Combinación de Procesos
Biológicos y de Oxidación
Avanzada para el Tratamiento de
una Corriente de Proceso de la
Industria de Curtiembre
Combinação de Processos
Biológicos e de Oxidação
Avançada para o Tratamento de
uma Corrente de Processo do
Setor de Curtumes
por Gladys Vidal, Jessica Nieto, Fernando Márquez, Héctor Mansilla y Cristian Bornhardt
Español
Português
Resumen: En este estudio se evaluó el efecto de un tratamiento secuencial de
oxidación avanzada-lodo activado sobre la eliminación de la materia orgánica
en aguas residuales provenientes de la etapa de pelambre del proceso de
producción de cuero. Como pretratamiento oxidativo se utilizó reactivo de
Fenton, con una relación H2 O2 /Fe2+ de 9, y H2 O2 /DQO de 4. La velocidad de
carga orgánica (VCO) alimentada al tratamiento biológico se varió entre 0,4
y 1,6 gDQO/L•d, mientras que el tiempo de retención hidráulico (TRH) se
mantuvo constante en 1 d. Los resultados indican que un pre-tratamiento
mediante procesos de oxidación avanzada (POA), efectivamente ayuda a
mejorar la eliminación global de materia orgánica recalcitrante contenida en
efluentes de pelambre. Los radicales libres generados en el pre-tratamiento
mediante la reacción de Fenton (ver www.lenntech.com/espanol/reaccionde-fenton.htm), no produjeron efectos relevantes sobre la actividad de la
biomasa, durante los 30 días de operación del sistema biológico.
Resumo: Neste estudo, avaliou-se o efeito de um tratamento seqüencial de
oxidação avançada/lodo ativado sobre a eliminação da matéria orgânica em
águas residuais provenientes da etapa de calagem do processo de produção
de couro. Como pré-tratamento oxidante, utilizou-se o reagente de Fenton,
com uma relação H2O 2 /Fe2+ de 9, e H2 O2 /DQO de 4. Variou-se a velocidade
de carga orgânica (VCO) alimentada no tratamento biológico entre 0,4 e
1,6 g-DQO/L•d, enquanto o tempo de retenção hidráulica (TRH) foi mantido
constante em 1 dia. Os resultados indicam que um pré-tratamento mediante
processos de oxidação avançada (POA) efetivamente ajuda a melhorar a
eliminação global de matéria orgânica recalcitrante contida nos efluentes
da calagem. Os radicais livres gerados no pré-tratamento mediante a reação
de Fenton (ver www.lenntech.com/espanol/reaccion-de-fenton.htm) não
produziram efeitos significativos sobre a atividade da biomassa durante os
30 dias de operação do sistema biológico.
E
T
n todo proceso productivo se originan residuos contaminantes, que
pueden constituir un riesgo potencial para el medio ambiente. Dentro
de las industrias contaminantes se encuentran las curtiembres, cuyos
residuos contienen altas concentraciones de sales, materia orgánica,
sulfuro y cromo, que pueden alcanzar niveles tóxicos. Aparte del contenido
de cromo en las aguas residuales de la industria de curtiembre, la
disminución de la carga orgánica de sus efluentes es actualmente uno de
los principales problemas que debe enfrentar este rubro. El diagrama de
flujo del proceso de transformación de pieles animales en cuero se
esquematiza en la Figura 1.
El tratamiento de efluentes mediante lodos activados constituye la
principal vía de reducción de carga orgánica.2 Sin embargo, en el caso de
algunas de las corrientes del procesamiento del cuero, pueden producirse
efectos inhibitorios por la presencia de sales y otras sustancias químicas,
como también de materia orgánica de alto peso molecular, como es el
caso de efluentes de pelambre.3 En la literatura se describe que la eficiencia
de un tratamiento biológico puede mejorar significativamente mediante
un pretratamiento oxidativo.4 Los procesos de oxidación avanzada se
están empleando recientemente para la degradación parcial de materia
orgánica en aguas residuales.5 Se han ensayado agentes oxidantes en
presencia de radiación ultravioleta y/o catalizador (semiconductor), como
el dióxido de titanio (TiO2 ). Otra posibilidad es la combinación de H2 O2
con iones de Fe+2 ó Fe+3 , conocido como reacción de Fenton, y en presencia
de luz UV es conocido como reacción de Foto-Fenton.
10
A G U A
odo processo produtivo dá origem a resíduos contaminantes, que
podem constituir um risco potencial para o meio ambiente. Dentre
as indústrias contaminantes encontram-se os curtumes, cujos resíduos
contêm altas concentrações de sais, matéria orgânica, enxofre e cromo,
que podem atingir níveis tóxicos. Além do conteúdo de cromo nas águas
residuais da indústria do couro, a diminuição da carga orgânica de seus
efluentes é atualmente um dos principais problemas a serem enfrentados
nessa área. O fluxograma do processo de transformação de peles animais
em couro está esquematizado na Figura 1.
O tratamento de efluentes através de lodos ativados constitui a
principal via de redução de carga orgânica.2 Contudo, no caso de algumas
das correntes do processamento do couro, podem-se produzir efeitos
inibidores por causa da presença de sais e outras substâncias químicas,
como também de matéria orgânica de alto peso molecular, como é o caso
dos efluentes da calagem.3 A literatura descreve que a eficiência de um
tratamento biológico pode melhorar significativamente através de um
pré-tratamento oxidante.4 Os processos de oxidação avançada têm sido
empregados recentemente para a degradação parcial de matéria orgânica
em águas residuais.5 Fizeram-se testes com agentes oxidantes na presença
de radiação ultravioleta e/ou catalisador (semicondutor), como o dióxido
de titânio (TiO2). Outra possibilidade é a combinação de H2 O2 com íons
de Fe+2 ou Fe+3 , conhecida como reação de Fenton, que, na presença de
luz UV, é conhecida como reação de Foto-Fenton.
Neste estudo pretende-se avaliar o efeito de um tratamento seqüencial
L A T I N O A M É R I C A
noviembre/diciembre 2003
Español
PIEL SALADA
En este estudio se pretende evaluar el efecto de un tratamiento secuencial
de oxidación avanzada—lodo activado sobre la eliminación de la materia
orgánica en aguas residuales provenientes de la etapa de pelambre del proceso
de producción de cuero, como también verificar el comportamiento de la
biomasa debido a la influencia de compuestos oxidados.
REMOJO
Sulfuros
Cal
PELAMBRE
Materiales y Métodos
ETAPA DE RIBERA
DESCARNADO
• Efluente: El efluente fue obtenido de una industria de curtiembre local,
ubicada en la zona central de Chile. Se trabajó con efluente proveniente
de la etapa de pelambre.
• Pretratamiento mediante procesos de oxidación avanzada (POA): En
base a los resultados obtenidos en estudios preliminares,5 se utilizó
como pretratamiento reactivo de Fenton, con una relación H2O 2/Fe2+ de 9,
y H2 O2 /DQO de 4, de acuerdo a la metodología descrita por Tang y Huang.6
• Sistema de lodos activados: Un reactor de lodos activados (reactor de
1,8 L y clarificador de 0,9 L) con biomasa adaptada a este tipo de agua
residual,3 fue alimentado durante aproximadamente 30 días con efluente
proveniente del proceso de pelambre pretratado mediante reacción de
Fenton. La velocidad de carga orgánica (VCO) se varió entre 0,4 y 1,6
gDQO/L•d, mientras que el tiempo de retención hidráulico (TRH) se
mantuvo constante en 1 d. La biomasa fue periódicamente reciclada y el
exceso fue purgado para mantener una edad del lodo constante.
• Estudio de la biomasa del reactor: Se evaluó el comportamiento del
reactor a través de los parámetros de índice volumétrico de lodo (IVL),
edad del lodo, y factor de carga de DBO5 del lodo (F/M). Además se
realizó determinaciones de actividad respirométrica del lodo para
determinar sus parámetros cinéticos (b: tasa de consumo de oxígeno, kd:
constante de decaimiento, etc.).
• Métodos analíticos: Los parámetros Sólidos Totales (ST), Sólidos Volátiles
(SV), Sólidos Suspendidos Totales (SST), Sólidos Suspendidos Volátiles
(SSV), Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda Biológica de Oxígeno
(DBO5 ), nitrógeno total y fósforo total fueron medidos de acuerdo a métodos
estandarizados.1 Las muestras para la determinación de DBO5 y DQO fueron
previamente filtradas mediante membrana 0,45 micrón (µm).
Resultados y Discusión
DESENCALADO
Ácido
PIQUELADO
CURTIDO
Cromo
ETAPA DE CURTIDO
RECURTIDO
DESAGUADO
PROCESOS DE TERMINACIÓN
CUERO CURTIDO
Figura 1: Diagrama de flujo del proceso de curtido al cromo
Tabla 1: Caracterización del efluente de pelambre
Parámetro
Abreviación
pH
pH
Demanda Química de Oxígeno
DQO
Demanda Biológica de Oxígeno
DBO5
Color
Nitrógeno Total Kjeldahl
NTK
Nitrógeno Amoniacal
N-NH3
N-Nitrito
N-NO2 N-Nitrato
N-NO3 Cloruros
ClSulfuros
S2 Sulfatos
SO4 2 -
Promedio*
12,3
34.900
8.795
26.095
3.085
220
0,25
0,66
21.867
1.149
247
En la Tabla 1 se muestra la caracterización del efluente de pelambre
utilizado en los tratamientos de oxidación avanzada mediante reacción
de Fenton y biológico.
Como se observa, el efluente presenta un alto pH y una elevada
carga orgánica, determinada como DQO y DBO5 , debido principalmente a
la presencia de proteínas solubles de bajo y alto peso molecular. Junto
con esto, se evidenció una alta concentración de nitrógeno total (3 g/L) y
sales provenientes del proceso de pelambre (22 g/L de cloruros), entre
* Todas las concentraciones están en mg/L, excepto el pH y color
las que destacan lo sulfuros en concentraciones mayores de 1 g/L, los
que eventualmente pueden interferir con el proceso biológico.
En la Tabla 2 se resume la eficiencia de eliminación de materia
orgánica en cada etapa (POA y biológico) de tratamiento del efluente de
pelambre, para las distintas cargas orgánicas alimentadas al sistema, así
como las eficiencias globales del proceso
Tabla 2: Eficiencias parciales y globales del sistema de tratamiento secuencial POA-biológico
combinado.
Velocidad de
Porcentaje de remoción de materia orgánica
Se observa que al aumentar la VCO de
carga orgánica,
POA
BIOLÓGICO
COMBINADO
0,43 a 0,72, también aumenta la eficiencia de
VCO (gDQO/L×d)
DQO(%) DBO5 (%) DQO(%) DBO5 (%) DQO(%) DBO5 (%)
eliminación de materia orgánica; sin embargo
0,43
87
87
34
59
91
93
para una VCO de 1,6 gDQO/L•d se produce
0,72
91
91
58
69
96
96
una disminución en la eliminación de materia
1,60
90
90
40
69
94
96
noviembre/diciembre 2003
A G U A
L A T I N O A M É R I C A
11
Español
Português
Tabla 3: Comportamiento de la biomasa en el reactor de lodos activados
Tiempo
VCO
F/M
IVL
SD30
SSV
SSV/SST
(d)
0–6
7 – 20
21 – 27
(gDQO/L•d)
0,43
0,72
1,60
(gDBO5 /L•d)
0,01
0,01
0,02
(ml/gSSV)
12,1
6,1
2,6
(ml/L)
154
140
92,5
(g/L)
13,06
23,05
35,22
0,84
0,92
0,80
orgánica, comparada a la VCO anterior, de manera que pareciera existir
una VCO óptima en la operación de los sistemas. Los resultados indican
que un pre-tratamiento mediante POA, efectivamente ayuda a mejorar la
eliminación global de materia orgánica recalcitrante contenida en efluentes
de pelambre, dado que un tratamiento biológico sin pre-tratamiento
presenta rendimientos menores a los obtenidos en este trabajo.3 Se
estima que este efecto se logra por una oxidación química fuerte de
compuestos recalcitrantes de elevado peso molecular, con lo que mejora
la biodegradabilidad de estas fracciones.
El estudio de la biomasa en el sistema biológico indica que no existe
una gran influencia de grupos altamente oxidados en la actividad de ésta, lo
que se demuestra a través de estudios de respirometría que así lo indican
(datos no mostrados). En cuanto a las características de sedimentación del
lodo, se observó que éstas mejoraron aun más durante el estudio,
reflejándose en el valor del IVL, que se redujo de 12 a 2,6 ml/g SSV. La
proporción de materia orgánica en los lodos no sufrió cambios
significativos por eventual presencia de compuestos inorgánicos, y la
razón SSV/SST se mantuvo constante alrededor de 0,8-0,9, indicando
que los compuestos inorgánicos fueron separados adecuadamente a la
entrada del tratamiento biológico.
Conclusiones
El tratamiento secuencial POA-biológico permite incrementar la
eliminación de la materia orgánica contenida en un efluente de pelambre.
Los radicales libres generados en el pre-tratamiento mediante la reacción
de Fenton (POA), no producen efectos relevantes sobre la actividad de la
biomasa, durante los 30 días de operación del sistema biológico.
Materiais e Métodos
• Efluente: Obteve-se o efluente de um curtume local, localizado na zona
central do Chile. Trabalhou-se com efluente proveniente da etapa de calagem.
• Pré-tratamento através de processos de oxidação avançada (POA): Com
base nos resultados obtidos em estudos preliminares,5 utilizou-se como
pré-tratamento o reagente de Fenton, com uma relação H2O 2/Fe 2+ de 9 e
H 2O 2/DQO de 4, de acordo com a metodologia descrita por Tang e Huang.6
• Sistema de lodos ativados: Alimentou-se um reator de lodos ativados
(reator de 1,8 L e clarificador de 0,9 L) com biomassa adaptada a esse
tipo de água residual3 durante aproximadamente 30 dias com efluente
proveniente do processo de calagem, pré-tratado através da reação de
Fenton. Variou-se a velocidade da carga orgânica (VCO) entre 0,4 e 1,6
g-DQO/L•d, enquanto que o tempo de retenção hidráulica (TRH) foi
mantido constante em 1 dia. A biomassa foi periodicamente reciclada, e
o excesso foi purgado para manter uma idade constante do lodo.
• Estudo da biomassa do reator: Avaliou-se o comportamento do reator
através dos parâmetros de índice volumétrico de lodo (IVL), idade do
lodo e fator de carga de DBO5 do lodo (F/M). Além disso, realizaram-se
determinações da atividade respirométrica do lodo para determinar seus
parâmetros cinéticos (b: taxa de consumo de oxigênio, kd : constante de
decaimento, etc.).
• Métodos analíticos: Os parâmetros Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis
(SV), Sólidos Suspensos Totais (SST), Sólidos Suspensos Voláteis (SSV),
Demanda Química de Oxigênio (DQO), Demanda Biológica de Oxigênio
(DBO5 ), nitrogênio total e fósforo total foram medidos segundo métodos
padronizados.1 As amostras para a determinação de DBO5 e DQO foram
previamente filtradas através de uma membrana de 0,45 micrômetros (mm).
Resultados e Discussão
Agradecimientos
Este trabajo fue parcialmente financiado por el Proyecto INCO-DC
Nº ERB IC18-CT98-0286 “Reduction of environmental impacts of leather
tanneries (EILT)”, el Proyecto N° 201096054-1.0 de la Dirección de
Investigación de la Universidad de Concepción (Chile), y el Proyecto PE
2101 de la Dirección de Investigación y Desarrollo de la Universidad de
La Frontera, Temuco (Chile). 6
Referencias
1. APHA-AWWA-WPCF, Standard Methods for Examination of Water
and Wastewater, 16th Ed., Washington, DC, EE.UU., 1985.
2. Ahn, D.H., Y.C. Chung, Y.J. Yoo, D.W. Pak y W.S. Cheng, “Improved
treatment of tannery waste-water using Zoogloea ramigera and its
extracellular polymer in an activated sludge process”, Biotechnology
Letters, 18(8), 917-22, 1996.
3. Bornhardt, C., J. Nieto, K. Cooman y G. Vidal, “Activated sludge
treatment and toxicity evaluation of tannery wastewater streams”, IWA
2nd World Water Congress, Berlin, Alemania, 15-19 de Octubre, 2001.
4. Menéndez, C., y M. Díaz, “Depuración de aguas residuales de tenerías
de pieles”, Tecnología del agua, 183, 27-32, 1998.
5. Nieto, J., C. Lizama, C. Bornhardt, G. Vidal, J. Freer y H. Mansilla, “Oxidación
12
de oxidação avançada-lodo ativado sobre a eliminação da
matéria orgânica em águas residuais provenientes da etapa
de calagem do processo de produção de couro, como
também verificar o comportamento da biomassa devido à
influência de compostos oxidados.
A G U A
A Tabela 1 mostra a caracterização do efluente de calagem utilizado nos
tratamentos de oxidação avançada através da reação de Fenton e biológico.
Como se observa, o efluente apresenta alto pH e elevada carga orgânica,
determinada como DQO e DBO5, em razão principalmente da presença de
proteínas solúveis de baixo e alto peso molecular. Junto com isso, evidenciouse uma alta concentração de nitrogênio total (3 g/L) e sais provenientes do
processo de calagem (22 g/L de cloretos), entre os quais se destacam os
sulfetos em concentrações superiores a 1 g/L, os quais podem eventualmente
interferir no processo biológico.
A Tabela 2 traz um resumo da eficiência de eliminação de matéria
orgânica em cada etapa (POA e biológico) de tratamento do efluente da
calagem, para as distintas cargas orgânicas alimentadas no sistema, bem
como as eficiências globais do processo combinado.
Observa-se que, ao se aumentar a VCO de 0,43 para 0,72, aumentase também a eficiência de eliminação de matéria orgânica; contudo, para
uma VCO de 1,6 g-DQO/L•d, produz-se uma diminuição na eliminação
de matéria orgânica em comparação com a VCO anterior, de forma que
parece existir uma VCO ótima na operação dos sistemas. Os resultados
indicam que um pré-tratamento através de POA efetivamente ajuda a
melhorar a eliminação global de matéria orgânica recalcitrante contida
nos efluentes da calagem, uma vez que um tratamento biológico sem
L A T I N O A M É R I C A
noviembre/diciembre 2003
Español
Português
avanzada de un efluente de curtiembre tratado biológicamente”, XXIV Jornadas
Chilenas de Química, Temuco, Chile, 28-30 de Noviembre, 2001.
6. Tang, Z., y P. Huang, “Stochiometry of Fenton´s reagent in the oxidation
of chlorinated aliphatic organic pollutants”, Environmental Technology,
18, 13-23, 1997.
Acerca de los Autores
La Dra. Gladys Vidal es académico y Jessica
Nieto es estudiantes del Centro de Ciencias
Ambientales Eula-Chile, Universidad de
Concepción, Chile.
El Dr. Fernando Márquez es académico del
Departamento de Ingeniería Química, Universidad
de Concepción, Chile.
El Dr. Héctor Mansilla es académico del
Laboratorio de Recursos Renovables, Universidad de Concepción, Chile.
El Dr. Cristian Bornhardt es académico del Departamento de
Ingeniería Química, Universidad de La Frontera, Temuco, Chile.
Este artículo fue presentado en el XXVIII Congreso de la
Asociación Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (AIDIS)
en Cancún, México, del 27 al 31 de octubre 2002.
Contacto: Dra. Gladys Vidal–Casilla 160–C, Concepción; Chile;
Tel: +56 (41) 204067; Fax: +56 (41) 207076 o Email: [email protected]
pré-tratamento apresenta rendimentos menores do que os obtidos neste
trabalho.3 Estima-se que esse efeito se deve a uma oxidação química forte
de compostos recalcitrantes de elevado peso molecular, com o que se
melhora a biodegradabilidade dessas frações.
O estudo da biomassa no sistema biológico indica que não existe uma
grande influência de grupos altamente oxidados na atividade da biomassa,
o que é demonstrado através de estudos de respirometria que assim o
indicam (dados não mostrados). Quanto às características de sedimentação
do lodo, observou-se que elas melhoraram ainda mais durante o estudo,
refletindo-se no valor do IVL, que foi reduzido de 12 para 2,6 ml/g SSV. A
proporção de matéria orgânica nos lodos não sofreu alterações significativas
pela eventual presença de compostos inorgânicos, e a relação SSV/SST
manteve-se constante ao redor de 0,8 a 0,9, indicando que os compostos
orgânicos foram separados adequadamente na entrada do tratamento
biológico.
Conclusões
O tratamento seqüencial POA-biológico permite aumentar a
eliminação da matéria orgânica contida num efluente de calagem. Os
radicais livres gerados no pré-tratamento através da reação de Fenton
(POA) não produzem efeitos significativos sobre a atividade da biomassa
durante os 30 dias de operação do sistema biológico. 6
Construyamos generaciones de esperanza para
nuestros niños...el futuro de nuestro mundo.
Water For People/Agua para la Gente utiliza el agua
como un cimiento para ayudar a las comunidades
de los países en vías de desarrollo a abordar sus
propias necesidades básicas de agua y saneamiento.
Sin estos elementos esenciales, no puede lograrse
ninguna otra meta de desarrollo.
Ayúdenos a hacer una diferencia inmediata y
duradera en la salud y el bienestar de estas vidas
tan especiales que necesitan un futuro más sano.
Water For People
6666 W. Quincy Avenue
Denver, CO 80235 U.S.A.
Tel: +1(303).734.3490
FAX: +1(303).734.3499
Correo Electrónico:
[email protected]
Mundialmente, un niño muere cada
diez segundos debido a alguna enfermedad
relacionada con el agua.
noviembre/diciembre 2003
A G U A
L A T I N O A M É R I C A
13