Lambayeque, 2013

ESCUELA DE POSTGRADO

UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE

LA PLANTA DE NESTLE PERÚ S.A.

SEDE CAJAMARCA

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Docente: Dr. Rubén Rodriguez Flores. Ing. Químico.

Maestrantes: Cabrejos Barrios, Eliana M. Lara Carretero, Martha Y. Flores Tesen, Luis M. Mondragón Villalobos, Víctor M. Vásquez Gonzales, Manuel

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE LA PLANTA DE NESTLE PERÚ S.A. – SEDE CAJAMARCA

I. INTRODUCCIÓN

En la mayoría de los países industrializados, la legislación actual impone estrictos límites en la calidad de los productos resultantes de los procesos industriales. Distintos factores incluidos la salud pública y medioambiental así como los factores económicos se tienen muy en cuenta.

La importancia que tiene la conservación de los recursos naturales ha despertado en la sociedad la búsqueda de soluciones para cuidarlos y recuperarlos con el fin de que sean aprovechados por los seres vivos. En este sentido El agua es un recurso de vital importancia en la vida del hombre por lo que su conservación debe ser uno de los principales objetivos.

Las aguas residuales son la emisión de mayor contaminación procedente de las industrias alimentarias; se componen principalmente de sustancias orgánicas resultantes de la transformación de las materias primas y de los productos químicos que son empleados en los tratamientos higiénicos y sanitarios. Las aguas residuales de la industria láctea, por ejemplo se caracterizan por poseer una gran cantidad de materia orgánica, además de sólidos en suspensión y valores de pH que se encuentran por fuera de los rangos admisibles.

Las cantidades de aguas residuales y la concentración de los contaminantes de estas empresas, no son constantes a lo largo de una jornada de producción, sino que varían, generando sobrecargas y problemas en la operación en las plantas de tratamiento.

Debido al gran impacto ambiental que produce verter aguas industriales en el sistema de alcantarillado y a su vez en acuíferos o cuerpos de agua, es necesario tener control sobre algunos parámetros que permitan mitigar los daños ambientales en estas zonas, como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxígeno), pH, temperatura, NKT (Nitrógeno Kjeldhal), sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano), entre otros.

Los niveles de higiene en las instalaciones y equipos de las industrias lácteas son muy elevados debido a la característica de la materia prima utilizada, por ello el agua es uno de los recursos más utilizados en la industria para la limpieza de la planta.

Las aguas residuales en la Planta Nestlé Cajamarca son generadas principalmente por las pérdidas de en la evaporación, en la zona de recepción de materia prima y por las aguas de lavado, que son utilizadas con el fin de desinfectar los equipos en cada etapa del proceso.

La Industria Nestlé Perú – Planta Cajamarca actualmente tiene una recolección diaria de leche en un rango de 230 000 y 240 000 Kg. por día, los cuales llegan en vehículos especialmente acondicionados (carrotanques), los que garantizan que lleguen a planta con la temperatura adecuada para su proceso.

Presenta una descarga de RILE´s (Residuos Industriales Líquidos) en un promedio de 16 m3

por día, estos RILE´s están compuestos principalmente por agua de lavado del proceso y de las áreas críticas de planta, estas aguas contaminadas pasan a la PTAR (Planta de Tratamiento de Aguas Residuales) para que puedan ser acondicionadas y vertidas bajos los parámetros permisibles a Rio Chonta.

II. ANTECEDENTES DE LA EMPRESA

"Los orígenes de Nestlé se remontan al año 1867, cuando Henri Nestlé, químico alemán radicado en Vevey, Suiza, desarrolló una harina a base de leche de Vaca y pan tostado, destinada a satisfacer las necesidades alimenticias y nutricionales de los niños. Surge así la "harina lacteada", el primer producto fabricado y comercializado por Nestlé, que muy pronto sería conocido en todo el mundo”.

En 1919 los productos de Nestlé llegan al Perú a través de una oficina de importaciones que comercializaba leche condensada, leche evaporada, harina lacteada, chocolates y otros productos.

Es así, que desde el inicio de las actividades relacionadas con el desarrollo de los proyectos de ingeniería, cada edificio, cada equipo, cada servicio, cada metodología de proceso y en general cada actividad relacionada con Nestlé, será ejecutado con los estándares de calidad de Nestlé, bajo Normas ISO 9.001 para la calidad, Norma ISO 14.001 para la Gestión Ambiental y Norma OHSAS 18.001 para el Sistema de Gestión de Seguridad y Salud Ocupacional, es decir bajo un Sistema de calidad integrado.

El concepto de Planta Limpia, es una condición para la excelencia operacional de Nestlé y por tanto un valor interno ineludible para toda su gestión en plantas de producción.

III. UBICACIÓN

IMAGEN 01: Ubicación Satelital de PTAR Nestle - Cajamarca

La

FUENTE: Toma satelital Google earth

Planta Nestlé Cajamarca

PTAR - Nestlé Cajamarca

Rio Chonta

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Industriales de Nestlé Perú S.A. - Cajamarca está ubicada en el Distrito de Baños del Inca, Provincia de Cajamarca, Región de Cajamarca; es aquí en donde se concentra buena parte de la producción lechera del departamento, la cual posteriormente es adecuadamente acondicionada y transportada vía terrestre y hacia la planta principal de Nestlé en Lima para su procesamiento final.

GENERALIDADES

El río Chonta está ubicado en el norte del Perú, región Cajamarca, provincia de Cajamarca y forma parte de la vertiente del Atlántico. Limita por el norte con la cuenca del río Llaucano, por el sureste con la sub cuenca del río Grande de Mashcón, y por el suroeste con la sub cuenca del río Namora (Encañada).

Este recurso tiene su origen en los cerros Carachugo y Chaquicocha, entre sus principales tributarios tenemos a los ríos Azufre por la margen derecha y al río Paccha por la margen izquierda. La sub cuenca del río Chonta tiene un área de 13500 hectáreas, con un caudal promedio estimado de aproximadamente 2500 L/s.

En su jurisdicción encontramos a las microcuencas del río Azufre que tiene 7760 hectáreas y la del río Paccha con 5290 hectáreas, cuyos caudales promedios son de 1500 L/s y 1000 L/s respectivamente. Los ríos Azufre y Paccha se juntan a 7.4 km al sureste del distrito de Yanacocha, luego toma el nombre de río Grande y antes de juntarse con el río Mashcón toma el nombre de Chonta.

Este recurso superficial recorre los distritos de Encañada y Baños del Inca de la provincia de Cajamarca. El río Chonta y tributarios, debido a que sus aguas tiene uso prioritario de regadío, se define como CATEGORIA III: “Aguas para riego de vegetales y bebidas de animales”, según la Resolución Jefatural N° 202-2010-ANA del 23 de Marzo del 2010 que aprueba la clasificación de los cuerpos de agua superficiales y marino costeros, teniendo como sustento principal el D.S.023 – 2009- MINAM (aprueban disposiciones para la implementación de los ECA´s para agua).

De acuerdo al D.S.023 – 2009- MINAM (aprueban disposiciones para la implementación de los ECA´s para agua), el Rio Chonta ese encuentra en la Categoría 3 Riego de Vegetales y Bebida de Animales:

a) Vegetales de Tallo Bajo, entiéndase como aguas utilizadas para el riego de plantas, frecuentemente de porte herbáceo y de poca longitud de tallo que usualmente tienen un sistema radicular difuso o fibroso y poco profundo. Ej.: ajos, lechuga, fresa, col, repollo, apio, arvejas y similares.

b) Vegetales de Tallo alto, entiéndase como aguas utilizadas para el riego de plantas, frecuentemente de porte arbustivo o arbóreo que tienen una mayor longitud de tallo. Ej.: árboles forestales, árboles frutales, entre otros.

c) Bebida de animales, entiéndase como aguas utilizadas para bebida de animales mayores como ganado vacuno, ovino, porcino, equino o camélido y para animales menores como ganado caprino, cuyes, aves y conejos.

Cuadro 01: Parámetros para riego de vegetales

Cuadro 02: Parámetros para riego de vegetales de tallo bajo y tallo alto.

D

Cuadro 03: Parámetros para bebidas de animales.

O (DEMAND

DBO (Demanda Biológica de Oxigeno)Es un parámetro que mide la materia susceptible de ser oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se utiliza para medir el grado de contaminación, normalmente se mide transcurridos 5 días de reacción (DBO5) y se expresa en mg O2/l.

El método de ensayo se basa en medir el oxígeno consumido por una población microbiana en condiciones en las que se ha inhibido los procesos fotosintéticos de producción de oxígeno en condiciones que favorecen el desarrollo de los microorganismos. La curva de consumo de oxígeno suele ser al principio débil y después se eleva rápidamente hasta un máximo sostenido, bajo la acción de la fase logarítmica de crecimiento de los microorganismos.

DQO (Demanda Química de Oxígeno)La demanda química de oxígeno (DQO) es un parámetro que mide la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas por medios químicos que hay disueltas o en suspensión en una muestra líquida. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en mgO2/l.

Aunque este método pretende medir principalmente la concentración de materia orgánica, sufre interferencias por la presencia de sustancias inorgánicas susceptibles de ser oxidadas (sulfuros, sulfitos, yoduros, etc.), que también se reflejan en la medida.

SÓLIDOS TOTALES EN SUSPENSIÓN (SST)Es un parámetro utilizado en la calificación de la calidad del agua y en el tratamiento de aguas residuales. Indica la cantidad de sólidos (medidos habitualmente en miligramos por litro - mg/l), presentes, en suspensión y que pueden ser separados por medios mecánicos, como por ejemplo la filtración en vacío o la centrifugación del líquido. Algunas veces se asocia a la turbidez del agua.

SOLIDOS DISUELTOSLos sólidos disueltos lo constituyen las sales que se encuentran presentes en el agua y que no pueden ser separados del líquido por algún medio físico, tal como: sedimentación, filtración, etc. La presencia de estos sólidos no es detectable a simple vista, por lo que se puede tener un agua sumamente cristalina con un alto contenido de sólidos disueltos.

SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN Los sólidos en suspensión es el material que se encuentra en fase sólida en el agua en forma de coloides o partículas sumamente finas, y que causa en el agua la propiedad de turbidez. Cuanto mayor es el contenido de sólidos en suspensión, mayor es el grado de turbidez.

IV. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE CONCENTRACIÓN DE LA LECHE

1. RECEPCIÓN DE LECHE

Una vez que llega el carrotanque a la planta los auxiliares de recibo de leche muestrean cada compartimento y llevan las muestras al laboratorio de recibo, aquí se realizan las pruebas para determinar la calidad de la leche y hacer la liberación, si los analisis fisicoquimicos cumplen con los parametros relacionados a continuación el carrotanque puede ser descargado y la leche es almacenada en los silos de la planta. Es aquí donde empieza el proceso para la condensación de la leche en Planta Nestlé Peru S.A. – Cajamarca.

IMAGEN 02: Carrotanque para transportar leche.

FUENTE: Catálogo FRONDA

IMAGEN 03: Proceso de obtención de Leche Evaporada Nestle - Cajamarca

FUENTE: Catálogo FRONDA

A continuación un pequeño resumen de algunos equipos y etapas del proceso de condensación de la leche en Nestlé Perú – Cajamarca:

A. Tanque de balance: tiene como función mantener siempre el nivel adecuado de materia prima para iniciar el proceso de evaporación, aca la leche es homogenizada y estandarizada antes de ingresar al proceso.

B. Bomba centrifuga de alimentación: Su función principal es alimentar de manera constante la leche hacia la zona de precalentamiento. Estas bombas centrifuhas estan diseñadas para trabajar con caudales variables de acuerdo a la etapa del proceso, por ejemplo durante el lavado se trabaja con un flujo mayor con el cual se obtiene un mejor lavado de los equipos por acción mecanica.

C. Sección de precalentamiento: es la encargada de elevar progresivamente la temperatura, preparandola para poder lograr la evaporación propiamente dicha.

D. Sección de calentamiento: es donde la leche alcanza la temperatura de evaporación para concentrar la leche y bajar su contenido de agua desde un 87% hasta un promedio de 40- 45%. Esta evaporación se lleva a cabo en un EVAPORADOR DE EFECTO MULTIPLE (4 efectos), para el caso específico de Nestlé Perú Planta Cajamarca.

E. Sección de enfriamiento: es donde se acondiciona la temperatura de almacenamiento de la leche concentrada hasta un promedio de 3°C, para despues ser bombeada hacia los carrotanques especialmente acondiconados para transportar la leche concentrada hacia la planta de producción en la ciudad de Lima.

V. GENERACION DE CONTAMINANTES

La Contaminación generada en las industrias lecheras es muy diversa, a continuación presentamos un listado de los contaminantes comunmente generados en esta industria.

Tabla 04. Origen de los residuos en la Planta Nestlé - Cajamarca

TIPO DE RESIDUO ORIGEN

Sólido

Envases y embalajes (tetrapack, plástico y corrugado Lodos (PTAR) Hollín (Caldera) Residuos Convencionales

Líquido Aguas de lavado y desinfección de equipos Químicos de lavado y desinfección

Gaseoso Emisiones atmosféricas de calderas Olores de la PTAR Vapor de agua

FUENTE: PTAR Nestle-Cajamarca

Tabla 05. Grado de intensidad que puede causar un impacto ambiental según su naturaleza y el área de influencia.

Impacto ambiental

Generación Naturaleza del impactoÁrea de

influenciaIntensidad

Aire

Generación de vapor de agua y refrigeración para procesos de producción

Malos olores.Emisiones de material particuladoVapor de agua, NOx, SOx y COx

Zonal Baja

AguaSistema de Limpieza y desinfección de equipos

Vertimientos idustriales líquidos Zonal Alta

SueloTransformación del Suelo

Cambio en el uso del suelo, disposición de residuos sólidos

Zonal Baja

FUENTE: PTAR Nestle-Cajamarca

Durante el proceso de concentración de la leche en Planta Nestlé – Cajamarca, los contaminantes generados habitualmente son de origen orgánico pues sus efluentes están compuestos por grasas, agua del lavado de los evaporadores, agua de limpieza de la zona de recepción y descarga de leche, y otros, todo esto se traduce en una Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) y una Demanada Química de Oxigeno (DQO). Además tambien presentan fósforo y nitrógeno.

VI. SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PTAR NESTLÉ CAJAMARCA

1. Caracterización de los efluentes

Actualmente la planta Nestlé de Cajamarca ha dado inicio a la construcción del tratamiento de sus residuos industriales líquidos (en adelante, Ril o Riles) para obtener el estándar requerido previo a la descarga al Río Chonta.

Los Riles generados por la planta Cajamarca de Nestlé en Cajamarca, se producen como consecuencia de la recepción y evaporación de leche. El Ril unificado se caracteriza por un contenido medio de carga contaminante en el parámetro de aceites y grasas, sólidos suspendidos y DBO5.

Se consideran las descargas generadas por el lavado, en general corresponden a los lavados de equipos, pisos e instalaciones. Éstos poseen un alto contenido de carga orgánica (DBO), sólidos suspendidos y sedimentables y además, variaciones de temperatura y pH. Estas aguas descargan directamente a la planta de tratamiento.

Se consideran las siguientes fuentes generadoras de Riles: Residuos líquidos generados en sector exterior Planta de Proceso, corresponden a los de recepción de materia prima (leche cruda): los riles generados provienen del lavado de los estanques de los camiones de transporte de leche cruda mediante un sistema CIP (Clean in place con detergente neutro), del lavado de pisos, del lavado exterior del área de los silos de almacenamiento de la leche y del lavado de los camiones.

Áreas de procesoCorresponden a los generados al interior del área de proceso, proviene de los sistemas de lavado CIP, que son usados en el lavado de los silos de almacenamiento de leche cruda y pasteurizada, de los pasteurizadores, de los estanques de almacenamiento de productos en proceso, de las torres de secado y de los circuitos de proceso. También se considera los que provienen del lavado de pisos y de descargas equipos eliminadores de sólidos, como centrífugas. Cabe señalar que en estas etapas el CIP es realizado con soluciones químicas, las cuales después de ser usadas son recirculadas a sus respectivos estanques, o en su defecto son enviadas primero a un estanque de neutralización para controlar su pH antes de ser finalmente enviadas a la planta de tratamiento de Riles.

La PTAR Nestlé – Cajamarca, debe dar cumplimiento la Resolución Jefatural N° 0202-2010-ANA, descarga a aguas continentales superficiales, considerando la capacidad de dilución del cuerpo receptor (Rio Chonta, Cajamarca), para lo cual debe de dar cumplimiento a los valores indicados en la respectiva norma.A continuación se entregan las características más relevantes del Ril generado, dos tablas con las características del efluente de la Planta Nestlé – Cajamarca, estos valores pertenecen a la PTAR, las muestras son tomadas en el AFLUENTE y EFLUENTE.

Tabla 06. Parámetros físico- químicos del AFLUENTE de la PTAR Nestlé Perú S.A. – Cajamarca, descargado a Rio Chonta Categoria III

Parámetro Unidad Valor planta NestléValor sector produce

(LMP)

Caudal m3/h 16.2 -

Horas de Trabajo al día

H 22 -

DBO5 mg/L 1595 50

DQO mg/L 2120 250

Sólidos Suspendidos Totales

mg/L 661.2 50

Aceites y grasas mg/L 60.7 5

T° °C 31.8 35

pH ingreso mg/L 7.2 6 - 9

Fuente: Datos Promedio Mes Agosto- 2013 - Nestlé Perú – Cajamarca.

Tabla 07. Parámetros físico- químicos del EFLUENTE de la PTAR Nestlé Perú S.A. – Cajamarca. Mm3/h

Parámetro UnidadValor PTAR

nestléValor ECA´s

Valor sector produce (LMP)

Caudal m3/h 16.2 - -Horas de Trabajo al día

h 22 - -

DBO5 mg/L 134 <= 15 50DQO mg/L 231.3 40 250Sólidos Suspendidos Totales

mg/L 14.2 25 - 100 50

Aceites y grasas mg/L 1.8 1 5T° °C 29.2 - 35pH salida Unidad de pH 6.99 6. – 8.5 6 - 9Fuente: Datos Promedio Mes Agosto - Nestlé Perú – Cajamarca.

2. ESPACIO DISPONIBLE

El área disponible en donde se ubica la PTAR es de 5.000 m2. Es bueno hacer referencia que la PTAR se encuentra al frente de la Planta Principal de Nestlé en Cajamarca, cruzando la calle.

3. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

Diagrama 01: Diagrama de flujo

Fuente: Elaboración propia

Diagrama 02: Diagrama de flujo PTAR – Cajamarca

Pre tratamiento

Pre tratamiento

Ecualización, homogenización

Ecualización, homogenización

Tratamiento Físico - Químico

Tratamiento Físico - Químico

Deshidratación de lodos.

Deshidratación de lodos.

Lodos deshidratados

Lodos deshidratados

AFLUENTES

EFLUENTES

Fuente: Elaboración propia

Sólidos > 15mmSólidos > 15mm

Sólidos > 10mmSólidos > 10mm

Galpón de acopio de tortas

Galpón de acopio de tortas

Disposición final por EPS-RS externa

Disposición final por EPS-RS externa

AfluenteAfluente

Cámara de rejasCámara de rejas

Estación elevadoraEstación elevadora

Tanque ecualizadorTanque ecualizador

DAFDAF

Tanque de lodosTanque de lodos

Filtro prensaFiltro prensa

EfluenteEfluente

Q= 16.2 m3/h DBO= 1592 mg/lDQO= 2120 mg/lSST= 661.2AyG= 60.7 T°= 31.8 °C pH= 7.2 CT= 141 x 106 NMP/100mlCF= 4 x 107 NMP/100ml

Q= 16.2 m3/h DBO= 1592 mg/lDQO= 2120 mg/lSST= 661.2AyG= 60.7 T°= 31.8 °C pH= 7.2 CT= 141 x 106 NMP/100mlCF= 4 x 107 NMP/100ml

Pre tratamientoPre tratamiento

T. residencia= 15min.T. residencia= 15min.

Filtro rotatorio (separación sol. >1mm)

Inyección de aireMedidor nivel, Agitador.Tr= 6h

Filtro rotatorio (separación sol. >1mm)

Inyección de aireMedidor nivel, Agitador.Tr= 6h

Adición coagulante (orgánico AB-722)

Adición de floculante (polimérico catiónico AB-2451)

Adición de NaOH (soda cáustica)

Adición coagulante (orgánico AB-722)

Adición de floculante (polimérico catiónico AB-2451)

Adición de NaOH (soda cáustica)

Dosificador lechada calDosificador lechada calInyección de aireInyección de aire

DBO= 134 mg/l DQO= 231.3 mg/lSST= 14.2A y G= 1.8 T°= 29 °C pH= 7.5 – 8.0 CT= 655 NMP/100mlCF= 388 NMP/100ml

DBO= 134 mg/l DQO= 231.3 mg/lSST= 14.2A y G= 1.8 T°= 29 °C pH= 7.5 – 8.0 CT= 655 NMP/100mlCF= 388 NMP/100ml

3.1. TRATAMIENTOS FISICOS

3.1.1. ACOMETIDA DEL RIL.El Ril llega al recinto asignado a la planta de tratamiento por medio de un colector subterráneo que atraviesa la calle.

3.1.2. SEPARACIÓN DE SÓLIDOS GRUESOSEl sistema de tratamiento esta libre de sólidos gruesos (mayores a 15 mm), aportados por el proceso productivo y de otros elementos extraños tales como, guantes, plásticos, maderas, etc., debido a que provocan problemas de atascamiento en las bombas y obstrucción de los sistemas de aducción.

Se realiza la separación de estos sólidos gruesos a través de una cámara de rejas de limpieza automática con bypass manual.

La reja automática es una reja COSME mod. CP 40 con 10 mms de apertura y construida en acero inoxidable. Cuenta con una bandeja de estruje en la cual se acopian los sólidos

que no pasan la reja COSME. Posteriormente el operador en forma manual los dispone en un contenedor.

IMAGEN 04: Reja automática

Fuente: Elaboración propia

3.1.3. ESTACIÓN ELEVADORASe cuenta con un estanque que permite absorber el caudal de Ril y así alimentar al siguiente proceso unitario mediante bombeo, de manera de no bajar demasiado la profundidad.El estanque consiste de una cámara que permite un tiempo de retención hidráulico de 15 minutos para el caudal máximo, lo que implica una estructura construida en hormigón de las siguientes dimensiones.

Tabla 08. Valores de la Estación Elevadora en PTAR – Nestlé Perú - Cajamarca

Dimensiones Unidad Valores

Volumen útil m3 15

Altura útil m 2,4

Altura de estanque m 4,3

El estanque está provisto de tres (03) bombas, la dos primeras en operación y la otra stand-by, rotándose cada cierto tiempo, situación que se controla mediante un reloj control comandado del tablero eléctrico. Estas son accionadas por un interruptor de nivel (uno por bomba) encargado de accionar a la bomba cuando ésta alcanza el nivel máximo establecido y la desconecta cuando alcance el nivel mínimo establecido. Se considera tres (03) bombas SEWATEC K65-250, dos (02) en operación y una (01) en reserva.

3.1.4. SEPARACIÓN DE SÓLIDOS FINOS

En esta etapa el objetivo es eliminar aquellos sólidos mayores a 1 mm que afectan a los equipos aguas abajo.

Se contempla la utilización de un tamiz de instalación en presión a la entrada del ecualizador. El sistema seleccionado es un filtro rotatorio auto limpiante.

Imagen 05: Tamiz fino

.

Fuente: PTAR Nestle - Cajamarca

La ventaja de este sistema radica en que es un equipo autolimpiante, lo cual permite retrolavar el filtro y evitar su obstrucción producto del contenido de grasas. Este sistema debe implementarse con toberas que admitan agua caliente vapor o agua fría.

Imagen 06: Estructura de tamiz fino

Fuente: Catálogo FRONDA

3.1.5. ECUALIZACIÓN Y REGULACIÓN DEL CAUDAL DE TRATAMIENTO

El estanque de ecualización y regulación tiene por objeto proporcionar tanto un caudal como características físico-químicas del Ril a tratar, lo más homogéneas posible, con el objeto de permitir que el Sistema de Tratamiento no sufra pérdidas de eficiencia y/o no requiera de continuos, costosos y desfavorables cambios en el programa químico aplicado.

Esta etapa del proceso es de vital importancia sabiendo que es muy importante que la alimentación al Sistema de Tratamiento sea de características lo más constantes posibles, ya que de lo contrario significará importantes aumentos de los costos operacionales y pérdidas de eficiencia, asunto mucho más importante que el costo de inversión, por concepto de suministro de productos químicos, versatilidad operacional y resultados.

Se tiene instalado un estanque de ecualización con un volumen de 107 m3 lo que implica un tiempo de retención de 6 horas para el caudal medio generado.

Tabla 09. Dimensiones del Ecualizador u Homogenizador PTAR – Nestlé Perú - Cajamarca

Dimensiones Unidad Valores

Volumen útil m3 107

Altura útil m 4

Altura total m 4,5

Diámetro m 7,6

Fuente: Elaboración propia

A fin de evitar problemas de olores se cuenta en esta etapa una mezcla con aireación utilizando un sistema de venturi Karting, el cual tiene una línea de recirculación con bomba.

La presión de la bomba genera la aspiración del aire que se introduce como burbuja fina al estanque ecualizador.

La ventaja de este sistema radica en que al no contar con partes móviles es libre de mantención, y está fabricado en materiales plásticos, lo que impide su corrosión.

La bomba utilizada para la recirculación es de aspiración horizontal. Adicionalmente se cuenta el uso de un agitador sumergido Flygt (Sistema Jet Mix).

Imagen 07: Ecualizador Venturi de Mezcla y Aireación

Fuente: Ptar Nestle - Cajamarca

Para esto se cuenta con la instalación de dos bombas centrífugas, una en operación y la otra stand-by. La función de las bombas es la alimentación de la planta de flotación con el agua acumulada en el estanque de ecualización / homogeneización.

Se han instalado dos bombas con válvulas de compuertas neumáticas. El sistema se ha programado para funcionamiento alterno. Es decir, que si la alternación automática se ha activado en el tablero de control, cada vez que la planta de flotación inicie un ciclo de operación (cuando el nivel en el estanque alcance el punto de encendido), partirán las bombas en forma alternante, con el fin de lograr un desgaste de ellas lo mas parejo posible.

4. TRATAMIENTO FÍSICO QUÍMICO

El tratamiento físico-químico involucra los procesos de ajuste de pH, coagulación, floculación y separación de sólidos por flotación y, a diferencia de la alternativa biológica, el mejoramiento de la calidad del Ril se obtiene por reacción física y química sobre la base de adición de reactivos específicos.

Diagrama 03: Diagrama de Tratamiento Físico Químico

Efluente a tratamiento biológico.

Efluente a tratamiento biológico.

Afluente a tratamiento F-Q

Afluente a tratamiento F-Q

Ajuste de pHAjuste de pH

Coagulación.Coagulación.

Floculación.Floculación.

Flotación.Flotación. Lodos 95% de humedad

Lodos 95% de humedad

Estanque de lodosEstanque de lodos

Dosificación de neutralizante

Dosificación de neutralizante

Dosificación de coagulante

Dosificación de coagulante

Dosificación de floculante

Dosificación de floculante

Control de pHControl de pH

Fuente: Elaboración propia

4.1 AJUSTE DE PH

Aquí se realiza la dosificación de agente neutralizante (soda cáustica), con el objeto de ajustar el pH al nivel óptimo para las posteriores etapas de coagulación y floculación.

La soda es adicionada en la entrada mediante una bomba dosificadora Prominent Modelo SICA, la cual está comandada por un sistema de control automático de pH que permitirá que ésta operación se realice en forma totalmente automática y eficiente, optimizando los consumos de reactivos.

4.2 COAGULACIÓN

En esta etapa el objetivo es neutralizar las cargas eléctricas del RIL (Residuo Industrial Liquido) a fin de provocar la desestabilización de los coloides y proteínas, de forma tal de poder facilitar su posterior separación.Este fenómeno eléctrico se puede producir ya sea por el aporte de energía eléctrica (electrocoagulación); por el aporte de un agente coagulante (sulfato de aluminio; cloruro férrico; sulfato férrico; coagulante orgánico); o por el ajuste de pH al punto isoeléctrico de las proteínas.

Imagen 07: Coagulación

Fuente: Catálogo FRONDA

4.3 FLOCULACIÓNEn esta etapa el objetivo es aglomerar las partículas coloidales coaguladas en la etapa anterior.

Imagen 08: Floculación

Fuente: Catálogo FRONDA

Esta fase permite acelerar los tiempos de separación sustancialmente, ya que al incrementar el tamaño de la partícula se facilita su separación posterior.

Para la floculación se utiliza polielectrolitos de la familia de las poliacrilamidas. Las poliacrilamidas corresponden a un polímero (poli= muchas + meros= partes) constituido por una cadena molecular de acrilamidas.

El subcoeficiente “n” indica el tamaño de la cadena, así mientras mayor sea este coeficiente mayor es el peso molecular de la poliacrilamida.

4.4 UNIDAD DE AJUSTE DE PH – COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN

En ésta etapa se realiza la dosificación controlada de soda cáustica, coagulante (sulfato de aluminio, cloruro férrico, coagulante orgánico, etc.) para neutralizar las cargas eléctricas de los coloides y así promover la formación de coágulos; y de polielectrolitos para promover la aglomeración de los coloides y coágulos en partículas de mayor tamaño, las que serán fácilmente removidas en la etapa de flotación.

El Ril es a continuación alimentado al floculador tipo laberinto tubular, en donde los agentes químicos son incorporados. A diferencia de los floculadores en tanque, el utilizado es del tipo flujo pistón. La capacidad requerida de mezcla es obtenida por intercambio energético provocado por turbulencia.

El floculador de tubo ofrece las siguientes ventajas:

La dosificación de reactivos es bastante precisa El tiempo de residencia es despreciable resultando en un corto tiempo de reacción

y mezclado. En el floculador el caudal recibe agua saturada en aire (agua de recirculación)

proveniente de la salida de la unidad de flotación.

Imagen 09: Floculador de Tubo

Fuente: Catálogo FRONDA

4.5 FLOTACIÓN

El sistema de flotación empleado es el sistema DAF (Dissolved Air Flotation), que separa las partículas sólidas en el agua residual.

Gracias a su diseño simple, la unidad es fácil de operar y su costo de instalación, operación y mantenimiento es mínimo. El sistema se diseña para una carga nominal de sólidos de 40 kg. de sólidos/m2 de superficie libre del sistema. Debido a la utilización de un conjunto de placas con separación de 4 cms entre placas, la tasa superficial efectiva aplicada es de 1,3 m3/m2/hr.

Esta tecnología reduce el volumen del sistema significativamente y lo hace extremadamente compacto.

La flotación por aire o gas disuelto se utiliza para remover aceites, grasas, sólidos, proteínas o cualquier otro coloide floculado (cuando se ha aplicado un tratamiento químico).

Los flóculos, por si solos, no tienen la habilidad de separarse en forma rápida por diferencia de densidad del agua, y por ello se incorpora micro burbujas de aire, las que al

adsorberse a los flóculos se reducen la densidad, gatillándose la rápida y efectiva separación.

El tamaño de las micro burbujas oscila entre 30 a 50 micrones, siendo este un parámetro fundamental para la eficiencia de todo sistema de flotación.

Imagen 10: Sistema estructural DAF

Fuente: Catálogo FRONTA

El Ril ingresa al equipo vía un sistema de distribución que permite la primera fase de aeración o pre-aeración para saturar al agua con aire; y la post aeración, para sobresaturar el agua de recirculación con el fin de generar la cantidad necesaria de micro burbujas.

La mezcla de agua con micro burbujas es uniformemente distribuida en el compartimiento de entrada, en donde las partículas con menor densidad que el agua rápidamente flotan hasta la zona de remoción de flotantes en la zona superior del equipo. En el compartimiento de las placas corrugadas el flujo es estable y de patrón laminar, lo que permite maximizar la eficiencia de separación.

Imagen 11: Sistema estructural DAF

Fuente: PTAR Nestle - Cajamarca

El vertedero de salida controla el espesor de la capa de flotantes, lo que permite controlar la humedad de los lodos evacuados del equipo.

Imagen 12: Sistema estructural DAF

Fuente: Catálogo FRONTA

Los flóculos flotados forman una capa de lodo en la superficie del estanque. Estos lodos son retirados mediante un sistema de paletas rascadoras, las que conducen y descargan los lodos a una tolva ubicada en la cabecera del estanque.

Desde allí los lodos son bombeados periódicamente, en forma automática mediante sensores de nivel, al estanque de acumulación de lodos. Una parte de los flóculos, que por varias razones tienen un peso específico muy alto, caen al fondo del estanque. Para ello el estanque de flotación está equipado con un separador de lamelas, el cual tiene como función aumentar la sedimentación de estos flóculos.

Estos son acumulados en las tolvas al fondo del estanque, desde donde son descargados periódicamente mediante dos válvulas neumáticas y bomba de sedimentos al estanque de lodos. La incorporación de aire al sistema es controlada automáticamente desde el panel de control.

Imagen 13: Sistema estructural DAF

Fuente: PTAR Nestle - Cajamarca

Imagen 14: Sistema estructural DAF

Fuente: PTAR Nestle - Cajamarca

4.6 DESHIDRATACIÓN DE LODOS Los lodos provenientes del tratamiento de las aguas residuales, son llevados a un sistema de deshidratación, que permita obtener un lodo con un porcentaje de alrededor de 40% de materia seca. Se ha proyectado un sistema de deshidratación de lodos mediante filtro prensa, en esta operación de deshidratación el lodo, será impulsado desde un estanque de acondicionamiento con cloruro férrico y cal al filtro prensa, esta operación se realizará por lotes.

Finalmente los lodos deshidratados con alrededor de un 40% de materia seca, se someterán a un tratamiento de estabilización con Cal, para ser dispuestos en un relleno sanitario autorizado.

En el Filtro Prensa, en la cara de cada bandeja va montada una membrana filtrante. El lodo se impulsa al filtro prensa mediante conductos, llegando a través de orificios en las bandejas a los huecos entre las bandejas, hasta que dichas cavidades quedan llenas de lodo húmedo. El lodo queda así entre las dos membranas filtrantes de cada cavidad. El agua puede salir a través de las membranas pero no el lodo.

Las caras de las bandejas tienen nervios piramidales, de forma que al presionar el agua puede fluir entre las membranas y el fondo de las acanaladuras. Al ejercerse la presión sobre las bandejas, el lodo comprimido suelta el agua que pasa a través de las membranas dejando entre las telas una concentración de sólidos del 45 al 55%.

Al moverse el extremo móvil, se abre la separación entre cada dos bandejas, dejando salir la torta de lodos formada.

Con este sistema se alcanza una capacidad de filtración normal de 4 – 8 kg. M.S/m2

x h e incluso hasta 10 M.S/m2 x h con sequedad del 50%. El consumo eléctrico puede estimarse en 2 Kw x h/m3 de lodo a filtrar.

La presión normal suele ser de 15 bar (menor a 25 bar) formando tortas con espesores de 15 – 30 mm.

Existen filtros con placas de 2 m2, incorporando en una sola unidad hasta 400 m2. Los ciclos de filtrado varían de 1.5 a 6 horas.

Imagen 15: Filtro Prensa

Fuente: Catálogo FRONTA

Imagen 16: Placas usadas en Filtro Prensa

Fuente: Catálogo FRONTA

Imagen 17: Esquema de Funcionamiento de Filtro Prensa

Fuente: Catálogo FRONTA

CONCLUSIONES

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1. En la PTAR Nestlé Cajamarca, se realizan las etapas de tratamiento preliminar, tratamiento físico químico, quedando el efluente aun con carga orgánica por encima de los Estándares de Calidad del Agua permitidos por la autoridad competente.

2. Queda demostrado que debe realizarse un tratamiento biológico, preliminarmente se había realizado el siguiente cálculo:

DBO / DQO = 1595/ 2120 = 0.7523 Con lo queda justificado el TRATAMIENTO BOLÓGICO

3. Después de haber analizado los datos obtenidos In Situ en la PTAR Nestlé Cajamarca, respecto a la DBO tanto en el afluente como en el efluente, concluimos que existen valores por encima de los Valores Máximos Permisibles que proporciona el ANA (Autoridad Nacional del Agua) a través de los ECA´s, lo que obliga a un replanteamiento del tratamiento de los Riles generados por Nestlé – Cajamarca.

4. Actualmente la PTAR Nestlé Cajamarca, tiene un efluente del orden promedio de 134 mg/l, para un volumen diario a tratar (16 m3/h = 384 m3/día), se tiene una carga orgánica de 38,4 kg/día.

RECOMENDACIONES:

1. Se recomienda continuar con la implementación de la etapa de Tratamiento Biológico, esto se fundamenta en que actualmente la descarga del efluente al Rio Chonta supera los Estándares de Calidad Ambiental (ECA´s) establecidos por el ANA para un Rio de Categoría III, que es al cual pertenece este rio.

2. El proceso Biológico a implementar deberá ser un Tratamiento Aeróbico, esto está fundamentado debido a que la DBO es menor a 1000 mg/l.

3. La etapa Aeróbica se lleva a cabo con presencia de oxígeno y con diferentes grupos de bacterias en determinadas condiciones físico químicas, su mecanismo de funcionamiento son los mismos que se observan en los ecosistemas naturales. Esto implica que su complejidad es mayor que la que le corresponde al tratamiento físico químico.

4. Actualmente la PTAR Nestlé Cajamarca, tiene un efluente del orden promedio de 134 mg/l, para un volumen diario a tratar (16 m3/h = 384 m3/día), se tiene una carga orgánica de 38,4 kg/día.

5. El objetivo es diseñar la etapa de Tratamiento Biológico para obtener 15 mg/l en el parámetro de DBO (según exige el ECA´s), lo que implica una remoción del 88.8%.

Propuesta de Implementación

Reactor Biológico de Lodos Activados

El proceso de lodos activados es el proceso de más amplio uso para el tratamiento de Riles con aporte de materia orgánica. Los sistemas de lodos activados más utilizados son aireación extendida (o lodos activados de baja carga); convencional (o lodos activados de carga media), lodos activados de alta carga y zanjas de oxidación. Cada uno de estos sistemas presenta ventajas y desventajas ya sea en términos de inversión, costo de operación, espacio, mantención, supervisión y control y estabilidad del proceso frente a cambios en la calidad del Ril.

El principio básico del proceso consiste en que las aguas residuales se pongan en contacto con una población microbiana mixta, en forma de suspensión floculenta en un sistema aireado y agitado. La materia en suspensión y la coloidal se eliminan rápidamente de las aguas residuales por adsorción y aglomeración en los flóculos microbianos.

El proceso oxidativo suministra la energía necesaria para la operación de los procesos de adsorción y asimilación. Una vez que se alcanza el grado de tratamiento que se desea, la masa microbiana floculenta conocida como "lodo", se separa del agua por sedimentación en un proceso posterior. Los lodos decantados, son transportados hacia la sentina de lodos y desde aquí, una fracción es recirculada al reactor biológico, esto con la finalidad de mantener la concentración de solidos volátiles en el licor de mezcla necesaria para l degradación del agua residual y de esta manera permitir la remoción de altos niveles de remoción de carga orgánica.

Con el sistema de lodos activados se encuentran eliminaciones del DBO5 entre un 85% a 92% de remoción, dependiendo de la modalidad a seleccionar.

Los reactores biológicos pueden ser rectangulares, circulares o en canal, la profundidad del reactor depende de los sistemas de aireación y agitación recomendados.El reactor biológico esta dotado de un conducto de entrada de lodos, de una extracción de lodos, de la eliminación de sobrenadantes, de incorporación de aire. El funcionamiento de incorporación y extracción de lodos suele ser de forma intermitente.

El reactor lleva dentro una cámara de aireación dentro del cual se colocará un sistema de tratamiento de aguas residuales acelerado biológicamente, que se realiza en unos compartimientos sumergidos fabricado en PVC, denominados Filtros Biológicos o Media. El volumen adecuado de Filtro Media a utilizar se calcula de acuerdo a la carga orgánica a remover.

En este proceso, un gran número de microorganismos se adhiere al Filtro Media formando una colonia bacteriana aeróbica, que entrega un alto grado de tratamiento al convertir las aguas residuales en líquidos tratados y gases inodoros e incoloros.

El aire es suministrado por el aireador, entrega el oxígeno requerido por los microorganismos para completar el proceso; y el mezclamiento ayuda a que toda el agua servida dentro del compartimiento entre en contacto directo con los microorganismos para su total tratamiento. Este proceso es más avanzado y más eficiente que el proceso de lodo activado aireación extendida. Algunas de sus ventajas son:

Disminuye la cantidad de sólidos suspendidos en el licor de mezcla Alto oxígeno disuelto Bajo DBO5

Baja sensibilidad a la temperatura Rápida recuperación a sobrecargas Maneja muy bien las cargas ”shock “

Imagen 18: Tratamiento Biológico

Fuente: Catálogo FRONTA

AIREADOR

Fuente: Catálogo FRONTA

Imagen 19: Válvula principal

Fuente: Catálogo FRONTA

Sedimentación

La sedimentación secundaria es, en el tratamiento biológico por lodos activados lecho fijo, el proceso unitario en el que la biomasa o “licor de mezcla” proveniente de un reactor (o estanque de aireación), es separada de la fase líquida del agua, generándose un sobrenadante clarificado y un lodo de fondo. El sobrenadante clarificado es evacuado por vertederos superficiales, en tanto el lodo sedimentado es recirculado al reactor.

Dependiendo del tipo de purga de lodos que se utilice, una fracción del lodo recirculado es purgada hacia la línea de tratamiento de lodos con la finalidad de mantener la concentración.

La forma más común de los sedimentadores secundarios es circular y en menor medida rectangular, estos se equipan con barredor de fondo (que permite una mejor separación de la biomasa del agua, a la vez que impulsa el lodo sedimentado hacia la zona de extracción) y recolector superficial de espumas.

El fondo de los sedimentadores circulares tiene una leve pendiente (típicamente de 1/12), con la que se logra desplazar los lodos sedimentados con ayuda de los barredores.

Desinfección

La mayor parte de los sistemas de tratamiento de aguas residuales, entregan un efluente clarificado libre de sólidos, pero no libre de elementos patógenos (bacterias, virus, etc.). Para la eliminación de estos microorganismos patógenos es necesaria la desinfección del efluente ya tratado.

Para realizar la desinfección, el efluente de la cámara de sedimentación se dirige hacia la cámara de contacto, la cual, en su línea de ingreso, cuenta con una inyección de hipoclorito de sodio al 10% de cloro activo.

El objetivo, es suministrar de manera continua hipoclorito de sodio hacia la cámara de contacto, utilizando una bomba dosificadora. En esta cámara de contacto el agua tratada permanece en forma quieta durante un tiempo de 30 minutos.

De este modo, la desinfección de las aguas tratadas, se logra de una forma eficaz, entregando un efluente que cumple con la normativa ambiental vigente y puede ser dispuesto en cualquier curso de agua superficial.

Diagrama 04: diagrama propuesto para la PTAR Nestlé – Cajamarca

Fuente: Elaboración propia

Propuesta a implementar