El agua residual en el proceso de curtido
La escasez de agua en cantidad y calidad representa un problema que afronta el mundo, siendo de preocupación mundial ya que es vital para la supervivencia de los seres vivos. Por otro lado, la descarga de contaminantes industriales en el ambiente acuático tiene adversos en la calidad del agua.
El proceso de curtido consiste en transformar la piel del ganado vacuno u otros animales en cuero que es una valiosa materia prima, incorruptible, flexible e inmune al ataque bacteriano. Durante el proceso se diferencian cuatro etapas: La etapa de ribera, que consiste en la recepción de pieles, salado, remojo y/o lavado, pelambre, descarnado y dividido. La etapa de curtido, que consiste en el desencale y purgado, lavado, piquelado, curtido y basificado; al culminar esta etapa el cuero es llamado wet blue. La etapa de post-curtido, que consiste en el escurrido, rebajado, neutralizado, lavado, recurtido, teñido y engrasado, lavado y secado. Finalmente, la etapa de acabado, que consiste en el acondicionado, palizonado y tesado, pintado, batanado y planchado; al culminar esta etapa obtenemos el cuero acabado.
Este proceso se puede mediante la aplicación de taninos, que son sustancias de origen vegetal o también de cromo. Estas sustancias reaccionan con las proteínas del colágeno de la piel. Desde un punto de vista ambiental las dos primeras etapas son las de mayor consideración en cuanto a volumen y carga contaminante de las aguas residuales generada por esta industria.
A continuación, se muestra una tabla de las materias primas utilizadas en un Proceso Tradicional (T) y procesos alternativos AI, AII, AIII y AIV, en estos últimos se reduce la oferta de Cr (III) en el baño de curtido.
El flujo y características de estas aguas residuales dependerá de la combinación de operaciones y procesos del sistema, los métodos de conservación de las pieles y las sustancias químicas utilizadas en las diferentes etapas.
Las aguas residuales provenientes del sistema de curtido tienen un alto contenido de materia orgánica, sólidos, sales, grasas y contaminantes específicos tales como el cromo, sulfuro y amoniaco. Los principales contaminantes en estas aguas residuales son el sulfuro y el cromo, este último llegando a una concentración de hasta 2000 ppm.
A continuación, se muestra los datos recopilados por medio de una caracterización de aguas residuales de la industria de curtiembre:
En Peru contamos con los valores máximos admisibles aprobados por el Decreto Supremo N° 010-2019-VIVIENDA, el cual se muestra a continuación:
¿Qué procesos se utilizan para tratar las aguas residuales?
Los procesos más empleados en el tratamiento de aguas de curtidurías son PROCESOS FÍSICO-QUÍMICOS y TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS, y actualmente la tendencia se dirige a la utilización de TECNOLOGÍAS DE MEMBRANAS para permitir la reutilización en proceso del agua tratada.
Cuando no se separan las corrientes y se ha de tratar el agua residual mezclada y homogeneizada, los siguientes puntos son la base del diseño del tratamiento:
- Alto contenido en cromo (mayoritariamente como Cr3+ aunque puede encontrarse ocasionalmente como Cr6+). Esto reduce la posibilidad de reutilizar y revalorizar el lodo generado en el tratamiento biológico.
- Alta concentración de carga orgánica. Si esta carga es demasiado elevada y el tratamiento biológico no alcanza el rendimiento requerido, se ha de instalar una etapa de post-tratamiento (generalmente se aplican tecnologías de membranas).
- Alto contenido en sulfatos. Esto hace que la aplicación de un tratamiento biológico anaeróbico no sea recomendada. Una alternativa consiste en la aplicación de tecnologías de desulfuración incluidas en el pre-tratamiento.
- Alto contenido en sólidos. Un diseño adecuado del pre-tratamiento puede reducir considerablemente los sólidos. Los procesos de coagulación-floculación y clarificación primaria (decantadores o equipos DAF disolved air flotation) son altamente eficaces en la eliminación de sólidos. Un adecuado diseño del pre-tratamiento permite proteger los equipos frente a estos sólidos y una reducción considerable de volumen de influente al tratamiento biológico, con el ahorro en equipos, espacio y energía que esto supone.
Si además de llevar a cabo el tratamiento de las aguas residuales se desea emplear el clarificado final en reutilización se han de considerar los siguientes puntos:
- Recuperación del cromo durante el pre-tratamiento. Un pre-tratamiento correctamente diseñado para este objetivo puede eliminar del agua entre un 95 – 100% de cromo. Si el cromo es eliminado, los lodos generados durante el tratamiento biológico pueden ser aplicados como fertilizantes.
- La instalación de un tratamiento biológico anaeróbico permite la generación de biogás. Si se desea instalar este tipo de tratamiento, los sulfuros y sulfatos han de ser previamente eliminados. Tras el tratamiento anaeróbico, se ha de instalar un tratamiento de aireación para alcanzar la eliminación de carga orgánica que cumpla los límites de vertido.
El PROCESO FÍSICO-QUÍMICO consiste en el tratamiento de las aguas residuales homogeneizadas mediante la adición de agentes precipitantes para la eliminación de cromo (hidróxido de sodio NaOH) coagulantes (cloruro férrico FeCl3 o sales de aluminio) y floculantes (polielectrolitos o polímeros).
Los compuestos inorgánicos presentes en el agua residual pueden tener efectos tóxicos e inhibidores para los microorganismos del tratamiento biológico, por lo cual se efectúa un pre-tratamiento físico-químicos para su eliminación.
¿Qué sistema de tratamiento de aguas es el más adecuado?
En base todo se plantea el sistema de tratamiento detallado a continuación:
La primera operación unitaria consiste en un cribado para separar los sólidos de gran tamaño que deben ser retirados de forma mecánica o manual. Dependiendo de la concentración de grasas, aceites se concibe una unidad de separación de grasas que puede ser del tipo de flotación con aire, donde la materia flotante se remueve por la parte superior; el agua residual se lleva hasta un tanque de igualación o ecualización donde se inyecta aire para evitar reacciones de descomposición y se realiza un ajuste de pH. Luego se alimenta el sedimentador primario donde se retiran los sólidos sedimentables por la parte inferior y por la parte superior se obtiene un clarificado.
Posteriormente se lleva a cabo la remoción de sulfuros en una unidad de oxidación catalítica donde se agrega sulfato de manganeso en presencia de oxígeno.
En el sedimentador primario se logran remociones de hasta 70% de los SST, el remanente y la materia coloidal requieren un tratamiento fisicoquímico que involucre procesos de coagulación, floculación y sedimentación. El cromo se precipita con la adición de un coagulante y se retira en los lodos fisicoquímicos generados; así mismo, se logra una reducción de SST y DQO.
La operación se lleva a cabo en una unidad con mezcla rápida, seguida de una mezcla lenta. La remoción de cromo debe realizarse antes del tratamiento biológico ya que es tóxico para los microorganismos del tratamiento biológico.
El líquido clarificado que sale del equipo de coagulación-floculación-sedimentador se envía al tratamiento biológico donde se lleva a cabo la metabolización de la materia orgánica ya sea vía aerobia o anaerobia. Es importante acotar que los tratamientos biológicos aerobios permiten alcanzar remociones de 80-95% de DQO mientras que el reactor anaerobio UASB permite procesar afluentes con mayor carga orgánica y puede remover 85-90% de DQO.
El agua residual del tratamiento biológico puede someterse a un tratamiento terciario cuando se desea mejorar la calidad de las aguas residuales, lo cual dependerá del posterior uso y/o regulaciones ambientales del cuerpo de agua receptor. En este estudio se consideran operaciones de ozonización.
En ozonización la remoción de DQO estará sujeta a la tasa y tiempo de alimentación de ozono usado. En estudios relacionados realizados por Drogruel y colaboradores en 2006, reportan remociones de hasta 38% de DQO usando ozonización por 30 min a una tasa de 42,8 mg/L, obteniéndose un agua residual con una DQO de 225 mg/L.
En caso de que se diseñe una separación de las aguas de cada etapa de curtido, el tratamiento ha de ser adaptado según las características típicas de cada una, además esta separación facilita el tratamiento y aumenta el rendimiento de recuperación de componentes de interés y valor como es el cromo. Sin embargo, este método no es frecuente dado su coste de gestión respecto a tratar el agua residual homogeneizada.
Como ejemplo adjuntamos los resultados de una planta de tratamiento de aguas residuales con tratamiento de coagulación y floculación, pre-oxidación de sulfuros y precipitación de cromo por separado.
