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Informe Técnico
Planta de Tratamiento Granja
Porcícola “El Toro”
Wastewater Alchemy
Cd. Guzmán, Jalisco
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INFORME TÉCNICO
GRANJA PORCÍCOLA “EL TORO”
PLANTA DE TRATAMIENTO
Contenido
Introducción ........................................................................................................................................................ 2
Descripción del Tren de Tratamiento .......................................................................................................... 3
Proceso de Digestiòn anaerobia y Facultativa ........................................................................................ 6
Resultados .............................................................................................. Error! Bookmark not defined.
Beneficios ............................................................................................................................................................. 8
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1
Conclusiones .................................................................................................................................................... 10
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Introducción
Entre las actividades pecuarias que se desarrollan en México la porcicultura desempeña un papel
preponderante. En este sector productivo nuestro país se ubica en el lugar número 18 en el
ámbito mundial y en segundo en el latinoamericano. Ocupa el tercer puesto entre las actividades
pecuarias del país, y alrededor del 60% de esta producción corresponde a productores en pequeña
escala.
Como todo proceso productivo, este sector también genera residuos, y se estima que el 38% de
las granjas descargan sus residuos en cuerpos receptores propiedad de la nación sin ningún
tratamiento, lo que provoca un alto grado o potencial de contaminación tanto de los mantos
freáticos como de las aguas superficiales.
En la actualidad la crianza de cerdos se ha convertido en una verdadera fuente de ingresos en
muchas regiones del país; sin embargo, a la par del beneficio económico y social que representa
este tipo de industria, la mayoría de las granjas, especialmente las de pequeña producción, no
cuentan con sistemas o procedimientos para el tratamiento de los residuos sólidos y líquidos que
generan, situación que en algunos casos se debe a la carencia de capital y/o del área requerida
para los sistemas de tratamiento y , en otros, al desconocimiento de la normatividad mexicana que
regula los aspectos ambientales de este sector.
Por estas razones, Wastewater Alchemy, ha propuesto un Sistema de Uso Eficiente de aguas
de descarga, para su reuso y reciclaje en el mismo proceso productivo, con vista a subsanar las
deficiencias mencionadas, mediante un tren de mejoramiento de la calidad de las aguas
que
permita, a un precio razonable, reducir los impactos ambientales, reciclando el agua dentro de las
instalaciones y transfiriendo la tecnología a otras unidades de producción.
Antecedentes
Wasterwater Alchemy seleccionó como unidad piloto la granja porcina “El Toro”, ubicada en Cd
Guzmán, Jalisco, con un total de 4,000 cerdos, divididos en cuatro naves porcinas.
Para el mejoramiento de la calidad del agua usada en la granja, se hace uso de una laguna de
digestión de materia orgánica, dividida en dos secciones, la primera consistente en un equipo un
selector de bacterias y la segunda sección de circulación de agua, resaltando que el agua es
que la descarga de la laguna se convierte en el agua de lavado de la nave de engorda, permitiendo
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una alta eficiencia en la remoción de contaminantes aunado a una muy baja producción de lodos
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reutilizada en la limpieza de a las mismas instalaciones de la granja en un circuito cerrado, en el
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de desecho, olores y emisiones de H2S; cabe señalar que en el lavado de instalaciones, no se hace
uso de químicos que incidan en la modificación de la calidad del agua y es factible, por ello, el uso
de biotecnología en la laguna de reacción.
Descripción del Sistema de Tratamiento Wastewater Alchemy
El sistema de Tratamiento propuesto por Wasterwater Alchemy y para caso específico la granja
porcícola “El Toro” consta de:
•
Una laguna de 40m x 20m y 6m de profundidad
•
Un selector de bacterias, con capacidad de 3hp. Que circula el agua dentro de un
estanque excavado en terreno natural, con cobertura de linner para evitar
infiltraciones, promoviendo el crecimiento de bacterias facultativas como
tratamiento biológico.
•
Un equipo circulador con capacidad de 3hp. Mantiene una capa superficial de
densidad más ligera que impide que la mayoría de sólidos floten en la superficie.
Igualmente, de manera pasiva, continuamente levanta los lodos del fondo para
mantener la comida y microbios en contacto.
Un sistema de suministro de electricidad.
Selector
Ilustración I. Estanque de tratamiento de la Granja Piscícola “El Toro”
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Circulador
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Descripcion del Proceso
Una vez que el sistema ha sido instalado y ha llegado a estabilizarse alcanzando un punto de
equilibrio, son introducidas las
aguas residuales provenientes de la nave porcina, de manera
ascendente desde el fondo de la laguna moviéndose en la zona aeróbica.
Para el caso específico de la granja “El Toro”, como se muestra en la Ilustración 2, el caudal del
efluente es recirculado al interior de las naves porcinas siendo un sistema cerrado sin descargas al
exterior. Recientemente se comenzó la recirculación hacia las otras 5 naves.
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Selector
Circulador
Nave
Porcina
Laguna
2
4
1
Afluente de agua limpia
2
Afluente en nave porcina
3
Efluente recirculado
Ilustración 1 Tren de tratamiento en Granja “El Toro”.
El efluente recirculado no entra en contacto con los cerdos, siendo el caudal dirigido a un
depósito de agua por debajo de las naves (slot). Esta recirculación funciona como un pre
tratamiento ya que el afluente entra en la laguna “activa”, es decir, contiene bacterias
reaccionando con la materia orgánica presente en este, aumentando los nutrientes del agua.
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oxígeno, por encima de una capa anóxica más densa.
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El principio fundamental del sistema de tratamiento, es la creación de una capa superficial rica en
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El agua residual mantiene contacto con el selector de bacterias, el cual produce un espacio
aislado del resto del estanque en un “estanque simulado” delimitado con unas cortinas plásticas,
optimizando la relación alimento/bacteria, introduciendo bacterias Archaea metanogenica sobre las
bacterias sulfato reductoras (SRB) en las capas anaeróbicas de los lodos. Las bacterias crecen
usando los nutrientes contenidos en el agua, ganando masa y hundiéndose en la capa anaeróbica
mientras pasan a la capa facultativa donde son hidrolizados los sedimentos y materia orgánica
presente en el agua para ser digeridos y convertidos en gas (CH4), cabe mencionar que la granja
porcícola, no cuenta con el equipo necesario para efectuar mediciones y captación de las
emisiones.
Ilustración 2. Descripción del selector de bacterias.
El selector de bacterias realiza de un 75% a 80% del trabajo, creando 3 fases en la laguna, la
primera es la zona aeróbica en esta zona las bacterias requieren del oxígeno que hay disuelto en el
agua para poder respirar y producir acetato (CH3COOH), hidrogeno (H) y dióxido de carbono
(CO2). En la zona facultativa las bacterias pueden vivir en ausencia y con presencia de oxígeno, en
esta parte se concentran interactuando de las dos maneras, en dicha zona existe presencia de
metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). Por último en la zona anaeróbica es donde las
bacterias se descomponen en ausencia de oxígeno con el hidrógeno, formando gas metano (CH4)
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anaerobia eficientando la eliminaciòn del lodo.
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y agua (H2O), en este punto Wasterwater Alchemia logra acelerar el proceso de digestiòn
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Proceso de Digestiòn anaerobia y Facultativa
En una tren de tratamiento con un proceso biològico, se tienen tres tipos de zonas que digieren
los nutrientes de entrada: zona aerobia, zona anaerobia y zona de bacterias facultativas.
Los microorganismos aerobios convierten rápidamente los nutrientes en masa celular y son
capaces de extraer de manera eficiente la energía de los hidratos de carbono en presencia de
oxígeno, su “eficiencia” lleva a la rápida conversión de nutrientes en masa celular, cuando esta masa
celular muere y se asienta se forman lodos.
La digestión anaerobia produce lodos en una laguna tradicional, pero a un ritmo demasiado lento
que no le permite eliminar el lodo con el paso del tiempo. Con una aportación constante de
células muertas desde arriba, el fondo se cubre con material y la laguna finalmente se llena de lodo
que necesita ser eliminado.
Por lo tanto, la digestión anaerobia es mucho más lenta en comparación con la digestión aerobia,
pero más eficiente en la eliminación de nutrientes, teniendo como producto final el gas metano, la
aplicación del Sistema Wasterwater Alchemy, en otras Plantas de Tratamiento ha tenido
resultados en los que el entorno físico creado por las corrientes de flujo permiten que el lodo sea
digerido con el tiempo y convertido en metano.
La conversión de los lodos en metano se debe a dos razones:
•
Los microorganismos anaerobios facultativos se están introduciendo constantemente en
las zonas anaerobias facultativas del sistema, estas zonas facultativas actúan como un
vivero donde las bacterias que son capaces de llevar a cabo la digestión anaerobia, se
cultivan rápidamente y se adaptan a las condiciones anaerobias más duras.
Ocurre una mezcla suave en la superficie del manto de lodos que permite que los
microorganismos anaerobios y facultativos entren en contacto directo con los nutrientes.
Sin esta mezcla los microorganismos anaerobios no móviles agotan los nutrientes
directamente adyacentes a sus paredes celulares y tienen que depender del movimiento
Browniano para difundir los nutrientes a la pared celular, la mezcla permite que los
microorganismos anaerobios estén sumergidos donde hay alimentos accesibles, en lugar
de acceder a ningún alimento.
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de estar rodeados por ellos, sin embargo los microorganismos anaerobios no son capaces
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Por lo tanto, las excretas de cerdo mal oliente y pesado son completamente reducidas en gases
sin olor (Metano), no existiendo una formación de lodos.
Wasterwater Alchemy ha tenido rendimientos de VSS (sólidos volátiles en suspensión / células)
para condiciones aerobias y anaerobias por gramo de DBO (demanda biológica de oxígeno)
siendo:
Para Aerobios: 0,67 gramos de VSS / gramo DBO
Para Anaerobios: 0,05 gramos VSS / gramo BOD
Los gramos de VSS pueden considerarse gramos de células o gramos de lodos por gramo de la
DBO. Como se puede ver, los microorganismos anaerobios son diez veces más eficientes en la
eliminación de los lodos que los microorganismos aerobios. Es importante recordar que este es
sólo un primer paso, y que el VSS es también una forma de DBO, por lo que el lodo puede ser
digerido de nuevo.
Comparativo con la NOM 001 SEMARNAT 1996
Derivado de la toma de muestras del afluente como del efluente, analizados por laboratorios
certificados (ANEXO 1), han sido comparados los resultados de los parámetros obtenidos con los
límites máximos permisibles establecidos por NOM-001-SEMARNAT-1996, que establece
límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y
bienes nacionales. Resultando la siguiente tabla:
Resultados después de recirculación Laguna
Ausente Ausente Ausente Ausente <20 0.2
1,400
Ausente
224
2,193
1,338 66 26.2
Mejora en Porcentaje Tabla 1.Comparación del registro de muestras con la NOM-001-SEMARNAT-1996.
100% 100% 100% 100% 99% 100% 97% 100% 99% 96% 7
Lodos Moscas Olor H2S Coliformes fecales SST
SDT
Materia Flotante
D.B.O
D.Q.O
Nitrógeno Fósforo Grasas y aceites
Resultados Iniciales Granja
Presente Presente Presente Presente 10,000,000 1,286
40,200
Presente
60,300
72,360
89 42 3,013
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Parámetros
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Con base en el cuadro anterior, el parámetro que que no se encuentra dentro del límite
de la NOM-001-SEMARNAT-1996, es para grasas y aceites.
Sin embargo, cabe señalar que los cerdos en crecimiento solamente utilizan el 30 y 35% del
nitrógeno y el fósforo ingeridos, pues eliminan el remanente a través de las excretas, por lo que
estas poseen virtualmente todos los nutrimentos que requieren las plantas y cultivos para su
crecimiento y desarrollo, representando un recurso valioso que puede remplazar insumos
costosos en la producción de forrajes y otro tipo de cultivos.
Los resultados obtenidos indican que es posible obtener agua con la calidad adecuada para
diversos usos dentro de las granjas de producción porcina.
Beneficios
Los sistemas mejoramiento de la calidad de aguas residuales Alchemy están diseñados
individualmente y ensamblados a partir de varios componentes prefabricados para satisfacer las
necesidades especificas de cada proyecto. El
sistema Wasterwater Alchemy
modularmente,
tienen las siguientes características: ninguna crea residuos de lodo, no producen olores, no
requieren aditivos químicos, probióticos, enzimas añadidas, filtros ni biodiscos.
SAGARPA y SEDER han invertido en este proyecto medible, que no requiere mantenimiento, se
demuestra con éxito que se pueden eliminar los residuos de los cerdos de forma permanente en
todas las granjas de México.
El único mantenimiento que requiere el sistema es el retirar las bolsas de plástico y las
calcomanías del producto y el cambio de aceite anual, siendo el costo de operación reducido al
consumo eléctrico de un motor de 6 caballos de fuerza.
Los Municipios que cuentan con la planta de tratamiento de aguas residuales de Alchemy (WA),
tienen costos operativos significativamente más bajos en comparación con otras opciones de
tratamiento. Bajo condiciones de cargas normales y reglamentos municipales comunes, podemos
de más de 10 caballos de fuerza, aereadores comunes, el sistema no requiere personal para
operar, solo se requiere una persona para limpieza en la laguna o para activar la energía en caso
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Dado que los sistemas WA no utilizan discos biológicos, productos químicos, floculantes, motores
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esperar un consumo de 0,3-0,5 kWh / m ^ 3.
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de que se pierda. Además las plantas WA no producen lodos, eliminando un gasto operativo
importante.
El Mantenimiento del sistema, consiste en tener la zona limpia, evitando que bolsas de plástico,
botellas, cables y otros elementos similares se atasquen entre el impulsor y la pared del chasis,
además del cambio de aceite anual.
El aprovechamiento de los nutrientes (N y P) presentes en las aguas residuales, se presenta en la
precipitación de estruvita (NH4 Mg PO4). La estruvita es un mineral que contiene magnesio,
amonio y fósforo, y por esto, en varios países ha sido utilizada como fertilizante, obteniéndose
muy buenos rendimientos en cultivos estudiados. Por lo tanto, la recuperación de estos nutrientes
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de los desechos porcinos para su aplicación en agricultura representa una alternativa viable.
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Conclusiones
La tecnología que se analiza, presenta procesos de implementación y operación sencillos y de bajo
costo, lo que la hace recomendable para su aplicación en unidades de producción pecuaria.
La aplicación de esta tecnología se identifica viable para mitigar el impacto ambiental ocasionado
por la inadecuada descarga de aguas residuales de procesos de engorda de cerdos.
La contaminación del aire por malos olores que generan las granjas de engorda en su operación
pueden ser reducidos e incluso eliminados por la aplicación de tecnología en el reuso de las aguas
tratadas y limpiadas por la tecnología.
Dentro de los beneficios que ha observado el porcicultor, con la aplicación del sistema WA,
además de la reducción y eliminación de los lodos, se incluye que no hay malos olores, moscas y
al no existir producción de sulfuro de hidrógeno, H2S, se evita irritación en los ojos, nariz y
garganta, diarrea, ronquera, dolor de garganta, tos, opresión en el pecho, congestión nasal,
palpitaciones, falta de aire, estrés, alteraciones del estado de ánimo, fatiga repentina, dolor de
cabeza, náuseas, súbita pérdida de conciencia, coma, convulsiones e incluso la muerte. El presente informe es un claro ejemplo de los alcances del sistema WA aplicado en granjas
porcinas, mediante su tratamiento por digestiòn anaerobia. La aplicaciòn de la digestiòn anaerobia
para el tratamiento de los desechos porcinos no solamente puede convertirse en un mecanismo
para contrarestar la contaminación generada por este sector pecuario; sino también, en un àrea
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de oportunidad por los subproductos que se generan, como la formaciòn de estruvita.