Separación y recuperación de grasas en aguas residuales de curtiduría
- 1. Efluentes en la industria de curtidos y su impacto en el medioambiente.
- 2. Coagulación-Floculación con DAF para la recuperación de grasas y clarificación del efluente.
- 3. Estudio de tratamiento en laboratorio Sigmalab.
- 4. Conclusiones
1. Efluentes en la industria de curtidos y su impacto en el medioambiente
La industria de curtidos de pieles, especialmente de cuero, contribuye enormemente al crecimiento industrial de los países y a la economía global, siendo una de las industrias con más peso, especialmente en países como India, Bangladesh, China, Pakistán, Turquía y Brasil.
El proceso de producción de cuero consta de procesos unitarios que operan en batch, en los que se requiere gran número y cantidades de productos químicos que son peligrosos para el medio ambiente y los organismos (plantas, animales y humanos) y altamente contaminantes de los medios acuáticos. Algunos de los productos más utilizados son: hidróxido de sodio (NaOH), cloruro de sodio (NaCl), pentaclorofenol (C6HCl5O), sulfuro de sodio (Na2S), enzimas, lechada de cal (Ca(OH)2), cloruros y cloro libre, ácido sulfúrico (H2SO4), cromo, ácido fórmico (CH2O2), cloruro de amonio (NH4Cl), sulfato de amonio ((NH4)2SO4), sales metálicas, químicos orgánicos.
Además de estos productos, el consumo de agua en esta industria es de los más elevados, llegando a emplearse más de 40 m3 por tonelada de materia prima procesada. Los detalles del proceso de curtiduría y contaminación de efluentes pueden encontrarse en el siguiente artículo publicado en el Blog de Tecnologías de SIGMADAF.
Los procesos de tratamiento se centran en dos objetivos: purificación del agua residual y recuperación de materias primas. El agua se trata para convertirla en apta para su vertido a la red de saneamiento general, o incluso, en procesos altamente intensivos, poder verterla al medio acuático o destinarla a usos secundarios. Las materias primas recuperables a lo largo de las etapas de tratamiento son: colágeno, geles y fibras de colágeno, grasas, queratina, polipéptidos y proteínas.
2. Coagulación-Floculación con DAF para la recuperación de grasas y clarificación del efluente
Dentro de todos los posibles tratamientos y procesos completos para tratar y gestionar efluente de la curtiduría, los tratamientos físico-químicos (acidificación o alcalinización, rotura de emulsión y coagulación – floculación) combinados con flotación DAF son una parte imprescindible, no sólo del tratamiento primario de los efluentes, también para la recuperación de materias primas como pueden ser las grasas y otros compuestos.
La coagulación es la desestabilización de compuestos coloidales, grasas, sólidos en suspensión y sólidos y materia orgánica susceptible de precipitar desde la fase líquida, mediante la neutralización de las fuerzas que los separan y la interacción de cargas que permiten pasar los compuestos a la fase sólida y separable. Las partículas colisionan para formar partículas más grandes, estas colisiones deben promoverse mediante el uso de un segundo químico: polielectrolitos floculantes.
Se ha demostrado que la utilización de coagulantes inorgánicos, en combinación con un floculante polielectrolito, permite la eliminación efectiva de grasas, materia orgánica y metales pesados, especialmente cromo (III), metal altísimamente contaminante de los medios acuáticos y perjudicial para salud de los organismos.
Los coagulantes más ampliamente utilizados son los siguientes:
- Sulfato de aluminio
- Policloruro de aluminio
- Cloruro férrico
- Sulfato ferroso
El proceso de coagulación-floculación puede asistirse con etapas de rotura de emulsión aplicando químicos especiales para este propósito: cambiando el pH mediante alcalinización o acidificación y empleando productos especialmente diseñados para las grasas de curtidurías.
El policloruro de aluminio se identifica como el coagulante más efectivo. Este coagulante, junto a otros químicos específicos, será el utilizado en el estudio de tratamiento y recuperación de grasas llevado a cabo en los laboratorios de Sigma, y que se describe a continuación.
Un tratamiento físico-químico con flotación DAF que se diseña adecuadamente permite el tratamiento primario del agua y la recuperación de grasas.
3. Estudio de tratamiento en laboratorio Sigmalab
Los ensayos y estudios a escala laboratorio permiten la identificación de los químicos específicos para el tratamiento de un efluente, las dosis y los tiempos de residencia hidráulica que requiere cada reacción. El análisis de los clarificados permite establecer el rendimiento de depuración que puede alcanzarse.
En los laboratorios de SIGMA se reciben cuatro efluentes provenientes de diferentes etapas de un proceso de curtiduría: A) primer lavado o ribera, B) segundo lavado o ribera, C) calcinado y D) macerado. Cada uno de estos efluentes posee características específicas y requiere de un tratamiento químico independiente para la separación de las grasas y clarificado del agua. Posteriormente, todos los clarificados se unificarán y tratarán en una línea común.
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A. Tratamiento del efluente del primer lavado o ribera.
Efluente de aspecto lechoso y aparentemente homogéneo, requiere de un tratamiento que combina un adsorbente de carbón activado, seguido de un coagulante PAC, un ajuste de pH y un floculante catiónico. La separación de sólidos se produce con la adición de coagulante y el aumento del pH a 8-9. Además, la separación de grasas también se promueve al elevar el pH. Se requiere un tiempo de retención alto en cada paso, de modo que cada producto químico tenga tiempo suficiente para reaccionar con el agua. Las grasas y los sólidos se eliminan en forma de flóculos consistentes.
Los resultados analíticos son los siguientes: alta eliminación de materia orgánica y sólidos en suspensión y recuperación de casi la mitad de las grasas.
| Muestra A | Clarificado | Rendimiento | |
|---|---|---|---|
| pH | 7 | 8 – 9 | |
| Grasas | 292 | 157 | 46% |
| Carbono orgánico total | 2750 | 2270 | 17% |
| DQO | 15000 | 4500 | 70% |
| DBO5 | 6060 | 1520 | 75% |
| Biodegradabilidad | 34% | ||
| Sólidos en suspensión | 4570 | 912 | 80% |
B. Tratamiento del efluente del segundo lavado o ribera.
Este efluente de aspecto lechoso y aparentemente homogéneo requiere de un tratamiento que combina un choque ácido con ácido sulfúrico seguido de una separación de grasas mediante un rompedor de emulsión. Primero se reduce el pH a condiciones ácidas extremas y luego se aplica un rompedor de emulsión, observando inmediatamente la separación de la grasa. Las grasas y aceites son suaves y esponjosas, y se separan y flotan dejando la muestra en reposo durante más de una hora.
Los resultados analíticos son los siguientes: altísima eficiencia de eliminación de grasas, sólidos y materia orgánica.
| Muestra B | Clarificado | Rendimiento | |
|---|---|---|---|
| pH | 8 – 9 | 3 | |
| Grasas | 2140 | 140 | 93% |
| Carbono orgánico total | 13700 | 1640 | 88% |
| DQO | 81200 | 6210 | 92% |
| DBO5 | 36900 | 3440 | 91% |
| Biodegradabilidad | 55% | ||
| Sólidos en suspensión | 15700 | 520 | 97% |
C. Tratamiento del efluente del calcinado.
Este efluente es de consistencia oleosa y grasienta, de color oscuro, con sólidos y “trozos” visibles que se separan naturalmente, pero no lo suficiente para originar un clarificado de calidad, el tratamiento previo es una separación mecánica de gruesos seguido de un choque ácido con ácido sulfúrico y seguido de una separación de grasas mediante un rompedor de emulsión. Para esta muestra, se requiere una primera separación de los sólidos sedimentables, dejando precipitar los sólidos gruesos y luego extrayendo mecánicamente la fase líquida. Posteriormente, se aplica un choque ácido. El pH se reduce inicialmente a pH neutro (partiendo de un valor de la muestra de 13) y, al observarse inmediatamente la separación de la grasa, se aplica un rompedor de emulsión. Las grasas y aceites se separan fácilmente en grumos compactos y aceitosos.
Los resultados analíticos son los siguientes: elevada eficacia en la eliminación de grasas y eficacia moderada en la eliminación de materia orgánica.
| Muestra C | Clarificado | Rendimiento | |
|---|---|---|---|
| pH | 13 | 7 | |
| Grasas | 474 | 98.4 | 79% |
| Carbono orgánico total | 10700 | 5500 | 49% |
| DQO | 54900 | 42600 | 22% |
| DBO5 | 36200 | 16200 | 55% |
| Biodegradabilidad | 38% | ||
D. Tratamiento del efluente del macerado
Este efluente tiene aspecto y consistencia de “suero”, blanquecino y viscoso, el tratamiento es directo con coagulación con PAC seguido de floculación con un polielectrolito catiónico. La separación de sólidos ocurre de forma inmediata con la adición de coagulante, luego, el floculante aglomera el material coagulado. Se requiere de tiempos de reacción elevados.
Los resultados analíticos son los siguientes: eliminación moderada de materia orgánica, los sólidos y grasas no son muy elevados en la muestra, por lo que el tratamiento tiene poca influencia sobre ellos.
| Muestra D | Clarificado | Rendimiento | |
|---|---|---|---|
| pH | 8 – 9 | 8 | |
| Grasas | 42.8 | 40.8 | 5% |
| Carbono orgánico total | 2675 | 2180 | 19% |
| DQO | 10500 | 7830 | 25% |
| DBO5 | 4340 | 2700 | 38% |
| Biodegradabilidad | 34% | ||
| Sólidos en suspensión | 236 | 101 | 57% |
4. Conclusiones
- El proceso industrial de producción de cuero y pieles conforma una de las mayores industrias a nivel mundial, contribuyendo enormemente a la economía de los países. Pero también es una de las mayores consumidoras de agua y generadoras de agua residual, de alta carga contaminante y peligrosa para el medioambiente y los organismos.
- El agua residual proveniente del proceso de curtidurías es rica en compuestos químicos peligrosos, sólidos, grasas y materia orgánica. Requiere de un tratamiento extensivo que consta de pretratamiento y acondicionamiento del efluente, tratamientos biológicos y etapas de polishing mediante membranas y otras tecnologías avanzadas. Los objetivos del tratamiento son la depuración del agua y la recuperación de materias primas como las grasas.
- En los laboratorios SIGMALAB se efectúa un estudio de pretratamiento de los efluentes de cuatro líneas de proceso de curtiduría: dos líneas de lavado o ribera, calcinado y macerado. Cada efluente debe pretratarse de forma independiente ya que requiere de productos químicos diferentes. Los clarificados de estos cuatro pretratamientos se unificarán para su posterior tratamiento conjunto.
- Los pretratamientos consisten en procesos físico-químicos que requieren ácidos, bases, rompedores de emulsión, coagulantes y floculantes. La efectividad de eliminación de contaminantes es alta. Los flóculos y grasas separadas pueden flotarse en equipo Sigma DAF para su eliminación y/o recuperación en productos de interés.