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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambient. 26 (4) 299-311, 2010
ESTUDIO PARA LA REHABILITACIÓN DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE VINAZAS
TEQUILERAS MEDIANTE UN FLOCULANTE POLIMÉRICO DE POLIACRILAMIDA (PAM)
Gilberto ÍÑIGUEZ y Rosaura HERNÁNDEZ
Universidad de Guadalajara, Departamento de madera, celulosa y papel. Km 15.5 carretera Guadalajara-Nogales.
Las Agujas, Municipio de Zapopan, Jalisco. Apartado Postal 52-93. C.P. 45020, Guadalajara, Jalisco
(Recibido octubre 2009, aceptado julio 210)
Palabras clave: vinazas de tequila, poliacrilamida, foculación, separación de sólidos
RESUMEN
Se realizó un tratamiento primario por coagulación/foculación a vinazas tequileras
para la rehabilitación de una planta de tratamiento; para ello se utilizó una poliacrila-
mida catiónica (PAM) como foculante. Se realizaron pruebas iniciales de laboratorio
para conocer la concentración necesaria de PAM para obtener una buena Formación
de fóculos, por lo que se aplicaron concentraciones de 200, 300, 400, 500, 600, 700 y
800 mg de foculante/L de vinazas. Posteriormente se realizaron seis corridas por lote
en un contenedor de 798 L para la coagulación/foculación de las vinazas. Los fóculos
Formados Fueron recuperados en un separador cilíndrico rotatorio. La concentración de
foculante Fue entre 400 y 800 mg/L de vinazas. Por separado, en un tanque de acero
inoxidable se recolectaron las vinazas tratadas. En cada corrida se determinó el pH,
sólidos sedimentables, sólidos totales, sólidos suspendidos totales, sólidos disueltos
totales y demanda química oxígeno a las vinazas con y sin tratamiento. También se
realizó un balance entre los volúmenes de vinazas por tratar y de fóculos recuperados
y vinazas tratadas. Con base en los parámetros estudiados y el rango de dosis utilizado,
se encontró que a mayor dosis de foculante, mayor remoción de contaminantes, con
una capacidad de recuperación de hasta 45.4 kg de fóculos/100 L de vinazas tratadas
al utilizar 700 mg de foculante/L de vinazas. Con los resultados obtenidos se deter-
minaron las condiciones más importantes de operación de la planta.
Key words: tequila vinasses, polyacrylamide, focculation, solids separation
ABSTRACT
This paper reports the results oF a coagulation/focculation study For the primary
treatment oF tequila vinasse, with the intention oF rehabilitating a treatment plant
using a cationic polyacrylamide (PAM) polymer focculant. The PAM concentration
required to obtain the required foc Formation was determined with seven diFFerent
focculant concentrations (200, 300, 400, 500, 600, 700 y 800 mg/L). In a second
experiment, six pilot-scale batch runs were conducted in a 798-liter container using
PAM concentrations oF between 400 and 800 mg/L oF vinasse. The focculated solids
were separated in a rotating screen separator and the treated vinasse collected in a
327-liter stainless steel tank. ±or each batch run, the parameters pH-value, settle-
able solids, total solids, total suspended solids, total dissolved solids and chemical
G. Íñiguez y R. Hernández
300
oxygen demand were evaluated for both treated and non-treated vinasse. In addition,
the balance between the untreated vinasse volume as related to the recovered Foc-
culated solids and the residual liquid vinasse was determined. Based on the observed
parameters within the range of the PAM concentrations used, it was concluded that
the higher the Foculant dose, the higher the removal of vinasse pollutants, recover-
ing up to 43.7 L of Focs/100 L of treated vinasse when 700 mg of PAM/L of vinasse
was used. These results proved very useful for optimizing the operational condition
of the vinasse treatment plant.
INTRODUCCIÓN
La industria tequilera es de gran importancia
económica para México y principalmente para el
estado de Jalisco, donde se localiza la mayoría de las
empresas certi±cadas para la fabricación de tequila.
En 2008, el Consejo Regulador del Tequila (CTR
2008) tenía reportadas 146 destilerías de tequila entre
grandes, medianas, pequeñas y micros. A pesar de la
crisis económica que se vive en México, este sector
industrial ha presentado un aumento considerable en su
producción en los últimos cinco años, de 97.2 millones
de litros de tequila en 2003, a 231.2 millones de litros
reportados en septiembre de 2008 (40 % Alc. Vol.,
CTR 2008). La creciente producción de tequila trae
consigo el aumento de subproductos como el bagazo
y las vinazas. De acuerdo a Cedeño (1995), se generan
1200 g de bagazo y entre 7 y 10 L de vinazas por litro
de tequila. De acuerdo a lo anterior, para septiembre
de 2008 se generaron entre 1618 y 2312 millones de
litros de vinazas.
Las vinazas son las aguas residuales producto de
la destilación del tequila; tienen un alto contenido de
materia orgánica, con una demanda química de oxí-
geno (DQO) superior a 38 215 mg/L y sólidos totales
(ST) superiores a 21 883 mg/L, y poseen pH bajo,
de 3.5-3.9 (Íñiguez y Peraza 2007). Se descargan a
una temperatura de 90 ºC, lo que las convierte en un
contaminante térmico. Su color probablemente se
deba al pigmento café oscuro de las melanoidinas, la
presencia de fenoles, caramelo y melanina, propios
del licor de destilerías de melazas (Sirianuntapiboon
et al.
1988, Godshall 1999, Kalavathi
et al
. 2001), que
se pueden formar por las reacciones amino-carbonil
de Maillar (Wedzicha y Kaputo 1992) al hidrolizar
por calentamiento los azúcares de las pencas de
agave.
El alto contenido de materia orgánica y el color
reducen la penetración de luz en ríos, lagos y lagunas,
haciendo que disminuya la actividad fotosintética de
organismos acuáticos; esto disminuye la concentra-
ción de oxígeno disuelto, lo que causa un deterioro
de la vida acuática. Por otro lado, utilizar los suelos
para la disposición ±nal de las vinazas tequileras sin
tratamiento alguno puede favorecer la presencia de
organismos patógenos para algunos cultivos. Amador
(2002) reportó que el uso de vinazas tequileras en
riego de plantas de agave
(
Agave tequilana weber
var. Azul) facilitó la presencia de bacterias ±topató-
genas en plantas atacadas por
Fusarium oxysporum
y
Fusarium solani
. En vinazas de la destilación del
alcohol etílico, Bautista y Durán de Bazúa (1998)
concluyeron que es mejor someterlas a un tratamiento
biológico para después aplicarlas en suelos, debido a
que las formas químicas del carbono son moléculas
con propiedades coloidales que mejoran las propie-
dades físicas, químicas y biológicas de los suelos.
Actualmente, las autoridades intentan frenar el
impacto ambiental de la industria tequilera y obligan
a los responsables a que tomen medidas para dismi-
nuir la contaminación. La ley establece (SEMAR-
NAT 1996) que para descargar aguas residuales en
un cuerpo de agua, éstas no deben contener más de
150 mg/L de DBO
5
, 150 mg/L de sólidos suspendi-
dos totales (SST) y 1 mL/L de sólidos sedimentables
(SS), valores que las vinazas tequileras rebasan por
mucho, lo que puede provocar costosas multas y, en
última consecuencia, el cierre de las instalaciones.
Depende de las condiciones, pero por lo general, el
tratamiento de aguas residuales –como es el caso de
las vinazas tequileras– debe incluir como primer paso
la separación de sólidos, constituidos principalmente
por partículas de agave (celulosa y pectinas), células
de levaduras, así como proteínas y algunos ácidos
orgánicos (Cedeño 1995).
Pocas compañías tequileras, en particular las
grandes, realizan actualmente algunos esfuerzos para
cumplir con la norma ambiental de descarga. Sin
embargo, las tecnologías implementadas, como la
termoevaporación y la ósmosis inversa, distan mucho
de ser sustentables; de cualquier manera, estos proce-
sos requieren forzosamente de un pretratamiento para
la remoción de sólidos sedimentables y suspendidos.
El objetivo del presente trabajo consistió en realizar
TRATAMIENTO DE VINAZAS TEQUILERAS MEDIANTE PAM
301
los estudios pertinentes que sirvieran de base para
la rehabilitación de una planta de tratamiento de
vinazas tequileras. El tratamiento estudiado fue por
coagulación/Foculación a ±n de reducir la carga or-
gánica que di±culta el manejo y procesos posteriores
de tratamiento, o la saturación por materia orgánica
en suelos que entorpecería el aprovechamiento de
nutrientes.
MATERIALES Y MÉTODOS
Origen de las vinazas
Vinazas atípicas
. Las vinazas que se utilizaron
para el presente estudio son consideradas atípicas por
la forma en que se extraen los jugos de las cabezas
de agave. El proceso es el siguiente: en la fábrica de
tequila que facilitó el estudio, las cabezas de agave
son cocidas a 110
o
C durante 36 horas en 5 hornos
de mampostería, 3 hornos de 50 toneladas cada uno
y 2 de 25 toneladas. Después del cocimiento, las ca-
bezas de agave pasan por una desgarradora (Molinos
Onofre
®
) consistente en una pequeña Fecha provista
de varias hileras de cortadoras a manera de “cabezas
de hacha” alineadas horizontalmente, con otra hilera
de cabezas de hachas colocada en forma ±ja frente
a la Fecha en movimiento. De la desgarradora, el
material destrozado pasa por dos desmeduladoras
en serie, consistentes en cilindros de acero inoxi-
dable con un eje central provisto de varias aspas
para facilitar el desprendimiento de la médula y el
transporte del material destrozado de un extremo a
otro. Los mismos cilindros están provistos, a lo largo
de la parte alta, de llaves de agua para la extracción
de los azúcares fermentables mediante el lavado del
material destrozado. La parte baja de los cilindros
está provista de una malla por donde salen los jugos
en conjunto con la médula desprendida de las ±bras
del agave. Al ±nal de los dos cilindros se encuentra
una prensa de rodillos para extraer lo más posible de
azúcares a las ±bras de agave. El jugo extraído pasa
a fermentación y destilación, de donde se obtuvieron
las vinazas para ser tratadas conforme a la
fgura 1
.
Vinazas típicas
. Las vinazas típicas provienen
por lo general del siguiente proceso: las cabezas de
agave son cocinadas en hornos de mampostería o
autoclaves, para luego pasarse por una desgarradora
con las mismas características de la descrita en el pá-
rrafo anterior. Después de la desgarradora, el material
destrozado pasa por una serie de molinos a manera de
rodillos donde el material destrozado es lavado con
agua y exprimido para extraer al máximo los azúcares
fermentables para la elaboración del tequila.
Pruebas de laboratorio
Las pruebas de laboratorio se realizaron con vi-
nazas atípicas recolectadas de la fosa de captación,
provista de un inyector de aire para asegurar la ho-
mogeneidad y el mezclado de las mismas durante la
toma de muestras o extracción de la fosa.
Tamaño de partícula
.
Para el análisis físico del
tamaño de partículas de las vinazas tequileras se
utilizaron cinco cribas de aro de laboratorio (20.3 cm
de diámetro por 7.6 cm de altura) con aberturas de
malla de 0.25, 0.50, 1.0, 1.98 y 4.76 mm. Por cada
una de ellas se pasó un litro de muestra de vinazas.
Se determinó el contenido de sólidos totales (ST,
mg/L) de las muestras, antes y después de pasarse por
la criba, para establecer la relación de ST retenidos
por tamaño de abertura de la malla.
Pruebas de foculación.
Para las pruebas iniciales
de Foculación se utilizó un Foculante patentado de
poliacrilamida catiónica [PAM (SN² ²loerger®),
²rancia]. La viscosidad de la PAM fue de 1190 cps,
viscosidad UL de 5.55 cps y el porcentaje de sólidos
no volátiles de 50.6 %. Se utilizaron concentracio-
nes de 200, 300, 400, 500, 600, 700 y 800 mg de
Foculante/L de vinazas. En vasos de precipitados
de plástico de 2 L se mezclaron lentamente con una
propela a aproximadamente 30 revoluciones por
minuto (rpm) durante 10 minutos, muestras de 1 L
de vinazas con pequeñas cantidades de PAM hasta
alcanzar la concentración ±nal deseada de acuerdo
a la dosis aplicada.
Pruebas de neutralización
. Las pruebas de neu-
tralización se realizaron con muestras de vinazas con
y sin tratamiento. Para ello se utilizó hidróxido de
sodio (NaOH) y cal viva (CaO). El volumen de las
muestras fue de 1 L, que se mantuvo en agitación
constante en una parrilla de agitación magnética
durante la aplicación del reactivo hasta alcanzar
valores de pH por arriba de 10. Por cada adición
de reactivo se registraron los gramos añadidos, así
como los cambios de pH; para dichas mediciones
se utilizó un potenciómetro Hanna (modelo 211 de
Hanna Instruments, Portugal).
Pruebas piloto
La
fgura 1
presenta en forma esquemática el de-
sarrollo de las pruebas piloto por lote. Este esquema
consistió de las siguientes partes: fosa recolectora
de vinazas, tanque de coagulación/Foculación, ±ltro
rotatorio y tanque de vinazas tratadas. Las caracte-
rísticas de los equipos fueron las siguientes: tanque
de coagulación/Foculación de acero inoxidable de
798 L de capacidad, con fondo cónico (39º) y una
válvula de descarga de 7.62 cm de diámetro en la
G. Íñiguez y R. Hernández
302
parte baja para conectarse con un separador cilíndri-
co rotatorio a través de un tubo de PVC (Íñiguez y
Peraza 2007). Del separador, el líquido fltrado Fue
recolectado en un tanque de acero inoxidable de 327
L de capacidad. En el tanque de coagulación/±ocula-
ción, las vinazas se mezclaron con el ±oculante con
la ayuda de un diFusor en Forma de cruz, hecho con
tubos de cobre (1.6 cm de diámetro) perForados por
una de las caras; por medio de un compresor de 6
galones y 1.5 HP, se distribuyó el aire en el Fondo del
tanque. El separador de acero inoxidable tenía 63 cm
de diámetro y 1.22 m de largo, provisto de una malla
de 0.2 mm de abertura. El cilindro rotatorio estaba
soportado en un par de ±echas movidas por un motor
de 0.5 HP. La velocidad del cilindro Fue de 12 rpm.
Corridas en planta piloto
Para los estudios por lote se realizaron seis corridas,
la primera, segunda y sexta con 700, 800 y 400 mg de
±oculante/L de vinazas respectivamente y la tercera,
cuarta y quinta con 600; en cada una de ellas se trabajó
de la siguiente manera: las vinazas homogeneizadas
en la Fosa de captación se bombearon hasta el conte-
nedor de coagulación/±oculación, de donde se tomó
una muestra de 5 litros de vinazas sin tratar una vez
mezcladas con aireación. La adición del ±oculante
hasta la dosis deseada (400, 600, 700 y 800 mg de
±oculante/L de vinazas) se hizo por medio de la aber-
tura de una llave de paso del contenedor mientras las
vinazas eran mezcladas con aire. Después de la adición
del ±oculante, el líquido se dejó decantar durante 45
minutos antes de abrir la llave para la separación de
±óculos en el separador cilíndrico rotatorio; el tiempo
de descarga Fue de 30 minutos. Del sobrenadante se to-
maron muestras para el análisis químico posterior (SS,
ST, SST, SDT –sólidos disueltos totales–, y DQO).
En cada una de las corridas se tomaron muestras de
vinazas con y sin tratamiento para el análisis de pH,
SS, ST, SST, SDT y DQO. En cada corrida se hizo
un balance entre el volumen de vinazas sin tratar y el
volumen de ±óculos recuperados y vinazas tratadas.
De una muestra compuesta de ±óculos recuperados
se determinó el contenido de agua, nitrógeno total
Kjeldahl (NTK), cenizas, materia orgánica, carbono
orgánico total, pH, conductividad, total de P, K, Ca,
Mg, Na, Cu, Be, Al, Ba, Cd, Cr, Pb, Co, ²e, Mn, Mo,
Ni, Ag, Zn, Sb, Tl y V.
Análisis químico
Para el análisis de SS las muestras se vertieron
en conos ImhoFF de un litro para dejarse sedimentar
durante 45 minutos. Se utilizó una varilla de vidrio
para retirar los sólidos ±oculados pegados en las
paredes del cono, dejando reposar los ±óculos por
15 minutos más para completar una hora de prueba.
Los resultados se leyeron y reportaron en mL/L
(APHA 1992). Los ST se determinaron mediante el
calentamiento y secado de muestras, calculándolos
en mg/L al comparar el peso inicial con el fnal
(APHA 1992). Para medir la concentración de SST
se pesaron fltros de fbra de vidrio, puestos previa-
mente a peso constante; se colocaron los fltros en
Vinazas
de fábrica
Fosa recolectora
de vinazas
Tanque de
vinazas
tratadas
Vinazas a
neutralizar
Floculante
poliacrilamina
Tanque de
floculación/
sedimentación
Separador
cilíndrico
rotatorio
Sólidos a
compostar
Fig. 1.
Esquema del desarrollo de las pruebas piloto por lote
TRATAMIENTO DE VINAZAS TEQUILERAS MEDIANTE PAM
303
un embudo de fltración sujeto a vacío y se pasó un
volumen conocido de la muestra a través de los fltros,
posteriormente se secaron en una estuFa, se enFriaron
y se pesaron. La concentración de SST se calculó con
base en la diFerencia del peso previo y posterior al
secado (APHA 1992). Los resultados se reportaron en
mg/L. Los SDT se calcularon por la diFerencia de los
ST y SST (APHA 1992). La DQO Fue determinada
mediante un sistema de re±ujo y un método colori-
métrico (APHA 1992). Para medir la temperatura de
las muestras se utilizó un termómetro de mercurio de
escala Celsius de 0 a 150 ºC, el cual se sumergió en
la muestra; cuando la columna de mercurio se esta-
bilizó, se tomó la lectura. Los valores de pH Fueron
determinados con un potenciómetro Hanna (modelo
21 Hanna Instruments, Portugal) en escala de unidades
estándar de 0 a 14. Para los ±óculos, el contenido de
agua se determinó mediante el secado de una muestra
por 24 h a 105 ºC, comparando el peso inicial y fnal;
el resultado se reporta en % (AOAC 1990). El NTK
se determinó de acuerdo a la técnica descrita por la
AOAC (1990), utilizando mezcla selénica como cata-
lizador y ácido bórico a 4 % para captar el amoniaco.
Para el análisis de cenizas se puso una muestra de
peso conocido en una mu±a a 550 ºC por 2 h; el peso
del material residual se consideró como el contenido
de cenizas. El material volátil Fue considerado como
materia orgánica (Bateman 1970). El pH y la conduc-
tividad de las muestras sólidas Fueron determinados de
extractos en agua en una relación peso/volumen 1:5
(CWMI 1995). El pH se midió con un potenciómetro
Hanna y la conductividad se determinó con un medidor
modelo 407303 Extech, Instruments. El carbono orgá-
nico total (COT) Fue calculado mediante la siguiente
ecuación (Golueke 1977):
% COT =
1.8
(100 – %
cenizas
)
El total de P, K, Ca, Mg, Na, Cu, Be, Al, Ba, Cd,
Cr, Pb, Co, ²e, Mn, Mo, Ni, Ag, Zn, Sb, Tl y V, Fue
determinado por espectroscopía de emisión atómica
en plasma, acoplado inductivamente en un espectró-
metro de emisión atómica (modelo ²MA-03), previa
digestión de las muestras con agua regia de acuerdo
a la técnica descrita por el TMECC (2001).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Vinazas
De acuerdo a los datos recabados en la Fábrica
de tequila de donde se tomaron las vinazas para su
estudio, la relación de L de vinazas generados/L de
tequila producido Fue de 10-10.7, a diFerencia de Ce-
deño (1995) de 7-10 L de vinazas/L de tequila. Esta
tequilera produce entre 7000 y 8000 L de tequila/día
y genera entre 75 000 y 80 000 L de vinazas/día. Las
descargas de vinazas provienen de cuatro alambiques
de destilación, tres de los cuales tienen una capacidad
de 5000 L cada uno (con una descarga por unidad
aproximada de 3500 L de vinazas por corrida) y otro
de 2500 L (con una descarga aproximada de 1500 L
de vinazas por corrida).
Las características de las vinazas utilizadas en este
estudio Fueron las siguientes: pH 3.6, SS 943 mL/L, ST
38 473 mg/L, SST 14 138 mg/L, SDT 24 335 mg/L,
DQO 55 916 mg/L.
Pruebas de laboratorio
Pruebas de foculación.
En la
fgura 2
se pre-
sentan los resultados gráfcos de cómo evolucionó
la coagulación y Formación de ±óculos conForme se
incrementaba la adición de PAM (200, 300, 400, 500,
600, 700 a 800 mg/L) en vinazas tequileras con pH de
3.8 y una concentración de ST de 39 630 mg/L. Íñiguez
y Peraza (2007), trabajando en pruebas de laboratorio
con muestras de 500 mL de vinazas, encontraron bue-
nas Formaciones de ±óculos con concentraciones de
PAM de 20 a 180 mg/L, pero con concentraciones de
SS y ST de 150 mL/L y 26 267 mg/L, respectivamente.
En pruebas con 200 L de vinazas de cinco Fábricas
diFerentes de tequila, también tuvieron buenas For-
maciones de ±óculos utilizando 200 mg/L de PAM, al
tener concentraciones de SS desde 72 hasta 400 mL/L
y de ST desde 21 883 hasta 41 578 mg/L. En vinazas
con 900 mL/L de SS y 56 900 mg/L de ST se utilizó
una concentración de 400 mg/L de PAM para tener
una buena Formación de ±óculos, con remociones de
SS y ST de 99.3 y 49.5 %, respectivamente.
Análisis Físico de partículas
.
La
fgura 3
presenta
el porcentaje de sólidos totales (ST) recuperados
de muestras de vinazas sometidas a pruebas de
fltración en mallas con abertura de 0.25, 0.50,
1.0, 1.98 y 4.76 mm. Como se puede observar en
la fgura, entre más cerrada es la malla, mayor es
el porcentaje de ST recuperados, de tal manera que
al utilizar una malla con una abertura de 0.25 mm
se recuperó hasta 20.3 % de los ST; sin embargo,
existe el inconveniente de una lenta velocidad de
drenado, lo cual difcultaría la operación en planta
para la remoción de ST. En cambio, como se puede
apreciar en esta misma fgura, al utilizar el ±ocu-
lante PAM, se recuperó hasta 45 % de los ST con la
misma abertura de malla (0.25 mm) sin problemas
de drenado, lo cual justifca su utilización para la
remoción de una parte importante de los ST.
G. Íñiguez y R. Hernández
304
Pruebas de neutralización
. La
fgura 4
presenta
los cambios de pH para vinazas con y sin la adición
de PAM al añadirse hidróxido de sodio (NaOH) y cal
viva (CaO). Las vinazas para esta prueba tuvieron un
pH de 3.8 y una concentración de ST de 23 519 mg/L
(vinazas tratadas con PAM) y 39 630 mg/L (vinazas
no tratadas). Las vinazas sin PAM necesitaron de
mayores cantidades de NaOH y CaO para alcanzar
valores de pH 11, lo que signifca que el contenido de
sólidos en las vinazas inFuye en el mayor consumo
de reactivos. Por otro lado, para alcanzar valores
de neutralización (pH 7) en las vinazas con y sin
tratamiento, se requirió de menor cantidad de CaO
que de NaOH, a pesar de que el segundo era grado
reactivo. Para alcanzar pH 7 en vinazas tratadas con
PAM, se requirieron 1.26 g/L de CaO y 1.7 g/L de
NaOH. En cambio, en vinazas no tratadas con PAM,
se requirieron 1.5 g/L de CaO y 1.95 g/L de NaOH.
Esto defnitivamente ±avorece la neutralización de
vinazas al utilizar menos reactivo de un compuesto
químico más barato. En la neutralización de vinazas
obtenidas de la producción de alcohol a partir de la
±ermentación de mieles fnales de caña de azúcar,
Bermúdez
et al
. (2000) reportaron resultados inver-
sos, ya que para neutralizar sus muestras de vinazas
se requirió de menor cantidad de sosa cáustica que
de cal viva (4.98 y 10 g/L, respectivamente).
Vinazas sin
PAM
Vinazas tratadas con
400 ppm de PAM
Vinazas tratadas con
500 ppm de PAM
Vinazas tratadas con
600 ppm de PAM
Vinazas tratadas con
700 ppm de PAM
Vinazas tratadas con
800 ppm de PAM
Vinazas tratadas con
200 ppm de PAM
Vinazas tratadas con
300 ppm de PAM
Fig. 2.
²ormación de Fóculos con±orme se incrementa la adición de PAM
Fig. 3.
Sólidos recuperados de vinazas en relación al tamaño de
abertura de la malla
50
40
30
20
10
0
0.5
1.5
Abertura de malla (mm)
2.5
3.5
4.5
1
2
3
4
5
0
Sólidos totales retenidos (%)
Fig. 4.
Modifcación de los valores de pH en muestras de vinazas
con la adición de NaOH o CaO. (-▲-) Vinazas tratadas
con Foculante e NaOH; (-●-) vinazas tratadas con Fo-
culante y CaO; (-□-) vinazas tratadas con NaOH; (-x-)
vinazas tratadas con CaO
10
9
8
7
pH
6
5
4
3
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Adición de NaOH o CaO (g/L de vinaza)
12
11
TRATAMIENTO DE VINAZAS TEQUILERAS MEDIANTE PAM
305
Pruebas en planta piloto
Tratamiento por lote.
El
cuadro I
presenta los
resultados de seis corridas realizadas en las pruebas
de planta piloto; se determinó la temperatura de las
vinazas antes de la adición del foculante, así como
pH, SS, ST, SST, SDT y DQO antes y después del
tratamiento con diFerentes dosis de PAM. En las
corridas se consideró el volumen de vinazas tratadas
para determinar el volumen de sólidos foculados
recuperados y por diFerencia conocer el volumen
remanente de vinazas para neutralizarse o ser trata-
das en un proceso posterior. También se determinó
el peso de sólidos foculados separados, así como su
contenido de humedad.
El
cuadro II
presenta una síntesis de los resulta-
dos obtenidos en las seis corridas. De acuerdo con
los resultados, en la
fgura 5
se ilustra la relación
entre la concentración de ST y SS de las vinazas
sin tratamiento, donde se aprecia que esta relación
no es lineal: una alta concentración de ST no nece-
sariamente implica tener una alta concentración de
SS. En una muestra con 57 407 mg/L de ST se tuvo
CUADRO I.
E±ECTOS DE LA ADICIÓN DEL ±LOCULANTE PAM EN VINAZAS TEQUILERAS EN PRUEBAS PILOTO
Parámetros
Primera corrida
a
Segunda corrida
b
Antes del
tratamiento
Después del
tratamiento
Remoción
%
Antes del
tratamiento
Después del
tratamiento
Remoción
%
pH
3.6
3.6
3.8
3.8
Temperatura (ºC)
43
ND
c
55
ND
Sólidos sedimentables (SS, mL/L)
980
70
92.8
950
64
93.2
Sólidos totales (ST, mg/L)
43 852
29 987
31.6
39 630
23 519
40.6
Sólidos suspendidos totales (SST, mg/L)
14 167
2 913
79.4
16 725
2 365
85.8
Sólidos disueltos totales (SDT, mg/L)
29 685
27 074
8.0
22 905
21 154
7.6
Demanda química de oxígeno (DQO, mg/L)
73 692
45 689
38.0
71 835
35 259
50.9
Volumen de vinazas tratadas (L)
686
715
Volumen remanente de vinazas tratadas (L)
498
510
Volumen de sólidos foculados recuperados (L)
300
265
Sólidos foculados recuperados (kg)
311.4
270.8
Humedad de los lodos (%)
93.9
93.3
a
Dosis de foculante, 700 mg/L
b
Dosis de foculante, 800 mg/L
c
No determinado
CUADRO I.
E±ECTOS DE LA ADICIÓN DEL ±LOCULANTE PAM EN VINAZAS TEQUILERAS EN PRUEBAS PILOTO
(CONTINUACIÓN)
Parámetros
Tercera corrida
a
Cuarta corrida
a
Antes del
tratamiento
Después del
tratamiento
Remoción
%
Antes del
tratamiento
Después del
tratamiento
Remoción
%
pH
3.6
3.6
3.6
3.6
Temperatura (ºC)
52
ND
c
46
ND
Sólidos sedimentables (SS, mL/L)
927
80
91.3
850
32
96.2
Sólidos totales (ST, mg/L)
35 860
22 778
36.4
31 666
19 481
38.4
Sólidos suspendidos totales (SST, mg/L)
12 398
1849
85.0
13 063
1389
89.3
Sólidos disueltos totales (SDT, mg/L)
23 462
20 929
10.8
18 603
18 092
2.7
Demanda química de oxígeno (DQO, mg/L)
51 462
38 257
25.6
41 280
32 680
20.8
Volumen de vinazas tratadas (L)
725
698
Volumen remanente de vinazas tratadas (L)
520
513
Volumen de sólidos foculados recuperados (L)
250
230
Sólidos foculados recuperados (kg)
258.3
241.1
Humedad de los lodos (%)
93.9
94.3
a
Dosis de foculante, 600 ppm
b
Dosis de foculante, 600 ppm
c
No determinado
G. Íñiguez y R. Hernández
306
un valor de SS de 740 mL/L; en cambio con otra de
31 666 mg/L de ST, se tuvo inclusive un valor mayor
de SS (850 mL/L). Estos resultados dan una idea de
la heterogeneidad de las vinazas y lo poco práctico
que es remover ST por simple sedimentación; en
cambio, con la adición de PAM, la situación puede
cambiar al removerse un buen porcentaje de los ST
por foculación, con la obvia inclusión de los SS. El
cuadro III
presenta algunos análisis Físicos y químicos
que se les practicaron a los sólidos recuperados con el
foculante PAM. Como era de esperarse estos sólidos
contienen una gran cantidad de agua (93.3%) lo que
puede di±cultar su manejo posterior, sin embargo,
pueden integrarse al proceso de compostaje del bagazo
CUADRO I.
E²ECTOS DE LA ADICIÓN DEL ²LOCULANTE PAM EN VINAZAS TEQUILERAS EN PRUEBAS PILOTO
(CONTINUACIÓN)
Parámetros
Quinta corrida
a
Sexta corrida
a
Antes del
tratamiento
Después del
tratamiento
Remoción
%
Antes del
tratamiento
Después del
tratamiento
Remoción
%
pH
3.5
3.5
3.5
3.5
Temperatura (ºC)
50
ND
c
47
ND
Sólidos sedimentables (SS, mL/L)
740
33
95.5
800
35
95.6
Sólidos totales (ST, mg/L)
57 407
47 167
17.8
53 926
42 555
21.0
Sólidos suspendidos totales (SST, mg/L)
10 917
888
91.8
9 750
565
94.2
Sólidos disueltos totales (SDT, mg/L)
46 490
46 279
0.4
44 176
41 990
4.9
Demanda química de oxígeno (DQO, mg/L)
87 123
63 800
26.7
80 702
66 453
17.6
Volumen de vinazas tratadas (L)
730
698
Volumen remanente de vinazas tratadas (L)
515
550
Volumen de sólidos foculados recuperados (L)
260
205
Sólidos foculados recuperados (kg)
276.3
217.2
Humedad de los lodos (%)
92.5
91.8
a
Dosis de foculante, 600 ppm
b
Dosis de foculante, 400 ppm
c
No determinado
CUADRO II.
SÍNTESIS DE LOS E²ECTOS DE LA ADICIÓN DEL ²LOCULANTE PAM EN VINAZAS TEQUILERAS
EN PRUEBAS PILOTO
Parámetros
Número de corridas
1
2
3
4
5
6
Dosis de foculante PAM (ppm)
700
800
600
600
600
400
Concentración de sólidos sedimentables en
vinazas sin tratamiento (SS, mL/L)
980
950
927
850
740
800
Remoción por el tratamiento(mL/L)
910
886
847
818
707
765
Concentración de ST en vinazas s
in tratamiento (mg/L)
43 852
37 630
35 860
31 666
57 407
53 926
Remoción por el tratamiento (mg/L)
13 865
16 111
13 082
12 185
10 240
11 371
Concentración de DQO en vinazas
sin tratamiento (mg/L)
73 692
71 835
51 462
41 280
87 123
80 702
Remoción por el tratamiento (mg/L)
28 003
36 576
13 205
8 600
23 323
14 249
Concentración de SST en vinazas
sin tratamiento (mg/L)
14 167
16 725
12 398
13 063
10 917
9 750
Remoción por el tratamiento (mg/L)
11 254
14 360
10 549
11 674
10 029
9 185
L de sólidos foculados recuperados/
100 L de vinazas tratadas
43.7
37.1
34.5
33.0
35.6
28.3
Kg de sólidos foculados recuperados/
100 L de vinazas tratadas
45.3
37.9
35.6
34.5
37.8
29.9
Materia seca de los fóculos recuperados (%)
6.1
6.7
6.1
5.7
7.5
8.2
Kg de sólidos foculados recuperados/
100 L de vinazas tratadas
a
2.76
2.54
2.17
1.96
2.83
2.45
a
Base seca
TRATAMIENTO DE VINAZAS TEQUILERAS MEDIANTE PAM
307
de agave, ya que la mayorías de las plantas de tequila
han optado por este sistema de disposición del bagazo.
Si a lo anterior se agrega el contenido de materia orgá-
nica y elementos como N, P, K, Mg, Na, Cu, Al, Cd,
Mn, Ni y Zn que contienen los sólidos recuperados,
signifca que la adición de estos sólidos al bagazo de
agave mejorará las condiciones de compostaje y la
calidad de la composta al fnal del proceso.
La
figura 6
presenta la relación de dosis de
PAM (mg/L), concentración y remoción de los ST
en muestras de vinazas. En la fgura se aprecia que
a mayor dosis de PAM (mg/L), mayor remoción de
ST; aparentemente, la concentración de ST en las
vinazas sin tratamiento no inFuye en la remoción,
ya que teniendo la misma dosis de Foculante, en la
cuarta corrida se removieron 12 185 mg/L (concentra-
ción inicial, 31 666 mg/L) y en la quinta 10 240 mg/L
(concentración inicial, 57 407 mg/L).
La
Fgura 7
presenta la relación de dosis de PAM
(mg/L), concentración y remoción de los SS (mL/L)
en muestras de vinazas. Se aprecia también que a ma-
yor concentración de SS, mayor remoción, habiendo
aplicado a las muestras la misma dosis de Foculante.
En las corridas 3, 4 y 5 –teniendo una concentración
inicial de SS en vinazas de 927, 850 y 740 mL/L– se
removieron 847, 818 y 707 mL/L, respectivamente.
La
Fgura 8
presenta la relación de dosis de PAM
(mg/L), concentración y remoción de la DQO (mg/L)
en muestras de vinazas. Al igual que en los casos
anteriores, a mayor dosis de Foculante (mg/L), mayor
remoción de DQO (mg/L). En este caso, los valores
de remoción tuvieron que ver con la concentración
inicial de la DQO (mg/L), de tal manera que con la
misma dosis de PAM, a mayor concentración de DQO
(mg/L), mayor valor de remoción. En las corridas 3,
4 y 5, en muestras con una DQO de 51 462, 41 280 y
87 123 mg/L, se removieron 13 205, 8600 y 23 323
mg/L, respectivamente.
La
figura 9
presenta la relación de dosis de
PAM (mg/L), concentración y remoción de los SST
(mg/L). En esta fgura se aprecia que la remoción
de SST (mg/L) se vio inFuenciada también por el
valor de la dosis del PAM (mg/L), de tal manera que
a mayor dosis, mayor remoción de SST (mg/L), sin
aparente inFuencia de la concentración inicial en
las muestras de vinazas. En las corridas 3, 4 y 5, en
donde se utilizó la misma dosis de PAM (mg/L), se
tuvieron remociones (10 549, 11 674 y 10 029 mg/L,
respectivamente) relativamente proporcionales a
las concentaciones de SST (12 398, 13 063 y 10 917
mg/L, respectivamente).
La Fgura 10
presenta la relación de la dosis de
PAM (ppm) y los sólidos Foculados recuperados/100
L de vinazas. Como prueba de los resultados ante-
riores –en los que se vio que a mayores dosis de
PAM (mg/L), mayores remociones de SS (mL/L),
ST (mg/L), DQO (mg/L) y SST (mg/L)–, en esta
fgura se presenta que a mayor dosis de PAM, mayor
recolección de L o kg de sólidos Foculados/100 L
de vinazas tratadas. En el tratamiento con 700 mg/L
de PAM se recolectaron 43.7 L de sólidos/100 L de
vinazas, mientras que con 400 mg/L se recolectaron
28.3 L. Por otro lado, en la
Fgura 11
se muestra que
a mayor dosis de Foculante y mayor recolección de
sólidos Foculados/100 L de vinazas tratadas, menor
volumen de vinazas remanentes por neutralizar.
Sólidos sedimentables, SS (mL/L)
47 000
42 000
37 000
32 000
Sólidos totales, ST (mg/L)
27 000
22 000
17 000
12 000
700
750
800
850
900
950
1000
2000
7000
57 000
R2 = 0.7607
52 000
±ig. 5.
Relación de SS (mL/L) y ST (mg/L) en muestras de
vinazas tequileras sin tratamiento
CUADRO III.
ALGUNOS ANÁLISIS ±ÍSICOS Y QUÍMI-
COS DE LOS SÓLIDOS ±LOCULADOS
CON PAM
Parámetros
Sólidos Foculados
Humedad (%)
93.3
Materia seca (%)
6.7
pH
3.8
Conductividad (mmho cm
–1
)
4.7
Cenizas (%)
a
9.7
Materia orgánica (%)
a
90.3
Carbono orgánico total (%)
a
50.2
Nitrógeno total Kjeldahl (%)
a
1.4
P total (%)
a
0.061
K total (%)
a
0.289
Mg total (%)
a
0.075
Na total (mg kg
–1
)
a
350.67
Cu (mg kg
–1
)
a
11.09
Al (mg kg
–1
)
a
107.78
Cd (mg kg
–1
)
a
0.329
Mn (mg kg
–1
)
a
17.94
Ni (mg kg
–1
)
a
1.61
Zn (mg kg
–1
)
a
102.24
a
Base seca
G. Íñiguez y R. Hernández
308
16 000
14 000
12 000
Remoción de ST (mg/L)
10 000
2000
4000
6000
8000
0
1
2
3
Número de corrida
4
5
6
400
600
600
600
Concentración de PAM (PPM)
Remoción de ST (mg/L)
Concentración de ST (mg/L)
800
700
18 000
Concentración de ST (mg/L)
60 000
50 000
40 000
20 000
10 000
0
30 000
70 000
Fig. 6.
Relación de la dosis de PAM (mg/L), concentración y remoción de ST (mg/L)
Fig. 7.
Relación de la dosis de PAM (mg/L), concentración y remoción de SS (mL/L)
1
2
3
Número de corrida
4
5
6
SS (mg/L)
Dosis de PAM
Remoción de SS (mg/L)
900
800
Remoción de SS (mg/L) y PAM (ppm)
700
600
500
400
300
1000
Remoción de SS (mL/L)
891
791
691
591
491
391
291
191
91
991
Fig. 8.
Relación de la dosis de PAM (mg/L), concentración y remoción de DQO (mg/L)
1
2
3
Número de corrida
4
5
6
Dosis de PAM (mg/L)
Remoción de DQO (mg/L)
Concentración de DQO (mg/L)
400
600
600
600
800
700
35 000
30 000
25 000
Remoción de DQO (mg/L)
20 000
15 000
10 000
5000
0
40 000
Concentración de DQO (mg/L)
90 000
80 000
70 000
50 000
60 000
20 000
10 000
0
40 000
30 000
100 000
TRATAMIENTO DE VINAZAS TEQUILERAS MEDIANTE PAM
309
Datos de operación para la planta de tratamiento.
La planta tratadora de vinazas tiene una una fosa de
captación de 88 m
3
(4 x 2.65 x 8.3 m; profundidad,
ancho y largo, respectivamente) y una generación de
vinazas de 80 m
3
/día, por lo que no hay limitante para
la captación de las aguas residuales. Se han acondicio-
nado seis celdas de coagulación/Foculación con una
capacidad total de 15.6 m
3
. Cada celda cuenta con un
sistema de desagüe individual, por lo que se tendrán
que llenar y vaciar 5.1 veces para cumplir la carga de
aguas residuales generadas. Esto implica que en una
jornada de trabajo de ocho horas, el llenado y vaciado
de las fosas se tendrá que realizar en 1.5 horas y la
capacidad del separador de los sólidos tendrá que ser
de 173 L/min. Si se considera que se generan 43.7 L de
sólidos Foculados por cada 100 L vinazas tratadas, se
deberá contar con un sistema de recolección, traslado
y disposición en compostaje de sólidos Foculados de
75.6 L/min. Para la captación de vinazas tratadas se
cuenta con una fosa de 56 m
3
(2.45 x 3.86 x 5.96 m;
1
2
3
Número de corrida
4
5
6
Dosis de PAM
Remoción de SST (mg/L)
Concentración de SST (mg/L)
14 00
12 000
Dosis de PAM (mg/L) y remoción de SST (mg/L)
10 000
8000
6000
4000
2000
0
16 000
Concentración de SST (mL/L)
16 000
14 000
12 000
10 000
8000
6000
4000
2000
0
18 000
400
600
600
600
800
700
Fig. 9.
Relación de la dosis de PAM (mg/L), concentración y remoción de SST (mg/L)
1
2
3
Número de corrida
4
5
6
Dosis de PAM (ppm)
L de sólidos recuperados
Kg de sólidos recuperados
800
Dosis de PAM (ppm)
700
600
500
400
300
200
100
0
900
L o kg de sólidos floculados recuperados/100 L de vinazas
tratadas
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
50
Fig. 10.
Relación de la dosis de PAM (mg/L) y los sólidos Foculados recuperados/100
L de vinazas
Fig. 11.
Relación de dosis de Foculante (mg/L) y porcentaje
remanente de vinazas por neutralizar
300
Dosis de floculantes (ppm)
600
700
800
400
500
900
76
75
74
73
72
71
70
Porcentaje remanente de vinazas por neutralizar
G. Íñiguez y R. Hernández
310
profundidad, ancho y largo, respectivamente), pero
dado que la generación de vinazas tratadas con 700
mg/L de PAM será de 58 080 L, se requerirá remover
algunos litros de vinazas en una jornada de ocho horas.
Los requerimientos para la neutralización de 58 080
L de vinazas remanentes de la Foculación serán del
orden de 73.2 kg de CaO (ver ±gura 4).
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos en esta investigación,
en concordancia con experiencias previas, indicaron
que para la óptima aplicación del Foculante PAM y la
e±ciente remoción de contaminantes, es importante
homogeneizar lo más posible las vinazas antes de ini-
ciar el tratamiento de coagulación/Foculación. Apli-
car un exceso de Foculante, aparte de la repercusión
económica, trae consigo la formación de un Fóculo
pegajoso y de poca consistencia. La formación de un
buen Fóculo facilitó la separación de sólidos y líquido
mediante la ±ltración. La neutralización de vinazas
tratadas con PAM resultó más económica con CaO
que con NaOH. La relación en la concentración de
ST y SS en vinazas sin tratamiento, demostró que
una alta concentración de ST no necesariamente
implica tener una alta concentración de SS. Por otro
lado en este trabajo se demostró que a mayor dosis de
Foculante, mayor remoción de ST, SS, SST y DQO,
lo que signi±có una mayor recolección de L o kg de
sólidos Foculados/100 L de vinazas tratadas. La apli-
cación del Foculante PAM a vinazas tequileras para
la remoción de la mayor carga orgánica puede ser una
alternativa técnica y económicamente viable, sobre
todo para vinazas con alto contenido de SS y ST.
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan su agradecimiento al Ing.
Carlos A. Hernández Ramos, dueño de la fábrica
de tequila La Cofradía, por las facilidades y beca
otorgadas para la realización de este trabajo de in-
vestigación.
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