“El tratamiento de efluentes líquidos y los procesos industriales. Un enfoque integrado e innovador”

RESUMEN

Se propone una definición ampliada del concepto de efluentes y una revisión sobre el planteo del tratamiento de los efluentes industriales.
Se plantea, como una innovación, que el tratamiento se debe iniciar en la inclusión de la problemática en el tratamiento del proceso productivo, en el diseño de la planta industrial, en el control de los procesos y en la selección de los insumos.
Mientras que en el planteo habitual del diseño de sistemas de tratamiento de efluentes se toma a este como algo que ocurre puertas afuera de la sala de producción, se propone aquí que todos los espacios de la empresa se deben involucrar en el mismo.
Se incluye como una parte importante del tratamiento, el sistema de recolección de los efluentes, en particular el sistema de recolección puertas adentro de la sala de producción.

PALABRAS CLAVES: efluente, industrial, proceso, diseño, innovación

1 – Introducción

Se presenta en este trabajo un nuevo enfoque innovador sobre el diseño de sistemas de tratamiento de efluentes líquidos industriales.

Cómo innovación principal esta visión incluye el análisis del proceso industrial y de la distribución de equipos como primer paso en el diseño y en un segundo paso la recolección de estos efluentes para recién luego pasar el diseño de tratamiento propiamente dicho.

Es decir, se parte de la premisa que el tratamiento de los efluentes debe concebirse desde el momento inicial del proyecto de ingeniería del proyecto.

Se analizan los principales aspectos correspondientes al diseño puertas adentro de la fábrica y se concluye con un ejemplo de aplicación.

Si bien algunos de estos conceptos ya se aplican, se desarrollan aquí de una manera sistemática y se propone el análisis corriente abajo, es decir el análisis a partir de la concepción del proceso productivo.

El trabajo analiza solo los efluentes líquidos, pero los conceptos desarrollados se adecuan al cualquier efluente.

El presente trabajo es fruto de las investigaciones realizadas en empresas y de las experiencias en esta área del autor.

2 – El concepto de efluente

Hay muchas maneras de definir lo que es un efluente, y en particular un efluente industrial, por lo que hacer una nueva puede parecer superfluo, pero me permitiré proponer una nueva definición, que se corresponde más con los conceptos actuales de la ecología.

Efluentes son todas las emisiones al ambiente que producen efectos no deseables en este.

En este sentido amplio cualquier emisión, sea de líquidos o sólidos como olores, ruidos y radiaciones puede considerarse como efluente.

Esta definición tiene dos dimensiones principales:

• contempla las emisiones de todas las naturalezas
• tienen en cuenta todos los efectos no deseables

No siempre las emisiones de una empresa son desagradables, piense en deliciosos olor de una panadería elaborando especialidades, lo que no podemos asegurar es que resulte agradable a todos.

3 – La percepción del efecto de los efluentes

En cuanto a los efectos no deseables es importante tener en cuanta que esto incluye una dimensión objetiva y una subjetiva, y que no necesariamente ambas coinciden, incluso hay veces que están contrapuestas.

Las dimensiones objetivas se deben relacionar a los parámetros que se deben medir y sobre los que hay límites fijados por las normativas.

La dimensión subjetiva esta en relación con lo percibido, sea a nivel de los sentidos o por la interpretación profana, que se haga sobre la situación.

Cómo decía, ambas dimensiones pueden hacernos interpretar de distinta manera una situación. Por ejemplo un agua que tenga niveles no tolerables de arsénico o plaguicidas no tiene ningún efecto desagradable a nivel de percepción de los sentidos. Una apreciación subjetiva basada en los sentidos no reportara efectos no deseables, pero si lo hará una apreciación objetiva.

Para un agua que coloreada, una apreciación subjetiva puede indicarnos efectos no deseables, pero una objetiva puede no reportar ningún efecto no deseable ni efecto nocivo sobre las personas.

Valga como ejemplo para este caso el té, cuyo color es producido por taninos de naturaleza similar a los presentes en los extractos de taninos para curtición. Un efluente con estos taninos presentes en niveles que correspondan a un té que consumimos habitualmente tiene un impacto visual muy importante, aunque no podamos asegurar que tenga efectos nocivos.

Estos ejemplos solo ilustran como esta afectada nuestra percepción del problema por las dimensiones mencionadas y no quiere reducir el problema a lo nocivo para las personas.

Convengamos al respecto que la leche es un excelente alimento pero volcada en un efluente es un contaminante muy importante.

4 – Tipos de efluentes

Los efluentes pueden clasificarse de varias maneras pero la más útil a los efectos de tema a desarrollar es clasificarlos por su naturaleza y estado.

Los tipos que se pueden identificar son:

• sólidos
• líquidos
• gases y humos
• olores
• ruidos
• Otros (radiaciones electromagnéticas, radiaciones ionizantes, etc.)

5 – Efluentes líquidos

En particular trataré los efluentes líquidos industriales. En una industria las principales fuentes de estos son:

• proceso de producción
• servicios auxiliares
• lavado y limpieza
• baños y áreas de servicios

Esta división es particularmente útil para el tratamiento del tema, al que abordaremos como en forma individual.

5.1 – Efluentes vs procesos

Los efluentes podemos decir que son un producto no deseado de los procesos industriales.

La elección y el diseño del proceso tienen una gran relevancia sobre la problemática de los efluentes.

El primer paso en el tratamiento de los efluentes comienza dentro de la misma sala de procesos, siendo las acciones más importantes la reducción de estos y facilitar las condiciones para realizar el tratamiento posterior.

Para un análisis de las acciones a realizar conviene agruparlas en:

• elección de procesos menos contaminantes
• mayor aprovechamiento de insumos
• adecuada elección de insumos

5.1.1 – La elección de los procesos

En cuanto a la elección de los procesos debemos tener en cuenta en elegir procesos que:

• aseguren un adecuado aprovechamiento de los insumos
• emitan pocos efluentes
• permitan recuperar los efluentes como subproductos
• faciliten la tratabilidad

Un ejemplo interesante al respecto es el cambio que se produjo hace algún tiempo en el proceso de apelambrado de pieles, donde un cambio poco significativo en el proceso – cambiar ligeramente la forma de agregado de los químicos para eliminar el pelo – significo que el pelo desprendido se pudiera eliminar fácilmente por medios físicos del efluente y la DBO y DQO del efluente de ese proceso se redujera en un porcentaje superior al 50 %.

5.1.2 – Aprovechamiento de los insumos

El mejor aprovechamiento de los insumos está influido por:

• la manera de desarrollar el proceso
• controles sobre los procesos para asegurar el correcto desarrollo
• usar equipos adecuados al proceso – el equipo correcto para cada proceso
• el adecuado diseño de los equipos – el mejor diseño para cada equipo
• la adecuada disposición de los equipos

Muchas veces un ajuste más preciso de las variables del proceso, temperatura, agitación, etc., puede significar reducción de uso de materias primas. Esto es así porque en muchos casos se agrega un exceso de algunos reactivos a fin de asegurar el resultado.

En ejemplo que puedo mencionar es el ajuste de la temperatura en un proceso de sulfonación permitió reducir en un 20 % el consumo de ácido sulfúrico. Como el proceso se debe llevar a cabo con un gran exceso de ácido el porcentaje de reducción significo una mejora muy importante al proceso.

Otro caso es un tanque que se usaba para preparar solución de aditivos que estaba ubicado al mismo nivel que el reactor, por lo se requería para el envío de las soluciones bomba y cañerías. Con este sistema se desperdiciaba una cantidad de estos ya que el contenido de todo el trayecto de la cañería de conexión se desperdiciaba, además de los problemas frecuentes en los sellos de la bomba. La simple ubicación del tanque por encima del reactor permitió eliminar la bomba, parte de las cañerías y además se aprovecho la totalidad de los reactivos.

5.1.3 – Elección de los insumos

La elección de los insumos está asociada a:

• la adecuada calidad de los mismos de acuerdo con lo requerido por el proceso
• el establecimiento de condiciones de recepción que minimicen los desechos
• la forma de recepción que eviten el deterioro y asegure la conservación

A este respecto cabe mencionar el caso de una planta que procesa de verduras y hortalizas, donde se requirió a los proveedores que entregaran estas ya lavadas y se estableció topes máximos para la cantidad de productos defectuosos. Este simple cambio significo una importante reducción en el uso de agua para lavado y en la cantidad de desperdicios.

En el mismo caso la conservación en lugar refrigerado de estos productos redujo las perdidas derivadas de problemas de conservación.

5.2 – Efluentes vs servicios auxiliares

Identificamos como Servicios Auxiliares (SAx) a todas aquellas prestaciones que se requieren para llevar adelante el proceso industrial y que no forman parte específicamente de este.

Los SAx que se usan habitualmente en una planta industrial son:

• vapor
• energía eléctrica
• combustibles
• agua
• frío
• aire comprimido
• vacío
• tratamiento de efluentes
• otros (acondicionamiento de aire, gases, etc.)

Cada uno de estos SAx tienen sus propias condiciones y particularidades, muchos de estos presentan las características y complejidades de un proceso industrial (ej. Tratamientos complejos de efluentes)

La propuesta es tratar estos servicios, respecto de los efluentes, de la misma manera que se hemos tratado el proceso industrial.

En particular en la generación de los SAx es importante tener en cuanta que un efluente frecuente suele ser los combustibles y aceites lubricantes, sobre los que se debe tener especial cuidado en evitar que ingresen a la corriente general.

En cuanto al diseño de las instalaciones, más allá de lo contemplado en las legislaciones respectivas, es de especial importancia las medidas preventivas de contención de eventuales derrames.

5.3 – Efluentes vs lavado y limpieza

Las tareas de lavado y limpieza son, en muchos casos, uno de los mayores generadores de efluentes, esto en sobre todo importante en las empresas que procesan alimentos.

La limpieza podemos tratarlas en las siguientes áreas:

• de equipos de procesos
• de las salas de proceso e instalaciones
• de las áreas de servicios

Sea donde se haga la limpieza es importante tener en cuenta los siguientes aspectos:

• reducir el contenido de la carga contaminante
• reducir los volúmenes
• reducir el agregado de agentes de limpieza

5.3.1 – Reducción de la carga contaminante

A fin de reducir la carga contaminante es importante que antes de realizar la limpieza con agua tratemos de retirar aquellos materiales que puedan recuperarse y de recoger todos los materiales sólidos.

En los equipos de proceso es frecuente que en muchos tanques de agregado de reactivos, en recipientes de almacenamiento temporario y en recipientes de insumos queden restos de productos ya que durante la ejecución de los procesos no es posible sacar “hasta la última gota”.

Muchos de estos productos pueden recuperarse antes de la limpieza y evitar que sean arrastrados por el agua e limpieza.

En las salas de proceso e instalaciones es importante previamente al lavado:

• recoger todos los sólidos mediante un barrido u otra acción
• eliminar el polvo de paredes, techos y otras sectores
• escurrir todos los líquidos

En las áreas de servicios las acciones son similares a las de las salas de proceso

5.3.2 – La reducción de los volúmenes

La reducción de los volúmenes viene de la mano de las acciones mencionadas en el punto anterior y también tiene mucho que ver con los materiales usados en las instalaciones (pisos, paredes, etc.), con el adecuado diseño de las áreas de producción y con prácticas.

Sobre el diseño es importante:

• concentrar en un sector los procesos “sucios” y separarlos de los limpios
• adecuado diseño que facilite la limpieza, por ejemplo evitar los ángulos vivos
• evitar el traslado por el tránsito de personas y vehículos de la suciedad entre sectores

Sobre los materiales de las instalaciones es importante:

• pisos y paredes de materiales lisos y lavables
• evitar los materiales absorbentes
• artefactos eléctricos y luminarias que eviten la acumulación de polvos
• ventanas y aberturas que impidan el acceso de insectos y aves

Sobre las prácticas debemos:

• evitar usar la manguera y el agua para arrastrar los sólidos y la mugre a los desagües
• no dejar secar la suciedad que es difícil de eliminar
• en algunos caso humedecer previamente a fin de facilitar el lavado
• dejar corriendo el agua sin necesidad

La mayor de las veces todas estas acciones son muy sencillas y solo requieren de una buena organización para su implementación.

5.3.3 – Reducción de agentes de limpieza

Es muchas industrias y en particular en la de alimentos se requiere el agregado de agentes de limpieza (detergentes y otros) y/o desinfectantes. Todos estos agentes formaran parte del afluente y algunos pueden tener efectos negativos en el mismo.

Por ejemplo los detergentes tienen los siguientes efectos:

• facilitan la disolución de las grasas aumentando la DBO y DQO del efluente
• pueden disminuir la velocidad de sedimentación de los sólidos
• pueden generar espumas

Los desinfectantes por su propia naturaleza afectan los procesos biológicos que se pudieran usar, además en algunas plantas industriales se incrementa el uso de estos agentes los fines de semana, de manera que los procesos de tratamiento sufren semanalmente un shock que dificulta notablemente el funcionamiento en régimen de las plantas.

Es importante:

• usar las dosis adecuadas
• evitar en uso de agentes de limpieza poco biodegradables
• evitar en uso general los desinfectantes de largo poder residual

5.4 – Efluentes vs baños y áreas de servicios

Los baños, sanitarios, laboratorios y otras áreas de servicios son generadoras de efluentes. Salvo los laboratorios en general los otros sectores generan efluentes similares a los domiciliarios, por lo que no representan problemas graves.

La acción más importante es reducir los volúmenes.

Los baños y sanitarios son por lo general los lugares donde se producen los mayores volúmenes y esto se pueden controlar:

• evitando las perdidas
• colocando canillas y mingitorios con canillas y válvulas de corte automático

6 – TRATAMIENTO

El tratamiento de los efluentes es transformar estas en emisiones, cuyos valores se encuentren fuera de los valores permisibles por las normativas, en emisiones que tengan valores aceptados para las mismas.

El tratamiento no asegura que se eliminen todos los efectos no deseables, sino que los limita hasta un valor que resulta aceptado por la normativa correspondiente.

El tratamiento es, en sí mismo, otro proceso industrial. A veces este proceso es más complejo que el proceso de producción.

Como se ha resaltado anteriormente el tratamiento debe comenzar en el mismo proceso.

Partes del sistema de tratamiento de efluentes (STE)
El STE consiste en el conjunto de acciones destinadas a tratar los efluentes, comprende:

• sistema de recolección
• tratamientos de ajuste de los parámetros físicos y químicos
• primarios
• secundarios
• terciarios
• disposición final o volcamiento

Como hemos planteado desde el inicio, el tratamiento de inicia en el mismo proceso productivo industrial, pero obviamente este no puede ser parte del STE, si incluimos aquí al sistema de recolección como parte integrante del tratamiento.

Considerando al sistema de recolección como todas las obras desde la captación del efluente del proceso unitario hasta la entrada a la planta o área de tratamiento.

Cada una de estas etapas dependerá del tipo de efluentes en cuestión y de las posibilidades de tratamiento del mismo y de los requisitos para su disposición final o volcamiento.

En este trabajo solo consideraremos la recolección.

7 – Sistema de recolección

Los requisitos básicos para cualquier sistema de recolección de acuerdo a la práctica habitual los podemos resumir en los siguientes puntos:

• ser apropiados
• con las pendientes adecuadas para evitar las acumulaciones
• material de construcción adecuado
• de fácil limpieza
• evitar las contaminaciones cruzadas

Estos temas están bien tratados en la bibliografía y para algunas industrias existen normativas específicas al respecto.

Considero que estas condiciones enunciadas son necesarias pero no suficientes.

Una parte muy importante de esta innovación en el enfoque es que el sistema de recolección debe diseñarse como parte misma del tratamiento, en algunos procesos tiene una importancia gravitante en el tratamiento, por lo tanto no debe cumplir la sola función de traslado del efluente hasta el lugar de tratamiento.

Los principales requisitos adicionales que debe contemplarse al diseñar, además de los mencionados, deben permitir:

• la mayor separación posible de sólidos
• la reducción y/o eliminación de grasas, lubricantes, aceites, etc.
• la separación y/o mezcla conveniente de efluentes individuales de las distintas etapas del proceso

La recolección de los efluentes, debe planificarse cuidadosamente en función de los tratamientos que se haga a los mismos.

Una recolección adecuada facilita los tratamientos y eventualmente permite que se pueda dar usos apropiados a los residuos.

Esto es válido tanto para los líquidos como para los sólidos y gases.

7.1 – Partes del sistema de recolección

Las partes de un sistema de recolección son:

• captación del efluentes
• conducción
• accesorios

La captación son las obras o condiciones que facilitan el traslado del efluente desde el generador hasta la conducción.
Algunas estas pueden ser:

• embudos y piletas de recolección
• rejillas y canales colectores

En todos los casos se importante que los pisos tengan las pendientes correctas a fin de facilitar el escurrimiento.

La conducción son las cañerías o canales que permiten el traslado hasta el lugar de tratamiento, además de las cañerías deben contemplarse las cámaras de inspección.

Los accesorios son obras que permiten realizar algunas operaciones que faciliten el traslado, tal como cámaras pulmón, pozos de bombeo, separadores de grasas, sifones, etc.

7.2 – Requisitos del sistema

Se enumeran solo los requisitos considerados adicionales.

7.2.1 – Separación de los sólidos

La captación de los efluentes debe permitir que la menor cantidad posible de sólidos ingresen al sistema, salvo cuando por condiciones del tratamiento convenga lo contrario.

Esto es así porque los sólidos que se separen en esta fase se pueden disponer más fácilmente y además su volumen es más reducido. Si llegan a los sedimentadores los barros formados son de más difícil manejo y además el contenido de humedad es mayor.

Cómo ejemplos tenemos los restos sólidos de vegetales que se pueden usar como alimento de ganado si no se mezclan con otros residuos que lo hagan inadecuado para este uso y/o no sufren degradación parcial al ser arrastrados por los líquidos.

7.2.2 – Reducción y/o eliminación de grasas, lubricantes, aceites, etc.

Las grasas y aceites, en especial los lubricantes, generan graves problemas en el sistema de tratamiento, de manera que si evita el ingreso de estos al efluente general o bien se limita su traslado mediante cámaras interceptoras se facilitará el tratamiento

7.2.3 – Separación y/o mezcla conveniente de corrientes

Este punto es de especial importancia ya que en el diseño del tratamiento puede considerarse la posibilidad de tratar en forma diferenciadas alguna corriente, en este caso el sistema de captación y traslado debe permitir esta opción.

Este es el caso de la industria frigorífica, donde se faenas animales, que el sistema debe manejar por separado los efluentes verdes de los rojos.

8 – Un caso ilustrativo

A fin de facilitar la comprensión de la propuesta planteare el caso del tratamiento de los efluentes de una curtiembre con uso de curtientes vegetales (tanino de quebracho) en el que se aplico esta innovación en el rediseño del mismo.

Dado que la empresa estaba operando desde hacia varios años y tenía gravísimos problemas de los efluentes era imperioso una solución al problema.

La empresa tenía un sistema de sistema único de recolección de los efluentes y una planta de tratamiento que operaba con la capacidad ampliamente desbordada.

El cumplimiento de las normas, en base al tratamiento convencional, requería duplicar el tamaño de la planta con una inversión, llevada a valores actuales, del orden de los 1.500.000 u$s

Las características del efluente de esta industria son:

• alta DBO
• alta DQO
• lenta biodegrabilidad de la carga orgánica
• alto contenido de sólidos sedimentables
• contenido de sulfuros
• contenido elevado de grasas insolubles
• contenido elevado de grasas solubles
• color intenso derivado de los taninos
• cambios intensos de pH

Planteado el problema de esta manera el problema presenta una gran complejidad y una gran cantidad de aspectos de difícil abordaje.

El proceso de producción es complejo, tiene muchas etapas y cada una de estas tiene muchos pasos.

Cómo primer paso se decidió caracterizar en forma exhaustiva los parámetros de cada paso y cada etapa del proceso industrial.

En base de este análisis se determino que, en base a los efluentes puntuales, se podía agrupar a estos en tres grupos:

1 – efluentes con alta DBO, DQO, sulfuros, sólidos sedimentables y grasas insolubles pero sin color (sin taninos), pH francamente alcalino
2 – efluentes con taninos (elevado color, alta DBO y DQO), sin sulfuros y con grasas solubles
3 – efluentes claros con niveles bajos de DBO y DQO, sin taninos y francamente ácidos

En los ensayos de laboratorio sobre el tratamiento se observaron los siguientes aspectos:

• los taninos dificultaban de manera notable la sedimentación de los sólidos sedimentables y la compactación de los barros
• el color era más fácilmente eliminable cuando más concentrado era el efluente
• la eliminación de sulfuros era más rápida y eficiente cuando se trataba por separado la fracción del efluente que lo contenía
• el pH de la mezcla final era cercano a la neutralidad

Estos aspectos llevaron a la conclusión de replantear totalmente el tratamiento, incluyendo el replanteo del proceso.

Se propuso y se pusieron en marcha las siguientes acciones:

• La implementación de mejoras en los procesos, alguna ya mencionadas en los puntos iniciales.
• Mejoras en la distribución de equipos
• Recolección diferenciada de los efluentes
• Tratamiento diferenciado en una primera fase.

Si bien los cambios no se implementaron en la totalidad por el cierre de la empresa, las mejoras introducidas permitieron ampliar la capacidad de tratamiento de la planta, y mejoraron notablemente la calidad del efluente final.

Estas mejoras fueron:

• se eliminó la necesidad de agregados (catalizadores) para eliminar los sulfuros
• se redujo la cantidad de barros de los sedimentadores
• se eliminaron los malos olores de la planta de efluentes
• se redujo el color hasta niveles aceptados
• se redujo la DBO final a valores aceptados por las normativas

Las inversiones realizadas – incluyendo las obras de captación y en el tratamiento – fueron del orden de los u$s 100.000, para una solución casi completa del problema (comparece este valor con los 1.500.000 u$s mencionados). Por otra parte se redujeron los costos operativos de la planta de efluentes en alrededor del 20 %.

9 – Conclusiones

El enfoque integrado en el planteo de un STE, es una innovación que forma permite un mejor diseño del tratamiento propiamente dicho de los efluentes líquidos.

El adecuado tratamiento de los puntos vistos en el proceso de producción permitirá la transformar los efluentes en subproductos o bien en darle valor al efluente, obviamente esto tendrá una decisiva influencia sobre el tamaño de la planta de tratamiento de los efluentes y sobre el costo del tratamiento.

Es importante resaltar que:

• mejor aprovechamiento insumos = menores costos de producción
• mejor tratabilidad de los efluentes = menores costos operativos del STE
• menos cantidad de efluentes = menor inversión en la planta de tratamiento

El esquema planteado se centró en los efluentes líquidos, pero se adecua tanto para efluentes sólidos, gaseosos.

Por: Ing. Qco. Norberto Rubén Sírtori
Fuente: Revista Conexiones de la Universidad de la Cuenca del Plata

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