marco de referencia - American Biosystems

Transcripción

EVALUACIÓN DE LOS PRODUCTOS BIOLÓGICOS DE LAS SERIES
ACCELOBAC Y NS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE
UNA CURTIEMBRE DE SAN BENITO
MÓNICA ARDILA GALVIS
NATALIA MARTÍNEZ ENCISO
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C.
2009
EVALUACIÓN DE LOS PRODUCTOS BIOLÓGICOS DE LAS SERIES
ACCELOBAC Y NS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE
UNA CURTIEMBRE DE SAN BENITO
Trabajo Integral de Grado para optar al título de Ingeniero Químico
Director
José Orlando Cucunuba Pulgarín
Ingeniero Químico
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C.
2009
Nota de aceptación
______________________
______________________
______________________
______________________
______________________
______________________
______________________
Firma Presidente del Jurado
_______________________
Firma Jurado
_______________________
Firma Jurado
Bogotá D.C., Agosto de 2009
3
DIRECTIVAS DE LA UNIVERSIDAD
Presidente de la Universidad y Rector del Claustro
Dr. JAIME POSADA DIAZ
Vicerrector de Desarrollo y de Recursos Humanos
Dr. LUIS JAIME POSADA GARCÍA PEÑA
Vicerrectora Académica y de Posgrados
Dra. ANA JOSEFA HERRERA VARGAS
Decano Facultad de Ingenierías
Dr. JULIO CÉSAR FUENTES ARISMENDI
Director Departamento de Ingeniería Química
Dr. LEONARDO DE JESÚS HERRERA GUTIERRÉZ
4
La responsabilidad de los
conceptos emitidos en éste
escrito es exclusiva de sus
autores.
5
A mis padres y mi hermano, por cada paso que dieron a mi lado brindandome
el amor, la fortaleza y respaldo necesarios para que los esfuerzos
realizados culminaran en lo que soy hoy en día.
Al amor de mi vida, por hacerme ver la realidad mostrandome la
importancia de tomar decisiones acertadas para la vida y
por brinadarme siempre el amor que me da felicidad.
A mi familia y amigos, porque sus consejos, apoyo y cariño
incondicional me alentaron a culminar esta meta y me llevan
a alcanzar las que vienen de acá en adelante.
A mi guegua que desde el cielo es mi guía, aquella
que me acompaña y me acompañará siempre.
A mis padres, porque después de muchos esfuerzos
compartidos llegar a la meta de este largo camino
es el fruto del amor la formación, y la fe que depositaron en mí.
A mi tesoro, por creer en mis sueños y apoyarlos
y porque todo el amor que me brinda se convirtió
en mi fortaleza y mi luz en los momentos más oscuros.
A mi familia y amigos, porque su cariño y sus voces de aliento
fueron vitales para culminar exitosamente este proceso.
6
AGRADECIMIENTOS
A Dios por iluminar nuestro camino y ayudarnos a superar los obstáculos.
Al Ingeniero Pedro Rivera, por creer en este proyecto y por su apoyo
incondicional.
Al Ingeniero Gustavo Camelo, por todos los conocimientos brindados, por su
ayuda y contribución para lograr este proyecto.
A nuestro Director Orlando Cucunuba, por su guia y orientación en el desarrollo de
este proyecto.
A nuestra orientadora Elizabeth Torres por ser nuestra consejera y guía
incondicional, por su continua motivación durante este proceso.
A nuestro compañero Santiago Delgado por su colaboración, por su paciencia y
por su amistad.
7
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN
31
1. GENERALIDADES
32
1.1 SITUACIÓN ACTUAL DE LAS CURTIEMBRES DE SAN BENITO
32
1.1.1 Características generales de los residuos líquidos de las
curtiembres
33
1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA CURTIEMBRE ESTUDIADA
34
1.3 MARCO TEÓRICO
46
1.3.1 Composición química del cuero
46
1.3.2 Principales tipos de cuero
47
1.3.3 Descripción del proceso de curtición
49
1.3.4 Impacto ambiental del proceso de curtido para el recurso
hídrico
54
1.3.5 Descripción general de procesos de tratamiento de aguas
residuales industriales
56
1.4 MARCO LEGAL
61
1.4.1 Resolución 1074/97
61
1.4.2 Resolución 3957/09
62
1.5 MICROORGANISMOS PRESENTES EN LOS PRODUCTOS
BIOLÓGICOS
63
1.5.1 Microorganismos
63
1.5.1.1 Bacillus subtilis
63
1.5.1.2 Bacillus licheniformis
64
8
1.5.1.3 Bacillus polymyxa
64
1.5.1.4 Bacillus megaterium
64
1.5.1.5 Aspergillus oryzae
64
1.5.1.6 Arthrobacter
65
1.5.1.7 Nocardia
65
1.5.2 Enzimas
65
1.5.2.1 Amilasa
65
1.5.2.2 Protesa
66
1.5.2.3 Lipasa
66
1.5.3 Acción microbiológica y enzimática en la degradación de
contaminantes
67
2. MATERIALES Y MÉTODOS
68
2.1 MATERIALES
68
2.1.1 Tipo de agua
68
2.1.2 Productos biológicos
68
2.1.2.1 Maintain D
69
2.1.2.2 Accelobac 5000
70
2.1.2.3 NS
70
2.1.2.4 Mezclas NS/MAINTAIN D (80:20) y NS/ACCELOBAC 5000
(80:20)
71
2.2 MÉTODOS
71
2.2.1 Operaciones de pre-tratamiento
71
2.2.2 Activación de bacterias
72
9
2.2.3 Seguimiento del porcentaje de remoción mediante el método
de DQO
72
3. DESARROLLO EXPERIMENTAL
75
3.1 PRUEBAS PRELIMINARES
76
3.1.1 Discusión de resultados pruebas preliminares
79
3.2 PRUEBAS INICIALES
80
3.2.1 Agua con mayor proporción de pelambre
80
3.2.2 Agua con mayor proporción de curtido
81
3.3 PRUEBAS AGITACIÓN
82
83
3.3.2 Agua con mayor proporcion de curtido
84
3.4 PRUEBAS CONCENTRACIÓN
86
86
87
3.5 PRUEBAS TEMPERATURA
89
89
91
3.6 PRUEBAS CONDICIONES ANAEROBIAS
92
93
94
4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
96
96
10
96
97
98
98
98
99
99
100
101
101
102
103
103
103
4.6 DISCUSIÓN DE RESULTADOS
104
5. INGENIERÍA BÁSICA
106
5.1 DISEÑO DE BOMBA CENTRÍFUGA MULTIETAPA DE DOBLE
SUCCIÓN
110
5.2 DISEÑO DEL FILTRO PERCOLADOR
112
5.3 DISEÑO DE TUBERÍAS
116
6. ANÁLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
117
6.1 COSTOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS IMPLEMENTADO
ACTUALMENTE
117
11
6.2 COSTOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS PROPUESTO
117
6.3 SANCIONES Y MEDIDAS PREVENTIVAS
118
6.4 RENTABILIDAD DEL PROYECTO
119
6.5 FLUJOS DE CAJA DEL TRATAMIENTO DE AGUAS ACTUAL
120
6.6 FLUJOS DE CAJA DEL TRATAMIENTO DE AGUAS PROPUESTO
122
7. CONCLUSIONES
124
8. RECOMENDACIONES
125
BIBLIOGRAFIA
126
ANEXOS
128
12
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Características generales de los residuos líquidos de las
curtiembres de San Benito
34
Tabla 2. Impacto ambiental del proceso de curtido para el recurso hídrico
56
Tabla 3. Estándares ambientales en materia de vertimientos industriales
62
Tabla 4. Valores de referencia requeridos para los vertimientos de las
curtiembres, según nueva resolución
63
Tabla 5. Descripción técnica del producto biológico Accelobac 5000
70
Tabla 6. Pruebas preliminares: Prueba 1. Datos para el cálculo de DQO
76
Tabla 7. Pruebas preliminares: Prueba 1. Resultados con producto
biológico NS
77
biológico Maintain D
77
biológico Accelobac 5000
77
Tabla 10. Pruebas preliminares: Prueba 2. Resultados
78
79
Tabla 12. Pruebas iniciales. Agua con mayor proporción de pelambre
81
Tabla 13. Pruebas iniciales. Agua con mayor proporción de curtido
82
Tabla 14. Pruebas agitación. DQO antes de tratamiento con productos
biológicos. Agua con mayor proporción de pelambre
83
Tabla 15. Pruebas agitación. Agua con mayor proporción de pelambre
84
Tabla 16. Pruebas agitación. DQO antes de tratamiento con productos
biológicos. Agua con mayor proporción de curtido
85
13
Tabla 17. Pruebas agitación. Agua con mayor proporción de curtido
85
Tabla 18. Pruebas concentración. DQO antes de tratamiento con
productos biológicos. Agua con mayor proporción de pelambre
86
Tabla 19. Pruebas concentración. Agua con mayor proporción de
pelambre
87
Tabla 20. Pruebas concentración. DQO antes de tratamiento con
productos biológicos. Agua con mayor proporción de curtido
88
Tabla 21. Pruebas concentración. Agua con mayor proporción de curtido
88
Tabla 22. Pruebas temperatura. DQO antes de tratamiento con
productos biológicos. Agua con mayor proporción de pelambre
90
Tabla 23. Pruebas temperatura. Agua con mayor proporción de pelambre
90
Tabla 24. Pruebas temperatura. DQO antes de tratamiento con
productos biológicos. Agua con mayor proporción de curtido
91
Tabla 25. Pruebas temperatura. Agua con mayor proporción de curtido
91
Tabla 26. Pruebas condiciones anaerobias. DQO antes de tratamiento
con productos biológicos. Agua con mayor proporción de pelambre
93
Tabla 27. Pruebas condiciones anaerobias. Agua con mayor proporción
de pelambre
93
Tabla 28. Pruebas condiciones anaerobias. DQO antes de tratamiento
con productos biológicos. Agua con mayor proporción de curtido
94
Tabla 29. Pruebas condiciones anaerobias. Agua con mayor proporción
de curtido
95
Tabla 30. Costos fijos mensuales del tratamiento de aguas implementado
actualmente
117
Tabla 31. Inversión del tratamiento de aguas propuesto
118
Tabla 32. Costos fijos mensuales del tratamiento de aguas propuesto
118
14
LISTA DE GRÁFICAS
pág.
Gráfica 1. Actividad de los microorganismos contenidos en los
productos biológicos a varios valores de pH
69
Gráfica 2. Actividad de los microorganismos contenidos en los
productos biológicos a varias temperaturas
69
Gráfica 3. Pruebas iniciales. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con
mayor proporción de pelambre. 100 ppm de producto biológico
81
Gráfica 4. Pruebas iniciales. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con
mayor proporción de curtido. 100 ppm de producto biológico
82
Gráfica 5. Pruebas agitación. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con
84
Gráfica 6. Pruebas agitación. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con
85
Gráfica 7. Pruebas concentración. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con
87
Gráfica 8. Pruebas concentración. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con
88
Gráfica 9. Pruebas temperatura. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con
90
Gráfica 10. Pruebas temperatura. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con
92
Gráfica 11. Pruebas condiciones anaerobias. % Remoción Vs. Tiempo.
Agua con mayor proporción de pelambre. 100 ppm de producto biológico
94
Gráfica 12. Pruebas condiciones anaerobias. % Remoción Vs. Tiempo.
Agua con mayor proporción de curtido. 100 ppm de producto biológico
95
Gráfica 13. Pruebas iniciales. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor
proporción de pelambre. 100 ppm de producto biológico
97
15
Gráfica 14. Pruebas iniciales. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor
proporción de curtido. 100 ppm de producto biológico
97
Gráfica 15. Pruebas agitación. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor
98
Gráfica 16. Pruebas agitación. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor
99
Gráfica 17. Pruebas concentración. DQO Vs. Tiempo. Agua con
100
Gráfica 18. Pruebas concentración. DQO Vs. Tiempo. Agua con
101
Gráfica 19. Pruebas temperatura. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor
102
Gráfica 20. Pruebas temperatura. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor
102
Gráfica 21. Pruebas condiciones anaerobias. DQO Vs. Tiempo. Agua con
103
Gráfica 22. Pruebas condiciones anaerobias. DQO Vs. Tiempo. Agua con
104
Gráfica 23. Flujo de caja inicial del tratamiento de aguas actual
120
Gráfica 24. Flujo de caja neto del tratamiento de aguas actual
121
Gráfica 25. Flujo de caja inicial del tratamiento de aguas propuesto
122
Gráfica 26. Flujo de caja neto del tratamiento de aguas propuesto
123
16
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Diagrama de bloques del procesamiento de cueros en la
curtiembre
38
Figura 2. Diagrama de flujo del procesamiento de cueros en la
curtiembre
39
Figura 3. Diagrama de proceso del procesamiento de cueros en la
curtiembre
40
Figura 4. Plano de distribución de la curtiembre
41
Figura 5. Diagrama de bloques del tratamiento de aguas residuales
actual
43
Figura 6. Diagrama de flujo del tratamiento de aguas residuales actual
43
Figura 7. Diagrama de proceso del tratamiento de aguas residuales
actual
44
Figura 8. Plano del tratamiento de aguas actual
45
Figura 9. Diagrama de bloques de los métodos llevados a cabo para la
realización del desarrollo experimental
73
Figura 10. Diagrama de flujo de los métodos llevados a cabo para la
realización del desarrollo experimental
74
Figura 11. Diagrama de bloques del tratamiento de aguas propuesto
107
Figura 12. Diagrama de flujo del tratamiento de aguas propuesto
107
Figura 13. Diagrama de proceso del tratamiento de aguas propuesto
108
Figura 14. Plano del tratamiento de aguas propuesto
109
17
LISTA DE IMAGENES
pág.
Imagen 1. Piel verde
35
Imagen 2. Bombos para procesos de remojo, pelambre, desencalado
y piquelado
35
Imagen 3. Bombo para proceso de pelambre y agua residual
proveniente del mismo
35
Imagen 4. Cuero después del proceso de pelambre
35
Imagen 5. Cuero antes del proceso de descarne
35
Imagen 6. Retazos de piel provenientes del descarne
35
Imagen 7. Cuero antes del proceso de dividido
36
Imagen 8. Proceso de dividido
36
Imagen 9. Bombo para proceso de curtido y agua residual proveniente
del mismo
36
Imagen 10. Cuero después del proceso de curtido
36
Imagen 11. Proceso de escurrido
36
Imagen 12. Proceso de rebajado
36
Imagen 13. Proceso de secado
37
Imagen 14. Proceso de teñido
37
Imagen 15. Pistola para proceso de teñido
37
Imagen 16. Compresor para proceso de teñido
37
Imagen 17. Proceso de planchado
37
Imagen 18. Tratamiento preliminar: Trampa de grasas
43
18
Imagen 19. Tratamiento primario: Clarificación
43
Imagen 20. Estructura de la piel
47
Imagen 21. Equipo para proceso de descarne
51
Imagen 22. Equipo para proceso de dividido
52
Imagen 23. Proceso de degradación de la materia orgánica por acción
del producto biológico
67
Imagen 24. Acción enzimática en el proceso de degradación de
materia orgánica
67
Imagen 25. Apariencia del producto biológico
68
Imagen 26. Geotextil no tejido punzonado de polietileno negro de
alta densidad
72
Imagen 27. Geotextil no tejido punzonado de polietileno negro de
alta densidad después de filtración
72
Imagen 28. Pruebas preliminares: Prueba 1
76
Imagen 29. Geotextil después de filtración del agua residual que
contiene producto biológico
78
78
79
Imagen 32. Agua residual de las curtiembres sin tratar
80
Imagen 33. Agua residual de las curtiembres después de tratamiento
con productos biológicos
80
Imagen 34. Pruebas de agitación por aireación
83
Imagen 35. Motor generador del aire para las pruebas de agitación
83
Imagen 36. Pruebas temperatura
89
Imagen 37. Pruebas condiciones anaerobias
92
Imagen 38. Esquema para determinar NPSH disponible
19
111
Imagen 39. Filtro percolador
115
Imagen 40. Dimensiones del Filtro percolador diseñado
116
20
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexo A. Preparación de reactivos empleados para la realización del
método de DQO
129
Anexo B. Descripción del método para determinación de DQO
130
Anexo C. Ficha técnica del filtro Geotextil
131
Anexo D. Curva de pH para neutralización. Recipiente de 5 L empleado
en pruebas
132
Anexo E. Curva de pH para neutralización. Tanque de 10000 L empleado
en planta
133
Anexo F. Criterios de selección de bombas
134
Anexo G. Artículo 85 de la ley 99/1993
135
Anexo H. Caracterización efluentes después de trampa de grasas
137
Anexo I. Caracterización efluentes después de tratamiento biológico
138
Anexo J. Cálculos análisis financiero
139
Anexo K. Ficha técnica Accelobac 5000
140
Anexo L. Ficha técnica Maintain D
141
Anexo M. Ficha técnica NS
142
21
LISTA DE ABREVIATURAS
DBO.
Demanda Biológica de Oxígeno
DQO.
Demanda Química de Oxígeno
PTAR.
Plata de Tratamiento de Aguas Residuales
Uma.
Unidades de Masa Atómica
m.
metros
mm.
milímetros
dm.
decímetros
m.
micrómetros
kg.
kilogramos
g.
gramos
mg.
miligramos
kPa.
kilopascales
atm.
atmósferas
kN.
kilonewtons
ppm.
partes por millón
M.
molaridad
p/p.
porcetaje peso a peso
h.
horas
min.
minutos
s.
segundos
gal.
galones
L.
litros
mL.
mililitros
lbf.
libra – fuerza
in.
pulgada
N.
Newton
ft.
pie
kW.
kilo watts
T.
temperatura
ºC.
grados Celcius
rpm.
revoluciones por minuto
FAS.
Sulfato ferroso amoniaco
H2O.
Agua
O2.
Oxígeno
CO2.
Dióxido de carbono
NaOH 50%. Soda cáustica en concentración del 50%
H2SO4 98 %. Ácido sulfúrico en concentración del 98 %
H.
Altura de impulsión de la bomba
η.
Eficiencia de la bomba
NPSH.
Altura neta positiva de aspiración
Pe.
Presión en sección transversal entrada de instalación para bombas
Pb.
Presión atmosférica
22
PD .
.
gr.
Hv, s.
Hs geo.
L D.
L0(0.9).
D.
K.
L.
L0.
Le.
R.
t.
Qr.
Q.
n.
C.
C’.
Av.
mc.
COL M $.
Presión de vapor del medio bombeado
Densidad del medio bombeado
Gravedad
Pérdidas de carga en la aspiración para bombas
Altura geodésica de aspiración para bombas
DBOdeseado (ppm)
90 % de la DBOinicial (ppm)
Profundidad del filtro (m)
Tasa de eliminación
DBO aplicada tras dilución por recirculación (ppm)
DBO de agua residual sin tratar (ppm)
DBO del efluente (ppm)
Relación de recirculación = Qr / Q
Tiempo de contacto (horas)
Caudal de recirculación (m3 / h)
Caudal (m3 / h)
exponente ecuación de tiempo de contacto
Constante (m2) ecuación de tiempo de contacto
Constante (m3) ecuación de C
Superficie específica del medio (m2/m3)
exponente ecuación de C
Millones de pesos colombianos
23
GLOSARIO
AGUAS RESIDUALES: cualquier tipo de agua generada en los procesos de
extracción, beneficio, transformación, producción, consumo, utilización, control o
tratamiento cuya calidad no permite usarla de nuevo en el proceso o actividad que
la generó.
ALMIDÓN: es un polisacárido que se diferencia de todos los demás carbohidratos
en que, en la naturaleza se presenta como complejas partículas discretas
(gránulos). Los gránulos de almidón son relativamente densos, insolubles y se
hidratan muy mal en agua fría. Pueden ser dispersados en agua, dando lugar a la
formación de suspensiones de baja viscosidad que pueden ser fácilmente
mezcladas y bombeadas, incluso a concentraciones mayores del 35%.
AMBIENTE: el conjunto de elementos naturales y artificiales o inducidos por el
hombre que hacen posible la existencia y desarrollo de los seres humanos y
demás organismos vivos que interactúan en un espacio y tiempo.
AMILOPECTINA: es un sacárido que se diferencia de la amilosa en que contiene
ramificaciones que le dan una forma molecular parecida a la de un árbol: las
ramas están unidas al tronco central (semejante a la amilosa) por enlaces α-D(1,6), localizadas cada 25-30 unidades lineales de glucosa. Su peso molecular es
muy alto debido a que algunas fracciones llegan a alcanzar hasta 200 millones de
daltones. La amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones más
comunes. Algunos almidones están constituidos exclusivamente por amilopectina
y son conocidos como céreos. La amilopectina de patata es la única que posee en
su molécula grupos éster fosfato, unidos más frecuentemente en una posición O6, mientras que el tercio restante lo hace en posición O-3. Se diferencia del
glucógeno por tener las ramificaciones α-(1,6) cada 25-30 monómeros, pues éste
tiene sus ramificaciones cada 8-12 unidades de glucosa.
AMILOSA: es el producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio de
enlaces glucosídicos α(1,4), que establece largas cadenas lineales con 200-2500
unidades y pesos moleculares hasta de un millón; es decir, la amilosa es una α-D(1,4)-glucana cuya unidad repetitiva es la a-maltosa. Tiene la facilidad de adquirir
una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de hélice consta
de seis moléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene sólo átomos de
hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los grupos hidroxilo están
situados en el exterior de la hélice. La mayoría de los almidones contienen
alrededor del 25% de amilosa. Los dos almidones de maíz comúnmente conocidos
como ricos en amilosa que existen comercialmente poseen contenidos aparentes
de masa alrededor del 52% y del 70-75%.
24
AMINOÁCIDOS: es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo
carboxilo (-COOH; ácido). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son
aquellos que forman parte de las proteínas. Todos los aminoácidos componentes
de las proteínas son alfa-aminoácidos, lo que indica que el grupo amino está unido
al carbono alfa, es decir, al carbono contiguo al grupo carboxilo. La unión de varios
aminoácidos da lugar a cadenas llamadas polipéptidos o simplemente péptidos,
que se denominan proteínas cuando la cadena polipeptídica supera los 50
aminoácidos o la masa molecular total supera las 5.000 uma.
AMONIO: es un nutriente que puede causar proliferación de plantas acuáticas. Es
tóxico para los peces.
BACTERIA: las bacterias son microorganismos unicelulares que no poseen
núcleo definido por una membrana. Tiene un solo cromosoma, son intermediarias
en procesos como la fermentación, y pueden o no ser patógenas.
BOMBO: tambor rotatorio, que constituye la principal tecnología utilizada en las
curtiembres para lograr la correcta adhesión de las materias primas o productos
químicos a las pieles.
CARBOHIDRATOS: son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno
y oxígeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de
carbonos o por el grupo funcional que tienen adherido. Son la forma biológica
primaria de almacenamiento y consumo de energía. El término hidrato de carbono
o carbohidrato es poco apropiado, puesto que estas moléculas no son átomos de
carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino que constan de
átomos de carbono unidos a otros grupos funcionales químicos.
CARNICHE: residuos fibrosos de piel curtida al cromo o al vegetal.
COLÁGENO: proteína existente en el tejido conjuntivo del cuerpo, piel, tendones,
etc. Es un polipéptido fibroso cuya cadena comprende muchos aminoácidos. Tiene
la propiedad de encogerse en agua caliente dentro de un intervalo específico de
temperatura (63-65°C para piel de vaca). Este comportamiento es un factor crítico
en el curtido, pues la temperatura de encogimiento se incrementa con la extensión
del curtido.
CONTAMINACIÓN: la presencia en el ambiente de uno o más contaminantes o de
cualquier combinación de ellos que cause desequilibrio ecológico.
CONTAMINANTE: toda materia o energía en cualquiera de sus estados físicos y
formas, que al incorporarse o actuar en la atmósfera, agua, suelo, flora, fauna o
cualquier elemento natural, altere o modifique su composición y condición natural.
25
CROMO: metal pesado persistente que puede causar problemas a la salud
humana en altas concentraciones.
CUERO: la cubierta exterior de un animal maduro o plenamente desarrollado, de
gran tamaño, por ejemplo ganado vacuno y caballar. Véase Piel.
Curtidos elaborados en base a lo expresado en el párrafo anterior; Cuando se
utiliza con este sentido, puede complementarse con el nombre del animal, tipo de
curtido, uso, etc., por ejemplo cuero de vaca; cuero de buey; cuero para correas;
cuero de curtición vegetal, etc.
CURTIEMBRE: es aquella industria en donde se realiza el curtido que es el
proceso que convierte las pieles de los animales en cuero. Hay que quitar el pelo,
curtirlas con los agentes de curtimiento y tinturarlas, para producir el cuero
terminado. Las cuatro etapas del proceso de curtido de las pieles son: limpieza,
curtido, recurtimiento y acabado.
DBO: Demanda Biológica de Oxígeno, es un parámetro que mide la cantidad de
materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que
contiene una muestra líquida.
DESBARBE: quitar el carniche, pellejo y grasa que queda en las orillas del cuero
después del descrane.
DESCRANADO EN PELO: consiste en quitar de la endodermis los restos del
músculo y colgajos, puede efectuarse en cal crudo, a mano o en máquina de
descarnar.
DESEQUILIBRIO ECOLÓGICO: la alteración de las relaciones de
interdependencia entre los elementos naturales que conforman el ambiente, que
afecta negativamente la existencia, transformación y desarrollo del hombre y
demás seres vivos.
DERMIS: grupo de fibras superficiales de la piel (flor).
DEXTRINAS: son un grupo de oligosacáridos de poco peso molecular producidas
por la hidrólisis del almidón. Tienen la misma fórmula general que los polisacáridos
pero son de una longitud de cadena más corta. La producción industrial es
realizada generalmente por la hidrólisis ácida del almidón, son solubles en agua y
son formadas por la degradación enzimática del almidón por ciertas bacterias, por
ejemplo el bacillus.
DISPOSICIÓN FINAL: acción de depositar materiales en confianmientos
controlados o en rellenos sanitarios, con el fin de redicir a deshacerse de los
mismos.
26
DQO: Demanda Química de Oxígeno, es un parámetro que mide la cantidad de
materia orgánica susceptible de ser oxidada por medios químicos que hay en una
muestra líquida. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en
mg O2/Litro.
EFLUENTE: líquido resultante de un proceso de producción donde se hayan
usado líquidos como componentes.
ELASTINA: proteína de la piel.
EMISIÓN: es la descarga de sustancias, en cualquiera de sus formas, al
ambiente.
ENDODERMIS: capa de la piel que está compuesta por músculo.
ENZIMA: sustancias de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas,
siempre que sea termodinámicamente posible. En estas reacciones, las enzimas
actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en
diferentes moléculas, los productos. Casi todos los procesos en las células
necesitan enzimas para que ocurran en tasas significativas. A las reacciones
mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.
FOSFATOS: son el resultado de la contaminación con Detergentes, aunque
tambien con estiercol y heces. Producen eutroficación de los cuerpos de agua.
FLOR: grupo de fibras superficiales de la piel.
GLUCOGENO: es un polisacárido de reserva energética formado por cadenas
ramificadas de glucosa; es soluble en agua, en la que forma dispersiones
coloidales. Su estructura puede parecerse a la de amilopectina del almidón,
aunque mucho más ramificada que ésta. Está formada por varias cadenas que
contienen de 12 a 18 unidades de α-glucosas formadas por enlaces glucosídicos
1,4; uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante
un enlace α-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina. Una sola
molécula de glucógeno puede contener más de 120.000 moléculas de glucosa.
GLUCOSA: es un azúcar del grupo de los monosacáridos, se obtienen a partir de
la hidrólisis enzimática de almidón. La glucosa, libre o combinada, es el
compuesto orgánico más abundante de la naturaleza. Es la fuente primaria de
síntesis de energía de las células, mediante sus oxidación catabólica, y es el
componente principal de polímeros de importancia estructural como la celulosa y
de polímeros de almacenamiento energético como el almidón y el glucógeno.
HIDROLASA: es una enzima capaz de hidrolizar un enlace químico y que cataliza
la ruptura hidrolítica de uniones C-O, C-N, C-C, anhídridos fosfóricos, entre otros.
27
MALTOTRIOSA: es un carbohidrato, en particular un trisacárido, extraído
principalmente de los azúcares de la maltosa en su descomposición por medio de
la fermentación por levadura. Es uno de los derivados de esta, junto con la
glucosa, la sacarosa y la fructosa. Estos azúcares influyen directamente en la
producción de esteres o niveles de alcohol.
MALTOSA: es un disacárido formado por dos glucosas unidas por un enlace
glucosidico producido entre el oxigeno del primer carbón anomerico (proveniente
de -OH) de una glucosa y el oxigeno perteneciente al cuarto carbón de la otra. Por
ello este compuesto también se llama alfa glucopiranosil(1-4)alfa glucopiranosa. Al
producirse dicha unión se desprende una molécula de agua y ambas glucosas
quedan unidas mediante un oxígeno monocarbonílico que actúa como puente. La
maltosa presenta en su estructura el OH hemiacetálico por lo que es un azúcar
reductor. Se puede obtener mediante la hidrólisis del almidón y glucógeno.
MATERIA PRIMA: son los materiales que no han sufrido una transformación
industrial, que se incorporan a un bien durante el proceso de producción,
constituyéndose en su ejemplo principal.
METALES PESADOS: son un grupo de elementos químicos que presentan una
densidad relativamente alta y cierta toxicidad para el ser humano.
MICROORGANISMO: es un ser vivo que sólo puede visualizarse con el
microscopio. Son organismos dotados de individualidad que presentan una
organización biológica elemental. En su mayoría son unicelulares, aunque en
algunos casos se trate de organismos compuestos por células multinucleadas, o
incluso multicelulares. Dentro de los microorganismos se encuentran organismos
unicelulares procariotas, como las bacterias, y eucariotas, como los protozoos,
una parte de las algas y los hongos, e incluso los organismos de tamaño
ultramicroscópico, como los virus.
MORDENTADO: preparación de la flor de la piel para hacerla reactiva.
PRECIPITACIÓN QUÍMICA: proceso en el cual se produce un sólido en una
disolución por efecto de una reacción química.
PRODUCTO BIOLÓGICO: es un producto que contiene cepas de
microorganismos que degradan un mismo tipo de contaminante ó está hecho a
base de las enzimas que segregan estos microorganismos en sus procesos
metabólicos.
PROTEOGLICANOS: proteína de la dermis de una piel fresca.
QUERATINA: proteína contenida principalmente en el pelo.
28
SÓLIDOS SEDIMENTABLES: son aquellos sólidos que sedimentan cuando el
agua se deja en reposo durante 1 hora. Se determinan volumétricamente
mediante el uso del cono Imhoff. Ocasionan la formación de bancos de lodos que
producen olores desagradables.
SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES: es la cantidad de Sólidos que el agua
conserva en suspensión despues de 10 minutos de asentamiento. Se mide en
ppm.
SULFURO: presenta riesgo de formación de gas sulfhídrico, el que en baja
concentración genera olor desagradable y en alta concentración puede ser muy
tóxico.
TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUA RESIDUAL: es un tipo de tratamiento
que se realiza a las aguas residuales ya sean domésticas o industriales, y está
basado en la acción de las enzimas que producen ciertos microorganismos para
metabolizar materia orgánica.
TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL: es el procedimiento, que consta de una
serie de etapas que se realizan para reducir los contaminantes de las aguas
provenientes de los usos domésticos o de los procesos productivos de las
industrias, esto se lleva a cabo con el fin de cumplir normatividades y leyes
ambientales y en algunos casos con el fin de recircular las aguas dentro de
algunas etapas del proceso.
29
RESUMEN
El presente trabajo se desarrolló con el fin de evaluar, para el sector de las
curtiembres, una nueva alternativa de tratamiento de aguas basada en el uso de
productos biológicos, los cuales contienen cepas de microorganismos selectivos
que degradan la carga orgánica: grasas y proteínas. Para desarrollar esta
evaluación fue necesario inicialmente determinar las características de los
efluentes y los principales contaminantes contenidos en los mismos, los cuales
son: sulfuros, cromo, sólidos suspendidos y sedimentables, y una carga muy
elevada de materia orgánica. Posteriormente se identificaron las operaciones de
pre-tratamiento requeridas para adecuar los efluentes a la aplicación de los
productos biológicos, las cuáles consisten de filtración, ajuste de pH y floculación.
Finalmente se desarrollaron una serie de pruebas experimentales con el fin de
determinar cuál de los productos de las series ACCELOBAC y NS (que son las
series que se aplican en tratamiento de aguas) presentaba un mejor desempeño
en la degradación de la materia orgánica de los vertimientos.
Se evaluaron y compararon los productos biológicos: MAINTAIN D, ACCELOBAC
5000, NS y mezclas de los mismos, tomando como parámetro de evaluación el
porcentaje de remoción de DQO logrado después de 24 horas. Se estableció que
los dos productos que logran una mayor remoción de DQO son el MAINTAIN D y
la mezcla en proporción 80:20 de NS y MAINTAIN D.
Habiendo seleccionado los dos productos con mejor desempeño se procedió a
realizar pruebas con estos, para encontrar las condiciones más favorables para el
crecimiento de los microorganismos, haciendo de esta forma más eficiente el
tratamiento. Las variables que se evaluaron fueron la temperatura, la cantidad de
producto biológico aplicado, y la aireación, encontrando que la condición que
permite acelerar el crecimiento de los microorganismos es una temperatura de
aproximadamente 45ºC. Por último se desarrolló un análisis financiero de la
aplicación del tratamiento de aguas propuesto en una de las curtiembres del barrio
San Benito.
Palabras claves







Industria de las curtiembres
Aguas residuales
Demanda química de oxigeno (DQO)
Tratamiento biológico de aguas residuales
Filtro percolador
Productos biológicos (microorganismos y enzimas) selectivos
Degradación de materia orgánica
30
INTRODUCCIÓN
En Bogotá funcionan aproximadamente 350 curtiembres la mayoría de las cuales
son microempresas que tienen implementados procesos bastante rústicos y
artesanales. Estas curtiembres generan cuero que se utiliza para calzado,
marroquinería y tapicería principalmente.
Durante el proceso de curtido se usan productos químicos con un alto potencial
contaminante, los cuales constan principalmente de ácidos fuertes, bases fuertes,
tensoactivos, cromo y sulfuro de sodio. Debido a la naturaleza misma de la piel de
los animales también se generan residuos sólidos ricos en grasas y proteínas que
constituyen una carga orgánica muy alta. A todo esto se suma la gran cantidad de
agua que se requiere en las diferentes etapas del proceso, para dar como
resultado una cantidad enorme de residuos líquidos los cuales poseen una carga
contaminante demasiado elevada, que finalmente será descargada en uno de los
cuerpos hídricos de la ciudad de Bogotá, El río Tunjuelito.
Esta es una situación bastante preocupante ante la cual se han generado una
gran variedad de propuestas y posibles soluciones, la gran mayoría de las cuales
se basa en tratamientos primarios de clarificación y retención de sólidos. Son muy
pocas las propuestas que contemplan la posibilidad de aplicar un tratamiento
biológico o secundario y las pocas que lo han hecho requieren diseñar reactores
biológicos.
El presente proyecto propone de manera innovadora realizar el tratamiento de los
efluentes generados en las curtiembres mediante el uso de productos biológicos,
después de realizar las operaciones primarias de filtración y neutralización. Estos
productos traen cultivadas, y en estado de latencia 5 cepas de diferentes
microorganismos los cuales producen lipasas y proteasas. La aplicación de estos
productos biológicos es directa por lo cual no se requiere diseñar reactores
biológicos.
31
1. GENERALIDADES
1.1 SITUACIÓN ACTUAL DE LAS CURTIEMBRES DE SAN BENITO
En el Barrio San Benito, ubicado en la localidad de Tunjuelito al sur de la ciudad
de Bogotá se concentra alrededor del 90% de las curtiembres de la ciudad, son
aproximadamente 350 curtiembres que generan una contaminación muy elevada
que afecta el suelo, el aire y el recurso hídrico, representado en este caso por el
río Tunjuelito que es a donde se descargan los vertimientos generados, los cuales
presentan grandes cantidades de residuos sólidos ricos en proteínas y grasas,
valores de pH muy elevados, grandes cantidades de cromo y sulfuros.
Como consecuencia de la descomposición de la materia orgánica, proveniente de
los residuos de la piel, y la generación de sulfuros en esta zona se generan olores
demasiado fuertes y desagradables que pueden percibirse aún a largas distancias;
y que combinados con el mal manejo que se da a los residuos sólidos y líquidos
amenazan gravemente la salud tanto de las personas que laboran en estos
establecimientos como de las que residen alrededor de ellos.
“Se calcula que las descargas de efluentes de estas industrias pueden consistir en
un total de 4.000 metros cúbicos por día, de los cuales el 60-70% proviene de la
preparación de la piel y los procesos de ribera, del 30-40% provienes de los
procesos de curtido, y entre el 5 y 10% de los procesos de acabado”1.
Los procedimientos y la tecnología usados en los procesos productivos de las
curtiembres han sido transmitidos de generación en generación y emplean
métodos muy tradicionales y artesanales. “El nivel de capacitación del personal
que labora en las curtiembres es principalmente empírico, con algunas
excepciones en los propietarios que han realizado estudios universitarios. La baja
capacitación de la mano de obra suele disminuir la eficiencia y calidad de la
producción, así como da lugar al manejo inadecuado de residuos, entre otros
aspectos.”2
Por tanto a pesar de que existen gran variedad de alternativas o cambios que
pueden hacerse al proceso tradicional para lograr una producción más limpia, los
industriales del sector son muy escépticos o reacios a implementarlos en sus
empresas.
1
TÉLLEZ M., Jairo, CARVAJAL, Roxs Mary, GAITÁN, Ana María. Aspectos toxicológicos relacionados con la utilización del
cromo en el proceso productivo de curtiembres. Revisión Facultad de Medicina Universidad Nacional de Colombia, Vol. 52,
Actualización
Nº1.
[artículo
en
línea].
Disponible
desde
Internet
en:
<http://www.revmed.unal.edu.co/revistafm/v52n1/v52n1ac2.htm>
2
DEPARTAMENTO TÉCNICO ADMINISTRATIVO DEL MEDIO AMBIENTE. Guía Ambiental para el sector Curtiembres.
Marzo de 2004. Bogotá-Colombia: DAMA. p. 18-24
32
El principal equipo utilizado es el bombo o fulón, que consiste en un tambor que
rota por medios mecánicos permitiendo así que los diferentes productos químicos
que se deben aplicar a las pieles en los procesos de curtición se adhieran de
forma uniforme y constante a las células y fibras de las pieles.
Los locales en los que funcionan las curtiembres de San Benito son por lo general
estrechos, no cumplen normas mínimas de seguridad industrial, y no poseen
sectores identificados o especiales para el almacenamiento o tratamiento de
residuos sólidos.
No se controla de una manera cuantificable la cantidad de pieles y de reactivos
que se usan en el proceso, las cantidades se determinan en base a la experiencia
de los operadores, lo cual puede generar desperdicios o uso excesivo de materias
primas. Tampoco existe un control eficiente o contabilidad de costos, este factor
dificulta aún más la labor de concientizar a los industriales del sector acerca de los
aspectos negativos, económicamente hablando, de la forma como operan sus
establecimientos y de la contaminación que generan.
Alrededor del 50% de las curtiembres ubicadas en San Benito no tiene
implementado ningún sistema u operación para el tratamiento de los efluentes
generados. Las empresas que lo han empezado a implementar usan tratamientos
primarios, trampas de grasa y floculación principalmente.
1.1.1 Características generales de los residuos líquidos de las curtiembres.
Los residuos líquidos procedentes de las curtiembres generalmente presental altos
valores de pH, altos contenidos de cal y sulfatos libres, cromo hexavalente,
sulfuros, una elevadísima demanda de oxígeno debida a la presencia de materia
orgánica y grasas animales y gran cantidad de sólidos suspendidos.
“Los problemas más graves son las variaciones de pH de los vertimientos que se
encuentran entre 2.5 hasta valores mayores a 12, o cual afecta inevitablemente la
vida acuática del río Tunjuelito y de la quebrada Chiguaza”3.
También es muy importante resaltar que cuando las curtiembres no tienen
implementado ningún tipo de tratamiento para los efluentes las descargas de
metales pesados, especialmente cromo y sulfuros, pueden ser elevadísimas y el
cromo dependiendo del estado de oxidación en el que se encuentre puede ser
cancerígeno.
Adicionalmente cuando las pieles son tratadas con sales para su almacenamiento,
la alta concentración de sal que tienen los efluentes puede producir corrosión en
3
SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Archivo de noticias. Más de seis millones de pesos ahorrarían curtiembres de
San
Benito
por
apostarle
al
ambiente.
[Artículo
en
línea].
Disponible
en
Internet
en:
<http://www.secretariadeambiente.gov.co/sda/libreria/php/noticias08.php?id=1040>
33
las tuberías e inhibe el tratamiento biológico. Las características de los efluentes
de las diferentes curtiembres son muy similares, sin embargo los valores medidos
en los parámetros como DBO, DQO, cromo, sulfuros, etc pueden variar de
acuerdo a las diferencias que tengan los procesos.
Se pueden tomar como referencia los parámetros mostrados en la Tabla 1,
obtenidos con base en el procesamiento de una tonelada de pieles, estos valores
son muy cercanos a los reportados para las condiciones propias de San Benito, en
donde se manejan descargas de agua residual que oscilan entre 10 a 40 m3 por
tonelada de piel fresca:
Tabla 1. Características generales de los residuos líquidos de las curtiembres de San Benito 4
Parámetro
pH
DBO
DQO
Aceites y grasas
Cromo total
Sulfuros
Sólidos Suspendidos Totales
Generación/Ton de
pieles crudas
12 unidades
6000 ppm
10500 ppm
1038 ppm
1480 ppm
2125 ppm
5440 ppm
Norma según
Resolución 1074/97
5 – 9 unidades
1000 ppm
2000 ppm
100 ppm
1.0 ppm
1.0 ppm
800 ppm
1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA CURTIEMBRE ESTUDIADA
La curtiembre con la cual se desarrollaron las pruebas experimentales de este
proyecto está ubicada en el barrio San Benito en la zona sur de la ciudad de
Bogotá. Esta curtiembre maneja su proceso a partir de pieles frescas aplicando
todas las operaciones que comprenden la curtición de pieles y los procesos de
acabado que lleva a cabo son: re-curtido, escurrido, rebajado, teñido y planchado.
Para llevar a cabo estas operaciones cuentan con 10 bombos, los cuales están
construidos en madera y tienen capacidad de 100 pieles. Esta curtiembre es una
de las únicas en el sector que cuenta con la tecnología necesaria para las
operaciones de dividido, descarnado, y para los procesos de acabado estos
equipos funcionan usando medios mecánicos principalmente y tienen capacidad
para trabajar una piel cada uno. Esta empresa presta el servicio de alquiler de su
maquinaria a otras curtiembres más pequeñas del sector.
En las Imagenes 1 a la 17 se muestran los equipos que posee la curtiembre y se
puede apreciar claramente la transformación que sufren las pieles durante el
proceso.
4
ALZATE TEJADA, Adriana María. Proyecto Gestión Ambiental en la Industria de Curtiembre en Colombia. Anexo 1.
Diagnóstico Ambiental del Sector Curtiembre en Colombia. Centro Nacional de Producción más Limpia. Febrero de 2004
34
Imagen 1. Piel verde
Imagen 2. Bombos para procesos de remojo,
pelambre, desencalado y piquelado
Imagen 3. Bombo para proceso de pelambre y
agua residual proveniente del mismo
Imagen 5. Cuero antes del proceso de
descarne
Imagen 4. Cuero después del proceso de
pelambre
Imagen 6. Retazos de piel provenientes del
descarne
35
Imagen 7. Cuero antes del proceso de dividido
Imagen 8. Proceso de dividido
Imagen 9. Bombo para proceso de curtido y agua
residual proveniente del mismo
Imagen 10. Cuero después del proceso de
curtido
Imagen 11. Proceso de escurrido
Imagen 12. Proceso de rebajado
36
Imagen 13. Proceso de secado
Imagen 15. Pistola para proceso de teñido
Imagen 14. Proceso de teñido
Imagen 16. Compresor para proceso de teñido
Imagen 17. Proceso de planchado
37
En las Figuras 1 a la 3 se pueden apreciar los diagramas de bloques, flujo y
proceso correspondientes a las operaciones que se aplican en esta curtiembre, y
el plano de distribución de la misma se muestra en la Figura 4.
Figura 1. Diagrama de bloques del procesamiento de cueros en la curtiembre
RECEPCIÓN PIELES
Y ALMACENAMIENTO
REMOJO
PELAMBRE
DESCARNE
DIVIDIDO
DESENCALADO
Y PURGA
PIQUELADO
Y PURGA
CURTIDO
PROCESOS DE
ACABADO
38
Figura 2. Diagrama de flujo del procesamiento de cueros en la curtiembre
RECEPCIÓN PIELES Y
ALMACENAMIENTO
Agua, bactericida, enzimas,
Tensoactivos, Humectantes
Sulfuro de sodio, cal, agua,
Enzima, soda cáustica
Desencalante (sales
amoniacales)
Enzimas, Tensoactivos
REMOJO
Agua residual (sangre,
Grasas, proteínas, sólidos)
PELAMBRE
Agua residual (sulfuros, cal,
pelos, carne, lodos)
DESCARNE
Carnaza, retazos de piel,
cebo
DIVIDIDO
Retazos de piel
DESENCALADO
Agua residual (sales
Amoniacales, enzimas, cal)
Y PURGA
Agua, Ác. Fórmico o
Ác. sulfúrico
PIQUELADO
Agua residual ácida
Agua, Formiato de sodio,
Sulfato de cromo,
Basificante
CURTIDO
Agua residual ácida (cromo
como sal disuelta)
Recurtientes, ceras, sulfato
de cromo, pigmentos, ácido
fórmico, bicarbonatos
PROCESOS DE
ACABADO
Agua residual (grasas,
cromo Como sal disuelta,
ácidos, Trazas de
pigmentos, ceras
Y resinas poliméricas.
39
Figura 3. Diagrama de proceso del procesamiento de cueros en la curtiembre
B-101
REFER ENCI A EQU IPO
B-101
B-102
DS-101
DI-101
B-103
B-104
B-105
E-101
R-10 1
PL-101
B-102
DS-101
NO MBRE
BOMBO GIRATORI O: REMOJO
BOMBO GIRATORIO: PELAMBRE
D ESCARNAD ORA
DIVIDIDORA
BOMBO GIRATORIO: D ESEN CALADO
BOMBO GIRAT ORIO: PIQU ELADO
BOMBO GIRATORIO: CURTIDO
ESCURRIDORA
REBAJADORA
PL ANCH A
CAPACID AD
10 0 Pi el es
100 Piel es
1 Pi el
1 Pi el
10 0 Pi el es
10 0 Pi el es
10 0 Pi el es
1 Pi el
1 Pi el
1 Pi el
DI-101
B-103
B-104
B-105
E-101
40
R-101
PL-101
Figura 4. Plano de distribución de la curtiembre
TRATAMIENTO DE AGUAS
BOMBOS
BOMBOS
ESCURRIDORA
DIVIDIDORA
DESCARNADORA
PLANCHA
REBAJADORA
ENTRADA
41
La planta de tratamiento de aguas con que cuenta actualmente la curtiembre está
construida para tratar un efluente de 10 m3 al día, el tratamiento de aguas inicia
empleando tanques de recolección de agua construidos en concreto que se
encuentran en la parte inferior de cada bombo para almacenar el agua proveniente
de cada etapa del proceso productivo, desde allí se conduce el agua a un
tratamiento preliminar de trampa de grasas construida en concreto donde se
eliminan los sólidos más gruesos empleando rejillas con agujeros de diferentes
tamaños, se elimina el caudal por medio de bafles permitiendo el reposo del
efluente, se permite por medio de flotación y diferencia de densidades la
separación de los sólidos finos tales como aceites y grasas, además de permitir la
circulación del agua por la parte inferior con el fin que los sólidos y líquidos
flotantes permanezcan en la parte superior para facilidad en su separación, desde
éste tratamiento y para los tratamientos posteriores se maneja por separado el
agua con mayor proporción de pelambre y el agua con mayor proporción de
curtido.
Posteriormente se lleva a cabo un proceso de homogenización para el cual se
emplean tanques en concreto, allí mediante aireación por burbuja fina se logra una
mezcla completa de los efluentes de todas las etapas del proceso, permitiendo así
mantener el volumen y calidad de las aguas a tratar para los procesos de
tratamiento primario y tener una reserva de agua para realizar el tratamiento de
aguas de manera continua.
Después se realiza el tratamiento primario de clarificación en el que se utilizan
dos tanques en polietileno, con una capacidad de 10 m3 cada uno, en ellos
inicialmente se realiza una coagulación en donde se neutralizan las cargas de los
coloides que forman los sólidos sedimentables y suspendidos permitiendo así
formar sólidos de mayor tamaño, los cuales por medio de floculación aumentan
aún más su tamaño, volumen y cohesión lo cual permite su sedimentación. Para
éstos procesos se aplica sulfato de aluminio al 10 % en una concentración de
1600 ppm mediante mezcla lenta por aireación con burbuja gruesa por un periodo
de 30 min, de allí se deja en reposo el agua por 6 horas con el fin que se realice la
separación de los sólidos por sedimentación, posteriormente se lleva a cabo un
proceso de decantación de lodos primarios que serán luego tratados por procesos
de compostaje.
En las Imágenes 18 y 19 se muestran los equipos que posee la curtiembre para el
tratamiento de aguas.
En las Figuras 5 a la 7 se pueden apreciar los diagramas de bloques, flujo y
proceso correspondientes a la planta de tratamiento de aguas que posee
actualmente la curtiembre, y el plano de distribución de la misma se muestra en la
Figura 8.
42
Imagen 18. Tratamiento preliminar: Trampa de
grasas
Imagen 19. Tratamiento primario:
Clarificación
Figura 5. Diagrama de bloques del tratamiento de aguas residuales actual
TRATAMIENTO PRELIMINAR:
Trampa de grasas
Homogenización
TRATAMIENTO PRIMARIO: Clarificación
(Coagulación-Floculación,
Sedimentación, Decantación)
Figura 6. Diagrama de flujo del tratamiento de aguas residuales actual
Trampa de grasas
Aireación con
burbuja fina
Sulfato de
Aluminio 10%
Homogenización
43
Lodos
primarios
Figura 7. Diagrama de proceso del tratamiento de aguas actual
TK-102
V-102
BA-102
TC-102
TG-101
V-1 0 1
TK-101
BA-101
REFERENCIA EQUIPO
TG-101
TK-101
TK-102
TC-101
TC-102
BA-101
BA-102
V-101
V-102
NOMBRE
TRAMPA DE GRASAS
TANQUE ALMACENAMIENTO
TANQUE CLARIFICACIÓN: AGUA DE CURTIDO
TANQUE CLARIFICACIÓN: AGUA DE PELAMBRE
BOMBA CENTRIFUGA
BOMBA CENTRIFUGA
VÁLVULA
VÁLVULA
44
MATERIAL
CONCRETO
CONCRETO
CONCRETO
POLIETILENO
POLIETILENO
POLIPROPILENO
POLIPROPILENO
POLIPROPILENO
POLIPROPILENO
CAPACIDAD
3
10 m
3
10 m
3
10 m
10 m3
10 m3
3
0.42 m /h
3
0.42 m /h
0.42 m3/h
3
0.42 m /h
TC-101
Figura 8. Plano de la planta de tratamiento de aguas actual en la curtiembre
Superior
Frontal
95
195
45
1.3 MARCO TEÓRICO
1.3.1 Composición química del cuero. El cuero es la piel que cubre la carne de
los animales la cual después de curtida y preparada para su conservación tiene
aplicaciones de uso domestico e industrial, tales como: calzado, marroquinería,
tapicería.
Desde el punto de vista estructural y funcional la piel es un órgano que cumple
ciertas funciones vitales como: protección de otros órganos, regulación térmica del
cuerpo, reservorio sanguíneo y de otras sustancias como lípidos, secreción de
diferentes sustancias y finalmente cumple una función sensorial y de motricidad
debido a la gran cantidad de ramificaciones de nervios que posee. La piel está
formada por tres capas superpuestas, las cuales son: epidermis, dermis e
hipodermis.
Epidermis: “Es la parte más externa de la piel y sirve de revestimiento, en esta
capa se encuentran adheridos los pelos. Representa aproximadamente el 1% del
espesor total de la piel en bruto y durante la fabricación del cuero esta capa se
elimina mediante el proceso de pelambre”5.
Dermis: “Esta es la parte primordial en la industria de las curtiembres porque es la
que busca transformar en cuero. Representa aproximadamente el 85% del
espesor total de la piel en bruto y se encuentra entre la epidermis y la endodermis.
Se divide en dos capas: la capilar, conformada por fibras elásticas, vasos
sanguíneos, terminaciones nerviosas y fibras de colágeno; y la reticular
conformada por células conjuntivas y fibras de colágeno oblicuas y más gruesas
que las de la capa anterior”6.
Endodermis: “Es la capa más interna de la piel y representa aproximadamente el
15% del espesor total de la piel en bruto. Esta capa se elimina en las curtiembres
mediante la operación de descarne. Es la parte de la piel que asegura su unión
con el cuerpo del animal. Es un tejido conjuntivo conformado por grandes lóbulos
de tejido graso limitados por fibras delgadas de colágeno y escasas fibras
elásticas”7.
Desde el punto de vista químico la piel es una sustancia heterogénea,
generalmente cubierta de pelos o lana, compuesta por: agua (64% p/p), proteínas
(33% p/p), grasas (2% p/p), sustancias minerales (0,5% p/p) y otras sustancias
(0,5% p/p). Del total de las proteínas que tiene la piel aproximadamente el 94-
5
CUERONET.COM. 20 de Enero de 2000. Estructura Histológica de la Piel. Tecnología, Técnica del cuero, Procesos
Húmedos, La Piel. Canelones, Ururguay.Disponible desde internet en: <http://www.cueronet.com/tecnica/lapiel.htm>
6
Íbid
7
Íbid
46
95% es colágeno, el 1% es elastina, entre el 1% y el 2% es queratina, y el resto
son proteínas no fibrosas.
El colágeno es una proteína fibrosa, relativamente insoluble en agua, formada por
cadenas de polipéptidos, siendo cada uno de estos un polímero de aminoácidos.
Es gracias a la esencia química de los aminoácidos que la piel de los animales
(Imagen 20) después de extraída puede ser tratada, para darle las terminaciones y
efectos que se requieran, con agentes muy ácidos o muy básicos sin
descomponerse o dañarse.
Imagen 20. Estructura de la piel8
Es muy importante tener en cuenta que la piel una vez retirada del tronco animal
es muy vulnerable a ser atacada por los microorganismos que se encuentran de
forma natural en la misma, los cuáles causaran la hidrólisis de las proteínas. Por
tanto cuando el lapso de tiempo entre retirar la piel y procesarla es prolongado es
necesario buscar algún mecanismo que cause la deshidratación de la piel, con lo
cual los microorganismos no podrán sobrevivir. Los mecanismos más usados son
el secado y el salado de las pieles.
1.3.2. Principales tipos de cuero. El distinto origen, tratamiento de curtido y
posterior elaboración del cuero proporciona un producto final muy distinto.
Según procedencia
Los cueros tienen diferentes tipos según la procedencia de las pieles, y difieren en
su estructura según sean las costumbres de vida del animal originario, la edad del
animal, el sexo, la crianza y la estación del año en la que fue tratada, es
importante también el ver que tipo de cuero es mejor el de becerro o de napa por
esto la primera categoría podría ser:
8
CUERONET.COM. 20 de Enero de 2000.
<http://www.cueronet.com/tecnica/lapiel.htm>
Técnica
47
del
cuero.
La
piel.
Disponible
desde
internet
en:









Bovinos
Caprinos
Porcino
Equinos
Nutria
Chinchilla
Reptiles
Peces: Se emplea a veces la piel de los Tiburones.
Cervidos tales como Ciervos, Gamos, Renos.
Según procedimiento de curtido
Toda la piel tiene que sufrir un proceso de Curtido para que no se pudra y
conserve la flexibilidad. Las sustancias que se le aplican para conseguir ese efecto
condicionan el resultado final.
Hay que tener en cuenta que estos procedimientos no son excluyentes, a menudo
se mezclan los distintos elementos curtientes para obtener un producto final
intermedio.

Cuero crudo: No tiene ningún tratamiento químico para su conservación,
solamente se descarna la piel, se la lava y se la estira mientras se seca. Es
rígido y quebradizo, y principalmente se utiliza para la fabricación de
tambores tradicionales, cordeles o juguetes para perro. Uno uso tradicional
era el empleó de pieles enteras de cabras o conejos, incluso más
raramente vacunos, en la fabricación de alfombras. Secando simplemente
la piel sobre una superficie lisa, se dejaba luego sobre el suelo con el pelo
hacia la parte superior.

Curtido vegetal: Se curte usando tanino y otros ingredientes de origen
vegetal. El resultado es un cuero suave y de color marrón; el tono varía
dependiendo de la mezcla de ingredientes empleada en el curtido y del
color original de la piel. El tanino se oxida con el aire y la luz, por lo que un
cuero curtido con materias vegetales irá oscureciéndose con el tiempo de
forma similar a una pieza de madera, solo que más rápidamente.
Esto, que puede dar una bonita pátina a algunos objetos de cuero, puede
arruinar el teñido en otros.
Este tipo de cuero no es estable en el agua, tiende a decolorarse, y si se
empapa y se deja luego secar se endurece y se vuelve más áspero y duro.
Sometido a alta temperatura, las fibras de colágeno se contraen, se
endurece drásticamente y se vuelve rígido y quebradizo. Actualmente ese
tipo de curtiduría se destina principalmente a talabartería, cuero para
artesanía y como pre-curtido en la curtición por cromo.
48

Curtido al cromo: Es el procedimiento más moderno, se inventa en 1858, y
el más extendido actualmente. El curtido se realiza utilizando sales y ácidos
de cromo. A las piezas de cuero teñidas por este procedimiento se les llama
también "cuero azul", por el tono gris-azulado que da al cuero antes del
teñido. El cuero obtenido es suave, flexible, resistene al agua (no se
mancha ni pierde ni el color o la forma al mojarse), y permite el teñido
posterior con toda la gama de colores imaginables.
La mayoría de las tenerías trabajan actualmente con este método, y es por
el que se obtiene la mayoría del cuero actualmente utilizado para
vestimenta y tapicería. Como inconveniente, es el sistema de teñido más
contaminante.
1.3.3 Descripción del proceso de curtición. La curtición es el proceso mediante
el cual se convierten las pieles de los animales en cuero. Para ello se tienen las
siguientes etapas:
PRE-TRATAMIENTO Y ALMACENAMIENTO
En algunos casos las pieles se trabajan frescas, es decir el tiempo entre el
sacrificio del animal y el procesamiento de la piel es muy corto, y por tanto no se
requiere ningún pretratamiento y las pieles se denominan “pieles verdes”
Cuando es necesario almacenar las pieles por tiempo prolongado estas deben
recibir un tratamiento para impedir el desarrollo de microorganismos; el método
mas común de preservación es salando las pieles por inmersión en salmuera.
“Las pieles se apilan, intercalándolas con una capa de sal. En estas condiciones
se pueden guardar por meses previos al proceso de curtición, debido a que
saladas presentan una fuerte resistencia a los microorganismos. Por otro lado,
salar le permite a la empresa tener un stock que no es afectado por problemas de
escasez o por ciclo de estación”9.
RIBERA
Los procesos de ribera se llevan a cabo en bombos, en los que se utilizan grandes
cantidades de agua, con el objetivo de eliminar los pelos y demás partículas que
dificulten o perjudiquen el proceso de curtición. Por la cantidad de sólidos
suspendidos, ricos en proteínas y grasas, que se generan en los procesos de
ribera los efluentes líquidos presentan altos valores de pH, considerable contenido
9
ALZATE TEJADA. op. cit., p. 14
49
de cal y sulfatos libres, así como sulfuros y una elevada DBO, lo que se ve
represntado en una gran cantidad de materia orgánica.
Remojo: El objetivo de esta operación es rehidratar y limpiar los cueros. Los
cueros son remojados con varios baños de agua enriquecidos con humectantes,
bactericidas, tensoactivos y opcionalmente se usan enzimas. Los bactericidas se
usan para evitar el crecimiento de microorganismos que hidrolicen las proteínas de
la piel, las enzimas se usan para permitir que los tensoactivos, humectantes y el
agua penetren de manera más profunda en la piel permitiendo su rehidratación.
Pelambre: Después del remojo, las pieles pasan al proceso de pelambre. Esta
operación es una hidrólisis química que provoca el hinchamiento de la piel para
facilitar el desprendimiento de la epidermis a la cual va adherido el pelo. Durante
este proceso se saponifican las grasas naturales y se aflojan las fibras de
colágeno con el fin de prepararlas apropiadamente para los posteriores procesos
de curtido.
Para ello se adiciona distintos tipos de depilantes, el primero es el sulfuro de sodio
Na2S o sulfhidrarto sódico NaHS, los cuales son agentes reductores de hidrólisis
alcalina, provocan un hinchamiento rápido pero de aplicarse en grandes
cantidades pueden causar demasiada rigidez en la piel afectando la calidad de la
textura final, por tanto se aplican en combinación can la cal Ca(OH) 2 y con aminas
y tensoactivos. Estos productos por lo general se adicionan a los bombos en
varias tomas o tandas para que el hinchamiento sea lento. El tiempo total que
tarda el proceso es de 28-48 horas.
“Las aminas y tensoactivos disminuyen el hinchamiento y su velocidad, los grupos
(OH)- también provocan hinchamiento mientras que los iones Ca+2 hidrolizan las
fibras atacando donde se produce el acortamiento de las mismas evitando así la
formación de arrugas y favoreciendo al entrada de agu entre fibras”10.
Descarne: Esta operación se realiza para continuar con la limpieza y adecuación
de la piel antes de aplicar los curtientes. Durante esta operación se da la remoción
de los tejidos subcutáneos, adiposos Y adheridos a la endodermis los cuales se
deben eliminar para impedir el desarrollo de bacterias, para obtener un espesor
uniforme y para facilitar y mejorar la penetración de los curtientes que más
adelante serán aplicados. Esta operación puede realizarse de forma manual con
unas cuchillas especiales para la operación, o también las curtiembres medianas
que emplean procesos menos rudimentarios llevan a cabo esta operación en
máquinas.
“El proceso que ocurre en la máquina (Imagen 21) consiste en hacer pasar la piel
por medio de un cilindro neumático de garra y otro de cuchillas helicoidales muy
10
SOLER JAUME. Procesos de Curtidos. Universidad Politécnica de Catalunya. Catalunya, España. 2000. p. 23
50
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
sólo del tejido subcutáneo y adiposo adherido a ella”11.
Imagen 21. Equipo para proceso de descarne12
Dividido: Consiste en dividir o seccionar la piel, mediante una operación
netamente mecánica muy similar a la que ocurre en las máquinas descarnadoras.
Tal como se muestra en la Imagen 22, la piel se apoya entre dos cilindros que
giran ambos hacia afuera, y el elemento que causa el seccionamiento de la piel es
una cuchilla en forma de cinta sin fin, que gira en el sentido opuesto a los cilindros
es decir hacia adentro.
“La piel hinchada y depilada queda dividida en dos secciones o capas, una es lo
que queda entre la cuchilla y la flor, que es lo que se convertirá en cuero
terminado; y la otra capa es lo que queda entre la cuchilla y la carne, lo cual
recibe normalmente el nombre de serraje o carnaza y según su grosor podría ser
aprovechable”13. Esta operación de dividido puede realizarse con la piel en bruto o
fresca, después de haberla curtido al cromo o después del pelambre.
Lo más común en la mayoría de las curtiembres es realizarlo después del
pelambre, recibiendo el nombre de dividido en tripa. El dividido en tripa permite
que el lado de la flor, o la parte de la piel que finalmente se convertirá en cuero,
sea lo suficientemente delgada para facilitar la penetración de los productos
químicos que serán aplicados mediante las posteriores operaciones desencalado,
piquelado y curtido. Gracias al dividido en tripa se logra una mejor calidad del
cuero terminado puesto que se reduce la tendencia al encogimiento durante la
curtición, y también se reduce la tendencia a la aparición de arrugas.
11
CUERONET.COM. 20 de Enero de 2000. Descarnado. Técnica del cuero, Flujograma, Descarne. Canelones, Ururguay.
Disponible desde internet en: < http://www.cueronet.com/flujograma/descarnado.htm >
12
Ibíd
13
SOLER JAUME. op. cit., p. 33
51
Imagen 22. Equipo para proceso de dividido14
CURTIDO
Desencalado y rendido: Mediante el desencalado y purga o rendido se busca
retirar de la piel la cal, el sulfuro y demás residuos alcalinos que causaron el
hinchamiento durante la operación de pelambre.
Eliminar el hinchamiento es, después de la rigurosa limpieza de los procesos de
rivera, el paso a seguir para preparar la piel a la aplicación de curtientes. El
desencalado se lleva a cabo sometiendo las pieles a lavados con gran cantidad de
agua limpia y desencalantes, los cuales por lo general son ácidos como el ácido
láctico y sulfato de amonio. El rendido es un proceso que se realiza mediante
enzimas proteolíticas como complemento, al desencalado para eliminar
definitivamente el hinchamiento de la piel. El rendido logra tal fin hidrolizando las
fibras de colágeno con los cual se debilita la resistencia de la estructura hasta
eliminar por completo el hinchamiento.
Piquelado: La operación de piquelado tiene básicamente dos funciones, que son
eliminar por completo la cal y los residuos alcalinos adheridos a la piel y detener
de forma definitiva la acción enzimática del rendido o purga. En esta operación el
pH es un factor que juega un papel muy importante, teniendo en cuenta que al
final del desencalado la piel llega a un pH de 8,3 aproximadamente, con lo cual el
álcali combinado con el colágeno no se ha eliminado.
“Durante el piquelado se trata la piel con productos ácidos que logran bajar el pH
de la piel hasta un valor de 3,5 - 5 con lo cual se logran eliminar todos los residuos
alcalinos de la piel hasta los adheridos al colágeno, además este valor de pH es el
más favorable para al aplicación de los curtientes debido a que con un valor de pH
14
CUERONET.COM. 20 de Enero de 2000. Dividido. Técnica del cuero, Flujograma, Dividido. Canelones, Ururguay.
Disponible desde internet en: <http://www.cueronet.com/flujograma/dividido.htm>
52
elevado la sal curtiente reaccionaría muy rápidamente con las fibras de colágeno
causando una sobrecurtición”15.
Curtido: Mediante esta operación se logra estabilizar las fibras de colágeno y
proteínas de la piel frente a la descomposición bacteriana y a cualquier otro
agente externo. El curtido también proporciona a la piel las propiedades de
plenitud, tacto, elasticidad, resistencia, etc que sean requeridas de acuerdo al uso
final que se valla a dar al cuero terminado.
Mediante el curtido la piel también adquiere la propiedad de resistir altas
temperaturas lo cual es muy favorable para las posteriores operaciones de teñido
y engrase, las cuales por lo general se realizan a elevadas temperaturas.
El producto más comúnmente usado para la curtición son las sales de cromo, la
ventaja de estas es que permiten que el proceso se realice en corto tiempo, y
confieren resistencia al desgaste.
En el proceso de curtición es muy importante que los productos empleados sean
polifuncionales para que puedan reaccionar con más de una molécula de colágeno
a la vez.
La piel después de ser curtida al cromo posee en su interior un gran número de
espacios vacíos en forma de canales microscópicos localizados entre las fibras
curtidas. Estos canales tienen mucha importancia en los posteriores procesos de
recurtición, puesto que la textura final que tenga el cuero dependerá de los
productos químicos que se usen para llenar estos espacios y de la cantidad que
se aplique.
Para obtener un producto terminado de excelente calidad y con las propiedades
requeridas de acuerdo a la aplicación que vaya a recibir, las variables que son
muy importantes de controlar al momento de realizar la curtición al cromo son:
-
15
Las características de la piel piquelada
La concentración y la basicidad
El tamaño de los complejos de cromo
La adición de sales neutras
Los enmascarantes
Envejecimiento de la sal de cromo
Tiempo de duración de la curtición
SOLER JAUME. op. cit., p. 54
53
ACABADO
Después del proceso de curtido las pieles tienen que descansar en húmedo por
algunas horas o hasta el día siguiente para fijar el cromo en el tejido del cuero.
Después hay que quitar el exceso de agua con una máquina de escurrir y como
puede haberse formado arrugas, se les pasa por una máquina de estirar. Estas
operaciones son llevadas a cabo por vía seca o húmeda, con el propósito de
conferir al cuero el aspecto y las propiedades requeridos según su uso final.
Prensado: Después del curtido, se realiza un prensado del cuero (llamado
escurrido), para retirar la humedad, estirar las partes arrugadas y mantener un
espesor uniforme del mismo.
Rebajado: Es la operación mecánica mediante la cual se obtiene el calibre final del
cuero. Consiste en raspar y rebajar las imperfecciones en la superficie del cuero,
mediante máquinas o herramientas provistas de cuchillas. Este proceso permite
obtener un cuero de espesor uniforme y con la medida deseada de acuerdo a las
necesidades del productor.
Neutralización: Los cueros se sumergen en tambores para realizar las operaciones
anteriormente citadas. Estas operaciones se llevan a cabo de manera consecutiva,
cambiando solamente la composición de los baños después descartar el baño
anterior. El baño de neutralización se realiza con agua, formiato de calcio,
carbonato o bicarbonato de calcio.
Teñido: El teñido se realiza luego de la neutralización en baño que contienen
agua, colorantes y ácido fórmico. Este baño se desecha después de cada
operación. Los efluentes en esta etapa del proceso son mínimos en comparación
al de pelambre y no justifica acción alguna de tratamiento. Los ácidos que
contienen sirven para neutralizar el efluente general.
Engrase: Consiste en la impregnación del cuero con grasas o aceites animales o
vegetales, o aceites sintéticos preparados mediante mezclas de las grasas con
otros ingredientes como ceras. Este procedimiento se hace con el objetivo de
evitar el cuarteamiento del cuero, volviéndolo flexible, doblable, resistente, y suave
y le proporciona al cuero los efectos o características finales de acuerdo a lo
requerido por el manufacturero y el consumidor final.
1.3.4 Impacto ambiental del proceso de curtido para el recurso hídrico. De
acuerdo al proceso de curtido descrito anteriormente y a las diferentes etapas que
lo componen puede observarse que la curtición de pieles es uno de los procesos
industriales que genera mayor contaminación y de tipo más agresivo. Se generan
gran cantidad de residuos líquidos con una carga contaminante bastante elevada,
y también gran cantidad de residuos sólidos los cuales por lo general son usados
54
en la fabricación de gelatinas, y productos para alimentación de animales,
mientras que los efluentes son descargados a los cuerpos hídricos causando
graves problemas no sólo a los ecosistemas acuáticos, sino también a la salud de
las personas que residen en zonas aledañas.
Como consecuencia de los productos químicos que se usan en las diferentes
etapas del proceso, y la gran cantidad de grasas y proteínas que aportan los
residuos sólidos de la piel que quedan disueltos en las aguas residuales los
principales problemas que se ven en los efluentes de las curtiembres, en cuanto a
incumplimiento de normatividad ambiental son: DBO, DQO, aceites y grasas,
sulfuros, cromo total, sólidos suspendidos, sólidos sedimentables, y tensoactivos.
“Cada etapa del proceso aporta diferentes tipos de contaminantes a los efluentes.
Los efluentes líquidos generados en el proceso de remojo contienen sal, sangre,
tierra, heces, sebo y grasas que aumentan la DBO. La operación dura de seis a
24 horas”16.
Las aguas residuales provenientes de el proceso de pelambre contiene elevados
valores de pH por el uso del sulfuro y la cal, debido a la función misma del proceso
que es eliminar la epidermis y el pelo la carga de materia orgánica es bastante
elevada por lo cual representa de un 70% a 80% de toda la contaminación de la
carga originada en los efluentes.
“Esta etapa del proceso, además de aportar el 70% de la carga orgánica al
efluente, aporta la totalidad de los sulfuros residuales, el 45% de los residuos
sólidos sin cromo, el 35% del nitrógeno total y representa el 50% del volumen del
efluente”17.
La etapa de desencalado y purga genera parte del efluente con cargas de cal y
sulfuro de sodio que deberán ser procesadas en el efluente posteriormente. Las
aguas provenientes del proceso de piquelado pueden ser usadas para procesos
de neutralización de vertimientos debido a su naturaleza ácida. Y las aguas
resultantes de la etapa de curtido al cromo generan un valor elevado de cromo
total, el cual puede estar en estado trivalente o hexavalente siendo este último un
serio problema debido a que es un compuesto cancerígeno.
En la Tabla 2 se pueden observar de manera resumida los principales
contaminantes generados en cada etapa y el respectivo impacto ambiental que
causan.
16
17
ALZATE TEJADA. op. cit., p. 14
Ibid
55
Tabla 2. Impacto ambiental del proceso de curtido para el recurso hídrico18
PROCESO
Cuero crudo
Lavado y
remojo
Apelambrado
Lavado de
pelambre
Descarnado
CONTAMINANTES
Sal y microorganismos
Residuos líquidos con sangre, estiercol,
barro, sal, etc
Residuos líquidos con sulfuro de sodio,
óxido de calcio. Residuos sólidos: pelos,
materia orgánica putrescible
Residuos líquidos con contenido de: sulfuro
de sodio, óxido de calcio, agua con
contenido de materia orgánica
Residuo sólido: carne y sólidos, aprox. 20%
del peso inicial
Recortado
Residuos sólidos, colas
Desencalado y
rendido
Residuo líquido con contenido de: bisulfito
de sodio, sulfato cálcico
Residuo líquido con contenido de: bisulfito
de sodio, sulfato cálcico
Residuo líquido con contenido de: cloruros,
sulfatos, cromo no fijado, sulfato básico de
cromo, virutas de cuero cromado
sulfatos, cromo no fijado
Residuos sóidos con cromo, aserrín de
cuero con cromo
sulfatos, cromo, recurtientes, colorantes,
engrasantes
Lavado
Piquelado y
curtido con
cromo
Escurrido
Rebajado y
recortado
Recurtido,
teñido y
engrase
IMPACTO AL AMBIENTE
Aire
DBO, sólidos suspendidos y sales disueltas
DBO, DQO, sólidos suspendidos y sales
disueltas, alcalinidad y sulfuros
disueltas, alcalinidad y sulfuros
disueltas, alcalis y sulfuros
DQO, sólidos suspendidos y sales disueltas,
alcalis y sulfuros. Contaminación del aire
DBO, DQO, cromo, sales, ácidos, etc
DBO, DQO, cromo, sales, ácidos, etc
DBO, DQO, acidez
DBO, DQO, acidez
1.3.5 Descripción general de procesos de tratamiernto de aguas residuales
industriales. Las aguas residuales industriales son los residuos líquidos
generados como resultado del proceso productivo de cualquier industria,
contienen cargas de diferentes tipos de contaminantes y en diferentes cantidades
dependiendo de la industria que los genere. El tratamiento de las aguas residuales
industriales es el proceso que se lleva a cabo mediante una combinación de
medios físicos, químicos y biológicos con el fin de reducir o eliminar los
contaminantes del agua para que estas cumplan con las normatividades y leyes
ambientales de acuerdo al sector industrial y a la localización de la empresa.
También puede tener como objetivo la reutilización o recirculación del agua dentro
de las diferentes etapas del proceso.
PRETRATAMIENTO O TRATAMIENTO PRIMARIO
Los procesos que constituyen un pretratamiento se llevan a cabo con el fin de
cumplir con las normas mínimas exigidas para la descarga de efluentes en el
sistema de alcantarillado y como requerimiento para realizar los tratamientos
primarios. Generalmente, el pretratamiento se aplica para cumplir con normas en
18
MOREYRA APARI JOSÉ. Programa Horizontal De Tecnologías Limpias Y Energías Renovables. Informe Del Apoyo
Técnico Al Taller Para Transferencia De Tecnologías Limpias Para Pymes Del Sector Curtiembre. Lima, Perú. p. 16
56
cuanto a pH, temperatura, contenido de sólidos, grasas y aceites. En casos
especiales, el pretratamiento puede estar orientado hacia la remoción de
sustancias tóxicas que puedan afectar la eficiencia de posteriores tratamientos
biológicos, la salud de los trabajadores y la salud de las personas que residan en
zonas aledañas. A continuación se explican brevemente los principales procesos
de pretratamiento.
Homogenización: Esta es una etapa necesaria en las industrias cuyos procesos
presentan descargas extremas de vertimientos en periodos muy cortos, como es
el caso de las curtiembres y ciertas industrias de alimentos. “Esta etapa se realiza
para amortiguar los picos tanto de carga contaminante como de caudal que
puedan presentarse a través del día, con el fin de lograr que los sistemas de
tratamiento operen en condiciones estables y que los efluentes tengan
características más uniformes”19. Consiste en un tanque de suficiente volumen
para almacenar una cantidad apreciable del vertimiento, en algunos casos puede
ser necesario suministrar sistemas de agitación, para prevenir la deposición de
material sólido en el fondo del tanque.
Coagulación y Floculación:
Los procesos de Coagulación y Floculación hacen parte del tratamiento primario
de clarificación llevado a cabo para el tratamiento de aguas residuales, que según
la teoría que se presenta al respecto:
Son dos procesos dentro de la etapa de clarificación del agua. Ambos procesos se pueden
resumir como una etapa en la cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas llamadas
flocs tal que su peso específico supere a la del agua y puedan precipitar.
La coagulación se refiere al proceso de desestabilización de las partículas suspendidas de
modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas. El término coágulo se refiere a las
reacciones que suceden al agregar un reactivo químico (coagulante) en agua, originando
productos insolubles. La coagulación comienza al agregar el coagulante al agua y dura
fracciones de segundo.
La floculación tiene relación con los fenómenos de transporte dentro del líquido para que las
partículas hagan contacto. Esto implica la formación de puentes químicos entre partículas de
modo que se forme una malla de coágulos, la cual sería tridimensional y porosa. Así se
formaría, mediante el crecimiento de partículas coaguladas, un floc suficientemente grande y
20
pesado como para sedimentar .
Esto permite determinar los modelos teóricos ya sean físicos o químicos que
llevan a que se produzca la coagulación y la floculación, los modelos existentes se
describen a continuación:
19
KIELY, Gerard. Ingeniería ambiental: fundamentos, entornos, tecnologías y sistemas de gestión. Ed. Mc Graw Hill. V2.
Madrid 1999. p. 705
20
Coagulación y floculación de contaminantes del agua. [artículo en línea]. Disponible desde internet en:
<http://cabierta.uchile.cl/revista/15/articulos/pdf/edu4.pdf>. p. 3
57
El modelo físico o de la doble capa, basado en fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión.
El otro modelo es químico, llamado “puente químico”, que relaciona una dependencia entre el
coagulante y la superficie de los coloides. Para la floculación existen también dos modelos. El
primero es llamado ortocinético, el cual es promovido por agitación externa principalmente.
Influyen partículas de tamaño superior al micrón y tiene relación con los gradientes de velocidad
del líquido. El segundo modelo se llama pericinético y se diferencia del primero en que su fuente
de agitación es interna. Principalmente importarán el movimiento browniano y la sedimentación.
21
Su efecto es principalmente sobre partículas de tamaño inferior a 1 micrón .
Aquellos productos que actúan como coagulantes y floculantes al mismo tiempo
son los más empleados en los tratamientos primarios de clarificación, debido a
que permiten formar compuestos cargados positivamente en intervalos de pH
entre 6 y 8 que fácilitan la precipitación de los contaminates; se caracterizan por
ser metálicos, tal como el sulfato de aluminio y el sulfato de hierro.
Remoción de sólidos: Los sólidos contenidos en el agua residual pueden
presentarse en estado disuelto en forma de iones en la fase líquida o como
material suspendido. Los sólidos totales son el residuo que permanece después
de someter a evaporación una muestra de agua residual hasta sequedad una
temperatura de 105ºC. Los sólidos totales se dividen en dos grandes fracciones:
los sólidos suspendidos, que son aquellos que quedan retenidos sobre el filtro
cuando la mezcla se somete a un proceso de filtración, y los sólidos no filtrables o
disueltos que es el material que pasa a través del filtro con tamaño promedio de
una micra.
Las dos principales operaciones para la remoción de sólidos son usadas en el
pretratamiento son el tamizado y la separación por gravedad, en los tratamientos
posteriores pueden usarse otros procesos como sedimentación, flotación o
filtración. La selección del método adecuado de separación depende de la
concentración y el tamaño de los sólidos presentes en el vertimiento, en su grao
de aglomeración y en las características finales deseadas para el efluente.
Tamizado: Esta operación consiste en la instalación de rejillas gruesas, con
separación entre barras de más de 0.5 cm y/o rejillas finas con separaciones de
hasta 0.1 cm, que retienen los sólidos gruesos presentes en el vertimiento,
facilitando el flujo del vertimiento. Estos implementos son de reducido costo y de
lata eficiencia si se realiza una limpieza frecuente de los mismos. Las rejillas
deben ser hechas de barras cuadradas para evitar su obstrucción, deben ser
inclinadas para facilitar su limpieza y fijas para evitar un mal uso de ellas.
Separación por gravedad: Los sólidos suspendidos también pueden ser removidos
por gravedad, dependiendo de la tendencia natural de las partículas sólidas a
depositarse en el fondo o a elevarse, en condiciones de quietud del vertimiento.
21
Íbid. p. 4
58
Las partículas que tienen una gravedad específica superior a la de la fase líquida
de sedimentan y las que tienen una gravedad específica inferior flotan.
“Las arenas son partículas sólidas inertes que se sedimentan a mayor velocidad
que los sólidos orgánicos de tamaño similar. Esta operación se efectúa en
desarenadores que son canaletas por donde pasa el vertimiento a una velocidad
aproximada de 0.3 m/s, provistas de una cámara para almacenar los sólidos y
evitar su resuspensión.”22
Sedimentación simple: Cosiste en mantener el vertimiento bajo condiciones de
quietud o baja velocidad, por un tiempo suficiente para permitir la sedimentación
de las partículas suspendidas. Los sólidos sometidos a sedimentación tienen uan
gravedad específica menor que las arenas y por lo tanto demandan un tiempo de
retención mayor para sedimentar. Los parámetros de diseño de los tanques de
sedimentación incluyen el área superficial y profundidad del mismo, el tiempo de
retención, la carga hidráulica y la velocidad de flujo de salida.
Sedimentación con ayudas: La adición de químicos puede mejorar la
sedimentación, al promover la aglomeración de las partículas sólidas. Los
químicos más utilizados son coagulantes, como sulfato de aluminio, cloruro férrico,
sulfato ferroso, cal, aluminato de sodio. Las ayudas de coagulación son moléculas
orgánicas de cadena larga con características de polímeros y electrolitos, como
polielectrolitos, bentonita y sílica activada. La dosis óptima de coagulante se
determina mediante ensayo de jarras.
Flotación: Es el proceso mediante el cual las partículas de densidad cercana o
menor a la de la fase líquida son separadas de ésta mediante la introducción de
un gas, generalmente aire, en el vertimiento. Las burbujas del gas se adhieren a
las partículas y hacen que éstas asciendan hasta la superficie del líquido, de
donde son removidas por medios manuales o mecánicos. Aunque el proceso
puede usarse en la remoción de sólidos, casi siempre es usado para la remoción
de aceites y grasas.
Filtración: Consiste en hacer pasar los efluentes por un medio filtrante, que para el
caso de las curtiembres se recomienda que sea un medio granular o sintético, a
medida que el agua pasa a través del medio filtrante los sólidos suspendidos y
coloidales son retenidos en éste, haciendo cada vez mas lento el proceso y
demandando mayor presión para mantener la eficiencia constante.” Las variables
de diseño a tener en cuenta son: carga hidráulica, carga contaminante, carga de
sólidos, presión, medio filtrante y periodo de retrolavado, el cual es una operación
de limpieza de los filtros que consiste en invertir el flujo, el medio filtrante se
expande y los sólidos se desprenden.”23
22
23
KIELY. op. cit., p. 609
Íbid. p. 635
59
Neutralización: El pH es el parámetro de control utilizado en los procesos de
neutralización. Esta es una variable de vital importancia por los efectos que puede
generar sobre el tratamiento de las aguas residuales y sobre las redes de
alcantarillado. Esta es una variable de control crítico en el caso de querer realizar
posteriores tratamientos biológicos teniendo en cuenta que los microorganismos
crecen dentro de rangos muy estrictos de pH que generalmente se encuentran
entre 6.5 a 7.5. La acidez o la alcalinidad del vertimiento determinan la cantidad de
ácido o base necesaria para conseguir la neutralización. El método más usado
para la neutralización de vertimientos ácidos es la adición de cal, soda cáustica,
amoniaco, carbonato de calcio o carbonato de sodio. Para el tratamiento de
vertimientos alcalinos puede usarse dióxido de carbono, burbujeo de gases de
combustión, ácido sulfúrico, clorhídrico etc. Para la selección del neutralizante
priman los factores de orden económico y la facilidad de manejo de las sustancias.
TRATAMIENTO SECUNDARIO: SISTEMAS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
El tratamiento biológico se realiza mediante procesos aerobios y anaerobios, en
los cuales la materia orgánica es matebolizada por diferentes cepas bacterianas.
Los objetivos del tratamiento biológico son reducir el contenido de materia
orgánica en las aguas, reducir su contenido de nutrientes y eliminar los parásitos.
A continuación se explican los procesos más usados para el tratamiento biológico
de las aguas residuales.
Tratamiento por lodos activados: El agua cargada a este tipo de tratamientos debe
contener altos contenidos de materia orgánica, pues esta constituirá los nutrientes
y la fuente de energía para los microorganismos que se reproducirán en los lodos.
El tratamiento se proporciona mediante difusión de aire por medios mecánicos en
el interior de tanques.
“Durante el tratamiento los microorganismos forman floculos que, posteriormente,
se dejan sedimentar en un tanque, denominado tanque de clarificación. El sistema
básico comprende, pues, un tanque de aireación y un tanque de clarificación por
los que se hace pasar los lodos varias veces.”24 Los lodos están compuestos
básicamente de materia orgánica y de la biomasa encargada de metabolizarla.
Los dos objetivos principales del sistema de lodos activados son la oxidación de
la materia biodegradable en el tanque de aireación y la floculación que permite la
separación de la biomasa nueva del efluente tratado. Este sistema permite una
remoción de hasta un 90% de la carga orgánica pero tiene algunas desventajas:
en primer lugar requiere de instalaciones costosas y la instalación de equipos
electromecánicos que consumen un alto costo energético. Por otra parte produce
24
Íbid. p. 709
60
un mayor volumen de lodos que requieren de un tratamiento posterior por medio
de reactores anaeróbicos y/o su disposición en rellenos sanitarios bien instalados.
Tratamiento anaerobio: Consiste en una serie de procesos microbiológicos, dentro
de un recipiente hermético, dirigidos a la digestión de la materia orgánica con
producción de metano. Es un proceso en el que pueden intervenir diferentes tipos
de microorganismos pero que está dirigido principalmente por bacterias. Presenta
una serie de ventajas frente a la digestión aerobia: generalmente requiere de
instalaciones menos costosas, no hay necesidad de suministrar oxígeno por lo que
el proceso es más barato y el requerimiento energético es menor. Por otra parte
se produce una menor cantidad de lodo (el 20% en comparación con un sistema
de lodos activos), y además este último se puede disponer como abono y
mejorador de suelos. Además es posible producir un gas útil. Sin embargo los
procesos anaerobios son más apropiados para tratar caudales de agua bajos por
lo que su aplicación en las aguas residuales industriales es bastante limitada.
Para el tratamiento anaerobio a gran escala se utilizan rectores de flujo
ascendente o U.A.S.B. (Por sus siglas en ingles) con un pulimento aerobio en
base de filtros percoladores y humedales.
Tratamiento por medios selectivos: Es un método novedoso que ha sido poco
estudiado y consiste en la aplicación de productos biológicos en los cuales hay
presentes diferentes cepas de microorganismos que están especializados para
metabolizar un tipo de contaminante en particular, por ejemplo grasas, proteínas,
tintes y colorantes etc. Este es un tratamiento que tiene una alta eficiencia al ser
aplicado en pozos sépticos o en aguas residuales domésticas. Para su aplicación
en aguas residuales industriales se requiere la aplicación de métodos de
tratamiento primarios para eliminar los sólidos y algunas sustancias que sean
tóxicas o inhibitorias para los microorganismos. Los productos biológicos también
pueden estar hechos a base de enzimas que en algunos por lo general admiten
rangos de pH y temperatura más amplios que los de los microorganismos.
1.4 MARCO LEGAL
1.4.1 Resolución 1074/97. Por medio de la presente resolución se establecen los
estándares ambientales respecto a los residuos líquidos que son vertidos al
alcantarillado público y/o a un cuerpo de agua.
Según el artículo 3º de ésta resolución se plantea que: “Todo vertimiento de
residuos líquidos a la red de alcantarillado público y/o a un cuerpo de agua,
deberá cumplir con los estándares establecidos”25
25
DEPARTAMENTO TÉCNICO ADMINISTRATIVO DEL MEDIO AMBIENTE. Resolución 1074 (28 de octubre de 1997). Por
la cual se establecen estándares ambientales en materia de vertimientos. Bogotá, D.C: El Departamento, 1997
61
En la Tabla 3 se muestran los parámetros que tienen algún tipo de incidencia en
los vertimientos industriales generados en las curtiembres.
Tabla 3. Estándares ambientales en materia de vertimientos industriales generados en las
26
curtiembres
PARÁMETRO
Cromo total
DBO5
DQO
Grasas y Aceites
pH
Sólidos Sedimentables
Sulfuro de carbono
Tensoactivos (SAAM)
EXPRESADA COMO
Cr total (mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
Unidades
SS (mL/L)
SST (mg/L)
Sulfuro de carbono (mg/L)
(mg/L)
NORMA (mg/L)
1.0
1000
2000
100
5.0 – 9.0
2.0
800
1.0
0.5
1.4.2. Resolución 3957/09. Esta resolución fue aprobada y publicada el 19 de
junio de 2009, modificando algunos de los aspectos que estaban establecidos en
la resolución 1074 de 1997.
“Mediante esta nueva resolución se establece la normatividad técnica para el
control y manejo de los vertimientos de aguas residuales, realizados al sistema de
alcantarillado público en Bogotá D.C. En esta también se fijan las concentraciones
que deben tener las aguas residuales, que no sean de origen doméstico, para
poder ser vertidas en la red de alcantarillado.”27
La modificación más importante, y la que afecta de manera directa el contenido del
presente trabajo de grado, es la que fue realizada a los estándares o valores de
referencia que deben cumplir los vertimientos de agua residual que sean
descargados a la red de alcantarillado de Bogotá D.C. En la tabla 4 se muestra la
modificación que sufrieron los estándares que normalmente se miden para las
aguas residuales de las curtiembres.
26
Íbid
SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Resolución 3957 (19 de junio de 2009). Por la cual se establece la norma
técnica, para el control y manejo de los vertimientos realizados a la red de alcantarillado público en el Distrito Capital.
Bogotá, D.C.: La Secretaria, 2009
27
62
Tabla 4. Valores de referencia requeridos para los vertimientos de las curtiembres, según nueva
reolución28
PARÁMETRO
Cromo total
DBO5
DQO
Grasas y Aceites
pH
Sólidos Sedimentables
Sulfuro Total
Tensoactivos (SAAM)
EXPRESADA COMO
Cr total (mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
Unidades
SS (mL/L)
SST (mg/L)
(mg/L)
(mg/L)
NORMA (mg/L)
1.0
800
1500
100
5.0 – 9.0
2.0
600
5.0
10
Esta resolución se tuvo en cuenta para realizar recomendaciones y conclusiones
sin embargo el cumplimiento de los objetivos y análisis de resultados se realizó
respecto a la resolución 1074/97.
1.5 MICROORGANISMOS Y ENZIMAS PRESENTES EN LOS PRODUCTOS
BIOLÓGICOS
1.5.1 Microorganismos. “Los Bacillus son bacterias gram-positivas, aerobias
estrictas aunque poseen la característica de ser anaerobias facultativas lo cual les
favorece para la aplicación en tratamiento de aguas residuales, tienen la habilidad
de formar una resistente endoespora protectora, permitiendo al organismo tolerar
condiciones ambientales muy extremas”29.
1.5.1.1 Bacillus subtilis. “Es una bacteria catalasa-positiva, aerobia facultativa”30.
Produce la enzima -amilasa altamente bacterial que produce unas cepas que
complementa las enzimas producidas por el Aspergillus oryzae en la
descomposición del almidón y que además funciona a altos niveles de
temperatura y pH, produce además enzimas capaces de hidrolizar proteína a
péptidos y aminoácidos.
Este microorganismo no es considerado patógeno humano. “B. Subtilis se ha
mostrado muy manejable para la manipulación genética, por tal motivo es
comúnmente usado como un organismo modelo para estudios de laboratorio,
especialmente de esporulación”31.
Entre sus aplicaciones industrialmente
28
Íbid
Colaboradores de Wikipedia. Bacillus [en línea]. Wikipedia, La enciclopedia libre, 2009. Disponible desde internet en:
<http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bacillus&oldid=26893089>
30
Colaboradores de Wikipedia. Bacillus subtilis [en línea]. Wikipedia, La enciclopedia libre, 2009 [fecha de consulta: 1 de
julio del 2009]. Disponible desde internet en: <http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bacillus_subtilis&oldid=27681842>
31
Íbid
29
63
encontramos: fungicida y agente de control biológico, aditivo para detergentes de
lavandería y el tratamiento de aguas residuales.
1.5.1.2 Bacillus licheniformis. “Es una bacteria termofílica, denitrificante. Su
temperatura óptima de crecimiento es de alrededor de 50ºC, aunque sobrevive en
temperaturas mucho más altas. Puede existir en forma de espora para resistir
condiciones ambientales extremas, o en estado vegetativo cuando las condiciones
a las que se enfrenta son buenas”32.
Las cepas de B. licheniformis son cultivadas con el fin de generar grandes
cantidades de proteasa biológica. Ésta “se adapta bien a crecer en condiciones
alcalinas, por lo que la proteasa que produce puede soportar altos niveles de pH
(entre 9 y 10) donde es capaz de degradar las proteínas con mayor eficiencia; éste
rango de pH permite que se utilizen a temperaturas bajas lo que permite un menor
consumo de energía, aunque la temperatura adecuada para la secreción de la
enzima es de 37ºC. La endoproteasa que produce es capaz de hidrolizar una
amplia gama de enlaces péptidicos”33.
1.5.1.3 Bacillus polymyxa. Es una bacteria heterotrófica, acidófila y psicrotrofa
tiene como función la fijación del nitrógeno siendo un organotrofo. Produce la
enzima -amilasa.
1.5.1.4 Bacillus megaterium. Es una bacteria psicrotrofa.
1.5.1.5 Aspergillus oryzae. Según el catálogo de productos de Bioenzimas
Group S.A. el Apergillus oryzae:
Es un hongo filamentoso que producen altas concentraciones de enzimas hidrolíticas y, en
particular, produce altos niveles de -amilasa fúngica que produce deformación para
descomponer el almidón y las dextrinas hasta convertirlas en azucares fermentables. El poder
para licuar el almidón de estas cepas es 1.000 veces superior al de la mayoría de las de la
competencia además posee factores estimulantes de la fermentación. Se puede utilizar para la
producción a gran escala de amilasas, proteasas y ácido kójico, se considera como un ideal de
acogida para la síntesis de proteínas de eucariotas. Sirve como sacarificante de materias
amiláceas.
32
REY, Michael, …[et. al]. Complete genome sequence of the industrial bacterium Bacillus licheniformis and comparisons
with closely related Bacillus species. En: BioMed Central Ltda. [artículo en línea]. Disponible desde internet en: <
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=545597>. Publicado en linea: 13 de Septiembre de 2004
33
Íbid
64
Produce la enzima capaz de catalizar la eliminación de péptidos del final de las cadenas de
proteínas y capaz de hidrolizar proteínas a péptidos y aminoácidos en aplicaciones de bajo pH,
34
además de producir la enzima -amilasa que es capaz de hidrolizar almidón .
1.5.1.6 Arthrobacter. “Son bacterias gram-positivas, aerobias estrictas y con
forma de bacilo durante la fase de crecimiento exponencial y de coco durante la
fase estacionaria. Los cocos son resistentes a la desecación y a la falta de
nutrientes. Se distingue por realizar el “snapping division” en la que la pared
celular exterior se rompe por uno de sus enlaces, de forma que los bacilos se
rompen en cocos, se ven en forma de V. Otra característica notable es la
utilización de piridona como única fuente de carbono”35.
1.5.1.7 Nocardia. “Son bacterias gram-positivas que se desarrollan en ambientes
ricos en materia orgánica. Son catalasas-positivas y con forma de bacilos
filamentosos, parecen hilos alargados. Las colonias de Nocardia presentan un
aspecto variable, particularmente cuando crecen en un medio con nutrientes
limitados. Crecen lentamente sobre medios de cultivo no selectivo y son
extrictamente aerobios con la facultad de crecer en un amplio rango de
temperaturas”36.
Produce catalasa, ureasa y enzimas nitrato reductasa. Ayuda a la reducción de
lodos, se desarrolla en ambientes con una baja relación F/M
(sustrato/microorganismos), a temperaturas cálidas y en aguas residuales con alto
contenido de grasas.
1.5.2 Enzimas. Los productos empleados incluyen la enzima Amilasa que digiere
almidón proveniente de fuentes bacterianas y fúngicas. La enzima Proteasa que
se emplea en los procesos de degradación de proteínas. La enzima Lipasa que
licua grasas y aceites encontrados en una variedad de desechos industriales y
aguas residuales.
1.5.2.1 Amilasa. “Es un enzima hidrolasa que tiene la función de digerir el
glucógeno y el almidón para formar azúcares simples, tiene un pH de 7. Algunas
amilasas bacterianas se emplean como detergentes para disolver almidones en
determinados procesos industriales”37. Se clasifican en:
34
BIOENZIMAS GROUP S.A. Catálogo de productos biológicos
O'LOUGHLIN EJ, SIMS GK, TRAINA SJ. Biodegradation of 2-methyl, 2-ethyl, and 2-hydroxypyridine by an Arthrobacter sp
isolated from subsurface sediment. Biodegradation 10: 93-104. Vol 10. Número 2. Abril de 1999
36
Colaboradores de Wikipedia. Nocardia [en línea]. Wikipedia, La enciclopedia libre, 2009. Disponible desde internet en:
<http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Nocardia&oldid=26879057>
37
Colaboradores de Wikipedia. Amilasa [en línea]. Wikipedia, La enciclopedia libre, 2009. Disponible desde internet en:
<http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Amilasa&oldid=28045483>
35
65
α-Amilasa: “Son enzimas que actúan a lo largo de cualquier punto de la cadena de
los carbohidratos, descomponiéndolos en maltotriosa y maltosa desde la amilosa o
maltosa, glucosa y dextrina desde la amilopectina. Dado que puede actuar en
cualquier punto de la cadena es más rápida que la β-amylasa. Es sintetizada por
bacterias y hongos”38.
β-Amilasa: “Es sintetizada por bacterias y hongos. Actúa desde el extremo no
reductor de la cadena, catalizando la hidrólisis del segundo enlace α-1,4,
rompiendo dos unidades de glucosa (maltosa) a la vez. Muchos microorganismos
también producen amilasa para degradar el almidón extracelular, tiene un pH
adecuado de 12”39.
1.5.2.2 Proteasa. “Las peptidasas (antes conocidas como proteasas) son
enzimas que rompen los enlaces peptídicos de las proteínas. Usan una molécula
de agua para hacerlo y por lo tanto se clasifican como hidrolasas”40.
Dentro de las características que las destacan es que ellas “se encuentran
naturalmente en organismos vivos, donde se usan para la digestión molecular y la
reducción de proteínas no deseadas. Las peptidasas pueden romper ya sea
enlaces peptídicos específicos (Proteólisis limitada), dependiendo en la secuencia
de aminoácidos de la proteína, o pueden reducir un péptido completo a
aminoácidos (proteólisis ilimitada)”41.
Teniendo en cuenta que “las peptidasas son en sí mismas péptidos, por ello se
puede determinar que ellas mismas se pueden degradar. Es un hecho conocido
que muchas peptidasas se desdoblan a sí mismas. Esto puede ser un método
importante de regulación de la actividad de las peptidasas”42.
1.5.2.3 Lipasa. “La lipasa es una enzima que se usa para descomponer las
grasas. Su función principal es catalizar la hidrólisis de triacilglicerol a glicerol. Las
lipasas se encuentran en gran variedad de seres vivos, así en los
microorganismos, las lipasas se encuentran presentes para la digestión de grasas,
la reconstitución del organismo y el metabolismo lipoproteico”43.
38
Íbid.
Íbid.
Colaboradores de Wikipedia. Peptidasa [en línea]. Wikipedia, La enciclopedia libre, 2009. Disponible desde internet en:
<http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Peptidasa&oldid=25075987>.
41
Íbid.
42
Íbid.
43
Colaboradores de Wikipedia. Lipasa [en línea]. Wikipedia, La enciclopedia libre, 2009. Disponible desde internet en:
<http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Lipasa&oldid=26237430>.
39
40
66
Las aplicaciones que tienen las lipasas en la industria de aguas residuales se basa
en “productos químicos de interés por medio de enlaces éster y de
polimerización”44.
1.5.3
Acción microbiológica y enzimática en la degradación de
contamiantes. El proceso de degradación de la materia orgánica se da mediante
la acción enzimática y microbiológica que se lleva a cabo mediante las secuencias
que se muestran en las Imagenes 23 y 24.
Imagen 23. Proceso de degradación de la materia orgánica por acción del producto biológico 45
+
grasa y
materia
orgánica
=
enzimas
+
residuos
orgánicos
solubles
=
Microorganismos
+
componentes
básicos naturales
H2O, CO2, Energía
Biomasa
Imagen 24. Acción enzimática en el proceso de degradación de materia orgánica 46
Sustrato + Producto biológico + O2  Biomasa + CO2 + Agua
La biomasa generada por la acción enzimática y microbiológica del producto
biológico se presentó en forma de lodo biológico sedimentable.
44
Íbid.
Adapatación
con
imágenes
de
diferentes
enlaces
desde
internet
en:
enzimas:
<http://lasteologias.wordpress.com/2008/05/09/acido-desoxirribonucleico/>, biomasa (fotografía tomada por los autores del
presente trabajo de grado)
46
Biblioteca
de
consulta
Microsoft.
Encarta,
2004.
Disponible
desde
internet
en:
<http://quimred.fq.uh.cu/inorganica/Grupo_11/enzima.htm>.
45
67
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 MATERIALES
2.1.1 Tipo de agua. Para las diferentes pruebas llevadas a cabo en el desarrollo
experimental se empleó una mezcla de las aguas provenientes de cada una de las
etapas del proceso productivo. Debido a que las etapas en las que se emplea
mayor cantidad de agua son pelambre y curtido, se generan dos tipos de agua
cada una con mayor proporción de alguna de estas dos etapas, sin embargo el
restante en proporción está formado por una mezcla de los efluentes de las etapas
de remojo, desencalado, piquelado, re-curtido y teñido, los cuales no se
mencionan en el desarrollo experimental debido a que su proporción es mínima.
En algunas de las pruebas se mencionaron efluentes de la etapa de teñido porque
representaban el 20% del total de la mezcla usada.
2.1.2 Productos Biológicos. Los productos biológicos en polvo empleados
(Imagen 25), son fabricados cultivándolos en un sustrato esterilizado compuesto
principalmente de salvado de trigo. Los cultivos son luego secados y triturados
para obtener un polvo granular fino y de libre flujo.
Imagen 25. Apariencia del producto biológico empleado
Éstos son el resultado de la eficaz combinación de enzimas y bacterias
seleccionadas; las grasas, carbohidratos, proteínas y demás sustancias que
agregan valor como materia orgánica se descomponen por completo sin aditivos
químicos, sin perjudicar el medio ambiente y sin riesgo para las personas o
animales.
68
Este proceso de degradación de materia orgánica por medio de microorganismos
y enzimas se ve reflejado en una considerable reducción de la contaminación,
resultados mucho mejores con relación a DBO5 y DQO en las plantas de
tratamiento de aguas residuales, reducción de costos en comparación con los
métodos convencionales aplicados en las PTAR, evitan la formación de malos
olores, son seguros y de fácil manejo.
Todos los productos biológicos empleados se caracterízan por presentar actividad
en determinados valores de pH y temperaturas tal como se muestra en las
Gráficas 1 y 2.
Gráfica 1. Actividad de los microorganismos
contenidos en los productos biológicos a varios
valores de pH47
Gráfica 2. Actividad de los microorganismos
contenidos en los productos biológicos a
varias temperaturas48
2.1.2.1 Maintain D. Los cultivos granulados biológicamente activos son productos
que una vez son introducidos en los sistemas de desecho producen cultivos
microbianos con microorganismos más eficientes que a su vez producen grandes
cantidades de enzimas que digieren los residuos completamente en un tiempo
más corto y por lo tanto resultan altamente eficaces y no presentan ningún peligro.
Es una fórmula seca en forma concentrada con un contenido estable de esporas
bacteriales capaces de producir grandes cantidades de enzimas digestivas que
descomponen las proteínas, el almidón, las grasas y la fibra a una mayor
velocidad. Son mezclas especiales de cultivos bacteriales de Bacillus subtilis,
licheniformis, polymyxa, megaterium y Aspergillus oryzae, no patogénicos
altamente activos que funcionan con o sin oxigeno, son estables y tienen una larga
vida útil, no son corrosivos, ni peligrosos y son fáciles de usar.
47
48
BIOENZIMAS GROUP S.A Catálogo de productos biológicos. p. 28
Ibíd
69
APARIENCIA: café claro, granular, solidó, ligero olor a fermentación.
CONDICIONES ADECUADAS: Los cultivos se comportan mejor dentro de un
rango de pH de 5.5 a 8.5 unidades, con un valor de pH de apropiado de 7.0. El
rango de Temperatura está entre 5ºC y 49ºC.
CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO: Almacenar en un sitio fresco y seco
fuera de la luz directa del sol. Evitar la inhalación excesiva. Lávese las manos con
agua tibia con jabón después de haber manipulado el producto
2.1.2.2 Accelobac 5000. Un material biológicamente activo que contiene billones
de bacterias aeróbicas y anaeróbicas facultativas que producen enzimas. Está
especialmente adaptado para licuar y digerir materiales de desechos orgánicos.
Consiste de cepas de cultivos de Bacillus subtilis, licheniformis, polymyxa,
megaterium y Aspergillus oryzae especialmente formulados que producen altas
cantidades de enzimas amilasa, proteasa y lipasa.
El producto tiene certificación en cuanto a que es libre de Salmonera y de
bacterias patogénicas. La descripción técnica del mismo se muestra en la Tabla 5.
Tabla 5. Descripción técnica del producto biológico Accelobac 5000
Apariencia
Olor
Densidad a Granel
Tamaño de la Malla del Filtro
Contenido de Humedad
Almacenaje
Manipulación
Condiciones optimas para el uso
Color carm elito, polvo de libre flujo
Agradable, con sabor a levadura
34-41 libras por pie cúbico
98% a través de la malla 15
Menos del 15%
Almacenar en sitio fresco y seco
Evitar la inhalación excesiva, lavarse
las manos después de utilizarlo
pH 7, temperatura 49ºC
2.1.2.3 NS. El material microbiano se ha adaptado a una gran variedad de
productos químicos. Consisten de una mezcla de Arthrobacter, Nocardia, y varios
Bacillus.
Los microorganismos presentes en este producto complementan la microflora
natural que contiene el agua residual al que son aplicados al tener las siguientes
características:
70








Proporcionan el volumen suficiente de microflora para degradar los
contaminantes.
Proporciona la microflora que es capaz de utilizar los compuestos de residuos
tóxicos; como fuentes de carbono, cuando se les suministra con otros
nutrientes minerales clave.
Son altamente resistentes a altos niveles de concentración de los elementos
tóxicos.
Son capaces de multiplicarse y metabolizar compuestos con presencia de
metales pesados que se encuentran combinados son las sustancias tóxicas,
aún cuando estén presentes hasta 100 mg/L de cadmio, arsénico, cobre,
cromo, hierro, plomo, latón, zinc, cobalto, selenio, o plata.
Pueden utilizar compuestos de nitrógeno de varios tipos durante el curso de un
proceso de desintoxicación remedial de compuestos carboníferos.
Las bacterias presentes son capaces de multiplicarse y crecer en un amplio
rango de variación de temperatura desde los 4ºC a los 45ºC.
Constan de bacterias inmovilizadas con nutrientes especiales y estabilizadores
en forma granular seca.
Los productos se conservan estables por un periodo de meses mientras se
mantenga en un lugar fresco y no se expongan a exceso de humedad o a
condiciones de congelamiento.
2.1.2.4 Mezclas NS/MAINTAIN D (80:20) y NS/ACCELOBAC 5000 (80:20).
Durante el desarrollo experimental se evaluó el desempeño de los
microorganismos en estas dos mezclas, las cuales se realizaron con una
proporción mayor del producto NS teniendo en cuenta sus especificaciones
técnicas, en las cuales se menciona que las bacterias Arthrobacter y Nocardia
tienen la capacidad de tomar residuos tóxicos como fuente de carbono,
complementan la microflora natural del residuo que se esté tratando y son más
resistentes ante la presencia de altas concentraciones de metales pesados. Por
estas propiedades y teniendo en cuenta que las aguas residuales de las
curtiembres contienen gran cantidad de residuos tóxicos se determinó preparar las
mezclas en una proporción 80:20, para conferir una mayor eficiencia a los
microorganismos de los otros productos biológicos.
2.2 MÉTODOS
2.2.1 Operaciones de pre-tratamiento. Las curtiembres manejan un tiempo de
residencia del agua residual de 24 h, tiempo que es muy corto para el crecimiento
adecuado de los microorganismos, por ello se tomo la decisión de filtrar el agua
residual a la salida de la trampa de grasas, con el fin de retener la materia
orgánica de mayor tamaño debido a que sería difícilmente digerible por los
microorganismos en tan corto tiempo.
71
El filtro empleado para tal fin fue Geotextil no tejido punzonado de polietileno
negro de alta densidad, éste se muestra en las Imagenes 26 y 27. (Ficha técnica
en Anexo C).
Imagen 26. Geotextil no tejido
punzonado de polietileno negro de alta
densidad.
Imagen 27. Geotextil no tejido punzonado de
polietileno negro de alta densidad después de
filtración.
Teniendo en cuenta que el mejor desempeño de los productos biológicos se da a
condiciones de pH neutro, para la realización de las pruebas del desarrollo
experimental se ajusto el pH del agua a tratar con H2SO4 industrial al 98 % si el pH
era mayor de 7 (ver Anexos D y F) y con NaOH líquida industrial si el pH era
menor de 7 (ver Anexos E y G).
2.2.2 Activación de bacterias. Para la obtención de mejores resultados es
necesario que los microorganismos contenidos en los productos biológicos se
adapten al medio en el que van a ser aplicados, para ello deben activarse en
medio (½) vaso del agua a tratar, agitando por un minuto, luego ésta mezcla
heterogénea debe ser aplicada al resto del agua a tratar agitando por unos
minutos, logrando así que se distribuyan y puedan multiplicarse y metabolizar toda
la materia orgánica contenida en el medio a tratar.
2.2.3 Seguimiento del porcentaje de remoción mediante el método de DQO.
Para todas las pruebas realizadas en el desarrollo experimental se tomó como
parámetro de comprobación de la efectividad de los productos biológicos la
disminución del DQO, puesto que el principal objetivo del tratamiento de aguas por
medios biológicos es la reducción de carga orgánica y adicionalmente éste es el
parámetro más crítico en los vertimientos generados por las curtiembres, debido al
alto contenido que tienen de grasas, proteínas y demás materiales orgánicos.
Con el fin de tener un seguimiento del porcentaje de remoción de contaminantes,
se realizó la prueba de DQO cada 2 horas por un periodo de 8 horas y una última
72
lectura a las 24 horas, para la realización de la misma se tuvo en cuenta en tomar
siempre una alícuota de agua a tratar de 5 mL y realizar un blanco y valoración de
Sulfato Ferroso Amoniacal (FAS) por cada lote de muestras.
El método de DQO se muestra en los Anexos A y B. Para tener un mejor
entendimiento de los métodos empleados se muestran los diagramas de bloques y
flujo del procedimiento experimental en las Figura 9 y 10.
Figura 9. Diagrama de bloques de los métodos llevados a cabo para la realización del desarrollo
experimental
SELECCIONAR TIPO
DE AGUA
AJUST
TOMA DE
MUESTRA
MEDIR DQO
FILTRACIÓN
MEDIR DQO
AJUSTAR pH
MEDIR DQO
AGREGAR PRODUCTO
BIOLÓGICO
PONER CONDICIÓN
REQUERIDA
MEDIR DQO
73
Figura 10. Diagrama de flujo de los métodos llevados a cabo para la realización del desarrollo experimental
SELECCIONAR TIPO
DE AGUA
Solución al 10% de Sulfato de Aluminio
Al2(SO4)3
NO
SI
AGUA DE
PELAMBRE
FLOCULACION
TOMA DE MUESTRA
Alícuota 5 mL, H2O desionizada, H2SO4 98%,
K2Cr2O7 0.0417 M, FAS 0.25 M
MEDIR DQO
Geotextil
FILTRACIÓN
K2Cr2O7 0.0417 M, FAS 0.25 M
MEDIR DQO
pH-metro
MEDIR pH
SI
K2Cr2O7 0.0417 M, FAS 0.25 M
Maintain D, Accelobac 5000, NS, NS/Maintain D
(80:20), NS/Accelobac 5000 (80:20)
NO
K2Cr2O7 0.0417 M, FAS 0.25 M. Medir cada 2 h
por un lapso de 8 h y una medición a las 24 h.
MEDIR DQO
FIN
H2SO4 98%
pH > 7
NaOH líq.
pH < 7
NO
pH = 7
MEDIR DQO
AGREGAR PRODUCTO
BIOLÓGICO
SI
REQUIERE
ACONDICIONAMIENTO
74
PONER CONDICIÓN
REQUERIDA
Agitación por aireación, Temperatura,
Condición anaerobia
3. DESARROLLO EXPERIMENTAL
El principal propósito del desarrollo experimental que se llevó a cabo en este
proyecto fue evaluar el desempeño de los productos biológicos de las series
Accelobac y NS en la degradación de los contaminantes orgánicos que se
encuentran disueltos en las aguas residuales de una curtiembre. Estos productos
biológicos son fabricados por una prestigiosa empresa americana, y son
importados y distribuidos en Colombia por BIOENZIMAS GROUP S.A.
Para la realización de las pruebas, se tomaron muestras puntuales después del
tratamiento preliminar de trampa de grasas debido a que en este punto el agua ya
se encuentra homogénea y lista para tratamientos primarios y secundarios. No se
llevó a cabo ningún proceso para preservar el agua debido a que las pruebas se
realizaron inmediatamente después de la recolección de las muestras.
Para cumplir tal propósito se realizaron una serie de pruebas preliminares,
inicialmente con el fin de comprobar si los productos funcionaban o no, en el
agresivo medio de los vertimientos de las curtiembres.
Una vez comprobado que si funcionaban, se procedió a realizar las pruebas
iniciales en las cuales se compararon cinco diferentes productos para seleccionar
los dos más efectivos. Teniendo estos dos productos el siguiente paso fue
encontrar las condiciones más favorables para el crecimiento de los
microorganismos presentes en los productos biológicos, los cuales son mezclas
de diferentes cepas de bacterias aerobias y anaerobias facultativas; por tanto se
seleccionaron y se pusieron a prueba tres variables: temperatura, agitación por
aireación y condiciones anaerobias las cuales son críticas en el crecimiento de los
microorganismos. También se hicieron pruebas reduciendo la concentración de
producto biológico aplicado teniendo en cuenta la importancia de esta variable al
momento de buscar una reducción en los costos.
Las variables que se manejaron en todas las pruebas realizadas después de las
preliminares fueron: volumen, pH, temperatura, concentración de producto
biológico y aireación. En las pruebas iniciales se mantuvieron fijas todas las
variables. En las pruebas para evaluar las condiciones apropiadas de crecimiento
de los microorganismos, siempre se dejaron fijas las variables de pH y volumen; y
las demás variables se modificaron de acuerdo a la condición que se estuviera
evaluando. La concentración empleada en todas las pruebas, excepto en las
pruebas en las que se evaluó la concentración, fue de 100 ppm pues esta
concentración representa el doble de la dosificación recomendada por el
fabricante de acuerdo a la información de las fichas técnicas de los productos. Se
tomó el doble teniendo en cuenta el bajo tiempo de retención del agua y la gran
cantidad de contaminantes de la misma.
75
3.1 PRUEBAS PRELIMINARES
Estas pruebas se realizaron con el único fin de comprobar el funcionamiento, de
los productos biológicos, es decir, su capacidad de remoción de DQO y por tanto
la carga orgánica contaminante de las aguas residuales resultantes de las
curtiembres. Para realizar estas pruebas se emplearon mezclas de aguas
provenientes de las etapas de: pelambre, curtido, teñido, y aguas después de
tratamiento primario; en diferentes proporciones. Se realizaron tres pruebas que
se describen a continuación:
- PRUEBA 1
En la realización de estas pruebas se mantuvo una temperatura de 18ºC y se
usaron aguas de distintas procedencias, tal como se muestra en la Imagen 28.
Para el cálculo del DQO se tuvieron en cuenta los datos de la Tabla 6.
Tabla 6. Pruebas preliminares: Prueba 1. Datos para el cálculo de DQO
PARÁMETRO
Blanco (mL)
Concentración FAS (M)
76
VALOR
24
0.2451
Los resultados de las pruebas realizadas se muestran en la Tabla 7, 8 y 9.
Tabla 7. Pruebas preliminares: Prueba 1. Resultados con producto biológico NS
PRODUCTO NS
Condiciones iniciales
Concentración de producto biológico (ppm)
Tipo de agua:
Pelambre
Teñido
pH (unidades)
V (L)
Valor
97.09
80%
20%
8.7
10.3
HORA
DQO (ppm)
% REMOCIÓN
0
3628
-
4
2627
27.59
24
673
81.44
Tabla 8. Pruebas preliminares: Prueba 1. Resultados con producto biológico Maintain D
PRODUCTO MAINTAIN D
Tipo de agua:
Tratamiento primario
pH (unidades)
V (L)
Valor
81.7
100%
5.04
12.24
HORA
DQO (ppm)
% REMOCIÓN
0
1255
-
4
1005
19.92
24
760
39.45
Tabla 9. Pruebas preliminares: Prueba 1. Resultados con producto biológico Accelobac 5000
PRODUCTO ACCELOBAC 5000
Tipo de agua:
Tratamiento primario
pH (unidades)
V (L)
Valor
83.68
100%
5.04
11.95
HORA
DQO (ppm)
% REMOCIÓN
0
1255
-
4
1177
6.22
24
785
37.45
- PRUEBA 2
Con el fin de probar si la filtración influía en la disminución del DQO, en esta
prueba se realizaron filtraciones antes de cada medición del DQO, una muestra de
ello se enseña en la Imagen 29. El agua empleada fue proveniente de tratamiento
primario y para obtener uniformidad en los datos se empleó el mismo volumen de
agua a tratar, tal como se muestra en la Imagen 30.
77
Imagen 29. Geotextil después de filtración del
agua residual que contiene producto biológico
Las pruebas se realizaron empleando los productos NS y NS/MAINTAIN D (80:20)
y agua sin tratar con ningún producto biológico, los resultados se muestran en la
Tabla 10.
Blanco (mL) = 24.7, [ ] FAS (M) = 0.2577, DQO (ppm) [0 h] = 1155, pH = 5.21, T (ºC) = 17.5
HORA
PRODUCTO
NS
NS/MAINTAIN D (80:20)
AGUA SIN PRODUCTO
DQO (ppm)
743
660
908
4
% Remoción
35.67
42.86
21.39
DQO (ppm)
743
578
908
7
% Remoción
35.67
49.96
21.39
DQO (ppm)
743
578
908
24
% Remoción
35.67
49.96
21.39
- PRUEBA 3
Teniendo en cuenta la prueba 2 en la cual se observó que debido a la filtración no
hubo disminución en la DQO, y por lo mismo no se pudo hacer una comparación
significativa entre los productos NS y NS/MAINTAIN D (80:20); se realizó una
prueba sin filtración empleando los mismos productos, el ensayo realizado se
muestra en la Imagen 31. El agua usada en esta prueba era proveniente del
tratamiento primario.
78
Los resultados de la prueba realizada se muestran en la Tabla 11.
Blanco (mL) = 24.7, [ ] FAS (M) = 0.2577, DQO (ppm) [0 h] = 2846, pH = 5.14, T (ºC) = 18.5
HORA
PRODUCTO
NS
DQO (ppm)
1128
1034
24
% Remoción
60.37
63.67
3.1.1 Discusión de resultados pruebas preliminares. Mediante estas pruebas
se encontró que en la mayoría de los casos, las aguas provenientes de
tratamiento primario, ya cumplen con el parámetro establecido por la ley en cuanto
al DQO, debido a que los valores encontrados para este parámetro están por
debajo de 2000 mg/L, sin embargo este tipo de aguas fueron usadas
nuevamente en otras pruebas preliminares, teniendo en cuenta que la finalidad de
estas era únicamente comprobar la capacidad de los productos biológicos para
reducir en alguna proporción el DQO.
- PRUEBA 1
De acuerdo a los resultados encontrados en esta prueba se determinó que
siempre debe usarse el mismo tipo (origen) y volumen de agua a tratar, para que
todos los datos se obtengan bajo las mismas condiciones y los resultados no se
vean alterados por variaciones en el proceso de medición. Según el desempeño
en la disminución de la DQO que mostraron los tres diferentes productos
biológicos usados en esta prueba, se seleccionaron inicialmente el MAINTAIN D y
79
el NS como los dos más eficientes, y por tanto se determinó que la prueba 2 se
desarrollaría aplicando NS y una combinación NS/MAINTAIN D en proporción
80:20 respectivamente, además se encontró que el producto de menor
desempeño fue el Accelobac 5000.
- PRUEBA 2
Esta prueba se realizó por un lapso de 24 h, en ella se determinó que para el
correcto funcionamiento de los productos biológicos el agua no puede ser filtrada
una vez hallan sido aplicados, puesto que los microorganismos contenidos en
estos vienen inmersos en un medio nutritivo sólido cuyo tamaño de partícula es
filtrable a través de malla 15 y el filtro usados es malla 100, por tal motivo en esta
prueba se observo un estancamiento en la disminución del DQO, después de la
primera filtración realizada tras haber aplicado el producto.
- PRUEBA 3
Los resultados obtenidos en esta prueba permitieron confirmar que de todos los
productos biológicos utilizados el más eficiente es la mezcla NS/MAINTAIN
(80:20).
Imagen 32. Agua residual de las
curtiembres sin tratar
Imagen 33. Agua residual de las curtiembres después de
tratamiento con productos biológicos
3.2.1 Agua con mayor proporción de pelambre. Se empleó agua proveniente
de una combinación pelambre-curtido (80:20), una muestra de tal agua se enseña
en la Imagen 32, se realizó el procedimiento requerido para el desarrollo
experimental, en la operación de llevar el agua a pH 7, se gastaron
aproximadamente 2 mL de H2SO4 del 98%, con lo cual se obtuvo una floculación,
tal como se muestra en al Imagen 33, después se añadió el producto biológico
correspondiente en una concentración de 100 ppm a cada recipiente de 5 L.
80
Las pruebas se realizaron por duplicado empleando 5 productos diferentes y los
resultados se muestran en la Tabla 12, la Gráfica 3 muestra la remoción obtenida.
Tabla 12. Pruebas iniciales. Agua con mayor proporción de pelambre
HORA
2
4
6
8
24
Blanco (mL) = 24.7, [ ] FAS (M) = 0.2513, DQO (ppm) [0 h] = 4866, pH [Agua sin tratar] = 10, T (ºC) = 18.5
ACCELOBAC
NS/MAINTAIN D NS/ACCELOBAC
PRODUCTO
MAINTAIN D
NS
5000
(80:20)
5000 (80:20)
DQO (ppm)
4263
4182
4343
4263
4102
4062
3780
3740
3780
3780
% Remoción
12.39
14.06
10.75
12.39
15.70
16.52
22.32
23.14
22.32
22.32
DQO (ppm)
3559
3599
4001
4001
3840
3820
3519
3499
3659
3680
% Remoción
26.86
26.04
17.78
17.78
21.09
21.50
27.68
28.09
24.80
24.37
DQO (ppm)
3177
3157
3539
3499
3378
3398
3137
3097
3217
3217
% Remoción
34.71
35.12
27.27
28.09
30.58
30.17
35.53
36.35
33.89
33.89
DQO (ppm)
2694
2654
3197
3177
3117
3157
2493
2453
2855
2815
% Remoción
44.64
45.46
34.30
34.71
35.94
35.12
48.77
49.59
41.33
42.15
DQO (ppm)
1689
1669
2694
2654
2272
2292
1488
1468
2091
2091
% Remoción
65.29
65.70
44.64
45.46
53.31
52.90
69.42
69.83
57.03
57.03
Grafica 3. Pruebas iniciales. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de pelambre.
100 ppm de producto biológico
3.2.2 Agua con mayor proporción de curtido. Se empleó agua proveniente de
una combinación pelambre-curtido (20-80), se realizó el procedimiento requerido
para el desarrollo experimental, en la operación de llevar el agua a pH 7, se
gastaron aproximadamente 5 mL de H2SO4 del 98%, después se añadió el
producto biológico correspondiente en una concentración de 100 ppm a cada
recipiente de 5 L.
Las pruebas se realizaron por duplicado empleando 5 productos diferentes y los
resultados se muestran en la Tabla 13, la Gráfica 4 muestra la remoción obtenida.
81
Tabla 13. Pruebas iniciales. Agua con mayor proporción de curtido
Blanco (mL) = 24.7, [ ] FAS (M) = 0.2513, DQO (ppm) [0 h] = 4742, pH [Agua sin tratar] = 13, T (ºC) = 18
ACCELOBAC
NS/MAINTAIN D NS/ACCELOBAC
HORA PRODUCTO
MAINTAIN D
NS
5000
(80:20)
5000 (80:20)
DQO (ppm)
4343
4323
4504
4484
4423
4423
4102
4082
4263
4242
2
% Remoción
8.42
8.84
5.02
5.44
6.73
6.73
13.50
13.92
10.11
10.55
DQO (ppm)
3901
3881
4021
4041
4001
3981
3700
3680
3820
3820
4
% Remoción
17.74
18.16
15.21
14.79
15.63
16.05
21.98
22.40
19.45
19.45
DQO (ppm)
3418
3418
3740
3720
3659
3639
3298
3318
3519
3499
6
% Remoción
27.93
27.93
21.14
21.56
22.84
23.26
30.46
30.03
25.79
26.22
DQO (ppm)
3097
3076
3338
3358
3237
3237
2976
2956
3157
3137
8
% Remoción
34.69
35.13
29.61
29.19
31.74
31.74
37.25
37.67
33.43
33.85
DQO (ppm)
1971
1991
2694
2715
2453
2433
1890
1870
2172
2192
24
% Remoción
58.44
58.02
43.19
42.75
48.27
48.70
60.14
60.57
54.20
53.75
Grafica 4. Pruebas iniciales. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de curtido. 100
ppm de producto biológico
Para generar la aireación necesaria para la agitación del agua a tratar se empleó
un motor generador de aire, tal como se muestra en la Imagen 35, del cual se
derivaron cuatro mangueras que distribuian el aire para los cuatro recipientes que
contenian el agua a tratar, tal como se muestra en la Imagen 34.
82
Imagen 34. Pruebas de agitación por aireación
Imagen 35. Motor generador del aire para las
pruebas de agitación
de una combinación pelambre-curtido (80:20), se realizó el procedimiento
requerido para el desarrollo experimental, en la operación de llevar el agua a pH 7,
se gastaron aproximadamente 2 mL de H2SO4 del 98%, después se añadió el
producto biológico correspondiente en una concentración de 100 ppm y se
sometió a agitación por aireación a cada recipiente de 5 L.
Para determinar la remoción de DQO debida a cada operación llevada a cabo, se
realizó la medición de los DQO que se muestran en la Tabla 14.
Tabla 14. Pruebas agitación. DQO antes de tratamiento con productos biológicos. Agua con mayor
proporción de pelambre
TIPO DE AGUA
Agua sin filtrar
Agua filtrada
Agua con pH ajustado
DQO (ppm)
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
5543
5219
5.85
4873
12.09
Las pruebas se realizaron por duplicado empleando los 2 productos que dieron
mejores resultados en las pruebas iniciales, que fueron MAINTAIN D y
NS/MAINTAIN D (80:20), los resultados se muestran en la Tabla 15, la Gráfica 5
muestra la remoción obtenida.
83
Tabla 15. Pruebas agitación. Agua con mayor proporción de pelambre
HORA
2
4
6
8
24
PRODUCTO
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
MAINTAIN D
4346
4366
10.81
10.40
3452
3432
29.16
29.57
2924
2904
40.00
40.41
2782
2762
42.91
43.32
1950
1970
59.98
59.57
4264
4224
12.50
13.32
3188
3168
34.58
34.99
2742
2721
43.73
44.16
2518
2518
48.33
48.33
1828
1848
62.49
62.08
Grafica 5. Pruebas agitación. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de pelambre.
una combinación pelambre-curtido-teñido (15-70-15), se realizó el procedimiento
sometió a agitación por aireación a cada recipiente de 5 L.
Para determinar la remoción de DQO debida a cada operación llevada a cabo se
84
Tabla 16. Pruebas agitación. DQO antes de tratamiento con productos biológicos. Agua con mayor
proporción de curtido
TIPO DE AGUA
Agua sin filtrar
Agua filtrada
DQO (ppm)
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
5259
4975
5.4
4406
16.22
mejores resultados en las pruebas iniciales y los resultados se muestran en la
Tabla 17, la Gráfica 6 muestra la remoción obtenida.
Tabla 17. Pruebas agitación. Agua con mayor proporción de curtido
Blanco (mL) = 24.8, [ ] FAS (M) = 0.2538, DQO (ppm) [0 h] = 4406, pH [Agua sin tratar] = 8.5, T (ºC) = 17
HORA
2
4
6
8
24
PRODUCTO
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
MAINTAIN D
4285
4305
18.52
18.14
4061
4082
22.78
22.33
3939
3919
25.10
25.48
3594
3574
31.67
32.04
2985
2965
43.24
43.62
4183
4183
20.46
20.46
3960
3980
24.70
24.32
3554
3533
32.42
32.82
3493
3472
33.58
33.98
2742
2742
47.86
47.86
Grafica 6. Pruebas agitación. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de curtido.
85
Estas pruebas se realizaron con el fin de evaluar si el desempeño de los
microorganismos se veía afectado al disminuir la concentración a la mitad, con lo
cual también se disminuirían los costos. Las pruebas se hicieron con una única
concentración de 50 ppm debido a las concentraciones entre 50 y 100 ppm no
representan una disminución de costos significativa. Tampoco se evaluaron
concentraciones mayores a 100 ppm puesto que el costo de los productos
biológicos es bastante elevado y esto representaría un aumento de costos.
se gastaron aproximadamente 2 mL de H2SO4 del 98%, con lo cual se obtuvo una
floculación, después se añadió el producto biológico correspondiente en una
concentración de 50 ppm a cada recipiente de 5 L.
realizó la medición de los DQO que se muestran en la Tabla 18
Tabla 18. Pruebas concentración. DQO antes de tratamiento con productos biológicos. Agua con
mayor proporción de pelambre
TIPO DE AGUA
Agua sin filtrar
Agua filtrada
DQO (ppm)
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
5543
5219
5.85
4873
12.09
86
Tabla 19. Pruebas concentración. Agua con mayor proporción de pelambre
HORA
2
4
6
8
24
PRODUCTO
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
MAINTAIN D
4285
4264
12.07
12.50
3229
3209
33.74
34.15
2802
2802
42.50
42.50
2620
2640
46.23
45.82
1929
1909
60.41
60.82
4183
4183
14.16
14.16
3005
3026
38.33
37.90
2640
2599
45.82
46.67
2417
2437
50.40
49.99
1767
1747
63.74
64.15
Grafica 7. Pruebas concentración. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de
pelambre. 50 ppm de producto biológico
producto biológico correspondiente en una concentración de 50 ppm a cada
recipiente de 5 L.
87
Tabla 20. Pruebas concentración. DQO antes de tratamiento con productos biológicos. Agua con
mayor proporción de curtido
TIPO DE AGUA
Agua sin filtrar
Agua filtrada
DQO (ppm)
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
4792
4752
0.83
4549
5.07
Tabla 21. Pruebas concentración. Agua con mayor proporción de curtido
Blanco (mL) = 24.8, [ ] FAS (M) = 0.2538, DQO (ppm) [0 h] = 4549, pH [Agua sin tratar] = 13, T (ºC) = 18
HORA
2
4
6
8
24
PRODUCTO
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
MAINTAIN D
4244
4264
6.70
6.27
3838
3838
15.63
15.63
3655
3676
19.65
19.19
3310
3290
27.24
27.68
2985
2965
34.38
34.82
3899
3899
14.29
14.29
3797
3777
16.53
16.97
3432
3452
24.55
24.12
3188
3168
29.92
30.36
2640
2620
41.97
42.40
Grafica 8. Pruebas concentración. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de
curtido. 50 ppm de producto biológico
88
Los recipientes que contenían el agua a tratar fueron calentados a baño de maría
hasta una temperatura de 45ºC ± 4ºC, al colocarlos dentro de un contenedor de
hierro lleno con agua que fue calentado con una estufa eléctrica, tal como se
muestra en la Imagen 36, debido a las dimensiones del contenedor y a que éste
no se encontraba tapado fue posible mantener la temperatura estable, lo cual se
verificó al realizar la medición de la temperatura cada hora, para ello se empleó un
termómetro de mercurio.
Imagen 36. Pruebas temperatura
se gastaron aproximadamente 2 mL de H2SO4 del 98%, con lo cual se obtuvo una
floculación, después se añadió el producto biológico correspondiente en una
concentración de 100 ppm y se sometió a calentamiento cada recipiente de 5 L.
89
Tabla 22. Pruebas temperatura. DQO antes de tratamiento con productos biológicos. Agua con
mayor proporción de pelambre
TIPO DE AGUA
Agua sin filtrar
Agua filtrada
DQO (ppm)
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
6868
6707
2.34
4808
30.00
Tabla 23. Pruebas temperatura. Agua con mayor proporción de pelambre
Blanco (mL) = 25, [ ] FAS (M) = 0.2525, DQO (ppm) [0 h] = 4808, pH [Agua sin tratar] = 10
HORA
2
4
6
8
24
PRODUCTO
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
MAINTAIN D
4061
4040
15.54
15.97
3677
3717
23.52
22.69
3293
3273
31.51
31.93
2788
2788
42.01
42.01
1273
1253
73.52
73.94
3717
3697
22.69
23.11
3192
3172
33.61
34.03
2849
2828
40.75
41.18
2061
2081
57.13
56.72
1010
1031
79.00
78.56
Grafica 9. Pruebas temperatura. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de
90
sometió a calentamiento cada recipiente de 5 L.
Tabla 24. Pruebas temperatura. DQO antes de tratamiento con productos biológicos. Agua con
mayor proporción de curtido
TIPO DE AGUA
Agua sin filtrar
Agua filtrada
DQO (ppm)
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
6011
5825
3.09
4976
17.22
Tabla 25. Pruebas temperatura. Agua con mayor proporción de curtido
Blanco (mL) = 25, [ ] FAS (M) = 0.2525, DQO (ppm) [0 h] = 4976, pH [Agua sin tratar] = 14
HORA
2
4
6
8
24
PRODUCTO
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
MAINTAIN D
4283
4323
13.93
13.13
3960
3939
20.42
20.84
3455
3475
30.57
30.16
2869
2889
42.34
41.94
1637
1616
67.10
67.52
91
4000
3980
19.61
20.02
3394
3414
31.79
31.39
2909
2909
41.54
41.54
2344
2364
52.89
52.49
1414
1435
71.58
71.16
Grafica 10. Pruebas temperatura. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de
Para generar la condición anaerobia fue necesario tapar herméticamente los
recipientes, para ello se emplearon tapas que poseen en el borde un caucho que
no deja penetrar aire al recipiente que contiene el agua a tratar, además a cada
tapa se le abrió un agujero al que se le introdujo una manguera y se sello con
silicona fundida; para evitar la entrada de aire por la manguera y permitir la salida
del aire contenido en la parte superior del recipiente y el gas producido por los
microorganismos se sumergió la manguera en recipientes llenos de agua, tal como
se muestra en la Imagen 37. Con el fin de no perder la condición anaerobia al
tomar las muestras para la realización de la prueba de DQO solo se realizó la
medición después de transcurridas las 24 horas.
Imagen 37. Pruebas condiciones anaerobias
92
sometió a condiciones anaerobias a cada recipiente de 5 L.
Tabla 26. Pruebas condiciones anaerobias. DQO antes de tratamiento con productos biológicos.
Agua con mayor proporción de pelambre
TIPO DE AGUA
Agua sin filtrar
Agua filtrada
DQO (ppm)
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
6868
6707
2.34
4808
30.00
Tabla 27. Pruebas condiciones anaerobias. Agua con mayor proporción de pelambre
Blanco (mL) = 25, [ ] FAS (M) = 0.2525, DQO (ppm) [0 h] = 4808, pH [Agua sin tratar] = 10, T (ºC) = 17
HORA
24
PRODUCTO
DQO (ppm)
% Remoción
MAINTAIN D
2788
2808
42.01
41.60
93
2222
2222
53.79
53.79
Grafica 11. Pruebas condiciones anaerobias. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor
sometió a condiciones anaerobias a cada recipiente de 5 L.
Tabla 28. Pruebas condiciones anaerobias. DQO antes de tratamiento con productos biológicos.
Agua con mayor proporción de curtido
TIPO DE AGUA
Agua sin filtrar
Agua filtrada
DQO (ppm)
DQO (ppm)
% Remoción
DQO (ppm)
% Remoción
6011
5825
3.09
4976
17.22
94
Tabla 29. Pruebas condiciones anaerobias. Agua con mayor proporción de curtido
Blanco (mL) = 25, [ ] FAS (M) = 0.2525, DQO (ppm) [0 h] = 4976, pH [Agua sin tratar] = 14, T (ºC) = 17
HORA
24
PRODUCTO
DQO (ppm)
% Remoción
MAINTAIN D
2889
2869
41.94
42.34
2384
2364
52.09
52.49
Grafica 12. Pruebas condiciones anaerobias. % Remoción Vs. Tiempo. Agua con mayor
95
4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
De acuerdo con las pruebas de DQO se determinó que los productos de mejor
desempeño son el MAINTAIN D Y NS/MAINTAIN D (80:20) como se puede
observar en las Gráficas 3 y 4. Estos dos productos logran disminuir la DQO por
debajo de la norma ambiental de 2000 mg/L y logran porcentajes de remoción
superiores al objetivo que es del 60%. Por tanto en las pruebas posteriores, en las
cuales se evalúan las condiciones más apropiadas para el crecimiento de los
microorganismos, se trabajó únicamente con estos dos productos.
Los microorganismos presentes en el producto NS han demostrado ser más
resistentes a los contenidos de metales pesados en comparación a los
microorganismos de otros productos puesto que la degradación biológica de los
compuestos contaminantes ocurre aún cuando estén presentes hasta 100 mg/L de
metales pesados en el agua, además está diseñado para degradar una gran
variedad de contaminantes difíciles pues la estirpe única de su microflora puede
degradar y eliminar las toxinas, también metabolizan otros químicos como aceites
minerales y lubricantes, surfactantes, ácidos grasos, carbohidratos, lignina y
alcoholes, entre otros.
Los microorganismos presentes en el producto MAINTAIN D están especialmente
formulados para producir altas cantidades de enzimas amilasa, proteasa y lipasa
lo cual las hace bastante apropiadas para degradar los contaminantes orgánicos
de las aguas residuales de las curtiembres.
Los resultados obtenidos en estas pruebas permiten confirmar que las
características y propiedades de estos dos productos son las que más se adaptan
al ambiente que se da en los vertimientos de las curtiembres.
4.1.1 Agua con mayor proporción de pelambre. En la Gráfica 13 se puede
apreciar el comportamiento de los productos biológicos para agua de pelambre
demostrando que empleando MAINTAIN D y NS/MAINTAIN D (80:20), se logra
disminuir por debajo de la norma ambiental.
96
Grafica 13. Pruebas iniciales. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de pelambre. 100
4.1.2 Agua con mayor proporción de curtido. En la Gráfica 14 se puede
apreciar el comportamiento de los productos biológicos para agua de pelambre
demostrando que empleando MAINTAIN D y NS/MAINTAIN D (80:20), se logra
disminuir por debajo de la norma ambiental.
Grafica 14. Pruebas iniciales. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de curtido. 100 ppm
de producto biológico
Estos resultados demuestran la efectividad del producto teniendo en cuenta que
no se lleva a cabo tratamiento primario de clarificación.
97
Los resultados de estas pruebas muestran que aplicar agitación al agua no es una
opción viable, debido a que no se logra la disminución de la DQO requerida (<
2000 mg/L), este resultado se genera debido a que la agitación dificulta la
sedimentación de la biomasa que se forma como producto metabólico de los
microogranismos, lo cual es un factor que aumenta la carga orgánica medida en la
prueba del DQO.
4.2.1 Agua con mayor proporción de pelambre. De acuerdo con las pruebas de
DQO se observa un mejor desempeño por parte del producto NS/MAINTAIN D
(80:20), se logra una disminución por debajo de la norma (DQO < 2000 mg/L), tal
como se muestra en la Gráfica 15, sin embargo, la disminución no es la misma
que cuando no se empleó agitación, esto es debido a que la constante agitación
no permite que la biomasa formada, ni la materia orgánica susceptible de
sedimentación se sedimente lo que aumenta la DQO.
Grafica 15. Pruebas agitación. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de pelambre. 100
4.2.2 Agua con mayor proporción de curtido. De acuerdo con las pruebas de
(80:20), sin embargo, no se logra una disminución por debajo de la norma (DQO <
2000 mg/L), tal como se muestra en la Gráfica 16, esto puede ser debido al alto
contenido de cromo presente en el agua por el porcentaje de agua de curtido que
contenia ésta. Para obtención de mejores resultados sería necesario realizar una
98
precipitación química de cromo y empleando tratamiento primario de floculacióncoagulación con sulfato de aluminio al 10 %. Además la constante agitación no
permite que la biomasa formada, ni la materia orgánica susceptible de
sedimentación se sedimente lo que aumenta el DQO.
Grafica 16. Pruebas agitación. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de curtido. 100
Mediante estas pruebas se observó que la concentración de producto que fue
usada en todas las demás pruebas experimentales si era apropiada, teniendo en
cuenta que al disminuirla no se logra una remoción del DQO en la proporción ni
velocidad deseadas.
como se muestra en la Gráfica 17, sin embargo, la disminución no es la misma
que cuando se emplea una mayor concentración de producto biológico.
99
Grafica 17. Pruebas concentración. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de pelambre.
2000 mg/L), tal como se muestra en la Gráfica 18, esto puede ser debido al alto
contenido de cromo presente en el agua por el porcentaje de agua de curtido que
contenia ésta. Para obtención de mejores resultados sería necesario realizar una
precipitación química de cromo y empleando tratamiento primario de floculacióncoagulación con sulfato de aluminio al 10 %. Además esto comprueba que una
disminución en la concentración de producto biológico si afecta los resultados en
la disminución de DQO por ello para las otras pruebas se sigue empleando una
concentración de 100 ppm para cada recipiente.
100
Grafica 18. Pruebas concentración. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de curtido. 50
Éstas pruebas se realizaron teniendo en cuenta la recomendación técnica de
emplear una temperatura de 49ºC para el adecuado funcionamiento del producto
biológico, obteniendose una disminución significativa del DQO comparando los
resultados con los obtenidos cuando no se emplea ningún acondicionamiento.
como se muestra en la Gráfica 19, al emplear las condiciones adecuadas de
temperatura se logran mejores resultados.
101
Grafica 19. Pruebas temperatura. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de pelambre.
como se muestra en la Gráfica 20, al emplear las condiciones adecuadas de
temperatura se logran mejores resultados.
Grafica 20. Pruebas temperatura. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de curtido. 100
102
Se realizó esta prueba con el fin de comprobar si las bacterias aerobias
facultativas y anaerobias facultativas presentes en los productos biológicos
mejoraban su desempeño a condiciones anaerobias, sin embargo la mayoría de
los microorganismos contenidos en los productos al ser en su mayoría
microorganismos aerobios estrictos, no sobrevivirían a esta condición lo que
implicaría un bajo rendimiento del producto al momento de emplearse en el
proceso de tratamiento de aguas residuales de las curtiembres por medios
selectivos.
2000 mg/L), tal como se muestra en la Gráfica 21, esto debido a la falta de
oxígeno necesario para el crecimiento de los microorganismos contenidos en los
productos biológicos.
Grafica 21. Pruebas condiciones anaerobias. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de
2000 mg/L), tal como se muestra en la Gráfica 22, esto debido a la falta de
103
oxígeno necesario para el crecimiento de los microorganismos contenidos en los
productos biológicos.
Grafica 22. Pruebas condiciones anaerobias. DQO Vs. Tiempo. Agua con mayor proporción de
4.6 DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Mediante las pruebas experimentales desarrolladas se observó que los
microorganismos tienen un mejor desempeño en los efluentes que contienen una
mayor proporción de agua del proceso de pelambre. Esto se debe a que esta agua
posee mayor cantidad de materia orgánica, y menor cantidad de contaminantes
tóxicos que la de curtido. El agua proveniente de curtido tiene un contenido de
cromo total que supera una concentración de 100 ppm (cantidad máxima de
metales pesados tolerada por los microorganismos) lo que hace que los
microorganismos trabajen mucho más lento puesto que no logran metabolizar los
compuestos tóxicos y por ello se multiplican a menor velocidad.
Para disminuir la concentración de cromo e impedir que el crecimiento de los
microorganismos se vea afectado, es necesario realizar un tratamiento primario en
las aguas de curtido, el cual consiste en una coagulación y floculación aplicando
una solución de sulfato de aluminio al 10% en una concentración de 1600 ppm.
Sin embargo se debe mantener la operación de neutralización, debido a que los
efluentes se acidifican levemente, se debe aplicar soda caústica al 50% antes de
aplicar los productos biológicos para no afectar negativamente el crecimiento de
los microorganismos.
104
En todas las pruebas experimentales que se llevaron a cabo se observó una
formación de biomasa en forma de lodo sedimentado el cual es un producto
metabólico de las enzimas generadas por los microorganismos durante el proceso
de degradación de materia orgánica, por tanto no es favorable la agitación del
agua, teniendo en cuenta que la biomasa generada al mezclarse y dispersase en
el agua aumenta el DQO y el DBO.
Para realizar la caracterización del agua residual en laboratorio certificado se tomó
agua proveniente de una combinación pelambre-curtido (80:20) y se realizó el
tratamiento de aguas residuales con una concentración de 100 ppm de la mezcla
NS/MAINTAIN-D (80:20) siguiendo el mismo procedimiento descrito en el
desarrollo experimental. Los resultados obtenidos en esta caracterización
muestran una DQO inicial de 6.852 mg/L y una DQO final de 1.868 mg/L lo cual
representa un porcentaje de remoción del 72.7%, este valor es muy cercano al
obtenido mediante las pruebas iniciales con agua en mayor proporción de
pelambre el cual fue de 69.63%.
105
5. INGENIERÍA BÁSICA
La ingeniería básica se desarrolló con el fin de darle una aplicación directa a los
resultados obtenidos mediante el presente proyecto; y consiste en implementar el
tratamiento de aguas propuesto en la curtiembre que fue caso de estudio.
Teniendo en cuenta que la curtiembre ya tiene implementado un sistema de
tratamiento primario, que consta de una trampa de grasas y dos tanques para
realizar la floculación de las aguas de pelambre y curtido por separado, tan sólo
fue necesario diseñar los equipos requeridos para el tratamiento secundario el
cual se lleva a cabo mediante los productos biológicos. La aplicación de los
productos biológicos se hace en los tanques de tratamiento primario, pero el
equipo seleccionado para que lleven a cabo su función de degradación de materia
orgánica, fue un filtro percolador el cual provee principalmente dos ventajas:
buenas condiciones de aireación y recirculación del agua que esta siendo tratada
con lo cual podría disminuirse la concentración de producto biológico aplicado. La
aireación en este caso no representa inconvenientes teniendo en cuenta que la
biomasa generada queda como precipitado en el tanque de tratamiento primario.
Para el funcionamiento del filtro percolador se requiere una bomba centrífuga, por
tanto en la ingeniería básica también se incluyó el diseño de la misma y el de la
tubería necesaria para conectar los tanques de tratamiento primario con la bomba,
y la bomba con el filtro percolador.
En las Figuras 11 a la 13 se muestran los diagramas de bloques, flujo y proceso
del tratamiento de aguas propuesto. En la Figura 14 se muestra el plano del
mismo.
106
Figura 11. Diagrama de bloques del tratamiento de aguas propuesto
Trampa de grasas
Homogenización
TRATAMIENTO SECUNDARIO:
Aplicación de Productos
Biológicos
Figura 12. Diagrama de flujo del tratamiento de aguas propuesto
Trampa de grasas
Aireación con
burbuja fina
Sulfato de
Aluminio 10%
NS/MAINTAIN
D (80:20)
Homogenización
TRATAMIENTO SECUNDARIO:
Aplicación de Productos
Biológicos
107
Lodos
primarios
Lodos
biológicos
Figura 13. Diagrama de proceso del tratamiento de aguas propuesto
V-1 0 1
REFERENCIA EQUIPO
TG-101
TK-101
TK-102
TC-101
TC-102
BA-101
BA-102
BA-103
FP-101
TK-103
V-101
V-102
V-103
V-104
NOMBRE
TRAMPA DE GRASAS
TANQUE CLARIFICACIÓN: AGUA DE CURTIDO
TANQUE CLARIFICACIÓN: AGUA DE PELAMBRE
BOMBA CENTRIFUGA
BOMBA CENTRIFUGA
BOMBA CENTRIFUGA
FILTRO PERCOLADOR
TANQUE RECIRCULACIÓN
VÁLVULA
VÁLVULA
VÁLVULA
VÁLVULA
MATERIAL
CONCRETO
CONCRETO
CONCRETO
POLIETILENO
POLIETILENO
POLIPROPILENO
POLIPROPILENO
POLIPROPILENO
FIBRA DE VIDRIO
POLIETILENO
POLIPROPILENO
POLIPROPILENO
POLIPROPILENO
POLIPROPILENO
CAPACIDAD
3
10 m
3
10 m
3
10 m
10 m3
10 m3
3
0.42 m /h
3
0.42 m /h
0.42 m3/h
10 m3
3
5m
0.42 m3/h
3
0.42 m /h
3
0.42 m /h
0.42 m3/h
108
200
65
Figura 14. Plano de la planta de tratamiento de aguas propuesto para la curtiembre
Superior
400
100
90
Frontal
400
109
5.1 DISEÑO DE BOMBA CENTRÍFUGA MULTIETAPA DE DOBLE SUCCIÓN
Para el diseño de la bomba centrífuga se tienen en cuenta ciertos criterios de
selección que se pueden determinar empleando el Anexo H y las siguientes
ecuaciones y parámetros de diseño:

Caudal de impulsión de la bomba = 0.42 m3/h = 0.12 L/s = 1.83 gal/min

Altura de impulsión de la bomba = 0.9 m (medio filtrante en filtro percolador) +
0.2 m (altura entre el brazo distribuidor y parte superior del lecho) + 0.4 m
(rejillas del drenaje) = 1.5 m

Número de revoluciones = 2900 rpm

Potencia absorbida por la bomba = ( * gr * Q * H) / (1000 * η) = (0.9988
kg/dm3 * 9.81 m/s2 * 0.12 L/s * 1.5 m) / (1000 * 0.68) = 0.00259 kW
Donde:
 = Densidad del medio bombeado = 0.9988 kg/dm3.
gr = Gravedad = 9.81 m/s2.
Q = Caudal del medio bombeado = 0.12 L/s.
H = Altura de impulsión de la bomba = 1.5 m.
1000 = Factor de conversión.
η = Eficiencia de la bomba = 68 %.

Presión de la bomba = 35 lbf / in2 = 241310 N/m2 = 2.38 atm.

Cabeza de la bomba = 35 ft de líquido = 10.668 m de líquido.

NPSH requerido = 0.5 m.

NPSH disponible = [(Pe + Pb - PD) / ( * g)] – Hv, s+ Hs geo = [(1e5 N/m2) / (998.8
kg/m3 * 9.81 m/s2)] + 2.45 m = 12.66 m. (Para entender de manera prácticael
significado de cada término se muestra en la Imagen 38 un esquema útil)
110
Donde:
Pe = Presión en la sección transversal de entrada de la instalación = 0 N/m2,
debido a que se está trabajando con un tanque abierto.
Pb = Presión atmosférica = 1e5 N/m2.
PD = Presión de vapor del medio bombeado = 0 N/m2, debido a que se está
trabajando con un tanque abierto.
 = Densidad del medio bombeado = 998.8 kg.
gr = Gravedad = 9.81 m/s2.
Hv, s = Pérdidas de carga en la aspiración = 0 m, debido a que el caudal es muy
pequeño no genera pérdidas significativas.
Hs geo = Altura geodésica de aspiración = 2.45 m (Se determina teniendo en cuenta
la altura del tanque para clarificación)
Imagen 38. Esquema para determinar NPSH disponible49
49
Dimensionado de bombas centrífugas. Disponible desde internet en: <http://www.scribd.com/doc/13184241/Dimension>
111
5.2 DISEÑO DEL FILTRO PERCOLADOR
Para el diseño del filtro percolador es necesario tener en cuenta que debido a que
se manejan cargas orgánicas muy grandes es necesario qué éste se de alta carga
tal como se menciona a continuación:
Filtro de alta carga: La recirculación del efluente final o efluente del filtro permite la
aplicación de mayores cargas orgánicas. La recirculación del efluente desde el
clarificador del filtro percolador permite que este tipo de filtro alcance la misma
eficiencia de eliminación que los filtros normales o de baja carga. La recirculación
del efluente alrededor del filtro da como resultado el retorno de organismos
viables. Se ha observado que éste método de operación mejora, con frecuencia, la
eficiencia del tratamiento. La recirculación evita la obstrucción del filtro y reduce
los problemas derivados del olor y las moscas.
El filtro percolador se diseña teniendo como modelo la Imagen 39, para determinar
la profundidad del medio filtrante y el tiempo de retención en el mismo se
emplearon las ecuaciones que se muestran a continuación:

Medio Filtrante: Relleno dispuesto en forma de panal de polipropileno negro
Superfície específica = 90 m2/m3
Diámetro externo = 187 mm
Altura = 50 mm
Peso unitario = 105 g
Área superficial por cada elemento = 0.164 m2
Cantidad de elementos por m3 = 500

Caudal = 0.42 m3/h

DQOinicial = 5000 ppm

DQOdeseado = 1500 ppm

DBOinicial = 2500 ppm

DBOdeseado = 750 ppm

LD / L = 10-3.3*K*D
112
Donde:
LD = DBOdeseado (ppm)
L0(0.9) = 90 % de la DBOinicial (ppm)
D = Profundidad del filtro (m)
K = Tasa de eliminación = 0.15 para filtros de alta carga
D = [log (750 / {2500 * 0.9})] / (-3.3 * 0.15) = 0.96 m  1.0 m

Cuando se use recirculación, la DBOinicial se calcula mediante la ecuación que
sigue:
L = [L0 + (R * Le)] / (1 + R)
Donde:
L = DBO aplicada tras dilución por recirculación
L0 = DBO de agua residual sin tratar
Le = DBO del efluente
R = Relación de recirculación = Qr / Q = 0.4 / 0.12 = 0.33
L = [2500 + (0.33 * 750)] / (1 + 0.33) = 2062.5 ppm
D = [log (750 / 2062.5)] / (-3.3 * 0.15) = 0.89 m  0.9 m

t = (C * D) / (Qn)
Donde:
t = Tiempo de contacto (horas)
D = Profundidad del filtro (m)
Q = Caudal (m3 / h)
113
n = exponente  0.333 para flujo laminar
C = Constante (m2) = C’ * Avm
Donde:
C’ = Constante (m3) = 0.70 debido a que el material del medio filtrante es
polipropileno.
Av = Superficie específica del medio (m2/m3)
mC = exponente = 0.75
C = 0.70 * 900.75 = 20.45 m2
t = (20.45 * 0.9) / (0.420.333) = 24.3 h

V = 10 m3
V =  * r2 * H
r = [(V) / ( * H)]
r = [(10) / ( * 1.5)]
r = 1.46 m
Diámetro = 2 * r
Diámetro = 2 * 1.46
Diámetro = 2.92 m  3.0 m

Dos brazos distribuidores de 1.4 m cada uno, con boquillas distribuidoras
espaciadas de forma irregular

Pibote de 0.2 m de diámtero

Motor eléctrico que genere una velocidad de giro = 1 vuelta / 10 min = 0.1 rpm

Altura entre el brazo distribuidor y parte superior del lecho = 0.2 m

Drenaje con una pendiente de 20º hacia el canal colector
114

Rejillas del drenaje + drenaje = 0.4 m

Solera del filtro: piso en hormigón con grava o arcilla

Válvula de salida
Imagen 39. Filtro percolador50
50
Criterios de diseño y control para tratamietos blandos de depuración de aguas residuales. Disponible desde internet en:
<www.miliarium.com/.../blandos/diseno2.asp>
115
El dimensionamiento del filtro percolador diseñado se muestra en la Imagen 40.
Imagen 40. Dimensiones del filtro percolador diseñado
3.0 m
0.2 m
1.4 m
1.4 m
0.2 m
0.9 m
0.4 m
20º
5.3 DISEÑO DE TUBERIAS
La tubería seleccionada para la operación del tratamiento de aguas propuesto es
tubería lisa en PVC teniendo en cuenta que presenta muchas ventajas para el
transporte de efluentes tan contaminantes como los son los generados en las
curtiembres: el material es inerte lo cual evita el riesgo de corrosión que podrían
generar los residuos químicos, presenta una alta durabilidad, capacidad hidráulica
y hermeticidad. El diámetro nominal seleccionado fue de 4” con un diámetro
externo de 111 mm, espesor de pared de 3.30 mm y diámetro interno de 107.70
mm. La longitud total requerida de tubería es 16 metros, los cuales se requieren
para conectar los tanques de tratamiento primario a la bomba centrífuga, y al filtro
percolador, incluyendo el tanque requerido para recirculación.
116
6. ANÁLISIS FINANCIERO
6.1 COSTOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS ACTUAL
En la curtiembre en la cual se llevó a cabo el presente proyecto, el tratamiento de
aguas que se tiene implementado consta de un tratamiento preliminar que
consiste en una trampa de grasas la cual hace retención de sólidos por medios
físicos por tanto no representa para la empresa ningún egreso. Posteriormente el
agua es llevada a un tanque de 10.000 L en el cual se aplica sulfato de aluminio
como floculante, este insumo representa unos costos fijos, la descripción de
tallada de los mismos se muestra en la Tabla 30. Sin embargo el tratamiento
implementado no logra reducir la carga contaminante de los vertimientos a lo
establecido por la normatividad ambiental vigente, por tanto la empresa
constantemente incurre en multas e incluso en cierres de su planta, lo cual
representa unos costos variables bastante elevados.
Tabla 30. Costos fijos mensuales del tratamiento de aguas implementado actualmente
PRODUCTO
Sulfato de Aluminio
CANTIDAD/m3
1.6 kg
m3/MES
200
CANTIDAD/MES
320 kg
COSTO UNITARIO
$1.800,00/kg
COSTO/MES
576.000,00
6.2 COSTOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS PROPUESTO
Para implementar el tratamiento de aguas propuesto, en la planta de producción
se requiere adquirir: una bomba centrífuga para manejar un caudal de 0.42 m3/h,
un filtro percolador de 1.5 m de alto, y 3.0 m de diámetro con empaque en
polietileno, 16 metros de tubería corrugada en PVC, y cuatro filtros de angeo para
reemplazar las rejillas existentes de la trampa de grasa. Los costos detallados de
los equipos que se deben adquirir se muestran en la Tabla 31.
El costo fijo mensual del tratamiento se compone del costo de los productos
biológicos, el costo de los productos químicos, que en este caso son ácido
sulfúrico al 98%, soda cáustica líquida al 50%, y sulfato de aluminio (sólo para el
caso de agua con mayor proporción de curtido). La descripción de los costos fijos
mensuales del tratamiento de aguas propuesto se muestra en la Tabla 32.
117
 INVERSIÓN
Tabla 31. Inversión del tratamiento de aguas propuesto
EQUIPO
Filtro percolador
Tubería en PVC de 4”
Bomba
Filtros de angeo
CANTIDAD
1
3
1
4
VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
$ 9.210.400,00
$9.210.400,00
$92.364,00 / 6 m
$277.092,00
$900.000,00
$900.000,00
$50.000,00
$200.000,00
TOTAL INVERSIÓN: $10.587.492,00
 COSTOS FIJOS MENSUALES
Tabla 32. Costos fijos mensuales del tratamiento de aguas propuesto
PRODUCTO
Producto Biológico
Acido Sulfúrico 98%
Soda Cáustica 50%
Sulfato de Aluminio
CANTIDAD/m3
0.1 kg
1.2 L
0.48 L
0.8 kg
m3/MES
200
200
200
200
CANTIDAD/MES
20 kg
240 L
96 L
160 kg
COSTO UNITARIO
$100.000,00 / kg
$12.000,00 / 4L
$10.400 / 4L
$1.800,00 / kg
COSTO/MES
$2.000.000,00
$720.000,00
$249.600,00
$288.000,00
TOTAL COSTOS FIJOS MENSUALES: $3.257.600,00
6.3 SANCIONES Y MEDIDAS PREVENTIVAS
De acuerdo a los procesos sancionatorios que tiene implementados la Secretaria
Distrital de Ambiente, y según lo estipulado en el artículo 85 de la ley 99 del 93
(Anexo I), cuando una empresa esta incumpliendo la normatividad ambiental la
primera medida preventiva que se toma es dictar una amonestación verbal o
escrita, como advertencia para que la empresa busque una solución a lo que está
incumpliendo.
Posteriormente si la empresa no hace nada al respecto hay un decomiso de
materias primas e insumos con los que genera la contaminación. El paso siguiente
es una suspensión temporal de la actividad que realiza la empresa. Después de la
suspensión de actividades la Secretaria Distrital de Ambiente caracteriza los
efluentes para determinar la magnitud de la contaminación generada, y así mismo
dictar una sanción, de acuerdo a la gravedad del incumplimiento.
Las multas impuestas a una empresa que incumple la normatividad ambiental
pueden ascender al valor de 300 salarios mínimos mensuales por cada día que se
incupla la ley, sin embargo el valor de la multa lo decide el abogado ambiental que
lleve el caso.
118
De acuerdo a consultadas realizadas con los dueños de diferentes curtiembres del
sector de San Benito la multa promedio para este tipo de empresas está alrededor
de 2 salarios mínimos mensuales ($ 993.800,00) por día de incumplimiento, lo
cual daría un valor mensual de multas de $ 29.814.000,00. Debido a la alta
contaminación que se genera en el proceso de curtición. La Secretaria Distrital de
Ambiente esta constantemente haciendo revisiones en este sector,
aproximadamente cada 4 meses hacen mediciones y análisis de los efluentes que
se generan, por tanto las multas son un factor muy común dentro del sector.
Si después de cancelado el valor de la multa la empresa no implementa ningún
control o proceso para reducir la contaminación que esta generando, se suspende
la licencia o la autorización para trabajar y por último se hace un cierre temporal o
definitivo del establecimiento.
En el caso de las curtiembres los costos a los que incurren en cuando se da un
cierre de la planta no están relacionados con cuantas pieles dejan de vender
puesto que lo que normalmente hacen las personas de este sector, cuado son
sancionados con cierre temporal de la planta, es llevar sus pieles para
procesarlas en otra curtiembre y pagar por el costo de este servicio, el cual es de
$20.000,00 por piel, teniendo en cuenta que se trabajan aproximadamente 100
pieles al día el costo al que incurrirían sería de $2.000.000,00 diario, y teniendo en
cuenta que los cierres temporales son de 30, 60 o 90 días los costos serían
respectivamente $40.000.000,00 , $80.000.000,00 o $120.000.000,00.
6.4 RENTABILIDAD DEL PROYECTO
Para analizar la rentabilidad y viabilidad finaciera del presente proyecto, se
calcularon y compararon el valor presente neto (VPN) y la tasa interna de retorno
(TIR), tanto del tratamiento actual
como del tratamiento propuesto, para
determinar cual de las dos alternativas representa una mayor oportunidad de
ahorro para la empresa. En el tratamiento propuesto los valores de las multas y el
cierre de 30 días se tomaron como ingresos debido a que representan un costo de
oportunidad por ser dinero que la curtiembre puede ahorrar, teniendo en cuenta
que mediante esta alternativa si se cumple la normatividad ambiental del decreto
1074.
También se compara la tasa interna de retorno (TIR) del tratamiento propuesto
con la tasa de interés de oportunidad (TIO) de la empresa para determinar si el
proyecto representa una oportunidad de inversión atractiva para la curtiembre.
Los cálculos del análisis financero del proyecto se prsentan en el Anexo L.
119
6.5 FLUJOS DE CAJA DEL TRATAMIENTO DE AGUAS ACTUAL
Gráfica 23. Flujo de caja inicial del tratamiento de aguas actual
COL M $
TOTAL
0
Sulfato de Aluminio
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11
0.576
Multas
12
0.576
29.814
40.00
0.576 0.576
0.576 30.390
Meses
6.912
29.814
Cierre (30 días)
Total
9
0.576 0.576
120
0.576
0.576
40.576 0.576
40.00
0.576
0.576
76.726
Gráfica 24. Flujo de caja neto del tratamiento de aguas actual
COL M $
TOTAL
INGRESOS
0,00
0
EGRESOS
TIO
1
2
3
4
5
6
0.576
0.576
0.576
30.390
0.576
0.576
20%
VPN ($ 24,687,150.33)
TIR
Error debido a que el VPN es muy negativo
121
7
0.576
8
9
10
11
12
Meses
0.576
40.576
0.576
0.576
0.576
76.726
6.6 FLUJOS DE CAJA DEL TRATAMIENTO DE AGUAS PROPUESTO
Gráfica 25. Flujo de caja inicial tratamiento de aguas propuesto
COL M $
TOTAL
Ingresos:
Multas
29.814
29.814
Cierre (30 días)
40.00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
40.00
10
11
12
Meses
Inversión:
Filtro percolador 9.21
Tubería
0.277
Bomba
0.9
Filtro de Angeo
0.2
Egresos:
Producto Biológico
Ácido Sulfúrico 98%
Soda Cáustica 50%
Sulfato de Aluminio
TOTAL
10.587
9.21
0.093
0.9
0.2
2.00
0.72
0.25
0.288
3.258
2.00
0.72
0.25
0.288
3.258
122
24.00
8.640
2.996
3.456
49.677
Gráfica 26. Flujo de caja neto tratamiento de aguas propuesto
COL M $
TOTAL
26.556
INGRESOS
EGRESOS
TIO
0
1
2
10.403
3.258
3.258
3
3.258
4
36.742
5
3.258
6
3.258
20%
VPN $ 6,679,421.02
TIR
15%
123
7
3.258
8
3.258
9
63.299
10
3.258
11
12
3.258
3.258
43.163
7. CONCLUSIONES

Mediante los resultados encontrados se determinó que el DQO de agua
proveniente de pelambre está entre 4.700 a 7.000 mg/L y el de agua
proveniente de curtido está entre 4.700 y 6.000 mg/L. Estos resultados se
comprobaron mediante los análisis realizados en laboratorio certificado, en
los cuales se usó agua de pelambre y el valor del DQO fue de 6.852 mg/L.
También se comprobó la elevada concentración de: sulfuros, sólidos
suspendidos y sedimentables, DBO, grasas y aceites que poseen las aguas
del proceso de pelambre.

De acuerdo a las especificaciones técnicas de los productos biológicos es
necesario acondicionar los efluentes antes de su aplicación, para tal fin las
operaciones de pre-tratamiento que se deben realizar son: filtración y ajuste
de pH a un valor cercano a 7.

Se identificó que las condiciones adecuadas para la aplicación de los
productos biológicos son pH aproximado a 7, temperatura de 45ºC ± 4ºC y
concentración de 100 ppm para que se logre el mayor porcentaje de
remoción de materia orgánica, el cual es de alrededor de 80% en el tiempo
de retención que requiere el proceso el cual es de 24 horas

Según el diseño experimental se determinó que el producto biológico que
logra el mayor porcentaje de remoción de DQO es la mezcla NS/MAINTAIN
D en proporción 80:20, la cual alcanza un porcentaje de remoción del 79%
operando a temperatura de 45ºC ± 4ºC en agua proveniente de pelambre.

La implementación en planta del tratamiento de aguas propuesto no genera
la rentabilidad esperada por la curtiembre (20% de acuerdo a la Tasa
Interna de Oportunidad, TIO) debido a que la tasa interna de rentabilidad
del proyecto es del 15%. A pesar de ésta situación, la propuesta le
representaría a la empresa un ahorro de $24.687.150,33 el cual
corresponde al valor que se deja de pagar en multas y cierre de 30 días, y
adicionalmente genera unos ingresos de $6.679.421,02. Además con esta
propuesta se pretende crear e incentivar la conciencia ambiental respecto al
cuidado de los recursos hídricos, dentro del sector.

El filtro percolador diseñado en la ingeniería básica proporciona tres
ventajas importantes: recirculación del agua tratada, buenas condiciones de
aireación y una eficiencia del 60%. Por tanto los valores de DQO
alcanzados mediante el tratamiento propuesto deberán ser inferiores a los
obtenidos con la sola aplicación de los productos biológicos.
124
8. RECOMENDACIONES

Evaluar el efecto que tenga en el desempeño de los productos biológicos el
agua proveniente de otras etapas del proceso productivo diferentes a las de
pelambre y curtido.

Con el fin de remover la mayor cantidad posible de sólidos antes del
tratamiento primario para mejorar su eficacia, es necesario aplicar una
etapa de filtración después de la trampa de grasas empleando filtros de
angeo metálicos, los cuales son de fácil instalación y mantenimiento.

Suspender el tratamiento primario cuando el agua contenga una mayor
proporción de la etapa de pelambre, con el fin de disminuir los costos del
tratamiento de los efluentes.

Realizar pruebas de la capacidad de remoción de DQO aplicando enzimas
en vez de microorganismos, ya que estas no requieren de ningún tipo de
acondicionamiento para su aplicación. Otra ventaja de estas es su costo, el
cual es menor al de los productos biológicos que traen cultivos de
microorganismos.

Realizar pruebas a nivel de planta piloto para identificar las condiciones
más apropiadas y la concentración de producto biológico necesaria para la
operación del filtro percolador.

Desarrollar un diseño experimental que permita determinar la eficiencia
operativa del filtro para comprobar si la alternativa de tratamiento de aguas
diseñada en la ingeniería básica permite llevar el DQO a un valor que este
por debajo del estándar establecido en la resolución 3957 del 19 de junio de
2009.

Aplicar la ingeniería básica en el desarrollo de una ingeniería detallada que
permita la implementación y mejoramiento del tratamiento de aguas
propuesto con el fin de dar cumplimiento a los estándares exigidos en la
resolución 3957 del 19 de junio de 2009.

Diseñar, evaluar costos e implementar un sistema de transferencia de calor
que permita llevar la temperatura de los efluentes a 45ºC ± 4ºC para
obtener mejores resultados con los productos biológicos.
125
BIBLIOGRAFÍA
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Curtiembre en Colombia. Manual Ambiental Sectorial. Bogotá, Colombia. Febrero
de 2004
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Tecnología, Técnica del cuero, Procesos Húmedos, La Piel. Canelones, Ururguay.
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Dividido.
Canelones,
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Disponible
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internet
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<
http://www.cueronet.com/flujograma/dividido.htm>
DEPARTAMENTO TÉCNICO ADMINISTRATIVO DEL MEDIO AMBIENTE. Guía
Ambiental para el sector Curtiembres. Bogotá, D.C.-Colombia: DAMA, 2004
DEPARTAMENTO TÉCNICO ADMINISTRATIVO DEL MEDIO AMBIENTE.
Resolución 1074 (28 de octubre de 1997). Por la cual se establecen estándares
ambientales en materia de vertimientos. Bogotá, D.C.: El Departamento, 1997.
DOMINGO MOYA, Antonio. Diseño de equipos e instalaciones. Bombas y
compresores. México: Mc Graw Hill, 1998
Glosario
de
términos
relacionados
con
residuos
de
curtiduría.
<http://www.quiminet.com/ar7/ar_%255E%25F4T%25BD%258F%2560%2522%25
B0.htm>
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN.
Trabajos escritos: presentación y referencias bibliográficas. Sexta actualización.
Bogotá D. C.: ICONTEC, 2008
126
KIELY, Gerard. Ingeniería ambiental: fundamentos, entornos, tecnologías y
sistemas de gestión. Madrid: Mc Graw Hill. V2, 1999
MOREYRA APARI, José. Programa Horizontal De Tecnologías Limpias Y
Energías Renovables. Informe Del Apoyo Técnico Al Taller Para Transferencia De
Tecnologías Limpias Para Pymes del Sector Curtiembre. Lima, Perú
O'LOUGHLIN, EJ, SIMS, GK, TRAINA, SJ. Biodegradation of 2-methyl, 2-ethyl,
and 2-hydroxypyridine by an Arthrobacter sp isolated from subsurface sediment.
Biodegradation 10. Vol 10. Número 2. Abril de 1999
REY, Michael, … [et. al]. Complete genome sequence of the industrial bacterium
Bacillus licheniformis and comparisons with closely related Bacillus species. En:
BioMed Central Ltda. [artículo en línea]. Disponible desde internet en: <
http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=545597>. Publicado en
linea: 13 de Septiembre de 2004
SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Archivo de noticias. Más de seis
millones de pesos ahorrarían curtiembres de San Benito por apostarle al ambiente.
[Artículo
en
línea].
Disponible
en
Internet
en:
<http://www.secretariadeambiente.gov.co/sda/libreria/php/noticias08.php?id=1040
>
SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Resolución 3957 (19 de junio de
2009). Por la cual se establece la norma técnica, para el control y manejo de los
vertimientos realizados a la red de alcantarillado público en el Distrito Capital.
Bogotá D. C.: La Secretaria, 2009
SOLER JAUME. Procesos de Curtidos. Universidad Politécnica de Catalunya.
Catalunya, España. 2000
TÉLLEZ M., Jairo, CARVAJAL, Roxs Mary, GAITÁN, Ana María. Aspectos
toxicológicos relacionados con la utilización del cromo en el proceso productivo de
curtiembres. Revisión Facultad de Medicina Universidad Nacional de Colombia,
Vol. 52, Actualización Nº1. [artículo en línea]. Disponible desde Internet en:
<http://www.revmed.unal.edu.co/revistafm/v52n1/v52n1ac2.htm>
127
ANEXOS
128
ANEXO A
PREPARACIÓN DE REACTIVOS EMPLEADOS PARA LA REALIZACIÓN DEL
MÉTODO DE DQO
-
Solución estándar de dicromato de potasio, 0,0417M. Disolver 12,259 g de
K2Cr2O7, grado estándar primario previamente secado durante 2 h a 103ºC,
en agua destilada y diluir a 1 000 mL en un balón volumétrico clase A.
-
Solución indicadora de ferroina. Disolver 1,485 g de 1,10-fenantrolina
monohidratada y 695 mg de FeSO4·7H2O en agua destilada y diluir a 100
mL. Esta solución también se puede adquirir comercialmente.
-
Sulfato ferroso de amonio (FAS), 0,25 M. Disolver 98 g de
Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O en agua destilada; agregar 20 mL de H2SO4
concentrado, enfriar y diluir a 1000 mL. Estandarizar esta solución
diariamente con una solución estándar de K2Cr2O7 así:
Diluir 10,0 mL de la solución estándar de K2Cr2O7 a aproximadamente 100
mL; agregar 30 mL de H2SO4 concentrado y enfriar. Titular con FAS en
presencia de 0,10 a 0,15 mL (2 o 3 gotas) de indicador de ferroina.
Molaridad del FAS = Volumen de K2Cr2O7 0.0417 M titulado, mL/Volumen
del FAS empleado, mL* 0.25
-
Agua desionizada
-
Sulfato de aluminio al 10%. Disolver 100 g de sulfato de aluminio en 1L de
agua destilada.
-
Hidróxido de sodio (NaOH)
-
Ácido sulfúrico concentrado 98%
129
ANEXO B
DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO PARA DETERMINACIÓN DE DQO
PROCEDIMIENTO
Tratamiento de muestras con DQO > 50 mg O2/L: Colocar 50,0 mL de muestra en
un balón de reflujo de 500-mL (para muestras con DQO > 900 mg O2/L, usar una
porción más pequeña de muestra y diluirla a 50,0 mL); agregar 1 g de HgSO 4, en
presencia de perlas de vidrio para controlar la ebullición, y muy lentamente
agregar 5,0 mL del reactivo de ácido sulfúrico, mientras se agita para disolver el
HgSO4. Enfriar y agitar para evitar la posible pérdida de materiales volátiles;
agregar 25 mL de solución de K2Cr2O7 0,0417 M y mezclar. Acoplar el balón al
condensador y abrir el flujo de agua refrigerante; agregar el remanente del reactivo
de ácido sulfúrico (70 mL) a través del extremo superior del condensador.
Continuar la agitación mientras se agrega el reactivo de ácido sulfúrico.
PRECAUCIÓN: Agitar muy bien la mezcla de reflujo antes de suministrar calor
para prevenir el sobrecalentamiento en el fondo del balón y la formación de
espuma.
Cubrir el extremo superior del condensador con un vaso pequeño para prevenir la
entrada de materiales extraños a la mezcla y dejar en reflujo durante 2 h. Enfriar y
enjuagar el condensador desde la parte superior con agua destilada; desconectar
el condensador y diluir la muestra al doble de su volumen con agua destilada.
Enfriar hasta temperatura ambiente y valorar el exceso de K2Cr2O7 con FAS en
presencia de 0,10 a 0,15 mL (2 o 3 gotas) de indicador de ferroina; aunque la
cantidad de ferroina no es crítica, usar el mismo volumen para todas las
titulaciones. Tomar como punto final de la titulación el primer cambio nítido de
color azul-verdoso a café-rojizo; el color azul-verdoso puede reaparecer. El cambio
de color no es tan marcado como en la titulación del blanco de reactivos debido a
la mayor concentración de ácido en la muestra. De la misma manera, someter a
reflujo y titular un blanco que contenga los reactivos y un volumen de agua
destilada igual al volumen de muestra.
CÁLCULOS
DQO como mg de O2/L = (A-B) x M x 8000/mL de Muestra
donde:
A = mL FAS usados para el blanco
B = mL FAS usados para la muestra, y
M = molaridad del FAS
130
ANEXO C
FICHA TÉCNICA DEL FILTRO GEOTEXTIL
131
ANEXO D
CURVA DE PH PARA NEUTRALIZACIÓN. RECIPIENTE DE 5 L EMPLEADO
EN PRUEBAS
132
ANEXO E
CURVA DE PH PARA NEUTRALIZACIÓN. TANQUE DE 10000 L EMPLEADO
EN PLANTA
133
ANEXO F
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE BOMBAS 51
51
DOMINGO MOYA, ANTONIO. Diseño de equipos e instalaciones. Bombas y compresores. México: Mc Graw Hill, 1998.
p 14
134
ANEXO G
ARTÍCULO 85 DE LA LEY 99/199352
Tipos de Sanciones. El Ministerio del Medio Ambiente y las Corporaciones
Autónomas Regionales impondrán al infractor de las normas sobre protección
ambiental o sobre manejo y aprovechamiento de recursos naturales renovables,
mediante resolución motivada y según la gravedad de la infracción los siguientes
tipos de sanciones y medidas preventivas:
1. Sanciones:
a. Multas diarias hasta por una suma equivalente a trescientos (300) salarios
mínimos mensuales, liquidados al momento de dictarse la respectiva resolución;
b. Suspensión del registro o de la licencia, la concesión, permiso o autorización;
c. Cierre temporal o definitivo del establecimiento, edificación o servicio respectivo
y revocatoria o caducidad del permiso o concesión;
d. Demolición de obra, a costa del infractor, cuando habiéndose adelantado sin
permiso o licencia, y no habiendo sido suspendida, cause daño evidente al medio
ambiente o a los recursos naturales renovables;
e. Decomiso definitivo de individuos o especímenes de fauna o flora o de
productos o implementos utilizados para cometer la infracción.
2. Medidas preventivas:
a. Amonestación verbal o escrita;
b. Decomiso preventivo de individuos o especímenes de fauna o flora o de
productos e implementos utilizados para cometer la infracción;
c. Suspensión de obra o actividad, cuando de su prosecución pueda derivarse
daño o peligro para los recursos naturales renovables o la salud humana, o
cuando la obra o actividad se haya iniciado sin el respectivo permiso, concesión,
licencia o autorización;
52
CONGRESO DE COLOMBIA. REPUBLICA DE COLOMBIA - GOBIERNO NACIONAL. Ley 99 (22 de diciembre de 1993).
Por la cual se crea el MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, se reordena el Sector Público encargado de la gestión y
conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental – SINA y
se dictan otras disposiciones. Bogotá, D. C.
135
d. Realización dentro de un término perentorio de los estudios y evaluaciones
requeridas para establecer la naturaleza y características de los daños, efectos e
impactos causados por la infracción, así como las medidas necesarias para
mitigarlas o compensarlas.
PARÁGRAFO 1.- El pago de las multas no exime al infractor de la ejecución de las
obras o medidas que hayan sido ordenadas por la entidad responsable del control,
ni de la obligación de restaurar el medio ambiente y los recursos naturales
renovables afectados.
PARÁGRAFO 2.- Las sanciones establecidas por el presente artículo se aplicarán
sin perjuicio del ejercicio de las acciones civiles y penales a que haya lugar.
PARÁGRAFO 3.- Para la imposición de las medidas y sanciones a que se refiere
este artículo se estará al procedimiento previsto por el Decreto 1594 de 1984 o al
estatuto que lo modifique o sustituya.
136
ANEXO H
CARACTERIZACIÓN DE LOS EFLUENTES DESPUÉS DE TRAMPA DE
GRASAS
137
ANEXO I
CARACTERIZACIÓN DE LOS EFLUENTES DESPUÉS DE TRATAMIENTO
BIOLÓGICO
138
139
ANEXO K
FICHA TÉCNICA ACCELOBAC 5000
140
ANEXO L
FICHA TÉCNICA MAINTAIN D
141
ANEXO M
FICHA TÉCNICA NS
142
143

marco de referencia - American Biosystems

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