Diseño de tratamiento de plantas

1. Tratamiento de efluentes de residuos de la industria láctea
1. Antecedentes
1.1 Justificación
Debido a que las aguas residuales generadas en los procesos de la planta de
lácteos (leche , mantequilla y yogurt) son de un caudal aproximado de 120𝑚3
/dia y
de acuerdo a las composiciones de estos efluentes , es necesario, según la
normativa impuesta por el SERNAP un tratamiento de estos efluentes antes de su
disposion final.
2. Objetivo
El objetivo es diseñar un procedimiento de tratamientos de efluentes para la planta de
lácteos diseñada para la elaboración de leche, yogurt y mantequilla.
3. Marco Teórico
Las aguas residuales generadas en la industria láctea presentan una contaminación
principalmente de carácter orgánico (DQO y DBO elevadas), con una elevada
concentración de grasas y también de nitrógeno y fósforo. Aunque la DBO5 media puede
estar en torno a 3.000-4.000 mg O2/L, los vertidos muestran una elevada variabilidad, tanto
en caudal como en composición. Ésta depende fundamentalmente del proceso que genera
las aguas residuales y del producto que se prepara. Así, el suero que se genera en la
elaboración de quesos tiene una DBO del orden de 40.000-50.000 mg O2/L y se considera
que una granja que procese unos 100 m3/día de leche para la elaboración de queso,
genera la misma contaminación que un núcleo de 55.000 habitantes.
La industria láctea, dedicada a la producción de leche y a la elaboración de quesos,
yogures y mantequillas entre otros productos, genera una gran cantidad de agua residual.
Actualmente, en la producción de leche, la generación de aguas residuales se estima de
promedio entre 1 y 2 litros por litro de leche producida. Las aguas residuales se generan
por fugas y derrames de materias primas, en las limpiezas de los equipos de proceso
(tanques, pasteurizadores, tinas de cuajo, etc.), en el lavado de superficies (suelos y
paredes) y en el vertido de las salmueras agotadas.
Residuos Tóxicos y peligrosos
Por regla general, la generación de residuos tóxicos y peligrosos por parte de la industria
láctea es prácticamente nula. Tan sólo se les puede aplicar este concepto a determinados
fluidos refrigerantes de transformadores eléctricos, fluidos refrigerantes, aceites usados y
residuos de Laboratorios. Estos residuos no pueden ser evacuados de cualquier forma y
deben ser entregados al acabar su periodo de uso a un Gestor de Residuos legalmente
reconocido para que se encargue de su eliminación.

2. Residuos líquidos
En las centrales lecheras se producen diariamente una considerable cantidad de aguas
residuales, que suele oscilar entre 4 y 10 I de agua por cada 1 de leche tratada, según el
tipo de planta. La mayor parte de estas aguas proceden fundamentalmente de la limpieza
de aparatos, máquinas y salas de tratamiento, por lo que contienen restos de productos
lácteos y productos químicos (ácidos, álcalis, detergentes, desinfectantes, etc.), aunque
también se vierten aguas de refrigeración que, si no se recuperan de forma adecuada,
pueden suponer hasta 2-3 veces la cantidad de leche que entra en la central.
3.1Factores que afectan a la composición y volúmenes de las aguas residuales.
El volumen de los efluentes y su contenido en materia contaminante son muy variables,
según sea la naturaleza de la fabricación, las técnicas de trabajo y de cómo se realicen las
operaciones de limpieza. Dada la variabilidad de las industrias que estamos tratando, el
nivel de carga orgánica de un vertido puede estar influenciado por los siguientes aspectos:
- El tipo de industria (sí procesa un solo producto o varios).
- La presentación final que se quiera dar a ese producto.
- El nivel de producción (sistemas continuos o por cargas).
- Si se mezclan las aguas de proceso con las de refrigeración (vertidos más diluidos o más
concentrados).
- Si se han implantado buenas prácticas de gestión medioambiental.
3.2Orígenes de los vertidos y composición general
Los vertidos residuales de las industrias de leche y derivados, proceden principalmente de
las operaciones de:
• Limpieza de equipos e superficies
• Aguas de refrigeración (cuando no se recuperan)
• Condensados
• Restos de leche y lactosuero (en la producción de mantequilla)
Si las redes de drenaje son de tipo unitario, las aguas pluviales se incorporarían al resto
de los vertidos de la empresa, modificando su composición. Así mismo, cabe esperar la
presencia de los vertidos de las duchas y aseos del personal, que también pueden
mezclarse con los de la actividad, y que tienen como principales contaminantes sólidos en
suspensión, materia orgánica, detergentes y amoniaco.
Se ha estimado que el 90% de la DQO de las aguas residuales de una industria láctea es
atribuible a componentes de la leche y sólo el 10% a sustancias ajenas a la misma lo cual
no requiere de un tratamiento especial de sustancias toxicas.
En la composición de la leche además de agua se encuentran grasas, proteínas (tanto en
solución como en suspensión), azúcares y sales minerales. Los productos lácteos además
de los componentes de la leche pueden contener azúcar, sal, colorantes, estabilizantes,
etc., dependiendo de la naturaleza y tipo de producto y de la tecnología de producción
empleada. Todos estos componentes aparecen en las aguas residuales en mayor o menor
cantidad, con las aguas de limpieza y los productos que se empleen en ésta.

3. Los contaminantes esperados en la limpieza son materia orgánica, sólidos en suspensión,
aceites y grasas, nitrógeno orgánico y detergentes. Generalmente tienen un carácter
alcalino, con valores de pH que pueden aproximarse a 11. Los contaminantes que cabe
esperar en el vertido de las aguas de refrigeración y purgas de calderas, siempre y cuando
el agua no esté en contacto directo con los equipos y piezas a refrigerar, son sólidos en
suspensión y conductividades elevadas.
Las aguas residuales de las industrias de tratamiento de leche presentan las siguientes
características generales:
Marcado carácter orgánico (elevada DBO5 y DQO), debido a la presencia de componentes
de la leche, que tiene una DBO5 de 110.000 mg/l y una DQO de 210.000 mg/l. Alta
biodegradabilidad. Presencia de aceites y grasas.
Altas concentraciones de fósforo y nitratos, principalmente debidos a los productos de
limpieza y desinfección. Presencia de sólidos en suspensión, principalmente en
elaboración de quesos.
Conductividad elevada (especialmente en las empresas productoras de queso debido al
vertido de cloruro sódico procedente del salado del queso).Valores puntuales de pH
extremos, debidos a las operaciones de limpieza. Uso de ácidos y bases en las limpiezas
CIP.
En la siguiente tabla, elaborada por la Federación nacional de industrias lácteas, se
resumen las características de los vertidos en función de su origen.
Tabla Nº1 Características de los vertidos en función de su origen
Proceso productivo Operaciones con mayor
generación de aguas
residuales
Observaciones
Leche Tratamiento térmico El volumen de vertido
depende de si se realiza
recirculación de las aguas
del tratamiento térmico
Nata y mantequilla Pasteurización
Batido-amasado
Las aguas de lavado de la
mazada tienen un alto
contenido en grasas
Yogurt Limpieza conducciones
Envasado
Cantidad en función del
grado de automatización de
los sistemas de limpieza
Referencia: Bibliografia (3), Federación nacional de industrias lácteas, España.

4. Tabla Nº2 Parámetros para la composición de los vertidos de la industria láctea.
Parámetros Leche de consumo Productos lácteos
Ph 7,5 9,0
Conductividad (Ms/cm) 1,6 1,1
DBO5 (mg/l) 1200 3000
DQO(mg/l) 3000 6000
Sólidos en suspensión 250 1600
Materia sedimentable
(ml/l)
0,0 0,0
Cloruros(mg/l) 140 97
Nitratos (mg/l) 0,5 10
Amonio 60 130
P hidrolizable 5 8
P total 60 130
Aceites y rasas 6 11
Detergentes 0,4m^3/ m^3 1,0 m^3/tm
Referencia: Bibliografía (3), Federación nacional de industrias lácteas, España.
En la tabla Nº5 se tienen las composiciones de las aguas residuales para la leche y para
otros productos lácteos, se tomará esta estimación para el yogurt y mantequilla.
4. Procedimiento
A título indicativo, en una central lechera puede esperarse un volumen de vertido de entre
1,5 a 2,5 litros por cada litro de leche procesada, y en el conjunto de la industria láctea el
rango se amplía hasta 2 a 5 litros.
Tabla Nº4 Volumen de aguas residuales generadas en industrias lácteas
Producto o Proceso Volumen de agua residual ( Lt / Lt
de leche)
Centros de recogida 0,5-2
Mantecas 80/kg de mantequilla
Lechería 1-2
Evaporadores 0,6-0,9
Limpieza de instalaciones 0,01
Referencia: Bibliografía (1) , Registro estatal de emisiones y fuentes
contaminantes de España.
Se tomará un valor intermedio entre el rango de valores mostrados en la tabla Nº4.

5. Los siguientes valores son estimaciones para la cantidad de agua necesaria para el lavado
de la maquinaria en cada parte de cada proceso.
- Para la leche:
Centro de recogida ∶ 40000[l leche/dia] ∗ 0,5[(𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎)/(𝑙 leche)] = 20000 [l agua/dia]
𝐿𝑒𝑐ℎ𝑒 𝑈𝐻𝑇: 31652 [ 𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒/𝑑𝑖𝑎] ∗ 1,2[
𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒
] = 37982 [𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎/𝑑𝑖𝑎]
𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒖𝒕𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒅𝒂 = 𝟓𝟕𝟗𝟖𝟐[ 𝒍/𝒅𝒊𝒂]
- Para la mantequilla:
Elababoracion de mantequilla ∶ 80 [
𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑘𝑔 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑙𝑎
] ∗ 1469[kg mantequilla/dia]
= 53760[l agua/dia]
𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒖𝒕𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒅𝒂 = 𝟓𝟑𝟕𝟔𝟎 [𝒍/𝒅𝒊𝒂]
- Para el yogurt:
Puesto que solo se utiliza un solo evaporador para la producción de yogurt se tomará el
valor mínimo del rango indicado por la tabla Nº1.
𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 ∶ 4704 [𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒/𝑑𝑖𝑎] ∗ 0,6 [
𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒
] = 2822 [ 𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎/𝑑𝑖𝑎]
𝐿𝑖𝑚𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠: 1000[l
agua
equipo
] ∗ 5 = 5000[l agua/dia]
𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒖𝒕𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒅𝒂 = 𝟕𝟖𝟐𝟐[ 𝒍/𝒅𝒊𝒂]
Total
Puesto que los tres procesos se realizarán en un mismo ambiente:
𝐿𝑖𝑚𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 ∶ 40000[ 𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒/𝑑𝑖𝑎] ∗ 0,01 [
𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒
] = 400 [ 𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎/𝑑𝑖𝑎]
𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒖𝒕𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒅𝒂 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒍𝒐𝒔 𝒕𝒓𝒆𝒔 𝒑𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐𝒔 = 𝟏𝟏𝟗𝟗𝟔𝟒[𝒍/𝒅𝒊𝒂]
Esta es solamente una estimación aproximada para el total de agua utilizada ya que esta
depende mucho de la escala de la planta, de la cantidad y calidad de equipos a utilizar, del
método de limpieza a emplearse, y de diferentes factores.
El suero de mantequilla
El suero de mantequilla es el líquido que queda al separar la mantequilla del agua de la
crema. La composición del suero depende de varios factores, por ejemplo: la composición
de la leche entera, la materia grasa de la crema, la eficacia del batido, agregados de agua
o hielo a la crema.
Este suero tiene una densidad de 1,032 - 1,035 (kg/l) y la siguiente composición:
Materia grasa 0,3– 0,7 %, para los cálculos en el proceso de mantequilla se tomó
0,35%.Lecitina 0,1 %.Proteína 3,4 %.Lactosa y ácido láctico 4,7 %.Materia mineral 0,7 %.
Agua 90,8%

6. Tabla Nº6 Composición del suero de la mantequilla
Componentes Porcentaje %
Materia grasa 0,35
Lectina 0,1
Proteína 3,4
Lactosa y ácido
láctico
4,7
Materia mineral 0,7
Agua 90,75
DBO5 40,000(mg/Lt)
DQO 70,000(mg/Lt)
Referencia: Bibliografía (2). Dirección General de Alimentación (MAPA, España)
Densidad del lacto suero 𝜌 = 1.035 𝑘𝑔/𝐿𝑡
𝑚̇ = 1451,903
𝑘𝑔
𝑑𝑖𝑎
𝑄 = 1402,805
𝐿𝑡
𝑑𝑖𝑎
𝐷𝐵𝑂𝑠𝑢𝑒𝑟𝑜 = 40,000 (
𝑚𝑔
𝐿𝑡
) ∗ 1402,805 𝐿𝑡 = 56112,2 𝑚𝑔 = 56,112 𝑘𝑔
𝐷𝑄𝑂𝑠𝑢𝑒𝑟𝑜 = 70,000 (
𝑚𝑔
𝐿𝑡
) ∗ 1402,805 𝑙𝑡 = 98196,35 𝑚𝑔 = 98,197 𝑘𝑔
Tomando los datos de la tabla Nº3 y Nº6, se tiene la siguiente tabla con las
composiciones de los efluentes iniciales de cada producto:
Tabla Nº7 Resumen composiciones iniciales del efluente de los diferentes
productos
Composición
(mg/l)
Leche Yogurt Mantequilla
DBO 1200 3000 40000
DQO 3000 6000 70000
Solidos
Suspendidos
(SS)
250 1600 1600
Nitratos +
Amonio (N)
60,5 140 140
Fosfatos (P) 60 130 7,244
3.1 Tratamiento
El proceso escogido para que el efluente de agua residual de nuestra industria láctea se
basará principalmente en la reducción de la DBO, pequeñas cantidades de residuos
sólidos, y la cantidad de nutrientes que también saldrán de nuestro sistema.

7. Pretratamiento
1º Proceso. Desbastador
Se considera que, para mejorar la calidad del efluente en el primer proceso de lavado de
la leche, donde encontraremos cantidades de pelo, y otros residuos sólidos se propone un
sistema corriente de desbaste o tamizado para reducir la cantidad de pelo entrante al
efluente principal, este desbastador tiene un paso de 25 mm. Este sistema de desbaste se
encontrará dentro de un caudal aproximado mayor a 0,5 m/s y menor 1,2 m/s.
Con este sistema evitaremos la entrada de Sólidos suspendidos en las cañerías evitando
así futuras disfunciones en las mismas, mejorando eficientemente el tratamiento de nuestro
efluente.
2º Proceso Homogeneización
La homogeneización y neutralización, este proceso suele ser imprescindible en la industria
láctea, ya que al generarse durante los lavados aguas muy acidas o muy alcalinas, podría
provocar un vertido que impidiese cualquier tratamiento biológico posterior, además de
incumplir los valores legales. Por ello se suelen instalar tanques de tiempo de retención
grande en los cuales se mezclan las aguas acidas y alcalinas procedentes de la factoría,
produciéndose una neutralización natural. En ocasiones esto no es suficiente para
neutralizar los vertidos, por lo que se suelen emplear sistemas automáticos de adición de
ácido o álcali en función del pH del efluente

8. 3º Proceso Flotación de Aire Disuelto
Parámetros de diseño de un sistema FAD
Frecuentemente se escoge como criterio para el diseño de sistemas de flotación de la
relación aire/sólidos(A/S) para una industria láctea un valor de 0.05 para obtener una
remoción significativa de sólidos suspendidos, DBO, DQO.
Cuando se espera el espesamiento de lodos en el tanque, la presurización se mantiene en
los 415kPa, una carga superficial de 121 m/d, y un periodo de retención de 40 minutos.
Para minimizar requerimientos de aire se usan relaciones de recirculación del 50%.
Carga superficial (Cs) = 121 m/d
Caudal de entrada (m3/d) = 122.629 m3/d
H=17.6mmHg  1.76cmHg
T=20ºC
Solubilidad del aire (C)= 18.7ml/L
Presión de Vapor (Pv20ºC)=17.6mmHg
Presión barométrica (PL) = 495mmHg
PT= 415kPa  3112.7559mmHg
So=3500 mg/L
Factor de saturación (f) = 0.50
La densidad del aire se da por la expresión:
d =
1.293
1 + 0.00367 ∗ T
∗ (
H
76
)
d = 0.027895 (
mg
ml
)
La solubilidad del aire está dada por:
C =
(
A
S
) ∗ S0 ∗ (760− Pv)
d ∗ (f ∗ (PT − Pv) − (PL − Pv))
C = 4352.0477
mL
L

9. Área superficial requerida para la flotación
A =
Qentrada
Cs
A = 1.01346 m2
Carga de sólidos
Carga =
Qentrada ∗ So
Cs ∗ 1000
= 3.54711
Kg
m2 ∗ dìa
Porcentaje de remoción eficiente del sistema
Carga DQO = 86%
Carga DBO =85%
Carga SS = 89%
5. Tratamiento
5.1Desnitrificación
Ya con el sistema de pretratamiento completo, se necesitará la implementación del
tratamiento principal será de un tanque de desnitrificación para reducir así la presencia de
nutrientes activos en el efluente.
El tratamiento de los efluentes de este tipo de aguas se encuentra con niveles orgánicos
altos aun después de los pretratamientos realizados.
Para tomar en cuenta el tipo de tratamiento a realizar se tomará en cuenta la relación de
las demandas del efluente:
𝐷𝐵𝑂
𝐷𝑄𝑂
= 1.5

10. DBO= Demanda Bioquímica de oxígeno
DQO= Demanda Química de oxígeno
Considerando que la mayor cantidad del efluente será biológico se prefiere utilizar un
tratamiento biológico para la reducción de nuestros contaminantes por acción microbiana.
Aeróbicos: Son los tratamientos habitualmente empleados, siendo el proceso de fangos
activados el utilizado normalmente. Se basan en la descomposición de la materia orgánica
por los microorganismos en presencia de oxígeno. Son sistemas adaptables a una gran
variedad de vertidos y bastantes flexibles, obteniéndose, si la explotación es adecuada,
muy buenos resultados. No obstante, tienen esencialmente dos inconvenientes
importantes, como es la generación de una gran cantidad de lodos y el importante gasto
energético para proporcionar el oxígeno necesario para la fermentación Los lodos
generados suponen un residuo sólido de grandes dimensiones. Normalmente suele ser
retirado por las empresas municipales de residuos y van a vertedero, aunque en la
actualidad se está estudiando su uso como abono después de diversos tipos de
tratamiento. El oxígeno se suele aportar mediante turbinas aireadoras en superficie o
mediante difusores de oxígeno situados en el fondo del reactor biológico y alimentados con
aire mediante soplantes.
Anaeróbicos: Se basa en la degradación de la materia orgánica por bacterias anaeróbicas
formándose metano y CO, Como ventajas tiene esencialmente la posibilidadde aprovechar
eí valor calorífico del gas en la explotación de la propia planta, la baja producción de lodos,
asi como el valor de los mismos que pueden ser empleados como abono por su alto valor
fertilizante. No obstante, pese a ser un procedimiento muy estudiado y con numerosa
bibliografía, en la actualidad tan sólo existen 6 plantas depuradoras de industrias lácteas
que utilicen este sistema, ello es debido a que es un proceso que requiere un tiempo de
retención muy alto, es muy sensible a cualquier cambio de pH o de temperatura, necesita
ser calentado para que la temperatura de fermentación sea la adecuada y además existen
cienos riesgos asociados al manejo del biogas, razones que impiden el mayor desarrollo
de estos procesos y que hacen que en numerosas ocasiones no sea rentable ia instalación
de este tipo de plantas.

11. Tabla Nº8 Composiciones iniciales de entrada al sedimentador primario
Composición
(mg/l)
Efluente
DBO 4,7𝑥103
DQO 8,013𝑥103
Solidos
suspendidos
105,785
Nitratos 102,41
Fosfatos 41,654
Tabla Nº9 Composiciones finales del efluente
Composición
(mg/l)
Efluente
DBO 75,373
DQO 75,373
Fosfatos 27,947