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Nuevo sistema de tratamiento de aguas residuales

24 enero 2013

La empresa de procesamiento de pavos Whitewater Processing ha instalado un sistema único y nuevo de tratamiento de aguas residuales diseñado por la Universidad Estatal de Ohio, EUA. Este sistema ecológico está ahorrando millones de dólares a la compañía.


Trabajadores extienden arena fina en una celda del biorreactor de Whitewater Processing. La arena es el corazón del sistema de tratamiento de aguas residuales: los microbios pueblan la superficie de los granos de arena para descomponer y eliminar los contaminantes del agua.

Una planta de procesamiento de pavos en el suroeste de Ohio tiene mucho que agradecer por esta razón, según un informe del Departamento de Ciencias Alimentarias, Agrarias y Ambientales de la Universidad Estatal de Ohio (OSU).

Whitewater Processing Co. sacrifica y procesa de 6,000 a 8,000 pavos en un día normal de trabajo, produciendo cerca de 2.5 a 3 millones de libras (1.1 a 1.3 millones de kgs) de pavo en un mes promedio. La familia Kopp ha dirigido la actividad desde la década de 1930 y con 110 empleados, deseaba seguir haciéndolo.

Pero en la década de 1990, las inquietudes por el medio ambiente acerca de los 145,000 galones (548,000 litros) de aguas residuales que produce a diario casi acabaron con la compañía.

Hoy, con un sistema de tratamiento primero en su tipo, diseñado por un investigador de la Universidad Estatal de Ohio, se han calmado las aguas turbulentas.

Y aunque los costos han sido considerables – aproximadamente US$ 1 millón para construir el sistema de tratamiento de aguas residuales además de alrededor de US$ 1.8 millones para operar y mantenerlo en los próximos 20 años – la familia Kopp calcula que ahorrará a la empresa por lo menos US$ 10 millones más que la siguiente mejor alternativa.

“Trabaja muy bien, estamos muy entusiasmados con el”, manifestó Ryan Kopp, gerente del proyecto.

Investigación

A finales de 1990 Whitewater comenzó a trabajar con Karen Mancl, científica medioambiental y especialista en calidad del agua del Servicio de Extensión de la Universidad Estatal de Ohio, luego que la Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA) de Ohio se inquietó por el sistema de tratamiento de aguas residuales de la compañía de tipo laguna abierta, especialmente con el río Whitewater tan cercano a las instalaciones.

El momento fue fortuito: la Dra. Mancl había recién terminado un estudio sobre el uso de un sistema de biorreactor de arena para tratar las aguas residuales de una planta de fabricación de queso. Los estudios de la Dra. Mancl demostraron que los biorreactores proporcionan una manera eficaz de tratar las aguas residuales de alto contenido de grasa y de materia orgánica a un costo relativamente bajo.

Las opciones de Whitewater eran limitadas. La Agencia de Protección Ambiental (EPA) sugirió primero conectarlo a la planta de tratamiento de aguas residuales municipales de la ciudad más cercana. Pero la empresa todavía tendría que tratar el agua previamente para retirar los contaminantes que el sistema municipal no estaba diseñado para manejar, y hubiese tenido aún que pagar un recargo a la planta.

El costo total para construir las instalaciones para el tratamiento previo, la conexión y el uso de la planta de tratamiento de Harrison a lo largo de 20 años se estimó en US$ 12.5 millones.

En 2001, Whitewater comenzó a financiar la investigación en el laboratorio de la Dra. Mancl para determinar si los biorreactores serían aptos para el tipo de aguas residuales generadas en sus instalaciones. Esa financiación continuó año tras año a lo que la Dra. Mancl, los estudiantes graduados e investigadores de post doctorados hacían prueba tras prueba en el laboratorio.

Biorreactores de arena

Un sistema de biorreactor funciona de esta manera: en primer lugar se examinan las aguas residuales para eliminar la mayor parte posible de sólidos en suspensión antes de que fluya a través de lechos de arena y grava. Los microbios rápidamente pueblan la superficie de los granos de arena y trozos de grava, y se dan un festín con la materia orgánica, la descompone y la retiran del agua. El agua tratada sale limpia.

De hecho, antes del tratamiento el efluente en Whitewater mide más de 800 DBO (demanda biológica de oxígeno), el estándar que los reguladores utilizan para medir la contaminación del agua. Las aguas residuales normales tienen un DBO de alrededor de 200.

Cuando se examinan las aguas residuales de Whitewater después del tratamiento, su DBO es inferior a cinco, y puede lanzarse directamente en el río Whitewater, con la bendición de la EPA de Ohio.

El sistema del biorreactor de Whitewater cubre cuatro acres de tierra junto a las instalaciones.

“Si usted lo visita, parece algo así como un parque,” sostuvo la Dra. Mancl. “Todo lo que se ve son 12 grandes rectángulos de grava y césped alrededor de ellos”.


Se instalan tuberías perforadas para distribuir las aguas residuales sobre la arena en una celda del biorreactor.

“Bajo la grava están las tuberías que llevan las aguas residuales y la aplican, de forma subterránea en la arena. No hace ruido, no tiene ningún olor, y aunque la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales no son necesariamente algo que uno desee mirar, no es feo. Planean plantar árboles para que sea aún más atractiva”.

Uno de los retos del sistema es que los operadores deben estar seguros que el biorreactor no se satura y se obstruye, dijo.

“Si la arena se obstruyera, la investigación que llevamos a cabo aquí en el estado de Ohio muestra que se necesita apagar ese filtro y dejarlo descansar, y enviar las aguas residuales a otra celda”, dijo la Dra. Mancl. “A continuación los microbios consumen los residuos que han obstruido el filtro y lo destapan. Tarda unos cuatro meses”.

La Dra. Mancl lo sabe porque su laboratorio lo probó.

“La carga típica de un sistema de biorreactor es aproximadamente 1.5 galones por pie cuadrado por día", (5.6 litros por 9.29 cm2) manifestó. "Cargamos nuestro sistema de laboratorio con 6 galones por pie cuadrado por día (22 litros por 9.29 cm2) y tomó un año para obstruir la arena.”

"Luego la dejamos descansar, y después de cuatro meses funcionó igual que un filtro nuevo. Solo se tiene que dejar que los microbios trabajen en consumir la materia orgánica extra que taponeó la arena”.

La cantidad de aguas residuales generadas en Whitewater requieren el uso de 8 celdas del biorreactor a la vez. Whitewater está construyendo 12 celdas para tener los respaldos de seguridad necesarios para que los filtros descansen; actualmente hay 8 celdas conectadas y funcionando.

“Dos celdas adicionales están al 80% completas, con dos más para iniciarlas”, dijo Kopp.


La arena y las tuberías están cubiertas con grava. Las válvulas se colocan sobre la grava para permitir la limpieza periódica de las tuberías.

Reducción de amoniaco, fósforo y nitrógeno

Otra preocupación con las aguas residuales es la cantidad de amoníaco que contienen.

“Hay un grupo diferente de microbios que consumen amoniaco, y crecen más lento", sostuvo la Dra. Mancl. “Estamos trabajando con Whitewater para hacerles seguimiento ahora que se ha puesto en marcha el nuevo sistema”.

“Definitivamente está mejorando, pero por ahora están usando un sistema químico de respaldo para retirar el amoníaco y que prácticamente lo deja en cero. Y el sistema también tiene algunas lagunas de espera, así que si por alguna razón no pueden descargar en el riachuelo, se puede mantener el agua en una laguna”.

Sin embargo, otra preocupación con respecto a las aguas residuales es su nivel de nutrientes, como nitrógeno y fósforo. Aunque actualmente no existen límites de nutrientes en las aguas residuales tratadas, estas normas están definitivamente en el horizonte, sostuvo la Dra. Mancl.

Otro desafío es el mantenimiento de las tuberías, bombas, controles y válvulas que distribuyen las aguas residuales.

“El distribuir las aguas residuales sobre una gran área en una manera simple realmente no se ha hecho antes”, dijo la Dra. Mancl. “La tecnología y los tipos de válvulas que estamos usando son nuevos. Es un nuevo enfoque”.

Tanto Kopp como Mancl creen que este sistema podría funcionar bien en otras instalaciones relacionadas con el procesamiento de alimentos.

“Pero creo que fuimos el lugar perfecto para construir la primera de ellas”, manifestó Kopp. “Hay una cantera de grava que se encuentra justo detrás de las instalaciones”.

“El terreno que usamos fue antes un depósito de chatarra que solo tuvimos que limpiar. Todo estaba aquí. Si se está lejos de grava o en un entorno sin área, eso sí sería más que un desafío”.

Pero Kopp es un gran creyente en el sistema y en la misma Dra. Mancl.

El tamaño del biorreactor de arena era una gran pregunta y la investigación de la Dra. Mancl ayudó a Ohio EPA a entender cuán grande debería ser el sistema. Ya que la mayoría de sistemas de tratamiento de aguas residuales necesitan redundancia completa para proporcionar capacidad de reserva en caso de grandes flujos a corto plazo o problemas mecánicos, EPA inicialmente dijo a Whitewater que era necesario construyeran 16 celdas del biorreactor en lugar de las 12 que tenían planeadas.

Muestra de las aguas residuales antes y después del tratamiento con un sistema de biorreactor de arena.

Sin embargo, la Dra. Mancl llevó a cabo un taller acerca del sistema de biorreactor de arena para ingenieros de EPA que presentó todas las investigaciones sobre esta nueva tecnología. La información dio a los reguladores la seguridad de que este tipo de sistema diferente proporciona las garantías necesarias para proteger el medio ambiente de Ohio.

Al reducir el número de celdas de 16 a 12, Whitewater ahorró $250,000 en costos de construcción.

“Este es el tipo de ahorro que la investigación universitaria puede proveer”, dijo la Dra. Mancl.

Enero 2013

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