INTRODUCCIÓN
En la agroindustria se incluyen las plantas de beneficio
animal, cuya operatividad requiere inocuidad en el manejo del producto para
abastecimiento de la población, así como la garantía del cuidado del medio
ambiente. Dentro de las plantas de beneficio animal, están contenidas las del
sector avícola, cuyas áreas son: la recepción del animal, sacrificio y
desplume, evisceración, escurrido y empaque, preparación para la
comercialización y otras áreas del proceso, donde se debe cumplir con los
estándares sanitarios y ambientales, en la búsqueda de prevenir o minimizar los
efectos negativos sobre el entorno y los operarios, mantener la limpieza y
ofrecer productos finales con la frescura y calidad exigida por los
consumidores (Fernández y Betancourt, 2018, Meleán y col., 2008).
De
esta manera, en las distintas etapas del proceso productivo de las industrias
avícolas se requiere un gran volumen de agua, principalmente en el lavado de
las aves y las vísceras y en los desagües de equipos como la escaldadora, el prechiller
y los chillers; para mantener la limpieza y garantizar la calidad del
producto, generándose aguas residuales que contienen altos niveles de materia
orgánica medida como demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos
(SS), fósforo, nitrógeno, aceites y grasas (A y G), además del característico
color rojizo por la presencia de sangre (Caldera y col., 2014; Rahman y col., 2014; Fernández y
Betancourt, 2018; Nardi y col., 2011). Estas aguas son altamente
contaminantes, cuando se disponen sin tratamiento, pueden agotar el oxígeno
disuelto de un cuerpo de agua receptor, causar destrucción de la fauna,
producir olores desagradables y facilitar el desarrollo y la propagación de
enfermedades (Yaakob y col., 2018; Caldera y col., 2010).
Para
mejorar la calidad de las aguas residuales de industrias avícolas (ARIA) se han
propuesto varias operaciones y procesos unitarios. La selección de
un tratamiento específico depende de las características de las aguas
residuales, el costo del tratamiento existente y el cumplimiento de las
regulaciones ambientales. Entre las tecnologías que pueden producir efluentes
de alta calidad en las ARIA se encuentran: ósmosis inversa, flotación por aire
disuelto (DAF) y lodos activados de película integrada fija (Baker y col.,
2020). En este sentido, los sistemas
híbridos que consisten en la combinación de dos (2) o más procesos unitarios
biológicos y químicos y operaciones físicas de tratamiento para la eliminación
más eficaz de los contaminantes de las aguas residuales, han ganado mucha
atención en los últimos años, encontrándose disponibles los tratamientos
fisicoquímicos (Tee y col., 2016; Vicuña y col., 2009). Un sistema híbrido lo
representa la combinación de los métodos de flotación y coagulación,
presentándose como alternativa para mejorar la calidad del agua en las etapas
primarias del tratamiento.
En
cuanto a la flotación, es uno de los sistemas de separación de fases más
eficiente en el tratamiento de las aguas residuales provenientes de mataderos y
consiste en separar sólidos de baja densidad o partículas líquidas de una fase
líquida. Basado en los métodos de generación de las burbujas y los fundamentos
del proceso, se han desarrollado diferentes unidades para inducir la flotación,
entre las cuales se destacan: flotación por aire disuelto (DAF, por sus siglas
en inglés), flotación por aire disperso, electroflotación, flotación por chorro
o tecnología de celdas Jameson y flotación por ozono disperso (Ndikubwimana y col.,
2016).
Entre
los tipos de flotación más eficaces se encuentra la DAF cuya separación de los
contaminantes se lleva a cabo introduciendo un gas (normalmente aire) en la
fase líquida, en forma de burbujas. La fase líquida se somete a un proceso de
presurización para alcanzar una presión de funcionamiento que oscila entre dos
(2) a seis (6) atm, en presencia de suficiente aire para conseguir la
saturación en aire del agua. Luego este líquido saturado de aire se somete a un
proceso de despresurización llevándolo hasta la presión atmosférica por paso a
través de una válvula reductora de presión (Salas y Condorhuamán, 2008).
Seguidamente,
la despresurización permite que se formen pequeñas burbujas de aire que se
desprenden de la solución. Los sólidos en suspensión o las partículas líquidas
flotan, debido a que estas pequeñas burbujas se adhieren a los mismos y los
obligan a elevarse a la superficie. Los sólidos en suspensión concentrados
pueden separarse de la superficie por sistemas mecánicos. El líquido
clarificado es separado y, parte del mismo puede reciclarse, para lograr
mayores eficiencias de separación de contaminantes (Salas y Condorhuamán, 2008).
La
eficiencia de los sistemas de DAF se ha demostrado durante el tratamiento de
aguas residuales complejas, mostrado su eficiencia en la remoción de A y G,
hidrocarburos, SS, DQO, turbidez y color (Sena y col., 2008; Fernández y col.,
2015; Miranda y col., 2013). Adicionalmente, la efectividad de un sistema de
DAF podría incrementarse agregando coagulantes y mejorando las condiciones de
presurización y recirculación (Dassey y Theegala, 2012; Nardi y col., 2011;
Younker y Walsh, 2014; Caldera y col., 2014; Del Nery y col., 2016; Herrera y
col., 2014). Entre los coagulantes utilizados para remover contaminantes de las
aguas residuales de mataderos se encuentran: sulfato de aluminio, cloruro
férrico, sulfato férrico, policloruro de aluminio, quitosano, poliacrilamida,
polímeros aniónicos, biopolímeros, biofloculantes, combinaciones de coagulante
y floculantes, entre otros (Bustillos y Mehvar, 2015; López y col., 2008;
Caldera y col., 2014; Dlangamandla y col., 2018).
El
sistema de DAF permite remover en menor tiempo las partículas pequeñas y
ligeras como los A y G (Edzwald, 2010; Shammas y Bennett, 2010; Dassey y
Theegala, 2012; Miranda y col., 2013). Los A y G deben ser eliminados
eficientemente durante el tratamiento primario puesto que su presencia en altas
cantidades en las aguas residuales provocan averías en las bombas,
obstrucciones y la formación de capas flotantes, colaboran con el desarrollo de
organismos filamentoso y dificultan el tratamiento (Yoo y Hsieh, 2010; Weihua y
Mehrab, 2011; Del Nery y col., 2007).
Por
lo anteriormente expuesto, esta investigación tiene como objetivo evaluar la
eficiencia de la aplicación de policloruro de aluminio (PAC) en un sistema de
flotación por aire disuelto (DAF) a escala piloto, para el tratamiento de aguas
residuales de una industria avícola.
MÉTODO
Toma de muestras
Las muestras de agua
residual se recolectaron manualmente, durante seis meses de evaluación, en la
entrada de una unidad de flotación por aire disperso, que integra el sistema de
tratamiento de una industria avícola ubicada en el estado Zulia, Venezuela.
Esta unidad de tratamiento ha presentado problemas de funcionamiento,
removiendo bajas porcentajes de A y G. Las características de las ARIA se
presentan en la Tabla 1. Por esta razón, se planteó la sustitución o acondicionamiento
de esta unidad de flotación (flotación por aire disperso) por un sistema de
DAF, como alternativa para remover A y G, evitar problemas en las unidades
posteriores y mejorar la eficiencia del sistema de tratamiento de las ARIA.
El sistema de
tratamiento de la industria avícola está conformado por las siguientes
unidades: tamiz rotatorio, unidad de flotación de A y G, lodos activados
(reactor biológico y sedimentador secundario) y cámara de cloración. En cuando
a las unidades para el manejo de lodo, consta de un digestor aerobio, espesador
y lechos de secado. A este sistema de tratamiento entran las aguas residuales
provenientes de las diferentes áreas de la matanza de aves y el proceso
productivo en general, después de separar o recuperar las plumas, sangre y
vísceras (Caldera y col., 2010).
Tabla 1. Características de las aguas residuales de la industria
avícola
|
Parámetro
|
Máximo
|
Mínimo
|
Promedio ± Desviación
|
|
DQO (mg/l)
|
4.740,0
|
1.135,0
|
2.446,6±624,6
|
|
A y G (mg/l)
|
570,9
|
340,9
|
485,1±91,2
|
|
SST (mg/l)
|
718,0
|
330,0
|
542,6±115,3
|
|
pH
|
7,0
|
6,6
|
6,8±0,2
|
De
esta manera el PAC logró aumentar la remoción de DQO y SST presentes en las
AIRA, para las distintas condiciones de operación, obteniendo valores máximos
de 90 % y 79 %, respectivamente, sin causar cambios importantes en la alta
remoción de A y G (97 %) lograda sin la adición de coagulante. En la Figura 6
se muestra el comportamiento para los tres parámetros evaluados (A y G, DQO y
SST) después del tratamiento con PAC cuando la recirculación del efluente se
mantuvo en 30 % y se variaron las presiones, observando poca variación en las
remociones obtenidas a las diferentes presiones. A esta condición de
recirculación se obtuvieron remociones superiores al 75 %, considerando la
presión de 50 psi como la más favorable con remociones de 96, 89 y 79 % para Ay
G, DQO y SST, respetivamente. Por su parte, Caldera y col. (2014) reportaron
como condición de operación óptima 40 psi y 40 % de recirculación, durante el
tratamiento de ARIA con altas concentraciones de A y G (1905 mg/L) en el mismo
equipo de DAF evaluado en esta investigación.
Figura 6. Comportamiento de los parámetros Ay G, DQO y SST a
diferentes presiones y recirculación de 30%, en el sistema DAF, con adición de
PAC como coagulante.
Díaz y col. (2018)
lograron disminuir la carga contaminante de las aguas residuales de una
refinería utilizando un DAF, con la adición de PAC como coagulante (200 mg/l)
más un floculante (3 mg/L) y variaciones de las condiciones de operación de
presión (58 a 72,5 psi) y recirculación (10 a 50 %). Reportan resultados
similares en la selección de las condiciones óptimas de operación,
recirculación del 30 % y la mayor presión evaluada (72,5 psi), con estas
condiciones lograron las mayores remociones, 93,88 % de SS y 95,35 % para
hidrocarburos. De la misma manera, Nardi y col. (2008), presentaron resultados
bastante similares cuando evaluaron la eficiencia de un DAF a escala de
laboratorio durante el tratamiento de ARIA, trabajaron con 40 % de
recirculación y 65,3 psi (450 kpa), agregando PAC como coagulante combinado con
un polímero aniónico como floculante, encontraron eficiencias de remoción de SS
y A y G de 74 % y 99 %, respectivamente.
Conclusiones
Los resultados
obtenidos evidencian la eficiencia del sistema de DAF, sin y con la adición del
coagulante PAC a las ARIA, alcanzando remociones de A y G máximas del 97 %. Sin
embargo, la respuesta fue diferente para el resto de los parámetros evaluados,
donde la adición del coagulante permite un aumento en la remoción de los
parámetros DQO (90 %) y SST (79 %).
A las condiciones de
operación óptimas, recirculación de 40 % y presión 50 psi, con la adición del
coagulante PAC a las ARIA, se obtuvieron las mayores remociones de A y G y DQO,
97 y 90 % y mientras que los SST alcanzaron 60 %.
El sistema de
flotación con aire disuelto (DAF) con la adición de policloruro de aluminio
(PAC) representa una alternativa para mejorar la calidad de las aguas
residuales provenientes de la industria avícola (ARIA), lo que podría facilitar
el tratamiento y acortar los tiempos de retención en las unidades posteriores
del sistema de tratamiento.
Agradecimiento
Al Consejo de
Desarrollo Científico y Humanístico de la Universidad del Zulia (CONDES LUZ)
por el financiamiento a este proyecto.
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