Planta de Tratamiento de RILes de la Industria Cervecera local

Los RILes de la fábrica local de cervezas son tratados en una planta de tratamiento diseñada para obtener una salida de agua con calidad de regadío, la cual es descargada al estero La Laucha, afluente del río Cautín. El caudal máximo del RIL con la planta a plena capacidad es de 0,09 m3/s. El caudal estimado en los meses de mayor producción es de 4200 m3/d y las características físico-químicas que debia cumplir el efluente de la planta de tratamiento corresponde a lo requerido por la Norma Técnica relativa a Descargas de Residuos Industriales Líquidos Directamente a Cursos y Masas de Aguas Superficiales y Subterráneas publicada en 1992 por la Superintendencia de Servicios Sanitarios y la Norma Chilena 1333 of. 78, que define los requisitos para Aguas de Regadío. (CCU, 1998) Desde septiembre del 2001, el nuevo cuerpo legal vigente es el Decreto Supremo 90/00, que establece la norma de emisión para la regulación de contaminantes asociados a las descargas de residuos líquidos a aguas marinas y continentales superficiales.

Las aguas residuales provenientes del proceso de elaboración de cerveza son tratadas por vía biológica mediante un proceso acoplado anaerobio-aerobio. El proceso anaerobio utiliza un reactor UASB empacado parcialmente y por otra parte, el proceso aerobio involucra un sistema de lodos activados en la modalidad de aireación extendida. La secuencia de tratamiento consta de las siguientes operaciones y procesos unitarios (Kristal, s/a; CCU, 2000a):

2.4.6.1 Pretratamiento Rejilla de cribado:

Los RILes ingresan al pretratamiento por la rejilla de barras verticales ubicada al inicio del canal de desarenación con el propósito de remover los sólidos gruesos que pudieran causar daños a los equipos mecánicos o interferir con subsecuentes etapas de tratamiento.

Desarenador:

El RIL continúa su paso a gravedad por el canal desarenador del tipo de sedimentación de velocidad constante, cuya finalidad es la retención de sólidos inorgánicos densos que no hayan sido separados en la rejilla de barras.

Pozo de bombeo:

El agua recolectada por el pozo (volumen de 74 m3) alimenta a la criba estática por medio de bombas sumergibles, cuya operación es programada de tal manera que trabajen alternadamente.

Criba estática autolimpiante:

Su objetivo es eliminar los sólidos finos (orujo y cascarilla) mayores a 0,5 mm y evitar que ingresen al sistema biológico de tratamiento, ya que representan una carga orgánica importante que requeriría tiempos de residencia demasiado elevados para su degradación. En esta unidad se estima una eficiencia de remoción de sólidos suspendidos del 10%.

Hidrociclón:

El RIL proveniente de la criba estática entra tangencialmente al ciclón, estableciendo un flujo espiral o de vórtice. Como resultado, los sólidos son lanzados sobre las paredes del cono hacia el punto de salida inferior y el efluente sale con un contenido menor de sólidos, aproximadamente un 50%.

Tanque de homogenización y neutralización:

El agua prácticamente libre de sólidos es conducida hacia el tanque de homogenización y neutralización. Para evitar la acumulación de sólidos orgánicos en el fondo y asegurar la homogenización, el tanque cuenta con un agitador de baja velocidad. El tanque tiene un volumen de 840 m3 y por lo tanto está diseñado para un TRH de 5,6 horas.

En el mismo tanque se lleva a cabo la neutralización del RIL y la adición de nutrientes. Para la neutralización, la planta está dotada con dos unidades, una para la dosificación de soda cáustica y otra para el ácido clorhídrico, según sea el ajuste de pH que se necesite. Para la adición de nutrientes, la planta cuenta con unidades para la dosificación de FeCl3 y urea.

2.4.6.2 Tratamiento Biológico Reactor anaerobio UASB:

El RIL proveniente del tanque de homogenización y neutralización entra al reactor anaerobio modificado, tipo UASB por medio de un sistema de distribución que asegura un reparto uniforme del agua en el fondo del reactor, sin que haya taponamientos o canalizaciones. El biogás es captado en la parte alta del reactor y se dirige al sistema de incineración. Con el propósito de retornar alcalinidad al sistema y de asegurar una velocidad de ascenso mínima del agua residual de 0,5 m/h, el reactor cuenta con un sistema de recirculación de un flujo máximo de 291 m3/h. Las bombas pueden operar en función de la velocidad ascendente que se desee dentro del reactor, la cual puede variar entre 0,5 a 1,0 m/h. El reactor consta de cuatro módulos iguales con un volumen útil de 430 m3 cada uno, de los cuales actualmente se utilizan

solamente tres, mientras el cuarto sirve como almacén de lodos. El TRH de los tres módulos utilizados es de 11,6 horas.

Reactor aerobio:

Después del tratamiento anaerobio, el efluente se dirige por gravedad hacia el reactor aerobio. El proceso consta de un tanque de aireación de dos módulos con un volumen total de 1960 m3 en cuyo fondo se encuentra el sistema de tuberías y difusores de burbuja fina por donde se distribuye el aire, el que es suministrado por medio de un soplante de lóbulos, el cual tiene una capacidad de suministro de 944 m3/h de aire y es activado siempre y cuando la concentración de oxígeno disuelto (OD) quede debajo de 2 mg/L y es desactivado superando una concentración de 3 mg/L. El TRH en esta unidad es de 13,5 horas. El TRC es de 20 d.

Clarificador secundario:

En el clarificador secundario sedimentan los lodos provenientes del reactor aerobio. Éstos son recolectados continuamente por el sistema de rastras y tornamesa central; posteriormente son tomados por bombas centrífugas, las cuales están diseñadas para retornar un flujo de 250 m3/h. El agua clarificada es evacuada por vertederos en la parte superior del clarificador y de ahí es conducida por gravedad al tratamiento terciario. El clarificador secundario es de sección circular, con diámetro de 21,5 m y altura cilíndrica de 3,35 m.

2.4.6.3 Tratamiento Terciario Desinfección:

Como tratamiento final, el agua residual ingresa al tanque de contacto con cloro a TRH de 58 minutos, donde se dosifica este reactivo en forma de gas. El tanque de contacto con cloro tiene un volumen de 138 m3 con instalaciones para inducir un régimen de flujo pistón. La eficiencia en el proceso de desinfección es del 99%.

Decloración:

En la etapa final del tratamiento se remueve el cloro residual total combinado que existe después de la cloración. La eliminación del cloro residual se realiza utilizando sulfito de sodio en el tanque de decloración, cuyo volumen es de 194 m3.

2.4.6.4 Procesos e Instalaciones Adicionales Tratamiento de lodos:

El manejo de lodos consiste en que los lodos anaerobios se alojan en el interior del reactor y cuando sea necesario se dispone de ellos por medio de una línea de purga hacia el tanque de almacenamiento de lodos, el cual tiene un volumen de 101 m3. Este tanque es también un almacén de lodos granulares para contar con una reserva en caso de accidentes que signifiquen pérdida masiva de lodo. Los lodos anaerobios acumulados o excedentes son enviados por medio de una bomba al pozo de lodos, donde se mezclan con los lodos de purga del sistema de aireación extendida y posteriormente son enviados al filtro banda para su desecado. El lodo acondicionado es desaguado hasta una concentración en sólidos del 20 al 25%. Estos lodos ya desecados forman una pasta de consistencia sólida que puede ser dispuesta fuera de la planta de tratamiento.

Manejo de biogás:

El biogás es enviado a un quemador para su incineración. Su composición básicamente es 65% de metano y 35% de dióxido de carbono.

Laguna de emergencia:

En el evento de efectuar labores de mantenimiento u ocurrir un problema en la planta de tratamiento de RILes se dispone de una laguna de emergencia, ubicada al costado de la planta de RILes. Su volumen útil de almacenamiento es de 17500 m3.

3 Materiales y Métodos

3.1 Descripción de la Planta

A continuación se describirá la planta de tratamiento biológico utilizada en el laboratorio de RILes del Departamento de Ingeniería Química de la UFRO. La planta acoplada anaerobia- aerobia consta de un reactor anaerobio tipo UASB, un sistema de lodos activados tradicional y cuenta con medidores de T°, pH, OD y dispositivos para su ajuste automático. Los datos obtenidos por los medidores son transferidos a través de un controlador (RTU) para su posterior utilización a un PC. La siguiente Figura 4 muestra un esquema de la planta.

Figura 4: Planta acoplada anaerobia-aerobia utilizada en el proyecto

Medidor (T° pH)

RS 232 Inputs análogos

Medidor (T° OD) Medidor (T° pH)

Compresor Separador _Impulsor Almacén de ácido Compresor (Retorno de lodo) Bomba peristáltica Bomba peristáltica (Nutrientes) Bomba peristáltica (Alimentación) Difusores de aire

Reactor UASB Tanque de aireación Clarificador secundario

S ensor de OD y T ° S ensor de T ° S ensor de pH Sensor de T° Bomba peristáltica (Recirculación) Almacén de nutrientes

Unidad de Control RTU PC con RTU-Terminal

M angueras de cal e facci ón Baño de calefacción Bomba

3.1.1 Fase Anaerobia

El tratamiento anaerobio consta del reactor UASB, del sistema de alimentación y recirculación, del sistema de calefacción y además de los medidores correspondientes. Todas sus partes se encuentran instaladas en una estantería de metal móvil.

3.1.1.1 Reactor UASB

El reactor anaerobio es del tipo UASB. Es cilíndrico, fabricado en acrílico transparente y sus dimensiones son: altura total 750 mm, altura útil 665 mm y diámetro interno 168 mm, lo que conduce a un volumen útil VAN de 14,8 L, que fue determinado experimentalmente a través de la

medición con agua necesaria para su llenado sin considerar los volúmenes del separador y las mangueras respectivas. Como acometida de entrada funciona un grifo que se encuentra por debajo del reactor. En su fondo tiene una placa perforada para la distribución uniforme del caudal de entrada. La separación trifásica y la recolección del biogás se llevan a cabo en un embudo instalado en la cabeza del reactor. Inicialmente, el sistema de decantación interna constó de una sola placa decantadora tipo cono truncado hueco y sobre ella al final de la fase de operación fue añadido otro cono idéntico en sentido opuesto.

3.1.1.2 Sistema de Alimentación y Recirculación

La alimentación es suministrada desde un tambor de volumen útil de 220 L al reactor UASB a través de mangueras conectadas a una bomba peristáltica. Independientemente es instalada una bomba para suministrar una solución de nutrientes y otra para efectuar la recirculación interna. Por ello se emplea un separador de flujo después de la salida del reactor que conduce un caudal hacia el tanque de aireación por gravedad y otro hacia la entrada del reactor anaerobio mediante una bomba peristáltica. Se ajusta el caudal de recirculación según las necesidades para garantizar una velocidad de flujo ascendente mínima dentro del reactor anaerobio de 0,5 m/h. El separador tiene un volumen de 0,4 L, sin embargo no es llenado completamente durante la operación. Para impedir derrames tiene que encontrarse instalado encima del nivel del licor del tanque de aireación y debajo del nivel de salida del reactor anaerobio.

3.1.1.3 Sistema de Calefacción

El calentamiento del reactor anaerobio se realiza a través de un intercambio de calor con el agua que circula afuera del reactor. Para ello se instaló 35 metros de manguera recubriendo un

vidrio de 15 L de capacidad. El reactor y el baño son cubiertos con plumavit para disminuir pérdidas de calor. El calentamiento del agua y el bombeo es realizado por un equipo de la empresa HETO LAB EQUIPMENT. Si el termostato funcionara correctamente, tendría la posibilidad de elegir la temperatura del agua en seis campos entre 5 y 110 °C. Como medida alternativa, las fases de calentamiento y de pausa del equipo son controladas a través de un temporizador. El consumo del equipo es 1,240 kWh, lo que equivale a una intensidad de corriente de 5,7 A.

3.1.2 Fase Aerobia

El tratamiento aerobio se lleva a cabo en un sistema de lodos activados, que consta del tanque de aireación, del sistema de aireación, del equipo de agitación, del clarificador secundario, del sistema de recirculación de lodos y del sistema de ajuste de pH, además de los medidores correspondientes. Todas las piezas se encuentran instaladas en una estantería de metal móvil. 3.1.2.1 Tanque de Aireación

El tanque de aireación es del tipo reactor continuo de mezcla perfecta. Es cilíndrico, fabricado en acrílico transparente y sus dimensiones son: altura total 405 mm, altura útil 294 mm y diametro Dt 241 mm, lo que conduce a un volumen útil bruto del tanque de 13,4 L, lo cual se

reduce a un volumen útil VAE neto de 12,6 L si se toman en cuenta los volúmenes de los

sensores sumergidos, del impulsor, de los difusores y de los deflectores. La acometida de entrada se encuentra en la parte inferior de él y la de salida al lado opuesto en la parte superior del reactor. En su fondo tiene cinco perforaciones a través de las cuales entran por debajo las mangueras de aireación.

3.1.2.2 Sistema de Aireación

El sistema de aireación consiste en el equipo de medición de oxígeno disuelto, el compresor de aire, de cinco difusores de aire y además de las mangueras correspondientes.

El equipo de medición de oxígeno disuelto consta del medidor MONEC 8980 y el electrodo de oxígeno, el cual se encuentra dentro de un tubo sumergible. Tiene un rango de medición de 0 a 20 ppm, compensación automática de temperatura y una exactitud de 5% para concentraciones superiores a 0,1 ppm. Su tiempo de respuesta es menor a 3 min. Puede transferir los datos medidos (OD y T°) a la RTU usando dos outputs análogos; además cuenta con un input/output digital para establecer una comunicación bidireccional. Dos niveles de alarma (setpoints) son programables y pueden comandar equipos exteriores con consumo energético inferior de

1,25 kWh a través de cierres y aberturas de relés. El tiempo de vida de la membrana es alrededor de 6 meses.

Se está empleando un compresor tipo N022 AT. 18 de la empresa KNF NEUBERGER. Es activado al quedar debajo del valor umbral programado al cerrar un relé dentro del mismo medidor de oxígeno disuelto. La desactivación funciona de la misma manera al sobrepasar dicho valor umbral. Con el objeto de impedir el ingreso de liquido al compresor, éste se encuentra instalado por encima del nivel del reactor. Su consumo energético es de 0,1 kWh.

Durante el proyecto se utilizó 3 diferentes tipos de difusores de piedras porosas de acuario: • difusores pequeños corrientes

• difusores tipo AS25 de TETRATEC

• combinación de cuatro difusores del tipo AS40 y uno del tipo AS45 de TETRATEC

Éstos se encuentran en el fondo del reactor fijados en las mangueras provenientes del compresor en un tapón de goma perforado.

La manguera que sale del compresor se ramifica debajo del reactor para dividir el flujo de aire regularmente hacia los difusores.

3.1.2.3 Equipo de Agitación

El equipo de agitación consiste de un agitador con impulsor. Éste se encuentra ubicado por encima y en el centro del reactor y fijado al soporte por una abrazadera y una barra de sujeción. El reactor además cuenta con 4 deflectores.

Se está usando un agitador tipo RZR 2050 de la empresa HEIDOLPH. Aquello genera números de revoluciones libremente elegibles en dos campos de revoluciones, cuyo campo inferior opera entre 40 y 400 r.p.m. y el superior entre 200 y 2000 r.p.m. Durante el régimen de trabajo constante el par de giro es 100-125 Ncm y 20-25 Ncm respectivamente. La potencia suministrada por el motor es 50 W (potencia de eje) mientras su consumo es de 70 W. El vástago de la paleta es fijado por un mandril, logrando así ajustar la altura Hi deseada del

Actualmente se está usando un impulsor de acero axial tipo hélice marina de tres paletas. Su diámetro Di es 56 mm y su Pitch Ai mide 10 mm. Se encuentra al final del vástago de diámetro

7 mm en una posición vertical Hi de 120 mm por encima del fondo del reactor.

El reactor cuenta con Nb = 4 deflectores verticales, distribuidos uniformemente para impedir la

creación de vórtices y remolinos. Son fabricados en acrílico con un ancho Ab de 18 mm y un

grueso de 5 mm.

3.1.2.4 Clarificador Secundario

El clarificador secundario es del tipo pozo Dortmund. Se fijó a la estantería de tal manera que su parte superior cilíndrica está por encima del soporte con el nivel de derrame exactamente a la misma altura que la altura útil del tanque de aireación. La parte inferior tiene forma de cono invertido y en el fondo lleva un grifo para la purga manual de lodos. El licor entra al clarificador 80 mm debajo del nivel de derrame a un tubo vertical de diámetro de 60 mm, el cual se ensancha en la parte inferior y hace atravesar el licor por la zona de sedimentación. La estructura del clarificador es de acrílico transparente, sus dimensiones son: altura total 450 mm, diámetro 185 mm y pendiente del cono 63°. Su volumen útil de 9,6 L se determinó experimentalmente a través de la medición del agua necesaria para su llenado.

3.1.2.5 Sistema de Recirculación de Lodos

El sistema de recirculación de lodos del clarificador secundario al reactor aerobio consiste en un tubo de vidrio que aspira los lodos de la zona espesada, a través del movimiento ascendente del aire inyectado cerca al extremo inferior del mismo tubo. El aire comprimido se genera a través de un compresor de acuario. Se empleó dos compresores diferentes. Un AIRPUMP 3500 de la empresa COSMO AQUARIUM y otro tipo 802 de la empresa ELITE. Sus períodos de trabajo y de pausa se controlaron a través de un temporizador.

3.1.2.6 Sistema de Ajuste de pH

El sistema de ajuste de pH consta del medidor MONEC 8930 de la empresa ZELLWEGER. Al quedar por encima del nivel programado en el medidor se activa una bomba peristáltica y suministra una solución de H2SO4 desde una botella de plástico de volumen útil de 1 L al tanque

de aireación. El medidor MONEC 8930 tiene las mismas características generales que el MONEC 8980 y transfiere los datos medidos (pH y T°) a la RTU usando sus dos outputs análogos, sin embargo cuenta con un setpoint adicional programable. La corrección de temperatura se lleva a cabo a través de un sensor de temperatura Pt100 sumergible de la

empresa ZELLWEGER, sin embargo el MONEC 8930 expresa el valor de pH para una temperatura de referencia de 25 °C.

3.1.3 Temporizadores

En la planta son utilizados para el control de la recirculación de los lodos activados, para la activación de la máquina calefactora del sistema anaerobio y cuando sea necesario para el control de la bomba de dosificación de nutrientes adicionales.

Los temporizadores utilizados son del tipo DRPL de la empresa LOVATO S.P.A. Los rangos programables varían entre 0,3 segundos a 120 minutos y son escogidos en 12 campos independientemente para el trabajo y para la pausa. La programación correcta de los conmutadores se encuentra en el Anexo E.

3.1.4 Bombas Peristálticas

Los sistemas de bombeo en la planta son formados por bombas peristálticas y sus mangueras correspondientes. En la fase anaerobia son utilizados de manera continua para el bombeo de la alimentación y la recirculación. En la fase aerobia una bomba es utilizada para el ajuste del pH dentro del reactor, controlada a través del medidor de pH. Opcionalmente una bomba se usa para la alimentación adicional de nutrientes, la cual es conectada a las mangueras de recirculación anaerobia y controlada a través de temporizadores.

Los modelos de las bombas son 7521-10 y 7521-00 de la empresa COLE-PARMER, que llevan cabezales tipo “easy load” (7518-00) o “quick load” (7013-42). Las mangueras de bombeo son del tipo Masterflex Tygon Lab (6409-14) de diámetro interno 1,6 mm de alta resistencia a ácidos o bases y del tipo Masterflex Silicone (96400-16) de diámetro interno 3,1 mm. La siguiente Tabla 7 muestra algunas características de las bombas peristálticas empleadas. El consumo