Néstor Solano Garófalo TESIS DE GRADO “DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTOS UNITARIOS DE AGUAS RESIDUALES DE UNA PLANTA PROCESADORA DE TILAPIA” Presentado por: Carla Crespo Carrasco Néstor Solano Garófalo

Tilapia hibrida roja (Oreochromis mossambicus)

Objetivo General Diseñar un sistema de procesos unitarios que disminuyan la carga orgánica (DQO y DBO), SST y materia flotante de las aguas residuales de una planta procesadora de tilapia, a los niveles exigidos por las normas nacionales e internacionales.

Objetivos Específicos Determinar las características de los efluentes en los diferentes puntos del proceso que requieran un mayor tratamiento. Diseñar las unidades de tratamiento de acuerdo a las características del efluente. Establecer la reducción del impacto ambiental de las aguas tratadas con el sistema a implantarse. Realizar un análisis de costo del diseño.

Introducción El cultivo a escala comercial de tilapia en el Ecuador ha tomado gran importancia en los últimos años dentro de la producción de organismos bioacuáticos, lo que implica un incremento de desechos orgánicos descargados por las plantas que procesan esta especie. La falta de sistemas de tratamientos para estas descargas implica el deterioro del ambiente y por ende del ecosistema donde estas son depositadas.

Introducción Para que la producción de tilapia sea sostenible es necesario que las plantas cuenten con un sistema de tratamiento de sus efluentes que cumplan con las normas de protección ambiental. La implantación de este sistema a través de las plantas procesadoras de tilapia no solo beneficiará al ambiente, sino también tendrá la aceptación del producto por parte del consumidor tanto nacional como extranjero.

Introducción Este sistema ofrece beneficios a la procesadora como son el cumplimiento de las normas nacionales e internacionales que garantizan su funcionamiento y mantenimiento de la planta procesadora, brindando al los empleados y trabajadores un ambiente saludable y agradable.

Introducción Este esquema de tratamientos de aguas residuales permitirá manejar desechos sólidos de gran tamaño (vísceras, piel, cabezas y escamas) y líquidos con alta concentración de compuestos orgánicos (sangre, aceites, grasas y aguas de lavado), para ser reutilizados o empleados en base a mecanismos de purificación.

Aspectos Generales de la Industria Procesadora de Tilapia en el Ecuador

Inicio, desarrollo, evolución de las plantas procesadoras de Tilapia. Tilamar S.A. con 140 Ha, (El Triunfo Guayas), con capital americano, el cual, en 1993 importó una línea de Red Florida desde Estados Unidos, pero sus problemas de infraestructura y manejo técnico-administrativo ocasionaron su cierre en 1995. En 1994, dos empresas líderes Empacadora Nacional (ENACA) e Industria Pesquera Santa Priscila inician la exportación de filetes frescos y congelados a Estados Unidos.

Inicio, desarrollo, evolución de las plantas procesadoras de Tilapia. A partir de 1996, la producción de tilapia se centra en la provincia del Guayas, pero no como respuesta a un serio programa de desarrollo piscícola, sino al ingreso de 4 grandes grupos productores, dominando enteramente el mercado de exportación contando con grandes plantas de proceso total tecnificadas y modernas. Aqua Trade Corporation (2000 Ha) Enaca (1000 Ha)

Inicio, desarrollo, evolución de las plantas procesadoras de tilapia Es así que la relación de Ecuador incrementó con grandes mayoristas en Estados Unidos como la Rain Forest, FPI (Fishery Products Internacional) y Tropical Aquaculture Products, ha ido incrementado en forma sustancial las exportaciones.

Planta Procesadora

Descripción Enaca inicio en 1996 al cultivo de Tilapia Roja, un pescado popular tropical de carne suave y blanca. Las ventas de filetes frescos de tilapia han aumentado rápidamente durante los últimos años en USA. La planta cuenta con una capacidad para procesar 2'700.000 de lb. brutas de pescado mensual con una línea de frío, máquinas que facilitan el proceso como el descamado y despellejado de los filetes.

Recursos utilizados en el proceso Durante el proceso se utilizan un recurso humano de 300 personas en áreas de limpieza, fileteado, y maquillado de tilapia. La planta posee el sistema automatizado para realizar las actividades de: descamado, despellejado, cortador, congelamiento. El procesamiento de tilapia comprende las siguientes fases (Flujograma).

Descripción de los efluentes Las aguas residuales se caracterizan por su composición: - Física - Biológica microorganismos - Química MO y gases disueltos Descripción de los efluentes Olor, densidad, turbiedad Métodos de análisis Cualitativos Métodos de análisis Cuantitativos

Características de los residuos sólidos La mayor parte de residuos vertidos al medio natural es materia orgánica. estos residuos experimentan una elevada demanda de DBO. Además los residuos también pueden contener elevados niveles de N y PO4, lo que puede conducir a la eutrificación de las aguas naturales.

Características de los residuos sólidos Existen también metales pesados de las aguas residuales como el Cu y el Zn que son elementos no biodegradables y permanecen en el medio ambiente; suelen precipitarse debido al desplazamiento de los iones metálicos por el agua salada. En la planta empacadora escogida contiene residuos orgánicos, escamas, grasas que dan origen a la formación de sedimentos negruzcos con olores sulfurosos.

Características de los residuos líquidos Materia orgánica.- La reducción de la concentración de O2 en el agua, provocado por la actividad de las bacterias aeróbicas, se compensa por la difusión del O2 de la superficie y de las zonas cercanas con elevada concentración de este gas. PO4 + O2 Agua NH4

Características de los residuos líquidos Los productos finales resultantes de la actividad de estas bacterias son: SH2, CH4, NH3, que resultan tóxicos para la mayoría de los organismos superiores. Los residuos líquidos que expulsa la planta procesadora de tilapia están constituidos por: - mezcla de sangre - diversos fluidos - agua de condensado.

Características del receptor final del efluente La evacuación de efluentes a cuerpos receptores de agua se lleva a cabo directamente mediante una tubería. La planta procesadora de tilapia esta constituida de un tanque séptico centralizado para la retención de sólidos y tuberías para la transportación del líquido clarificado que son evacuados aun sistema natural.

Características del receptor final del efluente Un aspecto importante en la evacuación de efluentes consiste en la capacidad de asimilación del cuerpo receptor representada a menudo por la cantidad de MO que puede ser vertida sin comprometer los recursos de oxigeno disuelto presente en el agua.

Impactos Ambientales del Procesamiento de Tilapia

Impacto ambiental de las aguas residuales La contaminación del agua se origina por la presencia de residuos líquidos que tienen un alto contenido de DBO, SS, además de la presencia de grasas y aceites. Estos desechos no contienen substancias toxicas, como metales pesados, plaguicidas, etc. Eventualmente, pueden ser descargadas altas concentraciones de cloruro de sodio.

Impacto ambiental de las aguas residuales Las principales fuentes de desecho de la planta son: Eviscerado Lavado posterior del pescado. Nota: Pueden originar hasta un 80 % de total de residuos líquidos generados.

Impacto ambiental de las aguas residuales Los malos olores típicos emanados por este tipo de industria, dada la naturaleza de materia prima utilizada, se deben al desprendimiento de los gases de su composición.

Regulaciones ambientales sobre la descarga de aguas residuales

Regulaciones Nacionales Según el artículo Nº 25 del registro oficial de Junio de 1989 el cual establece criterios de calidad para la preservación de la flora y fauna en aguas dulces, frías o cálidas, aguas marinas y estuarinas en las cuales se muestran valores limite máximo permisibles.

Regulaciones Nacionales La presente norma técnica determina o establece: Los límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para las descargas en cuerpos de aguas o sistemas de alcantarillado. Los criterios de calidad de las aguas para sus distintos usos. Métodos y procedimientos para determinar la presencia de contaminantes en el agua.

Regulaciones EPA El objetivo de estas regulaciones, es restaurar y mantener la integridad física, química y biológica de las aguas receptoras. Los estándares de calidad para el medio acuático en EEUU se considera como: Agua potable Agua residual

Limites Permisibles que concede la EPA Para tratamiento secundario se fijaron en 45 mg DBO5/l y 45 mg SS/l para la concentración media de 7 días.

Aplicación de normas de calidad ISO La serie ISO 14000 que nos corresponde analizar es un conjunto voluntario de normas destinadas a alentar a las organizaciones a ocuparse sistemáticamente de las repercusiones ambientales de sus actividades. La ISO 14001 fue adoptada en 1996 como norma internacional para orientar la elaboración de sistemas de gestión ambiental.

Aplicación de normas de calidad ISO Requisitos: Definirse una política ambiental de la organización que sea apropiada a la magnitud de impactos ambientales de sus productos, actividades y servicios.

Aplicación de normas de calidad ISO Requisitos: Compromiso de mejora y continua prevención de la contaminación. Cumplir con la legislación y reglamentación ambiental pertinente.

Selección de los procesos unitarios

Concentración del efluente Concentración según la Ley (a) Parámetro Unidad Concentración del efluente Concentración según la Ley (a) pH 7.65 6.5 – 9 OxígenoDisuelto mg/lt 1.57 ≥5.0 DBO5 407.5 < 80% de la carga DQO 623.68 SST 8660 SSV 102 ------- Sólidos Totales 7078 STV 3351 Nitritos 0.3 - Nitratos 1.2 Fosfato 0.47 Fósforo total 0.75 Temperatura C 19  32 Caudal m3/día 480 Concentraciones promedios de descarga permitidas por la ley según el artículo No 25; registro oficial No 204 de junio de 1989.

Criterios de Selección 0.2 > DBO5/DQO Poco Biodegradable 0.4 > DBO5/DQO < 0.2 Biodegradable DBO5/DQO > 0.4 Muy Biodegradable Obteniendo un valor 0.6533 en el efluente

Alternativas de selección de procesos unitarios. Descripción breve de tipos de tratamiento.- Procesos Físicos Procesos Químicos Procesos Biológicos

Procesos Físicos Aliviadero Tamizado Desbaste Desengrasador Desarenador

Procesos Químicos Floculación/ Coagulación.- Cuando existe dificultad en la sedimentación de las partículas en suspensión, permita que se aglomeren para formar agregados de mayor tamaño y sedimenten mejor. Neutralización Oxidación-reducción Sulfato de hierro: Eliminación de cromo.

Procesos Biológicos Fangos activos.- El tratamiento biológico se usa esencialmente para eliminar sustancias orgánicas biodegradables (coloidales o disueltas) presentes en el agua residual. Fangos activos.- Es un proceso continuo en el cual el agua residual se estabiliza biológicamente en tanques o balsas de activación en condiciones aeróbicas.

Procesos Biológicos Lechos bacterianos.- Son tanques circulares rellenos de piedras o materiales sintéticos formando un filtro con un gran volumen de huecos destinado a degradar biológicamente la materia orgánica del agua residual. Entre otros: Lechos de Turba Lagunaje Biodiscos Nota: Todos estos procesos tienen los mismos principios, permitir el ingreso de las aguas con acción de bacterias

Alternativa de Selección Afluente Tamizado Cámara de grasa Decantador primario Lecho bacteriano Digestor Efluente FASES DE DEPURACIÓN DEPURACIÓN PRIMARIA DEPURACIÓN SECUNDARIA

Otras Consideraciones Alternativas de Selección Otras Consideraciones Relación con el tiempo se debe simular. Relación con caudales del cuerpo receptor se deben simular 3. En relación con el tipo de tratamiento

DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

Calculo del caudal del efluente Canal de Drenaje Inicia la faena (07h00 a.m.). 25 % Arena

Medición del caudal del efluente Aforos de Caudales HORAS EFLUENTE TIEMPO m3/hora. seg. 8:00 am 18 42 9:00 am 24.38 31 10:00 am 21 36 11:00 am 18.43 41 12:00 am 13:00 pm

Calculo del caudal del efluente A= área a = base mayor b = base menor h = altura de agua 0.5 m A = ½(a + b) h 0.05 m A = 0.0175 m2 V = Volumen V = Área * Largo V = 0.21 m3 0.2 m

Calculo del caudal del efluente t = 37.8 seg promedio Q = Caudal Q = Volumen / tiempo Q = 0.0055 m3/ seg Q = 480 m3/día

Canal de Entrada Se estima factores de seguridad por limpieza, lluvia, etc. Se trabajara con un caudal máximo, y una velocidad máxima que es de 3 m/s. (Uralita,1996). Qmax = 4 Q medio pretratamiento Qmax = 2.4 Q medio tratamiento primario Qmax = 1.8 Q medio tratamiento secundario Qmax = 0.022 m3/s

Canal de Entrada H = altura (0.40 m) V = volumen (0.022 m3) A = Área (Dato a conocer) Donde: A = V/H A = 0.055 m2

Canal de Entrada Relación 1.44 : 1 Ar= 1.44H*L L= Ancho L = √A/1.44 Largo: 0.20 m Ancho: 0.20 m Ar= 1.44H*L Altura de resguardo: 0.40 m (Uralita 1996) Altura máxima útil: 0.70 m (Uralita 1996)

Desbaste Las rejas tienen la finalidad de proteger las bombas, válvulas, conducciones y otros elementos contra los posibles daños provocados por la presencia de trapos y de objetos de gran tamaño.

Desbaste Clasificación: Horizontales, verticales, inclinadas y curvas. Finas, medianas y gruesas. Fijas o móviles. De limpieza automática, semiautomática o manual.

Desbaste Eludir posteriores depósitos. Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general. Interceptar las materias que por sus excesivas dimensiones podrían dificultar el funcionamiento de las unidades posteriores. Aumentar la eficiencia del tratamiento posterior.

Desbaste El destino de los residuos en las rejillas puede ser: Almacenamiento temporal del material cribado por lo menos dos días. Disposición final del material cribado que debe ser enterrado y cubierto con una capa de tierra de por lo menos 20 cm.

Rejas de Desbaste b = (c/s -1) (s + a) + s a (mm) = anchura de barras b (mm) = ancho canal zona de rejillas c (mm) = ancho canal de entrada s (mm) = separación útil entre barras n = numero de barras a = 9 mm s = 15 mm b = 357 mm n = 14 barras

Mantenimiento Semanal con el fin de que la grasa acumulada no obstruya el paso del caudal hacia los demás procesos.

Tamiz estático Los tamices están hechos de acero inoxidable y aberturas libres de 0.2 a 1.5 mm. Para fines especiales se pueden utilizar aleaciones inoxidables resistentes al desgaste.

Diseño de tamiz estático Se usara un tamiz estático con una separación libre entre barras de 1,5 mm soportara un caudal de 65 m3/h (Uralita 1996). Altura: 1.94 m Ancho: 6 m

Cámara de grasa Causan obstrucción y aumentan gastos de mantenimiento. Formación de capas superficiales que evitan sedimentación. Producen problemas en fangos (reducen transferencia al 55% - 70 % al subir la grasa de 0 a 70 mg/l.) Perturban la digestión. La DQO se puede incrementar en un 20 a 30 %. Separa los elementos pesados en suspensión que perjudican el tratamiento posterior de fangos

Cámara de grasa Vista lateral Vista Aérea Para el diseño de la trampa de grasa se tomará en cuenta la cantidad de grasa recolectada. La misma que va desde 16 lt /día a 50 lt / día. Altura de capa de grasa: 1 cm V = A*H A = 5 m2 Relación: 1:2 L = √A/2 nos da un ancho de 1.60 m y el largo 3.20 m. Volumen 1er compartimiento 2.56 m3 (50% del volumen total) Volumen 2do compartimiento 1.53 m3 (30% del volumen total) Volumen 3er compartimiento 1.024 m3 (20% del volumen total) Vista lateral Vista Aérea

Cámara de grasa Mantenimiento: Diario, utilizando rasquetas de absorción de grasas y evacuar el material flotante a un recipiente con fin de acumular los desperdicios de grasas. La segunda cámara presenta piedras difusoras de aire cuya finalidad es hacer flotar toda partícula con grasa que no se pudo recoger en el primer compartimiento.

Decantador Primario El objetivo principal es la obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango cuya concentración de sólidos permita su fácil tratamiento y manejo.

Decantador Primario La decantación primaria es obligada, cuando posteriormente se vaya a utilizar un sistema biológico de lechos bacterianos. Ventajas: Mayor simplicidad de operación de la planta Homogeneidad en la calidad del fango Eliminación de malos olores al entrar el agua directamente.

Decantador Primario Desventajas: Mayor consumo energético en el proceso biológico por fangos activos. Peligro de formación de sedimentaciones en el depósito de aireación. Se puede reducir la capacidad de espesado de los lodos que se llevan posteriormente a la digestión.

Decantador Primario Vista Lateral Vista Aérea Smax = 36 m2 (Superficie de decantación) L = √A/2 nos da un ancho de 4.24 m y el largo 8.48. (Longitud del decantador 1:2) La altura útil del decantador es de 3 m Vmax = 118.80 m3 (Volumen) Tr = 5400 seg. (Tiempo de retención) Características del decantador: Largo: 8.48 m Ancho: 4.24 m Altura: 2.50 m Altura de protección: 0.50 m Pendiente de fondo: 2% Vista Lateral Vista Aérea

Decantador Primario Carga de Salida en vertedero L = Qmed/V L = 20.16 m3/h /10 m3/h/m L = 2.016 m longitud necesaria del vertedero. Vr = 0.6 m/min (Uralita 1996),Velocidad lineal Las inclinaciones de los fondos para dichas rasquetas suelen ser: En decantadores circulares Del 2 al 8% En decantadores rectangulares Del 0.5 al 2%

LECHO BACTERIANO La oxidación se produce al hacer circular el agua, a través de un medio poroso, aire y agua residual. La materia orgánica y sustancias contaminantes del agua son degradadas en una película biológica.

DISEÑO DE LECHO BACTERIANO Se utiliza un proceso convencional con un tiempo de retención de tres horas y con una velocidad ascensional 1.02 m3/m2*h. Parámetros de diseño (Uralita 1996):

DIGESTOR Es un proceso microbiológico que convierte el lodo, orgánicamente complejo, en metano, dióxido de carbono y un material inofensivo similar al humus. La digestión reduce el contenido en materia orgánica entre un 45 y un 60 por ciento

DISEÑO DE DIGESTOR Los métodos se basan: Tiempo medio de retención celular Uso de factores de carga volumétrica Reducciones de volumen y factores de carga. (Metcalf & Eddy,1996).

DISEÑO DE DIGESTOR Carga DBO = 134.4 Kg. / día V = 28.2 m3 Altura: 3 m Diámetro: 10.37 m

DISEÑO DE LOS COMPONENTES DE TRATAMIENTO Ubicación

Características del efluente después del tratamiento Remoción de grasa en la rejas de barras en un 5% y en el desengrasador en un 80%. Depuración en el tratamiento primario es 40% de DBO5 y SST de un 60%. En el tratamiento biológico como son el lecho bacteriano y el digestor se alcanzó una depuración de 70 % de DBO5 y 98% de SST.

Características del efluente después del tratamiento Antes Después DBO5 = 407 mg/lt DBO5 = 69 mg/lt SST = 8660 mg/lt SST = 63 mg/lt Norma Nacional Norma Internacional DBO5 = 100 mg/lt DBO5 = 45 mg/lt SST = 100 mg/lt SST = 45 mg/lt

Costos del diseño El coste de una instalación depuradora depende de un elevado número de variables como son: Tipos de contaminación Tipo y sistema de la depuración Superficie ocupada Tipo de terreno Materiales y equipos utilizados Instalaciones complementarias Mano de obra Presupuesto

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES En base a las regulaciones, leyes, normas nacionales e internacionales que rigen para el tratamiento del agua, por ser un recurso no renovable, es necesario algún tipo de depuración para el agua de desecho de plantas procesadoras de especies acuáticas. En base a los análisis de calidad de agua de la planta procesadora de tilapia se puede concluir que el mayor contaminante de la industria son las grasas y la sangre, siendo así que la relación DBO5 y DQO es mayor a 0.4 lo que nos indica que es una agua biodegradable, lo que permite el empleo de sistemas biológicos ya sean fangos activos o lechos bacterianos.

CONCLUSIONES El bosquejo aquí presentado para el tratamiento de aguas de desecho que genera una planta procesadora de tilapia es una de las formas que se puede optar para la depuración y posterior evacuación del agua tratada a un medio natural.

CONCLUSIONES El sistema propuesto para el tratamiento de agua de la industria se basa en rejillas, tamiz, desengrasador, decantación primaria, lecho bacteriano, digestión conjunta o separada, ya que estos son específicos para reducir los porcentajes de DBO5 y SST, basados en los estándares de calidad publicados en el Registro Oficial del 5 de junio de 1989, Artículo 25 de la República del Ecuador.

RECOMENDACIONES No se deben realizar limpiezas con cloro u otro tipo de desinfectante ya que mata la flora bacteriana que descompone la materia orgánica. La Rejillas y cámara de grasas deberán tener un mantenimiento manual diario para evitar obstrucciones que perjudiquen la continuidad del proceso de depuración.

RECOMENDACIONES Se debe monitorear periódicamente el efluente de la planta de tratamiento con análisis de calidad de agua para que nos de una idea como esta trabajando el sistema en una frecuencia de una vez cada mes por un periodo de tres meses, además de un monitoreo periódico por cada 15 días de los niveles de contaminación según el diseño. El sistema de tratamiento deberá construirse alejado de la planta de producción de tilapia o en sitio solitario para evitar la emisión de olores que pueden afectar al personal de la planta.

RECOMENDACIONES Se recomienda este diseño propuesto para plantas procesadoras de atún y camarón, debido a que la calidad del agua presenta similares características

GRACIAS POR SU ATENCION!!!