UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE POSTGRADO
PROGRAMA DE MAESTRÍA EN INGENIERÍA QUÍIMICA AMBIENTAL MENCIÓN EN QUÍMICA AMBIENTAL
Evaluación y Diagnóstico aplicando una nueva Tecnología para Reducir carga Contaminante de los Efluentes Líquidos de una Curtiembre en el Distrito de El Porvenir TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN INGENIERÍA QUÍMICA AMBIENTAL AUTOR: ING. SALAZAR ESCOBAR JORGE LUIS ASESOR: DR. MANUEL ISAIAS VERA HERRERA
TRUJILLO PERU 2017 –
N° DE REGISTRO
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INDICE DEDICATORIAS JURADO DICTAMINADOR RESUMEN ABSTRACT INTRODUCCIÓN EL PERÚ EN LA ACTUALIDAD PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA CAPÍTULO I: FUNDAMENTO TEORICO .......................... ............. ........................... ........................... ............. 14 1.1 Las Empresas de curtiembre en el Perú .......................... ............. ......................... ...................... .......... 14 1.2 Industria de curtiembre .......................................................................... 15 1.3 Producción más limpia en el pelambre .................................................. 26 1.4 Impacto sobre el ambiente y la salud humana .......................... ............ .......................... .............. 30 1.5 Los nonilfenoletoxilado........................... ............. ........................... .......................... ......................... ...................... .......... 34 1.6 Tratamiento de aguas residuales .......................... ............. .......................... .......................... .................... ....... 35 1.6.1 Tipos de tratamiento .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ................ ... 36 1.7 La industria de curtido ............................................................................ 44 1.8 El proceso de curtición ........................................................................... 46 1.8.1 Remoja .......................... ............. ........................... ........................... .......................... .......................... ...................... ......... 46 1.8.2 Pelambre y encalado......................... ............ .......................... .......................... .......................... ................ ... 46 1.8.3 Desencalado .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... ............... 48 1.8.4 Piquelado ........................... .............. .......................... .......................... .......................... .......................... .................. ..... 49 1.8.5 Curtido ......................... ............ .......................... ........................... ........................... .......................... ........................ ........... 50 ii
1.8.6 Neutralizado ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... ................ ... 51 1.8.7 Recurtido .......................... ............ ........................... .......................... .......................... .......................... .................... ....... 51 1.8.8 Engrasado .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .................. ..... 52 1.8.9 Teñido ......................... ............ .......................... ........................... ........................... .......................... ........................ ........... 53 1.8.10 Secado ........................................................................................ 53 1.9 Contaminación de vertido líquido .......................... ............. .......................... .......................... .................... ....... 54 1.10 Características de los Residuos Industriales I ndustriales Líquidos de Curtiembre . 56 1.11 Parámetros para evaluar evaluar la contaminación ......................... ............ .......................... ................ ... 59 1.11.1 Análisis físico de agua .............................................................. 59 1.11.2 Análisis químico del agua ......................................................... 60 1.12 Aspectos Generales del Tratamiento del Agua Residual ..................... ............ ......... 63 1.12.1 Tratamiento Físicos .................................................................. 63 1.12.2 Tratamiento Físico-Químico ......................... ............ .......................... ........................... ................ .. 65 CAPÍTULO II: MATERIAL Y MÉTODO ........................................................ 67 2.1 Materia Prima ......................................................................................... 67 2.2 Metodología Metodología empleada.......................... ............ ........................... .......................... ......................... ...................... .......... 67 2.3 Tratamiento Propuesto ........................................................................... 67 2.4 Planta Piloto ........................................................................................... 69 2.4.1 Descripción de la planta Pilot ................................................... 70
CAPÍTULO III: PARTE EXPERIMENTAL .......................... ............. ........................... ........................... ............. 74 3.1 Muestreo ................................................................................................ 74 3.2 Métodos Analíticos ................................................................................. 74 3.3 Determinación de la concentración de Fe Cl3 a usar ...... ...................... ............. ......... 75
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3.4 Prueba a nivel de laboratorio ................................................................. 78 CAPÍTULO IV: RESULTADOS......................... ............ .......................... .......................... .......................... .................. ..... 80 4.1 Datos obtenidos de análisis a los efluentes líquidos de curtiembre en diferentes puntos de muestreo .............................................................. 80 4.2 Test de Jarros ........................................................................................ 89 4.3 Resultado de Laboratorio ....................................................................... 90 CAPÍTULO V: DISCUSIÓN DE RESULTADOS ......................... ............ .......................... .................. ..... 100 5.1 De los Resultados obtenidos en los análisis a los efluentes líquidos en diferentes puntos de proceso......................... ............ .......................... ........................... .......................... .............. 100 5.1.1 Concentración del sulfuro de sodio ......................... ............ ......................... ...................... .......... 100 5.1.2 Concentración de cromo .......................... ............ ........................... .......................... ........................ ........... 100 5.1.3 Concentración de sólidos totales .......................... ............ ........................... ........................ ........... 101 5.1.4 Unidades de PH ............................................................................ 102 5.1.5 Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBOs) ...................... ............. ............ . 102 5.1.6 Demanda Química de oxígeno (DQO) .......................... ............. .......................... ................ ... 102 5.2 Prueba de Jarros .................................................................................... 103 5.3 Resultados a nivel de Laboratorio ......................... ............ .......................... .......................... .................... ....... 103 5.4 De los Resultados obtenidos a nivel de planta Piloto ........................... ............. ................ .. 104 CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES ................................................................ 106 CAPÍTULO VII: RECOMENDACIONES .......................... ............. .......................... ........................... ................ .. 108 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................... ............. .......................... .......................... ...................... ......... 109
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RESUMEN En el presente informe se estudia la Evaluación y Diagnóstico aplicando una Nueva Tecnología para reducir la carga contaminante de los efluentes líquidos de una curtiembre curtiembre en el distrito El Porvenir, caracterizado caracterizado por su alto contenido de sólidos en suspensión, la presencia de sulfuros y Cr (III). Los mismos que fueron determinados mediante análisis de los efluentes de pelambre, curtido y efluentes finales. Se describe además de manera general las diferentes etapas del proceso de curtición de pieles que se lleva a cabo en la Curtiembre del Porvenir, información que permitió ubicarnos dentro del campo y secciones en estudio. El método propuesto es un tratamiento físico-químico en el que se utiliza FeCl 3 como floculante y Ca (OH) 2, como coagulante y estabilizador de pH. La efectividad del tratamiento se ve reflejada en la reducción de los valores de sólidos totales, DBOs, DQO, DQO, cromo trivalente, sulfuro de sodio, sodio, los mismos que antes del tratamiento superan los límites máximos permisibles.
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INTRODUCCION La industria del curtido de pieles es una actividad estrechamente ligada a dos importantes sectores productivos del país, la industria del calzado y el faenamiento de de animales, animales, especialmente especialmente bovinos. Para el primero constituye su principal proveedor de materia prima, en cambio para el segundo, es un importante im portante cliente para su subproducto cuero. En los últimos años, la producción del rubro ha disminuido debido a la menor actividad que ha venido presentando la industria del calzado en el país, como consecuencia de la fuerte competencia externa. Esta producción se concentra mayoritariamente en la Región Metropolitana, donde se ubican alrededor del 50% de las curtiembres del país. Desde el punto de vista ambiental, el rubro curtiembre siempre ha sido mirado como una industria contaminante neta, sin tener en cuenta que aprovecha un subproducto altamente putrescible y de biodegradación lenta. Ahora bien, es cierto que el proceso del curtido genera una importante carga contaminante, sin embargo, tomando las medidas y precauciones necesarias, esta puede contrarrestarse adecuadamente. Hace veinticinco años en los Estados Unidos existían más de 300 curtiembres; hoy en día existen menos de 90. Diez de estas noventa curtiembres producen el 50% del cuero acabado en los EE.UU. En 1998, los EE.UU. produjeron cerca de 34.5 millones de cueros por año e importaron 2 millones de cueros por año de Canadá. La industria estadounidense curtió 18.5 millones de cueros y exportaron 18 millones de cueros salados, 4.5 millones de los 18 millones de cueros cueros curtidos 6
fueron exportados como “wet blue” (cueros apelambrados y curtidos al cromo)
(Miller S. 1999) El comprar cueros wet blue o el procesar los cueros a través del wet flue ofrece las siguientes ventajas:
La concentración concentración de residuos para facilitar su manejo, manejo, tratamiento y/o reciclaje.
Ubicación cercana a centros de beneficio del ganado.
Adición al valor de los cueros
Ahorros en en transporte (los cueros wet blue pesan menos que que los cueros salados).
El objetivo del trabajo realizado, ha sido diseñar un esquema de tratamiento de las aguas residuales de una planta de curtición al cromo con un efluente de alto contenido en carga contaminante. Dado que en la planta, se realiza el proceso completo de las pieles, desde ribera a acabado, y que al mismo tiempo, se tratan tanto pieles lanares como de vacuno, se puede considerar al efluente como representativo, en cuanto a variedad y concentración de contaminantes se refiere de cualquier otra instalación de curtición.
EL PERU EN LA ACTUALIDAD Estas fuerzas globales continuarán haciendo que la industria del cuero y calzado del Perú sea vulnerable al ataque de zapatos importados baratos. Es muy posible que el números de curtidores formales continuará disminuyendo. El curtido de cuero para hacer wet blue o costra de cuero para ser exportados a países con
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mano de obra más barata (China, Pakistán, Vietnam; etc) podría ser una meta a largo plazo para la industria de curtiembres peruana. Los procesos de pelambre y cromado constituyen las dos áreas de mayor preocupación para las agencias reguladoras peruanas: alto nivel de DQO, alto DBO5, alto contenido de sólidos y cromo en solución. Es muy posible que el cambio a un sistema más centralizado de producción de wet blue tendría un impacto muy pequeño en el nivel de empleo en la industria de curtiembres peruana. El proceso de curtido para obtener wet blue usa muy poca mano de obra. Las pequeñas y micro empresas de curtiembres pueden obviar los pasos altamente contaminantes en la producción (pelambre y curtido al cromo) y seguir generando empleos para las etapas con intensiva mano de obra como son las de recurtido, teñido, engrasado y acabado del proceso. La industria del cuero en el Perú se encuentra en estado crítico debido a la presencia de fuerzas internas y externas. Muchas curtiembres formales han cerrado. Frecuentemente, los operadores y empleados de una curtiembre formal que cierra han reaparecido como curtiembres informales como un medio para generar ingreso. Una porción significativa de la economía peruana es informal. Algunas fuentes han estimado que que las curtiembres formales producen hasta el 50% 50% del cuero que se curte en el país. Las curtiembres informales están sub-capitalizadas. Gozan de una ventaja competitiva significante con relación a los curtidores formales quienes cumplen con las leyes y regulaciones.
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La disponibilidad de zapatos de cuero a menor precio proveniente de otros países ha deprimido la demanda por cuero y calzado peruano. La capacidad de producir cuero excede dramáticamente tanto la oferta de cueros como la demanda de los mercados domésticos de absorber dichos productos. El crecimiento de la población ha expandido las ciudades. Las curtiembres formales, que alguna vez estuvieron lejos de las zonas residenciales, ahora se encuentran rodeadas de casas. Los residentes están indignados por el agua sin tratar y los desechos sólidos que generan las curtiembres vecinas y los malos olores. Muchos curtidores informales operan dentro de sus propias casas, rodeados de sus vecinos que sufren las consecuencias. Los cueros de vaca son relativamente baratos en comparación con los EE.UU. (S/50 vs. S/200). Pero los cueros disponibles en el Perú son de calidad más baja que los disponibles en los EE.UU. La oferta anual de ganado vacuno en el Perú para beneficio actualmente es de aproximadamente 700,000. En la mayoría de casos, las curtiembres deben comprar cueros pobremente preservados y desollados. En las áreas remotas, los carniceros sin capacitación debida, utilizan pedazos de vidrio o las tapas de latas de metal en lugar de cuchillos para desollar y quitar la piel del ganado. Si no se cuenta con un cuchillo apropiado, en manos de un carnicero adecuadamente capacitado, para desollar, las pérdidas a lo largo del resto del proceso son considerables. La baja calidad de las pieles hace peligrar las esperanzas del curtidor de cumplir con los estándares exigentes de los mercados domésticos y de exportación. Los
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curtidores pierden el valor agregado de la parte carnosa del cuero. En los Estados Unidos esto es fuente de muchos productos vendibles. En los estudios realizados por el Centro de Promoción de Tecnologías Sostenibles -CPTS se ha demostrado que en una curtiembre la carga contaminante aportada por el proceso de pelambre depende mucho del método empleado para el pelambre (método convencional, sin destrucción de pelo, pelambre amínico, etc.). El objetivo central de los métodos de pelambre sin destrucción de pelo (hairsave) es lograr el acondicionamiento de la piel para disolver la raíz del pelo, tratando de causar el menor daño posible al pel o externo con el fin de que pueda ser removido del baño de pelambre antes de que el sulfuro lo destruya. El pelambre sin destrucción de pelo se puede combinar con otros métodos, como el pelambre convencional y el enzimático, entre otros; con el fin de favorecer el reciclaje de los baños residuales del pelambre. La aplicación de esta medida requiere análisis de laboratorio, de control de las operaciones y de un buen entrenamiento del personal, ya que la calidad del cuero puede ser afectada si la operación no está controlada, debido a que la eficiencia del pelambre se reduce por la presencia de sustancias orgánicas y sales disueltas en las aguas recicladas.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la región de La Libertad alrededor del 65 % de curtiembres están ubicadas en el parque industrial del El Milagro, generando cuero que es la materia prima para el sector calzado, las curtiembres han iniciado un estudio de Impacto 10
Ambiental con el propósito de controlar la contaminación contaminación en los efluentes líquidos ocasionada por el proceso de producción de cuero. Es importante mencionar que curtiembres como: Orión, Global Química SAC, Curtiembre Santa Rosa SAC, etc, cuentan con plantas de tratamiento primario de acuerdo al proceso y volumen de producción; otras Curtiembres cuentan con estudios de plantas de tratamientos de aguas residuales. En algunos casos ha ido fundamentando medidas de manejo ambiental, desarrollando un sistema que permiten un mayor rendimiento en los procesos de pelambre y controlando los procesos de producción. Actualmente el Ministerio de Industria y Turismo da las facilidades del caso para las posibles mejoras. La ciudad de Trujillo solo cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales que da servicio al 15% de las aguas servidas que produce la ciudad. Dichas aguas no solo contienen sustancias tóxicas de origen industrial, sino que además transportan altas concentraciones de Coliformes y una carga bacteriana y patológica significativa, ya que ningún hospital ni centro de salud de la ciudad de Trujillo cuenta con sistema de pretratamiento de sus aguas antes de ser vertidas a la red de colectores locales. Esta situación se agrava si se considera que dichas aguas son utilizadas para el riego r iego de los cultivos de pan llevar y follaje para la alimentación del ganado vacuno de zonas como son los valles de Chavimochic de nuestra Región y otras áreas agrícolas aledañas a la ciudad. Dichas áreas agrícolas abastecen de productos alimenticios a los propios habitantes de la ciudad de Trujillo, por lo que existe el riesgo potencial de una epidemia generalizada. En general, la zona industrial y las áreas urbanas no están separadas, y por lo tanto las aguas residuales industriales y las aguas 11
servidas urbanas se mezclan en los colectores, dificultándose de este modo la determinación del aporte de contaminación que le corresponde a la industria. Sin duda, las industrias en la ciudad contribuyen con una porción de carga en relación a la carga contaminante total. Sin embargo, aún se desconoce la real magnitud del aporte de cada industria, debido a la falta de información técnica y a la actitud poco cooperativa de estas. La investigación está enfocada a la evaluación y diagnóstico aplicando una nueva Tecnología para reducir carga contaminante de los efluentes líquidos de una curtiembre en el distrito de El Porvenir.
JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA Existen una serie de medidas para prevenir o disminuir la contaminación generada. Estas en su mayoría son de fácil aplicación y más aún, producen reducciones en los costos y mejoras productivas. Por otra parte, también existen soluciones a los problemas producidos por los desechos generados al final del proceso, es decir los denominados "End of pipe". Si bien estas soluciones requieren de mayores inversiones y asesoría técnica especializada, no constituyen una barrera insoslayable para la continuidad de la actividad, salvo los casos de empresas altamente endeudadas o de características artesanales, siendo su número muy reducido en el país. En general, las soluciones a los problemas de contaminación vienen a través de una combinación combinación de de medidas preventivas y de control de la contaminación. contaminación. Así, se logran importantes ahorros y en definitiva, se optimizan los recursos.
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Finalmente el presente estudio de investigación se justifica por los siguientes aspectos: • Por su magnitud: Porque el beneficio de la presente investigación alcanzará
no solamente a la industria de la curtiembre, sino también a las industrias colaterales como es la industria del calzado e industrias de insumos afines. • Por su vulnerabilidad: Porque es eficaz llevar a cabo la presente
investigación y estudiar el acondicionamiento, las caracterizaciones y eficiencia de las variables involucradas en la disminución de grasas de los efluentes, mediante la influencia Nonilfenoletoxilado; por la existencia del material bibliográfico y laboratorios de análisis físico químico con que cuenta la Curtiembre. • Por sus repercusiones repercusiones económicas: Porque al ser tratado positivamente el
efluente disminuye los impactos de contaminación, generando confianza en el cumplimento de las normas de calidad y seguridad; en consecuencia implicará una economía sólida en la aplicación a la Evaluación y diagnóstico para una nueva Tecnología para reducir carga contaminante en los efluentes líquidos de una curtiembre en el distrito de El Porvenir.
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CAPÍTULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
1.1
LAS EMPRESAS DE CURTIEMBRE EN PERÚ La industria de la curtiembre es una actividad que data de hace ciento de años, donde el proceso se ha ido refinando con el tiempo. Las estadísticas hasta el 2006 indican que los principales países productores de cuero fueron China, Italia e India, produciendo un total anual de 613.07, 199.45 y 161.52 millones de m 2 de cuero respectivamente. Asimismo, Brasil y Argentina lograron l ograron ubicarse entre los 10 países con mayor producción. La producción mundial se centra mayoritariamente en cueros bovinos (65% de la producción mundial) y, como minorías, los cueros de oveja, cabra y cerdo (15, 9 y 11% respectivamente). Las empresas dedicadas a la industria curtiembres en Perú, tanto formales como informales, operan principalmente en las ciudades de Trujillo, Arequipa y Lima. El Reporte Técnico para la Industria de Curtiembres
en
el
Perú
(MITINCI,
abril
1999),
indicó
que
aproximadamente solo el 50% del cuero producido a nivel nacional proviene de empresas formales. Por la gran falta de documentación causada tanto por las empresas formales como las informales, es muy difícil estimar la producción anual nacional. Al menos se sabe que el sector curtiembre ha registrado crecimientos en su producción, ejemplificado por un crecimiento de 12,4% en el primer trimestre del 2011.
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En Arequipa y Trujillo se cuenta con parques industriales donde se agrupan empresas, entre ellas las del sector curtiembre. Contar con dichas instalaciones es una ventaja pues permite a las empresas unir esfuerzos en el tratamiento de efluentes. El Reporte Técnico del MITINCI recomendó que estos parques instalen plantas de tratamiento de aguas residuales comunes y plantas de reciclaje de cromo; sin embargo, hasta la fecha no se ha encontrado información que certifique si dichas medidas han sido tomadas ni que evalúe los resultados obtenidos. Por mientras, tanto en Lima como en las dos regiones mencionadas, todavía proliferan las empresas informales que operan en diversas localidades vertiendo sus efluentes sin un debido tratamiento previo, elevando así los niveles de contaminación de los ríos. (CEPIS L. 1998)
1.2
INDUSTRIA DE CURTIEMBRE En el procesamiento de pieles animales, existen variaciones según sea el tipo de piel, la tecnología disponible y las características finales a conseguir en el cuero. Estas características determinan el tipo de emisiones y consumos y las consecuencias ambientales del proceso. El proceso de curtido se puede dividir en tres etapas principales: ribera, curtido y terminación. Las etapas de ribera y curtido se realizan en grandes recipientes cilíndricos de madera llamados fulones. A estos recipientes se ingresan los cueros, el agua y los reactivos químicos necesarios, mientras que las etapas de terminación ocupan equipos de acondicionamiento físico en seco. Los aspectos ambientales principales del proceso se centran en las primeras etapas.
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A. Etapa de Ribero: Los trabajos de ribera se caracterizan por emplearse en ellos grandes cantidades de agua, de lo cual deriva su nombre. En esta etapa el consumo de agua constituye el aspecto ambiental de relevancia. (7)
a) Almacenamiento y recorte de de pieles: Una vez separada la piel de la carne del animal, se procede a recortar la piel de las patas, cola, cabeza y genitales, según un procedimiento estándar. La piel se somete a un procedimiento de conservación para evitar su degradación biológica. Los procedimientos más usados son el secado al aire y el salado con sal común. También se incluye el uso de productos químicos para evitar el ataque de insectos a la piel. Se producen residuos sólidos orgánicos y efluentes con cargas orgánicas.
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b) Remojo y lavado: Las pieles se limpian con agua y detergentes de toda materia extraña como tierra, sangre, estiércol, etc. En el caso de las pieles saladas se debe, eliminar la mayor parte de la sal proveniente de la conservación. Esta etapa también contribuye a devolverle a la piel la humedad perdida. Los remojos de las pieles en bruto (frescas o recién desolladas, saladas y secas) dependen del tipo de conservación y el tiempo en que haya sido sometida después del sacrificio y antes de llegar a la curtiembre para su transformación en cuero. En el caso de una piel fresca que procede directamente del matadero, sin tratamiento previo de conservación, no hay mayores dificultades, pues un remojo simple (de limpieza) y remojo alcalino controlado (generalmente menos horas) hace posible pasar a las siguientes etapas de fabricación. El agua para remojo debe estar lo más exenta posible de materia orgánica y bacterias proteolícas; por ello en esta operación se requieren aguas de pozo o fuente y no l as de superficie. Hay registros de que la duración del remojo es tanto mayor cuanto mayor es la dureza del agua empleada. Para este caso particular del remojo de pieles. El agua con una dureza media (8-12° Ha) es aceptable. En esta etapa se generan olores (material orgánico putrescible), efluentes con materia orgánica, sólidos en suspensión y hay consumo de agua.
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a) Pelambre y encalado: Para eliminar el pelo presente en el cuero, éste se somete a un ataque químico con cal (encalado) y con sulfuro de sodio, o un ataque enzimático, mediante proteasas, en solución acuosa. A veces se agrega algún agente coadyuvante del proceso de pelambre como: agentes tenso activos, humectantes, aminas.
Na2S (Sulfuro de Sodio)
NaSH (Sulfhídrico de Sodio).
Aminas.
Ca (OH)2 (Hidróxido de Calcio).
NaOH (Hidróxido de Sodio).
b) Descarnado El descarnado es necesario pues en la endodermis (parte de la piel en contacto con el animal) quedan, luego del cuereado, restos de carne y grasa que deben eliminarse para evitar (entre otras consecuencias) el desarrollo de bacterias sobre la piel. La piel apelambrada se descarna a mano con la "cuchilla de descarnar" o bien a máquina. Con ello se elimina el tejido subcutáneo (subcutis = carne). El proceso someramente descrito consiste en pasar la piel por medio de un cilindro neumático de garra y otro de cuchillas helicoidales muy filosas La piel circula en sentido contrario a este último cilindro, el cual está ajustado de tal forma que presiona a la piel, lo suficiente, como asegurar el corte
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(o eliminar definitivamente) sólo del tejido subcutáneo (grasa y/o carne) adherido a ella. (Miller S. 1999)
El objeto del desencalado es:
Eliminar la cal adherida adherida o absorbida por la piel en su parte exterior.
Eliminar la cal de los espacios interfibrilares.
Eliminar la cal que se hubiera combinada con el colágeno. colágeno.
Deshinchar la piel dándole morbidez.
Ajustar el pH de la piel para el proceso proceso de purga.
Si no se verifica una eliminación de cal suficiente pueden observarse entre otros posibles problemas:
Un aumento de basicidad en la curtición al cromo.
Crispación de la flor.
Toque duro o acartonado.
Soltura de flor.
Generar quiebre de flor.
e) Depilado y dividido El depilado no se realiza, cuando en el pelambre se trabaja con baños con alta concentración de sulfuro y buena agitación mecánica, pues con este procedimiento y un buen enjuague se elimina prácticamente todo el pelo de la piel. En el dividido se corta la piel depilada por la mitad de su espesor para producir dos capas. El dividido también se puede realizar después del curtido. En esta
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etapa se generan residuos de materia orgánica: recortes y viruta de wet-blue, efluentes con materia orgánica y sólidos en suspensión.
B.
Etapa de Curtido: a. Descencalado Esta etapa se ocupa de eliminar la cal y productos alcalinos del interior del cuero. Para este procedimiento pr ocedimiento se usan disoluciones acuosas de ácidos para neutralizar la piel, eliminando la cal y los productos alcalinos formados, como ácido clorhídrico, sulfúrico,
fórmico,
etc.
Aquí
puede
haber
emisiones
atmosféricas de NH 3 y efluentes con carga orgánica.
b. Rendido (purga) Es un proceso enzimático que permite un aflojamiento y ligera peptización de la estructura del colágeno, al mismo tiempo que limpia la piel de restos de proteínas, pelo y grasa que hayan quedado de los procesos anteriores. Se usan enzimas proteasas absorbidas sobre aserrín de madera y agentes desencalantes {cloruro de amonio). El rendido se puede realizar en los lo s mismos recipientes de encalado encalado o en uno distinto
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c. Piquelado Se utiliza en el curtido con cromo, con el fin de eliminar totalmente el álcali que queda en la piel. En este proceso se acidifica la piel lo suficiente, de manera que se evite la precipitación de sales de cromo insoluble en las fibras del cuero durante el curtido. Se usan sales (cloruro y sulfato de sodio) y ácidos (sulfúrico y fórmico). Esta etapa puede generar efluentes ácidos.
d. Desengrasado Se realiza en el curtido de pieles lanares, ya que estas poseen un alto contenido de grasa. Se puede realizar r ealizar con agente tenso activo (jabones sódicos, detergentes sintéticos) o con disolventes orgánicos (kerosene, percloroetileno). (Miller S. 1999)
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e. Curtido El curtido es la transformación de la piel en el cuero comercial, a través de un proceso de fijación del agente de curtiembre sobre la piel, en fulones durante un tiempo determinado. El tiempo de curtido dependerá del tipo de producto a obtener, el agente de curtiembre y el proceso en sí. Posteriormente el cuero se lava para eliminar el exceso de curtiembre y luego se seca. Los agentes de curtido más usados son las sales de cromo y los curtientes naturales (taninos). Puede generar taninos vegetales y/o lodos con contenido de Cromo. (Miller S. 1999)
f. Engrase Para obtener un cuero más suave y flexible se adicionan por impregnación aceites vegetales y animales, modificados o no y aceites minerales. (Miller S. 1999)
g. Recurtido Consiste en el tratamiento del cuero curtido con uno o más productos químicos con el objeto de obtener un cuero más lleno, con mejor resistencia al agua, mayor blandura o para favorecer la igualación de tintura que no se han podido obtener con la sola curtición convencional. Agentes recurtientes son: sales de cromo, recurtientes. (Miller S. 1999)
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h. Teñido Las pieles recurtidas son teñidas en fulones mediante colorantes ácidos o básicos. (Miller S. 1999)
C. Etapa de terminación: El cuero teñido y seco pasa por varias sub-etapas de acabado, los cuales le dan la presentación deseada según según sea el tipo t ipo de producto final. En esta etapa los cueros pueden ser raspados, ablandados, estirados, planchados, pintados, lacados, etc.
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Figura 1. Diagrama de flujo de elaboración del cuero.
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1.3
PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA EN EL PELAMBRE La separación de redes es una medida de producción más limpia aplicable a todas las curtiembres que no cuentan con un sistema óptimo que separe las líneas de aguas residuales, lluvias e industriales, pero esta separación también debe incluir la separación de los efluentes de los procesos productivos; por lo general se separan las aguas provenientes de las etapas de remojo, encalado, pelambre y descarnado de las aguas provenientes de las etapas de desencalado, piquelado y curtido. (Fuqueme Diana 2011) Con lo anterior se separan las aguas de ribera que cuentan con un alto contenido de carga orgánica y pH básico de las del proceso de curtido que contienen pH ácido y algunos compuestos que inhiben la degradabilidad de las aguas residuales por su condición tóxica como es el caso del cromo. Otra alternativa de producción más limpia es el reciclaje de las aguas residuales de pelambre, que es una técnica empleada en Europa desde hace más de 10 años. Algunas curtiembres en el mundo reciclan sus baños residuales en forma rutinaria, hasta 10 veces. Una de ellas ha logrado reciclarlos en forma indefinida. (2) El tratamiento enzimático de pieles también puede considerarse como una tecnología más limpia sólo si la cantidad de sulfuro sódico es reducida sustancialmente. Sin embargo, todavía no es posible reemplazar totalmente al sulfuro sódico en el procesamiento de las pieles.
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Existen otros agentes que reducen la cantidad de sulfuro en el proceso de pelambre, como por ejemplo, los compuestos compuestos orgánicos de sulfuro y las aminas. (Fuquene Diana, 2011)
A. Pelambre sin destrucción de pelo A nivel mundial se han desarrollado metodologías para evitar la destrucción del pelo durante el pelambre obteniendo un efluente con menor carga orgánica y lodos más fáciles de manejar y escurrir. El objetivo central de los métodos de pelambre sin destrucción del pelo es lograr el acondicionamiento acondicionamiento de la piel para disolver la raíz del pelo, tratando de causar el menor daño posible al pelo maduro o externo (ver Figura 2). Este mecanismo se denomina comúnmente "inmunización" del pelo. Una vez extraído el pelo de la piel, éste debe ser removido del baño de pelambre en forma inmediata, a fin de evitar que el sulfuro continúe disolviéndolo.
Figura 2: Diagrama esquemático de las capas de la piel
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Concluida esta depilación, se prosigue normalmente con la operación de pelambre, para extraer el pelo remanente que hubiese quedado y alcanzar la hinchazón requerida, (2) La tecnología moderna para pelambre sin destrucción del pelo, consiste en utilizar fulones que tienen sistemas de recirculación de baños con separación simultánea de los pelos extraídos y control de pH, temperatura y flujo de agua. Uno de los sistemas que puede utilizarse para realizar una filtración continua durante el pelambre se muestra en la Figura 3 y funciona de la siguiente manera: Una manguera o tubo de plástico se adhiere a la pared del fulón, con un extremo cerca de la puerta del fulón y el otro en uno de los orificios del eje.
El fulón empieza a rotar rotar y la manguera, manguera, inicialmente vacía y boca arriba, se llena de líquido.
Conforme el fulón rota el extremo de la manguera que está está cerca de la puerta del fulón alcanza la posición más alta, desde la cual descarga totalmente el líquido por el orificio del eje.
La solución solución se se filtra externamente y se vuelve vuelve a introducir dentro dentro del fulón, por el otro orificio del eje.
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Figura 3: Fulón con sistema de evacuación continua del liquido B. Reuso de los líquidos de pelambre pelambre Los baños residuales del pelambre son ricos en sulfuro y cal por lo que son aptos para su reuso en un nuevo ciclo. Sin embargo los sólidos suspendidos y parte de los sólidos disueltos pueden crear problemas en el reciclaje porque si bien los sólidos disueltos no son fáciles de eliminar, los sólidos suspendidos pueden separarse con mayor facilidad. El agua residual se recupera por filtración haciéndola pasar por un tamiz inclinado (ver Figura 4) a fin de que los sólidos retenidos sean arrastrados hacia la base del tamiz por el líquido en movimiento y éste pueda pasar con menor obstrucción a través de la tela usada como filtro. El agua de pelambre filtrada se almacena en un tanque recolector y se le añade la cantidad de agua necesaria para reponer el volumen inicial del baño de pelambre.
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Figura 4. Construcción de un tamiz inclinado 1.4
IMPACTO SOBRE EL AMBIENTE Y LA SALUD HUMANA El programa de la Guía Ambiental del año 2004 establece que el sector curtidor
tradicionalmente
ha
sido
reconocido
como
altamente
contaminante, sin embargo, en la última década, la implementación de tecnologías limpias ha mitigado el impacto causado por el proceso productivo. Los resultados de esta gestión, la exigencia en el cumplimiento normativo por parte de las autoridades ambientales y el auge de mercados verdes han promovido que el sector emprenda procesos de mejoramiento ambiental para lograr el ingreso a dichos mercados en los cuales sí se reconoce su gestión ambiental, a la vez que se optimiza el uso de recursos con las consecuentes mejoras en la estructura de costos.
30
Debido a la naturaleza del proceso de curtición y a las prácticas artesanales de una gran parte de estos industriales, se generan problemas ambientales que afectan los diferentes componentes ambientales así: El recurso hídrico se ve afectado por la gran cantidad de insumos involucrados en el proceso productivo así como la naturaleza misma de las pieles que aportan una alta carga orgánica a los vertimientos, adicionalmente algunos subproductos y residuos se vierten vie rten normalmente con las aguas residuales a la red de alcantarillado o a los cuerpos de agua. Los sólidos insolubles ocasionan el taponamiento de las redes de alcantarillado y sedimentación en los cuerpos de agua. No obstante, la construcción de sistemas de pretratamiento como trampas de grasas y de sólidos, reducen significativamente el impacto. De igual manera, la implementación de prácticas tan sencillas como medir y pesar no sólo minimiza la carga de DQO en los vertimientos sino que mejora y estandariza la calidad del cuero, con los consecuentes beneficios económicos. En el componente aire, el impacto se presenta en tres sentidos: el primero de ellos por el combustible empleado para la generación de vapor que al presentar impurezas y alto contenido de azufre y quemarse en condiciones inapropiadas, genera emisiones atmosféricas con cargas por encima de los máximos permitidos por la normatividad ambiental vigente, en segundo lugar, los vapores orgánicos y material particulado generados
31
en las operaciones de acabado en las cuales se aplican pinturas de base solvente por aspersión, que en la mayoría de los casos van al ambiente sin ningún tipo de control y, finalmente, los olores generados en las operaciones de limpieza de las trampas de sólidos y grasas en donde por efectos del pH se producen gases sulfurosos. El componente suelo se ve afectado por los sólidos procedentes de las trampas de sólidos y grasas, los residuos del procesamiento de subproductos como el unche, los residuos del rebajado y desorillo, los cuales actualmente se disponen a través del servicio de aseo en rellenos sanitarios o en lugares a cielo abierto. El aprovechamiento de subproductos como el unche, para la producción de sebo, y la carnaza, en la elaboración de juguetes caninos, igualmente emplean considerables cantidades de agua y se constituyen en procesos con altos consumos de energía. Así mismo, los vertimientos procedentes de estos procesos contienen altas cargas de sustancias contaminantes. (Fuqueme Diana, 2011) Con el fin de evaluar los impactos más significativos generados durante el proceso de curtición se realizará una matriz cualitativa (Ver tabla 1 y 2) donde el triángulo oscuro representa un alto impacto negativo y el triángulo blanco alto impacto positivo; el cuadrado oscuro, un impacto medio negativo y el blanco, impacto medio positivo, y el círculo oscuro, un bajo impacto negativo.
32
En la matriz se tendrá en cuenta el componente ambiental afectado y las diferentes fases: preproceso, proceso y posproceso de curtición.
Tabla 1: Convenciones de la matriz de impacto IMPACTO
CONVENCION
Alto positivo Alto negativo Medio positivo Medio negativo Bajo positivo Bajo negativo
Tabla 2. Matriz causa efecto de las operaciones del proceso de –
curtición. Actividades
Actividades del proceso de curtición Proceso
Preproceso a
ot zo
ie
n
n n
l m
s
s n e e n
l p
trs
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p
ai
rat
la
Impactos Ambientales la
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Posproceso
R C
Aguas de consumo Agua residual Calidad de aire Ruido Residuos sólidos Olor Area vegetal Fauna s o
l
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b
at ói ie A b m A et n s o
n
ict m B
e o p ió
Generación de empleo l
Uso del suelo Modificación del pasaje
o C o
c
ai
m o
O
S
Fuente: Elaboración propia 33
Tabla 3: Límites máximos permisibles de parámetros contaminantes de la industria curtiembre, según el Decreto Supremo N° 003-2002
Parámetros pH Temperatura (°C)
Límites máximos permisibles de efluentes Para aguas Para alcantarillado superficiales 6.5 – 9.5 5.0 – 8.5 35
35
1000
50
Aceites y grasas (mg/L)
100
25
DBO5 (mg/L)
1000
50
DBO (mg/L)
2500
250
Sulfuros (mg/L)
10
1
Cromo VI (mg/L)
0.5
0.3
Cromo Total (mg/L)
5
2.5
N-NH4 (mg/L)
50
20
Sólidos
suspendidos
totales (mg/L)
1.5
LOS NONILFENOLETOXILADO NONILFENOLETOXILADO Los nonilfenol etoxilado (alquifenoles etoxilados) son compuestos aromáticos que consisten de un anillo fenólico que contiene un radical alquilo unido a una cadena lateral de grupo etoxilo, cuya longitud puede variar de entre 1 y 50 grupos etoxilos (ver figura 5) (3)
34
Figura 5. Nonilfenol (p) etoxilado Los nonilfenol etoxilados se producen por dos métodos, dependiendo el tipo de materia prima. El primero consiste en producir cloroparafinas en los que el átomo de cloro está distribuido de forma aleatoria, para posteriormente reaccionarlo con el fenol en presencia del catalizador Friedel-Crafts, obteniendo el alquil fenol. La otra vía usando un trímero o tetrámero de propileno para producir alquil fenoles altamente ramificados de tipo nonil, dodecil y octal. La reacción del dimero de isobutileno con fenol produce un ter-octil fenol (la base de los surfactantes (TRITON X). La etoxilación del alquilfenol se realiza a 150 – 200|C con una presión de óxido de etileno de 1.5 a 5 atmósferas y en
presencia de 0.5 – 1% de catalizador alcalino (KOH) (Salager et al, 2004)
1.6
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Se puede definir el agua residual como la combinación de los residuos líquidos procedentes tanto de residencias como de instituciones públicas y establecimientos industriales y comerciales a los que pueden agregarse, eventualmente, aguas subterráneas, superficiales y pluviales. En la medida en que se vaya presentando acumulación y estancamiento del agua residual pueden generarse gases de mal olor debido a la
35
descomposición orgánica que ésta posee, además es importante anotar que en el agua residual hay existencia de numerosos microorganismos patógenos y causantes de enfermedades que habitan en el aparato intestinal humano o que pueden estar en ciertos residuos industriales. Pero no todo es negativo, las aguas residuales contienen nutrientes que en gran parte ayudan al crecimiento de plantas acuáticas. (Vergara Francisco 2009)
1.6.1 Tipos de tratamiento Aquellos métodos de tratamiento en los que predominan los fenómenos físicos se conocen como operaciones unitarias, mientras que aquellos métodos en los que la eliminación de los contaminantes se realiza con base en procesos químicos o biológicos se conocen como procesos unitarios. Al referirse a operaciones y procesos unitarios es porque se agrupan entre si para constituir los tratamientos primario, secundario y terciario. Se realiza un tratamiento preliminar , destinado a la eliminación de residuos fácilmente separables y en algunos casos un proceso de pre-aireación.
El tratamiento primario comprende procesos de sedimentación y tamizado. El tratamiento secundario comprende procesos biológicos aerobios y anaerobios y físico-químicos (floculación) para reducir la mayor parte de la DBO
36
El tratamiento terciario o avanzado está dirigido a la reducción final de la DBO, metales pesados y/o contaminantes químicos específicos y la eliminación de patógenos y parásitos.
A. Tratamientos preliminares: Aunque no reflejan un proceso en sí, sirven para aumentar la efectividad de los tratamientos primarios, secundarios y terciarios. Las aguas residuales que fluyen desde los alcantarillados a las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), son muy variables en su flujo y contienen gran cantidad de objetos, en muchos casos voluminosos y abrasivos, que por ningún motivo deben llegar a las diferentes unidades donde se realizan los tratamientos y deben ser removidos. Para esto son utilizados los tamices, las rejas, los micro-filtros, etc.
Procesos de tratamiento de aguas residuales: a) Tamizado: Los tamices auto-limpiantes están construidos con mallas dispuestas en una inclinación particular que deja atravesar el agua y obliga a deslizarse a la materia sólida retenida hasta caer fuera de la malla por sí sola. La gran ventaja de este equipo es que es barato, barato, no tiene partes partes móviles y el mantenimiento
es mínimo,
pero
necesita
un
desnivel
importante entre el punto de alimentación del agua y el de salida.
37
b) Rejas: Se utilizan para separar objetos de tamaño más importante que el de simples partículas que son arrastrados por la corriente de agua. Se utilizan solamente en desbastes previos. El objetivo es proteger los equipos mecánicos mecánicos e instalaciones posteriores que podrían ser dañados u obstruidos con perjuicio de los procesos que tuviesen lugar. Se construyen con barras metálicas de 6 o más mm de espesor, dispuestas paralelamente y espaciadas de 10 a 100 mm. Se limpian mediante rastrillos que pueden ser manejados manualmente o accionados automáticamente. (Vergara Francisco, 2005) Para pequeñas alturas de la corriente de agua se emplean rejas curvas y para alturas mayores rejas longitudinales dispuestas casi verticalmente.
c) Micro-filtración: Los micro-filtros trabajan a baja carga, con muy poco desnivel, y están basados en una pantalla giratoria de acero o material plástico a través de la cual circula el agua. Las partículas sólidas quedan retenidas en la superficie superf icie interior del micro-filtro que dispone de un sistema de lavado continuo para mantener las mallas limpias. Se han utilizado eficazmente para separar algas de aguas superficiales y como tratamiento terciario en la depuración de aguas residuales. Según la aplicación se selecciona el tamaño de malla indicado. Con
38
mallas de acero pueden tener luces del orden de 30 mieras y con mallas de poliéster se consiguen buenos rendimientos con tamaños de hasta 6 micras.
B. Tratamientos primarios: El principal objetivo es el de remover aquellos contaminantes que pueden sedimentar, como por ejemplo los sólidos sedimentables y algunos suspendidos o aquellos que pueden flotar como las grasas. El tratamiento primario presenta diferentes alternativas según la configuración general y el tipo de tratamiento que se haya adoptado. Se puede hablar de una sedimentación primaria como último tratamiento o precediendo un tratamiento biológico, biológico, de una coagulación cuando se opta por tratamientos de tipo físico -químico.
a) Sedimentación primaria: Se realiza en tanques ya sean rectangulares o cilíndricos en donde se remueve de un 60% a 65% de los sólidos sedimentables y de 30% a 35% de los sólidos suspendidos en las aguas residuales. En la sedimentación primaria el proceso es de tipo floculento y los lodos producidos están conformados por partículas orgánicas. Un tanque de sedimentación primaria tiene profundidades que oscilan entre 3m y 4m y tiempos de detención entre 2 y 3 horas. En estos tanques el agua residual es sometida a condiciones de reposo para facilitar la sedimentación de los sólidos sedimentables. El porcentaje de partículas sedimentadas puede
39
aumentarse con tiempos de detención más altos, aunque se sacrifica eficiencia y economía en el proceso; las grasas y espumas que se forman sobre la superficie del sedimentador primario son removidas por medio de rastrillos que ejecutan un barrido superficial continuo.
b) Precipitación química -coagulación: La coagulación en el tratamiento de las aguas residuales es un proceso de precipitación química en donde se agregan compuestos químicos con el fin de remover los sólidos. El uso de la coagulación ha despertado interés como tratamiento terciario y con el fin de remover fósforo, color, turbiedad y otros compuestos orgánicos.
C. Tratamiento secundario: El objetivo de este tratamiento es remover la demanda biológica de oxigeno (DBO) soluble que escapa a un tratamiento primario, además de remover cantidades adicionales de sólidos sedimentables. El tratamiento secundario intenta reproducir los fenómenos naturales de estabilización de la materia orgánica, que ocurre en el cuerpo receptor. La ventaja es que en ese proceso el fenómeno se realiza con más velocidad para facilitar la descomposición de los contaminantes orgánicos en períodos cortos de tiempo. Un tratamiento secundario remueve aproximadamente 85% de la DBO y los SS aunque no remueve cantidades significativas de nitrógeno,
40
fósforo, metales pesados, demanda química de oxígeno (DQO) y bacterias patógenas. Además de la materia orgánica orgánica se va a presentar presentar gran cantidad de microorganismos como bacterias, hongos, protozoos, rotíferos, etc., que entran en estrecho contacto con la materia orgánica la cual es utilizada como su alimento. Los
microorganismos
convierten
la
materia
orgánica
biológicamente degradable en CO 2 y H2O y nuevo material celular. Además de estos dos ingredientes básicos microorganismos materia orgánica biodegradable, se necesita un buen contacto entre ellos, la presencia de un buen suministro de oxígeno, aparte de la temperatura, pH y un adecuado tiempo de contacto. Para llevar a efecto el proceso anterior se usan varios mecanismos tales como: lodos activados, biodisco, lagunaje, filtro biológico.
a) Lodos activados: Es un tratamiento de tipo biológico biológico en el cual una mezcla de agua residual y lodos biológicos es agitada y aireada. Los lodos biológicos producidos son separados y un porcentaje de ellos devueltos al tanque de aireación en la cantidad que sea necesaria. En este sistema las bacterias utilizan el oxígeno suministrado artificialmente para desdoblar los compuestos orgánicos que a su vez son utilizados para su crecimiento. A medida que los microorganismos microorganismos van creciendo se se aglutinan
41
formando los lodos activados; éstos más el agua residual fluyen a un tanque
de
sedimentación
secundaria en donde
sedimentan los lodos. Los efluentes del sedimentador pueden ser descargados a una corriente receptora; parte de los lodos son devueltos al tanque con el fin de mantener una alta población bacterial bacterial para permitir una oxidación rápida de la materia orgánica.
b) Biodisco: Es tan eficaz como los lodos activados, requiere un espacio mucho menor, es fácil de operar y tiene un consumo energético inferior. Está formado por una estructura plástica de diseño especial, dispuesto alrededor de un eje horizontal. Según la aplicación puede estar sumergido de un 40% a un 90% en el agua a tratar, sobre el material plástico se desarrolla una película de microorganismos, cuyo espesor se autorregula por el rozamiento con el agua, en La parte menos sumergida, el contacto periódico con el arre exterior es suficiente para aportar el oxígeno necesario para la actividad celular.
c) Lagunaje: El tratamiento se puede realizar en grandes lagunas con largos tiempos de retención (1 a 3 semanas)
que
les
hace prácticamente insensibles a las variaciones de carga, pero que requieren terrenos muy extensos. La agitación debe ser suficiente para mantener los lodos en suspensión excepto en la zona más inmediata a la salida del efluente.
42
Relleno biológico (Metcalf, 2003): Está formado por un reactor, en el cual se ha situado un material de relleno sobre el cual crece una película de microorganismos aeróbicos con aspecto de limos. La altura del filtro f iltro puede alcanzar hasta 12m. El agua residual se descarga en la parte superior mediante un distribuidor rotativo cuando se trata de un tanque circular. A medida que el líquido desciende a través del relleno entra en contacto con la corriente de aire ascendente y los microorganismos. La materia orgánica se descompone lo mismo que con los lodos activados, dando más material y CO 2.
D. Tratamiento terciario: Tiene el objetivo de remover contaminantes específicos, usualmente tóxicos o compuestos no biodegradables
o
aún
la
remoción
complementaria
de
contaminantes no suficientemente removidos en el tratamiento secundario. Como medio de filtración se puede emplear arena, grava antracita o una combinación de ellas. El pulido de efluentes de tratamiento biológico se suele hacer con capas de granulometría creciente, duales o multimedia, filtrando en arena fina trabajando en superficie. Los filtros de arena fina son preferibles cuando hay que filtrar flóculos formados químicamente y aunque su ciclo sea más corto pueden limpiarse con menos agua. La adsorción con carbón activo se utiliza para eliminar la materia orgánica residual que ha pasado el tratamiento biológico. bi ológico. (9)
43
1.7
LA INDUSTRIA DEL CURTIDO La operación de curtido de pieles consiste en el tratamiento de las mismas con el fin de evitar su deterioro por las condiciones ambientales o por la acción de microorganismos. Básicamente se trata de añadir un producto curtiente que sea capaz de penetrar en la estructura de la piel y bloquear los grupos amino de la estructura coloidal, evitando así su degradación por microorganismos y al mismo tiempo, ligarse a las moléculas de esa estructura coloidal, aumentando el entrecruzamiento molecular para hacerla inerte a los efectos dispersantes del agua. No cabe duda de que para un mejor conocimiento del efluente es importante conocer el tipo de contaminantes que va a tener y nada mejor para ello que hacer una introducción al proceso productivo implantado en la instalación. Este se ha resumido en la figura 1, en la que a travpes de un diagrama de bloques se han definido las fases del proceso y aquellas de los que van a derivar corrientes de agua residual con sus contaminantes respectivos que en conjunto y según sus regímenes horarios forman el efluente a depurar.
44
PIEL
H2O
Na2S Cal H2O NH4Cl (NH4)2SO4 Ac. Fórmico Enzimas H2O NaCl H2SO4 Ac. Fórmico H2O
REMOJO
Residuo Líquido Cloruro de Sodio y Materia Orgánica
PELAMBRE
Residuo Líquido Sulfuro, cal, materia orgánica, pH básico
DESENCALADO Y RENDIDO
Residuo Líquido Sulfuros y Cloruros disueltos
PIQUELADO
Residuo Líquido Cloruros, pH acido y sales disueltas
H2O CrHSO4
CURTIDO
Residuo Líquido pH ácido y sales de cromo
H2O Formiato de sodio Carbonato de sodio
NEUTRALIZADO
Residuo Líquido pH ácido y sales disueltas
Taninos CrOHSO4 NaCl H2O
RECURTIDO
Residuo Líquido Sales de cromo, cloruros y Taninos
TEÑIDO Y ENGRASE
Residuo Líquido pH ácido antes, tintes orgánicos.
Anilinas, tintes Acidos orgánicos Aceites Mineral y Vegetal, H2O
ACABADO Fig. N° 06: Esquema General del Proceso de Curtido y Generación de Residuos.
PRODUCTO CUERO
45
PIEL
1.8
EL PROCESO DE CURTICIÓN 1.8.1 Remojo: Las curtiembres reciben pieles saladas en diferentes estados de conservación, estas llegan con 15-20% de deshidratación. Una pobre rehidratación provoca zonas parciales duras y deficiente penetración de los auxiliares químicos. Con el remojo se consigue lo siguiente: a) Rehumectar y ablandar ablandar los cueros cueros o pieles, de modo que que por lo que atañe al tacto y al aspecto se asemejen a las pieles que acaban de ser separadas de animales recién sacrificadas. b) Conseguir la eliminación de de grasas, sangre, estiércol, estiércol, tierra u otras impurezas no deseadas. c) Facilitar la penetración de sustancias sustancias químicas en en procesos posteriores, provocando una ligera hinchazón (esponjamiento). d) Quitar la sal, ya que ésta ésta impide que los cueros cueros se hinchen y ejerce influencia desfavorables sobre procesos posteriores. Este proceso genera volúmenes muy importantes de aguas residuales caracterizados por un pH neutro o ligeramente alcalino, según los auxiliares empleados, con presencia de estiércol, suero de sangre, proteínas solubles, tensoactivas, carbonato sódico, cloruro sódico u otros conservantes según sea el tipo de piel trabajada.
1.8.2 Pelambre y Escalado: Después del
remojo las pieles son
sometidas a un proceso donde se le quitará el pelo y se realizará un aflojamiento de la estructura fibrosa el cual es necesario para 46
realizar
de
una
manera
óptima
las
siguientes
etapas.
Prácticamente durante este proceso se determina en cierta medida las características de suavidad y resistencia que tendrá el cuero terminado. Los objetivos del pelambre y encalado son: a) Quitar el pelo o lana y la epidermis de la piel (queratina) b) Abrir y separar las fibras y fibrillas por medio de un hinchamiento y/o turgencia de la estructura fibrosa de la piel, lo cual es ocasionado por la entrada de agua en los haces de fibras y fibrillas. c) Destrucción de de proteínas interfibrilares y solubilización de otras proteínas no fibrosas diferentes al colágeno. d) Saponificación de grasas grasas naturales. La acción acción alcalina en las grasas naturales de la piel provoca su transformación en jabones solubles, los cuales cuales son son lavados lavados y eliminados de la piel. e) Preparar químicamente químicamente a la piel para tener una mayor reacción con los curtientes, minerales o vegetales. En este procesos los volúmenes de aguas residuales son menores que en el proceso de remojo. Sin embargo la carga contaminante es tan elevada que en muchos casos llega a representar más de un 50% del total de la carga contaminante. Se caracterizan esta agua por su fuente alcalinidad, pH 12-14, 12 -14, asimismo se encuentran restos de pelo y proteínas básicamente queratina cal, sulfuro y pequeñas cantidades de grasas.
47
1.8.3 Desencalado: Es la operación que sirve para eliminar la cal y productos alcalinos del interior del cuero, por lo tanto la eliminación del hinchamiento alcalino de la piel apelambrada. El desencalado tiene como finalidad. a) Eliminar el sulfuro de sodio sodio absorbido por por la piel para evitar un cuero agrietado y de curtido incompleto. Además de eliminar en forma gradual el hidróxido de calcio que debe ser disuelto como sal de calcio. b) Convertir los ácidos grasas libres de las grasas, en en jabones de calcio de limitada solubilidad. c) Los agentes desencalantes tienen por finalidad reducir la elevada alcalinidad de la piel a un pH óptimo de (8-9), es decir ligeramente alcalino que es el más adecuado. En el proceso de desencalado generalmente se emplea sulfato de amonio, bisulfitos de sodio, cloruro de amonio y ácido sulfúrico.
Rendido: Es una operación final del desencalado. El objeto del rendido es eliminar de la piel componentes proteínicos no susceptibles de curtición mediante una acción enzimática; al mismo tiempo un aflojamiento y ligera peptización de la estructura del colágeno. Es muy importante el rendido en aquellos artículos que deben ser de un tacto blando y suave, con capa de flor fina y sedosas, ya que no es suficiente el aflojamiento estructural logrado por el apelambrado y desencalado. 48
Los volúmenes de aguas residuales vertidos en esta operación pueden llegar a ser importantes. Estos vertidos se caracterizan por su contenido en sales cálcicas solubles y muy frecuentemente elevados contenidos en nitrógeno debido a sales amoniacales. Suelen ser aguas ligeramente alcalinas, pH 7-8.
1.8.4 Piquelado: La operación del piquelado es muy importante en lo que respecta a la operación posterior de curtición, ya que si la piel no estuviera piquelada, el pH sería elevado y las sales del agente curtiente mineral adquirían una elevada basicidad, esto produciría una sobre curtición en las capas exteriores, lo cual dificultaría la difusión del curtiente en las capas
internas. La La finalidad del
piquelado es: a) Acondicionar la piel a una acidez adecuada en donde el curtiente pueda penetrar gradualmente. b) Producir un hinchamiento moderado (la sal controla el esponjamiento) y obtener una estructura fibrosa purificada y sin resto de impurezas. En la práctica industrial el piquelado se realiza con diferentes métodos, siendo el más comúnmente empleado el que util iza ácido sulfúrico y cloruro de sodio. Cuando esta operación se realiza independientemente de la curtición produce aguas residuales si bien no son muy importantes en cuanto al volumen poseen una alta
49
carga contaminante por sus elevadas concentraciones de cloruro sódico y ácido (pH = 1-3)
1.8.5 Curtido: El curtido es la preparación que se da a las pieles, una vez apelambradas y descarnadas para preservarlas de la putrefacción y obtener una consistencia tal que las haga aptas para diversos usos. Existen muchos sistemas de curtido de pieles, siendo los principales: curtido al cromo, con vegetales, con sales de aluminio, el aceite, etc. Dentro de estos, el curtido al cromo se ha convertido en el método más común y principal para curtir cueros livianos debido a que es un método rápido y de bajo costo comparado con los otros curtientes. La finalidad del curtido es: a) Evitar que las proteínas de la estructura fibrosa del cuero tengan como una de las características el de “pudrirse”; además
dotándolas simultáneamente de flexibilidad y resistencia. b) Lograr la penetración y absorción de la sal de cromo, provocando alteraciones y produciendo una reacción de las sales de cromo y las proteínas. En este estado el cuero soporta la inmersión en agua hirviendo. Generalmente las curtiembres utilizan para el curtido, sales del cromo de 33% - 45% de basicidad. Los vertidos de la curtición al cromo, poco importantes desde el punto de vista de los volúmenes 50
manipulados, son sin embargo concentrados de productos químicos, que se caracterizan por un pH ácido de 3-4.
1.8.6 Neutralizado: Los cueros curtidos presentan una marcada acidez cuando salen del baño de curtido (3-5, 3-8). La operación de neutralizado consta de tres fases, un lavado inicial con agua, un tratamiento con productos alcalinos y un buen lavado fi nal. Con el neutralizado se persigue lo siguiente: a) Eliminar parte del exceso exceso de ácido sulfúrico sulfúrico que procede dar piquel. b) Elevar el pH del cuero y facilitar la la penetración de de los productos aniónicos en las operaciones de recurtición, tintura y engrase. En el proceso de neutración se busca alcanzar un pH de 4.0 – 4.5 y para ello se puede utilizar bicarbonato de sodio, sodio, formato de sodio y formato de calcio. El neutralizado produce aguas residuales más o menos abundantes según las características de lavado aplicadas, con una carga contaminante relativamente baja. Son aguas ligeramente ácidas pH 5-6 con contenidos variables de sales neutras y sales de cromo.
1.8.7 Recurtido: La recurtición del cuero es el tratamiento de dicho cuero con uno o más productos, con el objeto de obtener cualidades del cuero terminado, que no son fácilmente obtenibles con una sola curtición.
51
La finalidad de recurtido es: a) Otorgar “plenitud” o cuerpo a los cueros provenientes del curtido primario a fin de mejorar su rendimiento de utilización. b) Modificar en mayor mayor o menor grado, las características características de la flor, con el objeto de reducir su inhomogeneidad original y lograr así efectos uniformes en el teñido y la curtición. c) Mejorar el comportamiento del cuero ante ciertas operaciones operaciones mecánicas (secado y esmerilado) En la industria del cuero existen entre los recurtientes minerales de mayor importancia las sales de cromo y entre los recurtientes vegetales más importantes a la minosa y el quebracho. Estos vertidos son las más difíciles de caracterizado debido a las divergencias de la tecnología aplicada en las diferentes dif erentes fábricas de curtidos. Es frecuente encontrar restos de curtientes vegetales, sintéticos, sales de cromo, siendo su pH de 4-5.
1.8.8 Engrasado: En la industria del curtido se exigen cueros blandos, con tacto suave y con carácter natural. Cuando las pieles, se secan, el cuero puede quedar duro debido a que las fibras se han deshidratado y se han unido entre si formando una sustancia compacta. La finalidad del engrase es:
52
a) Transforma r el cuero, en un material blando con cierta elasticidad, flexibilidad, con tacto suave y sedoso, y con un determinado comportamiento frente al agua. b) Aumentar la resistencia resistencia el desgarro desgarro y alargamiento alargamiento a la rotura, rotura, reduciéndose la ruptura de fibra y rozamiento al estirado. Se debe controlar en el engrase el pH y grasa residual.
1.8.9 Teñido: La tintura del cuero comprende el conjunto de operaciones cuyo objeto es conferir a la piel curtida una coloración determinada, sea superficial, parcial o totalmente t otalmente atravesada. En la actualidad lo más común es el empleo de colorantes sintéticos de carácter iónico, por lo que debido a éste último y a las cargas que posee el cuero después de la curtición y operaciones subsecuentes, existirán diversas posibilidades de combinación cuero-colorante, produciendo diferentes resultados en el teñido. Se debe controlar en el teñido teñido el pH y colorante residual.
1.8.10 Secado: el secado es básicamente la eliminación por medio de una evaporación del exceso de agua existente en el cuero, como consecuencia de las operaciones del proceso. pr oceso. Los objetivos del secado son: a) Hacer que el cuero cuero seco posea un contenido de humedad tal, que le permita resaltar las características que se ha tratado de comunicar a lo largo de todo el proceso de transformación de la piel en cuero, mediante la fijación f ijación permanente de los materiales que para ese fin son empleados.
53
b) Que la operación sobre el cuero se se pueda efectuar de forma sencilla y económica. El secado del cuero es un paso de gran importancia en la obtención de la calidad práctica del cuero.
1.9
CONTAMINACIÓN DE VERTIDOS LÍQUIDOS El agua se considera contaminado cuando se encuentra alterada composición física, química o biológica. Las causas de esta contaminación son principalmente desechos humanos y desechos industriales, lo que portan elementos químicos no degradables metales pesados, compuestos orgánicos y gérmenes. En general los contaminantes se clasifican en tres tipos:
a) Contaminantes físicos - Turbidez - Sólidos totales - Dureza total
b) Contaminantes químicos - Acidez - Alcalinidad - Calcio - Cloruros - Cromo - Fenoles
54
- Grasas - Hierro - Magnesio - Sulfuros - pH - Nitrógeno Amoniacal - Sulfatos - Demanda bioquímica de oxígeno (DBO 5) - Demanda Química de Oxígeno (DQO)
c) Contaminantes Biológicos - Bacterias patógenas - Virus - Algas - Microorganismos en general
1.9.1 Contaminantes Químicos en mayor proporción - Cromo: en las aguas de desecho de curtiembres, está presente el cromo trivalente, proveniente de la sal de cromo usada en el curtido. - Sulfuros: se encuentran en mayor concentración en el agua residual del Pelambre. El sulfuro en el agua residual de pelambre es un compuesto muy corrosivo con respecto a las tuberías de desague, herramientas y equipo de metal.
55
- pH: Usado no solamente como contaminante sino para controlar diversas técnicas de depuración. Es un parámetro de importancia que indica la intensidad de la acidez o alcalinidad del efluente. Generalmente los efluentes de las curtiembres presentan variaciones de pH entre 2.5 – 12.0 - Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO) : Es un oxígeno requerida para la estabilización biológica y química de la materia orgánica en un intervalo específico. Cuanto más sea la cantidad de materia orgánica vertida a un cuerpo de agua, mayor será la necesidad de oxígeno para su descomposición , por lo tanto habrá una baja en el oxígeno disuelto creando condiciones que van en detrimento de la vida acuática y otros usos benéficos.
1.10 CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS INDUSTRIALES LIQUIDOS DE CURTIEMBRE En la industria curtidora, desde el punto de vista de la contaminación, los procesos que más contribuyen a la carga orgánica e inorgánica del efluente total son el remojo, el pelambrado y el curtido. El términos generales, el efluente de curtiembre está caracterizada por la elevada concentración de componentes orgánicos e inorgánicos y sólidos en suspensión. Presenta además un color oscuro y un olor desagradable. Entre las sustancias inorgánicas contaminantes, los sulfuros y las sales de cromo trivalente reciben especial atención debido a que son nocivas
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para los tratamientos biológicos de purificación del efluente. El comportamiento de los distintos procesos sobre la carga contaminante total del efluente puede observarse en la tabla N° 04, en la cual se representa la distribución de algunos parámetros polutantes, en las diferentes etapas.
Tabla N° 04: Distribución de Algunos parámetros contaminantes según los procesos. Procesos
Efluente Parámetros
total
Remojo
Pelambre
Purga
Curtido
Otros
DBO5
100%
10%
70%
3%
2%
15%
Sólidos
100%
5%
55%
1%
---
39%
Sulfuros
100%
---
100%
---
----
----
Cromo (Cr 3+)
100%
----
---
---
100%
----
Salinidad
100%
60%
---
3%
30%
7%
suspendidos
1.10.1 Componentes Componentes Principales del Efluente El efluente de curtiembre está caracterizado por una contaminación mixta.
a) Contaminación por materiales en suspensión: Pelos parcialmente degradados, cal no disuelta compuestos químicos insolubles (hidróxidos metálicos), etc.
b) Contaminación por componentes oxidables: materias, grasas, productos de degradación de etc.
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c) Contaminación por sustancias tóxicas: Principalmente sulfuros y cromo trivalente.
1.10.2 Distribución de la contaminación a) Sector Ribera Los procesos de ribera (principalmente remojo son los responsables del 80% de la carga contaminante total expresada en términos del parámetros Demanda Biológica de oxígeno (DBO5), debido esencialmente a la elevada polución orgánica por la presencia de proteínas y sus productos de degradación, contribuyendo con el 60% de los sólidos suspendidos. IEE sulfuro empleado en el pelambre y en especial el ácido sulfhídrico,
es
muy
tóxico,
pudiendo
causar
serios
inconvenientes en los cuerpos receptores.
b) Sector Curtido El efluente proveniente del proceso de curtido contiene menor cantidad de sustancias orgánicas disueltas suspendidas que el sector ribera, pero contribuye con la presencia de cromo trivalente que alcanza en el efluente total concentraciones superiores a las permitidas por las legislaciones sanitarias de países industrialmente desarrollados. En general la toxicidad de las sales de cromo respecto a la vida acuática, plantas, sistemas biológicos de purificación, etc., varia apreciablemente con con el valor del pH y el estado de oxidación del mismo (cromo trivalente o cromo hexavalente positivo). Los
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efectos tóxicos generalmente informados se refieren a la forma hexavalente, mientras que el cromo trivalente presente en el efluente del curtido, no están claramente establecidos y son aún objeto de estudio. Sin embargo de las experiencias realizadas en otros países han surgido valores que las autoridades sanitarias aplican, se establecen internacionalmente máximos de 500 a 1200 mg de cromo por kg de suelo sin efectos adversos en la agricultura.
1.11 PARÁMETROS PARA EVALUAR LA CONTAMINACIÓN 1.11.1 Análisis Análisis Físico del Agua A) Turbidez: La turbidez es una expresión de la propiedad o efecto óptico causado por la dispersión o interferencia de los rayos luminosos que pasan a través de una muestra de agua que contienen pequeñas partículas en suspensión. La turbidez de estas aguas es causada por los desechos formados por la cal, los sulfuros, pelos, grasas, sólidos orgánicos y otros.
B) Color : Este término se refiere al color verdadero y se acostumbra a medir conjuntamente con el pH, pues la intensidad del color depende del pH. Las aguas residuales adoptan un color variado y pueden ir desde incoloro hasta verde oscuro. El color está en función de cada etapa del proceso.
C) Olor y sabor : Los olores y sabores en el agua frecuentemente ocurren juntos. Muchas son las causas de olores y sabores en aguas residuales; entre las más comunes se encuentran; materia
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orgánica en solución, ácidos, cloruros, sulfuros, aceites, grasas, etc. La determinación del olor y el sabor del agua es útil para determinar en muchos casos la fuente de una posible contaminación.
D. Temperatura: La determinación exacta de la temperatura es importante para diferentes procesos de tratamiento y análisis de laboratorio. La temperatura de estos efluentes en la mayoría de los casos, es mayor que el agua de operación.
E. Sólidos en Suspensión: Sirve para medir la carga contaminante que se encuentra en suspensión y el grado de deshidratación de los lodos. Se expresa en mg/L o en ppm. Se distingue la parte que es mineral y la parte que es orgánica, expresándose ambos en porcentaje sobre la materia en suspensión total. La relación entre la parte orgánica y la mineral proporciona una idea del grado de mineralización y de la capacidad de combustión de los fangos.
1.11.2 Análisis Análisis Químico del agua A. Oxígeno: la determinación del oxígeno es muy importante por ser el factor que determina la existencia de condiciones aeróbicas o anaeróbicas en un medio particular. La determinación de oxígeno disuelto sirve como base para cuantificar la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO), aerobicidad de los procesos de tratamiento, tasas de
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aireación en los procesos de tratamiento aeróbico y grado de polución de ríos. El oxígeno libre en solución, especialmente cuando está acompañado de CO2, es un agente de corrosión importante del hierro y el acero.
a) Demanda biológica de oxígeno (DBO) Sirve para determinar la parte de contaminación oxidable mediante reacciones biológicas y se expresa en mg/L o ppm. Los procesos biológicos, en general son lentos y su punto final es de difícil determinación. Lo que se mide es el oxígeno gastado durante un período de tiempo determinado. La DBO más utilizada es la que corresponde a 5 días (DBO 5)
b) Oxigeno disuelto (OD) La determinación del oxígeno disuelto se utiliza para regular el correcto funcionamiento de todos los procesos aeróbicos y como técnica auxiliar para el cálculo del consumo de oxígeno. Estos datos se expresan en mg/L o en ppm.
c) Demanda Química de Oxígeno (DOO) Determina el grado de contaminación que puede oxidarse con productos químicos tales como el permanganato o dicromato. Específicamente representa el contenido orgánico total de la muestra en mg/L o en ppm.
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B. Sulfuros: Los sulfuros son comunes en aguas residuales domésticas o industriales, donde se encuentra en forma suspendida o disuelta. Debido a su toxicidad muchas legislaciones controlan específicamente su concentración. Se expresa en mg/L o en ppm. Es necesario conocer la cantidad de este producto para eliminar los posibles desprendimientos de ácido sulfhídrico.
C. Cromo: El cromo es otro de los productos específicamente prohibidos por las legislaciones, y su presencia puede inhibir los procesos biológicos. Su concentración se expresa como cromo total en mg/L o en ppm, si existe cromo hexavalente debe medirse aparte.
D. Alcalinidad: La alcalinidad puede definirse como la capacidad para neutralizar ácidos o como la medida de su contenido
total
de
substancias
alcalinas
(OH).
Su
concentración se expresa en mg/L o en ppm.
E. Grasas y Aceites: Es el conjunto de sustancias pobremente solubles que se separan de la porción acuosa y flotan formando natas, películas y capas iridiscentes sobre el agua. En aguas residuales, los aceites, las grasas y las ceras son los principales lípidos de importancia. Las grasas y los aceites están especialmente prohibidos en las legislaciones. El resultado se expresa en mg/L o en ppm.
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F. pH: Utilizado no sólo como parámetro de contaminación sino para controlar diferentes técnicas de depuración.
G. Dureza: La dureza del agua es causada principalmente por las sales del calcio y magnesio. Las aguas duras son usualmente menos corrosivas que las blandas, que contienen compuestos de calcio y magnesio en bajas concentraciones.
1.12 ASPECTOS GENERALES DEL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL Como todo proceso, el tratamiento del agua depende de los factores técnicos y económicos. Por lo tanto para un adecuado diseño de un tratamiento se requiere: - Conocer los contaminantes presentes en el agua. - Requerimientos del agua tratada, actuales y futuros. En general los métodos de tratamiento de agua están clasificados como: Físicos, Químicos, Físicos Químicos y Biológicos.
1.12.1 Tratamientos Físicos Definición Los tratamientos físicos son aquellos en que la eliminación o reducción de los contaminantes se basa en las fuerzas f uerzas físicas. Son usados para la separación de los sólidos no disueltos del agua. La sedimentación y la filtración son operaciones típicas en el acondicionamiento del agua para uso industrial y la selección de la operación a usar dependerá de: - Las características características de los sólidos - Concentración de los sólidos
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- Calidad del agua que se desee
SOLIDOS NO DISUELTOS Analíticamente, se define el contenido de SOLIDOS TOTALES como la materia que se obtiene como residuo después de someter el agua a un proceso de evaporación entre 103°, 105°. Los SÓLIDOS SEDIMENTALES, se define como aquellos que sedimentan en el fondo de un recipiente en forma cónica (Cono Imhoff) en el transcurso de un período de 60 minuto. Los SOLIDOS COLOIDALES, está compuesta por las partículas de materia suspendida en el agua de tamaños entre 0.001 y 1 micrómetro. SOLIDOS FILTRABLE, analíticamente son aquellos retenidos por un material filtrante (según lo especifique el método analítico) de tamaño del poro, del orden de una micra.
SEDIMENTACIÓN Se utiliza la sedimentación en la separación de flóculos químicos cuando se hace uso de la floculación en el tratamiento del agua, como es el caso en el tratamiento de aguas residuales. En la sedimentación se aprovecha la acción que ejerce la fuerza de la gravedad, sobre las partículas más pesadas, que descienden depositándose en el fondo.
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La sedimentación, también denominada decantación, no sólo separa los sólidos sedimentables, sino que también reduce otros constituyentes presentes en el agua.
PARÁMETROS
EFICIENCIA (%)
Sólidos sedimentables
90-95
Sólidos suspendidos
40-6
Sólidos totales
10-15
1.12.2 Tratamiento Físico Químico –
COAGULACION Es una operación que consiste en la formación de aglomerados “Flocs”, capaces de ser retenidos en una fase posterior de
tratamiento a la clarificación. Es realizada a través de la adición al efluente a ser clarificado, de un producto químico capaz: - De neutralizar la carga de los coloides generalmente electronegativos, presentes en el agua. - De formar un precipitado. Este producto se conoce con el nombre de coagulante. Son coagulantes típicos, el sulfato de aluminio, hidróxido de calcio, etc.
FLOCULACION Es una operación complementaria a la coagulación consiste en agrupar las partículas coloidales neutralizadas dando origen así al
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crecimiento de los aglomerados “flocs” que por su mayor peso sedimentan con mayor rapidez. La coagulación y la floculación se realizan en tanques de iguales características que los sedimentadores donde se adicionan los productos químicos. Otra alternativa es llevar a cabo la coagulación y floculación en tanques agitados y luego que sedimenten los flocs en tanques sedimentadores. A continuación se ilustra el fenómeno fenómeno de la floculación.
Fig. N° 7 Fenómeno de floculación
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CAPÍTULO II MATERIAL Y MÉTODOS
2.1 MATERIA PRIMA La materia prima empleada son los residuos industriales líquidos de las secciones: pelambre, curtido y salida de la poza de sedimentación de la curtiembre del distrito de El Porvenir.
2.2 METODOLOGÍA METODOLOGÍA EMPLEADA Para realizar el siguiente estudio se contó con la información brindada por el centro tecnológico del cuero (Brasil). Así como la colaboración de la curtiembre del distrito de El Porvenir, la que hizo posible la realización de dicho estudio.
2.3 TRATAMIENTO TRATAMIENTO PROPUESTO Como se ha podido observar hasta el momento los contaminantes más importantes de este tipo de aguas van a ser sulfuros, Cr 3+ y sólidos en suspensión, por lo que el método de tratamiento a investigar deberá de eliminar o reducir el conjunto de estos contaminantes. De los métodos tradicionales posibles, el tratamiento biológico necesita, para un efluente tan complejo, cepas de microorganismos muy específicas para su funcionamiento y cierta estabilidad en las condiciones de pH y DQO en el sistema. Por otra parte los tratamientos biológicos encontrados en la
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bibliografía para aguas de curtiembres son en su mayoría complejos y poco efectivos. La oxidación directa con oxígeno también fue desechada por ser un método lento y que no representa r epresenta ninguna mejora sobre los sólidos en suspensión. No se aceptó tampoco la oxidación con Cl2, por el problema de la formación de compuestos organoclorados y la posibilidad de oxidar el Cr +3 disuelto, con lo que se aumentaría la toxicidad del sistema. Los procesos de recuperación tampoco parecieron solución ya que se trata de instalaciones muy costosas y no producen efectos positivos sobre el resto de los parámetros. Se optó en un principio por un sistema de precipitación con hidróxidos metálicos como tratamiento primario de tipo físico – químico, que eliminará la materia en suspensión del agua y homogenizará el pH de la misma. Asimismo, dicho método eliminará en principio algo más de las tres cuartas partes de la DQO si se consiguiera eliminar la totalidad de los sólidos en suspensión. Como ventaja añadida de este sistema se pensó en buscar un método de floculación que pudiera eliminar también el Cr +3. Se llegó a la conclusión de que el método más adecuado sería la floculación con hidróxido cálcico (Ca(OH)2) y cloruro férrico FeCl 3. a) El cromo (II) es la forma más estable de cromo de acuerdo con las condiciones de pH resultantes de la floculación a pH 8.5 y las características reductoras del medio. b) El cromo (III) en estas condiciones aparece aparece como hidróxido hidróxido insoluble.
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c) La eliminación del Cr +3 por Ca (OH)2, está demostrada y se presenta como el mejor álcali para esta eliminación. d) El hierro (III), en presencia presencia de sulfuros produce una reacción reacción redox con la que se precipitan los sulfuros, ya sea como azufre o como sulfuros ferrosos, estos últimos insolubles a pH alcalino. Fe+3 + S-2 FeS ↓ + S↓ e) El cloruro férrico es un floculante de reconocida efectividad. efectividad.
2.4 PLANTA PILOTO Se colaboró en la puesta en marcha de una planta piloto que funciona a escala variable, con respecto al sistema real, tomando un caudal aproximado de 0.07 l/s. Este escalado podrá ser modificado actuando sobre los caudales de entrada o intermedios de todas las corrientes del sistema. El sistema propuesto consiste en un modelo de coagulación – floculación en lodos densos con unas condiciones de pH tales que supone la precipitación completa del Cr +3, la eliminación de los sulfuros presentes y una nucleación tal que el efluente esté totalmente libre de turbidez. Como agentes floculantes se utiliza FeCl 3 y Ca (OH)2, este último con la doble función de floculante y corrector del pH, tal y como se vio en los ensayos de laboratorio. La dosis de FeCl 3, en estado estacionario puede ser disminuida por la recirculación de los fangos así como la de álcali, ya que se espera que lodos densos recirculados regule el pH en el interior del sistema. En base a estas consideraciones el esquema general del tratamiento planteado es el de la fig. 8.
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feCl3 – 100 ppm Ca(OH)2 – pH 8.5
Homogenización
Entrada
Mezcla
Decantados
Salida
Purga de fangos Reja
Fangos
Fig. 8: Esquema general del tratamiento
En este caso la alternativa consiste esquemáticamente en: - Separación de sólidos gruesos - Homogenización (mezcla total) - Coagulación – floculación - Decantado Este sistema se ha implantado para el tratamiento del efluente total de la curtiembre, es decir se mezclan los efluentes de las diversas etapas del proceso.
2.4.1 Descripción de la Planta Piloto El sistema está provisto de una rejilla y malla m alla filtrante, para evitar el paso de sólidos gruesos, además consta de dos tanques: el primero, un tanque de homogenización, provisto de un agitador de hélices, y el segundo un tanque de mezclado en el que se dosifican los reactivos almacenados en tanques situados sobre el mismo, se establece el contacto por agitación con aire a presión. El aire se aporta por borboteo desde el fondo del tanque. 70
La alimentación de agua bruta al tanque de mezcla se bombea desde el tanque de homogenización. El caudal alimentado al tanque se puede modificar mediante actuación sobre una válvula manual situada después de la bomba. Este tanque de mezcla recibirá también de ser necesario, la recirculación de fangos que se establecerá desde el decantador, con el fin de crear un sistema con un pH prácticamente constante cuando se alcanzará el estado estacionario. El tiempo de residencia en el tanque de mezcla es el mismo que en las condiciones de floculación en el laboratorio, (alrededor de 10 minutos) posteriormente se bombea la mezcla a un decantador cilíndrico cónico, con entrada descendente al centro del mismo. La reiterada de fangos se realiza desde el fondo mediante bombeo, para recirculación y purga.
a) Sistema de filtrado de de la alimentación Al instalar un sistema de regulación de caudal a la entrada de plantan aumentan considerablemente el problema del ensuciamiento en la conducción de la alimentación, lo que implica el tener que someter el sistema a un mantenimiento constante. Para evitar dicho problema se diseñó un sistema de filtrado de entrada formado por rejilla y malla f iltrante, que evitan el paso de los sólidos de un tamaño tal que pueden atascar las válvulas.
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b) Dosificación del FeCl3 Está constituida por un depósito cilíndrico de plástico conectado al tanque de mezcla mediante una válvula de accionamiento manual que permita variar la dosificación cuando las características del efluente o la modificación del caudal a tratar así lo requiera.
c) Dosificación del Ca (OH)2: Se utilizó un depósito de plástico equipado con un agitador eléctrico de palas en el que se añade el álcali en forma sólida y agua para su dilución, también está conectado al tanque de mezcla mediante una válvula de accionamiento manual para permitir de esta forma controlar la adición de Ca (OH) 2.
d) Decantador : Cilíndrico, con fondo en declive de 45°. Al estar alimentado por bombeo se puede modificar el caudal de entrada y por lo tanto el tiempo de residencia en el mismo. La entrada de líquido está situada a la mitad de la altura y en su parte inferior posee un sistema de drenaje de fangos, f angos, constituido por una bomba de fangos, que a su vez, mediante un sistema de válvulas permite establecer el caudal de recirculación y el de purga. La salida de efluente clarificado es por rebose.
e) Sistema de bombeo: Se implantaron 3 bombas en el sistema. La primera para alimentación de agua bruta al tanque de mezcla, la segunda para descargar del tanque de mezcla y carga del decantador, con dos válvulas de corte, antes. Y
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después de la misma, y la tercera bomba para purga y recirculación de fango del decantador, está equipada con un sistema de válvulas para regular el caudal de recirculación.
f) Control de caudal: Para controlar el caudal del efluente se instaló un sistema de recirculación regulado mediante válvulas en cada una de las tres bombas existentes en el proceso.
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CAPÍTULO III PARTE EXPERIMENTAL
3.1 MUESTREO Para seleccionar la metodología de muestreo y análisis se consideró la información técnica proporcionada por el centro panamericano de ingeniería sanitaria y ciencia del medio ambiente (CEPLS) y los propósitos de estudio. El muestreo se realizó mediante el establecimiento de un cronograma de actividades, considerando criterios de días y horas punta de acuerdo al conocimiento previo del proceso y del horario de funcionamiento de la industria, teniendo en cuenta que estos efluentes se caracterizan por la gran variación de sus concentraciones en el tiempo, ya que al realizarse la mayoría de las fases del proceso por cargas y ser estas las que aportan los contaminantes más importantes, es imposible mantener constantes las características del efluente.
3.2 MÉTODOS ANALÍTICOS Se emplearon los métodos estándares para análisis de aguas servidas de la “Estándar Methos for the examinantios of waster and wasterwater” (AWWA)
cuyas técnicas se aplican en muchos países del mundo entre ellos el Perú mediante el CEPLS. Así tenemos:
pH – método potenciométrico
Cromo – métodos yodométricos indirectos como Cr 2O3
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Demanda bioquímica bioquímica de oxígeno (DBO5) método de las diluciones (Winkler modificado)
Demanda química química de oxígeno (DQO) (DQO) método de reflujo con con dicromato.
Sulfuro – método yodométrico.
Sólidos totales – evaporación a 103 – 105°C
Sólido sedimentables – evaporación a 103 – 105°C
3.3 DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE FeCl3 A USAR Para esta determinación determinación realizamos realizamos el test de jarros. Se procede de la siguiente manera:
Agita la muestra y colocar 1 litro en cada cada vaso vaso de precipitación (trabajar como mínimo 4 vasos).
Iniciar la agitación a una velocidad velocidad aproximadamente aproximadamente 1000 rpm o agitación rápida.
Adicionar simultáneamente a todos los jarros solución de Ca(OH) 2 ajustar el pH de la muestra al valor estimado como ideal (8.8.5)
Continuar la agitación por cerca de 5 min.
Transcurrido este tiempo tiempo adicionar adicionar simultáneamente simultáneamente a todos todos los vasos una solución de FeCl 3, variando las dosificaciones del primero al último vaso (según referencias bibliográficas) cuidando con el pH en el rango ideal de 8 – 8.5 si baja, volver a agregar solución de Ca(OH) 2.
Bajar la velocidad de agitación agitación aproximadamente 35 rpm rpm o mezcla lenta, continuar agitando por cerca de 10 min.
Parar la agitación
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Observar el tamaño tamaño de los flóculos formados, la velocidad velocidad de decantación decantación y la limpidez del clarificado.
El período de observación observación para para la sedimentación de flóculos debe ser como máximo 15 minutos.
Se sugiere el siguiente formulario para registrar los datos y resultados.
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TEST DE JARROS Fecha N° de Test Coagulante usado: ______________ ______________
Solución al ___________%
Floculante usado: _______________ _______________
Solución al ___________%
Ajuste de pH con: _______________ _______________
Solución al ___________% ___________%
pH Dosis Dosis coagulante floculante
Velocidad de decantación
Volumen de lodo formado (mL)
Limpidez del clarificado
Tamaño de flocs
DQO Clarificado
DBO Clarificado
Como clasificar: Velocidad de decantación:
rápido Medio Lento
Limpidez del clarificado
Muy Buena Buena Regular Mala
Tamaño de flóculos
Grandes Medianos Pequeños
Dosis con mejores resultados:
______________ de coagulante ______________ de floculante
Dosis escogida _____________ floculante Coagulante Observaciones: ________________________ ____________________________________ _______________________ ______________________ ___________
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3.4 PRUEBAS A NIVEL LABORATORIO LABORATORIO
Medir 1 litro de agua residual, ponerlo en un vaso de precipitación, precipitación, agitarlo aproximadamente 1000 rpm.
Medir el pH, si se encuentra encuentra por encima encima del pH de trabajo (8-8), agregar 100 ppm de Fe Cl 3 (0.26 ml de FeCl 3 solución al 38%) seguir agitando rápidamente. Medir el pH.
Regular el pH en 8-8.5 usando solución de Ca (OH)2.
Bajar la velocidad de agitación agitación a 50 rpm continuar agitando agitando aproximadamente por 10 minutos.
Para la agitación.
Vaciar la solución a un embudo embudo de decantación decantación y esperar la sedimentación por aprox. Otros 10 minutos.
Realizar los análisis al agua clarificada.
PRUEBAS A NIVEL PLANTA PILOTO
Llenar el tanque de homogenización con agua agua del pozo pozo efluentes efluentes finales, haciéndolo pasar antes por la rejilla y malla filtrante.
Encender el agitador (agitación rápida)
Bombear aprox. 50 litros al tanque de coagulación coagulación a una una presión aprox. de 1 psi.
Medir el pH continuamente.
Agregar 13 ml de FeCl3 FeCl3 solución 38% seguir seguir agitando con con aire, controlar el pH.
Regular el pH agregando solución de Ca(OH)2 al 60%
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Seguir agitando por espacio de aprox. 10 minutos controlando periódicamente el pH.
Bombear el líquida al tanque de decantación regulando el caudal caudal con las válvulas.
Llenar nuevamente el tanque de coagulación – floculación.
Repetir periódicamente los pasos anteriores. El tiempo de decantación es entre 10-12 minutos, a partir del cual, el agua clarificada sale por rebose, al ingresar nueva agua con floculante al tanque sedimentador. Para estabilizar el pH y ahorrar reactivos se puede reciclar los fangos del decantador en un porcentaje del 10-20%.
79
CAPÍTULO IV RESULTADOS
4.1 DATOS OBTENIDOS DE ANÁLISIS A LOS EFLUENTES LÍQUIDOS DE CURTIEMBRE EN DIFERENTES PUNTOS DE MUESTREO Tabla N° 5: Concentración de los contaminantes en los efluentes de pelambre.
pH
DBO6
DQO
--
Conc. Sólidos totales ppm 52464
12.2
11208
12120
4144
--
62870
11.0
5976
10310
3
4004
--
66180
12.3
10890
14590
4
3280
--
59400
12.6
8750
12160
5
3840
--
54180
12.3
11210
11580
Total
4083
--
291094
60.4
48034
60760
58218
12
9607
12152
N° de muestra
Conc. Na2S ppm
Conc. Cr 2O3 ppm
1
4550
2
Promedio
Gráfico N° 01: Concentración de Na2S en efluente de pelambre 2000 1800
1693
1792
1600
1444
1494
1593
1400 1200 5 O1000 B D 800 600 400 200 0 1
2
3
4
5
N° de Mues Muestra tra
80
Gráfico N° 02: Concentración de Sólidos totales en efluente de pelambre
80000
62870 60000
66180 59400 54180
52464
m p p S 40000 2 a N
20000
0 1
2
3
4
5
N° de Muestra Muestra
Gráfico N° 03: Concentración de pH en efluente de pelambre 13 12.6 12.5
12.3
12.2
12.3
12
H11.5 p
11 11
10.5
10 1
2
3
4
5
N° de mues muestra tra
81
Gráfico N° 04: Concentración de DBO5, en efluente de pelambre
11.4
12 10.1
9.10
10
8.7
8 6.0 H 6 p
4
2 0 1
2
3
4
5
N° de Muestr Muestra a
Gráfico N° 05: Concentración de DQO en efluente de pelambre 2000 1792 1800
1693 1593
1600
1444
1494
1400 1200 5 O B1000 D 800 600 400 200 0 1
2
3
4
5
N° de Muestra Muestra
82
Tabla N° 6: Concentración de los contaminantes en los efluentes de curtido
pH
DBO6
DQO
2795
Conc. Sólidos totales ppm 91200
3.9
4210
6500
--
2680
71800
4.0
3216
4750
3
--
5946
83000
4.2
6117
3980
4
--
2907
80900
3.87
5328
5100
5
--
2446
74500
3.6
4970
6270
Total
--
16774
401400
19.6
23841
26600
3355
80280
4.0
4768
5320
N° de muestra
Conc. Na2S ppm
Conc. Cr 2O3 ppm
1
--
2
Promedio
Gráfico N° 06: Concentración de Cr 2O3 en efluentes de curtido
7000
6500
6270
6000 5100 4750 O Q D
5000 3980 4000 3000 2000 1000 0 1
2
3
4
5
N° de muestra muestra
83
Gráfico N° 07: Concentración de Sólidos Totales en efluente de curtido
100000
91200
90000
83000
80000
80900 74500
71800
70000 s e l 60000 a t o t s 50000 o d i l ó 40000 S 30000 20000 10000 0 1
2
3
4
5
N° de Muestr Muestra a
Gráfico N° 08: Concentración de pH en efluente de curtido
10000 9000
8586
8000
7436
7000 6000 O Q 5000 D 4000
4300 3850
4117
3000 2000 1000 0 1
2
3
4
5
N° de mues muestra tra
84
Gráfico N° 09: Concentración de efluente de curtido 7000
6500
6270
6000 5100 4750
5000
3980 4000 O Q D 3000
2000
1000
0 1
2
3
4
5
N° de Muestr Muestra a
85
Tabla N° 7: Concentración de los contaminantes en los efluentes finales
pH
DBO5
DQO
137
Conc. Sólidos totales ppm 6570
10.1
1693
8586
115
187
6330
11.4
1792
4300
3
163
122
7250
6.0
1444
3850
4
150
189
8100
9.10
1494
4117
5
230
224
6390
8.7
1593
7436
Total
914
859
34640
45.3
8016
28289
Promedio
183
172
6928
9.0
1603
5658
N° de muestra
Conc. Na2S ppm
Conc. Cr 2O3 ppm
1
256
2
Gráfico N° 11: Concentración de Na2S en efluentes finales
9000 8100 8000 7000
7250 6570
6390
6330
6000 s e l a t 5000 o T s o 4000 d i l ó S 3000 2000 1000 0 1
2
3
4
5
N° de muestra muestra
86
Gráfico N° 12: Concentración de Cr2O3 en efluentes finales
250
224 189
187
200
137
150
122
3 O 2 r C 100
50
0 1
2
3
4
5
N° de mues muestra tra
Gráfico N° 13: Concentración de Sólidos Totales en efluentes finales
9000 8100 8000 7000
7250 6570
6390
6330
s 6000 e l a t 5000 o T s o 4000 d i l ó S 3000
2000 1000 0 1
2
3
4
5
N° de muestra muestra
87
Gráfico N° 14: Concentración de pH en efluentes finales fi nales
11.4
12 10.1 10
9.1
8.7
8 6 H 6 p
4
2
0 1
2
3
4
5
N° de Muestra Muestra
Gráfico N° 15: Concentración de DBO5 en efluentes finales 2000 1792 1800
1693 1593
1600
1444
1494
1400 1200 5 O B1000 D 800
600 400 200 0 1
2
3
4
5
N° de muestra muestra
88
Gráfico N° 16: Concentración de DQO en efluentes finales 10000 9000
8586
8000
7436
7000 O Q 6000 D
5000
4300 3850
4000
4117
3000 2000 1000 0 1
2
3
4
5
N° de muestra muestra
4.2 TEST DE JARROS Las dosis recomendadas en la bibliografía oscilan entre 100 ppm y 500 ppm de FeCl3. Se tomó la decisión de probar las dosis más bajas para no elevar demasiado el costo de tratamiento. Floculante usado: FeCl 3 solución acuosa al 38% ajuste de pH con: Ca(OH) 2 solución 60%.
89
Tabla N° 8: Resultados de las pruebas para determinar la Cantidad DDE FeCl3 a usar pH = 8.5
Veloc. De
Limpídez del
Tamaño
DQO
Dosis FeCl3
decantación
clarificado
flocs
Clarificado
300 ppm
Rápido
Muy buena
Medios
1280
200 ppm
Rápido
Buena
Medios
1230
100 ppm
Rápido
Buena
Medios
1208
La dosis escogida: 100m de FeCl3
4.3 RESULTADO RESULTADO DE LABORATORIO Con el estudio del método propuesto a escala de laboratorio, coagulación – floculación en lodos densos por adición de FeCl 3 y Ca(OH)2 se definieron como mejores condiciones de operación la dosis de 100 ppm de FeCl 3 y posterior adición de Ca(OH) 2 hasta situar el pH de la mezcla en 8.5. Los resultados obtenidos a escala de laboratorio se presentan a modo de resumen en la tabla N° 9.
90
Tabla N° 9: Resultados Obtenidos a Escala Laboratorio
Muestra
Na2S inicial ppm
Na2S final ppm
Reducción %
Cr 2O3 Inicial ppm
Cr 2O3 final ppm
Reducción %
Sólidos totales inicial ppm
Sólidos totales finales ppm
Reducción %
DBO5 inicial ppm
DBO5 final ppm
Reducción%
DQO Inicial
DQO final
Reducción %
1
140
25
82
224
34
85
5420
487
91
1222
415
66
4300
1075
75
2
172
25
85
105
14
87
8760
438
95
1356
433
68
5117
1637
68
3
110
25
77
122
27
78
7530
301
96
1430
471
67
6730
2692
60
4
216
36
83
98
16
84
6728
403
94
1210
399
67
7513
1727
77
5
155
20
87
117
14
88
6118
428
93
1185
379
68
4430
1284
71
Promedio
159
26
83
133
21
84
6911
411
94
1281
419
67
5618
1683
70
91
Gráfico N° 17: Reducción de Na2S por floculación a escala de laboratorio
250
200
M150 P P S 2 A 100 N
50
0 1
2
3
4
MUESTRA
Con. Inicial
Conc. Final
5
Gráfico N° 17: Reducción de Na2S por floculación a escala de laboratorio
250
200
M150 P P S 2 A 100 N
50
0 1
2
3
4
5
MUESTRA
Con. Inicial
Conc. Final
Gráfico N° 18: Reducción de Cr2O3 por floculación a escala de laboratorio 250
200
150
100
50
0 1
2
3
4
5
MUESTRA Con. Inicial
Conc. Final
92
Gráfico N° 19: Reducción de Sólidos totales por floculación a escala de laboratorio. 10000 9000 8000 S E L A T O T S O D I L O S
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1
2
3
4
5
MUESTRA Series1
Series2
Gráfico N° 20: Reducción de DBO5, por floculación a escala de laboratorio 1600 1400 1200 1000 5 O B 800 D
600 400 200 0 1
2
3
4
5
MUESTRA
Con. Inicial
Conc. Final
93
Gráfico N° 21: Reducción de DQO por por floculación a escala de de laboratorio
8000 7000 6000 5000 O Q4000 D
3000 2000 1000 0 1
2
3
4
5
MUESTRA Con. Inicial
Conc. Final
4.3 RESULTADOS OBTENIDOS DE LA PLANTA PILOTO Durante el tiempo en que se ha hecho funcionar la planta piloto se han obtenido los siguientes resultados.
Tabla N° 10: Reducción de Na2S por floculación a nivel Planta Piloto Muestra
Na2S inicial
Na2S final ppm
Reducción %
ppm 1
217
28
87
2
116
12
90
3
132
20
85
4
104
13
88
5
197
16
92
Promedio
153
18
88
94
Gráfico N° 22: Reducción de Na2S por floculación floculación planta piloto
250
200
150
100
50
0 1
2
3
4
5
MUESTRA
Na2S inicial ppm
Na2S final ppm
Tabla N° 11: Reducción de Cr 2O3 por floculación a nivel Planta Piloto
Muestra
Cr 2O3 inicial
Cr 2O3 final ppm
Reducción %
ppm 1
186
19
90
2
117
14
88
3
152
11
93
4
102
10
90
5
124
09
93
Promedio
136
13
91
95
Gráfico N° 23: Reducción de Cr 2O3 por floculación planta piloto
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1
2
3
4
5
MUESTRA
Cr2O3 inicial ppm
Cr2O3 final ppm
Tabla N° 12: Reducción de Sólidos totales por floculación a nivel Planta Piloto
Muestra
Sólidos totales
Sólidos totales
Reducción %
iniciales ppm
finales ppm
1
5740
230
96
2
6310
316
95
3
4870
146
97
4
7456
373
95
5
6819
205
97
Promedio
6239
254
96
96
Gráfico N° 24: Reducción de Sólidos Totales por floculación planta piloto
8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1
2
3
Soli Solido doss tot total ales es inic inicia iale less ppm ppm
4
5
Soli Solido doss tot total ales es fina finale less ppm ppm
Tabla N° 13: Reducción de DBO5 por floculación f loculación a nivel Planta Piloto
Muestra
DBO5DBO5
DBO6
Reducción %
Inicial ppm
Final ppm
1
1210
436
64
2
1587
476
70
3
1239
347
72
4
1435
476
67
5
1337
428
68
Promedio
1362
433
68
97
Gráfico N° 25: Reducción de Sólidos Totales por floculación planta piloto
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
1
2
3
4
DBO5DBO5 Inicial ppm
5
DBO6 Fi Final pp ppm
Tabla N° 14: Reducción de DQO por floculación a nivel planta piloto
Muestra
DQO
DQO
Reducción %
Inicial ppm
Final ppm
1
4108
780
81
2
5310
956
82
3
8216
1479
82
4
6321
1317
79
5
5640
1297
77
Promedio
5919
1168
80
98
Gráfico N° 26: Reducción de DQO por floculación planta piloto
9000 8000 7000 6000 M P 5000 P O Q4000 D
3000 2000 1000 0 1
2
3
4
5
MUESTRA
DQO Inicial ppm
DQO Final ppm
99
CAPÍTULO V DISCUSIÓN DE RESULTADOS
5.1 DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LOS ANÁLISIS A LOS EFLUENTES LÍQUIDOS EN DIFERENTES PUNTOS DEL PROCES 5.1.1 Concentración de sulfuro de sodio El sulfuro de sodio se emplea específicamente para el pelambre. Como podemos ver en el gráfico N° 5 la concentración de sulfuro en el agua residual de pelambre no es constante, el valor máximo alcanzado fue de 5174 ppm y el mismo 3560 ppm. Para las cinco muestras analizadas se obtuvo un valor promedio de 4338 ppm. La variabilidad de los resultados es debido a la condición y cantidad de las pieles a tratar, que determina una mayor o menor cantidad de reactivos químicos, así como de agua. Para la concentración de sulfuros en los efluentes finales el resultado nos muestra la tabla y el gráfico N° 11. Estos valores que en promedio es 183 ppm son considerados altamente tóxicos.
5.1.2 Concentración del Cromo Las concentraciones de Cr2O3 determinados en los diferentes puntos de muestreo muestreo tuvieron los siguientes siguientes resultados.
100
En los efluentes de curtido una concentración máxima de 5946 ppm y una mínima de 2446 ppm con un valor promedio de 3355 ppm (ver Tabla N° 6 y gráfico N° 6) Esta variación en las concentraciones se debe a las determinaciones del peso de la piel a tratar, las que se realiza en forma arbitraria (tanteo). En los efluentes finales se obtuvo una concentración máxima de 224 ppm y la mínima de 122 ppm alcanzados un valor promedio de 172 ppm (ver tabla N° 7 y gráfico N° 12) La menor concentración de óxido de cromo determinado en los efluentes finales respecto a las concentraciones de los efluentes de curtido, están en relación con los volúmenes de agua que se utilizan en los diferentes procesos de curtido de cuero.
5.1.3 Concentración de Sólidos Totales Los efluentes de pelambre y curtido, según las muestras analizadas son los que presentan mayor cantidad de sólidos totales, las concentraciones promedio en estas etapas de proceso son: 61467 ppm (Ver tabla 5 y gráfico 2) y 80280 ppm (ver tabla N° 6 y gráfico N° 7) respectivamente. Estas altas concentraciones son causadas básicamente por la presencia de materia orgánica y componentes inorgánicos (Sal, Cromo, cal, etc.)
101
En los últimos finales la concentración en promedio es 6928 ppm, mucho más bajo comparado con los resultados anteriores, sin embargo muy por encima de los límites l ímites máximos permisibles.
5.1.4 Unidades de pH En la tabla N° 5 y el gráfico N° 3 se observan observan los resultados de las medidas de pH en el pelambre encontrándose estas en el rango de 11.1 como mínimo y 12,8 como máximo, un pH bastante alcalino, el cual se debe principalmente a la utilización de productos químicos alcalinos (sulfuro y cal) En los efluentes de curtido encontramos un ph de 3,6 como mínimo y 4.2 como máximo máximo (ver tabla tabla N° 6 y gráfico N° 8) lo que demuestra que los vertidos de esta sección son ácidos debido al uso de compuestos ácidos, tales como ácido sulfúrico esto porque en el curtido las sales de cromo cumplen su función en medio ácido. En los efluentes finales de pH determinado como valor promedio es 9 lo cual se considera aceptable (ver tabla N° 6 y gráfico N° 14).
5.1.5 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) La tabla N° 5 y el gráfico 4 nos muestra los resultado obtenido desde DBO5, en el pelambre; estos se encuentran en un rango de 5976 ppm a 11210 ppm, esta alta concentración es producto de la gran cantidad de materia orgánica presentes presentes en los efluentes efluentes de pelambre. pelambre. En los efluentes de curtido el rango r ango varía entre 3216 ppm y 5328 ppm (ver tabla N° 6 y gráfico N° 9) valores mucho menos que los determinados anteriormente y para los efluentes finales el rango es
102
entre 1444 ppm y 1792 ppm (ver tabla N° 7 y gráfico N° 15). La menor demanda de oxígeno en los efluentes finales es originada por la baja concentración de materia orgánica presente en estos efluentes.
5.1.6 Demanda química de oxígeno (DQO) Los valores más altos de DQO se encuentran en los efluentes de pelambre, cuyos valores oscilan entre 10310 ppm y 14590 ppm. Estos valores altos son debido a las altas concentraciones de sulfuros (ver tabla N° 5 y gráfico N° 5) En el efluente de curtido se puede observar valores desde 3980 ppm hasta 6500 (ver tabla N° 6 y gráfico N° 10), estos valores altos se deben a las sales de cromo. En el efluente final el promedio de DQO es 5658 ppm (ver tabla N° 6 y gráfico N° 16) valor elevados por las causas de cromo y los sulfuros.
5.2 PRUEBA DE JARROS En la tabla N° 8, se presentan los resultados para determinar la cantidad de FeCl3 a usar. Usando 300 ppm se obtiene un clarificado muy bueno pero el DQO del clarificado es mayor que usando 200 ppm y 100 ppm respectivamente. Comparando la dosis de 100 pm y 200 ppm, la dosis de 100 ppm rinde prácticamente como la de 200 ppm, pero los costos serán menores. Los resultados obtenidos con dosis bajas 100 ppm han sido muy buenos.
5.3 DE LOS RESULTADOS A NIVEL LABORATORIO En la tabla N° 9 y los gráficos 17 y 21 se presentan los resultados obtenidos a escala laboratorio.
103
Se ha logrado disminuir las concentraciones, de sulfuro de sodio en un promedio de 83%, la disminución disminución de Cr2O3 fue de 84% en promedio; los sólidos totales bajaron en promedio promedio 94% en el DBO se obtuvo obtuvo una reducción en promedio del 67% en el DQO la reducción promedio fue 70% con estas reducciones la mayoría de las concentraciones están dentro de los límites máximos permisibles. (LMP)
5.4 DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS A NIVEL DE PLANTA PILOTO Como se podrá observar en las tablas y gráficos a continuación se han obtenido mejores resultados de los que en un principio pr incipio se esperaba.
La tabla N° 11 y el gráfico N° 12 muestran valores iniciales, finales y porcentaje de reducción de Na sS. La reducción ha sido significativa lográndose reducir hasta el 92% y en promedio el 88% de la concentración de sulfuros presentes en el efluente inicial, obteniéndose el efluente final con concentraciones entre 12 y 28 ppm, valores que se acercan a las concentraciones permisibles para descargar al alcantarillado que es de 10 ppm.
En la tabla N° 12 y el gráfico N° 23 se puede observar observar los resultados de la reducción de Cr 2O3, se ha obtenido una reducción en promedio de 91% obteniéndose un efluente final con concentraciones que van desde 9 hasta 19 ppm,
5.5 Este porcentaje de reducción mucho más significativo que el obtenido el laboratorio se debe a que en planta piloto se logra estabilizar mejor el pH entre 8-8.5 que es el pH de precipitación del cromo. A pesar de esta significativa reducción, el valor obtenido aún
pasa ligeramente las
104
características permisibles, sin embargo esta reducción es importante si tenemos en cuenta que en el Perú solo el 21.75% de las curtiembres se halla por debajo del valor permitido, que es 5.0 mg/litro. Las demás curtiembres peruanas tienen un valor promedio de 510 mg/litro. En cuanto a la reducción de sólidos totales (ver tabla N° 12) gráfico N° 24 se ha logrado reducir hasta el 97 obteniéndose concentraciones para el efluente final entre 146 y 373 ppm, todos estos por debajo de los límites permisibles que es de 1000 ppm. En la tabla N° 13, y gráfico N° 25 se resumen los resultados para la reducción de DBO3, como puede observarse en todos los casos se obtiene valores inferiores a 500 ppm con un valor medio de 433 ppm, alcanzado una reducción media de 68% y el porcentaje más alto Gen 72%. Estas concentraciones en el efluente final se encuentran por debajo del límite permisible para descarga en alcantarillados 1000 ppm. La reducción de DQO se muestra en la tabla 14 y el gráfico N° 26 ha conseguido una reducción bastante significativa con valor promedio de 80%. Las concentraciones obtenidas en el efluente final están todas muy por debajo del límite permisible 2500 ppm).
105
CAPÍTULO VI CONCLUSIONES
Es prácticamente pr ácticamente imposible mantener una homogeneidad en las características del agua residual de curtiembre.
Con el tratamiento propuesto se ha obtenido muy buenos resultados resultados tanto a escala laboratorio como de planta piloto.
Esta agitación mucho más intensa que la realizada en el laboratorio, laboratorio, mejora el contacto entre los sólidos en suspensión y el agente floculante.
Para una mejor eficiencia, el pH debe debe ser controlado controlado continuamente. continuamente.
El cromo (III) es la forma más estable de cromo de de acuerdo a las condiciones de pH de la floculación a pH 8.5.
No existe ninguna correlación correlación en cuanto cuanto a valores valores punta de pH y DQO.
Si se realiza la recirculación de parte de los fangos fangos producidos se se puede reducir la dosificación de reactivos, además estos contribuyen a regular y estabilizar el pH.
Los principales contaminantes contaminantes en los efluentes residuales residuales de curtiembre son el sulfuro, el cromo y la materia orgánica en general, expresada en forma de SBO5 y DQO.
La agitación en el tanque de mezcla mezcla se realiza con con aire a presión de 0.7 a 1 psi manteniendo en todo momento el sistema saturado de oxígeno.
Los sulfuros se eliminan por precipitación precipitación ya sea como azufre azufre o sulfuros ferrosos (FeS)
106
Existen grandes variaciones temporales temporales en la composición y características del efluente ya que la mayoría de los procesos se realizan por cargas.
El cromo precipita como hidróxido de cromo a un pH de de 8 – 8.5 trabajar a este pH garantiza su eliminación del efluente. efl uente.
Se definió como mejores condiciones condiciones de operación operación la dosis de 100 100 ppm de FeCl3 y posterior adición de Ca (OH)2 hasta situar el pH de la mezcla en 88.5 aprox.
En la floculación floculación la hidrólisis hidrólisis ácida del FeCl3, tiende a disminuir disminuir pH.
El efecto oxidante del oxígeno disuelto ayuda ayuda al descenso en el valor del DQO.
Una dosificación elevada elevada de coagulante coagulante y floculante causa causa un aumento aumento del DQO.
De la planta piloto piloto se obtiene un efluente libre de olor y calor, calor, con niveles niveles de sólidos totales DBO 5 DQO por debajo de los límites permisibles para descarga en alcantarillado.
Un tratamiento secundario secundario del tipo biológico no es justificable dado dado que los valores de DBO5 y DQO medidas a la salida de la planta piloto son inferiores al limite permisible. Por otra parte el destino del efluente una vez tratado será el vertido sino alcantarillado.
107
CAPÍTULO VI RECOMENDACIONES
Una vez iniciado la floculación la agitación debe ser lenta lenta para no romper los floculos formados.
Instalar un sistema de dispersión de de líquido en la tubería de entrada de efluente al decantador para evitar turbulencias en la parte cónica y por lo tanto todos en el efluente clarificado.
Establecer un control control estricto del pH. En la medida medida de las posibilidades posibilidades se recomienda instalar un electrodo de pH situado en el tanque de mezcla este controlará el pH una vez añadido el floculante.
Usar racionalmente los insumos químicos, ya que sobre dosificaciones aumentan el DQO, además subirán costos de tratamiento.
Una vez iniciado la floculación la agitación debe ser lenta lenta para no romper los flóculos formados.
Otra alternativa para reducir reducir las concentraciones concentraciones del cromo y sulfuro, es la utilización de enzimas en el pelambre y un curtido alternativo con el uso de silicato alcalino de aluminio como agente curtidor. Los silicatos no tienen acción tóxica en el efluente y se pueden eliminar casi totalmente por clarificación.
108
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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CEPIS L. Guía Técnica para la minimización de residuos en curtiembres. Lima – Perú, 1998. CLAOS Y MARCOS. Manual Básico de Residuos Industriales de curtume Senai/ RS –Porto Alegre, Brasil 1994. FUQUENE YATE, Diana M. Optimización Optimización del uso del agua en la la etapa de pelambre en un proceso que permita la mejor calidad del cuero final y el menor impacto ambiental (tesis de pregrado) Bogotá Colombia. Universidad Nacional de Colombia. Universidad Nacional de Colombia, 2011. http://bombascompresoresencurti http://bombascomp resoresencurtiembres.blo embres.blogspot.pe/p/blogsp gspot.pe/p/blogspot.pe/p/blog-pa ot.pe/p/blog-page.html ge.html
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109
Internacional Council of Tanners. Leather production – Top 30 countries – million square feet.
Disponible
on
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