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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 30 (1) 65-79, 2014
CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES PORCINAS Y SU TRATAMIENTO POR
DIFERENTES PROCESOS EN MÉXICO
Marco Antonio GARZÓN-ZÚÑIGA* y Gerardo BUELNA
Subcoordinación de Tratamiento de Aguas Residuales del IMTA, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
México
*Autor responsable; marco.cuerna@gmail.com
(Recibido febrero 2013, aceptado noviembre 2013)
Palabras clave: efuentes porcinos, digestores anaerobios de líquidos y sólidos, bioFltros, ±osas de decantación,
reuso de agua residual tratada en riego agrícola
RESUMEN
La mayoría de los sistemas de tratamiento de efuentes de granjas porcinas a escala
real presentan bajas eFciencias de remoción de contaminantes debido a que se han
aplicado sistemas que no toman en cuenta la gran variación de concentración de con
-
taminantes de los efuentes de di±erentes procesos productivos (maternidad, destete,
engorda y mezcla). Este trabajo presenta una investigación sobre la variación en la
composición de 14 efuentes de granjas porcinas en México y la eFciencia de cinco
di±erentes procesos de tratamiento aplicados a escala real. Comparando efuentes de
un mismo proceso productivo, p.e. engorda, la concentración aumenta con el tamaño
de la granja como sigue: granjas chicas hasta 2500 puercos (la DQO varía entre 3478 y
9300 mg/L); granjas medianas con 2500 a 7999 puercos (la DQO varía entre 19 344
y 38 544 mg/L); granjas grandes con 8000 o más puercos (la DQO varía entre
34 310 y 40 498 mg/L). Este aumento en la concentración se debe principalmente a que
las granjas de mayor tamaño hacen un uso más eFciente del agua. Por otra parte, en gran
-
jas del mismo tamaño también hay una di±erencia en la concentración de contaminantes
dependiendo del proceso productivo. P.e. se observó que para las granjas de tamaño me
-
dio la concentración de DQO aumenta como sigue: maternidad 3500 mg DQO/L; aguas
mezcladas entre 19 365 y 25 205 mg DQO/L; destete 37 498 mg DQO/L y engorda entre
19 334 y 38 544 mg DQO/L. Con respecto a los sistemas de tratamiento actualmente
aplicados se determinó que el sistema que presenta la mejor eFciencia ±ue el digestor
anaerobio de líquido y sólidos (dalys) operado con un tiempo de retención hidráulico
(TRH) ≤ 60 d, con el cual, al tratar los efuentes de engorda de dos granjas grandes,
se obtuvieron las siguientes eFciencias de remoción: SST ≥ 92.5 %; DQO ≥ 97 %;
DBO
5
≥ 96 %; P-T ≥ 66 % y 2 unidades logarítmicas de C². Sin embargo, a pesar de
las altas eFciencias de remoción que presentaron los dalys, la calidad del efuente no
es adecuada para ser descargado en cuerpos de agua ni para ser reutilizado en riego
agrícola, por lo que se requiere un sistema que continúe el tratamiento y que remueva
principalmente nitrógeno, SST, C² y DQO, para lo cual se recomienda un sistema
aerobio. Una opción interesante, por ser de bajo costo de operación y mantenimiento,
es el sistema de Fltración por percolación sobre materiales de empaque orgánicos con
bajas tasas de Fltración que puede ser operado por el mismo personal de las granjas y
presentar de ±orma estable altas eFciencias de remoción.
M.A. Garzón-Zúñiga y G. Buelna
66
Key words: pig farm efFuents, anaerobic digesters for liquids and solids, bio±lters, decantation fosse, wastewater
reuse in agricultural irrigation
ABSTRACT
Many wastewater treatment systems in piggeries have low removal ef±ciencies
due to the processes installed do not take in account the high variation of pol
-
lutants concentration in the efFuents of different productive stages (maternity,
nursery, accretion, and mixed efFuents). This work presents a research about the
variation in pollutants concentration in 14 efFuents of pig farms in Mexico and
the removal ef±ciency reached in ±ve different full scale treatment processes ap
-
plied at industrial scale. Comparing the pollutants concentration in efFuents from
a same productive stage, e.g., accretion, the pollutants concentration increase with
the farm size as follows: in small farms (until 2500 pigs) the chemical oxygen
demand (COD) was between 3478 and 9300 mg/L; in middle size farms (2500
to 7999 pigs) the COD was between 19 344 and 38 544 mg/L and in big farms
(≥ 8000 pigs) the COD was between 34 310 and 40 498 mg/L. This in
-
crease in concentration is due to the fact that water is used more efficiently
in big farms. On the other side, in farms with the same size, it was also ob
-
served a difference in the pollutants concentration, depending on the produc
-
tive stage. ²or example, in middle size farms, the COD concentration in
-
creased as follows: maternity (3500 mg COD/L); mixed effluents (between
19 365 and 25 205 mg COD/L); nursery (37 498 mg COD/L) and
accretion (between 19 334
and 38 544 mg COD/L). In relation with the full scale treatment systems evaluated it was
determined that the one with the best pollutants removal ef±ciency was the anaerobic di
-
gester of liquid and solids (dalys) operated with a hydraulic residence time (HRT) ≤ 60 d.
Treating two accretion efFuents, the following ef±ciencies were achieved: TSS ≥ 92.5 %,
COD ≥ 97 %, BOD
5
≥ 96 %, TP ≥ 66 % and 2 log units of fecal coliforms (²C).
However, even though the high removal ef±ciencies achieved in the dalys, the treated
efFuent quality is not enough, neither to discharge it directly in water bodies nor to
reuse it in agricultural irrigation, therefore it is necessary to continue the treatment
for removal of nitrogen, TSS, ²C and COD in an aerobic polishing system. An in
-
teresting option is an aerobic ±ltration (percolation) system over organic materials.
Which is operated at low ±ltration rate and require a low operation and maintenance
cost; being successfully operated by the pig farm workers themselves.
INTRODUCCIÓN
La industria porcina en el mundo produjo, entre
2005 y 2010, aproximadamente 1200 millones
de puercos anualmente, de los cuales en 2010
China produjo aproximadamente 650 millones,
Europa 260 millones y los EUA 115 millones. En
México esta industria, entre 2000 y 2010, tuvo un
crecimiento de aproximadamente 15 %, pasando
de una producción de 14 millones a 15 millones
de puercos anualmente. De acuerdo con la Con
-
federación de porcicultores mexicanos (2012)
los principales productores de carne de puerco
en el país son Sonora (19 %), Jalisco (19 %),
Puebla (10 %), Guanajuato (9 %), Yucatán (8 %),
Veracruz (9 %), Michoacán (3 %), Tamaulipas
(1 %), Oaxaca (2 %), Chiapas (2 %) y el resto del
país (18 %). Sin embargo, esta importante agroin
-
dustria en México presenta problemas ambientales
y sociales debido a la contaminación de las aguas
y del suelo que se encuentran a su alrededor que,
además, son acompañados de malos olores. Un
estudio realizado hace aproximadamente una dé
-
cada (Pérez 2001) reveló que solamente un 60 %
de las granjas separaba sólidos; de las cuales apro
-
ximadamente 50 % acostumbraban acumularlos
adentro o afuera de la granja, ocasionando graves
problemas de olores, moscas y patógenos. En
cuanto al tratamiento de los residuos líquidos 9 %
no contaba con ningún tratamiento, 27 % con dos
procesos unitarios de tratamiento y 50 % con tres
procesos unitarios de tratamiento. Entre los que se
encontraban fosas, lagunas (excavadas en el suelo
pero sin impermeabilizar), decantadores, y algunos
CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PORCINAS
67
digestores y procesos aerobios. Un alto porcentaje
de estos sistemas no removía ni el 80 % de la car
-
ga orgánica presentándose concentraciones en los
efuentes ya tratados entre 406 y 9960 mg DBO
5
/L y
entre 83 y 20020 mg SST/L. Un estudio más reciente
(Cervantes
et al
. 2007) reporta que en el estado de
Sonora, México la industria porcina ha provocado
eFectos severos en el ambiente por la acumulación
de desechos sólidos sin tratar y por la contaminación
de diFerentes cuerpos de agua donde son descargadas
sus aguas residuales. Otro estudio (de Victorica-
Almeida
et al
. 2008) reporta que en México 28 % de
las descargas de granjas porcinas no son tratadas. Las
descargas de granjas porcinas deben cumplir con los
límites máximos de contaminantes especi±cados en la
NOM-001-SEMARNAT-1996 (SEMARNAT 1996)
si descargan en un cuerpo de agua y con la NOM-
003-SEMARNAT-1997 (SEMARNAT 1997) si des-
cargan al suelo para riego agrícola. Sin embargo, casi
ninguna granja cumple con la normativa por lo que se
hacen acreedoras a sanciones de la Comisión Nacio
-
nal del Agua. Aun cuando se sabe que en el país los
sistemas de tratamiento aplicados en granjas porcinas
presentan en general bajas e±ciencias de remoción de
contaminantes, no hay reportes en la literatura que
aborden esta problemática. La cual, en buena parte, se
debe a una combinación entre a) el desconocimiento
de los vendedores de sistemas de tratamiento de que
las aguas residuales de esta agroindustria presentan
grandes variaciones en su composición dependiendo
del tamaño de la granja, el grado de tecni±cación,
o el tipo de proceso productivo: es decir si se trata
de un sitio 1 maternidad, un sitio 2 destete, un sitio
3 engorda, y b) al hecho de que se han aplicado
sistemas de tratamiento convencionales que tienen
limitaciones de orden técnico y económico. Esto ha
llevado a que los sistemas sean mal diseñados, poco
apropiados, mal operados, tanto por Falta de personal
capacitado como por los altos costos de operación
y mantenimiento (aireación y/o insumos). Por tal
razón, este artículo tiene por objetivo, presentar un
estudio sobre la variación en la composición de las
aguas residuales porcinas en México y la e±ciencia
de diFerentes procesos de tratamiento, lo que incluye
los puntos siguientes: 1, caracterización de las aguas
residuales de esta industria en México para evidenciar
las diFerencias entre granjas y procesos productivos,
2, evaluación de la e±ciencia de remoción de conta
-
minantes en cinco procesos y/o trenes de tratamiento
que actualmente son aplicados en diFerentes granjas
del país, y 3, presentación de las perspectivas para
mejorar la calidad de los efuentes con un enFoque de
reuso de las aguas residuales tratadas.
MATERIALES Y MÉTODOS
Caracterización de descargas por sitio productivo
Se realizaron muestreos puntuales en 14 descar-
gas de diFerentes procesos productivos (maternidad,
destete, engorda y mezclada de ciclo completo) en 11
granjas de diFerentes tamaños, ubicadas en zonas de
producción porcina intensiva y no intensiva del país;
especí±camente en los estados de Puebla, Yucatán,
Michoacán, Morelos, Campeche y Durango. Durante
los muestreos, además se recabó inFormación sobre
la capacidad de producción, el volumen de aguas
residuales generado, aspectos sobre el uso del agua
y el tipo de tratamiento con que cuenta la granja.
Las muestras Fueron analizadas para los parámetros
siguientes de acuerdo con la metodología de los
métodos estándar (APHA 1998): demanda química
de oxígeno (DQO) por el método colorimétrico de
refujo cerrado 5220 (C); demanda bioquímica de
oxígeno (DBO
5
) de acuerdo con el método de cinco
días 5210 (B); sólidos suspendidos totales (SST)
por el método seco 2540 (D); sólidos suspendidos
volátiles (SSV) por el método de ignición 2540
(E); coliFormes Fecales (C²) según el método de
tubos múltiples 9230 (B); nitrógeno total (NT) por
el método de persulFato 4500-N (C); nitrógeno total
Kjeldahl (NTK) por el método semi-micro Kjeldahl
4500-Norg (C), nitrógeno de nitritos más nitratos
[N-(NO
2
+ NO
3
)] por los métodos 4500-NO
2
(B)
y 4500-NO
3
(B). Los siguientes análisis Fueron
realizados de acuerdo con el procedimiento Hach:
nitrógeno amoniacal (N-NH
4
+
) por el método 8038
(Hach) adaptado de los métodos estándar 4500-NH
3
(B) y (C) y FósForo total (PT) por el método del
ácido ascórbico 8048 (Hach) equivalente al método
estándar 4500-P (E). Adicionalmente se midieron el
pH y la conductividad con un medidor marca Hach
modelo Sension 156.
La composición del agua residual de todas las
granjas Fue comparada por proceso productivo (mater
-
nidad, destete, engorda y ciclo completo) y por tama-
ño de granja (granjas chicas de 1000 a 2500 puercos;
medianas de 2501 a 7999 puercos y grandes ≥ 8000)
con la ±nalidad de determinar qué clasi±cación resal
-
ta mejor las diFerencias entre granjas desde el punto
de vista de su composición.
Efciencia de remoción de contaminantes en diFe
-
rentes esquemas de tratamiento aplicados
Se hizo una descripción de los siguientes procesos
o trenes de tratamiento instalados a escala real y se
realizó un muestreo puntual a la salida de cada uno,
con el ±n de presentar su e±ciencia de remoción de
M.A. Garzón-Zúñiga y G. Buelna
68
contaminantes: 1, fosa de homogeneización o cárcamo
de almacenamiento; 2, fosa con adición de enzimas;
3, digestor anaerobio de líquidos y sólidos (dalys); 4,
fosa de homogeneización + digestor dalys; 5, dalys
+ 2 lagunas en serie. Las muestras fueron analizadas
para los mismos parámetros que se midieron al agua
residual cruda, los cuales fueron mencionados en el
apartado anterior. Adicionalmente, se recabó infor
-
mación sobre la actividad en la granja al momento de
la toma de muestras para el análisis de los resultados.
Alternativas para mejorar la calidad de los efuentes
Se realizó un análisis bibliográFco enfocado a
estudios internacionales que combinan diferentes
tecnologías, presentando aquellas opciones que
permitirían obtener e±uentes que cumplan con las
normativas mexicanas de descarga.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización de las descargas de las granjas
por proceso productivo
En los
cuadros I
y
II
se presenta una caracteri-
zación de la descarga por proceso o sitio productivo
muestreado en cada granja. Los procesos se clasi
-
Fcan con números como se indica a continuación:
1) Maternidad (vientres y lechones de 0 a 20 días);
2) Destete (lechones de 20 a 45 días); 3) Engorda
(puercos de 45 a 150 días aproximadamente o de 10
a 110 kg de peso); 4) Gestación (vientres preñados)
y 5) Mezcla (granjas en donde la descarga de dos o
más etapas de desarrollo se mezclan). En los cuadros
también se puede apreciar el tamaño (número de
puercos) de cada granja muestreada.
En las granjas 1 y 5 fueron muestreadas las aguas
CUADRO I
.
CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES POR SITIO PRODUCTIVO DE DI²ERENTES GRANJAS
PORCINAS DE TAMAÑO MEDIANO
Granja
1
2
3
4
5*
Proceso productivo
caracterizado
Maternidad
Destete
Maternidad
y gestación
Engorda
Mezcla
Engorda
Mezcla
Maternidad
Capacidad animales
6 000
6600
3000
3000
3 000
5 000
5 500
5 600
Tamaño de granja
Mediana
Mediana
Mediana
Mediana
Mediana
Mediana
Mediana
Mediana
Disponibilidad de agua
Media
Media
Alta
Alta
Alta
Alta
Alta
Media
Clima del lugar
Cálido-
semiseco
Cálido-
semiseco
Sub-
tropical
Sub-
tropical
Sub-
tropical
Sub-
tropical
Tropical
Templado
Observaciones sobre el
muestreo
Durante
lavado
de naves
Durante
avado de
naves
Durante
lavado de
naves
Durante
lavado de
naves
Durante
lavado de
naves
Durante
lavado de
naves
Dato
no
disponible
²inal de
lavado poca
agua
DQO (mg/L)
3 339
37 498
19 365
38 544
6 419
19 344
25 205
3 809
DBO
5
(mg/L)
2 494
5 600
9 262
9 188
2 646
9 613
8 460
1 657
SST (mg/L)
1 130
16 357
11 250
25 166
2 210
10 125
15 042
1 994
SSV (mg/L)
478
13 000
9 125
21 500
1 657
7 875
11 792
1 852
N Total (mg/L)
550
1 345
1 371
1 452
576
1 515
2 034
NTK (mg/L)
550
1 345
1 369
1 450
574
1 515
2 033
405
N-NH
4
+
(mg/L)
380
440
640
1 270
380
1 500
1 760
178
N-(NO
2
+ NO
3
) (mg/L)
0.13
0.13
2.06
1.87
1.89
0.13
0.63
0.13
P Total (mg/L)
28.6
79.5
118.6
149
41.1
76.7
180.1
41.4
pH
7.83
6.14
6.99
6.79
7.17
7.06
6.94
6.87
Coliformes fecales
1.50E+07
2.10E+07
4.60E+08
1.10E+08
9.30E+07
4.60E+04
9.20E+08
1.60E+08
DBO/DQO
0.75
0.15
0.48
0.24
0.4
0.50
0.3
0.4
* Granja de tipo ciclo completo. Pero al momento del muestreo solo estaba descargando el área de maternidad
CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PORCINAS
69
residuales del proceso productivo de maternidad
(sitio 1). En ambos casos se observaron concentra-
ciones parecidas: DQO de 3339 y 3809 mg/L, DBO
5
de 2494 y 1657 mg/L, una concentración de SST de
1130 y 1994 mg/L y una concentración de NTK de
550 y 405 mg/L para las granjas 1 y 5, respectiva
-
mente (
Cuadro I
). Estas semejanzas se presentaron
aún cuando ambas granjas se localizan en estados
diferentes y con climas distintos, una en zona cálida
seca y otra en zona templada. Sin embargo, ambas
son de tamaño mediano (alrededor de 6000 puercos)
y ambas tienen una disponibilidad media de agua.
También se muestreó el agua residual del proceso
productivo de engorda (sitio 3) de dos granjas de
tamaño mediano (granjas 2 y 3), en este caso loca
-
lizadas en zona subtropical con alta disponibilidad
de agua. Se observó que el agua residual de engorda
tiene una mayor concentración de contaminantes
que el agua residual de las áreas de maternidad.
Comparando los dos sitios 3 se observa alta variación
en la DQO (entre 19 334 y 38 544 mg/L) y en los
SST (entre 10 125 y 25 166 mg/L); pero una DBO
5
(entre 9188 y 9613 mg/L) y una concentración de
NTK (entre 1450 y 1515 mg/L) más similares entre
sí (
Cuadro I
).
En otras dos granjas de tamaño mediano, locali
-
zadas en zona subtropical y tropical (granjas 2 y 4)
se muestrearon aguas residuales mezcladas (5) de
diferentes áreas de producción. En el primer caso una
mezcla de las áreas de maternidad y gestación y en el
CUADRO II
.
CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES POR SITIO PRODUCTIVO DE DIFERENTES GRANJAS
Granja
6
7
8
9†
10
11
Proceso productivo
caracterizado
Mezcla
Engorda
Engorda
Engorda
Engorda*
Engorda
Capacidad animales
2 200
1 200
1 000
1 560
10 800
15 600
Tamaño de granja
Chica
Chica
Chica
Chica
Grande
Grande
Disponibilidad de agua
Media
Media
Abundante
Poca
Media
Media-Baja
Clima del lugar
Templado
Templado
Tropical
Extremo Seco
Templado
Cálido
Semi-seco
Observaciones sobre
el muestreo
Durante
lavado de las
naves
Durante
lavado de las
naves
Dato no
disponible
Durante
lavado de
naves
Se liberó el agua
de una nave de
engorda para tomar
muestra
Durante
lavado de naves
DQO (mg/L)
7 922
9 300
3 478
16 888
40 498
34 310
DBO
5
(mg/L)
5 330
5 751
996
11 697
15 061
6 092
SST (mg/L)
3 269
2 332
942
19 857
25 034
42 500
SSV (mg/L)
2 981
2 030
672
18 142
19 334
32 500
N Total (mg/L)
524
1 179
1 048
1 666
NTK (mg/L)
1 018
1 907
524
1 179
1 048
1 666
N-NH
4
+
(mg/L)
496
1 472
200
875
844
890
N-(NO
2
+ NO
3
) (mg/L)
0.13
0.13
0.13
0.12
0.13
0.13
P-Total (mg/L)
101.6
62.2
27.4
214
430.1
97.6
pH
7.08
7.75
7.80
6.65
7.30
Coliformes fecales
1.30E+08
7.90E+05
1.60E+ 06
1.50E+08
1.60E+09
4.70E+07
DBO/DQO
0.7
0.6
0.3
0.69
0.4
0.18
† Granja de tipo engorda ±nal los puercos se reciben de 70 kg y se llevan hasta 105kg por lo que solo están aproximadamente 1.5
meses en la granja. En la granja también se hace sacri±cio de animales para venta de carne.
* Granja de tipo ciclo completo. Pero al momento del muestreo se liberó el agua de una porqueriza de engorda para tomar la
muestra.
M.A. Garzón-Zúñiga y G. Buelna
70
segundo caso la mezcla de todos los sitios; se encon-
tró en las aguas mezcladas una concentración inter-
media de contaminantes entre la engorda y la mater-
nidad. Esto es una DQO entre 19365 y 25205 mg/L;
SST entre 11250 y 15042 mg/L; una DBO
5
entre 9262
y 8460 mg/L y una concentración de NTK entre 1369 y
2033 mg/L para las granjas 2 y 4, respectivamente
(
Fig. 1
).
Finalmente, en una granja de tamaño mediano
localizada en zona cálida seca se muestreó el agua
residual del área de destete y se observó que la con
-
centración de contaminantes es muy alta, similar a
la de la zona de engorda, presentando una DQO de
37 498 mg/L pero con una menor concentración de
DBO
5
(5600 mg/L) y de SST (16357 mg/L) y una
concentración de NTK de 1345 mg/L (
Fig. 1
).
Con base en los resultados anteriores se determinó
que en las granjas de tamaño medio la concentra
-
ción de contaminantes en las diferentes áreas sigue
el siguiente comportamiento: maternidad < aguas
mezcladas < destete ≤ engorda (
Fig. 1
).
En el caso de granjas de tamaño chico (menos
de 2500 puercos) se muestreó el proceso productivo
de engorda en tres granjas: una localizada en zona
con clima templado y disponibilidad media de agua
(granja 7), otra en zona tropical con alta disponibili
-
dad de agua (granja 8) y una más en zona con clima
semiseco extremo y poca disponibilidad de agua
(granja 9). En las dos primeras, la concentración de
contaminantes fue mucho menor a la encontrada en
las áreas de engorda de granjas medianas. En la granja
de zona tropical, el agua residual del sitio de engorda
presentó concentraciones parecidas a las del área de
maternidad de las granjas de tamaño mediano. Esto
es: DQO de 3478 mg/L; DBO
5
de 996 mg/L; SST de
942 mg/L y NTK de 524 mg/L. En la granja de zona
templada el agua residual de engorda presentó con-
centraciones mayores a las de maternidad pero meno-
res a las de las aguas mezcladas en granjas de tamaño
mediano. Esto es: DQO de 9300 mg/L; DBO
5
de
5751 mg/L; SST de 2332 mg/L y NTK de 1907 mg/L
(
Cuadro II
). En ambos casos la menor concentración,
respecto de las granjas medianas, puede atribuirse a
que el uso del agua es muy poco e±ciente y el resul
-
tado es mayor consumo de agua por animal y mayor
dilución del e²uente. En el caso de la granja 11,
3339
3809
37498
19365
7922
9300
3478
19344
16888
34310
25205
38544
40498
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
12345678 91
01
11
21
3
Muestra
DQO (mg/L)
Medianas
Chicas
Grandes
19857
942
25166
15042
42500
1130
11250
25034
3269
2332
16357
10125
1994
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
12345678 91
01
11
21
3
Muestra
SST (mg/L)
Medianas
Chicas
Grandes
Fig. 1.
Comparación de la concentración de materia orgánica y sólidos en la
descarga de diferentes sitios productivos (líneas verticales=maternidad;
líneas horizontales=destete; puntos=engorda; líneas oblicuas=mezcla) en
granjas porcinas de diferentes tamaños (Chica=menos de 2500 cerdos;
Mediana=2500-7999 cerdos; Grande= más de 8000 cerdos)
CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PORCINAS
71
ubicada en zona con clima semiseco extremo y
poca disponibilidad de agua, el recurso se utiliza
más efcientemente (7.7 L puerco/d) y el eFuente se
encuentra mucho más concentrado que en el caso de
otras granjas, p.e. la granja 3 ubicada en zona con
clima subtropical y alta disponibilidad de agua en
donde se utilizan 15 L puerco/d. La restricción en
la disponibilidad del agua ±uerza a hacer un mejor
uso del recurso y la concentración de contaminantes
en la granja 11 es semejante a la de las granjas de
engorda de tamaño mediano o grande dependiendo
del contaminante. Esto es: DQO de 28 335 mg/L;
DBO
5
de 18 848 mg/L; SST de 19 857 mg/L y NTK
de 2270 mg/L (
Cuadro II
). Cabe mencionar que el
caso de esta granja es particular porque los animales
ingresan con 70 kg y se engordan hasta 105 kg, y
además en el sitio también se hace el sacrifcio de
algunos animales. Por esta razón las concentraciones
de DBO
5
y SST son mas elevadas con respecto a la
DQO en granjas de engorda de tamaño mediano.
En la granja 6 de tamaño chico, ubicada en zona
templada, se muestreó el eFuente mezclado y se ob
-
servó que la concentración de los contaminantes es
mayor a la de un proceso productivo de maternidad
y mucho menor a las aguas mezcladas de una granja
de tamaño mediano. Esto es: DQO de 7922 mg/L;
DBO
5
de 5330 mg/L; SST de 3269 mg/L y NTK de
1018 mg/L (
Cuadro II
).
También se muestrearon las aguas del área de
engorda en dos granjas de tamaño grande (de 10 800
y 15 600 puercos, respectivamente) una localizada
en zona templada (granja 10) y otra en zona con
clima cálido semiseco (granja 11). En estos eFuen
-
tes se encontró una concentración de contaminantes
mayor que en los eFuentes de engorda de granjas
medianas. Esto se debe a que el uso del agua es más
efciente y el consumo diario por animal es menor.
Las concentraciones encontradas son las siguientes:
DQO entre 34 310 y 40 498 mg/L; SST entre 25 034 y
42 500 mg/L; DBO
5
entre 6092 y 15061 mg/L y NTK
entre 1048 y 1666 mg/L (
Cuadro II
). En general
se observa que esta agua tienen una proporción de
materia orgánica biodegradable más baja (relación
DBO/DQO baja entre 0.37 y 0.18). Esto también se
debe al uso más efciente del agua que ±avorece la
concentración de una mayor proporción de sustancias
recalcitrantes.
Algunos resultados previamente reportados en la
literatura coinciden con la clasifcación que presen
-
tamos por tamaño de granja. Por ejemplo, Montalvo
et al
. (2007) presentan una caracterización por sitio
(maternidad, destete y engorda) para una granja del
estado de Puebla con 1000 puercos, en donde las
concentraciones de contaminantes varían como sigue:
DQO entre 3468 y 4489 mg/L; SST entre 1000 y
2980 mg/L; DBO
5
entre 1157 y 2162 mg/L y NTK
entre 65 y 1088 mg/L. Estos valores son muy bajos
y comparables a los que en el presente documento
se encontraron en granjas chicas ubicadas en zonas
con abundante disponibilidad de agua.
Por otra parte, Pérez (2001) reporta los siguientes
intervalos de concentración de contaminantes para
granjas de la zona productora de Michoacán y Gua
-
najuato: DBO
5
entre 580 y 8580 mg/L; SST entre
83 y 20020 mg/L; N-total entre 294 y 1520 mg/L y
P-total entre 34 y 2226 mg/L. Estos valores coinciden
con los valores de concentración que en el presente
documento se encontraron en granjas de tamaño
chico a mediano, ubicadas en zonas templadas con
disponibilidad de agua entre media y alta.
Comparando la concentración de las descargas
en México con las de otros países ocurre que, por
ejemplo en Canadá, la descarga de una granja chica
(200 cerdos) de ciclo completo, a la salida de una
±osa de homogeneización presenta las siguientes
concentraciones promedio de contaminantes: 15462
mg DQO/L; 9320 mg DBO
5
/L; 1970 mg SST/L y
2080 mg NTK/L (Garzón-Zúñiga
et al
. 2007). Esta
concentración se encuentra en el mismo nivel que
la encontrada en el presente documento en la granja
chica ubicada en clima extremo con escasez de agua
en donde se hace un uso más efciente de este recurso
y por lo tanto las descargas son más concentradas que
en las otras granjas chicas de México.
Buelna
et al
. (2008) reportan las siguientes con
-
centraciones para el eFuente de una granja chica
(800 puercos) de ciclo completo en Quebec, Canadá:
13 000 mg DBO
5
/L; 16 000 mg SST/L; 2300 mg NTK/L
y 650 mg P-total/L. Éstas corresponden a las concen-
traciones encontradas en sitios de engorda y destete
de granjas de tamaño mediano a grande en el presente
documento. Esta comparación revela que en Canadá,
aún en las granjas pequeñas, el uso del agua es muy
efciente ya que las concentraciones reportadas son
elevadas, practica que debe ser ±avorecida en México.
Evaluación de diferentes esquemas de tratamiento
aplicados
Tratamiento en fosa o cárcamo de almacenamiento
Este proceso unitario es muy importante ya que la
±osa sirve para homogeneizar el caudal y la concen
-
tración de las descargas intermitentes de la granja a
lo largo del día. En el
cuadro III
se presenta la con-
centración de contaminantes de entrada y salida de
una ±osa, en una granja de ciclo completo, de tamaño
medio (5000 cerdos), ubicada en zona tropical. En
M.A. Garzón-Zúñiga y G. Buelna
72
ella se puede apreciar que en la fosa se retienen el
47 % de los SST y el 49 % de los SSV; 38 % de la
DQO; 27 % de la DBO
5
y 70 % del P-total, muy pro
-
bablemente porque gran parte de estos contaminantes
se encuentran en forma de residuos particulados
que son retenidos por sedimentación. Finalmente,
también se puede observar una reducción de una
unidad logarítmica de CF y una disminución de 32 %
del N-NH
4
+
. Esta última corresponde más bien a un
efecto de homogeneización (ya que el muestreo fue
puntual) y no a un proceso de transformación porque
en la fosa no hay condiciones aerobias para la oxida
-
ción del ión amonio. Estas e±ciencias coinciden con
el intervalo de remoción (SST entre 55 % y 70 %;
DQO entre 4 y 60 %) presentado por Ramírez
et al
.
(2010) para granjas de ciclo completo en un proceso
de sedimentación después de 3 h, así como con los
resultados presentados por Buelna
et al
. (2008) en
una fosa de decantación con aproximadamente 10
d de TRH: 35 % de DBO
5
, 94 % de SST, 71 % de
P-total y 26 % de NTK. Como se puede observar las
e±ciencias son similares a las reportadas por otros
autores. Sin embargo, la concentración de contami-
nantes aún es muy elevada (
Cuadro III
) por lo que
este proceso sólo debe ser considerado como un paso
de tratamiento primario y no como un tratamiento
completo (primario, secundario y terciario).
Tratamiento en fosa con adicción de enzimas
En una granja chica ubicada en zona templada
(granja 7), el piso donde se encuentran los cerdos es
una rejilla de concreto (porquerizas con “Slap”) y por
debajo de este hay una fosa que recibe las excretas,
la orina de los cerdos y el agua de lavado. En la fosa
se adicionan enzimas con el objetivo de estabilizar
los sólidos lo cual, de acuerdo con los propietarios es
bueno porque reduce sustancialmente la generación
de amoniaco de las excretas (y la corrosión) y, porque
cuando se saca el lodo de la fosa lo disponen direc
-
tamente en el suelo. En estos sistemas los residuos
sólidos que caen a la fosa se sedimentan y el nivel del
agua se incrementa hasta llegar a un rebosadero por
donde sale el agua de forma continua. Los propieta
-
rios consideran que el tiempo que pasa el agua en la
fosa en contacto con la enzima (la cual se adiciona
continuamente) permite realizar un tratamiento par-
cial del agua residual. Finalmente, después de cada
ciclo de engorda el lodo tratado es descargado por
un sistema de desagüe al suelo. En el
cuadro IV
se presentan los resultados de un muestreo puntual
CUADRO III.
EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE UNA FOSA
DE HOMOGENEIZACIÓN
Granja 4
Entrada
a fosa
Salida
de fosa
Remoción
( % )
DQO (mg/L)
25 205
15 445
38.7
DBO
5
(mg/L)
8 459
6 152
27.3
SST (mg/L)
15 041
7 916
47.4
SSV (mg/L)
11 791
6 000
49.1
NTK (mg/L)
2 033
1 466
27.9
N-NH
4
+
(mg/L)
1 760
1 200
31.8
N-(NO
2
+ NO
3
) (mg/L)
0.63
0.13
79.4
P
Total
(mg/L)
180.1
52.4
70.9
pH
6.94
7.58
Coliformes fecales
9.20E+08
1.40E+07
98.5
*
Granja 4,
tamaño medio ubicada en zona tropical
CUADRO IV.
EFICIENCIA DE TRATAMIENTO EN UNA FOSA SIN Y CON ADICIÓN DE ENZIMAS
Parámetro
*Granja 7
Agua residual en
fosa sin adición
de enzima
Agua residual
en fosa con adición
de enzima
Diferencias de remoción
sin y con adición
de enzima ( % )
DQO (mg/L)
9 300
10 243
–10.14
DBO
5
(mg/L)
5 751
6 697
–16.45
SST (mg/L)
2 332
2 886
–23.76
SSV (mg/L)
2 030
2 636
–29.85
Alcalinidad (mg CaCO3/L)
6 405
4 305
32.79
NTK (mg/L)
1 907
1 450
23.96
N-NH
4
+
(mg/L)
1 472
1 168
20.65
N-(NO
2
+ NO
3
) (mg/L)
0.13
0.13
0.0
P
Total
(mg/L)
62.2
58.3
6.27
pH
7.75
7.82
Coliformes fecal.
7.90E+05
7.90E+05
0.0
*
Granja 7
chica ubicada en zona templada con disponibilidad media de agua
CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PORCINAS
73
realizado al agua residual cruda homogeneizada en
una fosa sin y con adición de enzima en la misma
granja. Como se puede apreciar, la adición de enzimas
a la fosa de homogeneización favorece un aumento de
los SST (23 %) y de la materia orgánica, DQO (10 %)
y DBO
5
(16 %), contrariamente a lo esperado por los
propietarios de las granjas, es decir a una reducción
de los contaminantes. Este incremento puede deberse
al ataque enzimático y desintegración de las excretas
y a la consecuente liberación de contaminantes que
se disuelven ó se mantienen en suspensión del agua
residual. Por otra parte, lo que si se observa es una li
-
gera reducción de nutrientes: 23 % del NTK y 6 % del
P-Total, misma que puede relacionarse con procesos
de asimilación. Sin embargo, las concentraciones de
materia orgánica, SST, nutrientes y CF siguen siendo
muy elevadas y la calidad del e±uente sigue estando
muy lejos de las normas mexicanas requeridas para
poder ser descargado en cuerpos receptores de agua
(NOM-001-SEMARNAT-1996) y/o para reutilizado.
Digestores anaerobios de líquido y sólidos (dalys)
En la primera década de los años 2000 se co-
menzaron a instalar, en algunas granjas porcinas del
país, digestores anaerobios para tratar los e±uentes
crudos sin separar los sólidos. Estos dalys fueron
inicialmente ²nanciados por los bonos de carbo
-
no por lo que uno de sus principales objetivos es
maximizar la producción de biogas para destruir los
gases de efecto invernadero (GEI) en una antorcha
y/o para reutilizar el biogas en la producción de
energía eléctrica. Por esta razón operan con tiempos
de retención hidráulica (TRH) muy altos (≤60 d).
En el
cuadro V
se presentan los valores de entrada
y salida de dos dalys instalados en granjas grandes
(>10 000 puercos). El primero se encuentra en zona
cálida semiseca (granja 11) y el segundo en zona
templada (granja 10). En el cuadro se puede ob
-
servar que la reducción de la materia orgánica y de
los sólidos es muy buena. La DQO se redujo entre
34 310 y 40 498 mg/L a valores entre 797 y 267 mg/L,
siendo la remoción ≥ 97 % en ambos casos. La DBO
5
pasó de valores entre 6092 y 15 060 mg/L
,
a menos
de 300 mg/L (remoción ≥ 96 %). Con respecto a la
los SST, en la granja 11 la concentración pasó de
42 500 mg/L a 169 mg/L (remoción del 99.6 %).
Mientras que en la granja 10 la remoción fue menor
(92.5 %) quedando una concentración importante
de SST en el e±uente (1880 mg SST/L). La menor
e²ciencia se debió a que del segundo digestor salían
lodos biológicos (biomasa) junto con el e±uente
tratado, porque éste no había sido purgado en más
de 2 años de operación continua. Los dos digestores
también presentaron una remoción de P-total cercana
al 70 %, la cual es similar a la observada en la fosa
o cárcamo de homogeneización, razón por la cual
se in²ere que el mecanismo principal puede ser la
sedimentación de los residuos sólidos de alimento y
de las partículas de estiércol. Finalmente, se observó
que en ambos digestores se presentó una reducción
de dos unidades logarítmicas de coliformes fecales,
equivalente a 99 % de remoción. Con estos resultados
se puede comprobar que los dalys presentan muy
elevadas e²ciencias de remoción de contaminantes,
CUADRO V.
DESEMPEÑO DE UN DIGESTOR ANAEROBIO INSTALADO EN DOS GRANJAS PORCINAS
Parámetro
*Granja 11
†Granja 10
Agua Residual
Cruda
Salida
Dalys°
Remoción
(%)
Agua Residual
Cruda
Salida
Dalys°
Remoción
(%)
DQO (mg/L)
34 310
797
97.7
40 498
267
99.3
DBO
5
(mg/L)
6 092
147
97.6
15 060
540
96.4
SST (mg/L)
42 500
169
99.6
25 034
1 880
92.5
SSV (mg/L)
32 500
99
99.7
19 334
1 685
91.3
NTK (mg/L)
1 666
1674
1 048
774
26.0
P
Total
(mg/L)
97.6
32.8
66.3
430.1
70.9
83.5
pH
7.30
7.80
6.65
7.82
CF (NMP/100mL)
4.70E+07
2.80E+05
99.4
1.60E+09
2.20E+07
98.6
*
Granja 11, tipo engorda con 15 600 cerdos. El agua de las naves es dirigida a un cárcamo de bombeo de donde se
envía al digestor anaerobio. La muestra se tomó a la entrada del digestor después del carcomo en donde el agua se
homogeniza. Muestras puntuales.
†Granja 10, tipo ciclo completo con 10 800 cerdos. El agua del área de engorda estaba retenida en el canal de des
-
alojo que lleva al digestor. Para tomar la muestra de entrada al digestor se desbloqueo el canal. No hay cárcamo de
homogenización. Muestras puntuales.
°Digestor anaerobio de Líquidos y sólidos (Dalys).
M.A. Garzón-Zúñiga y G. Buelna
74
mayores al 90 % para casi todos los parámetros. Sin
embargo, su concentración remanente de SST, DBO
5
,
nitrógeno y CF son aún muy elevadas para cumplir
con la normativa mexicana (NOM-001-SEMAR
-
NAT-1996), para descargar a cuerpos de agua. Por
otra parte, las concentraciones remanentes de SST
y CF sobrepasan la regulación mexicana (NOM-
003-SEMARNAT-1997) para poder reutilizar el
efuente tratado en riego de campos agrícolas.
Fosa de homogeneización + digestor anaerobio de
líquido y sólidos (dalys)
En la granja 4 las aguas residuales de los corrales
de las di±erentes etapas productivas se mezclan en
una ±osa, con lo cual se amortiguan las variaciones
de concentración de cada descarga (
Fig. 2
). Se puede
observar que en la ±osa se remueve 39 % de la DQO
y 27 % de la DBO
5
. Mientras que en el digestor se
remueve adicionalmente 82 % de la DQO y 94 %
de la DBO
5
. Respecto a los sólidos, en la ±osa se
retiene el 47 % de los SST y el digestor remueve
el 76 % adicional. En cuanto a los nutrientes, en la
±osa se presenta una pequeña disminución (10 %)
del N-total, debida a un proceso de sedimentación.
Mientras que en el digestor prácticamente la con
-
centración de nitrógeno no cambia. Respecto al ±ós
-
±oro, en la ±osa se remueve un 70 % y en el digestor
adicionalmente se remueve 66 %. En ambos casos,
la disminución se puede atribuir principalmente a
procesos de sedimentación de residuos de alimento
y de partículas sólidas de estiércol y en menor me-
dia a una asimilación bacteriana. Finalmente, con
respecto a las coli±ormes ±ecales, se observó una
reducción de una unidad logarítmica en la ±osa y
cuatro unidades logarítmicas adicionales en el dalys.
A pesar de las buenas e²ciencias de remoción de
este sistema, si se comparan las e²ciencias del di
-
gestor dalys sin y con ±osa previa (
Cuadros V
y
VI
)
se observa que las e²ciencias del digestor diminu
-
yeron en el segundo caso. Esto puede deberse a que
la concentración de entrada al digestor es menor
por tratar agua más diluida de la mezcla de todos
los sitios y por pasar previamente por una ±osa
donde las concentraciones se reducen aún más por
la sedimentación de las partículas sólidas de conta-
minantes. Al parecer, adicionar una ±osa previa a un
dalys no mejora la e²ciencia global del tratamiento
y las concentraciones de SST, DBO
5
, nitrógeno y
CF, siguen siendo elevadas para cumplir con la
normatividad mexicana para descarga en cuerpos
de agua (NOM-001-SEMARNAT-1996) y tampoco
alcanza a cumplir con las regulaciones mexicanas
para ser reutilizada en riego de campos agrícolas
(NOM-003-SEMARNAT-1997) con respecto a
SST y CF. Por otra parte, aunque globalmente se
remueve un 89 % de la DQO, la concentración ²nal
sigue siendo muy elevada (2824 mg DQO/L) y debe
buscar reducirse aunque no se encuentra todavía
considerada dentro de las regulaciones mexicanas.
Sin embargo, las autoridades mexicanas encargadas
de la normatividad de las descargas se encuentran
discutiendo la inclusión de éste y otros parámetros.
Digestor anaerobio dalys + 2 lagunas de estabili-
zación en serie
En dos granjas de tipo ciclo completo (6 y 5) lo
-
calizadas en zona templada, que cuentan un tren de
tratamiento compuesto por digestor anaerobio dalys
25206
15446
2824
7917
15042
1897
6153
8460
345
4.9E+03
1.4E+07
9.2E+08
2033
1826
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
Agua cruda
Salida fosa
Salida
biodigestor
DQO; DBO
5
; SST; NTKmg/L
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
1.E+07
1.E+08
1.E+09
CF
NMP/100 mL
DQO
SST
DBO
CF
NTK
Fig. 2.
E²ciencias de remoción de contaminantes en el sistema de tratamiento compuesto por ±osa de homoge
-
neización y digestor anaerobio de líquidos y sólidos (dalys)
CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PORCINAS
75
+ 2 lagunas en serie, se realizó un muestreo puntual
para estimar sus efciencias. La primera granja es de
tamaño chico y la segunda de tamaño mediano. Los
resultados se muestran en las
fguras 3
y
4
respecti-
vamente. En ambas fguras se puede observar que los
2 dalys presentan alta remoción de SST ≥84 % y de
materia orgánica >90 % tanto para DQO como para
DBO
5
. Mientras que en los sistemas de lagunas de
estabilización se observó lo siguiente: en la Granja 6
hay un pequeño porcentaje de remoción adicional de
aproximadamente 35 % de los SST y de entre 13 %
y 16 % de materia orgánica (
Fig. 3
). Sin embargo, en
la granja 5, en vez de disminuir la concentración de
estos contaminantes, aumentan 50 % los SST, 150 %
la DQO y 50 % la DBO
5
(
Fig. 4
). Esta reducción
en la efciencia de remoción puede atribuirse a que
del digestor dalys salían lodos (biomasa) de Forma
intermitente por Falta de purga. Cabe mencionar que
al momento de tomar la muestra no salían lodos.
Sin embargo, antes y después se pudo observar lodo
negro anaerobio que salía del dalys. La cantidad era
tal que éste se encontraba Formando pequeños islotes
en las lagunas. Otra causa del aumento de materia
orgánica en las lagunas es el crecimiento de algas que
se observó en la segunda laguna (color verdoso). Con
respecto a los nutrientes, en la granja 6 se presentó
una remoción global del 26 % del NTK y 72 % del P-
total. Mientras que en la granja 5 la remoción de NTK
Fue de sólo 4 % y la de P-total de 6 % (
Cuadros VII
y
VIII
). Estos resultados demuestran que la adición
de lagunas no mejoró la remoción de NTK necesaria
para cumplir con los límites máximos permisibles que
CUADRO VI.
DESEMPEÑO DEL TREN DE TRATAMIENTO: ±OSA DE HOMOGENEIZACIÓN MÁS DIGESTOR ANAERO
-
BIO DE LÍQUIDOS Y SÓLIDOS (DALYS)
Parámetros
Granja porcina # 4*
Agua residual
cruda*
Salida
Fosa
Remoción en
Fosa ( % )
Salida de digestor
Remoción en
digestor ( % )
Remoción
Total ( % )
DQO (mg/L)
25 205
15 445
38.7
2 824
81.7
88.8
DBO
5
(mg/L)
8 460
6 153
27.3
345
94.4
95.9
SST (mg/L)
15 042
7 917
47.4
1 897
76.0
87.4
SSV (mg/L)
11 792
6 000
49.1
1 334
77.8
88.7
Alcalinidad (mg CaCO3/L)
4 930
3 640
26.2
8 240
–126
–67.1
N
Total
(mg/L)
2 034
1 826
10.2
1 826
0.0
10.2
NTK (mg/L)
2 033
1 826
10.1
1 826
0.0
10.1
P
Total
(mg/L)
180.1
52.4
70.9
17.5
66.6
90.3
pH
6.94
7.58
–9.22
7.77
–2.51
–11.96
ColiF.±ecales (NMP/100mL)
9.20E+08
1.40 E+07
98.48
4.90 E+03
99.97
99.99
*
Agua residual cruda proveniente de la granja 4 de tipo ciclo completo con 5 500 cerdos, ubicada en clima tropical, con abundante
disponibilidad de agua. †El digestor tiene un TRH de aproximadamente 90d. Muestras puntuales
7922
84
72
287
3269
184
33
5330
28
4.9E+04
7.9E+05
1.3E+08
1018
748
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Agua residual cruda
Salida digestor anaerobio
Salida de las lagunas
DQO; DBO5; SST; NTK mg/L
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
1.E+07
1.E+08
1.E+09
CF NMP/100 mL
DQO
SST
DBO
CF
NTK
Fig. 3.
Remoción de contaminantes en un sistema de digestor anaerobio + 2 lagunas instalado en la granja # 6
M.A. Garzón-Zúñiga y G. Buelna
76
marca la NOM-001-SEMARNAT-1996. Aunque sí
mejoró la remoción de CF en una unidad logarítmica,
su concentración sigue siendo una limitante para el
reuso del agua en riego agrícola. Finalmente, tam
-
bién quedó evidenciado que cuando el digestor no
se purga oportunamente salen sólidos (biomasa) de
exceso que se acumulan y descomponen en la laguna
deteriorando la calidad del efuente ±nal.
Necesidades adicionales de tratamiento
Después de revisar los resultados de e±ciencia que
presentan los sistemas que se encuentran actualmente
instalados en las granjas porcinas, se puede ver que
ha habido un avance con respecto a la situación pre
-
sentada por Peréz (2001), ya que los sistemas de di
-
gestión anaerobia presentan e±ciencias de remoción
entre 81.7 y 97.5 % de la DQO; entre 94.4 y 99.3 %
de la DBO
5
; entre 76.0 y 99.6 % de SST y entre
32.8 y 70.9 % del P-total. Estos valores son mejores
que los reportados por Chao
et al
. (2008) quienes
encontraron una e±ciencia de remoción de 71 % de
la DQO y 74 % de los sólidos totales al tratar agua
residual porcina en un digestor anaerobio de bajo
costo. Pero esta di²erencia se debe básicamente a
que estos autores utilizan un TRH de 15 d y una con
-
centración de materia orgánica importante (35520 ³
5914 mg/L DQO). Mientras que los digestores dalys
del presente documento operan con TRH ≥ 60 d. Por
otra parte, las e±ciencias encontradas en los sistemas
que utilizan un dalys son parecidas a las reportadas
en reactores experimentales a escala laboratorio y
piloto que utilizan aguas residuales porcinas con baja
Fig. 4.
Remoción de contaminantes en un sistema de digestor anaerobio + 2 lagunas instalado en la granja #5
3809
282
698
322
1994
455
59
1657
88
5.4E+05
5.4E+06
1.6E+08
405
714
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Agua residual
Salida digestor anaerobio
Salida lagunas
DQO; DBO
5
; SST; NTK mg/L
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
1.E+07
1.E+08
1.E+09
CF NMP/100 mL
DQO
SST
DBO
CF
NTK
CUADRO VII.
DESEMPEÑO
DEL TREN DE TRATAMIENTO COMPUESTO POR UN DIGESTOR ANAEROBIO + 2
LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN EN SERIE INSTALADO EN LA GRANJA 6
Parámetro
Granja 6*
Agua
residual
cruda
Salida
Digestor
anaerobio
Remoción
digestor
(%)
Salida
Laguna de
estabilización
Remoción
en Laguna
(%)
Remoción
Total
(%)
DQO (mg/L)
7 922.00
83.00
98.95
72.3
12.89
99.09
DBO
5
(mg/L)
5 330.00
33.33
99.37
28
15.99
99.47
SST (mg/L)
3 269.23
287.04
91.22
184.2
35.83
94.37
SSV (mg/L)
2 980.77
203.71
93.17
184.2
9.58
93.82
Alcalinidad (mg CaCO3/L)
2 331.00
1 218.00
47.75
882
27.59
62.16
NTK (mg/L)
1 018.00
748
26.52
N-(NO
2
+ NO
3
) (mg/L)
0.13
0.13
0.00
0.45
P
Total
(mg/L)
101.56
36.39
64.17
28.68
21.19
71.76
pH
7.08
7.33
8.29
Coli²ormes ²ecal
1.30E+08
7.90E+05
99.39
4.90E+04
93.80
99.96
*
Granja porcina chica ubicada en zona templada
CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PORCINAS
77
carga de contaminantes. Tal es el caso de Chenga
et
al
. (2001) quienes al utilizar un reactor secuencial por
lotes (SBR) de dos etapas, la primera con biopelícula
y la segunda con biomasa suspendida, para efuentes
con concentraciones bajas de materia orgánica entre
500 y 4000 mg/L de carbono orgánico total (COT),
obtienen una eFciencia de remoción de 97.5 % de la
DBO
5
y 97.3 % de los SST. Asimismo, Escalante y
Hernández (2002), al tratar agua residual de una pe
-
queña granja porcina (4 m
3
de efuente) con una baja
concentración de contaminantes (900 mg/L DQO y
590 mg/L DBO
5
) en un sistema de tratamiento com-
puesto por separación sólido/líquido, laguna anaero
-
bia, laguna ±acultativa y tres lagunas de maduración
con un TRH total de 34 d obtuvieron una remoción
de 88 % de la DQO, 73 % de los SST y una reducción
entre tres a cinco unidades logarítmicas de coli±ormes
±ecales. Sin embargo, es importante subrayar que aún
cuando las eFciencias en los sistemas con digestor
dalys son buenas, incluso al compararlas con siste-
mas que operan a escalas laboratorio y piloto con
más control, el efuente que producen aún tiene una
contaminación importante. Por esto, es indispensable
adicionar un postratamiento después del tratamiento
anaerobio para incrementar la remoción de nitrógeno,
SST, materia orgánica y C² y así alcanzar la calidad
que se requiere para cumplir con la normatividad
mexicana sobre descargas a cuerpos receptores
(NOM-001-SEMARNAT-1996) y, si lo que se re
-
quiere es cumplir con la normatividad para reuso
en riego agrícola (NOM-003-SEMARNAT-1997),
también es ncesario un postratamiento para abatir
la concentración de SST y C² principalmente. Al
respecto, varios autores han presentado sistemas
de tratamiento compuestos por al menos dos etapas
que incluyen procesos biológicos anaerobios y/o
procesos aerobios y/o procesos ±ísico-químicos.
Por ejemplo, Liang-Wei
et al
. (2006) presentan dos
opciones de tratamiento: la primera consiste en un
reactor anaerobio con circulación interna seguido de
un sistema SBR. En este caso, el reactor anaerobio
presentó una remoción del 80 % de DQO (al aplicar
una carga de 6-7 kg DQO/m
3
/d) y en el SBR de me-
jora solamente se removió un 7.5 % adicional de la
DQO, pero se pudo remover un 81 % del nitrógeno
en ±orma de N-NH
4
+
. La segunda opción consistió
en utilizar solamente un SBR con circulación interna
con un TRH de 5-6 d. En este caso, las eFciencias
±ueron superiores: 95.5 % de la DQO y 99.4 % del
N-NH
4
+
. Por otra parte, Vanotti
et al
. (2007) utiliza-
ron un sistema de tratamiento que incluye inyección
de polímero para separación sólido/líquido, una etapa
de desnitriFcación biológica y una etapa de precipi
-
tación de ±ós±oro y desin±ección para tratar las aguas
residuales porcinas de una granja de engorda de 4400
cerdos y reportan eFciencias de remoción de 99.7 %
de la DBO
5
, 97.6 % de los SST, 98.5 del NTK y 98.7
del P-total. Sin embargo, el postratamiento también
debe ser apropiado para el contexto socioeconómico
y la capacidad de operación y mantenimiento de las
granjas por lo que se recomienda que el postratamien
-
to sea un proceso que requiera muy poca operación y
mantenimiento y que sea de bajo costo de operación.
Al respecto Garzón-Zúñiga
et al
. (2007) reportan
que al utilizar un sistema de bajo costo y necesidad
de poco tiempo para operarlo y mantenerlo obtienen
CUADRO VIII.
DESEMPEÑO DEL TREN DE TRATAMIENTO COMPUESTO POR UN DIGESTOR ANAEROBIO
+ 2 LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN EN SERIE INSTALADO EN LA GRANJA 5
Parámetro
Granja 5*
Agua
residual
cruda
Salida
digestor
anaerobio
Remoción
en digestor
(%)
Salida
Laguna de
estabilización
Remoción
en Laguna
(%)
Remoción
Total
(%)
DQO (mg/L)
3 808.60
282.00
92.60
698.4
–147.66
81.66
DBO
5
(mg/L)
1 656.67
58.50
96.47
87.5
–49.57
94.72
SST (mg/L)
1 994.05
321.65
83.87
455.13
–41.50
77.18
SSV (mg/L)
1 852.38
298.08
83.91
455.13
–52.69
75.43
Alcalinidad (mg CaCO3/L)
1 155.00
2 919.00
–152.73
2730
6.47
–136.36
NTK (mg/L)
748.00
714
4.55
N-NH
4
+
(mg/L)
490.00
464
5.31
N-(NO
2
+ NO
3
) (mg/L)
0.13
0.13
0.0
0.00
P
Total
(mg/L)
41.4
25.1
39.5
38.8
–55.01
6.16
pH
6.87
8.22
8.22
Coli±ormes ±ecal.
1.60E+08
5.40E+06
96.63
5.40E+05
90.00
99.66
* Granja porcina mediana ubicada en zona templada
M.A. Garzón-Zúñiga y G. Buelna
78
una efciencia de remoción de 99 % de la DBO
5
;
98 % de los SST y 99.7 % del N-NH
4
+
al tratar
agua residual porcina de una granja pequeña de tipo
ciclo completo previamente sedimentada, con una
concentración media-alta de contaminantes (DQO
inicial de 15 000 mg/L). El sistema en cuestión es
un fltro rociador aireado en el cual la biopelícula
crece sobre un material fltrante orgánico de astillas
de coníFeras y turba. Por otra parte, Escalante-Estrada
y Garzón-Zúñiga (2010) proponen el siguiente sis
-
tema de tratamiento para obtener un e±uente con
una concentración de DBO
5
de 30 mg/L y menos
de 1000 C²/100 mL en una granja porcina mediana
(5000 cerdos), que presenta una concentración de
contaminantes media (DBO
5
inicial de 15061 mg/L
y 9.2E+08 C²): a) sistema de separación de sólidos
suspendidos totales seguido de digestión anaerobia y
como postratamiento de mejora, un sistema lagunar
(dos Facultativas y dos de maduración) con un TRH
global de 41 d. ²inalmente, Hernández
et al
. (2010)
reportan que al tratar el agua residual porcina de una
granja de engorda de tamaño medio (5000 cerdos)
previamente cribada y sedimentada con concentra-
ción media de contaminantes de 13000 ³ 3325 mg/L
de DQO in±uente en un sistema compuesto por dos
fltros rociadores empacados con material de soporte
para la biopelícula orgánico, compuestos por trozos
de madera de fcus (
Ficus benjamina
), obtuvieron una
efciencia de remoción de 93 % de la DQO, 92 % de
los SST y 97 % del N-NH
4
+
. Como se ha podido ver
sí existen sistemas de postratamiento apropiados para
poder llevar el tratamiento de las aguas residuales de
granjas porcinas a los niveles que se requieren para
su adecuada descarga a cuerpos de agua receptores o
para su reuso en riego agrícola, por lo que es impor
-
tante que los productores continúen trabajando para
mejorar la calidad de sus e±uentes.
CONCLUSIONES
1. En las aguas residuales de granjas porcinas se
presenta una alta variación en la concentración de
contaminantes dependiendo del proceso productivo
(maternidad, destete, engorda, mezcla, ciclo completo),
tamaño de la granja y manejo del agua. Existe una co
-
rrelación entre el tamaño de la granja y el uso efciente
del agua. Generalmente a mayor tamaño de granja, el
agua se utiliza de Forma más efciente y la concentra
-
ción de contaminantes en el e±uente es mayor.
2. El tratamiento en una Fosa de homogeneización
no puede considerarse como completo por presentar
bajas efciencias de remoción de contaminantes (SST
47 %; DBO
5
27 %; N-NH
4
+
32 % y una unidad lo
-
garítmica de C²).
3. Adicionar enzimas a una Fosa aumentó las con
-
centraciones de SST, DQO y DBO
5
en 23, 10 y 16 %
respectivamente, probablemente debido a la desin-
tegración de las excretas por el ataque enzimático y
liberación de compuestos a la Fase líquida. Mientras
que las concentraciones de NTK y P-total presentaron
una ligera disminución de 23 y 6 % respectivamente.
4. La utilización de digestores anaerobios de líqui
-
dos y sólidos (dalys) con altos tiempos de retención
hidráulico (TRH ≥ 60 d), mejoró notablemente el
tratamiento de e±uentes de granjas porcinas, alcan
-
zando las siguientes efciencias de remoción: SST ≥
92.5 %; DQO ≥ 97 %; DBO
5
≥ 96 %; P-T ≥ 66 % y
2 unidades logarítmicas de C².
5. Se observó que colocar una Fosa de homoge
-
neización previa a un dalys no mejoró la efciencia
de tratamiento ya que las Funciones principales de
la Fosa (homogeneización y sedimentación) ocurren
también en el dalys.
6.- El sistema de tratamiento constituido por un
dalys más dos lagunas en serie presentó muy buenas
efciencias de remoción globales: SST ≥ 94 %; DQO
≥ 99 %; DBO
5
≥ 99.5 %; P-T ≥ 72 %, NTK 26.5 %
y cuatro unidades logarítmicas de C². Sin embargo,
el e±uente aún no cumple con las regulaciones mexi
-
canas por altas concentraciones de nitrógeno y C².
7. Para que el e±uente de los dalys pueda alcan
-
zar las concentraciones que marca la normatividad
mexicana para descarga en cuerpo receptor o para
reuso en riego, se requiere un postratamiento aerobio,
adecuado para reducir la concentración de nitrógeno,
materia orgánica, SST y C².
8. En relación con lo anterior, la mejor opción es
un sistema de tratamiento de bajo costo de operación
y mantenimiento que no requiere personal altamente
capacitado para ser operado, que presente altas ef
-
ciencias de remoción y que genere e±uentes tratados
que cumplen con la regulación mexicana (Buelna
et
al
. 2008 y Hernández
et al
. 2010); el cual consiste
en un fltro aireado empacado con materiales orgá
-
nicos, p.e. astillas de madera y fbras vegetales, que
Funcionan como medio de soporte y como un carbón
activado simultáneamente.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Instituto Mexicano de Tecnología
del Agua y al Centre de Recherche Industrielle du
Québec, Canadá, por el apoyo económico para la
realización del presente trabajo.
CARACTERIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PORCINAS
79
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