Tratamiento de aguas residuales de matadero y procesamiento de carne

• 1. Producción de aguas residuales en un matadero y en procesamiento de carne
• 2. Composición de las aguas residuales de mataderos y procesadores de carne
• 3. Tecnologías para el tratamiento de aguas residuales de matadero
  • 3.1. Pretratamiento
  • 3.2 Tratamiento físico-químico
    • 3.2.1. Coagulación-floculación
    • 3.2.2. Flotación por aire disuelto
  • 3.3 Tratamiento biológico
    • 3.3.1. Tratamiento anaerobio
    • 3.3.2. Tratamiento aerobio
    • 3.3.3. Humedales artificiales
• 4. Diseño de un planta para el tratamiento de efluentes residuales en un matadero
• 5. Reutilización de aguas residuales en un matadero
  • 5.1  Tratamiento avanzado de filtración
  • 5.2 Desinfección adicional
  • 5.3 Procesos de oxidación avanzados
  • 5.4 Tratamiento de nutrientes
• 6. Rendimientos de las tecnologías

1. Producción de aguas residuales en un matadero y en procesamiento de carne

En un matadero, así como en las instalaciones de empresas procesadoras de carne, las aguas residuales se generan principalmente debido a las actividades de procesamiento de animales y la limpieza de equipos y áreas de trabajo. Estos son algunos de las actividades en las que se producen las aguas residuales:

• Sacrificio de animales: Durante el proceso de sacrificio, se utiliza agua para el lavado de animales antes de su procesamiento. Esta agua puede contener restos de sangre, grasa y otros materiales biológicos.
• Lavado de equipos y áreas de trabajo: Después del sacrificio y el despiece de los animales, se requiere una limpieza regular de los equipos y las áreas de trabajo para mantener los estándares de higiene. Esto implica el uso de agua para enjuagar los utensilios, las mesas de trabajo, los pisos y otros espacios.
• Procesamiento de subproductos animales: Los mataderos pueden procesar subproductos animales como vísceras, huesos, grasas y otros tejidos. Durante este proceso, se pueden generar aguas residuales debido al lavado y la limpieza de estos materiales.
• Tratamiento de pieles: En algunos mataderos, las pieles de los animales pueden someterse a procesos de curtido y tratamiento para su posterior uso en la industria del cuero. Estos procesos implican el uso de agua y productos químicos, lo que puede resultar en aguas residuales con sustancias contaminantes.

Existen diferentes opciones para la descarga de las aguas residuales de matadero, entre las que se incluyen la descarga directa al medio ambiente, la descarga a una planta de tratamiento de aguas residuales municipales y la reutilización del agua tratada en áreas individuales. Cada opción de descarga requiere diferentes estándares de tratamiento, siendo la descarga directa y la reutilización las que requieren de estándares más estrictos.

Es importante que los mataderos implementen prácticas de gestión adecuadas para minimizar la generación de aguas residuales y tratarlas de manera responsable para proteger el medio ambiente.

3. Tecnologías para el tratamiento de aguas residuales de matadero y procesamiento de carne

Los métodos de tratamiento para las aguas residuales de procesamiento de carne incluyen una etapa de pretratamiento, tratamientos primario, secundario y terciario, así como otros tratamientos adicionales en caso de querer reutilizar las aguas tratadas y recuperar recursos valiosos. 

Algunas de las tecnologías más comúnmente empleadas incluyen:

3.1. Pretratamiento

Un paso absolutamente necesario en el pretratamiento de las aguas residuales de mataderos es la criba mecánica, que elimina impurezas de gran tamaño para evitar que ingresen a la planta de tratamiento. Sin cribado, el sistema puede obstruirse, lo que puede conllevar problemas en su funcionamiento y un deterioro a largo plazo del rendimiento del proceso.

El propósito del tratamiento preliminar es separar los sólidos y las partículas grandes de la porción líquida, consiguiendo eliminar hasta el 30% de la DBO.

Las operaciones unitarias más comunes para el tratamiento preliminar de las aguas residuales de matadero incluyen tamices y filtros. De esta manera, se retienen los sólidos grandes con un diámetro de 10-30 mm mientras que las aguas residuales pasan a través de ellos. Otros métodos de tratamiento preliminar incluyen la homogeneización y la igualación, así como la flotación, entre otros sistemas como las fosas de captación y los sedimentadores.

3.2 Tratamiento físico-químico

Después del pre-tratamiento, el efluente debe ser sometido a un tratamiento primario y secundario. Uno de los métodos más prácticos de tratamiento primario para las aguas residuales de mataderos es la flotación por aire disuelto (DAF), gracias a la cual se reducen grasas, aceites, materia suspendida y DBO]. Estos son los métodos de tratamiento fisicoquímico más comúnmente utilizados.

3.2.1. Coagulación-floculación

En el proceso de coagulación, las partículas coloidales en las aguas residuales de mataderos se agrupan en partículas más grandes llamadas flóculos. Las partículas coloidales en las aguas residuales de mataderos tienen una carga negativa casi constante, lo que las hace estables y resistentes a la agregación. Por esta razón, se agregan coagulantes con iones cargados positivamente para desestabilizar las partículas coloidales y formar flóculos, facilitando así el proceso de separación. Los coagulantes más ampliamente utilizados son los coagulantes inorgánicos a base de metales, como el sulfato de aluminio, clorhidrato de aluminio, cloruro férrico, sulfato férrico y cloruro polialuminio, con eficiencias de eliminación de hasta el 80% para DBO, DQO y SST.

3.2.2. Flotación por aire disuelto

La tecnología de DAF se refiere al método de separación líquido-sólido mediante la introducción de microburbujas de aire. Esta tecnología se aplica a continuación de la coagulación – floculación.

En primer lugar, se ajusta el pH y luego se realiza la floculación del agua residual. Luego, el agua residual que contiene los flóculos formados ingresa al reactor de flotación para la separación de contaminantes. El principio básico de la flotación por aire disuelto implica la introducción de microburbujas de aire en el agua para flotar los flóculos que tienen una menor densidad que el líquido circundante, lo que permite que estos flóculos asciendan a la superficie y se separen del agua.

De esta forma, las grasas, aceites y sólidos suspendidos se desplazan hacia la superficie el sistema DAF creando una capa de lodo, que es eliminada de forma continuada por las palas raspadoras. El sistema de flotación funciona de manera automática y se adapta al flujo del agua residual del matadero.

La flotación por aire disuelto ofrece un gran rendimiento para las aguas residuales de matadero y procesamiento de carne, ya que elimina las sustancias suspendidas del agua residual con una alta eficiencia, de hasta el 99%.

Basándonos en nuestra amplia experiencia en la purificación de aguas residuales de mataderos, hemos optimizado nuestras plantas de flotación y realizado ciertos ajustes para este tipo especial de agua residual. Por lo tanto, logramos excelentes resultados de purificación:

Parámetro	COD	BOD	TSS	Grasa	Aceite	Fósforo	Sangre
Eficiencia máxima	85%	85%	95%	99%	98%	95%	90%

3.3 Tratamiento biológico

El tratamiento primario y los procesos fisicoquímicos no acostumbran a ser suficientes para acomodar las aguas residuales a los límites de descarga, por lo que es necesario un tratamiento secundario para eliminar los compuestos orgánicos solubles restantes del tratamiento primario.

El tratamiento biológico de las aguas residuales de mataderos es especialmente adecuado si hay menos sólidos en suspensión en las aguas residuales o si estos ya han sido eliminados previamente mediante flotación. Por lo tanto, es un tipo de tratamiento que puede ser instalado independiente, o como paso posterior a la flotación por aire disuelto. El factor decisivo es la fuente y la composición individual de las aguas residuales.

El tratamiento biológico de las aguas residuales de mataderos es un proceso natural que no requiere el uso de productos químicos. Las aguas residuales de los mataderos tienen un alto contenido orgánico. Por lo tanto, se desarrollan microorganismos que, con la adición controlada de oxígeno, descomponen los contaminantes biológicos.

Un tratamiento biológico bien optimizado puede obtener eficiencias de eliminación de materia orgánica y nutrientes de hasta el 90%

Clasificación de los sistemas de tratamiento biológico tradicionales

A grandes rasgos, los procesos biológicos pueden clasificarse en diferentes tipos de procesos aerobios y anaerobios, con la alternativa adicional de los humedales artificiales.

Estas son algunas consideraciones generales sobre cada uno de estos sistemas:

3.3.1. Tratamiento anaerobio

La digestión anaerobia es el proceso biológico más utilizado para el tratamiento de las aguas residuales de mataderos y procesamiento de carne debido a su eficacia en el tratamiento de efluentes industriales altamente concentrados, ya que los compuestos orgánicos son degradados por bacterias anaerobias en ausencia de oxígeno, produciendo biogás, una mezcla de CO2 y CH₄.

Los sistemas anaerobios tienen la ventaja de lograr una baja producción de lodo, un consumo energético bajo con posibilidad de recuperación de recursos y una alta eliminación de DQO.

Los procesos anaerobios típicos para el tratamiento de efluentes de procesamiento de carne comprenden el reactor anaerobio con tabiques, el digestor anaerobio, el filtro anaerobio, la laguna anaerobia, las fosas sépticas y el reactor de lodos anaerobios de flujo ascendente (UASB).

Sin embargo, el tratamiento anaerobio no alcanza los límites actuales de descarga. La estabilización completa de los compuestos orgánicos es difícil debido a la alta concentración de materia orgánica de las aguas residuales de matadero. Por lo tanto, se recomienda una etapa de tratamiento adicional para eliminar los compuestos orgánicos, los nutrientes y los patógenos que permanecen después del tratamiento anaeróbico.

Por otro lado, el tratamiento anaerobio requiere más espacio y un mayor tiempo de residencia para lograr una alta eficiencia de tratamiento general, lo que afecta a su viabilidad económica. Por estos motivos, es necesaria una combinación de procesos anaerobios y aeróbicos para gestionar de forma eficiente las aguas residuales generadas en el procesamiento de carne.

3.3.2. Tratamiento aerobio

Los procesos aerobios se emplean con frecuencia para la eliminación de nutrientes y el tratamiento posterior al tratamiento primario. El oxígeno requerido y el tiempo de tratamiento están directamente relacionados con la carga de contaminantes, lo que lo hace inadecuado como tratamiento primario, pero adecuado después del tratamiento anaerobio.

Existen muchas ventajas de utilizar procesos aerobios para el tratamiento de aguas residuales, incluyendo la baja producción de olores, la rápida tasa de crecimiento biológico y la capacidad de ajustarse rápidamente a cambios de temperatura y carga. Sin embargo, los costos operativos de los sistemas aerobios son más altos que los de los sistemas anaerobios debido a los requisitos de mantenimiento y energía para la oxigenación artificial.

Hay diferentes sistemas aerobios para el tratamiento de aguas de matadero, como los sistemas de lodos activados aerobios, los discos biológicos giratorios y los reactores secuenciales por lotes (SBR).

3.3.3. Humedales artificiales

Los humedales construidos artificialmente imitan los mecanismos de degradación de los humedales naturales para la descontaminación del agua, integrando procesos biológicos y fisicoquímicos a través de la interacción de vegetación, suelo, microorganismos y atmósfera para la adsorción, biodegradación, filtración, fotooxidación y sedimentación de compuestos orgánicos y nutrientes.

Los humedales construidos han mostrado eficiencia en la eliminación de compuestos orgánicos y nutrientes para diferentes vegetaciones, con eliminaciones máximas del 99%, 97%, 85% y 78% para DBO, DQO, SSV y NTK, respectivamente. Son métodos simples con bajos costos de operación y mantenimiento y un bajo impacto en el medio ambiente.

Ejemplos de reactores biológicos comúnmente ampliados en el tratamiento de aguas residuales provenientes de mataderos y procesadoras de carne:

3.4. Proceso FBR

El proceso FBR (‘flotation bio-reactor’) combina tres tecnologías:

• Un reactor biológico donde se lleva a cabo el tratamiento biológico en presencia de oxígeno, que puede estar precedido por fases anaerobias y/o anóxicas.
• Un sistema de clarificación DAF que permite obtener un agua perfectamente clarificada que puede ser vertida.
• Para garantizar que los procesos de separación posteriores ofrecen los resultados esperados, es necesario dosificar un polielectrolito de efecto floculante en un sistema de floculación. Opcionalmente puede adicionarse un coagulante para reducir valores como la turbidez y precipitar fósforo.

ES un sistema novedoso, que utiliza la flotación por aire disuelto como clarificación secundaria para mejorar el resultado de los sistemas tradicionales. El sistema SIGMA BIODAF – FBR (flotation biological reactor) emplea el sistema DAF para separar el fango activado del agua y alcanzar muy altas concentraciones de biomasa en el medio de reacción, de hasta 9000 mg/L MLSSV. Permite tratar caudales de 50 a 10000 m3/día y concentraciones de biomasa en el reactor de 2000 a 9000 mg/L MLSSV.

Gracias a nuestros sistemas de bioflotación FBR se consiguen lodos con un contenido de sólidos secos 3 o 4 veces superior a cualquier sistema convencional.

La combinación de estas tecnologías permite obtener un agua perfectamente clarificada que puede ser vertida cumpliendo las normativas de descarga. Por otra parte, se produce un lodo que en parte se recirculará al reactor biológico para mantener una concentración de biomasa estable y en parte se extrae como purga.

3.5. Sistema biológico de lecho fijo

Las aguas residuales de los mataderos suelen caracterizarse por una buena relación entre N (nitrógeno) y DQO (demanda química de oxígeno) después del pretratamiento. Por lo tanto, los procesos de tratamiento biológico con nitrificación y desnitrificación son especialmente adecuados. Por lo general, no se necesitan agentes adicionales para la desnitrificación, siempre que no se produzca una degradación previa de los compuestos de carbono.

Un reactor biológico de lecho fijo en cascada es un proceso confiable y robusto que puede manejar sobrecargas y subcargas sin problemas. Es un sistema testeado con éxito en plantas de procesamiento de carne, que ofrece unos resultados sobresalientes para la eliminación de DQO, DBO5, fósforo, nitrógeno y amoníaco de las aguas residuales del matadero.

Los estándares de purificación que se han conseguido en diversos proyectos en la industria de procesamiento de carne son los siguientes:

Parámetro	DQO	DBO	Nitrógeno amoniacal	N	Fósforo
Valor (mg/L)	<100	<10	<5	<3	<1

4. Diseño de un planta para el tratamiento de efluentes residuales en un matadero

El diseño de una planta para el tratamiento de aguas residuales puede variar en función de una gran variedad de factores. A pesar de ello, la mayoría de plantas seguirán algunas, o todas, de las siguientes etapas de tratamiento:

• Recepción y pretratamiento: La planta debe contar con una instalación para recibir y almacenar las aguas residuales antes de su tratamiento. Esto puede incluir un sistema de rejillas o tamices para la eliminación de sólidos gruesos y una trampa de grasa para retener las grasas y aceites.
• Tanques de ecualización: Los tanques de ecualización se utilizan para regular el flujo y la carga de las aguas residuales. Ayudan a estabilizar las variaciones en el caudal y la composición de las aguas residuales antes de su tratamiento.
• Tratamiento primario: Dependiendo de la composición de las aguas residuales, puede ser necesario implementar procesos físico-químicos, como la coagulación, la floculación o la precipitación, para remover sólidos suspendidos, grasas, aceites y otros contaminantes.
• Tratamiento secundario: Se pueden utilizar reactores biológicos, como reactores de lodos activados o lagunas aerobias, para el tratamiento de la materia orgánica presente en las aguas residuales. Estos sistemas emplean microorganismos para descomponer la materia orgánica y reducir la carga contaminante.
• Sedimentación y separación: Después de los procesos de tratamiento, se pueden utilizar sedimentadores o clarificadores para permitir la separación de los sólidos sedimentables y clarificar el agua tratada antes de su descarga o reutilización.
• Desinfección: Para eliminar patógenos y microorganismos, se puede utilizar un sistema de desinfección, como cloración, radiación ultravioleta (UV) o ozonización.
• Tratamiento de lodos: Los lodos generados durante el proceso de tratamiento también deben ser gestionados adecuadamente. Esto puede incluir la deshidratación de los lodos y su disposición final, como la aplicación agrícola o su eliminación segura.

Además, es esencial considerar aspectos como la adecuada ventilación, la seguridad y el cumplimiento de las normativas ambientales en el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de un matadero. Es recomendable consultar con expertos en ingeniería y tratamiento de aguas residuales para diseñar una planta que cumpla con los requisitos específicos del matadero y las regulaciones locales.

5. Reutilización de aguas residuales en un matadero

El consumo de agua de red varía considerablemente en el sector de procesamiento de carne, y un matadero típico genera una gran cantidad de aguas residuales provenientes del proceso de sacrificio y limpieza de las instalaciones. Por estos motivos, la reutilización del agua y la recuperación de subproductos valiosos de los efluentes del procesamiento de carne son una tendencia al alza en el sector agro-alimentario.

Cada vez nos encontramos con más empresas que exigen procesos de tratamiento más sofisticados que generen un efluente tratado de alta calidad y que permitan la recuperación de nutrientes y fertilizantes, así como la producción y explotación de biogás.

Las aguas residuales tratadas de un matadero pueden ser reutilizadas para diversos fines, dependiendo de la calidad del agua tratada y los requisitos específicos. Algunas de las posibles formas de reutilización incluyen:

• Riego agrícola: El agua tratada puede ser utilizada para el riego de cultivos agrícolas, siempre y cuando cumpla con los estándares de calidad y los requisitos regulatorios establecidos para la protección de la salud humana y ambiental.
• Uso industrial: En ciertos casos, el agua tratada puede ser utilizada en procesos industriales que no requieren agua potable, como enfriamiento de equipos, limpieza industrial o actividades de manufactura que no implican contacto directo con alimentos o personas.
• Agua de proceso interno: El agua tratada puede ser reutilizada dentro del matadero para tareas de limpieza, lavado de equipos, inodoros u otros usos no potables que no requieran agua potable de calidad.

Es importante tener en cuenta que la reutilización del agua tratada debe cumplir con los requisitos y regulaciones locales, y ser gestionada de manera responsable para garantizar la protección de la salud humana y del medio ambiente. Se requiere un monitoreo constante de la calidad del agua tratada y un diseño adecuado del sistema de tratamiento para garantizar que se cumplan los estándares de calidad requeridos para la reutilización.

Generalmente se requiere tecnología adicional y un tratamiento más avanzado para asegurar que el agua residual tratada cumpla con los estándares necesarios para su reutilización. Algunos procesos comunes que pueden ser aplicados para mejorar la calidad del agua y permitir su reutilización incluyen:

5.1 Tratamiento avanzado de filtración

El uso de tecnologías de filtración más fina, como la filtración por membranas (como la ósmosis inversa o la ultrafiltración), puede ayudar a eliminar partículas suspendidas, materia orgánica y algunos contaminantes químicos presentes en el agua residual tratada.

Los procesos de membrana son una alternativa para el tratamiento de los efluentes de procesamiento de carne en los que se pretende reutilizar el agua tratada. Existen diferentes procesos de membrana, como la microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) y ósmosis inversa (OI), que ofrecen eficiencias generales de hasta el 90% en la eliminación de partículas, coloides, macromoléculas, materia orgánica y patógenos.

Un aspecto a tener en cuenta en los procesos de membrana es el ensuciamiento de las mismas durante el tratamiento de aguas residuales, ya que es imprescindible un adecuado mantenimiento y protocolo de sustitución para garantizar la eficacia del proceso.

5.2 Desinfección adicional

Además de los procesos de desinfección utilizados en el tratamiento convencional, como la cloración o la radiación UV, pueden ser necesarios métodos de desinfección más rigurosos, como la desinfección por membranas, la cloración avanzada o la irradiación con luz ultravioleta de alta intensidad, para asegurar la eliminación efectiva de patógenos y microorganismos.

5.3 Procesos de oxidación avanzados

Algunos contaminantes químicos persistentes en el agua residual pueden requerir procesos de oxidación avanzados, como la ozonización o la oxidación avanzada con peróxido de hidrógeno para su eliminación.

Los procesos de oxidación avanzada son una opción de tratamiento complementaria tras llevarse a cabo el tratamiento primario y secundario de las aguas residuales de mataderos, que muestra una excelente eficiencia para la degradación de la materia orgánica y el reúso del agua. Existen diversos procesos entre los que se incluyen la radiación gamma, ozonización, tecnología de ultrasonido (UST), UV/H2O2, UV/O₃ y fotocatálisis, entre otros, que destacan por su alta velocidad de reacción y un tiempo de tratamiento muy bajo.

La desinfección es otro beneficio de los procesos de oxidación avanzada, que pueden inactivar patógenos sin necesidad de añadir productos químicos adicionales, como sucede con otros métodos de desinfección, como la cloración, evitando así la formación de subproductos peligrosos.

La fotocatálisis utilizando procesos basados en foto-Fenton, así como la fotooxidación mediante UV/H2O2, son los procesos de oxidación avanzada más comúnmente utilizados para el tratamiento de las aguas residuales de mataderos. Aunque estos procesos suelen ser costosos si se aplican solos, se pueden alcanzar eficiencias de eliminación superiores al 90% para los efluentes secundarios de las aguas residuales de mataderos en cuanto a TOC (carbono orgánico total) y DQO (demanda química de oxígeno) como método de post-tratamiento.

5.4 Tratamiento de nutrientes

Dependiendo de los requerimientos de calidad del agua reutilizada y las regulaciones locales, puede ser necesario implementar procesos de eliminación de nutrientes, como la desnitrificación y la eliminación de fósforo, para prevenir la eutrofización y proteger la calidad del agua receptora.

Es importante destacar que el diseño y selección de las tecnologías adicionales de tratamiento dependen de la calidad inicial del agua residual, los estándares de calidad para la reutilización, los requisitos locales y las necesidades específicas del matadero. Se recomienda consultar con expertos en tratamiento de aguas residuales y cumplir con las regulaciones locales para determinar las tecnologías adecuadas y garantizar una reutilización segura y sostenible del agua tratada.

6. Rendimientos de las tecnologías

La siguiente tabla incluye las tecnologías más commúnmente utilizadas para el tratamiento de aguas residuales generadas en mataderos y otras plantas procesadoras de carne.

Se presta especial atención a la eliminación de compuestos orgánicos y nutrientes, en términos de parámetros generales como DBO, DQO, TOC, nitrógeno total (TN) y fósforo total (TP). Como se puede apreciar, las eficiencias en el tratamiento varían ampliamente y dependen de factores como las características de las aguas residuales, el tiempo de tratamiento, o la concentración de residuos, entre otros.

Tecnología	HRT (h)	BODIN (mg/L)	CODIN (mg/L)	TOCIN (mg/L)	TNIN (mg/L)	BODREM (mg/L)	CODREM (mg/L)	TOCREM (mg/L)	TNREM (mg/L)
EC	1	1123	2171	–	148	–	85	–	–
ABR-AS-AOP	41	4635	–	1200	841	100	–	100	82
SBR	96	–	6580	–	3321	–	81	–	95
AF	46	–	15800	–	–	–	60	–	–
AL	48	5088	9216	–	343	73	59	–	–
SBR	12	–	356	–	175	–	–	–	91
EC	1	1950	3337	–	–	–	78	–	–
SBR	161	4240	6057	1436	576	–	98	–	98
AF	24	–	88	–	–	–	80	–	90
AD	2640	–	18600	–	5200	–	–	–	66
MF	48	–	480	183	115	–	91	45	45
UST-AF-UF	144	–	3000	–	–	–	96	–	–
CW	28	–	468	–	61	–	60	–	46
UF-RO	160	–	7970	–	–	–	80	–	–
AD-AOP	723	658	1494	513	181	98	98	97	31
ABR-AS-AOP	55	1635	2000	1200	841	100	99	100	85
ABR-AS-AOP	10	1831	2043	1691	866	100	99	100	90