UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

ACTIVIDAD 10

DISEÑO DE SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PARA UNA INDUSTRIA PANELERA

TUTOR

ALEXANDER FRANCO

DIEGO FERNANDO RUIZ OVIEDO

COD. 89002348

TITO RAFAEL REYES CABEZAS

MAURICIO BARRETO

MAYO DE 2013

INTRODUCCION

La panela es la base del sustento de miles de familias campesinas, quienes producen en unidades de pequeña escala, con mano de obra familiar y afrontan muchas dificultades para modernizar su producción y expandir sus mercados. Sólo un pequeño segmento de la producción se desarrolla de forma industrial y el resto se realiza en establecimientos pequeños con capacidades de producción inferiores a los 300 kilogramos de panela por hora. En el ámbito mundial, Colombia es el segundo mayor productor de panela y el mayor consumidor per cápita del mundo. Sin embargo, por su carácter de producto no transable, la producción se orienta casi completamente al mercado interno, lo cual no le permite ampliar su demanda fácilmente. El consumo de la panela se explica por el comportamiento de la producción, en la medida en que no hay importaciones y las exportaciones son marginales. Durante la última década la producción creció en menor proporción al crecimiento vegetativo de la población, señalando una reducción en el consumo como resultado de la competencia del azúcar (tanto como edulcorante como en forma de panela, azúcar derretida), los edulcorantes sintéticos y las bebidas artificiales.

Este trabajo se basa principalmente, en el diseño de un sistema de tratamiento de aguas residuales para una empresa panelera, proponiendo dos alternativas de tratamiento del agua residual y exponiendo las ventajas y desventajas de cada uno de los sistemas propuestos.

JUSTIFICACION

La implementación de un sistema de tratamiento de aguas residuales es una estrategia de fácil ejecución y de bajo costo, la cual permitirá la reducción de la carga contaminante que contienen estos residuos líquidos y por ende dar cumplimiento a la normatividad ambiental vigente en lo que respecta al Decreto 1594 de 1984 el cual hace referencia a los usos del agua y residuos líquidos y la Ley 373 de 1997 que establece el programa para ahorro y uso eficiente del agua.

EMPRESA PRODUCTORA DE PANELA

Productos Aipsacol S.A. de Colombia es una empresa productora de panela reconocida por la excelencia en sus productos de exportación. Cumplen con todos los requisitos en el proceso de la panela y en la exportación de panela consolidándose como líderes dentro del sector de empresas productoras de la panela más apetecida en todo el mundo.

Todos los productos de panela Aipsacol se han comercializado con éxito en los mercados nacionales e internacionales. Sus servicios, amplia capacidad de producción y con un personal altamente capacitado garantizan la pureza y autenticidad de la panela colombiana en todas sus presentaciones.

Cubren todas las necesidades de los clientes, fabrican la panela en diversidad de formas, tamaños y cantidad certificada bajo los estrictos controles de la más alta calidad. Entregan oportunamente su pedido y responden con garantía y confianza las demandas del sector. Por su experiencia de más de 30 años en la producción, distribución y venta de panela se ubican positivamente en el mercado de las empresas productoras de panela de primer nivel.

Disfrute de jugos, postres, bebidas y dulces típicos, nutritivos, deliciosos con gran valor energético y nutricional elaborado con panela granulada, papelón y raspadura. Como empresa distribuidora  de panela colombiana ofrecen fabricación de panela con especificaciones particulares y altos estándares de calidad para la panela de exportación.

Caudal de diseño

El sistema se diseñará para manejar un caudal medio de 0,3 litros por segundo, emitido durante un lapso de 9 horas por día, aún cuando se presentaran picos de excesivo caudal y otros de muy bajo flujo que llegue incluso a nulo al igual que en las noches y en los días no laborables. (3 a 7 días de la semana).

Características del Agua de Entrada (afluente)

Las condiciones de ingreso del vertimiento se analizaron en laboratorio por parte de la empresa Aipsacol S.A. de Colombia y mostraron los siguientes resultados promedio:

DBO: 35.333 mg/lt

DQO: 77.227 mg/lt

PH: 4.47

Sólidos Suspendidos: 32.040 mg/lt

Sólidos Totales: 58.698 mg/lt.

Características visuales típicas del vertimiento

Adicionalmente se tomó en cuenta la información aportada por los trabajadores del sector quienes afirmaron y previnieron sobre el efecto altamente corrosivo del vertimiento. Esta característica influyó radicalmente sobre el tipo de materiales escogidos para la construcción del sistema.

Vale destacar que el ajuste y estandarización de los sistemas que se plantearan requiere de un modelo tipo y experimental el cual muy seguramente necesitará adaptaciones a las circunstancias propias de operación de cada trapiche, que van desde los inadecuados o incompatibles sistemas de evacuación y empalme de cada establecimiento, los comportamientos inadecuados de los operarios y el modus operandi de la empresa, hasta algunos factores ambientales que también incidirán sobre determinadas construcciones o parte de ellas. Los ajustes que se realizarán permitían optimizar las condiciones iniciales, resolver las dificultades que se puedan presentar y preparar el ecosistema para recibir los microorganismos eficaces (EM) encargados de brindar el tratamiento adicional a los vertimientos.

Primera alternativa de Tratamiento de Agua Residual

Una primera propuesta gira en torno al diseño de la tecnología que se habrá de emplear para tratar las aguas servidas de esta industria, caracterizadas por su alta carga orgánica, su acidificación temprana y el flujo discontinuo que se presenta tanto en la jornada laboral como en los días de producción por semana.

El funcionamiento de este primer sistema consiste en remover la materia orgánica proveniente de las descargas residuales generadas en la botija, cachacera y

lavado de gaveras, moldes, pailas, pisos, mesones e instalaciones en general, mediante la acción de “procesos físicos y microbiológicos asistidos con la adición de cepas mejoradas”.

El sistema está dotado de las siguientes unidades: un tanque de recolección y aquietamiento, una trampa de residuos flotantes (grasas, aceites, cenizas y algunos sólidos no sedimentables), dos tanques digestores provistos de un lecho de inoculación, soporte y crecimiento de microorganismos y finalmente, un canal de aireación del agua, en el que se acondiciona un medio aerobio mas similar al de las fuentes receptoras, a fin compatibilizarlas evitando impactarlas con un agua totalmente carente de oxígeno y ávido del mismo.

Esquema General del Sistema de Tratamiento

Detalles de Instalación de Tanques

Implementación canal de aireación

La acción microbial es asistida por la incorporación de EM (microorganismos eficientes), que se comercializa en presentación líquida y cuyas características organolépticas son muy similares al “guarapo” de caña salvo que no es dulce; se compone principalmente por levaduras, bacterias acido-lácticas y bacterias fotosintéticas que desarrollan una sinergia metabólica que permite su aplicación en el tratamiento de aguas residuales y el control de olores.

Esta tecnología fue desarrollada por la Facultad de Agricultura de la Universidad de Ryukyus en Okinawa – Japón y se encuentra patentada y comercializada recientemente en Colombia. Tanto el modelo implementado como su trabajo con la tecnología EM en aguas industriales de trapiches no tienen antecedentes registrados en Colombia y por ello, la presente propuesta hace un aporte innovador al desarrollo tecnológico en el campo del tratamiento de aguas residuales.

Forma de aplicación de los EM

Las dosis de EM se administran en una sola aplicación y directamente en cada unidad de tratamiento. Esto se hace con la ayuda de un embudo y una manguera adaptada de tal forma que el líquido EM logre ingresar unos 40 centímetros por debajo de la superficie de cada tanque. Dado que los EM son organismos vivos, estos no deben entrar en contacto con detergentes ni desinfectantes o remedios que puedan eliminarlos; deben guardarse en un lugar oscuro y fresco, por un tiempo no mayor a 45 días calendario, después de los cuales el contenido pierde sus propiedades y debe desecharse (este residuo es un líquido inocuo que puede aplicarse sobre una corriente de agua o sobre el suelo sin que tenga riesgos negativos sobre sus ecosistemas).

El líquido debe distribuirse por toda el área del tanque evitando así que el EM se acumule en un solo punto; para ello, solo es necesario mover constantemente la

manguera sumergida en diferentes direcciones mientras se está haciendo la aplicación. Al llegar al canal de aireación, el EM debe asperjarse a lo largo y ancho del espejo de agua, lo cual se hace con la ayuda de una regadera o una bomba de fumigación.

Segunda alternativa de Tratamiento de Agua Residual

Utilización de humedales construidos para la recepción de aguas residuales. Este sistema se inventó como uno de los mejores receptores de aguas servidas, ya que jugaban un papel purificador importante. Las primeras nociones científicas relacionadas con el uso de humedales artificiales para el tratamiento de aguas usadas, remontan a 1946 en el Instituto Max Plancken Alemania y USA.

A partir de 1986 se empiezan a introducir los sistemas de humedales construidos en países de Europa, América, África y Australia, no solo para tratamiento de agua residual municipal, sino también para agua industrial y residuos agrícolas. En Colombia el grupo de investigación en agua y saneamiento, de la Universidad Tecnológica de Pereira ha trabajado en estudios para evaluar la eficiencia y factibilidad de la utilización de algunos tipos de humedales construidos en pequeñas comunidades del municipio.

Humedales Artificiales. Un humedal artificial es un sistema de tratamiento de agua residual poco profundo construido por el hombre, en el que se han sembrado plantas acuáticas y contando con los procesos naturales sirve para tratar el agua residual. Existen dos tipos de sistemas de humedales artificiales desarrollados para el tratamiento de agua residual: Sistema a Flujo Libre (FWS) y Sistemas de Flujo Sub-superficial (SFS).

Sistema a Flujo Libre (FWS). Los humedales de flujo libre son lagunas excavadas, donde el agua circula expuesta a la atmósfera y pasa a través de las plantas acuáticas emergentes. El fondo de la laguna está constituido por el suelo relativamente impermeable.

Sistema de Flujo Sub-superficial (SFS). Los humedales de flujo sub-superficial son lechos excavados en el suelo rellenos de un medio granular, donde el nivel de agua se mantiene por debajo de la superficie de grava.

Plantas acuáticas en el tratamiento de aguas residuales. Estas plantas tienen la capacidad de purificar el agua mediante la asimilación directa de nutrientes, ya que estas tienen un filtro que es capaz de eliminar no sólo la materia orgánica, sino también nitrógeno y fósforo.

La utilización de plantas macrófitas en el tratamiento de aguas residuales tiene como objetivo:

• Facilitar la degradación de la materia orgánica disuelta.

• Eliminación de nutrientes como el nitrógeno, fósforo y otros contaminantes como metales pesados.

• Producción de biomasa que pueda ser usada como abono, combustible, como materia prima de procesos biotecnológicos y como fuente alternativa de proteínas para alimento de animales.

Los dos sistemas planteados, tendrán las siguientes unidades:

Tambor de recolección

Consiste en un tambor plástico (debido al efecto altamente corrosivo del vertimiento) de 250 lt dispuesto para recolectar los vertimientos que en muchos trapiches confluyen por diferentes tuberías. Sustituye o semeja una cajilla de entrada que a su vez es utilizada como punto de inspección y muestreo, facilitando así la labor de control y seguimiento al sistema.

En esta unidad el vertimiento se aquieta y pierde una pequeña parte de sus sólidos más pesados y finalmente, se canaliza hacia una única tubería que dirige el vertimiento hacia la primera unidad de pre-tratamiento constituida por la trampa de flotantes.

Trampa de flotantes

Tanque plástico de 1000 litros, diseñado con un tiempo de retención del vertimiento de una hora, lo cual se estableció teniendo en cuenta que la unidad debería cumplir una doble función de decantación y flotación para gran parte de los sólidos sedimentables y flotantes característicos de este tipo de aguas residuales; así pues, se escogió un periodo de retención promedio entre el de un clarificador y el de una trampa de grasas.

Unidades de digestión

Se propone instalar dos tanques plásticos de 2000 litros cada uno, provistos de un medio de soporte igualmente plástico (trozos de manguera) en el que se permite la formación y desarrollo de las biopelículas encargadas de la descomposición del vertimiento.

El vertimiento entra por el fondo a cada tanque y asciende a través de su medio de soporte hueco y flotante ‐ trozos de manguera de polietileno‐, donde se forma un gran ecosistema microbiológico encargado de digerir la materia orgánica contenida en el agua.

IMPORTANTE. La inserción de clavos de 6” en las salidas del distribuidor y en la tubería de salida de los tanques digestores, evita el paso de los trozos de manguera y otro material sólido de gran tamaño que pueda provocar taponamiento del sistema.

Canal aireador

Es una excavación recubierta con malla de gallinero y mortero 1:3 (para una mayor estabilidad de los taludes), en donde el agua proveniente del segundo tanque digestor, recibe un proceso de oxigenación antes de verterse a la fuente receptora.

Nota: Las unidades de digestión y el canal aireador solo se utilizarán para la primera propuesta, ya que en la segunda propuesta, después de retirar los sólidos pesados en el tambor de recolección y la trampa de flotantes en la cual se cumple una doble función de decantación y flotación para gran parte de los sólidos sedimentables y flotantes característicos de este tipo de aguas residuales, se realizará luego el vertimiento en el humedal construido para la recepción de aguas residuales el cual hará el tratamiento a través de plantas acuáticas las cuales tiene la capacidad de purificar el agua mediante la asimilación directa de nutrientes, ya que estas tienen un filtro que es capaz de eliminar no sólo la materia orgánica, sino también nitrógeno y fósforo.

Alternativa 1: “Procesos físicos y microbiológicos asistidos con la adición de cepas mejoradas”.

Operación o Proceso Unitario Nivel de Tratamiento Objetivo EspecíficoDesinfección con EM (Microorganismos Eficientes

Secundario • Elimina desechos y sustancias que con la sedimentación no se eliminaron y para remover las demandas biológicas de oxigeno.

• Destrucción de todo tipo de Microorganismos patógenos.

• Incluye procesos biológicos y químicos.

Alternativa 2: “Humedales artificiales con Plantas Acuáticas”

Operación o Proceso Unitario Nivel de Tratamiento Objetivo EspecíficoPotabilización del agua con plantas acuáticas

Terciario Destrucción de todo tipo de Microorganismos y clarificación del agua hasta volverla potable.

ANALISIS DE ALTERNATIVAS

Alternativas Ventajas Desventajas

Alternativa 1

• Instalación muy sencilla

• Mucho más económico que otras alternativas

• Mínima área total requerida

• Fácil operación y mantenimiento

• Altamente eficiente aún sin la adición de microorganismos

• Permite cumplir con las exigencias legales tanto en materia sanitaria como ambiental.

Ya que es un sistema que maneja un importante contenido de azúcares y además combina unidades anaerobias y aerobias, su operación es susceptible a la generación de olores y a la proliferación de insectos, lo cual, por una parte requiere que su instalación se realice en sitios aislados de la producción, o que se acondicionen barreras físicas que lo separen de esta, y por otra, puede requerir (según el caso) la adición de cal o de microorganismos eficientes para que disminuya la generación de olores e incluso contribuyan al restablecimiento de pHs mas neutros.

Alternativa 2 • Idóneo para pequeñas poblaciones, hasta 5.000 habitantes.

• Compensa la ocupación de superficie con el ahorro en mano de obra, equipos y mantenimiento. • Reduce en gran medida el consumo energético, con altos rendimientos en la eliminación de materia orgánica y sólidos.Este sistema es el más amigable desde el punto de vista ambiental ya que no requiere instalaciones complejas, tiene un costo de mantenimiento muy bajo y se integra al paisaje natural propiciando incluso refugio a la vida silvestre.

• Condiciones anaerobias Æ Tiempos de residencia elevados.

• Gran ocupación de superficie (entre 5 y 10 m²/hab.eq.).

• No son eficaces en la remoción de nutrientes. Para lograr eliminar P y N, necesitan aireación electromecánica.

CONCLUSIONES

Las aguas residuales provenientes de las industrias y de los hogares, nos han llevado a un gran problema, ya que el agua, el cual es un elemento muy valioso para todos los seres vivos se está acabando y lo peor está muy contaminada por el mismo hombre.

Como futuros profesionales de la Ingeniería de Alimentos, tenemos que poner nuestro granito de arena y comenzar a concientizar a todas las personas, especialmente a las industrias de la importancia de tratar las aguas residuales provenientes de la producción para ayudar a mejorar el medio ambiente y el ecosistema en general.

Este trabajo de investigación nos ha servido para profundizar aún más en los conocimientos adquiridos en la segunda unidad de este importante curso.

BIBLIOGRAFIA Y CERIGRAFIA

GUEVARA VELANDIA, Osvaldo. Modulo de Estudio Tratamiento de Aguas Residuales. Unad. Febrero de 2012.

www.fluidos.eia.edu.co/hidraulica/.../ residuales /Tipos%20de%20 Tratamiento .h

www.ing.unal.edu.co/.../ TRATAMIENTO %20DE%20 AGUAS %20 RESI .

www.slideshare.net/.../ tratamiento-de-aguas - residuales -

https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_de_aguas_residuales

http://www.productosaipsacol.com.co/contactenos/

http://www.tierramor.org/Articulos/tratagua.htm