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01 Julio 2021

Tratamiento de aguas residuales de la industria de curtidos. Aplicación de tecnologías Sigma DAF

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1. Introducción: curtidurías y aguas residuales

Foto de varias muestras de pieles animales procesados y tratados sobre una mesa de trabajo, para la elaboración industrial de artículos de cuero.

Hoy en día, la producción y comercio del cuero presenta una muy fuerte actividad económica en el mundo, en constante dinámica y aumento del movimiento de exportaciones. Los principales mercados se sitúan en España, México, Corea y Estados Unidos, representando alrededor del 75% del total de exportaciones en el mundo.

De entre ellos, España es el que presenta mayor crecimiento, contando con más de 250 industrias, de las cuales el 60% se localizan en Cataluña y el 35% en Valencia, Murcia y Madrid.

La industria europea de curtidos consume alrededor de dos millones de toneladas de piel animal y cueros al año.

El CURTIDO es el proceso de tratamiento y transformación de la piel de diversos animales en CUERO. Este proceso permite evitar el deterioro por las condiciones ambientales y la acción degradante de microbios, hongos, insectos y otras formas de vida microscópicas.

El proceso consiste principalmente en la adición a las pieles de una serie de productos curtientes: sales de cromo y/o taninos vegetales. Estos productos penetran en la piel y se fijan en su estructura bloqueando reacciones químicas y biológicas de degradación, acrecentadas por la humedad, obteniendo una estructura inerte y resistente a estos procesos.

Tras el separado de la piel del animal sacrificado, esta se trata generalmente con sal para evitar la putrefacción y conservarse hasta el momento de su procesado. El curtido se lleva a cabo en una secuencia de etapas, en discontinuo, en las que el consumo de agua es muy elevado, generándose gases contaminantes, efluentes líquidos contaminados y residuos sólidos, siendo el efluente líquido el más contaminante y abundante.

Las cuatro etapas principales del curtido son:

  • Ribera: remojos, separación de pelaje, desencalado y rendido.
  • Curtición: piquelado y curtido al cromo.
  • Post-curtición: repetición de la anterior etapa para mejora del tratamiento.
  • Acabado: teñido, secado y acondicionamiento.

Los dos residuos principales generados en los procesos de curtido son los RESIDUOS SÓLIDOS y las AGUAS RESIDUALES.

Residuos sólidos:

Estos residuos consisten en sal, virutas y recortes de piel curtida, fangos no tratados de la planta de tratamiento del agua residual, restos de productos químicos y sus envases, etc. Son productos que NO son valorizables (a excepción de los lodos tras un adecuado tratamiento como se describirá a continuación), y han de eliminarse en vertederos controlados, los cuales son otro problema ambiental.

Los subproductos no curtidos (recortes de piel cruda, pelos, lanas, grasas y sebos, carnazas, etc.) pueden derivarse a aplicaciones industriales como la fabricación de gelatina, colas y colágeno.

Aguas residuales:

El consumo de agua está entre los 25 - 60 m3 por tonelada de piel fresca, y el rendimiento es de 500 kilogramos de cuero acabado por tonelada de piel. Dependiendo del proceso, único en cada industria, pueden llegar a emplearse más de 440 kilogramos de productos químicos por tonelada de piel. Estos productos químicos se disuelven en agua de proceso, lo que genera un efluente con muy alto contenido en carga orgánica y compuestos inorgánicos contaminantes (cromo, cloruros, amonio, sulfuros, sulfatos)

Existen dos opciones de recolección y tratamiento de aguas residuales: i) tratamiento individual del agua residual proveniente de cada una de las etapas, por separado, y especialmente diseñado según provenga de ribera, curtición o acabado; ii) mezcla y homogeneización de todos los vertidos de cada etapa y tratamiento conjunto del agua residual global, esta es la opción más empleada generalmente ya que implica la instalación de una sola planta de tratamiento de agua en lugar de una planta por vertido.

2. Caracterización de aguas residuales de curtidurías

Las aguas residuales típicas provenientes de las curtidurías presentan una muy alta concentración en carga orgánica (DQO) biodegradable y alto contenido en nitrógeno, ya que la piel se conforma de proteínas, queratinas, grasas, etc. Además, en el proceso de curtido se aplican compuestos orgánicos (curtientes, sintéticos, grasas, colorantes, etc.).

El agua también contiene compuestos inorgánicos (cromo, cloruros, amonio, sulfuros, sulfatos, etc., entre los cuales el cromo es el que presenta mayores concentraciones y problemática) y muy alto contenido en sales (en el proceso de curtido se emplean sales para la conservación de la piel, sulfuros, sal de cromo, etc.) lo que deriva en altos niveles de alcalinidad, con pH alrededor de 10 de un agua residual mezclada y homogeneizada. El contenido en aceites y grasas suele ser depreciable.

La composición característica de un agua residual homogeneizada proveniente de una industria de curtidos es la siguiente:

Tabla 1. Composición de efluentes homogeneizados de la industria de curtidos. Adaptado de Artiga 2005.

Parámetro (mg/L)

Efluentes generales

Efluentes previamente sometidos a recuperación de pelo, cromo y desulfuración

DQO

7000 - 8000

5000 - 5500

DBO5

4000 - 4500

3000 - 3500

NH3

200 - 250

<200

SS

3500 - 4000

2500 - 3000

Cr3+

200 - 300

80 - 100

S2-

200 - 250

<2

SO42-

1800

1800

Cl-

5000 - 6000

5000 - 6000

Las características de cada contaminante de estas aguas residuales pueden resumirse de la siguiente manera:

  • Sales: las sales y la alta conductividad que provocan no son fácilmente eliminables y dificultan el tratamiento biológico cuando están en exceso.
  • Materia orgánica: se encuentra en muy altas concentraciones, siendo mayoritariamente biodegradable. Un tratamiento biológico adecuadamente diseñado con un pre-tratamiento efectivo puede lograr la eliminación de hasta un 99% de la DQO.
  • Sulfuros: pueden eliminarse mediante un proceso de oxidación como parte del pre-tratamiento.
  • Nitrógeno total y nitrógeno amoniacal: provienen de la piel y de los productos en base amonio agregados durante el proceso de curtido. Se eliminan en el tratamiento biológico mediante nitrificación-desnitrificación.
  • Cromo: se encuentra mayoritariamente como Cr3+. Generalmente no afecta al tratamiento biológico, pero se recomienda su recuperación en el pre-tratamiento. El principal desafía del diseño del pre-tratamiento es seleccionar una tecnología apropiada para la reducción del cromo en el efluente.

En caso de que se diseñe una separación de las aguas de cada etapa de curtido, el tratamiento ha de ser adaptado según las características típicas de cada una, además esta separación facilita el tratamiento y aumenta el rendimiento de recuperación de componentes de interés y valor como es el cromo. Sin embargo, este método no es frecuente dado su coste de gestión respecto a tratar el agua residual homogeneizada.

Estas características varían según se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 2. Caracterización de los efluentes de cada etapa del proceso de curtido. Los valores se muestran en base a toneladas de cuero de vacuno crudo. Adaptado de Artiga 2005.

 

 

Ribera

Curtición

Post-curtición

Acabado

Total

Volumen (m3/ton)

20-25

1-3

3-8

1

24-37

DQO (kg/ton)

120-160

10-20

15-40

10

145-230

DBO5 (kg/ton)

40-60

3-7

5-15

4

48-86

SS (kg/ton)

70-120

5-10

10-20

5

85-155

Cr3+ (kg/ton)

-

2-5

1-2

-

3-7

S2- (kg/ton)

8-12

-

-

-

8-12

Nitrógeno (kg/ton)

10-20

-

1-2

-

11-22

Cloruros (kg/ton)

120-200

50-60

5-10

-

175-270

Sulfatos (kg/ton)

5-20

30-50

10-40

-

45-110

 

3.Tratamientos efectivos de aguas residuales de curtidurías

Los procesos más empleados en el tratamiento de aguas de curtidurías son PROCESOS FÍSICO-QUÍMICOS y TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS, y actualmente la tendencia se dirige a la utilización de TECNOLOGÍAS DE MEMBRANAS para permitir la reutilización en proceso del agua tratada.

Los compuestos inorgánicos presentes en el agua residual pueden tener efectos tóxicos e inhibidores para los microorganismos del tratamiento biológico, por lo cual se efectúa un pre-tratamiento físico-químicos para su eliminación.

Cuando no se separan las corrientes y se ha de tratar el agua residual mezclada y homogeneizada, los siguientes puntos son la base del diseño del tratamiento:

  • Alto contenido en cromo (mayoritariamente como Cr3+ aunque puede encontrarse ocasionalmente como Cr6+). Esto reduce la posibilidad de reutilizar y revalorizar el lodo generado en el tratamiento biológico.
  • Alta concentración ce carga orgánica. Si esta carga es demasiado elevada y el tratamiento biológico no alcanza el rendimiento requerido, se ha de instalar una etapa de post-tratamiento (generalmente se aplican tecnologías de membranas).
  • Alto contenido en sulfatos. Esto hace que la aplicación de un tratamiento biológico anaeróbico no sea recomendada. Una alternativa consiste en la aplicación de tecnologías de desulfuración incluidas en el pre-tratamiento.
  • Alto contenido en sólidos. Un diseño adecuado del pre-tratamiento puede reducir considerablemente los sólidos. Los procesos de coagulación-floculación y clarificación primaria (decantadores o equipos DAF disolved air flotation) son altamente eficaces en la eliminación de sólidos. Un adecuado diseño del pre-tratamiento permite proteger los equipos frente a estos sólidos y una reducción considerable de volumen de influente al tratamiento biológico, con el ahorro en equipos, espacio y energía que esto supone.

Si además de llevar a cabo el tratamiento del agua residual se desea emplear el clarificado final en reutilización se han de considerar los siguientes puntos:

  • Recuperación del cromo durante el pre-tratamiento. Un pe-tratamiento correctamente diseñado para este objetivo puede eliminar del agua entre un 95 – 100% de cromo. Si el cromo es eliminado, los lodos generados durante el tratamiento biológico pueden ser aplicados como fertilizantes.
  • La instalación de un tratamiento biológico anaeróbico permite la generación de biogás. Si se desea instalar este tipo de tratamiento, los sulfuros y sulfatos han de ser previamente eliminados. Tras el tratamiento anaeróbico, se ha de instalar un tratamiento de aireación para alcanzar la eliminación de carga orgánica que cumpla los límites de vertido.

El PROCESO FÍSICO-QUÍMICO consiste en el tratamiento del efluente homogeneizado mediante la adición de agentes precipitantes para la eliminación de cromo (hidróxido de sodio NaOH) coagulantes (cloruro de hierro FeCl3 o sales de aluminio) y floculantes (polielectrolitos).

3.1. Tratamientos físico-químicos para el pre-tratamiento

El pre-tratamiento de las aguas residuales provenientes de la industria de curtidos consiste generalmente en procesos físico-químicos, lo que permite la eliminación de sólidos, sulfuros, cromo, etc. para la mejora de la eficiencia del subsiguiente tratamiento biológico.

Las operaciones más utilizadas son las siguientes:

Homogeneización: mezclado uniforme de las corrientes de agua residual provenientes de las diversas etapas del proceso de curtido. Esto permite un caudal y concentraciones constantes del influente al tratamiento.

Desbaste: separación física de gruesos mayores mediante rejas y tamices.

Eliminación de sulfuros: se aplica oxidación con aire u otros oxidantes más potentes. La oxidación con aire es lenta y requiere de un catalizador para su aceleración, se lleva a cabo a pH alrededor de 11; pueden alcanzarse eficiencias de eliminación de sulfuros con concentraciones por debajo de 1 mg/L en el efluente. Otros agentes aplicados como oxidantes fuertes son: ácido hipocloroso HClO, cloro Cl2, peróxido de hidrógeno H2O2 y ozono O3.

Coagulación – floculación: además de partículas sólidas que sedimentan de forma natural, existen partículas coloidales y partículas que no sedimentan fácilmente, debido a su carga electrostática se repelen entre ellas manteniéndose en suspensión. Se aplican coagulantes para desestabilizar esta carga de forma que las partículas en suspensión y coloidales pueden precipitarse.

Ocasionalmente se puede aplicar un polielectrolito como floculante para aglomerar estas partículas precipitadas y formar flóculos de sedimentabilidad o flotabilidad mayor., lo que permitirá la optimización de la posterior etapa de clarificación. Además, esta precipitación permite la reducción de cromo, sulfatos y materia orgánica asociada a los sólidos separados, que consiste principalmente en material lentamente biodegradable que dificultaría el tratamiento biológico.

Los porcentajes de eliminación que pueden alcanzarse son >60% de DQO, >55% de DBO5, >30% de sulfatos y >95% de cromo. Los agentes coagulantes y precipitantes más aplicados actualmente son las sales de aluminio y hierro, principalmente cloruro de hierro FeCl3, cloruro de aluminio AlCl3 y sulfato de aluminio Al2(SO4)3 y bases precipitantes como hidróxido de calcio Ca(OH)2 o hidróxido de sodio NaOH. La eliminación de cromo con estos agente precipitantes y coagulantes requiere de un pH controlado alrededor de 7.5.

En algunos procesos de curtido no se aplica cromo, sino que se aplican taninos. Estas sustancias son difícilmente biodegradables y se eliminan en el pre-tratamiento mediante su precipitación con sales de aluminio o de hierro, pudiendo reducirse la DQO en aproximadamente un 50%.

Separación de sólidos mediante flotación: los sistemas de flotación mediante aire disuelto o DAF (‘dissolved air flotation’) son ampliamente utilizados en el pre-tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria de curtidos.

En un equipo DAF se lleva a cabo la flotación y sedimentación conjunta de las partículas y flóculos generados en el proceso de coagulación-floculación. El agua clarificada se presuriza y satura con aire disuelto, cuando esta corriente saturada entra en la cámara de flotación, ocurre la despresurización generando micro-burbujas de aire que arrastras hasta la superficie las partículas y flóculos que no tienen suficiente peso para sedimentar ni flotabilidad suficiente de forma natural, las partículas que tienen sedimentabilidad suficiente son acumuladas en el fondo de la unid DAF.

Estos equipos permiten extraer lodos flotados y sedimentados de muy alto contenido en sólidos (hasta un 5%) y obtener un clarificado de gran calidad.

Los lodos generados en un equipo DAF se dirigen a un tratamiento de deshidratación para el que existen diversas técnicas: centrifugación, filtración a presión, secado térmico o filtración al vacío.

Existen también unidades de decantación que permiten la separación de sólidos sedimentables, estos equipos no separan sólidos que no puedan sedimentar y ocupan mayor espacio que los clarificadores DAF.

Pre-tratamientos alternativos: existen otras tecnologías capaces de lograr rendimientos considerables en la eliminación de cromo, sulfuros y sólidos, sin embargo, son tecnologías menos aplicadas por su alto coste: intercambio iónico, adsorción en carbón activado…

Aplicación combinada de coagulación–floculación y flotación DAF: Tecnología ofrecida por SIGMA

Esta secuencia permite la separación de contaminantes mediante coagulación-floculación y la eliminación de los flóculos y sólidos flotables mediante la aplicación de un sistema DAF.

Los flóculos formados en el proceso de coagulación-floculación disponen de un tamaño ideal para ser separados del agua en una unidad de flotación mediante aire disuelto SIGMA DAF. La tecnología DAF desarrollada por SIGMA combina los principios de flotación por aire disuelto y sedimentación con un diseño óptimo del equipo.

SIGMA ofrece diversos diseños para el proceso de coagulación-floculación: proceso por tanques agitados o proceso en continuo SIGMA PFL.

La tecnología SIGMA DAF constituye un proceso de separación eficaz y robusto para aceites, grasas, coloides, iones, macromoléculas, microorganismos y fibras.

La secuencia de coagulación-floculación seguido de DAF es un concepto muy común y ampliamente empleado en el tratamiento de aguas residuales de la industria de curtidos y ha demostrado a lo largo de los años ser eficiente en rendimiento y en costes, tanto operacionales como de consumo de químicos y energía cuando está correctamente diseñado. Es un pretratamiento eficaz y robusto para el tratamiento de aguas residuales industriales en general.

Durante el tratamiento DAF, se introduce aire comprimido en una corriente de recirculación del clarificado, se disuelve en el medio líquido y, posteriormente, genera burbujas de 30 a 50 µm cuando se libera a través de un cabezal de dispersión en la cámara de flotación. Las partículas coaguladas y floculadas se adhieren a las burbujas y flotan en la parte superior de la unidad DAF, donde se eliminan de forma mecánica.

La materia sedimentable desciende hasta el compartimento de sedimentos en el fondo de la unidad DAF y es descargada por un sistema de extracción de lodos, generalmente de tornillo sinfín.

SIGMA también ofrece equipos de tratamiento de los lodos recogidos.

El agua clarificada abandona la unidad DAF mediante un sistema ajustable de sobrenadante. Parte de esta corriente de agua clarificada será redireccionada por la bomba de recirculación para entrar en el sistema de compresión y saturación de aire.

La tecnología DAF de SIGMA se usa actualmente con eficacia en otras áreas de aplicación como tratamiento de agua potable, tratamiento terciario de aguas residuales, espesamiento de lodos, recuperación de residuos de retrolavado de filtros y pretratamiento de agua de mar para desalinización.

SIGMA ofrece una amplia gama de equipos de flotación DAF, especialmente diseñados en función del caudal a tratar y los requerimientos de espacio, desde equipos que pueden tratar caudales de 5 m3/h a equipos que pueden tratar 1.000 m3/h, también se ofrecen equipos compactos. La capacidad de tratamiento de los equipos SIGMA DAF abarca rangos de carga contaminante de hasta 40 kg de sólidos por superficie de flotación.

Disponemos de una amplia gama de equipos de alto rendimiento adecuados a diferentes caudales, cada equipo es especialmente diseñado dependiendo del caudal a tratar y sus características:

  • SIGMA DAF FPAC: para caudales entre 5 y 160 m3/h de muy alta carga de sólidos. Es un sistema de flujo transversal y alto rendimiento. 

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Render del equipo DAF-FAPC para el tratamiento de caudales de agua entre 5 y 160 m3/h de bajas a medias cargas de sólidos.

Figura 1. Equipos SIGMA DAF FPAC.

  • SIGMA DAF FPBC: para caudales entre 10 y 250 m3/h de bajas a medias cargas de sólidos. El equipo aplica flujo en contracorriente y presenta un alto rendimiento.

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Render del equipo DAF-FPBC para el tratamiento de caudales de agua entre 10 y 250 m3/h de bajas a medias cargas de sólidos.

Figura 2. Equipos SIGMA DAF FPBC.

  • SIGMA DAF FPHF: para caudales entre 200 y 1000 m3/h y gran contenido en sólidos en suspensión. Se utiliza una combinación de flujo contracorriente y flujo transversal para un rendimiento óptimo.

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Render del DAF- FPHF para el tratamiento de aguas residuales industriales con caudales entre 200 y 1000 m3/h con gran contenido de sólidos en suspensión.

Figura 3. Equipos SIGMA DAF FPHF.

  • COMPACT DAF: equipos compactos instalados en skid, en ellos se unifica el sistema de coagulación-floculación y el DAF, permitiendo un ahorro de espacio y consumo energético.

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Render del DAF- FPAC Compact para el tratamiento de aguas residuales industriales, diseño compacto con alto rendimiento.

Figura 4. Equipos SIGMA COMPACT DAF.

Se ha demostrado que la tecnología DAF, acompañada de una química de coagulación-floculación correctamente diseñada, es eficaz para eliminar grasa, aceites, sólidos en suspensión, turbidez, color, algunas bacterias, materia orgánica, materia orgánica recalcitrante, metales pesados y otros contaminantes.

Las ventajas de los sistemas SIGMA DAF incluyen:

  •  Alta calidad del agua tratada.
  • Rápida puesta en marcha.
  • Operación de alta velocidad.
  • Lodos más espesos (menor producción de volumen lodos).
  • Footprint reducida.
  • Fácil de operar.
  • Tecnología conocida y robusta.
  • Sistemas de control sencillos, adaptables y eficaces.

La mejor combinación de productos químicos para las etapas de coagulación-floculación y correspondiente ajuste de pH, debe diseñarse en base al análisis del agua residual, aplicando ensayos Jar-Test a las muestras de cada agua residual.

AGUASIGMA ofrece realizar estos análisis y diseñar el proceso de coagulación-floculación y ajuste de pH y el equipo DAF, su construcción, instalación y puesta en marcha. En nuestro laboratorio SIGMA LAB podemos realizar ensayos Jar-Test para analizar un amplio rango de aguas residuales.

Si desea más información respecto a nuestros servicios no dude en ponerse en contacto con nosotros a través del formulario mostrado a la derecha, escribiéndonos un correo o llamándonos.

3.2. Tratamiento biológico

Actualmente la mayoría de las plantas tienen como base un TRATAMIENTO BIOLÓGICO tras la homogeneización y pre-tratamiento físico-químico. El tratamiento biológico, una vez se han eliminado agentes inhibidores y tóxicos, presenta una alta eficiencia ya que casi la totalidad de la materia orgánica presente en las aguas residuales es biodegradable.

Las aguas residuales provenientes de procesos de curtidos presentan materia orgánica muy fácilmente biodegradable, por tanto el tratamiento biológico será altamente efectivo siempre y cuando el pre-tratamiento haya sido adecuadamente diseñado para la eliminación de los agentes inhibidores descritos anteriormente.

Pueden emplearse tratamientos aeróbicos o anaeróbicos.

Sistemas aeróbicos: el más aplicado es un sistema sencillo de lodos activados, este sistema puede consistir en una secuencia de reactores anóxico (ausencia de oxígeno) y aeróbico (introducción de oxígeno) para llevar a cabo, mediante reacciones biológicas realizadas por microorganismos, la eliminación de DQO y nitrógeno. Este tratamiento puede diseñarse en continuo en uno o varios reactores o de forma secuencial como un sistema SBR (‘sequencing batch reactor’).

Esquema del tratamiento biológico de lodos activos en continuo, mediante una combinación de reactores anóxico – aeróbico.

Figura 5. Tratamiento biológico de lodos activos en continuo mediante una combinación de reactores anóxico – aeróbico para la eliminación de DQO y nitrógeno. Adaptado de Artiga 2005.

Gráfico con las etapas de funcionamiento de un reactor biológico SBR para la eliminación de DQO y nitrógeno, desde el llenado hasta el vertido.

Figura 6. Etapas de funcionamiento de un reactor biológico SBR para la eliminación de DQO y nitrógeno.

Sistemas anaeróbicos: los sistemas anaeróbicos soportan muy elevadas concentraciones de DQO y DBO5 y además permiten la generación de biogás, un gas de alto valor energético resultante del proceso biológico de eliminación de materia orgánica biodegradable en ausencia de oxígeno.

Los reactores más comúnmente empleados en el tratamiento de aguas residuales de curtidurías son los UASB (‘Upflow anaerobic sludge blanket’ o reactor anaeróbico de flujo ascendente y lecho). Estos reactores son equipos compactos de alto rendimiento donde, en una misma unidad, se lleva a cabo la eliminación de DQO, recogida del biogás y separación de sólidos.

La principal desventaja de los sistemas anaeróbicos es su alta sensibilidad a sustancia tóxicas y que la reducción de DQO alcanza hasta no más de un 60%, por lo que requiere de un pre-tratamiento muy bien diseñado y de un tratamiento biológico aeróbico posterior.

Esquema de los reactores anaeróbicos de flujo ascendente y lecho de lodo, adaptado de Bernardino S. 2019

Figura 7. Reactores UASB. Adaptado de Bernardino S. 2019.

Se recogen en la siguiente tabla los porcentajes de eliminación generales resultantes de la aplicación de diferentes series de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales de la industria de curtidos:

Tabla 3. Eliminación estimada de parámetros de aguas residuales provenientes de la industria de curtidos según el tratamiento aplicado. Adaptado de European IPPC Bureau.

 DQODBO5SSCromoSulfuroNTK
Pre-tratamientos
Flotación de grasas20-40-----
Oxidación de sulfuro10---90-
Precipitación de cromo---90-99--
Combinaciones de pre-tratamientos
Homogeneización + sedimentación25-3525-3550-7020-30-25-35
Homog. + físico-químico + sedimentación50-6550-6580-9020-502-1040-50
Homog. + físico-químico + flotación*55-7555-7580-9520-502-540-50
Tratamiento biológico (pre-tratamiento + …)
… aireación85-9590-9790-98--50
… anoxia - aireación85-9590-9790-98--80-90
… anaeróbico UASB65-7560-7050-80--20-30

3. Gestión y tratamiento de lodos

La forma más adecuada para el tratamiento de lodos depende de la disponibilidad de espacio, usos a los que se pretende destinar el lodo, etc. Los lodos provenientes de aguas residuales de la industria de curtidos contienen entre un 60 – 70% de materia orgánica y un 3 – 5% de nitrógeno, su contenido en potasio es despreciable.

Antes del tratamiento se ha de someter el lodo a deshidratación para facilitar su transporte reduciendo su volumen. Se utilizan generalmente equipos como:

  • Filtros de bandas
  • Filtros prensa
  • Decantadores centrífugos

Donde se aplican sales y/o polielectrolitos para acondicionar el lodo.

Para el tratamiento final de los lodos se utilizan varios procesos:

  • Digestión anaeróbica: permite además la obtención de biogás junto con el lodo digerido.
  • Aplicación en agricultura: se permite su aplicación directa siempre y cuando se cumplan las restricciones legales de contenido en pesticidas, patógenos, metales pesados y otros contaminantes.
  • Compostaje aeróbico: generación de abono orgánico, también ha de cumplir los requisitos legales.
  • Tratamiento térmico: para ello se puede aplicar incineración, gasificación o pirólisis. Estos métodos permiten la recuperación de energía.

3.4. Tratamientos avanzados con membranas

Los procesos típicos de pre-tratamiento y tratamiento biológico son efectivos en la eliminación de sulfuros, cromo, carga orgánica, nitrógeno y sólidos en suspensión, pero el efluente aún contiene gran cantidad de sales y sólidos disueltos (sodio Na+, cloro Cl-, sulfato SO42-, calcio Ca2+, magnesio Mg2+) e impurezas recalcitrantes.

No es posible reutilizar el agua tratada si no se eliminan estos contaminantes. En industrias de muy alto consumo de agua es cada vez más necesaria la implementación de un MODELO CIRCULAR que permita reutilizar el agua residual tratada en el proceso. Las tecnologías que permiten la eliminación de estos contaminantes y la reutilización del agua son la MEMBRANAS.

La tecnología de membranas puede incluirse en el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria de curtidos desde dos puntos de vista diferentes:

a) aplicando membranas de filtración como post-tratamiento.

b) aplicando biorreactores de membrana MBR (‘membrane bio-reactor’)

3.4.1. Membranas de filtración como post-tratamiento

Existen cuatro tipos de membranas en orden de mayor a menor tamaño de poro: Microfiltración (MF), Ultrafiltración (UF), Nanofiltración (NF) y Ósmosis Inversa (RO). En la Figura 17 se representa esta clasificación según el tamaño de poro (en nm) y los contaminantes que cada tipo es capaz de retener.

Esquema de la clasificación de las membranas aplicadas en tratamientos avanzados de aguas residuales industriales.

Figura 8. Clasificación de las membranas aplicadas en tratamientos de aguas residuales.

Microfiltración MF: Las membranas MF eliminan coloides, sólidos en suspensión, bacterias y virus. Se aplican generalmente como pre-tratamiento para otras membranas de UF, NF o RO. No se aplican solas dado que su efectividad es pobre para los requerimientos del efluente.

Ultrafiltración UF: Las membranas UF consisten en un proceso selectivo de filtración mediante la aplicación de presión de hasta 10 bares aproximadamente. Estas membranas eliminan macromoléculas orgánicas de alto peso molecular y partículas, permitiendo el fraccionamiento de la materia orgánica. La efectividad de una membrana de UF depende fuertemente del tipo de material del que se componga la membrana.

Las membranas UF se aplican generalmente como filtración previa para optimizar los procesos de RO y prevenir su obstrucción. Las membranas UF son las más comúnmente instaladas en los sistemas MBR.

Nanofiltración NF: Se aplican membranas de NF para la eliminación de materia orgánica recalcitrante y metales pesados en el tratamiento de aguas residuales. Estas membranas generan muy poco volumen de concentrado. Las membranas de NF requieren de un cuidado control por obstrucción.

Ósmosis inversa RO: La RO es una técnica de alta eficacia que aplica presión para la purificación de aguas residuales. Un proceso de RO permite concentrar todos los sólidos disueltos, las trazas de compuestos orgánicos, metales pesados y los iones monovalentes.

En el tratamiento de aguas residuales de la industria de curtidos las membranas RO en combinación con UF o NF logran eficiencias de eliminación de alrededor del 95% de sólidos disueltos, 94% de iones Na+ y Cl, 98% de sulfatos, 65% de Mg2+ y 55% de Ca2+ Las principales desventajas de un sistema de RO son su gran tendencia a la obstrucción (por lo que un tratamiento previo es necesario como por ejemplo la instalación de membranas UF) y la generación de un gran volumen de concentrado (que ha de ser tratado adecuadamente).

El mayor desafío actualmente en la aplicación de tecnologías de membrana en el tratamiento de aguas residuales es lograr un equilibrio eficiencia - coste y subsanar los problemas de obstrucción. La selección de productos y métodos de limpieza es muy importante a la hora de diseñar e instalar un sistema de membranas para optimizar tanto el coste operacional como el rendimiento.

3.4.2. Biorreactores de membrana MBR

Esta tecnología consiste en la aplicación de membranas de ultrafiltración dentro del tratamiento biológico como medio de retención de la biomasa.

Las membranas actúan como separador de los lodos generados en el reactor, lo que implica que no es necesaria la instalación de un clarificador posterior, además previene la pérdida de biomasa (pérdida de microorganismos nitrificadores y microorganismos capaces de degradar materia orgánica lentamente biodegradable), logrando que se alcancen concentraciones de biomasa muy altas dentro del reactor.

Estos reactores son equipos con muy alta concentración de biomasa, muy baja producción de lodos y alto rendimiento de eliminación de contaminantes, además, permiten un diseño y operación flexible. Tras un reactor MBR, es muy común la instalación de unidades de membrana de ósmosis inversa RO como post-tratamiento.

La principal desventaja de estos sistemas es el ensuciamiento de las membranas, por lo que un sistema de limpieza cuidadosamente diseñado es necesario.

esquema de las configuraciones de MBR: por módulo de membrana externo y por módulo de membraba interno o sumergido. (Artigas 2005).

Figura 9. Configuraciones de MBR: a) módulo de membrana externo y b) módulo de membrana interno o sumergido. Adaptado de Artiga 2005.

Tecnología de membranas ofrecida por SIGMA.

SIGMA ofrece su tecnología de membranas para el diseño e instalación de procesos de Ultrafiltración, Ósmosis Inversa y reactores MBR.

Foto de las membranas MBR (Reactores biológicos de membranas) instaladas por SIGMA para el tratamiento biológico de aguas residuales industriales.

Figura 10. Membranas MBR instaladas por SIGMA.

Los reactores SIGMA DAF SMBR ofrecen las siguientes ventajas:

  • Son una solución PLUG&LAY.
  • Ofrecen la máxima fiabilidad y durabilidad.
  • Permiten obtener una calidad constante del efluente.
  • Es una planta compacta que permite la adición modular de membranas UF.
  • Su operación y control son sencillos y robustos.
  • Presentan alta resistencia a agentes oxidantes.

Las plantas SIGMA DAF SMBR se diseñan específicamente para cada corriente de agua residual que se va a tratar. El rango de capacidades está entre 20 – 100 m3/día.

Render del equipo SIGMA SMBR de diseño compacto para el tratamiento biológico de aguas residuales industriales, fabricado por SIGMADAF Clarifiers.

Figura 11. Equipos compactos SIGMA SMBR.

SIGMA también ofrece equipos de tratamiento de los lodos generados en el reactor.

4. Casos de éxito de SIGMA en el tratamiento de aguas de curtidurías.

Se muestra a continuación un caso de éxito de la instalación de una planta de pre-tratamiento de aguas residuales de la industria de curtidos, diseñada, fabricada e instalada por SIGMA.

CASO 1: Curtido de calzados

Origen del agua

Aguas residuales mezcladas provenientes del proceso de curtido de calzado

Objetivo

Cumplimiento de los límites legales de vertido a red de saneamiento, que se dirigirá a una ETAR y posibilidad de proyectar una reutilización del efluente. Tratamiento integral de los lodos.

Caudal

200 m3/día

Características del influente

· pH = 3

· SST = 1000 mg/L

· DQO = 3000 mg/L

· DBO5 = 1500 mg/L

· Nitrógeno total = 100 mg/L

· Cromo Cr3+ = 140 mg/L

Equipos instalados

· Tamices de desbaste

· Tanque de homogeneización

· Sistema de preparación y dosificación de coagulante (FeCl3), floculante (polielectrolito) y control de pH (NaOH)

· Sistema de tanques de coagulación, floculación y control de pH

· Clarificador SIGMA DAF FPAC-40

· Sistema integral de tratamiento de lodos: adecuación y deshidratación mediante filtro prensa, preparación y dosificación de lechada de cal (Ca(OH)2)

Rendimiento

> 90% en SST

> 67% en DQO

> 67% en DBO5

> 50% en Nitrógeno total

> 98% en cromo Cr3+

Materia seca del fango = 35%

Fotografías de las instalaciones de SIGMA en el tratamiento de aguas residuales provenientes de industrias de curtido:

Clarificadores SIGMA DAF FPAC-40:

Foto lateral de un clarificador SIGMA DAF-FPAC instalado en una planta de tratamiento de aguas residuales de una industria de curtidos.

 

Foto aérea de un clarificador SIGMA DAF-FPAC 40 instalado en una planta de tratamiento de aguas residuales de una industria de curtidos.

Filtro prensa:

foto del filtro prensa de deshidratación de lodos provenientes del tratamiento de aguas residuales de la industria de curtidos instalado por SIGMA.

Tanques de preparación y dosificación de coagulante, floculante y sosa:

Foto panorámica de los tanques de preparación y dosificación de coagulante, floculante y sosa para el tratamiento de aguas residuales en curtiembres.

5. Referencias

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