ARTÍCULOS

Análisis de eficiencia de remoción de contaminantes de los sistemas de tratamiento de aguas residuales en extracción de aceite de palma

Analysis of removal efficiency of pollutant of treatment systems wastewater in extraction of palm oil

Malacatus, Paúl; Chamorro, Erika; Orellana, Gabriela

Paúl Malacatus

pnmalacatus@uce.edu.ec

Universidad Central del Ecuador. Quito Ecuador

Erika Chamorro

evchamorro@uce.edu.ec

Universidad Central del Ecuador. Quito Ecuador

Gabriela Orellana

gmorellana@uce.edu.ec

Universidad Central del Ecuador. Quito Ecuador

FIGEMPA: Investigación y Desarrollo

Universidad Central del Ecuador, Ecuador

ISSN: 1390-7042

ISSN-e: 2602-8484

Periodicidad: Semestral

vol. 2, núm. 2, 2016

revista.figempa@uce.edu.ec

Recepción: 21 Octubre 2016

Aprobación: 16 Diciembre 2016

URL: http://portal.amelica.org/ameli/journal/624/62439416243941008/

DOI: https://doi.org/10.29166/revfig.v1i2.888

Autor de correspondencia: pnmalacatus@uce.edu.ec

License Creative Commons
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional.

Cómo citar:Malacatus, P., Chamorro, E., & Orellana, G. (2016). Análisis de eficiencia de remoción de contaminantes de los sistemas de tratamiento de aguas residuales en extracción de aceite de palma. FIGEMPA: Investigación Y Desarrollo, 2(2), 61–68. https://doi.org/10.29166/revfig.v1i2.888

Modelo de publicación sin fines de lucro para conservar la naturaleza académica y abierta de la comunicación científica

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Resumen: El presente estudio se realizó en tres extractoras de aceite de palma ubicadas en las provincias de Pichincha, Santo Domingo y Esmeraldas, con el propósito de analizar la eficiencia de remoción de contaminantes en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. En la evaluación se establecieron puntos de muestreo en cada sistema y se realizaron tres mediciones, analizando los parámetros: aceites y grasas, DQO, DBO5, Sólidos Suspendidos Totales, Sólidos Totales y Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK). Se obtuvieron las siguientes eficiencias de remoción: Extractora 1: Aceites y grasas 99,16%, DBO5 94,71%, DQO 94,14%, SST 92,99%, ST 82,80%, NTK -944,44%; Extractora 2: DBO5, 99,45%, DQO 99,42%, SST 96,22%, ST 93,10% y NTK 75,55%; Extractora 3: Aceites y grasas 99,91% DBO5 96,88%, DQO 96,03%, SST 95,56%, y NTK -2279,97%. Las etapas de los sistemas de tratamiento presentan alta eficiencia con relación a fuentes bibliográficas, sin embargo, las descargas incumplen la normativa ambiental vigente.

Palabras clave: agua residual, carga contaminante, eficiencia de remoción.

Abstract: This study was conducted in three palm oil extractor in the provinces of Pichincha, Santo Domingo and Esmeraldas, the purpose was to analyze the polluting products removal efficiency of wastewater treatment systems. In the evaluation, sampling points were established in each system and three measurements were performed by analyzing the next parameters: oil and grease, DQO, DBO5, Total Suspended Solids, Total Solids and Total Kjeldahl Nitrogen (TKN). The following removal efficiencies was obtained, extractor 1: oil and grease 99,16%, DBO5 94,71%, DQO 94,14%, SST 92,99%, ST 82,80%, NTK -944.44%; Extractor 2: DBO5, 99,45%, DQO 99,42%, SST 96,22%, ST 93,10% y NTK 75,55%; Extractor 3: oil and grease 99,91%, DBO5 94,71%, DQO 94,14%, SST 92,99%, ST 82,80%, NTK -944.44%. The systems have high efficiency with respect to those presented in literature sources, but the effluent doesn´t meet current environmental regulations.

Keywords: wastewater, pollution load, removal efficiency.

INTRODUCCIÓN

Los efluentes del proceso de extracción de aceite de palma contienen gran cantidad de materia orgánica, sólidos en suspensión y aceites. El tratamiento previo a su descarga debe orientarse a estabilizar la materia orgánica. Las tres extractoras del presente estudio cuentan con sistemas de tratamiento biológico por lagunaje, de los cuales se desconoce su eficiencia y no permiten cumplir con todos los parámetros establecidos en la normativa vigente para la descarga, generando problemas de contaminación del recurso hídrico. El presente estudio tiene como objetivo analizar las eficiencias y comparar los resultados obtenidos en las extractoras basándose en las diferencias entre sus sistemas de tratamiento.

MATERIAL Y MÉTODOS

La recopilación de información general se realizaron visitas de campo a las extractoras, que permitieron conocer el proceso productivo y cada una de las etapas del sistema de tratamiento de aguas residuales y la entrega del historial de monitoreo realizado por las empresas, medir áreas y definiendo los puntos para el desarrollo del muestreo.

La caracterización de efluentes se definió con los puntos de muestreo a la salida de cada una de las etapas del sistema y se tomó una muestra simple diaria de 4 litros durante 3 días. De acuerdo a la finalidad del estudio los parámetros analizados fueron: Aceites y grasas, Demanda Bioquímica de Oxígeno, Demanda Químico de Oxígeno, Sólidos Totales, Sólidos Suspendidos, Nitrógeno total Kjedahl y se evaluaron con la Tabla 9: LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA DULCE, Reforma al Anexo 1 Libro VI DEL TULSMA Acuerdo Ministerial 097 (Ministerio del Ambiente, 2015).

El análisis de eficiencia de remoción de contaminantes se aplicó la siguiente fórmula:

Ec. (1)

Ec. (1). Eficiencia de remoción de contaminantes (Romero Rojas, 1999).

En el cual:

E= Eficiencia de remoción de carga contaminante (%)

S= Carga contaminante de salida (mg/L)

So= Carga contaminante de entrada (mg/L)

Con base en los resultados de los tres muestreos practicados, se calculó un valor promedio por parámetro, determinando la eficiencia de remoción general del sistema y de cada etapa. Para la evaluación de la eficiencia se comparó el valor calculado con el rango establecido en fuentes bibliográficas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

DESCRIPCIÓN DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO

EXTRACTORA 1

El agua residual del proceso productivo es conducida a tres tanques florentinos de 50 m³ cada uno, en los que se recupera el aceite remante. El efluente de los tanques sale a una temperatura promedio de 62°C y mediante un canal de aproximadamente 100m llega al sistema de tratamiento con una temperatura de 53°C. El sistema se conforma por seis lagunas en serie: la primera cumple la función de enfriamiento, desaceitado y acidogénesis, una laguna anaerobia, dos facultativas y dos finales, donde se almacena el efluente para ser transportado mediante tanqueros a una plantación de palma aceitera cercana, sin embargo, remanentes se descargan al río. Ninguna laguna cuenta con impermeabilización.

EXTRACTORA 2

El efluente generado en el proceso productivo, es conducido a cuatro tanques florentinos secuenciales a través de canaletas encementadas que cuentan con trampas de grasa como primera parte del sistema de tratamiento. Junto a los tanques florentinos se encuentra un tanque de 220 litros que sirve para determinar el caudal de ingreso al sistema de tratamiento de aguas residuales que consiste en: una laguna de desaceitado, ecualización de caudales y enfriamiento, dos lagunas anaerobias en paralelo, una laguna facultativa, un humedal y finalmente una estructura en forma de gradas con suelo recubierto de piedra de río y sus paredes laterales de cemento, cuya estructura reduce energía cinética del efluente antes de la descarga; así como también brindar al efluente tratado cierto grado de oxigenación. Las lagunas de desaceitado, ecualización de caudales y enfriamiento, anaerobias y facultativa no se encuentran impermeabilizadas con geo membrana.

EXTRACTORA 3

El efluente generado es conducido mediante un canal al sistema de tratamiento conformado por cinco lagunas en serie, que no cuenta con un tratamiento primario, ni terciario. La primera laguna es de desaceitado y enfriamiento, la segunda es anaerobia, dos lagunas facultativas y una laguna aerobia; finalmente el efluente es destinado para riego. Ninguna de las lagunas se encuentra impermeabilizada.

ANÁLISIS DE EFICIENCIA DE CADA SISTEMA

EFICIENCIA DEL SISTEMA, EXTRACTORA 1

Tabla 1

Eficiencia del sistema Extractora 1

Datos obtenidos en campo Extractora 1.

EFICIENCIA DEL SISTEMA, EXTRACTORA 2

Tabla 2

Eficiencia del sistema Extractora 2.

Datos obtenidos en campo Extractora 2.

EFICIENCIA DEL SISTEMA, EXTRACTORA 3

Tabla 3

Tabla 3

Eficiencia del sistema Extractora 3.

Datos obtenidos en campo Extractora 3.

Seguidamente comparamos la eficiencia de remoción de los tres sistemas por parámetro monitoreado:

Figura 1
Eficiencia de remoción de aceites y grasas

Se aprecia que la remoción de aceites y grasas en la extractora 3 es superior a la remoción de la extractora 1. Sin embargo, ambas superan el 95% de remoción. Con respecto a la extractora 2 no se midió este parámetro debido a que en el historial de monitoreo no se evidencia incumplimiento en cada descarga (Fig. 1).

Figura 2
Eficiencia de remoción de DBO₅

En cuanto a la remoción de DBO5 la extractora 2 presenta la más alta eficiencia, seguida por la extractora 3 y finalmente la extractora 1. Cabe mencionar que la eficiencia en las tres extractoras supera el 94% (Fig. 2).

Figura 3
Eficiencia de remoción de DQO

Comparamos, en igual forma, la remoción de DQO es superior al 94% en los tres casos. La mayor eficiencia la presenta la extractora 2, seguida por la 3 y finalmente la 1 (Fig. 3).

Figura 4
Eficiencia de remoción de NTK

El NTK presenta valores negativos en las extractoras 1 y 3, mientras que la extractora 2 presenta un valor positivo de 75,55%. Este fenómeno de nitrificación amerita una investigación más profunda (Fig. 4).

Figura 5
Eficiencia de remoción de SST

La extractora 2 presenta la más alta eficiencia de remoción de sólidos suspendidos totales, a continuación, la extractora 3 y por último la extractora 1 (Fig. 5).

Figura 6
Eficiencia de remoción de sólidos totales

La extractora 2 presenta 10% más eficiencia de remoción de sólidos totales con respecto a la extractora 1 (Fig. 6).

ANÁLISIS DE EFICIENCIA POR ETAPAS DE CADA SISTEMA

EXTRACTORA 1

Tabla 4

Eficiencia laguna 1 enfriamiento, desaceitado y acidogénesis.

García, 1994

En la laguna 1 (tabla 4) todos los parámetros analizados presentaron una eficiencia menor a la establecida en la bibliografía, a excepción del nitrógeno que presenta un valor negativo.

Tabla 5

Eficiencia laguna 2 anaerobia.

García, 1994; Metcalf, 1995; Ortiz, 2015; Romero, 1999.

En la laguna 2 (Tabla 5), se observa que la DQO se encuentra sobre del rango de eficiencia teórico; DBO, Sólidos suspendidos totales y Sólidos totales se encuentran dentro del rango. El parámetro NTK presenta un valor negativo.

Tabla 6

Eficiencia lagunas 3 y 4 facultativas.

García, 1994; Metcalf, 1995; Romero, 1999; Zambrano, 2016

En las lagunas 3 y 4 (Tabla 6) los parámetros DBO, DQO y sólidos suspendidos totales, presentan una eficiencia inferior a la esperada en la bibliografía. La remoción de NTK es superior, mientras que sólidos totales tiene un valor negativo.

Tabla 7

Eficiencia lagunas facultativas 5 y 6.

García, 1994; Metcalf, 1995; Romero, 1999; Zambrano, 2016

En las lagunas 5 y 6 (Tabla 7), los parámetros DBO, DQO y sólidos totales, presentan una eficiencia inferior a la esperada en la bibliografía. La remoción de sólidos suspendidos totales se encuentra dentro del rango, mientras que NTK tiene un valor negativo.

En la extractora 1 la etapa más eficiente es la anaerobia, la menos eficiente la facultativa.

EXTRACTORA 2

Tabla 8

Eficiencia laguna 1 desaceitado ecualización de caudales y enfriamiento.

García, 1994

En la laguna 1 (Tabla 8) el parámetro aceites y grasas se encuentra por encima de la eficiencia esperada en la bibliografía, los demás parámetros presentaron una eficiencia menor.

Tabla 9

Eficiencia laguna 2 y 3 anaerobia.

García, 1994; Metcalf, 1995; Ortiz, 2015; Romero, 1999

En las lagunas 2 y 3 (Tabla 9), se observa que los parámetros DBO5, DQO, NTK y sólidos suspendidos totales superan el rango de eficiencia teórico mientras que el parámetro sólidos totales se encuentra dentro del rango.

Tabla 10

Eficiencia laguna 4 facultativa

García, 1994; Metcalf, 1995; Romero, 1999; Zambrano, 2016

En la laguna 4 (Tabla 10) los parámetros NTK y sólidos suspendidos totales presentan eficiencia superior a la esperada, DBO y sólidos totales se encuentran dentro del rango mientras que DQO presenta una eficiencia inferior a la esperada en la bibliografía.

Tabla 11

Eficiencia humedal

Libhaber & Orozco, 2012

En las lagunas 5 y 6 (Tabla 11), los parámetros DBO, DQO y sólidos totales, presentan una eficiencia inferior a la esperada en la bibliografía. La remoción de sólidos suspendidos totales se encuentra dentro del rango, mientras que NTK tiene un valor negativo.

En la extractora 2 la etapa más eficiente es la anaerobia, la menos eficiente el tratamiento terciario.

EXTRACTORA 3

Tabla 12

Eficiencia laguna 1 desaceitado y enfriamiento.

García, 1994

En la laguna 1 (Tabla 12) el parámetro aceites y grasas se encuentra por encima de la eficiencia esperada en la bibliografía, los demás parámetros presentaron una eficiencia menor y NTK un valor negativo.

Tabla 13

Eficiencia laguna 2 anaerobia.

García, 1994; Metcalf, 1995; Ortiz, 2015; Romero, 1999

En la laguna 2 (Tabla 13), se observa que los parámetros DBO5, DQO y sólidos suspendidos totales se encuentra sobre del rango de eficiencia teórico mientras que NTK presenta un valor negativo.

Tabla 14

Eficiencia lagunas 3 y 4 facultativa

García, 1994; Metcalf, 1995; Zambrano, 2016; Romero, 2015

En las lagunas 3 y 4 (Tabla 14) los parámetros DQO, NTK y sólidos suspendidos totales, presentan una eficiencia inferior a la esperada en la bibliografía mientras que DBO5 tiene un valor negativo.

Tabla 15

Eficiencia laguna aerobia

Romero Rojas, 1999; Rivas, 1997

En las lagunas 5 (Tabla 15) los parámetros DBO, DQO y NTK, presentan una eficiencia inferior a la esperada en la bibliografía.

En la extractora 3 la etapa más eficiente es la anaerobia, la menos eficiente la facultativa.

CONCLUSIONES

La extractora más eficiente con respecto a remoción de DBO₅ y DQO (tablas 1, 2, 3) es la extractora 2 con valores superiores al 99%, seguida por la extractora 3 con el 96% y finalmente la extractora 1 con el 94%.

En las tres extractoras analizadas la etapa más eficiente es la anaerobia comprobando que estas unidades son adecuadas para tratar esta clase de efluentes. Cabe mencionar que las eficiencias de las extractoras 1 y 2 son superiores a la de la extractora 3 debido a que cuentan con un etapa previa de recuperación de aceite en tanques florentinos, y en el caso de la extractora 2 un ecualizador de caudales que evita grandes variaciones de carga orgánica en el sistema.

En las extractoras 1 y 3 la etapa que presenta menor eficiencia es la facultativa debido a la alta carga orgánica que reciben, mientras que en la extractora 2 el humedal es el menos eficiente debido a que su lecho no presenta una estratificación definida, la estructura de entrada del afluente no es la adecuada ya que no permite una distribución uniforme del agua residual a través del mismo y adicionalmente no ha recibido mantenimiento.

En la extractora 2 la laguna de enfriamiento y desaceitado presenta mayor eficiencia que las extractoras 1 y 3, además de que funciona como ecualizador de caudales lo que influye en el funcionamiento general del sistema.

Los parámetros que presentan mayor remoción en los tres sistemas son DBO5 y DQO con valores superiores al 94%, a pesar de este elevado valor no cumplen con el límite establecido por la normativa ambiental vigente.

El parámetro que presenta menor remoción es el Nitrógeno Total Kjedahl, con valores negativos de -944,44% y -2280% respectivamente en las extractoras 1 y 3 y una remoción del 75% en la extractora 2.

Con los altos porcentajes de remoción obtenidos para cada uno de los parámetros medidos en el estudio, las tres extractoras cumplen con el límite establecido de descarga a un cuerpo de agua dulce únicamente para el parámetro aceites y grasas, incumpliendo DBO₅, DQO, SST, ST y NTK.

RECOMENDACIONES

Realizar una investigación sobre el fenómeno de nitrificación que se observó en dos de las tres extractoras analizadas.

La industria debe analizar una alternativa para complementar los sistemas biológicos de lagunaje que permita cumplir con los límites establecidos para la descarga.

Elaborar y ejecutar un plan de mantenimiento que permita el correcto funcionamiento del sistema en sus diferentes etapas.

Impermeabilizar las lagunas de forma que se optimice el funcionamiento y se dé cumplimiento a lo establecido en la normativa ambiental vigente.

REFERENCIAS

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Notas de autor

pnmalacatus@uce.edu.ec