diseÑo de una planta de tratamiento de agua residual industrial para una industria manufacturera de...

Industria manufacturera de jabones de tocador. Tratamiento de efluentes

Gestin Integral de Residuos Slidos, lquidos y Gaseosos. Mster Oficial de Ingeniera Qumica. UMU

Mara Delia Gonzlez Hernndez

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INDUSTRIA MANUFACTURERA DE JABONES DE

TOCADOR.

TRATAMIENTO DE EFLUENTES




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NDICE

1. Introduccin

2. Proceso de fabricacin. Etapas

2.1. Recepcin de materias primas

2.1.1. Sebo

2.1.2. Grasas y aceites

2.1.3. Hidrxido sdico (sosa caustica) y Cloruro sdico (sal)

2.1.4. Carbonato de sodio

2.2. Refinacin de grasas y aceites

2.2.1. Neutralizacin

2.2.2. Blanqueo

2.2.3. Desodoracin

2.3. Saponificacin inicial

2.4. Reposo, enfriado y purgado

2.5. Saponificacin final

2.6. Secado

2.7. Mezclado y molienda

2.8. Extruido

2.9. Cortado

2.10. Troquelado

2.11. Empaquetado

3. Diagrama de residuos producidos durante el proceso industrial

4. Caractersticas del agua residual producida

5. Fases de la depuracin del agua residual

5.1. Rejas de desbaste

5.2. Desengrasado

5.3. Tanque de homogeneizacin y ajuste del pH

5.4. Decantacin primaria

5.5. Oxidacin qumica

5.6. Coagulacin-Floculacin

5.7. Decantacin secundaria

6. Diagrama del proceso de depuracin del agua residual industrial

7. Requisitos recogidos en el anexo III del Decreto 16/1999 del 22 de Abril, sobre vertidos de

aguas residuales industriales al alcantarillado (BORM n97, de 29/4/99)

8. Tratamientos adicionales para reutilizar el efluente de la depuradora como agua de

alimentacin a calderas.

9. Bibliografa utilizada




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1. Introduccin

Los jabones son sales sdicas o potsicas de cidos grasos, solubles en agua. Se

fabrican a partir de grasas, aceites o de sus correspondientes cidos grasos, mediante un

tratamiento con un lcali o base fuerte (hidrxido sdico o hidrxido potsico). La clasificacin

de los jabones vara en funcin del mtodo de manufactura, de las materias primas utilizadas y

del uso final previsto.

2. Proceso de fabricacin. Etapas

El proceso de fabricacin consta de las siguientes etapas:

2.1. Recepcin de materias primas

Esta primera etapa consiste en la recepcin de las materias primas necesarias para el

proceso. Principalmente son aceites vegetales y grasa animal. En esta etapa hay que tener

en cuenta que se podran producir derrames accidentales de las mismas.

2.1.1. Sebo

Este material contiene los glicridos mixtos obtenidos de la grasa slida de

ganado por medio de vapor. Suele aadirse para aportarle al jabn una mayor

solubilidad.

2.1.2. Grasas y aceites

En trminos qumicos las grasas y aceites de origen vegetal o animal son

similares, pues bsicamente son steres compuestos de cidos grasos, alcohol y

glicerol (glicerina). De estos triglicridos, los lquidos a temperatura ambiente son los

aceites y los slidos son las grasas. Se refinan por medio de vapor o por extraccin por

disolventes y pocas veces se emplean sin haber sido mezclados previamente.

2.1.3. Hidrxido sdico (sosa caustica) y Cloruro sdico (sal)

La sosa caustica se utiliza para hacer jabn y el cloruro sdico se utiliza en el

proceso de saponificacin para alcanzar as los estndares de alcalinidad y humedad

necesarios para conseguir la separacin de las fases de jabn y leja.

2.1.4. Carbonato de sodio

El carbonato de sodio es utilizado para el proceso de saponificacin de jabones

transparentes y si se mezclan con otro tipo de saponificacin fabrican jabones

flotantes.




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2.2. Refinacin de grasas y aceites

Consta de cuatro operaciones

2.2.1. Neutralizacin

En la etapa correspondiente a la neutralizacin el aceite es calentado y

posteriormente tratado con una solucin alcalina. Los cidos grasos libres,

responsables de la acidez y la oxidabilidad de los aceites se eliminan en la fase acuosa

bajo forma de jabones. De esta manera se consigue partir de un aceite neutro.

2.2.2. Blanqueo

En esta operacin se lleva a cabo una fusin de la grasa a 80-100C y utilizando

adsorbentes (arcillas naturales y carbn activo) se eliminan sustancias coloreadas

presentes en las grasa. Junto con los pigmentos tambin se absorben otros materiales,

tales como los fosfolpidos y algunos productos de oxidacin.

2.2.3. Desodoracin

Para la utilizacin de grasas en la sntesis de jabones es conveniente que la grasa

de procedencia no presente aromas. Para desodorizar la grasa se pone en contacto

con una columna a 150-250C a contracorriente con un gas inerte al tiempo que se

aplica vaco.

2.3. Saponificacin inicial

Para el proceso de saponificacin cada tipo de jabn necesita diferentes cantidades de

materias primas, que se encuentran determinados por los balances de masa. Estos

balances de masa son referenciados por la empresa y especficos para cada tipo de jabn.

Pero bsicamente consiste en una reaccin qumica entre un cido graso y una base en la

que se obtiene como producto principal la sal de dicho cido y de dicha base.

En el proceso de produccin la materia grasa es transportada a los tanques de

saponificacin donde es calentada a vapor hasta 80-90oC facilitndose su fusin. Poco a




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poco y sin dejar de agitar se agrega la solucin de sosa caustica, manteniendo la agitacin

hasta lograr la completa saponificacin de la masa.

2.4. Reposo, enfriado y purgado

En esta etapa se enfra la mezcla a temperatura ambiente. La mezcla permanece en

reposo, consiguindose una sedimentacin de glicerina y sales. Sobre el sedimento se

encuentra el jabn solidificado en forma de pasta neutra que ser utilizado en las

siguientes etapas del proceso. Esta pasta es separada de la solucin acuosa por un sistema

de purgado, mediante el cual se recolectar la descarga acuosa para su recirculacin en el

proceso. En esta etapa del proceso se generan aguas residuales que se recircularn en el

proceso.

2.5. Saponificacin final

Una vez purgado el contenido de los tanques, se pone de nuevo en marcha el caldeo a

vapor; cuando la pasta jabonosa vuelve a hallarse en estado de fluidez, se agita la solucin

nuevamente y se le incorpora glicerina sin dejar de agitar. Entonces, con la masa a 80C, se

agrega nuevamente sosa caustica. La incorporacin se efecta en pequeas porciones y a

medida que se observe su disolucin.

2.6. Secado

Una vez terminado el proceso de saponificacin, el producto se enva al sistema de

secado. Una vez seco, se dirige a una serie de rodillos de acero que se enfran con agua. La

pelcula se endurece y pasa por los rodillos, donde cada rotacin en un poco ms rpida

que la anterior. Como resultado de la etapa se generan residuos slidos provenientes del

jabn laminado y agua de enfriamiento de los rodillos (recirculada).

2.7. Mezclado y molienda

En este momento del proceso, el jabn es transportado unos tanques mezcladores,

donde el producto es mezclado aceites esenciales, colorantes y sustancias olorosas, ya

sean naturales o artificiales. La mezcla se consigue gracias rodillos de granito que realizan

el mezclado y la molienda del material. Teniendo en cuenta que los perfumes tienden a

volatizarse, se emplea un fijador (resinas o blsamos naturales). Finalmente se aaden

aditivos disueltos al jabn en la mezcladora, con el fin de obtener jabones especialmente

suaves y sobre-engrasados. Una vez finalizada la mezcla, se corta nuevamente el jabn en

tiras producindose la molienda del mismo. Como resultado de esta etapa se generan

envases vacos de los productos utilizados y ruido por la actividad de la maquinaria.

2.8. Extruido

Ahora las tiras obtenidas en la etapa anterior se envan a unas mquinas extrusoras

todava calientes con el contenido apropiado de humedad, con el objeto de que cuando

pasen por la extrusin sin problemas. El producto obtenido consiste en una larga barra de




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jabn del ancho y grueso deseado para las pastillas. Como resultado de la etapa de

extrusin se generan residuos slidos del jabn (reutilizados en el proceso), condesados de

vapor y ruido.

2.9. Cortado

Esta actividad se desarrolla en mquinas cortadoras automatizadas que poseen el

diseo y dimensiones de las pastillas. Como resultado de la actividad se genera ruido y

residuos por el cortado y modelado de las pastillas de jabn (reutilizados en el proceso).

2.10. Troquelado

En el troquelado se consigue a forma definitiva del jabn. Como resultado de su

actividad se genera ruido y los residuos slidos de las pastillas (reutilizados en el proceso).

2.11. Empaquetado

Las pastillas troqueladas son llevadas a las mquinas empaquetadoras donde se les

colocan las envolturas para su presentacin requerida en el mercado. A continuacin son

almacenadas en cartones para su posterior distribucin. Como resultado de la actividad se

generan residuos slidos (etiquetas, envases, cartones, grapas, etc.) daados.




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Posibles derrames de aceite y grasas

Envases vacos

Condensados de vapor

Agua residual procedente del purgado

Condensados de vapor y agua residual procedente

del lavado del reactor

Agua de enfriamiento (parcialmente recirculada)

Residuos slidos de jabn y condensados de vapor

Residuos slidos de jabn

3. Diagrama de residuos producidos durante el proceso industrial

Grasas, aceites, sebo, sosa castica, cloruro sdico y

fragancias

Aditivos y productos necesarios para la

neutralizacin, blanqueo y desodoracin

Energa elctrica, vapor, agua, sal, sosa caustica

Vapor, glicerina, sosa castica

Energa elctrica, agua de enfriamiento

Energa elctrica, aceites esenciales, fijadores,

colorantes y emulsiones

Energa elctrica, vapor de agua

Energa elctrica

Energa elctrica

Energa elctrica, papel, envases, cartones,

grapas,etc.

Recepcin de materias primas

Refinacin de Grasas y Aceites

Saponificacin inicial

Reposo, enfriado y purgado

Saponificacin final

Secado

Mezclado y molienda

Extruido

Cortado

Troquelado

Empaquetado

Almacenamiento




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4. Caractersticas del agua residual producida

La mayor parte de las aguas residuales se generan en operaciones de lavado. Las

caractersticas comunes de las aguas generadas en la industria jabonera son:

Caracterizacin fisicoqumica del agua residual industrial de la industria jabonera

CARACTERSTICAS

UNIDADES

VALORES PROMEDIOS

VALORES LMITE

MIN MAX

pH Unid pH Alcalino 11 5 14

Slidos sedimentables mg/l Bajo 2 0 30

Slidos en suspensin mg/l Elevado 1230 43 6350

Fosfatos mg/l Presente 104 1 610

Grasas y aceites mg/l Alto 547 2 2916

DQO mg/l Alto 6631 1600 12000

DBO5 mg/l Bajo 512 60 1715

DBO/DQO - Bajo 0,08 0,04 0,14

Detergentes - Presentes - - -

Turbidez - Elevada - - -

Color - Presente - - -

Este tipo de agua residual industrial generalmente presenta las siguientes

caractersticas:

- Medio alcalino

- Marcado carcter orgnico

- Baja biodegradabilidad

- Presencia de slidos en suspensin

Este proyecto industrial ha sido diseado para el tratamiento de las aguas

generadas en el proceso de fabricacin de jabones.




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5. Fases de la depuracin del agua residual

5.1. Rejas de desbaste

(Eliminacin de partculas de gran tamao)

Inicialmente las aguas residuales se dirigen a unas rejas de desbaste, donde se

separan los slidos gruesos presentes en el agua a tratar, hacindola pasar a travs de

rejas de manera que quedan retenidos y por los huecos va pasando el agua. De esta

manera se obtiene un agua residual exenta de partculas de gran tamao.

5.2. Desengrasado

(Reduccin de grasas, espumas y detergentes)

El agua residual procedente del desbaste es sometida a un proceso para la

eliminacin de las arenas y grasas que transporta. Las arenas, debido a su mayor

peso, sedimentan en el fondo. Las grasas, espumas y detergentes son los que

ascienden a la superficie por flotacin, ayudados por el burbujeo de aire que generan

soplantes y que distribuyen difusores sumergidos.

5.3. Tanque de homogeneizacin y ajuste del pH

El tanque de homogenizacin tiene como funcin principal lograr que el agua

residual a tratar presente unas caractersticas muy parecidas y de esta manera amortiguar

los posibles caudales pico. Por otro lado, gracias a la agitacin del tanque, se evita la

descomposicin anaerbica de los posibles slidos sedimentados. En este mismo paso, se

procede al ajuste del pH ptimo y de esta manera se mejorarn los sucesivos procesos.

Para tal ajuste, se inyectar cido sulfrico por medio de una bomba dosificadora.

5.4. Decantacin primaria

(Reduccin de los slidos sedimentables)

Tras su paso por el tanque de homogeneizacin y ajustar el pH del agua, se

procede a una inicial decantacin primaria, mediante la cual se pretende reducir los

slidos sedimentables. De esta manera se consigue una optimizacin de los

tratamientos posteriores.

5.5. Oxidacin qumica

(Reduccin de la materia orgnica biodegradable y no biodegradable)

La oxidacin qumica es una operacin del tratamiento terciario cuyo principal

objetivo es la eliminacin de los compuestos no biodegradables. Como agente

oxidante se utiliza el perxido de hidrgeno, de este oxidante cabe destacar que se

trata de una sustancia econmica, de fcil manejo, total solubilidad en agua y que no




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genera subproductos txicos o coloreados. Sin embargo, su poder oxidante sobre los

compuestos orgnicos no es muy elevado, por lo que se ha de utilizar

simultneamente con otros oxidantes (radiacin ultravioleta, ozono) o en presencia

de catalizadores, como ciertas sales metlicas, entre las que destacan las de hierro.

Concretamente el proceso de Fenton es un proceso de oxidacin qumica avanzada

consistente en la adicin de perxido de hidrgeno (oxidante) y cloruro frrico

(catalizador). El perxido de hidrgeno en presencia de las sales frricas da lugar a la

formacin de radicales hidroxilo (OH-) que interaccionan con los compuestos

orgnicos del medio y degradndolos.

5.6. Coagulacin-Floculacin

(Reduccin de la materia coloidal y la presencia de fosfatos)

Este sistema es interpuesto para la eliminacin de la materia coloidal. Los

coloides se caracterizan por su estabilizacin sobre una serie de cargas de igual signo

sobre su superficie. Posteriormente en un segundo tanque tambin agitado, se

procede a la coagulacin floculacin de la materia coloidal por medio de la adicin

paralela de sulfato de aluminio y cal (coagulante) y polmero aninico (floculante).

De esta manera tambin se eliminar la presencia de fosfatos ya que por medio de la

adicin de cal se formarn precipitados insolubles de fosfato clcico, tales como

Ca3(PO4)2 y Ca5(PO4)3OH.

Coagulacin: Consiste en una desestabilizacin de un coloide producida por la

eliminacin de las dobles capas elctricas que rodean a todas las partculas coloidales,

con la formacin de ncleos microscpicos.

Floculacin: Aglomeracin de partculas desestabilizadas primero en microflculos, y

ms tarde en aglomerados voluminosos llamados flculos.

5.7. Decantacin secundaria

(Reduccin de slidos en suspensin tras el proceso de coagulacin-floculacin)

Una vez conseguida la coagulacin floculacin, los lodos de hierro y materia

coloidal terminan sedimentando en un decantador lamelar. Los lodos del fondo del

decantador, ricos en catalizador, se recirculan para reutilizarlos en la etapa de

oxidacin.




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6. Diagrama del proceso de depuracin del agua residual industrial




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7. Requisitos recogidos en el anexo III del Decreto 16/1999 del 22 de Abril, sobre vertidos de

aguas residuales industriales al alcantarillado (BORM n97, de 29/4/99)

ANEXO III

VALORES MXIMOS INSTANTNEOS DE LOS PARMETROS DE CONTAMINACIN

Temperatura




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Caractersticas del efluente producido tras el proceso de depuracin

Con el proceso de depuracin propuesto anteriormente se consigue que el efluente

presente unas caractersticas adecuadas para su vertido a alcantarillado. Habindose

conseguido una sustanciosa disminucin de slidos (en suspensin y sedimentables), de la

materia orgnica no biodegradable, as como de la presencia de fosfatos.

8. Tratamientos adicionales para reutilizar el efluente de la depuradora como agua de

alimentacin a calderas.

El agua residual tratada con el objeto de ser reutilizada en la alimentacin de calderas

va a necesitar un tratamiento adicional.

En cuanto a los requerimientos del agua Alimentacin a las calderas se atiende a las

recomendaciones establecidas por la Norma Britnica BS 2486, la ABMA (American Boiler

Manufacturing Association) para prevenir incrustaciones y corrosin en calderas.

PARMETRO VALOR REQUERIDO

Dureza total < 2ppm

Contenido de oxigeno




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9. Bibliografa utilizada

- Evaluacin del proceso de coagulacin-floculacin en la planta de tratamiento de aguas

residuales industriales de una empresa manufacturera de jabones, detergentes, dentfricos y

desinfectantes .2002, Universidad de San Carlos (Guatemala), Mirna Concepcin Gmez

Cadenas.

-Fabricacin de productos farmacuticos, sustancias qumicas medicinales y productos

botnicos. Captulo 18. CIIU C-2100

-Acciones para la sustentabilidad del recurso hidrulico. Uso eficiente del agua en la empresa.

Hctor J. Seplveda Valle. Fbrica de Jabn La Corona, S.A

-Planta de lquidos y ampliacin del proceso. Suavizante de telas. Proyecto 09DF2005I0001

diseÑo de una planta de tratamiento de agua residual industrial para una industria manufacturera de...

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