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Ingeniera Agrcola y Biosistemas 2(2): 87-90, 2010Recibido: 1 de octubre, 2010

Aceptado: 11 de febrero, 2011

OPCIONES DE TRATAMIENTO PARA AGUAS RESIDUALES DE TRESGRANJAS PORCCOLAS

TREATMENT OPTIONS FOR WASTEWATER OF THREE SWINE FARMS

Violeta Erndira Escalante-Estrada*, Marco Antonio Garzn-Zuiga

Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua

Paseo Cuauhnhuac 8532 Col. Progreso. Jiutepec, Morelos. 62550, MxicoCorreo-e: vescalan@tlaloc.imta.mx(*Autor para correspondencia)

RESUMEN

Para el tratamiento de las aguas residuales existen tecnologas de bajo costo como son las lagunas de estabilizacin y los procesos anaerobios. Lasdos tecnologas se han utilizado para el tratamiento de aguas residuales de alta carga, como las de granjas porccolas. El objetivo de este trabajo fue

presentar opciones de tratamiento para diferentes tipos de aguas residuales de granjas porccolas, realizando un anlisis de sus requerimientos derea. Se presenta la caracterizacin de las aguas residuales de tres granjas (tecnicada, semi-tecnicada y de traspatio), el sistema de tratamiento

para cada una y la calibracin del diseo para la granja de traspatio. Las conguraciones propuestas permiten reducir 31 % los requerimientos de

rea (m2m-3) para la granja semi-tecnicada por incluir un digestor anaerobio y 35 % los requerimientos de rea (m2m-3) para la granja tecnicada

al incluir un digestor anaerobio y un reactor anaerobio de ujo ascendente en el tren de tratamiento.

Palabras clave adicionales: Lagunas de estabilizacin, procesos anaerobios, agua residual porcina.

ABSTRACT

For the treatment of wastewater there are low-cost technologies such as stabilization ponds and anaerobic processes. Both technologies have beenused to treat high load wastewater such as swine farm wastewater. The aim of this paper was to present treatment options for different types of swinewastewater, conducting an analysis of area requirements. We present the characterization of wastewater from three different swine farms ( technied,low sophisticated andbackyard) is presented, besides a description of the treatment system for each case, calibration of the design for the backyardfarm. The proposed treatment congurations allow reducing 31 % the area requirements (m 2m-3), for the low sophisticatedfarm by including ananaerobic digester; and 35 % in the area requirements (m2m-3) for the technied farm by including an anaerobic digester and an upow anaerobicreactor in the treatment train.

Additional key words: Stabilization ponds, anaerobic processes, swine wastewater.

doi: 10.5154/r.inagbi.2010.10.015

INTRODUCCIN

El tratamiento de aguas residuales se lleva a cabo medianteprocesos fsicos, qumicos y biolgicos. Dentro de los procesosbiolgicos se encuentran los procesos anaerobios y las lagunas deestabilizacin. Los procesos anaerobios, adems de ser procesosen el que se puede lograr remover hasta un 90 % de materia

orgnica, presentan como ventaja la generacin de biogs y unporcentaje bajo de produccin de lodos. Los digestores anaerobios

en comparacin con el reactor anaerobio de ujo ascendente

(RAFA), pueden aceptar concentraciones altas de slidos yde materia orgnica, pero operando a tiempos de retencinhidrulica (TRH) mayores. Las lagunas de estabilizacin sonestructuras articiales (generalmente construidas de tierra), en

donde se lleva a cabo una combinacin de procesos como son:sedimentacin, digestin y conversin de desechos orgnicos

por bacterias y algas. Se clasican de acuerdo al tipo de proceso

en los siguientes grupos. Anaerobias, que se disean para tratar

NOTA CIENTFICA

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Opciones de tratamiento...

aguas residuales con concentraciones altas de materia orgnica,su funcin es permitir la sedimentacin de slidos y la remocinde materia orgnica en condiciones de ausencia de oxgeno.Facultativas, donde el proceso de degradacin se lleva a cabo entres fases. En el fondo de la laguna existen condiciones anaerobiasque generan biogs y que produce un ligero mezclado. La faseintermedia la llevan a cabo microorganismos facultativos. En la

parte superior de la laguna (20 a 30 cm de la supercie) se lleva

a cabo la fase aerbica; la produccin de oxgeno se realiza pormedio de las algas que utilizan como fuente de energa la luzsolar en el estanque. En las lagunas de maduracin, el procesose lleva a cabo en condiciones aerobias y tienen el objetivo deremover microorganismos patgenos, ya que la remocin demateria orgnica es baja.

Estudios realizados para el tratamiento de efluentesporccolas como el de Chao (2008) reportan un 71 % de remocin

de demanda qumica de oxgeno (DQO) para un biodigestoroperando con TRH de 15.9 das y una temperatura ambiente

promedio de 24.7 C. Meja (1986) reporta un 90 % de remocin

de materia orgnica en un reactor anaerobio de ujo ascendente

de laboratorio operando con TRH de dos das. Cordero (2010)al evaluar dos sistemas de tratamiento para el tratamiento deeuentes porccolas, basados en el proceso de ltracin para el

primero y ltracin + lodos activados para el segundo, partiendo

de una concentracin inicial de 11 unidades logartmicas deEscherichia coli encontr que la reduccin para el primer sistemafue de 6 y para el segundo de 5 unidades logartmicas,requiriendode un proceso de desinfeccin para cada sistema. Las lagunas deestabilizacin pueden ser el proceso complementario para lograrla desinfeccin de euentes de sistemas de tratamiento que no

cumplan con las caractersticas microbiolgicas requeridas.Las lagunas de estabilizacin y los procesos anaerobios se hanutilizado para el tratamiento de aguas residuales de diferentestipos (municipales, de la industria azucarera, del caf y la

porccola, entre otros). Las aguas residuales porccolas se ubicancomo de alta carga, variando su concentracin de acuerdo asu origen.El objetivo de este trabajo es presentar alternativasde tratamiento para tres tipos de aguas residuales porccolas,realizando un anlisis de sus requerimientos de rea.

MATERIALES Y MTODOS

El trabajo se enfoc en la caracterizacin de las aguasresiduales en tres granjas porccolas (tecnicada, semi-tecnicada

y de traspatio), siguiendo los mtodos estndares (APHA,AWWA, WPCF, 1995) para el muestreo y la determinacin de los

parmetros pH, temperatura, oxgeno disuelto, DQO, demandabioqumica de oxgeno (DBO

5), slidos suspendidos totales

(SST), slidos suspendidos voltiles (SSV), nitrgeno total(N-T), fsforo total (P-T) y coliformes fecales (CF). Se realizel diseo del sistema de tratamiento para cada granja, a partirde los resultados de la caracterizacin. Se tomaron en cuentalas recomendaciones de diseo para los procesos anaerobioscomo son: temperatura, carga orgnica volumtrica, TRH entreotros (Metcalf and Eddy, 1979, 2003), y las especicaciones

indicadas para el diseo de lagunas de estabilizacin, como son

la temperatura, evaporacin, la carga orgnica volumtrica ysupercial, TRH entre otros (Coll et al., 1994). Se plantearon

diferentes alternativas de tratamiento, con y sin digestoranaerobio previo al sistema lagunar; y varios esquemas desistemas lagunares. Se realiz la calibracin del diseo parael agua residual de una granja porccola de traspatio (prueba anivel piloto).

RESULTADOS Y DISCUSIN

Caractersticas de las aguas residuales de tres granjas

En el Cuadro 1 se presentan las caractersticas de las aguasresiduales para los euentes de las tres granjas porcinas. Se puede

observar que la concentracin de materia orgnica (DBO5, DQO)

aumenta con el grado de tecnicacin de la granja. Con respecto

a la concentracin de coliformes fecales el comportamiento fueindistinto.

Victorica (2008) al caracterizar el agua de salida de un

tanque de sedimentacin de una granja porccola pequea,obtuvo concentraciones promedio de 2,977 mg DQOL-1, 1,685mg DBO

5L-1, valores intermedios entre los obtenidos en el agua

residual cruda de la granja de traspatio y la semi-tecnicada. La

variacin de los resultados conrma la importancia de realizar la

caracterizacin de las aguas residuales de granjas porcinas parael diseo de los sistemas de tratamiento.

Granja de traspatio

La granja de traspatio ubicada a una altitud de 1,010m, con clima clido, temperatura media anual de 23.2 C

y una evaporacin promedio anual de 6.7 mm, en la que la

recoleccin de slidos se realizaba en forma manual. A partirde la caracterizacin del agua residual porccola se diseotericamente el siguiente tren de tratamiento: separacin fsicade slidos (SFS), laguna anaerobia, laguna facultativa y treslagunas de maduracin en serie, con profundidades de 2, 1.5 y

de 1 m, respectivamente. El sistema de tratamiento fue calibradoa nivel piloto (Estrada y Hernndez, 2002), para un caudal de0.2 m3d-1en la poca crtica (mes ms fro, enero), variandola temperatura ambiente entre 15 y 25 C y la del agua entre

15 y 24 C. Los valores promedio de los parmetros de campo

estuvieron dentro del rango esperado: anaerobia (pH 7, color delagua gris, ausencia de oxgeno disuelto (OD)); facultativa (pH8, color del agua verde, 2 mgL-1de OD); maduracin I (pH > 8,color del agua verde, 6 mgL-1de OD); maduracin II (pH > 8,color del agua verde, 12 mgL-1de OD) y maduracin III (pH >8, color del agua verde, 20 mgL-1de OD). Las eciencias en laremocin de materia orgnica y de slidos fueron: anaerobia (39

% DQO, 30 % DBO, 36 % SST); facultativa (48 % DQO, 83 %

DBO, 31 % SST, 99.2 % CF); maduracin I (21 % DQO, 51 %

DBO, 16 % SST, 95 % CF); maduracin II (34 % DQO, 32 %

DBO, 0 % SST, 93 % CF) y maduracin III (28 % DQO, 0 %

DBO, 0 % SST, 58 % CF). De los resultados se observa que en la

laguna facultativa se obtuvo la mayor eciencia de remocin de

materia orgnica, la que decrece en las lagunas de maduracin.

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Un comportamiento similar se present con respecto a la remocinde coliformes fecales, disminuyendo dos ciclos logartmicos enla laguna facultativa y uno en cada laguna de maduracin. Elrea requerida para tratar un caudal de 4 m3d-1fue de 110 m2sin considerar las reas para los bordos y caminos de acceso. Eleuente del sistema cumple con DBO

5(27 mgL-1) y CF (28 NMP

100mL-1) con respecto a la norma NOM-001-SEMARNAT-1996,por lo que se considera que los mtodos aplicados para el diseodel sistema de tratamiento fueron los adecuados.

Granja semi-tecnifcada

Ubicada en una regin de clima clido, con temperaturasambientales entre 19 y 45 C, y altitud de 10 m. Los datos

de diseo fueron: caudal de 8 m3d-1, temperatura 23.5 C,evaporacin neta 5 mmd-1, DBO

5de 5,500 mgL-1, CF 3.3 x1011

NMP 100mL-1. A partir de un anlisis previo (Escalante y Paat,2002), de 16 esquemas de tratamiento se seleccion la siguiente

alternativa que siguiendo los criterios de diseo requiere lamenor rea para su construccin: SFS, digestor anaerobio, doslagunas anaerobias, una facultativa y tres de maduracin enserie (la profundidad de las lagunas facultativas fue 1.5 m y las

de maduracin de 1.2 m para cada una de ellas). Tericamente

se obtendr un 95 % remocin de DBO5 y menos de 1,000 NMP100mL-1de CF en el euente. La supercie requerida para elsistema lagunar es de 152 m3, sin incluir el rea para bordos ycaminos de acceso. El rea requerida para el digestor anaerobioes de 6m2y el TRH de 20 d.

Granja tecnifcada

Tomando en cuenta que el agua residual de la granjatecnicada (ubicada a 1,765 m) presenta una concentracin mayor

de materia orgnica que las granjas de traspatio y semi-tecnicadas,

se propuso un esquema de tratamiento que incluyera digestoresanaerobios y RAFA con el enfoque de generacin y captura del

biogs. Los datos utilizados en el diseo fueron: caracterizacin deleuente de la granja (Garzn-Zigaet al., 2009), una temperaturaambiente promedio de 18.5 C (poca ms fra), y un caudal a tratar

de 156 m3d-1. El esquema propuesto y la remocin esperada paraDBO

5es: SFS (30 %), digestor anaerobio (90 %), RAFA (90 %),

laguna facultativa I (70 %), laguna facultativa II (70 %), laguna

de maduracin I (30 %), laguna de maduracin II (5 %), laguna de

maduracin III (5 %). Con una reduccin de dos ciclos logartmicos

de coliformes fecales en el euente de la primera laguna facultativa,

un ciclo logartmico en la segunda laguna facultativa y en cadalaguna de maduracin. Tericamente el euente del sistema de

tratamiento contendr menos de 30 mgL-1de DBO5y menos de

1000 NMP 100mL-1de CF, el rea total requerida es de 2,782 m2,sin incluir el rea para bordos y caminos de acceso. Se consideruna altura de diseo para los procesos anaerobios de 6 m y para

las lagunas facultativas y de maduracin una profundidad de 1.5

m y 1.2 m respectivamente.

Comparacin entre sistemas de tratamiento

Enel Cuadro 2 sepresentan los requerimientos de TRH

por proceso y total de los trenes de tratamiento, as como elrea requerida para cada sistema de tratamiento. Con respectoa los TRH por sistema, se observa que a mayor concentracinde coliformes fecales en el agua residual de la granja porcina,se requiere un mayor TRH. La relacin entre el rea requerida yel caudal a tratar fue: para la granja de traspatio de 27.5 m2m-3,

para la semi-tecnicada 19 m2m-3, y para la tecnicada de 17.8m2m-3. Como es de esperar se reducen los requerimientos de rea

por metro cbico a tratar, al utilizar el digestor anaerobio en la

granja semitecnicada, y al utilizar en serie el digestor anaerobio

y el RAFA en la granja tecnicada.

Parmetro Granja tecnifcada Granja semi-tecnifcada Granja de traspatio

Q (m3da-1) 156 8 4DBO

(mgL-1) 15,061 5,500 590

DQO (mgL-1) 40,498 32,621 900NT (mgL.-1 1,048 881 -PT (mgL-1 430 19 -SST (mgL-1 25,034 7,555 301

CF (NMP100 mL-1 9.2 108 3.3 X 1011 8.8 105

CUADRO 1 Caractersticas de las aguas residuales porcinas

No se determin.

Granja Q(m3)

DA RAFA LA1 LA2 LF1 LF2 LM1 LM2 LM3 Total rea (m2)

Traspatio 4 2 14 10 4 4 34 110

Semi-tecnicada 8 20 4 4 8 5 5 5 51 152

Tecnicada 156 20 1 7 7 3 3 41 2782

CUADRO 2. Tiempo de retencin hidrulica (TRH; das).

DA= Digestor anaerobio, LA= Laguna Anaerobia, LF= Laguna Facultativa, LM= Laguna Maduracin.

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CONCLUSIONES

La variacin en la concentracin de las aguas residuales delas granjas porcinas en este trabajo, conrman la importancia de su

caracterizacin antes del diseo de los sistemas de tratamiento.

En granjas de traspatio es conveniente la utilizacin delagunas de estabilizacin debido a los bajos requerimientosde operacin y mantenimiento. En granjas tecnificadasse recomienda incluir un digestor anaerobio como primertratamiento biolgico, continuar con un RAFA para disminuir laconcentracin de materia orgnica, reduciendo el rea requerida

para las lagunas de estabilizacin. Se gener una reduccindel 31 % en los requerimientos de rea (m2m-3), al incluir undigestor anaerobio en el diseo del tren de tratamiento para lagranja semitecnicada, y de un 35 % en los requerimientos de

rea (m2m-3) al utilizar en serie un digestor anaerobio y RAFAen el diseo del tren de tratamiento para la granja tecnicada.

El nmero y tipo de procesos anaerobios depende del contenido

de materia orgnica a remover, el nmero de lagunas y su TRH

depende de la concentracin de coliformes fecales a remover.

LITERATURA CITADA

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