sólidos Suspendidos.72 1. Fósforo Total) a la entrada y salida del sistema de tratamiento.031 ± 0. B 970.07 1. se observa el índice de biodegradabilidad de los residuos a tratar.8 0. Métodos Día 1 Día 2 Aforo Caudal L/s Volumétrico 1.39 0.54 14.01 5.B 31. Esta relación servirá para seleccionar un método indicado 42 .00 2930.00 1695.12 Fósforo Total mg/L S.63 pH Unidades S.M 4500 H-B 10.00 166.56 876.48 4.377 Limite de Detección NA NA NA NA 0.91 30.61 30.02 0.53 4.44 0.5 0.26 8.60 516.176 0.00 482.60 Conductividad μS/cm S.92 12 Carga Kg/Día NA NA NA NA NA 6.261 0.0 373.20 Tabla 2.00 786.17 8.00 10.20 10. Indice de Biodegradabilidad 1.60 9.31 ± 0.20 236.44 525.27 3422.M 2550 .20 0.00 78.00 DBO5 mg/L S.95 30.B 784.20 0.12 0.6 0.31 10.M 2510 . Salida Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales.S mL/L S.4 0.M 5220 .0074 1.50 4.070 ± 0.35 1678.B 607.00 17.8 0.P -E 4.80 1270.98 6.M 2540 .30 29. Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE.00 455.46 1.33 30.50 1689.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.60 1.M 4500 .2 0 Día 1 Día 2 Día 3 Primer Semestre del 2010 Día 4 Día 5 Figura 2.M 5210.5 1207.M 4500-NH3-F 1..H mg/L S.60 4.90 5.10 4.16 146.M 5220 .80 NKT mg/L S.T mg/L S.2 Indice de Biodegradabilidad 1 0.00 2750. la grafica anterior proporciona los valores de biodegradabilidad del agua el cual consiste en relación DBO/DQO.M 2540 .60 Día 4 Día 5 Promedio 0.F <LD 0.90 ± 0.031 ± 0.S.D 162. el valor de la DQO en la mayoría de los casos será inferior a el valor de la DBO debido a que muchas sustancias pueden oxidarse químicamente pero no biológicamente.78 7.20 5.50 DQO mg/L S.07 6.20 S.B 13.S.6 0.72 10.2 S.50 Temperatura ºC S.60 3.68 71.65 S.20 53. Índice de Biodegradabilidad Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE En la figura 2.20 92.20 Parámetros Unidades Día 3 0.25 ± 0.21 ± 0. esto indica. por esto la planta de tratamiento no cumple con este punto de la norma vigente.01 unidades de pH. no se encuentra acorde con la exigencia de la norma vigente. mientras que la norma exige que el porcentaje de remoción en carga sea de un 80%. el cual se fundamenta en las normas de vertimientos.88%.30 ºC. siendo el promedio semanal de esta 30.61 a 10. ya sea biológico o químico. para el tratamiento. Respecto a la temperatura manejada a la salida de la planta de tratamiento.T de la planta de tratamiento de aguas residuales es de un 64% en carga. Según la norma. que los residuos a tratar tienden a ser biodegradables En el decreto 3930 de 2010. 43 . la temperatura a la salida se encuentra entre 29.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.4. debido a que estos son mayores a los exigidos en la norma. de acuerdo a la tabla 2.33 semanal.S. las unidades de pH de la salida de la planta de tratamiento deben permanecer en un rango de 5 a 9. los valores de DBO deberán ser un 80% en carga de remoción. el rango de pH emitido por la planta de tratamiento esta previsto en un rango de 4. de acuerdo a la tabla 2. Para desechos industriales el artículo 73 de la norma de vertimientos. se puede observar que los valores en promedio sobre pasan un índice de biodegradabilidad de 0. esta se encuentra en el rango admisible estipulado. teniendo como base la norma. en la tabla 3 se ilustra que el porcentaje de remoción en carga de la planta de tratamiento es de 30.56 ºC. el porcentaje de remoción de los diferentes parámetros evaluados en la caracterización de aguas residuales. con un promedio de 6. hace referencia a las normas que todo vertimiento deberá cumplir. De acuerdo con la tabla 3 del presente trabajo.60 y 31. El porcentaje de remoción de S. valor que infringe la norma actual. 176 0.27 77.34 5. Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE.S.399 Carga (Kg/Día) Salida NA NA NA NA NA 6.H debido a que los residuos a tratar en la planta poseen cantidades mínimas de Sólidos Suspendidos en Hexano.10 64.M 5220 .94 7. De acuerdo con la norma vigente para vertimientos. 44 .377 % Remoción NA NA NA NA 0.B S.36 0. En la figura 3 se ilustra el porcentaje de remoción de los diferentes parámetros emitidos por la planta de tratamiento durante la semana de la caracterización.S.M 5210. los demás parámetros poseen un porcentaje de remoción menor al 70%.66 124.B S.09 30.39 0. se resalta que la remoción por carga debe ser mayor del 80%.S S.B S.M 2510 .P -E Carga (Kg/Día) Entrada NA NA NA NA NA 17.S. parámetros que son de mucha importancia al momento de verter aguas residuales.M 2540 .44 0.M 4500 . Porcentaje de Remoción Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales.99 7. se puede ver claramente que el único parámetro que cumple con este requisito es S.T DBO5 DQO S.D S.M 4500-NH3-F S.M 4500 H-B S.190 0.68 71.88 42.B S.M 2550 .M 5220 .20 53.B S.M 2540 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Parámetros Caudal pH Temperatura Conductividad S.45 Tabla 3.86 93.F S.H NKT Fósforo Total Unidades L/s Unidades ºC Μs/cm mL/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Métodos Aforo Volumétrico S. se utiliza agua para lavar los equipos combinada con detergentes..H NKT Fósforo Total Figura 3. generando así. en los procesos de lavado. llegan a la planta de tratamiento sin una fase previa de igualación. limpieza del pasteurizador. soda cáustica e hipoclorito de sodio. mientras que en las horas de la tarde. Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE. 100 90 80 % Eliminación 70 60 50 40 30 20 10 0 S. esto altera el agua a tratar creando cambios bruscos de pH y temperatura a diferentes horas del día en la salida de la planta.1 PROBLEMAS TÉCNICOS ENCONTRADOS Debido a los procesos productivos de la industria Proleca Ltda. también.S. estas corrientes con diferentes unidades de pH y temperatura. 45 . 7.T DBO5 DQO S. descremador y maquinaria de leche en polvo. se realizan en las horas de la mañana y parte de la tarde.S. agua residual básica. Porcentaje de Eliminación Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. el agua residual de los diferentes procesos se torna acida debido a la cantidad de residuos lácteos implicados. cabe resaltar las pruebas de manufactura higiénico sanitarias como el lavado de tuberías mediante procesos de vaporización de agua.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 46 . el agua residual drena hacia un tanque de almacenamiento de concreto rígido.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. estas cuentan con un metro de ancho por un metro de largo y un metro de profundidad (Figura 4.). es drenada por tuberías hacia dos trampas de grasa. aunque bien dimensionadas no se les realiza un debido y constante mantenimiento. como primera medida de tratamiento. esto disminuye la efectividad de remoción debido a la cantidad de grasa almacenada y atascada en las tuberías de la trampa de grasa. Figura 4. Tanque de Almacenamiento. el cual contiene una bomba sumergible. El agua residual de los procesos de producción. que envía el agua hacia la planta de tratamiento. Trampa de Grasas. Figura 5. Seguidamente. . esta posee un motor o floculador el cual no se encuentra en condiciones operativas (se encuentra detenido).Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. la primera zona se encarga de flocular los diferentes compuestos presentes en el agua o sólidos en suspensión. el cual está conformado por dos zonas. Figura 6. Entrando a la fase de tratamiento primario. La bomba antes mencionada no genera un caudal adecuado para el tratamiento. 47 . Floculador. Tubería Bomba Sumergible. esto genera reboses en el tanque de almacenamiento y derrames en el proceso de tratamiento de aguas residuales. Figura 7. el agua residual pasa a un sedimentador. también.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. generando mucho más sólidos en suspensión y posible obstrucción al momento de drenar el agua hacia la siguiente etapa del proceso. los cuales tienen como función aumentar el tiempo de retención al momento de flocular para atrapar en su mayor parte el material floculante y evitar la contaminación. estos se encuentran en un deplorable estado debido al nulo mantenimiento realizado en la planta de tratamiento. forma y material (madera) de los tabiques. En la figura 8. se puede ilustrar la disposición. Figura 8. 48 . éstos se adicionan de forma manual por medio de una manguera que se encuentra conectada a un tanque donde se preparan dichos aditivos químicos. lo cual genera materiales indeseables como astillas. se encuentran rotos y en estado de deterioro. se utiliza una cantidad no controlada y abundante de aditivos químicos tales como. Floculador – Tanques Preparación de Aditivos. Además. hipoclorito de sodio y sulfato de aluminio. donde se pretende que las partículas aglomeradas o floculadas tengan el suficiente tamaño para caer en la cámara de lodos. Igualmente. en esta etapa se presentan problemas. 49 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. En la última etapa del proceso el agua residual pasa a la segunda fase del sedimentador. Figura 9. Láminas Floculador. Figura 10. no se tiene programado un plan de mantenimiento del sedimentador donde se haga la debida disposición de los lodos residuales confinados en el fondo. primero el caudal proveniente de la etapa anterior es muy pequeño lo cual no permite que el sedimentador opere en óptimas condiciones (Figura 10). Entrada Sedimentador. esto genera una deficiente evacuación de las aguas previamente tratadas.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. también se presenta un tiempo de sedimentación muy bajo debido a que al final del sedimentador todavía hay partículas aglomeradas que no alcanzaron a sedimentar (Figura 11). estos filtros carecen de un mantenimiento adecuado. lo cual general obstrucción de los filtros disminuyendo el caudal final y la pérdida de eficiencia de esta etapa. Figura 11. Como último problema se puede percibir la falta de caudal a la salida de la planta de tratamiento (ver tabla 2 y Figura 13). Al final de la etapa de sedimentación se agrega una pequeña filtración. esta filtración intenta eliminar el exceso de material floculante en el agua tratada. así como. acumulación de residuos líquidos y desbordes de las aguas residuales. 50 . Salida Sedimentador. Figura 13.1 Matriz de Vester Por medio de este instrumento de análisis de impacto. evaluación y 51 .1. problemas críticos y consecuencias del mal funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales. Figura 12. Ya identificados los diferentes problemas técnicos de la planta de tratamiento de aguas residuales utilizando.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. se aplicó para cada uno de los criterios identificados en el diagnostico técnico de la planta. Salida de la Planta de Tratamiento. este basado en la inspección. se relacionan dichos problemas con los diferentes parámetros evaluados en la caracterización de aguas residuales. Filtros. la matriz de Vester. 7. se identificó las causas. Generación de Aguas Básicas. Generación de Aguas Acidas. DESCRIPCIÓN DE LOS PROBLEMAS Cambios de Temperatura. Procesamiento de Lácteos. Descuido de las Trampas de Grasa. Utilización de Detergente Lavado de Maquinaria. efectos y sus relaciones. Tabla 4. mientras que en la parte derecha expresa su debida clasificación. caracterización de las aguas residuales nos guiará en la debida implementación de la matriz de Vester. Se aplica en la matriz el nivel de causalidad de cada criterio y se utiliza para identificar las causas. Cambios en el pH. Alta Concentración de Materia Orgánica Entrada Falta de Caudal Entrada Falta de Caudal Salida Falta de Mantenimiento Tuberías Inactividad Floculador Implementación no Controlada De Productos Químicos para la Floculación y Desinfección Bajo Tiempo de Retención Floculador Mal Estado de los Tabiques Alta Concentración de Sólidos en Suspensión Obstrucción en las Tuberías Bajo Caudal Medio Poco Tiempo de Sedimentación Falta de Mantenimiento Sedimentador Material en Suspensión Sedimentador Alta Concentración de Materia Orgánica Salida Falta de Mantenimiento Filtros Lavado De Equipos a Altas Temperaturas No. P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P18 P19 P20 P21 P22 P23 P24 TOTAL TOTAL CUADRANTE ACTIVOS PASIVOS 0 6 3 6 10 3 0 12 3 0 15 3 6 12 16 18 19 0 17 17 17 15 18 18 12 10 5 15 11 13 6 3 0 2 2 9 7 27 5 0 5 9 0 28 33 19 15 0 20 30 0 0 3 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 1 1 1 3 4 1 1 3 3 CLASIFICACIÓN Indiferente Indiferente Indiferente Indiferente Indiferente Causa Causa Causa Causa Consecuencia Causa Causa Causa Causa Causa Problema Crítico Problema Crítico Problema Crítico Indiferente Causa Problema Crítico Problema Crítico Indiferente Indiferente 52 . En la tabla 4 se ilustra en la parte izquierda la descripción de los problemas identificados en el diagnóstico previamente hecho. Resultados Matriz de Vester.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. inactividad en el floculador. Tomando acciones correctivas a este tipo de situaciones se logró mejorar de forma significativa el proceso de tratamiento de aguas residuales. falta de caudal en la entrada. descuido de las trampas de grasa. los problemas críticos en el proceso de tratamiento de aguas residuales de esta industria fueron. alta concertación de materia orgánica en la salida. es evidente cuales son los puntos a corregir en el sistema de tratamiento de aguas. material en suspensión en el sedimentador. se podrá llegar a mejorar el proceso y cumplir con las normas legales estipuladas por el Ministerio de Medio Ambiente. bajo tiempo de retención en el floculador. implementación no controlada de productos químicos para la floculación y desinfección. dando prioridad a los problemas críticos que se han encontrado en nuestro diagnóstico. 53 . falta de mantenimiento en las tuberías. procesamiento de lácteos. Como se ilustra en la tabla 4. Estos indicadores identificados fueron corregidos con alta prioridad debido a que impactan de manera negativa en el proceso de aguas residuales originando consecuencias como la falta de caudal en la salida. de aplicar esta herramienta. Después. obstrucción en las tuberías y alta concentración de sólidos en suspensión. Las causas relacionadas con los problemas indicados en el párrafo anterior fueron. Tomando acciones correctivas en los diferentes puntos encontrados en nuestro análisis. bajo caudal medio. alta concentración de materia orgánica en la entrada de la planta. mal estado de tabiques y falta de mantenimiento sedimentador. también están diseñadas con una tapa liviana para hacer limpieza frecuente.[13] La profundidad de la trampa de grasa existente es de 0.15 m por debajo 54 .1. El caudal de diseño para las trampas de grasa es de 6L/s Las dimensiones de la trampa de grasa son. La profundidad no deberá ser menor a 0. 1m de largo y 0.[13] El ingreso a la trampa de grasa se hace por medio de codo de 90º y un diámetro mínimo de 0. La parte inferior del codo de entrada se prolonga hasta 0.5 m de ancho. por lo cual nuestro tiempo de retención será 3 minutos.80m. La salida se realiza por medio de una T con un diámetro mínimo de 0. 7. en lo posible se ubicarán en zonas sombreadas para mantener bajas temperaturas en su interior.80 m. [13] o La relación largo: ancho del área superficial de la trampa de grasa deberá estar comprendido entre 2:1 a 3:2. las cuales están ubicadas antes de el tanque séptico.0 minutos. Dimensionamiento Las trampas de grasa existentes en el proceso poseen características adecuadas para el proceso de tratamiento de aguas residuales.2 Diseño conceptual de los equipos utilizados en la plata de tratamiento de aguas residuales. o El volumen de la trampa de grasa se calculará para un período de retención entre 2. se evaluaron las trampas de grasas ya existentes en el proceso.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.  Trampa de grasa Debido a que las aguas residuales de la industria láctea poseen un alto contenido de grasa.5 a 3.075 m.075 m. después de realizarles mantenimiento se evaluaron las características de diseño para su debida confrontación con la literatura. La parte superior del dispositivo de salida deja una luz libre para ventilación de no más de 0. la adquisición de este equipo la capacidad útil del proceso y aporta mejoras en la eficiencia del tratamiento.15 m del fondo. estos se ubicaran en la entrada de la planta de tratamiento y están condicionados según el caudal para tener un tiempo de retención hidráulica igual a 0. La trampa de grasa tiene forma piramidal invertida con la pared del lado de salida vertical. los cuales operaran por acción de la gravedad.092 horas o 5. del nivel de líquido. La parte inferior de la tubería de salida está entre 0. La igualación del agua residual. se usara para amortiguar las variaciones en el pH y la concentración de sólidos en el agua a tratar.35 m.52 minutos. El espacio sobre el nivel del líquido y la parte inferior de la tapa es de 0.  Tanques de nivelación de pH Por motivos de espacio y de diseño se incluirán al método de tratamiento de aguas residuales dos tanques de igualación de pH de 2000 L cada uno. El área horizontal de la base es de 0.075 m y 0. 55 .25 m de diámetro.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. y el lado inclinado tiene una pendiente de 45º con respecto a la horizontal. La diferencia de nivel entre la tubería de ingreso y de salida no es menor a 0.05 m.05 m por debajo del nivel de la losa del techo. Se considera como pretratamiento y acondicionamiento previos en la planta. el periodo de diseño. Deberá cumplir las relaciones: El tiempo de retención será entre 2 . Como datos de inicio debemos conocer:   Caudal necesario según el crecimiento demográfico.  Sedimentador El sistema de pretratamiento es una estructura auxiliar que debe preceder a cualquier sistema de tratamiento. Los orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 ó 1/6 de la altura (H) a partir de la superficie del agua y los más bajos entre 1/4 ó 1/5 de la altura (H) a partir de la superficie del fondo. [15] 56 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Las partículas que se encuentran en el agua pueden ser perjudiciales en los sistemas o procesos de tratamiento ya que elevadas turbiedades inhiben los procesos biológicos y se depositan en el medio filtrante causando elevadas pérdidas de carga y deterioro de la calidad del agua efluente de los filtros. a unidades como desarenadores y sedimentadores.7 a 1.6 horas. teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años y su período de operación es de 24 horas. 3 < L/B < 6 5 < L/H < 20 L/H = Vh/Vs La ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0. Calidad fisicoquímica del agua. Esta estructura persigue principalmente los objetivos de reducir los sólidos en suspensión de distintos tamaños (principalmente pequeños) que traen consigo las aguas.00 m de distancia de la pared de entrada. La sedimentación es un proceso muy necesario. se muestra a continuación. los tabiques de concreto prefabricados y la madera. El dimensionamiento y la selección de los equipos. auxiliares y materiales de construcción se muestran en la 57 . Las unidades de pantallas son las más eficientes y económicas de todos los floculadores actualmente en uso. Debido a la gran cantidad de compartimientos que tienen. La unidad puede tener una profundidad de 1. [16] Entre los materiales indicados para las pantallas. Si se empleara madera.3 Diseño básico de los equipos utilizados en la plata de tratamiento de aguas residuales. el tiempo real es prácticamente igual al tiempo teórico cuando la unidad ha sido bien proyectada. del costo del material y de los recursos disponibles.1.00 a 2. confinan casi perfectamente el tiempo de retención. dependiendo del material utilizado en las pantallas. las consideraciones de diseño. el costo de producción es muy bajo. Se utilizaran pantallas removibles de PVC.  Floculador Por especificaciones económicas y de diseño.00 metros. Debido a que no se requiere energía eléctrica para su funcionamiento.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. se pueden disponer tabiques de madera machihembrada. También puede emplearse madera revestida con una capa de fibra de vidrio. se realizara una unidad de flujo horizontal. la elección del material dependerá del tamaño de la planta. En cada caso. el cual es un material inerte. tratada con barniz marino aplicado en varias capas. el plástico. de tal manera de formar una gruesa capa impermeabilizante. [16] 7. debido a que el caudal es menor de 50L/seg. cada una en sentido opuesto a la anterior. los que ofrecen mayor confiabilidad son la fibra de vidrio. La aplicación de ingeniería conceptual y básica de diseño del proceso implementado. resistente a la corrosión y tiene un tiempo de utilidad efectiva de 20 años. Diagrama de Bloques Planta de Tratamiento 58 . En la figura 14.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. memoria de cálculo (ANEXO 2). Trampas de grasa Sedimentador mixto Afluente Tanques de Nivelación de pH Tanque de bombeo Figura 14. se ilustra el diagrama del proceso propuesto en base al rediseño de los equipos y por último. los datos de los equipos diseñados se encuentran de la tabla 5 a la tabla 9. Tanque Nivelador pH Planta de Fecha: Abril 22PROLECA Tratamiento de Página: 1/2 Aguas. 2011 LTDA. Datos Generales 1.550 Altura (m) Volumen total Numero de 2 2 3 (m ) tanques Datos de Diseño Polietileno Material de Construcción Agua Producto Temperatura de diseño 305 (K) 1. Datasheet Tanque Nivelador de pH. Localización: Distrito MamonalCartagena. Tabla 5.52 Diámetro interno (m) 1.064 Presión de diseño (bar) Plano Fondo Superior Toriesférico Fondo Inferior 59 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Datos Generales 1 Largo (m) 0. Datasheet Trampa de Grasa. PROLECA LTDA.8 Profundidad (m) Numero de 0. 2011 Localización: Distrito Mamonal.Cartagena.4 Volumen total (m3) trampas Datos de Diseño Cemento Material de Construcción Agua Producto 305 Temperatura de diseño (K) Acero Material de la Tapa Página: 1/2 2 60 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.5 Ancho(m) 0. Tabla 6. Trampa de Grasa Planta de Tratamiento Fecha: Abril 22de Aguas. 9 Altura del Vertedero (m) Volumen total Numero de 46.6 Largo (m) 1. Datos Generales 8. Tabla 7.86 Ancho (m) 4. Página: 1/2 2011 LTDA.Cartagena.93 1 (m3) Sedimentadores Datos de Diseño Cemento Material de Construcción Cerámica Resistente a Carga Orgánica Recubrimiento 305 Temperatura de diseño (K) 1. Localización: Distrito Mamonal.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Sedimentador Planta de Tratamiento Fecha: Abril 22PROLECA de Aguas.89 Altura (m) 2.064 Presión de diseño (bar) 40 Numero de Placas Angulo de Inclinación 45º Placas 61 . Datasheet Sedimentador. 2 Espaciamiento entre Columnas (cm) Datos de Diseño Cemento Material de Construcción Agua Producto Temperatura de diseño 305 (K) Página: 1/2 62 . Datasheet Pantalla Difusora.055 Diámetro de Orificios(m) 21 Numero de Orificios 7 Numero de Columnas 3 Numero de Filas 3.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Tabla 8. 2011 LTDA. Localización: Distrito Mamonal.7 Espaciamiento entre Filas (cm) 3.13 Altura Pantalla Difusora (m) 0. Pantalla Difusora Planta de Fecha: Abril 22PROLECA Tratamiento de Aguas. Datos Generales 1.Cartagena. Cartagena. Datasheet Floculador.86 Altura (m) 0.1 Largo (m) 0.75 Ancho (m) 6. Datos Generales 3.99 1 Volumen total (m3) Floculador Datos de Diseño Cemento Material de Construcción Cerámica Resistente a Carga Orgánica Recubrimiento 305 Temperatura de diseño (K) 40 Numero de Placas Angulo de Inclinación 0º Placas 63 . 2011 Localización: Distrito Mamonal.9 Ancho de los Canales (cm) 30 Longitud de los Canales (cm) Numero de 1.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Floculador Planta de Tratamiento Fecha: Abril 22de Aguas. Página: 1/2 PROLECA LTDA. Tabla 9. para saber cuanta cantidad de litros de microorganismos a la semana se necesitan se divide el volumen de DBO entre 1000. para mayor eficiencia se deberá inocular 37 litros en el día y 37 litros en la tarde.4 Tratamiento Biológico La metodología para implementar los microorganismos eficientes de esta manera. 7.1. se realizó un proceso de ampliación. En las siguientes imágenes se muestra el proceso de implementación del rediseño en la planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa que se basa en la tabla número 7.5 Implementación del diseño Los siguientes parámetros de diseño fueron entregados al maestro de obra contratado por la empresa. Figura 15. [9] Esto significa que se deben agregar 74L/día.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Proceso de ampliación Planta de tratamiento de aguas Proleca Ltda. 7.  Sedimentador Para alcanzar el ancho ideal de la planta de tratamiento. el cual ejecuto la obra civil para el rediseño de la planta de tratamientos de aguas residuales. 64 . luego por motivos de limpieza y mantenimiento se procedió a enchapar con cerámica resistente a la carga orgánica las paredes de la planta.1. 65 . se presentan las especificaciones correspondientes a la pantalla difusora.  Pantalla difusora En la tabla número 8. dichas especificaciones se implementaron de la siguiente manera. Figura 16. Láminas Sedimentador terminadas. Figura 17.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Montaje de las láminas en el Sedimentador. Figura 18. las diferentes remodelaciones se ilustran en las siguientes figuras. Pantalla difusora terminada.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Figura 19.  Floculador Las especificaciones del floculador se consignan en la tabla numero 9. Floculador y montaje de láminas. 66 . Tanques de igualación de pH. Floculador terminado. 67 .  Tanques de igualación de pH Figura 21.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Figura 20. S.6% de los sólidos suspendidos totales. destacaron que los sólidos suspendidos pueden ser removidos desde la fuente de producción. Eliminación de S.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.T. 68 .S.T 1er semestre 2010 S. Comparando con el estudio en el cual implementando producción limpia para el procesamiento de productos lácteos. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 S. 7.S. los resultados fueron del 19. [18]. valores que se encuentra por debajo del 80% obtenido en el presente trabajo.T 2009 S.1. efectuando balances de masa y listas de chequeo en la entrada y salida de la producción.T 2do semestre 2010 % Eliminación Figura 22.6 Mejoras en el tratamiento En las siguientes graficas se muestran los resultados de las caracterizaciones realizadas en los años anteriores al rediseño para cada uno de los parámetros de la planta de tratamiento de aguas residuales. o Eliminación de Sólidos Suspendidos Totales En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para los sólidos suspendidos totales.S. 90 80 %Eliminación 70 60 50 40 30 20 10 0 DBO5 2009 DBO5 1er semestre 2010 DBO5 2do semestre 2010 Figura 23. o Eliminación de DBO5 En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para la demanda bioquímica de oxigeno. Eliminación DBO5. 69 . En la investigación donde se implementa un reactor UASB. [19]. Utilizando un reactor UASB complementado por un sistema de lodos activados obtuvieron un promedio de remoción de sólidos suspendidos totales de un 72%. un poco menor al obtenido por el estudio anterior. teniendo en cuenta que el proceso realizado en este trabajo no implica la implementación de sistemas de tratamiento avanzados como los reactores UASB. [5] El porcentaje de remoción alcanzado por la planta de tratamiento respecto a la DQO fue del 80%.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. a pesar de combinar dos tratamientos tan efectivos para el tratamiento de aguas residuales no logran un porcentaje de remoción mayor al consignado en este trabajo. los máximos niveles de reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) 98%. [5] la intensidad de corriente producida por los equipos utilizados en este método de tratamiento logran un porcentaje de remoción mayor al porcentaje alcanzado por el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales implementado en este trabajo. alcanzaron un porcentaje de remoción de DQO del 93%. Según el estudio mediante la influencia de la recirculación en un sistema de filtro percolador la experiencia obtenida dio como resultado un 70 . alcanzaron un porcentaje de remoción total de materia orgánica medida como DQO de 63. Eliminación de DQO. o Eliminación de DQO En la siguiente figura se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para la demanda química de oxigeno. El porcentaje de DBO removido por el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales fue del 80%.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 90 80 %Eliminación 70 60 50 40 30 20 10 0 DQO 2009 DQO 1er semestre 2010 DQO 2do semestre 2010 Figura 24. Implementando una planta convencional de tratamiento fisicoquímico de aguas residuales. Implementando electrocoagulación. [8] Siendo este mucho menor al porcentaje logrado en este trabajo el cual fue de un 80%.3%. porcentaje de eliminación del 87. [20]. mientras. en la investigación implementando producción limpia para el procesamiento de productos lácteos destacaron que la DQO puede ser removida desde la fuente de producción. [18].H En la siguiente figura enseña los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para los sólidos suspendidos en hexano. el valor que se encuentra en un rango admisible respecto a los datos referenciados anteriormente en la literatura.S.4%.S.S. efectuando balances de masa y listas de chequeo en la entrada y salida de la producción.H 1er semestre 2010 S. El rediseño de la planta de tratamiento logro un valor del 99%. o Eliminación de S.36%. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 S.H 2do semestre 2010 %Eliminación Figura 25. mientras en el trabajo donde se evalúa el rendimiento de un reactor anaerobio para el tratamiento de 71 . esto quiere decir que. los resultados fueron del 65.H.H 2009 S. siendo este un valor casi ideal al momento de tratar aguas residuales de la industria láctea.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Eliminación S.S.S. mediante reactores de biopelicula para el tratamiento de aguas residuales de la industria láctea obtuvieron un porcentaje de remoción de N.T En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para el Nitrógeno Kedjal Total.3% [22] valor que supera por poco al obtenido por el rediseño realizado en este trabajo. [21] o Eliminación de N. 70 60 % Eliminación 50 40 30 20 10 0 NKT 2009 NKT 1er semestre 2010 NKT 2do semestre 2010 Figura 26.T.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.K. alcanzaron un valor en el porcentaje de remoción de sólidos suspendido en hexano de un 90%.K.T del 78. Eliminación N.K. 72 . teniendo en cuenta el trabajos realizados. aguas residuales de la industria láctea. El valor obtenido en el presente estudio fue de un 68%. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 60 50 %Eliminación 40 30 20 10 0 Fósforo Total 2009 Fósforo Total 1er semestre 2010 Fósforo Total 2do semestre 2010 Figura 27. o Eliminación de Fósforo Total En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres semestres para el fósforo total.H. Eliminación de Fósforo Total. DQO y S. se puede decir que la planta de tratamiento no cumplía con el objetivo de eliminar los contaminantes de el agua residual pero los parámetros se conservaban en un rango admisible.S. El rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa alcanzó un porcentaje de remoción por encima del 80% en los parámetros S.T y fosforo total no lograron alcanzar el 80% pero 73 . menos los sólidos suspendidos en hexano que alcanza un 90% debido a que los residuos a tratar son en su mayoría orgánicos.S. DBO.T. como se observa en las graficas anteriores.K. Como se puede observar en las figuras anteriores. los parámetros tratados no alcanzan a llegar al 70% de remoción. los parámetros N. el porcentaje de remoción en el año 2009 no era el exigido por la norma vigente para el vertimiento de las aguas industriales. En el primer semestre del 2010 se observó un deterioro en la efectividad de la planta de tratamiento de aguas residuales. es necesario conocer los diferentes sistemas de tratamientos aplicados a la industria. es necesario poseer conocimientos básicos y prácticos de las variables a controlar..  Para la debida operación de la planta de tratamiento de aguas residuales. (ver ANEXO 3) brinda una noción de los diferentes aspectos a estudiar de la planta de tratamiento de aguas residuales. También. El manual de la planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda. mejoraron considerablemente respecto a los años anteriores. esto demuestra la eficiencia del sistema de tratamiento actual.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 74 . a pesar de la existencia de equipos al momento de diseñar. 8. Al cumplir con la norma vigente que rige el vertimiento de las aguas residuales. la DQO en un 40%. CONCLUSIONES El rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales es eficiente y garantiza el cumplimiento de los parámetros establecidos en la norma ambiental 3930 del 2010. la comparación del rediseño respecto a la literatura es acorde a las condiciones de diseños proporcionada por las especificaciones de producción de la empresa. la combinación de tratamientos físicos con tratamiento biológico es una alternativa viable y eficaz al momento de tratar aguas residuales en la industria láctea. se encuentran dentro de los rangos de diseño recomendados por los autores estudiados en el presente trabajo. los sólidos suspendidos totales mejoraron en un 20%. la DBO mejoro en 50%. para el proceso de sedimentación y floculación. se aspira a conseguir el permiso de vertimiento que otorga la entidad ambiental para suspender el pago de tasas retributivas.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 75 . debido a que los parámetros de diseño calculados de los equipos utilizados en el tratamiento de las aguas residuales de la industria. NKT en un 60% y el fósforo total en un 40% respecto a la etapa anterior al rediseño. Como se puede observar en las graficas finales. además la alta carga orgánica biodegradable evaluada en los residuos emitidos por la industria de estudio es susceptible de su tratado. el rendimiento de la planta mejoro significativamente. ya que no cuenta con un sistema de remoción de lodos.  Recomendaciones El sistema de tratamiento de aguas residuales debe someterse a continuo mantenimiento. 76 . para siguientes estudios en la industria es recomendable implementar un sistema paralelo de floculación y sedimentación para que el tratamiento sea constante al momento de hacer mantenimiento a la unidad de tratamiento.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Pontificia Universidad Javeriana. USA. “Miniproyecto de Ingeniería Química” Gómez Departamento de Fenómenos de Transporte. 2000.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 7) Forlan Fabio. 9. Instituto de Ingeniería UNAM. 5) Arango Bedoya Oscar y Sánchez e Sousa Luciana. “Plant design and operation of wastewater treatment of milk”. 1997. 2001.2005. Water Environment Federation. D. Industrial Wastes. BIBLIOGRAFIA 1) H Nadais. [TESIS]. 3) Noyola Adalberto. “Treatment of dairy wastewater in UASB reactors inoculated with flocculent biomass”. “Evaluación del Efecto de los Microorganismos Eficaces (EM®) Sobre la Calidad de un Agua Residual Doméstica”. Environment and Planning Department. Hernández Mario y Paz Luiselena. Aveiro. “Tratamiento de Aguas Residuales de la Industria Láctea por Electrocoagulación”. Venezuela. México. 2008.F. 77 . “Desarrollo de Tecnologías Mexicanas en Tratamiento de Aguas Residuales: una Experiencia”.1994. 4) Da Camara Lesly. [TESIS]. Pasto. Thomas H. L Arroja y A Duarte. 2) Probst. Grupo de Investigación GAMA. 6) Arango Ruiz Álvaro y Garcés Giraldo Luis Fernando. “Tratamiento de Aguas Residuales de la Industria láctea en Sistemas Anaerobios tipo UASB”. Corporación Universitaria la Sallista. I Capela. 2005. Bogotá. Portugal. Universidad de Nariño. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 8) Castillos Borgues Elba R., Herrera Canché Gonzalo M., Méndez Novelo Roger “Determinación de Parámetros de Diseño de Un Tratamiento Fisicoquímico de Aguas Residuales”, [TESIS].México; Universidad Autónoma.2000. 9) Luciano Sandoval Yodal, Ivalu Beutelspacher Santiago, “Equipo Floculador Con Aire”, [TESIS]. México; Instituto Mexicano de Tecnología del Agua.1997. 10) METCALF Y EDDY. Ingeniería de Aguas Residuales, volumen1. Tratamiento, Vertido y Reutilización. Mac Graw Hill, tercera edición; 1996. 11) OROZCO JARAMILLO Álvaro. Bioingeniería de Aguas Residuales Teoría y Diseño. ACODAL, Barranquilla; 1996. 12) RUBENS SETTE Ramalho, Domingo Jiménez Beltrán, De lora Federico. Tratamiento de Aguas Residuales. Reverte. Barcelona; 1996. 13) Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria “Especificaciones Técnicas para el Diseño de Trampa de Grasa”; 2003. 14) Rivas Mijares G., Tratamiento de Aguas Residuales.Ediciones Vega. España; 1978. 15) Grau José, Andaría Díaz Emyra, “Diseño de Sedimentadores de Placas Paralelas”. [TESIS].Venezuela; 2002. 16) Canepa de Vargas Lidia, “Estudio de la PFR de Barranca”.CEPIS. Lima; 1977. 17) Centro de Actividad Regional para la Producción Limpia, “Prevención de la contaminación en la industria láctea”, España; 2002. 78 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 18) Ozbaya A. y Demirer G.N., “Evaluacion de la Oportunidad en la Producción mas Limpia en la Instalación de Procesamiento de Lácteos”, [TESIS]. Ankara Turkey; 2006. 19) Tawfika A., Sobhey M. y Badawy M., “Tratamiento Combinado de una Lechería y Aguas Residuales Domesticas Mediante Flujo Ascendente de Mantos (UASB) Seguido por Lodos Activados”, [TESIS]. Egipto; 2007. 20) Rivera A., Valdez P., Castro R., Nieves G., y De la Torre V., “Influencia de la Recirculación en un Sistema de Filtro Percolador”. Cuba; 1998. 21) Omil F., Garrido J., Arrojo B., Méndez R., “Evaluación del rendimiento de un Reactor Anaerobio para el Tratamiento de Aguas Residuales de la Industria Láctea”, [TESIS].España; 2003. 22) Sirianuntapiboon S., Narumon J., y Rarintorn L., “Sequencing batch reactor biofilm system for treatment of milk industry wastewater”, [TESIS].Thailand; 2005. 23) Cuthbert J., “Administration y Finanzas, Desarrollo Organizacional”. México; 2004. 79 Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Anexos 80 ANEXO 1 ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS PARAMETROS REQUERIDOS SEGÚN EL DECRETO 1594 DE 1984.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 81 .  Demanda bioquímica de oxígeno: Para desechos domésticos Remoción > 30% en carga Remoción > 80% en carga.0864) b = (q) (cv) (0. bases o soluciones ácidas o básicas que puedan causar contaminación. La carga de control de un vertimiento que contenga las sustancias de que trata el artículo anterior. aun cumpliendo con las normas de vertimiento. con las siguientes normas: Referencia Valor:       pH 5 a 9 unidades Temperatura < 40°C Ácidos.0864) 82 . Referencia Usuario Existente Usuario Nuevo Sólidos suspendidos para desechos domésticos e industriales Remoción >50% en carga Remoción > 80% en carga. Para desechos industriales Remoción > 20% en carga Remoción > 80% en carga Caudal máximo 1. Según el artículo 73 del decreto 1594 de 1984 Todo vertimiento a un alcantarillado público deberá cumplir. el Ministerio de Salud o las EMAR (Entidad encargada de los residuos) podrán exigirles valores más restrictivos en el vertimiento.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Sustancias solubles en hexano < 100 mg/l. Ausentes Sólidos sedimentables < 10 ml/l. por lo menos. se calculará mediante la aplicación de las siguientes ecuaciones: A = (q) (cdc) (0. sustancias explosivas o inflamables.5 veces el caudal promedio horario  Carga máxima permisible (CMP) de acuerdo a lo establecido en los artículos 74 y 75 del presente Decreto. Cuando los usuarios. produzcan concentraciones en el cuerpo receptor que excedan los criterios de calidad para el uso o usos asignados al recurso. kg/día. se sujetará al pago de tasas retributivas del servicio de eliminación o control de las consecuencias de las actividades nocivas expresadas. CDC: Concentración de control. mineros o industriales. CV: Concentración en el vertimiento. la utilización directa o indirecta de los ríos. CAPITULO XII DE LAS TASAS RETRIBUTIVAS Artículo 142: De acuerdo con el artículo 18 del Decreto 2811 de 1974. Artículo 143: La tasa retributiva ordinaria (TO) se calculará mediante la aplicación de la siguiente ecuación: TO = CC x SM1 + TOX x SM2 CC = 2DBO + DOO + S. Para los efectos de las ecuaciones a que se refiere el presente artículo adóptense las siguientes convenciones:       A: Carga de control. 0.0864: Factor de conversión. mg/l.S.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. La carga máxima permisible (CMP) será el menor de los valores entre A y B. mg/l. aguas negras o servidas de cualquier origen y sustancias nocivas que sean resultado de actividades lucrativas. SM1 = A x SMD 83 . l/seg. B: Carga en el vertimiento. kg/día Q: Caudal promedio del vertimiento. arroyos. lagos y aguas subterráneas para introducir o arrojar en ellos desechos o desperdicios agrícolas. Dichas tasas serán pagadas semestralmente en los términos del presente Decreto. en pesos/kg. se adoptan las siguientes convenciones: CC: Carga combinada.5 x 10-4 días/kg. SM1: Factor que permite expresar el costo del programa de control por unidad de carga combinada. en kg/día. SM2 = B x SMD x P Parágrafo 1: Para efectos de la aplicación de las ecuaciones a que se refiere el presente artículo. siempre y cuando haya habido notificación previa por parte del usuario. 84 . TO: Tasa retributiva ordinaria diaria. en kg/día. Se considera igual a 20.2 días/kg. SS: Sólidos suspendidos. en Kg/día. DBO: Demanda bioquímica de oxígeno a cinco (5) días. teniendo en cuenta los períodos en que no se produjo. en pesos/kg. TOX: Sumatoria de sustancias de interés sanitario. A: 2. SMD: Salario mínimo diario vigente en la fecha de evaluación. en kg/día. B: 0. DQO: Demanda química de oxígeno. P: Factor que prevé la acumulación de sustancias de interés sanitario en el recurso.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. SM2: Factor que permite expresar el costo del programa de control de las sustancias de interés sanitario. en kg/día. Parágrafo 2: Para la aplicación de las ecuaciones se tomará como base la caracterización promedio del vertimiento en el semestre inmediatamente anterior. en pesos. 85 . SMD: Salario mínimo diario vigente en la fecha de evaluación. se adoptan las siguientes convenciones: CACC: Costo administrativo y de investigación del programa de control de los parámetros de la carga combinada. siempre y cuando el vertimiento ocurra en el mismo cuerpo de agua. siempre y cuando el vertimiento ocurra en el mismo cuerpo de agua. descontando la carga que existe en el punto de captación del recurso. Artículo 144: Los factores A y B de la tasa retributiva ordinaria diaria (TO) se podrán modificar mediante la aplicación de la siguiente ecuación: A = CACC TCC x 365 x SMD B = CATOX TTOX x 365 x SMD Parágrafo: Para los efectos de la aplicación de la ecuación a que se refiere el presente artículo. o de las sanciones a que haya lugar de conformidad con el presente Decreto. Artículo 145: En ningún caso el pago de la tasa retributiva exonera a los usuarios del cumplimiento de las obligaciones relativas a las normas de vertimiento. TTOX: Total de sustancias de interés sanitario vertidas al recurso dentro del área de jurisdicción en kg/año. en pesos/año. descontando la carga existente en el punto de captación del recurso. en kg/año. CATOX: Costo administrativo y de investigación del programa de control de sustancias de interés sanitario.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. de seguridad. TCC: Total de carga combinada vertida al recurso dentro del área de jurisdicción. en pesos/año. ni de la aplicación de las medidas preventivas. 86 . Artículo 149: Los usuarios deberán informar previamente a la EMAR los períodos en que no harán vertimientos. Artículo 148: Los usuarios que cumplan con las normas de vertimiento pagarán la tasa retributiva ordinaria diaria. Artículo 146: La tasa retributiva deberá cancelarse en el trimestre siguiente a la fecha de ejecutoria de la resolución que la establece. Artículo 147: Las EMAR recaudarán el producto de las tasas retributivas cuando lleven a cabo el servicio de eliminación o control de las consecuencias de las actividades nocivas a que se refiere el artículo 142 de este Decreto. deberá previamente convenirse entre ellas el porcentaje de participación que a cada una corresponde. Cuando se adelanten por parte del Ministerio de Salud o sus entidades delegadas. En caso contrario.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. con su participación. así como por cualesquiera otras entidades. se aplicarán las sanciones a que haya lugar. ANEXO 2 MEMORIAS DE CÁLCULO 87 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 80m. o El volumen de la trampa de grasa se calculará para un período de retención entre 2.5m de ancho.5 a 3. en lo posible se ubicarán en zonas sombreadas para mantener bajas temperaturas en su interior. La profundidad no deberá ser menor a 0.[13] La profundidad de la trampa de grasa existente es de 0. [13] o La relación largo: ancho del área superficial de la trampa de grasa deberá estar comprendido entre 2:1 a 3:2. 1m de largo y 0.0 minutos.80 m. las cuales están ubicadas antes de el tanques séptico. por lo cual nuestro tiempo de retención será 3 minutos. El caudal de diseño para las trampas de grasa es de 6L/s Q=6L/s Las dimensiones de la trampa de grasa son.[13] 88 . después de realizarles mantenimiento se evaluaron las características de diseño para su debida confrontación con la literatura. también están diseñadas con una tapa liviana para hacer limpieza.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. se evaluaron las trampas de grasas ya existentes en el proceso. la misma que debe ser frecuente. MEMORIAS DE CALCULOS  Trampa de grasa Debido a que las aguas residuales de la industria láctea poseen un alto contenido de grasa. Dimensionamiento Las trampas de grasa existentes en el proceso poseen características adecuadas para el proceso de tratamiento de aguas residuales. TRH  TRH  TRH V Q Ec.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.092hora 89 . La parte superior del dispositivo de salida deja una luz libre para ventilación de no más de 0. [14] 2000 L 21600 L / hora  0.075 m y 0. los cuales operaran por acción de la gravedad.092horas o 5. El área horizontal de la base es de 0.  Tanques de nivelación de pH Por motivos de espacio y de diseño se incluirán al método de tratamiento de aguas residuales dos tanques de igualación de pH de 2000L cada uno. La salida se realiza por medio de una T con un diámetro mínimo de 75 mm. 1. El ingreso a la trampa de grasa se hace por medio de codo de 90º y un diámetro mínimo de 75 mm.52 minutos.15 m del fondo. estos se ubicaran en la entrada de la planta de tratamiento y están condicionados según el caudal a tener un tiempo de retención igual a 0. Y el lado inclinado tiene una pendiente de 45º con respecto a la horizontal. La trampa de grasa tiene forma piramidal invertida con la pared del lado de salida vertical. La diferencia de nivel entre la tubería de ingreso y de salida no es menor a 0.05 m por debajo del nivel de la losa del techo. El espacio sobre el nivel del líquido y la parte inferior de la tapa es de 0. La parte inferior del codo de entrada se prolonga hasta 0.25 m de diámetro.05 m. La parte inferior de la tubería de salida está entre 0.35 m.15 m por debajo del nivel de líquido. 6 m B 3 B  2 .5833 0.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. se hallara el área superficial (As).[15] En el diseño original y construcción de la planta de tratamiento de aguas residuales. teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años y su periodo de operación es de 24 horas. [15] L 3 B L B 3 8 . 90 .2. dimensionado por posibles condiciones de ampliación en la producción.4m 3 / dia Caudal Valor m 3 / dia m 3 / hora m 3 / min m 3 / seg 518. las dimensiones de esta quedaron de la siguiente manera.00599 Teniendo en cuenta el caudal de diseño. L  8. AS  Q TES AS  Area Superficia l TES  Tasa espesifica Se dim entacion Ec. Q  518.3517 0.6m Según la literatura la relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) estará entre los valores de 3-6m. se hallara el área superficial (As).  Sedimentador El periodo de diseño.4 21.8 m Por medio de la ecuación numero 3 y las dimensiones previamente calculadas de la planta. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.72m V  42.6mx2.30m 3 Con los datos obtenidos hallamos el Tiempo de Retención Hidráulica (Trh).3.6mx2.72m El volumen del Sedimentador se dará por la expresión: V  LxBxH V  8.[15] Reemplazando y despejando de la ecuación numero 2.[15] 42. TRH  TRH  TRH V Q Ec.4m 3 / dia  24.2 min 91 .65m 2  21. [15] L 5 H L H 5 8 .8m AS  24.6 m H 5 H  1. AS  TES  TES TES Q TES Q AS 518.4. AS  LxB AS  8.65m 2 Ec.02m 3 / m 2 / dia La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) deberá ser de 5-10.30m 3 0.86mx1.3517 m 3 / min  120. 5.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. R PxR H xVf  Ec. La densidad del afluente P es igual a 994.4x10-5.375 1500-1600 Tabla 10.75 1. Cd  24 3   0.[10]   Vis cos idad Dinamica del Agua R H  Radio Hidraulico Se dim entador Vf  Velocidad de Flujo Donde u es la viscosidad dinámica del agua. [10] 92 .8 m 2 s dp  diametro particula Ps  Densidad de Solidos P  Densidad del afluente Ec. Fuente: DIA piscicultura Catripulli. [14] Densidad relativa Kg/ml Residuos Lácteos 0. Sustancia Esfericidad Diámetro mm Donde Cd se calcula por medio del número de Reynolds. Rh es el radio hidráulico del sedimentador y Vf la velocidad del flujo.6.[10] R R El numero de Reynolds se calcula con la ecuación numero 7. u=110.Propiedades Residuos Lácteos. VS  4 gx( Ps  P ) xdp 3CdxP g  9.7.73Kg/m3. Para obtener la velocidad de sedimentación (Vs) se aplica la ley de NewtonStokes simplificada.34 Ec.[15] Cd  Coeficient e arrastre . 07m RH  Reemplazando en la ecuación 7.86mx1.0207  0.72m RH  1. 24 3   0.86mx1.72m 2. La velocidad del flujo se calcula por medio de la ecuación 8.9 1156.0882  0.72m Vf  0. reemplazando en la ecuación 5 los valores de la anterior tabla y los calculados.34 1156.73) VS  0.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.[15] BxH 0.73) x0.4480) x(994.0012 110.4 x10 5 R  1156.9 Cd  0.73 x1.130m / s 93 .8.9 Reemplazando en la ecuación 6.001375 3(0.9[14] BH 2.86m  1. Vf  Q Ec.34 Cd  0. RH  BxH Ec.4489 Cd  Para los residuos de alimentos.34 R R 24 3 Cd    0.0012m / seg El radio hidráulico se calcula por medio de la ecuación 9.9 x(1500  994.07 x0. la velocidad de sedimentación será: VS  VS  4 gx( Ps  P) xdp 3CdxP 32. R R PxR H xVf  994.00599m 3 / seg Vf  2. 10.[10] VS 1.[15] 2/3  0. para facilitar el deslizamiento del sedimento.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.11.72m  0. [15] H ` H  0.00599m 3  H2    1. se calculó la altura de agua sobre el vertedero por medio de la ecuación número 10.[15] 94 . [15] V0  Velocidad de paso entre los orificios V0  0.86m)  H 2  0.049m Para el diseño de la pantalla difusora se asume una velocidad de paso entre los orificios. [15] El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 3 a 10%. TTS  H Ec.12.1H H `  1.72m 0.16seg TTS  TTS  0.1m / seg Se determinara el área total de los orificios.84 B   2/3 Ec. A0  Q V0 Ec.130m / s TTS  13.  Q  H2   1.1(1.892m Con un vertedero de salida igual al ancho de la unidad.84(2. Calculamos el tiempo de sedimentación por medio de la ecuación 9.72m) H ` 1.21 min El tiempo de retención hidráulica debe ser mayor al tiempo de sedimentación. donde: Tts<Trh. 13m Se asume el número de filas de orificios y columnas.14. [15] n A0 Ec.[15] h  1. A0  0. h  H  2 / 5H h  1. [15] d 0  Diametro de Orificio d 0  0.72m) Ec.002381m 2 n  21 Calculo altura de la pantalla difusora con orificios.1m / s A0  0.05m 2 Se adopta un diámetro de orificio.055) 2 a0  4 a 0  0.00599m 3 / seg 0.055m Donde a0  d 2 4  (0.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. n f  Numero de Filas nC  Numero de Columnas 95 .05m 2 n 0.72m  2 / 5(1.002381m 2 Se determina el número de orificios por medio de la ecuación numero 13.13.[15] a0 n  Numero de Orificios 0. 17.[15] 2 2. a2  B  a1 (nc  1) Ec.86m  0. a1  h Ec. np  ATS Ecuación .32m a2  Se determina el número de placas por medio de la ecuación numero 15 (Shimokubo).13m 3 h  0. [15] 96 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.37m(7  1) 2 a 2  0. por razones de recorrido interno del fluido y del diseño y construcción de las mismas.15. de manera que no se flecten al paso del agua.37 m a1  Calculo espaciamiento entre columnas. nF  3 nC  7 Calculo espaciamiento entre filas.[15] En el caso de lodos livianos el ángulo de inclinación debe ser 55º.15 dp1 xLPxCos  ATS  Area Total Se dim entacion dp1  Ancho Adecuado Placas   Angulo de las Placas LP  Longitud de las placas LP será aproximadamente el ancho del sedimentador LP=2.[15] nf h  Espaciamiento entre Filas 1.86m.[15] El ancho adecuado de las placas es de 60cm. por criterio de diseño escogeremos un VLS de 300ml/L.00384( IVL)  0.[15] C0 VLS=Volumen de Lodos Sedimentable. Donde ATS y el Área requerida para el espesamiento (Ae).[15] Ae  QxC0 Ec.0000543( IVL) IVL=Índice de volumen de lodos.45xFsMax Ec.19.636 IVL  97 .[15] Donde K es una constante empírica calculada por la siguiente de Wahlberg: K  0.[15] 300ml / L 471.17.18. se hallan por las ecuaciones: ATS  1.[15] FsMax  Flujo de Solidos Maximo Fsmax se haya por la expresión de Miller.4( Ae  Ac ) Ec. IVL  VLS Ec.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.426  0.46ml / L IVL  0. VLS esta entre los valores de 105 y 412ml/L.21. FsMax  0. IVL se halla por medio de la ecuación 21.20.54 x V0 K Ec.[15] FSDIS Co  Concentrac ión de Solidos Totales Afluente FSDIS  Factor de Segurdidad de Diseño Donde Co es la concentración de sólidos totales del afluente y FSDIS se obtiene por la expresión: FSDIS  0. 127 FSDIS  0.[15] 0.37m 2 Finalmente reemplazando en la ecuación 15.60mx2. 0.2m Ae  Ac se hallara por medio de la ecuación 18.2 49.86mxCos55 np  40 np  98 .426  0.4235 FsMax  0. Ac  Ae  8.22  21.8 0.636) K  0.00384(0.37m 0. 39.6 Ec.00599m 3 x 471.45 x0.10) ATS  39.18. ATS  1.4(49.6 4 A c  21.22m 2  8.636)  0. Reemplazando K  0.54 FSDIS  0.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.4235 0.057m / s Reemplazando en la ecuación de Ae.0000543(0.1m / s 0.1m 2 Ac  Reemplazando en la ecuación 17 obtenemos.127m / s FsMax  0.46ml / L 0.057m / s 2 Ae  49. el cual es un material inerte.059m 2  0. Se utilizaran pantallas removibles de PVC.069m 99 .[16] H H=Altura del agua en la unidad Por motivos previos de construcción la altura máxima alcanzada por el agua es de 0.[16] H aCN aCN 0.86m  0.23.10-0.  Floculador Por especificaciones económicas y de diseño. se realizara una unidad de flujo horizontal.86m.60m/s.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. [16] Criterios y Dimensionamiento La velocidad promedio deberá estar entre los valores de 0.10m / seg A A  0. debido a que el caudal es menor de 50L/seg.0059m 3 / seg A 0.10m/s Área de los canales Q V 0. Ancho de los canales aCN  A Ec. [16] V=0. resistente a la corrosión y tiene un tiempo de utilidad efectiva de 20 años.059m 2 Donde Q es igual al caudal de diseño y V la velocidad promedio. Calculo ancho del los canales aCN  A Ec.24. 1044 Reemplazando ecuación 26.75 N  40 N 100 .[16]   VxTx60 Ec. N  Ec. se utilizó la ecuación 26.26.069m) d  0.24.0102 B  0. Para el cálculo de la longitud de los canales se utilizó la ecuación numero 24 donde T=5min.75m Reemplazando en la ecuación 25.[16] b  Anccho Util La min a de Plastico Lisa d  1.5a d  Diametro La min a d  1. 30 0.[16]   Longitud de Canales V  Velocidad de Flujo T  Tiempo de Re sidencia   VxTx 60   0.5a d  1.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.[16] B Para obtener el valor del ancho de la unidad.10m / sx5 min x60   30cm Calculo número de canales en cada tramo se halló mediante la ecuación 25. B  3(0.5(0.25. B  3b  d Ec.215)  0. 01m.[16]    2 r  Radio Hidraulico de la Unidad n  Cons tan te de Manning La constante de Manning para placas planas.86 r  0.86 0.0397m Calculo de carga en los canales   nV h2   2 r   3      Ec.1m Calculo perdida de carga en las vueltas donde el valor de K es el coeficiente de perdida recomendable debe estar entre 3-3.37 m r 101 .013 r BxH BH 0. n=0.28.[16] 2g K  Coeficient e de Perdida 3(0.27. Calculo longitud de cada tramo.65 x0.29. [16] h1  KV 2 ( N  1) Ec.069  0.5.65  0.10) 2 (40  1) h1  2(9.[16] L  N (a  e) Ec.[16] L  N ( a  e) L  40(0.01) L  3.8) h1  0.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. donde el valor de e para láminas planas es 0. 0397  0. para mayor eficiencia se deberá inocular 37 litros en el día y 37 litros en la tarde.0243 h  0. h  h1  h2 h  0. 102 .013x0.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.0243m Finalmente calculamos la pérdida total de cada tramo sumando las dos anteriores.37 2    3   h2  0.      0.064m 2  Tratamiento Biológico La metodología para implementar los microorganismos eficientes de esta manera [16]: C em  V / 500 C em  C em 518400 L 1000  518L / semana Esto significa que se deben agregar 74L/día.10   30 h2   0. Reemplazando en la ecuación 29. ANEXO 3. MANUAL DE OPERACIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 103 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. RAÚL LUIS PÁEZ OSORIO INGENIERO QUIMICO. CARTAGENA DE INDIAS D. MANUAL DE OPERACIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROLECA LTDA.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.T Y C 2011 104 . esencialmente con el decreto 3930 de 2010 del Ministerio del Medio Ambiente. diagramas de flujo y procedimientos de operación de la planta. INTRODUCCIÓN La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda. ubicada en la ciudad de Cartagena está diseñada y construida para cumplir con las normativas ambientales. controles y recomendaciones en el tema de medio ambiente. Esta es sometida a monitoreos semestrales por parte de la autoridad ambiental. quien tiene la competencia de ejecutar los seguimientos. este manual contiene también funcionamiento. los tipos de tratamientos físicos y químicos empleados en la planta de tratamiento. Este documento muestra los conceptos elementales referentes a los efluentes producidos por la industria láctea. 105 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. y a su vez. mantenimiento.. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. Conocer los tipos de tratamientos empleados en la planta. Indicar el tiempo y el mantenimiento de operación de la planta de tratamiento de aguas residuales. OBJETIVOS     Ilustrar nociones básicas sobre el tema de residuos lácteos. 106 . Mostrar los procedimientos de operación de la plata de tratamiento de aguas residuales. Natural o provocada con aire.    Afluente: Es el liquido a tratar que entra a un sistema de tratamiento o alguno de sus elementos en particular. ya que toma en cuenta materia orgánica resistente a ser oxidada. Mezclado Sedimentación. etc 107 . El valor de la DQO. Flotación. CONCEPTOS BÁSICOS La comprensión. Filtración.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.. Algunas de las operaciones físicas son:       Tamizado. Homogenización de caudales. cerámicas. importancia e interés del tema de tratamiento de aguas residuales dependerá en gran medida de que los involucrados. En general se utilizan en todas los niveles. DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno): Es la cantidad de oxigeno requerido para estabilizar la materia orgánica en descomposición presente en el agua mediante acción bioquímica aerobia.Con arena. Efluente: Es el liquido a tratar que sale de un sistema de tratamiento o alguno de sus elementos en particular. Se usa como indicador del poder contaminante de una muestra de agua determinada. manejen los conceptos a emplear.  DQO (Demanda Química de Oxigeno): Es una medida de la materia carbonosa contenida en los diferentes tipos de materia orgánica presentes en las aguas residuales. Sin embargo algunas de las operaciones son exclusivas de la fase de Pre-tratamiento. es mayor que el de la DBO. Intercepción de aceites y grasas. carbón. Tratamiento Físico Son todos aquellos en los que se utilizan las fuerzas físicas para el tratamiento. También se utiliza la flotación. Aquí se emplean mayoritariamente rejillas o tamices. en el caso de los tratamientos primarios mejorados.  Pre-tratamiento: Se trata de un tratamiento previo. El tipo de tratamiento más empleado es el 108 . diseñado para remover partículas grandes. También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH. En este nivel se hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisicoquímicos. Tratamiento primario. Estos niveles se conocen usualmente como. ya sea que floten a se sedimenten.  Tratamiento primario: En el primario. sobrenadante y materia inorgánica. tratamiento secundario. En esta fase del tratamiento se eliminan las partículas coloidales y similares. neutralización y la desorción. la filtración.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. etc. sustancias químicas quelantes que hacen más rápida y eficaz la sedimentación. tales como plásticos. Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase. añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques. dejando simplemente. la sedimentación primaria. pre-tratamiento. papeles. Puede incluir procesos biológicos y químicos. se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión. Niveles de tratamiento de aguas residuales Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales. las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o. pelos. En algunos casos el tratamiento se hace.  Tratamiento secundario: En la secundaria se trata de reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. tratamientos avanzados o terciarios. antes de que lleguen a las unidades de tratamiento posteriores. Dichos nutrientes se convierten a tejido celular y diversos gases. Se emplean tipos de tratamiento físicos y químicos con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo. Por tanto. Los flóculos que se forman por agregación de microorganismos son separados en forma de lodos.  Tratamiento Biológico: Este tipo de tratamiento es facilitado principalmente por bacterias que digieren la materia orgánica presente en los fluidos residuales.  Tratamiento avanzado o terciario: La terciaria es necesaria cuando el agua va a ser reutilizada. el agua se vuelve a recontaminar.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. 109 . Si estos excedentes no se eliminan. metales pesados. virus. compuestos orgánicos. nitrógeno. minerales. etc. la separación se hace por sedimentación y decantación. Las sustancias presentes en el líquido residual. se utilizan como nutrientes para dichos microorganismos. Los tejidos celulares formados son ligeramente más pesados que el agua. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de microorganismos. Los principales procesos biológicos según el tipo de microorganismos. biológico en el que se facilita que bacterias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. elimina un 99% de los sólidos y además se emplean varios procesos químicos para garantizar que el agua esté tan libre de impurezas como sea posible. se clasifican como aeróbicos y/o anaerobios. Los procesos aerobios requieren la presencia de oxigeno y los anaerobios no requieren oxígeno. se clasifica como de flujo ascendente lento y sus dimensiones de descargas están calculadas para un máximo de 6L/s. Diagrama de flujo planta de tratamiento de aguas residuales Trampas de grasa Sedimentador mixto Afluente Efluente Tanques de Nivelación de pH Tanque de bombeo Descripción y funcionamiento del proceso La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda. por medio de los tabiques ubicados a lo largo de la misma. debido a esto se estima un consumo mensual de 2295L. 110 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. el proceso de retención se realiza en la entrada de la planta mediante floculación y sedimentación. Mantenimiento y operación La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda. estos se ilustran a continuación: Biológico: A través de la inoculación de microorganismos eficaces EM en los tanques de nivelación de pH. La planta esta diseñada para retener sólidos y material particulado que se genera en las descargas del proceso productivo de la empresa.. 27 en las horas de la mañana y 27 en las horas de la tarde. 518m3/día. se inocularan 74 litros diarios. Consta de un sistema de tratamiento mixto (Biológico. Físico y Químico). preferiblemente antes de 3 de la tarde. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. este se deja caer por gravedad por medio de un goteo en la zona del floculador. finalmente el agua sale de la planta de tratamiento para hacer parte del cuerpo de agua municipal. para después llegar a un tanque de concreto rígido donde se bombea el agua hacia la primera fase del sedimentador mixto. el cual se elimina del efluente por medio de filtros. Físico: Este proceso se ilustra en el diagrama de flujo. se estima un consumo de 75L al mes. Químicos: se empleara un coagulante como el sulfato de aluminio o alumbre. en esta etapa queda material suspendido. dosificado en dos kilos y medio diarios mezclados con agua. en esta fase el agua pasa a través de los tabiques ubicados a lo largo de esta zona. luego pasa a la segunda zona donde el material flotante que continua en el agua sedimenta. el agua a tratar o afluente llega a los tanques de nivelación de pH. después pasa por dos trampas de grasa. 111 . 20/ persona / día. determinada a los 5 días de incubación a 20 ºC. 10. DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno). las cargas microbianas en número más probable per capita por día de 200 X 10^9 coliformes. indicador de contaminación (DBO5) en el caso de contaminación orgánica. El valor de la DQO. ya que toma en cuenta materia orgánica resistente a ser oxidada. es mayor que el de la DBO. GLOSARIO Contaminación Orgánica Contaminación de las aguas por materia orgánica planteando una demanda de oxígeno al curso al curso de agua receptor y afectando de esta manera el balance de oxigeno de éste. microorganismos coniformes en contaminación microbiana. 20) Es la cantidad de oxígeno requerido para estabilizar la materia orgánica en descomposición presente en el agua mediante acción bioquímica aeróbica. Se usa como un indicador del poder contaminante del una agua dada.Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. (GLOSARIO) falta indice de biodegradabilidad 112 . Las conversiones de carga orgánica a Población equivalente se basaran en una contribución de 54 gr de DBO5. a los 5 días. Población equivalente Población estimada que contribuiría con una determinada de un parámetro especifico. 20ºC (DBO5. DQO (Demanda Química de Oxígeno) Es una medida de la materia carbonosa contenida en los diferentes tipos de materia orgánica presentes en las aguas residuales. Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena. DECRETO 3930 DE 2010 – NORMATIVIDAD AMBIENTAL PARA EFLUENTES LÍQUIDOS 113 . ANEXO 4. ANEXO 5. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE PROLECA LTDA EMITIDAS POR CARDIQUE 114 .Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.