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Estudio piloto de la tecnología de floculación-flotación avanzada “Sistema GEM®” aplicado en aguas residuales industriales del sector avícola

24/10/2018

Estudio piloto de la tecnología de floculación-flotación avanzada “Sistema GEM®” aplicado en aguas residuales industriales del sector avícola

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  • Por María Vivas y Ane Arregi
 

CWT ha demostrado recientemente el alto rendimiento de su avanzada y patentada tecnología GEM® en la eliminación de contaminantes de las aguas residuales generadas en una industria del sector avícola. La solución final va a reconvertir y maximizar la eficiencia del tratamiento físico-químico DAF existente, aportando la ventaja inmediata de mejora de sus aguas de vertido, y aportando también importantes ahorros económicos en términos de inversión, ahorro de espacio y costes de operación de la planta depuradora.
 


Objetivos del Estudio de Demostración

 
El objetivo de las pruebas piloto ha sido evaluar, a escala real, el mayor rendimiento del Sistema GEM® con las aguas residuales generadas en una industria avícola, para comprobar su capacidad de eliminación de diversos contaminantes: sólidos suspendidos totales (SST), grasas y aceites (GyA), y demanda química y bioquímica de oxígeno, DQO y DBO5, respectivamente.
 
 

El Sistema GEM® en la Planta Avícola

 
Para las pruebas piloto se ha instalado el equipo industrial Sistema GEM® 75 y todos sus periféricos (Figura 1), constituyendo así un sistema de tratamiento de aguas completo, que ha trabajado paralelamente al sistema de flotación DAF existente.
 
Dada la actividad de la planta productiva, a lo largo del día se generan aguas residuales de alto contenido contaminante, pudiendo diferenciar dos tipos de agua residual a tratar: aguas generadas durante el proceso productivo (a lo largo de la mañana), y aguas generadas durante el vaciado de equipos y tareas de limpieza (a lo largo de la tarde), éstas últimas con una mayor carga contaminante.
 
Previo al tratamiento primario, estas aguas pasan por un pretratamiento constituido por un tamizado fino y un pozo de bombeo que actúa como homogeneizador. La corriente de agua derivada hacia el Sistema GEM® ha sido acondicionada con coagulante inorgánico antes de la bomba de alimentación del Sistema GEM®, la cual impulsa el agua al banco de cabezales LSGM.
 
Se ha procedido a la adición de aire en el primer cabezal y de floculantes catiónico y aniónico en los cabezales quinto y sexto, respectivamente. El número y tipo de floculantes utilizados, así como las dosis orientativas, fueron analizados previamente a nivel de laboratorio con una prueba de jarras, determinando que los mejores resultados se obtenían al aplicar la estrategia dual de floculantes: catiónico para formar los flóculos, y posteriormente aniónico para terminar de recogerlos y compactarlos.

Tras recorrer el circuito de cabezales, el agua ha sido descargada en la cámara de descompresión (donde se produce la flotación de los flóculos), pasando inmediatamente a la cámara de retirada de fangos, donde el sistema de rasquetas ha separado el fango del agua. El fango arrastrado ha sido vertido al tanque provisional de recogida de fangos del Sistema GEM®, desde el que ha sido bombeado a un depósito de almacenamiento que ha sido retirado diariamente por el personal de mantenimiento de la planta. El agua tratada del Sistema GEM® ha sido descargada directamente al sistema de alcantarillado.

 

Figura 1. Unidad de demostración del Sistema GEM®

 

Durante las pruebas se han ajustado las variables de funcionamiento del Sistema GEM® hasta llegar a obtener los resultados óptimos. Básicamente, se ha probado el funcionamiento con las diferentes combinaciones de químicos (coagulante, polímero catiónico y polímero aniónico) a diversas dosis, y se han ajustado los tiempos y frecuencias de inyección de aire, así como la frecuencia y duración del sistema de recogida de fangos.

 

Resultados del estudio

 
A continuación, se muestran los resultados obtenidos en términos de:
 
  • Calidad del agua y rendimientos del Sistema GEM®.
  • Fangos producidos, costes de gestión y ahorros aportados.
  • Consumo de químicos, costes y ahorros aportados.
 
Calidad del agua y rendimientos del Sistema GEM®
 
En la Tabla 1 se muestran las características del agua de entrada y salida del Sistema GEM®, así como los rendimientos de eliminación de contaminantes obtenidos con los dos tipos de aguas generadas en la planta avícola. En la Figura 2 se puede apreciar el aspecto de las muestras de agua y fango producido.
 
Todos los valores obtenidos con el Sistema GEM® han estado por debajo del límite de vertido, obteniendo muy altos rendimientos de eliminación de contaminantes con los dos tipos de aguas residuales generadas en la planta avícola, independientemente de la carga contaminante.
 
Para las aguas del vaciado y limpieza de equipos (de más alta carga contaminante), el valor de la DQO de salida roza el límite de vertido, por lo que se plantean estrategias de homogeneización en el pozo de bombeo para reducir aún más este parámetro.
 

Tabla 1. Resumen de resultados obtenidos con el Sistema GEM® 
(Valores medios de 3 días de muestreo con el sistema optimizado)

Figura 2. Muestras con las aguas procedentes del proceso productivo (izquierda) y procedentes
del vaciado de equipos y tareas de limpieza (derecha)
 
 
Fangos producidos, costes de gestión y ahorros aportados
 
Durante las pruebas también se ha realizado un estudio de la sequedad del fango producido en el Sistema GEM®, debido al gran impacto económico que tiene este parámetro en los costes de gestión del fango.
 
El Sistema GEM®, debido a su capacidad de saturación de toda la corriente de agua en aire, es capaz de aumentar la capacidad de flotación de los fangos generados, ya que el aire se encuentra en el interior de todos los flóculos formados, y al expandirse, produce adicionalmente el efecto de desplazamiento de las moléculas de agua hacia fuera de los mismos, generando fangos más secos que un sistema de flotación convencional. Este efecto es duradero en el tiempo, y los fangos del Sistema GEM® siguen espesándose en reposo (Figura 3), incrementando aún más los ahorros en la gestión de lodos. El agua expulsada puede drenarse fácilmente por el fondo del depósito de fangos.
 
A la salida del Sistema GEM® se ha obtenido una sequedad media del 7,4%, la cual representa un incremento de 2,5 veces sobre la sequedad obtenida con un sistema de flotación convencional (por lo general en torno al 3%). Esto se traduce en que el total de los lodos generados se reduce en más de un 50% frente a los sistemas convencionales, aportando, por tanto, más del 50% de ahorro en los costes asociados al transporte y tratamiento de los mismos.
 
Dejando el fango en reposo durante 24 h, el fango que produce el Sistema GEM® alcanzó una sequedad del 16,9%, mientras que los fangos de un sistema convencional aumentan por lo general un par de puntos porcentuales pudiendo alcanzar un 5%. 
 
La opción de espesamiento por reposo de los fangos generados con el Sistema GEM® puede aportar mayores ahorros en la gestión de fangos (debido a la menor cantidad de agua que contienen), e incluso, en algunos casos, puede llegar a evitar el uso de costosos sistemas de deshidratación posterior.
 
 
Figura 3. Efecto del desplazamiento del agua fuera de los flóculos del fango generado en el Sistema GEM®
 

En la Tabla 2 se muestra un cálculo demostrativo de los fangos generados en la planta avícola, considerando un caudal de 120 m3/d, una concentración media de SST de entrada de 4.800 mg/L, y los % de sequedad mencionados para cada sistema de flotación: (1) Sistema GEM® vs. DAF, y (2) Sistema GEM® vs. DAF tras un reposo durante 24 h.
 
En las últimas dos columnas se muestran los costes anuales asociados de gestión de los fangos para cada alternativa, así como el ahorro anual proporcionado por el Sistema GEM® en comparación con los costes del fango generado en un DAF. Los ahorros que pueden llegar a aportar los fangos más espesos del Sistema GEM® son bastante considerables.

 
Tabla 2. Comparativa de los fangos generados con el Sistema GEM® y un sistema DAF convencional
(a la salida del sistema de flotación y luego de 24 h de reposo). Costes anuales de gestión asociados
 
 
(1) Suponiendo un coste medio de gestión del fango (transporte+tratamiento) de 30 €/Ton de fango. Unidad de flotación trabajando 5 días/semana y 45 semanas/año.
(2) Valores genéricos medios que corresponderían a los de un sistema con presurización indirecta (mediante recirculación).
 
 
Consumo de químicos, costes y ahorros aportados
 
Durante las pruebas, se ha planteado una estrategia dual de floculantes, opción que sólo permite el Sistema GEM® gracias al diseño de su patentado sistema de cabezales LSGM. Mediante esta configuración es posible adicionar un segundo polímero al proceso, en este caso del tipo aniónico, mejorando así la calidad del agua tratada y la resistencia del flóculo formado.
 
Durante las pruebas se ha utilizado un coagulante inorgánico, un polímero catiónico de alto peso molecular, y un polímero aniónico de alto peso molecular. Se ha logrado conseguir una dosificación óptima constante, independientemente a la variabilidad del agua de entrada.
 
La Tabla 3 presenta las dosis de químicos utilizadas una vez optimizado el sistema y la estimación de su consumo y costes considerando un caudal de tratamiento de 120 m3/d. El ahorro de químicos ha superado más del 50% frente al sistema DAF actual.
 
 
Tabla 3. Estimación de consumos y costes anuales de químicos
 
 
(1) El coagulante se añade sin ninguna dilución.
(2) Cálculos basados en una concentración de 0,35% de polímero en polvo.
(3) Suponiendo un precio de coagulante, polímero catiónico y polímero aniónico de 0,20, 4,00 y 2,50 €/kg, respectivamente. Unidad de flotación trabajando 45 semanas/año.
 


Conclusiones finales

 
Las pruebas piloto han confirmado que el Sistema GEM® aporta muy altos rendimientos de eliminación de contaminantes con las aguas residuales de una industria avícola, pudiendo optimizar a su máxima expresión la eficiencia del sistema físico-químico actual. Además, el Sistema GEM® ofrece otra serie de importantes ventajas, principalmente en el ahorro de los costes de gestión de los fangos generados y en el ahorro del consumo de químicos requeridos para el rendimiento óptimo del sistema.
 
Durante las pruebas se ha observado que el Sistema GEM® es una máquina robusta, fiable y estable. Es un sistema versátil que permite modificaciones rápidas de los parámetros de proceso, ya sean de la coagulación, floculación, la aportación de oxígeno disuelto, la flotación, la separación sólido-líquido, resultando en una optimización del tratamiento físico-químico. También se han podido observar la fácil adaptación de los parámetros de proceso del Sistema GEM® frente a los cambios de carga de entrada: un ajuste de las dosis con efectos visibles en cuestión de segundos, pudiendo mantener la dosificación constante sin prescindir de calidad de efluente, lo que facilita el control y automatización del sistema.
 
Por todo esto, CWT adaptará próximamente el Sistema GEM® Retrofit (Figura 4) en el tanque de flotación actual, solución que requiere un mínimo espacio de implantación (sólo 0,5 m2 del espacio requerido para el banco de cabezales LSGM) y también mínima intervención en su implantación, con la ventaja inmediata de mejora de sus aguas de vertido.
 
 

Figura 4. Sistema GEM® Retrofit a integrar al tanque de flotación DAF existente
 
 
En resumen, la planta avícola se beneficiará de todas las ventajas que aporta el Sistema GEM®:
 
  • Excelentes rendimientos de eliminación de SST, GyA, DQO y DBO5.
  • Único sistema que permite la estrategia dual de químicos de manera eficiente para favorecer aún más la captura de contaminantes, y maximizar así los rendimientos del tratamiento físico-químico.
  • Reducción del consumo de químicos.
  • Reducción de la cantidad de lodos generados (más secos) y los costes asociados a su gestión.
  • Mínimo espacio de implantación.
  • Estabilidad y flexibilidad del proceso frente a variaciones de carga másica e hidráulica.
  • Sistema que permite futuras evoluciones y expansiones.
 
Para información sobre otros estudios piloto e instalaciones, contacte directamente con CWT en este correo spain@cleanwatertechnology.com
 
 
Más información sobre el Sistema GEM® de CWT en https://www.cleanwatertechnology.com
 
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