Treatment of pulp and paper mill wastewatera review

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D. Pokhrel and T. Viraraghavan,Department of Environmental and System Engineering, Faculty of Engineering, University of Regina, 3737 Wascana Parkway, Regina, SK, Canada S4S 0A2Received 2 July 2003;Revised 29 January 2004;accepted 7 May 2004.Available online 30 July 2004.

AbstractPulp and paper mills generate varieties of pollutants depending upon the type of the pulping process. This paper is the state of the art review of treatability of the pulp and paper mill wastewater and performance of available treatment processes. A comparison of all treatment processes is presented. Combinations of anaerobic and aerobic treatment processes are found to be efficient in the removal of soluble biodegradable organic pollutants. Color can be removed effectively by fungal treatment, coagulation, chemical oxidation, and ozonation. Chlorinated phenolic compounds and adsorable organic halides (AOX) can be efficiently reduced by adsorption, ozonation and membrane filtration techniques.Author Keywords:Pulp; Pulp and paper; Wastewater; TreatmentPublicado porMauricio garca caldernen14:39No hay comentarios:Enviar por correo electrnicoEscribe un blogCompartir con TwitterCompartir con FacebookCompartir en Pinterest

AbstractMicrobial fuel cells (MFCs) have been used to produce electricity from different compounds, including acetate, lactate, and glucose. We demonstrate here that it is also possible to produce electricity in a MFC from domestic wastewater, while at the same time accomplishing biological wastewater treatment (removal of chemical oxygen demand; COD). Tests were conducted using a single chamber microbial fuel cell (SCMFC) containing eight graphite electrodes (anodes) and a single air cathode. The system was operated under continuous flow conditions with primary clarifier effluent obtained from a local wastewater treatment plant. The prototype SCMFC reactor generated electrical power (maximum of 26 mW m-2) while removing up to 80% of the COD of the wastewater. Power output was proportional to the hydraulic retention time over a range of 333 h and to the influent wastewater strength over a range of 50220 mg/L of COD. Current generation was controlled primarily by the efficiency of the cathode. Optimal cathode performance was obtained by allowing passive air flow rather than forced air flow (4.55.5 L/min). The Coulombic efficiency of the system, based on COD removal and current generation, was Alternativa moderna y ms robusta, reproducible, rpida, ambientalmente amigable que la demanda qumica (DQO) o biolgica (DBO) de oxgeno. Puede correlacionarse fcilmente conla DBOy DQO, y la medicin puede realizarse en lnea o fuera de lnea. Es ideal para todas las etapas del proceso ya que el mismo equipo puede ser utilizado para concentraciones altas y bajas de carbono.2. Equipos de laboratorio, anlisis integrales> Absorcin atmica o plasma acoplado inductiva mente (ICP) con deteccin ptica para el anlisis de alcalinos, alcalinos trreos, metales, metales pesa dos. Se debe tener en cuenta el avance instrumental para corregir automticamente interferencias..> Cromatografa de gases acoplada a masas, para cuantificacin y deteccin de compuestos voltiles (VOCs) o semivoltiles (SVOCs). Normalmente se recomienda utilizar sistemas de preparacin de muestras automticos basados en purga y trampa, headspace dinmico o micro extraccin en fase slida para contribuir a anlisis ms sensibles y con menor impacto al ambiente.> Cromatografa lquida para obtener el perfil de cationes y aniones comunes o para deteccin de compuestos especficos como ser Bisfenol, benzo(a)pireno.> Espectrofotometra UV-Visible, para deteccin de diversos analitos mediante reacciones colorimtricas.Se recomienda el empleo de autoanalizadores discretos y continuos para evitar errores en las distintas etapas del anlisis, permitir llegar hasta 200 determinaciones por ahora, y reducir el volumen de desechos entre50 a500 veces segn el caso.> Anlisis integrales rpidos (15 min), como alternativa a los test fitotxicos convencionales.3. pH> Tecnologa simple y de gran uso para ajustar los procesos de agregados de soda, neutralizacin con cidos, nivel de acidez del tanque de reaccin, pH de descarga, etc.4. Cloro residual> El cloro se usa como desinfectante para destruir microorganismos, algas, moluscos, etc. Sin embargo, la adicin en exceso conlleva a un olor desagradable o descarga de sustancias peligrosas al recurso. Por tal motivo es necesario un analizador de cloro residual para medir, monitorear y controlar los niveles de cloro en el sistema de tratamiento.5. Densidad del fango/lodo> Es necesario medir la densidad del lodo para una operacin efectiva y eficiente del tanque de reaccin y del proceso de disposicin del lodo.6. Medicin de nitrgeno7. Medicin de flor8. Oxgeno disuelto> Es necesario para asegurar y controlar la cantidad de aire suministrado en el tanque de aeracin y mantener su valor al nivel ptimo.9. Actividad del lodo (analizadores MLSS)10. Potencial Redox> Tcnica sencilla y muy til para monitorear sustancias oxidantes o reductoras en el proceso.11. Conductividad> Tcnica sencilla y muy til y es un indicador de la salinidad total del agua.12. Turbiedad/SS> La medicin de turbiedad es muy rpida y permite la estimacin rpida de slidos suspendidos totales (SS).13. Alcalinidad> Sirve para controlar la introduccin de coagulantes par evitar la turbiedad del agua y para prevenir la corrosin de las caeras.14. Analizadores de SS.15. Analizadores de fsforo total> Pueden estar asociados en el mismo equipo de TOC, o como equipos independientes.16. Analizadores de nitrgeno total> Pueden estar asociados en el mismo equipo de TOC, o como equipos independientes.17. Contaminacin Orgnica> A travs de TOC o analizadores UV.Cloro residual"El cloro se usa como desinfectante para destruir microorganismos, algas, moluscos, etc. Sin embargo, la adicin en exceso conlleva a un olor desagradable o descarga de sustancias peligrosas al recurso. Por tal motivo es necesario un analizador de cloro residual para medir, monitorear y controlar los niveles de cloro en el sistema de tratamiento".18. Calidad del recurso> Se usan normalmente los equipos de laboratorio arriba resumido. En algunos casos se requiere utilizar tcnicas ultrasensibles como el ICP acopado a espectrometra de masas (ICP-MS) o absorcin atmica con atomizacin electrotrmica (GF-AAS).19. Putrefaccin> Indice medido a travs de un muestreador purga y trapa asociado a un CG-MS, para cuantificar 2-metil isoborneol, geosmina y otros VOCs en aguas superficiales y tomas de agua.Durante el seminario se profundiz en algunos tpicos, particularmente la determinacin de carbono orgnico total (TOC), el uso de autoanalizadores y el empleo de sistemas de digestin y extraccin de muestras acelerados por microondas.Additional InformationEventos

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SEPTIEMBRE 2000 - VOL.3 N1

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LAUNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR E SAN MARCOS, LIMA PERUR. Erazo - Erazo(*), J.L. Crdenas - RuzUniversidad Nacional Mayor de San Marcos, Facultad de Qumica e Ingeniera QumicaDepartamento de Anlisis y Diseo de ProcesosAv. Venezuela s/n - Lima Per(*) E-mail : dl60025@unmsm.edu.peAbstract:The present work has for purpose to develop the design of a treatment plant for the wastewater taken place in the Campus of Universidad Nacional Mayor de San Marcos. A process of treatment anaerobic is designed for a load of 1,00 Us with a DBO, of 220 mg/L. The necessary bioreactor is of 10,8 M3 being projected a high yield compared with the standards. The process is technical and economically feasible and the total cost is of US S45,000.00 with inert construction materials to corrosion.Key Words:Treatment, wastewater, bioreactor, anaerobic, design.Resumen:El presente trabajo tiene por finalidad desarrollar el diseo de una planta de tratamiento para el agua residual producido en la Ciudad Universitaria de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Se disea un proceso de tratamiento anaerbico para una carga de 1,00L/s con una DBOs de 220 mg/L. El bioreactor necesario es de 10,8 M3, proyectndose un alto rendimiento comparado con los estndares. El proceso es tcnica y econmicamente factibles y el costo total es de US$ 45,000.00 con materiales de construccin inertes a corrosin.Palabras Clave:Tratamiento, agua residual, bioreactor, anaerbico, diseo.INTRODUCCIONActualmente en la Ciudad Universitaria de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos el riego de reas verdes es mediante agua potable tomado directamente de la red, cuya fuente es agua extrada delsubsuelo.Con el fin de reemplazar el uso de agua potable por una fuente de agua recuperada mediante tratamiento de efluentes residuales, fundamentalmente domstico, se propone el desarrollo de un proceso de tratamiento de las aguas residuales producidas en la Ciudad Universitaria.El procedimiento de diseo consiste en la sntesis y anlisis ingenieril deldiagrama de flujo apropiado para tratar las aguas residuales y obtener un efluente de las caractersticas sanitarias reguladas por las entidades correspondientes, SEDAPAL y Ministerio de Salud (DIGESA).El corazn delproceso consiste en el desarrollo de un bioreactor de Iodos activados para tratar la carga orgnica delefluente contaminado aprovechando la accin transformadora de ciertos microorganismos unicelulares como las bacterias.Se pretende demostrar que es factible tal proceso, tanto desde el punto de vista tcnico como econmico y que es una alternativa importante para la preservacin delagua potable y el reuso delagua tratada.PRINCIPIO DE TRATAMIENTOEl tratamiento de aguas residuales, dependiendo del origen delcontaminante, se puede realizar de diversas formas [1,2]. Sin embargo, es oportuno mencionar cuatro tipos de tratamiento biolgico que pueden proporcionar menores inversiones con eficiencias compatibles con las necesidades deldifcil momento. La alternativa de lagunas de estabilizacin, de un modo general, es ms econmica y fcil de operar [3]. El tratamiento fitopedolgico, consistente en la utilizacin de lagunas con jacintos seguidos de suelo filtrante, en donde ocurren filtracin y degradacin biolgica [4]. El filtro anaerbico, que est constituido por una instalacin filtrante esttico es muy verstil y adaptable a pequeos flujos de agua residual [5]. El bioreactor anaerbico de flujo ascendente es sin duda la alternativa apropiada para el tratamiento en donde no se disponen de grandes reas para las instalaciones. La alimentacin es hecha por la base siendo el flujo ascendente y existiendo decantadoresen la parte superior [6]. Por otro lado, la eficiencia de los procesos de tratamiento est en relacin a la presencia de oxgeno en el medio [7,8,9], lo que permitir que mediante una adecuada poltica de manejo de los residuos lquidos, el reciclado de agua tratada sea una alternativa viable.En todos los casos de tratamiento biolgico, es importante sealar, los microorganismos que forman una poblacin heterognea son los responsables de la depuracin. Estos cambian continuamente en funcin de las variaciones de la composicin de las aguas residuales y de las condiciones ambientales [10]. Los microorganismos presentes son bacterias unicelulares, hongos, algas, protozoos y rotferos, de estas las bacterias son probablemente las ms importantes [11,2].UBICACIN DE LA PLANTADe un conocimiento general acerca de la estructura urbanstica de la Ciudad Universitaria de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, ubicado entre los lmites de la Provincia de Lima y la Provincia Constitucional del Callao, se puede observar que las aguas residuales producidos son evacuados a travs de varios colectores de alcantarillado, uno de los cuales va hacia un pozo sptico ubicado entre el Gimnasio y el Estadio Monumental, colindante con el Hospital Naval de la Marina, propiedad de la Marina de Guerra del Per, La planta de tratamiento ser compacta para adecuarse al rea disponible circundante al pozo sptico ya mencionado.CARACTERISTICAS DEL AGUA RESIDUALEl caudal del colector interno es variable y su promedio es 1.000 L/s (86,4 m3/da). con una composicin tambin variable. En base a los mtodos de anlisis fsico, qumico y biolgico proporcionados por la literatura [13,14], se determina la composicin promedio, la misma que se presenta en la Tabla 1.Tabla 1.omposicin promedio de agua residual de la Ciudad Universitaria de San Marcos

DESCRIPCINCANTIDAD

GASTO (CAUDAL)CARGA ORGNICA (DBO5)SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST)PHGRASAS Y ACEITESSOLIDOS TOTALESSOLIDOS SEDIMENTABLES (SS)1,00 L/s220 mg/L240 mg/L6 - 9150 mg/L1200 mg/L20 mg/L

Como se puede apreciar, esta composicin es tpica proveniente de desages domsticos, los cuales se componen aproximadamente de un 99,9% de agua y 0, 1 % de slidos en peso seco. Es decir, el lquido en s es nada ms que un medio de transporte de las innumerables sustancias orgnicas, inorgnicas y microorganismos eliminados por el hombre diariamente. Los slidos son cerca de 70% orgnicos (protenas, carbohidratos y grasas) y 30% inorgnicos (arena, sales y metales).DISEO DE PROCESOSntesis y AnlisisLa eleccin del tratamiento biolgico anaerbico en la depuracin de las aguas residuales, cuyas caractersticas se dio en la tabla 1, obedece fundamentalmente a factor econmico. El diseo de tal sistema ahorra energa [15] y su operacin y mantenimiento demandan un costo mnimo comparado con otro tipo de instalaciones [16].En la figura 1 se muestra el diagrama de operaciones que concierne al tratamiento. Esto se ha elaborado tomando en consideracin los conceptos fundamentales de sntesis y anlisis de los procesos [17,18,19], as como los heursticos que sobre el tema estn disponibles en al literatura [20].

Figura 1. Diagrama de operaciones para el tratamiento de agua residual de la Ciudad Universitaria UNMSM

Descripcin del ProcesoEl proceso comienza con una operacion de pre-tratamiento de regulacin de caudal y retencin de slidos gruesos (papeles, plsticos, etc.) mediante la instalacin de dos rejillas tipo canastilla con aberturas de 50 mm y 25 mm,respectivamente. A continuacin, el agua proveniente de este sistema pasa por un desarenador, que tiene por objeto remover la mayor parte delmaterial slido inorgnico (arena, grava), que de otra forma causara problemas en el bioreactor. Luego, el agua pasa a un tanque de remocin de grasas y aceites para ser conducidos a un bioreactor anaerobio de flujo ascendente.Este equipo es el corazn de la planta. Es bsicamente un tanque conteniendo tres partes. El primero, es una cmara de distribucin seguido de una cmara de sedimentacin donde se acumula un lodo descomponindose parcialmente por medio de bacterias anaerobias (cada 6 a 12 meses se extraer parte dellodo para evitar saturacin de la cmara). El agua sedimentada pasa a la siguiente etapa por un lecho filtrante de piedra triturada de 15 a 20 cm. de dimetro. La ltima etapa delbioreactor sirve como depsito de restos de partculas biolgicas formado en la cmara anterior, descomponindose en forma anaerobia. El efluente obtenido se desinfecta con cloro en solucin en un tanque abierto de contacto de cloro que permita el abatimiento de la concentracin de bacterias. Se ha considerado un tratamiento de Iodos, su disposicin eficiente, y un tratamiento de gas por combustin para seguridad o evitar olores molestos. Dependiendo de su volumen, una alternativa sera usar como fuente energtica, Finalmente, se incorpora una etapa de filtracin rpida a travs de un filtro mixto con grava - arena - antracita que permita retener los pequeos flculos que son capaces de pasar a travs de sistema convencional antes descrito. La finalidad es garantizar la calidad delagua requerida en el efluente final para su reuso de riego de reas verdes [21].Diseo del BioreactorEl bioreactor es anaerobio y de flujo ascendente, constitudo por tres partes, un sistema de sedimentacin, separador gas - lquido -slido (GLS) y canaletas del efluente. En la Tabla 2 se dan los parmetros ms importantes para su dimensionamiento.Tabla 2. Criterio general para el dimensionamiento de un bioreactor anaerobio de flujo ascendente

TEMPERATURACTRH PROMEDIO,hTRH MINIMO,hTRH PICO,h

20 - 2323 - 26> 2612867 - 95 - 743 - 532,5

El tiempo de retencin hidrulico (TRH) como se observa es dependiente de la temperatura. Los TRH promedios y mnimos estn basados en las fluctuaciones diarias del flujo del sistema de alcantarillado. Otros factores que influyen en el TRH del bioreactor son la fraccin del material slido organico en el desecho y la degradabilidad de los mismos.La cintica de Monod puede utilizarse como una buena aproximacion para el crecimiento bacteriano [22]. Para un TRH de 3 h. que corresponde a una temperatura baja y alta, el volumen del bioreactor es 10,8 m3.La forma del bioreactor ser circular con una base tronco cnica con paredes inclinados de 450 con la horizontal y lleva incorporado en la parte superior decantadores construidos con placas de asbesto - cemento y sostenido por estructuras de concreto armado y estar recubierto con lona plstica para recolectar el biogas. Tiene ademasncorporado un sifn lateral a meda altura, para drenar el exceso de lodo de la cmara de sedimentacin. Una vista horizontal del bioreactor se observa en la figura 2 y en ella se puede apreciar esquemticamente que el ingreso del agua residual es a travs de una cmara de dispersin de abajo hacia arriba.

Figura 2. Vista seccional horizontal del bioreactor anaerobio de flujo ascendente.

El separador GLS o decantadores tipo campana, es la estructura clave en el bioreactor, Su diseo est determinado por la velocidad ascendente en la abertura, la carga superficial del compartimiento de sedimentacin y el ngulo de los Iodos de la misma campana. Para el sistema de alimentacin se elige un distribuidor simple de flujo con vertederos por encima del bioreactor a travs de tubos individuales que conducen al fondo, no contiene ninguna parte mvil y garantiza una operacin equitativa de flujo.La funcin de las canaletas delefluente es recoger el agua residual tratado proveniente del compartimiento de sedimentacin delbioreactor. Estar instalado a todo lo largo y provistos con vertederos en V Se utilizar cuatro vertederos por metro y bajo condiciones de flujo promedio la altura sobre los vertederos debe ser de 0,03 m. Para un apropiado funcionamiento delbioreactor se debe controlar la calidad y el nivel de lodo utilizando la instalacin lateral tipo sifn cada vez que se considere necesario.RESULTADOSCon la instalacin propuesta, se obtendr en funcionamiento regular, una estabilizacin completa delagua, sin olores de putrefaccin en la planta y el efluente. En forma general en la tabla 3 se da el rendimiento esperado.Tabla 3. Rendimiento esperado de tratamiento de agua residual.

DESCRIPCINCANTIDAD

SSTDBO6SSCLORO RESIDUALCOLIFORME TOTALES (NMP)TURBIEDAD15 - 30 mg/L15 - 30 mg/Lmenor de 0,1 mg/L0,3 mg/L5000 colis / 100 mL15 / 40 unt

De acuerdo a las normas internacionales de calidad de agua residual tratada los parmetros son SST 10 - 20 mg/L, DBO5: 10 - 20 mg/L, SS: 0,0 mg/L. turbiedad menor de 10 unt y coliforme totales:900 colis / mL. Comparados con los valores de la tabla 3 encontramos que el proceso efectivamente es de un alto rendimiento.MATERIALES DE CONSTRUCCIONEl sistema propuesto es a base de materiales inertes que no permiten su deterioro por corrosin o incrustaciones. El bioreactor es de concreto armado. las tuberas diversas en PVC, cartuchos de fibra de vidrio y los materiales filtrantes inertes.Para el tratamiento propuesto, reuso de agua tratada, se implementar un crcamo de bombeo en donde se instalar una bomba de aproximadamente 1 HP de potencia para elevar el agua a nivel de filtracin y efectuar el retrolavado. En este caso se requerir de energa elctrica trifsica de 220 voltios y un panelde control para arrancar y controlar el motor requerido.El costo de la planta considerando los materiales de construccin sealados asciende a US$ 45 000,00 sin considerar terreno, costos de tratamiento de Iodos y evacuacin de agua tratada ni tansporte de corriente elctrica de baja tensin 220/380 V, 60 Hz.CONCLUSION- El proceso de tratamiento de agua residual de la Ciudad Universitaria de San Marcos es factible tanto tcnico como econmico.- La conexin directa de la planta de tratamiento, por gravedad al alcantarillado representa un ahorro, por cuanto se minimiza la necesidad de equipos electromecnicos.- Los materiales de construccin de los equipos de la planta son inertes al deterioro por corrosin o incrustacin y el costo total aproximado es de US$ 45 000,00.Agradecimiento: Los autores quieren expresar su agradecimiento al Consejo Superior de Investigacin de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos por el financiamiento de este proyecto de investigacin.Ver Bibliografa

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