Evaluación de la planta piloto de tratamiento de aguas residuales del café: características químicas

1. Resumen
3. Metodología
4. Materiales y
   métodos
5. Resultados y
   discusión
6. Conclusiones
7. Bibliografía
8. Anexos

RESUMEN

Las aguas residuales del procesamiento o beneficiado
húmedo del café son consideradas como una de las
fuentes de
mayor contaminación orgánica en la zona
cafetalera del soconusco. Se han realizado diversos trabajos
antecedentes sobre el impacto ambiental
de la descarga de estas aguas en los ríos o cuerpos
receptores en la región.

El objetivo de
este trabajo es el
de evaluar la eficiencia del
sistema de
tratamiento compuesta por: tratamiento primario (sedimentadores y
amortiguador); tratamiento secundario (reactores secuenciales por
lotes) y; tratamiento terciario (humedales artificiales). En la
disminución de la
contaminación química, del agua miel
proveniente del beneficiado húmedo, así como las
descargas de uso domestico de la población de la finca (300- 450 habitantes)
para cumplir con los límites
permisibles exigido por Normas Oficial.
Los principales resultados se obtuvieron para el periodo de
septiembre a diciembre del 2003. Las determinaciones se
realizaron en el laboratorio de
la Facultad de Ciencias
Químicas de la UNACH y fueron: Parámetros
Químicos: pH, demanda
química de oxigeno (DQO),
cianuros, cadmio, zinc, níquel, cobre, cromo
hexavalente, plomo. Los parámetros anteriores se
determinaron utilizando los métodos de
análisis de acuerdo a las Normas Oficiales
Mexicanas y el Standard Methods 20th
Edition.

Se evaluaron el agua del
beneficio húmedo del café y las aguas servidas que
ingresan a la planta por separado en determinados
parámetros.

Los resultados establecen la eficiencia de la planta
según los limites permisibles por la Norma Oficial
Mexicana, obteniéndose rendimientos de depuración
de carga orgánica altos (94-99.9 %), no se encontraron
metales
tóxicos arriba de lo permisible e inclusive en algunas
muestras no se presentaron evidencia de ellos.

De acuerdo al análisis de la información obtenida se puede concluir que
este sistema puede ser aplicable en toda la región tomando
en cuenta las mejores condiciones de operación y mantenimiento.

Palabras Claves: Sistema de tratamiento,
Reactores secuenciales por lotes, Humedales artificiales,
Proceso del
café.

EVALUATION OF THE PILOT PLANT SYSTEM
TREATMENT RESIDUAL WATERS OF
COFFEE.

ABSTRACT

Residual waters of coffee processing are considered as
one of the more important polluting organic sources. Many efforts
have been carried out to reduce the negative environmental impact
to release into rivers and creeks which environmental
damage.

The objective of this investigation was to evaluate the
efficient treatment system by primary system (Sedimentations and
buffer), secondary system (Sequential batch reactor) and system
tertiary (Constructed wetland). Chemical pollution removal in
effluent of the processing coffee and residual water from 300-450
peoples this accords limits permissible Norms
Officials.

The results principals were getting from September to
December 2003. These experiments were carrying out at the
laboratory of Faculty of Science Chemistry from UNACH and
were:

Parameters chemicals: pH, Chemical oxygen demand (COD),
Cianuro, Cd, Zn, Ni,
Cu, Cr+6, Pb.

The parameters were determined by standard methods 20th
edition and Officials Mexicans Norms (OMN). We are choice to
evaluate both the residual water of process coffee and
wastewaters of population in parameters different.

The results obtained show a high affectivity treatment
system in the permissible limits by OMN, we getting high
depuration of matter organic (94-99.9 %) Not found toxics
metals.

Based on this study the pilot plant can be ideal
technologies for this area taking condition of cost, operation
and maintenance.

Key words: treatments system, searching batch
reactor, artificial wetlands, process coffee.

INTRODUCCION

La costa de Chiapas es un
estado
sustentado históricamente en la agricultura y
dentro de esta encontramos al café, que ha sido el cultivo
de mayor importancia social y económica. La crisis en los
precios
internacionales y la fuerte diversificación productiva en
los últimos años lo han relegado como la fuente del
sustento económico de la entidad aun así, la
producción
de café sigue vigente (Pohlan et al.,
2002).

El café maduro presenta una composición en
la cual el grano, que es la parte aprovechable para el proceso,
representa el 20% del volumen total de
la fruta, de manera tal que, el procesamiento de beneficiado
genera un 80% del volumen procesado en calidad de
desechos, cada uno en un grado diferente constituyendo un
riesgo para el
medio ambiente
si no se reutiliza de una manera inteligente para otros
propósitos utilizando los principios de
producción más limpia. Existen dos
tipos de proceso de beneficiado: seco y húmedo, en la
finca Argovia se utiliza ambos beneficiados, por lo cual se
consumen grandes cantidades de agua en el proceso, el cual al
final se convierte en desechos (Pujol, et al.,
2001).

El beneficiado húmedo del café genera tres
diferentes contaminantes: aguas de despulpado, aguas de lavado y
la pulpa cuando es vertida a los ríos. El beneficiado de
un kilogramo de café verde provoca mediante la
generación de las aguas de lavado y despulpado, una
contaminación equivalente a la generada por 5.6 personas
adultas durante un día (Pujol et al., 2001;
Hernández et al., 2000). La concentración de
la materia
orgánica en las aguas procedente del fermento del
café depende del volumen utilizado por el beneficio, y en
particular si hay recirculación de agua o no.

Estudios realizados por Claass (en el 2002) en esta
planta, muestran que la concentración se ubica entre 7000
y 12000 mg/l de DQO y con un pH de 3.8 para este beneficio; como
comparación un agua negra urbana tiene generalmente entre
500 a 1000 mg/l de DQO (Metcalf-eddy., 1985).

Un beneficio generalmente no esta solo, en ocasiones en
una cuenca hidrológica vierten sus aguas varias
agro-industria

s o una sucesión de fincas cafetaleras; en el
mismo río se juntan también las aguas negras de
localidades cercanas. La importancia de tratar las aguas de los
beneficios radica en que la oxidación de la materia
orgánica contenida en el agua se efectúa por medio
de la microflora de bacterias que
se alimentan de la materia consumiendo el oxígeno
disuelto en el agua. En caso de descarga importante de materia
como es el caso del vertido del Fermento, se agota el
oxígeno (anaerobiosis), y se destruye por asfixia la
fauna y flora
acuática (Hernández et al.,
2000).

METODOLOGIA

Sistema De Tratamiento De Aguas
Residuales

El sistema combinado para el tratamiento de las aguas
residuales se encuentra ubicado en la finca Argovia y se localiza
entre los 15° 02' de latitud norte y 92° 18' de longitud
oeste a 620 msnm. En el municipio de Tapachula Chiapas. Este
sistema se instalo de acuerdo al programa Public
Private Partnership (PPP) de la Sociedad
Alemana para Inversión y Desarrollo
(DEG), las empresas AquaPlan
y ATB tecnologías Ambientales planearon y construyeron
mutuamente con la Comisión Nacional del Agua (CNA) de
México.

La planta consiste en tres tanques de
sedimentación, un amortiguador y dos taques de tratamiento
de reactores secuénciales por lotes (SBR), de diferentes
capacidades (ver figura 1).

En el cual el SBR1 trabaja todo el año y el SBR2
trabaja durante la temporada de la cosecha, al agua tratada se le
da un tratamiento terciario pasándolo a través del
humedal de flujo vertical y los lodos que se generan son
estabilizados por humificación a través de un
humedal de composteo. (Baumann et al., 2003)

El funcionamiento pleno de la planta empezó a
partir del día 20 de septiembre del 2003 y término
el día 15 de diciembre del 2003. Durante el mes de octubre
se le realizo un mantenimiento correctivo al sistema en general
y, además se considero colocar una reja para separar los
sólidos no biodegradables y elementos extraños
provenientes de las aguas del influente a la planta.

MATERIALES Y
METODOS

Materiales

Los puntos de muestreo fueron:
del influente de agua servida, efluente de salida general, de los
sedimentadores, el amortiguador, los reactores (SBR1 Y SBR2) y
del agua de fermento procedente del beneficio húmedo. La
planta tiene capacidad para una carga contaminante de 15,000 mg/l
de DQO y un volumen diario de 10 m3, según la
norma técnica europea se cuenta en promedio con una carga
contaminante por habitante de 40 g de DBO (aprox. 60 g de DQO) a
partir de esto se calculo una carga contaminante total para la
finca equivalente a 2500 habitantes (U.S.E.P.A., 1993). La planta
trata 7000 lts/día en época de cosecha del
café (septiembre-diciembre, 2003).

Método de
Muestreo

Las muestras se extrajeron en recipientes de plástico
limpio y frascos de vidrio de
diferentes capacidades de acuerdo al parámetro a ensayar,
de modo puntual se les determino pH, conductividad y temperatura.;
se les etiqueto, conservo y se remitió inmediatamente al
laboratorio el mismo día del muestreo.

El protocolo de
muestreo fue similar en todas las tomas. Las muestras fueron
tomadas en intervalos de tiempo y
espacio en la hora de llegada del agua del fermento a la planta
(11:00 a.m.- 13:00 p.m.). La cantidad de muestra colectada
en cada punto muestreo dependía del parámetro a
determinar. Las pruebas se
repitieron en dos diferentes días por 14 semanas; las
muestras se tomaron los miércoles y viernes a
través de todo el periodo de estudio, pero en algunos
casos las inclemencias del tiempo no permitieron el acceso para
las tomas de muestra en ese día. Se eligió evaluar
el agua de fermento del beneficio húmedo del café y
las aguas servidas que ingresan a la planta por separado en
ciertos parámetros.

Las determinaciones realizadas en el laboratorio fueron:
Parámetros Químicos: pH, demanda química de
oxigeno (DQO), cianuro, cadmio, zinc, níquel, cobre, cromo
hexavalente, plomo.

Métodos de análisis.

La Demanda Química de oxigeno (DQO) fue medido
por el método
colorimétrico (5220-D), de digestión de reflujo
cerrado de acuerdo al Standard Methods (APHA, 1998). El pH fue
medido con un Multiparametro Modelo
Multilab5 de WTW. Cianuro, cadmio, zinc, níquel, cobre,
cromo hexavalente, plomo fueron medidos con un
Espectrofotómetro DR/2500 Odissey de Hach. Los resultados
fueron expresados de acuerdo al ensayo
realizado.

Análisis estadístico.

Para estudiar la variación en la
concentración en todo el periodo de los parámetros
ensayados se realizo análisis estadístico por
grupos
pareados con el estadístico de prueba "t" de student y
análisis de varianza (ANVA) con el estadístico de
prueba "f" para determinar la variación entre grupos y
dentro de grupos (error α≤ 5 %)

RESULTADOS Y
DISCUSIÓN.

Se discuten los resultados obtenidos durante la evaluación
del funcionamiento de la planta de tratamientos de aguas
residuales del beneficio húmedo de café.

Variación de la Demanda Química de
Oxígeno (mg/l).

La tabla 1 presenta el análisis
estadísticos; para el agua servida vs salida
general no se encontró diferencia significativa (p=0.509);
para el agua de fermento vs salida general se
encontró diferencia altamente significativa (p= 0). El
comportamiento
de la concentración, flujo y conducta de la
Demanda Química de Oxigeno (DQO) del agua servida esta en
función
de la densidad de
población en la finca a través del tiempo, siendo
el agua de fermento la mayor cantidad de carga orgánica
que aporta a la planta y depende de la cantidad de café
beneficiado diariamente (fig.1); los resultados de DQO
presentados por Claass en el 2002 presentan similitudes
(7000-12000 mg/l), para el mismo beneficio. La
concentración de DQO de la salida general presenta
estabilización a partir de la primera semana de octubre
siendo el tratamiento efectivo y depende de factores propios de
la planta.

El análisis estadístico entre el SBR1
vs SBR2 (ver tabla 1) se encontró diferencia
significativa (p=0.029) , la variación entre ambos
reactores es debido principalmente al tiempo de adaptación
que requieren los microorganismos a la alta carga orgánica
que ingresa a los reactores(ver fig.2); en el SBR1 se observa que
la biomasa no se adaptó a los componentes del agua
residual, este efecto se puede atribuir a diferentes causas: a)
Una de que no existe la suficiente homogenización del
caudal de alta carga orgánica que entra y afecta a la
biomasa; b) fallas en los ciclos de trabajo debido a que la
planta funciona de manera automática y, c) variaciones de
voltaje que pueden afectar la eficiencia de la planta. La figura
2 presenta el comportamiento de DQO obtenidos de los reactores
SBR1 y SBR2.

Variación de
pH.

La tabla 2 presenta el análisis
estadístico entre el agua servida vs salida, el
SBR1 vs SBR2 y el agua de salida vs agua de
fermento presentando diferencias altamente significativas durante
todo el periodo de trabajo. La concentración de pH de las
aguas servidas existe variación pero no es la causa
principal de la acidez encontrada, esto se debe principalmente a
los ácidos
orgánicos que se generan en el fermento y es uno de los
factores limitantes para el desempeño de las bacterias y el buen
funcionamiento de la planta (ver fig.4). La concentración
de acidez de los reactores se presenta en el promedio en que las
bacterias pueden sostener su trabajo, la diferencia entre ellos
se debe a la homogenización de los inyectores de oxigeno y
los lodos activados como consecuencia del volumen de agua a
tratar y el periodo de trabajo ya que el SBR1 trabaja durante
todo el año y el SBR2 durante la época de cosecha,
para posteriormente encontrar su punto de adaptación a las
condiciones ambientales, observándose un aumento
significativo de pH (ver fig. 5). El pH de las aguas de fermento
se encuentra en los rangos de acidez reportados por Claass
(2003). La importancia en el aumento del pH de la descarga
general es benéfico por lo que es posible la
reutilización del agua e o depositarlos en los cuerpos de
agua.

Metales.

La tabla 3 presenta el análisis
estadístico níquel, cromo hexavalente y cobre
(mg/l) entre agua servida y en la salida de la planta. En la cual
no existe diferencia significativa y las concentraciones
obtenidas están por debajo de los límites de la
Norma Oficial Mexicana La presencia de estos metales puede
deberse a trabajos propios de la finca ya que cuentan con
talleres de mecánica, soldadura,
carpintería etc.

Parámetros de plomo, cadmio, cianuro, solo se
determinaron en la descarga de la salida principal, mismos que no
se presentaron durante el monitoreo.

CONCLUSIONES.

Con la información obtenida del monitoreo para la
evaluación de la planta de tratamiento, se puede concluir
que la planta piloto está dentro de los límites
permisibles establecidas por la Norma Mexicana
NOM-003-SEMARNAT-1997. Los porcentajes de reducción de la
DQO y coliformes fecales obtenidos en el tratamiento de las aguas
residuales en la planta son del 99%, mismo que se considera como
altamente significativo, considerando tanto las aguas residuales
de origen doméstico como el agua de fermento. La
temperatura del agua está directamente relacionada con la
temperatura ambiental y los aireadores de los reactores
secuenciales.

Con los resultados obtenidos en este trabajo, se hace
necesario estudiar por separado los tanques sedimentadores y los
humedales artificiales con el fin de extender esta tecnología de
tratamiento de aguas residuales para el beneficio húmedo
de café en la Zona Cafetalera del Soconusco.

BIBLIOGRAFIA.

Baumann, J., Claass, m., Galatos, H., Giessemann, B.,
Baumann, D. (2003) La planta piloto de tratamiento de aguas
residuales del café, Finca Argovia. Segundo diplomado
sobre desarrollo de zonas cafetaleras. ECOSUR, Tapachula,
Chiapas, México.

Baumann, J., (2003) Logros del Programa de Expertos
Integrados CIM-CNA 197-2003. Conservación de Suelos y Agua
para la costa de Chiapas.

Claass, M., (2003) Realización de una planta
piloto de tratamiento descentralizada. Documentación e investigación de una pequeña
planta técnica-biológica para aguas residuales de
la producción del café, desde la planeación hasta la optimización,
Tesis.
Facultad de Técnicas
Ambientales y de Biotécnica. Fachhochschule Huyesen
Friedberg, Alemania.

Folleto informativo de tegnologia de aguas residuales
(1999) "reactores secuenciales por tandas"

united states environmental protection agency. Office of water
Washington D.C.

EPA 832-F-99-073

HERNÁNDEZ, J; HIDALGO, G. 2000. Evaluación
de 3 metodologías para reducir los niveles de

Contaminantes en efluentes de tratamiento primario de
las aguas residuales del procesamiento del café en
costa rica.
Trabajo de Graduación. Universidad
EARTH. Guácimo, Costa Rica, 85

Lara, J., Salgot, M., (1999) Tesis: Depuración de
aguas residuales municipales con humedales

artificiales. Instituto catalán de
tecnología, Universidad politécnica de
Cataluña Master en ingeniería y Gestión
ambiental. Barcelona, España.

Metcalf-Eddy (1985). Ingeniería sanitaria
tratamiento evacuación y reutilización de las
aguas

residuales. Editorial Labor; Barcelona,
España,

NORMA Oficial Mexicana NOM-003-SEMARNAT-1997 Que
establece los límites máximos

permisibles de contaminantes para las aguas residuales
tratadas que se reusen en servicios

al publico.

Pujol, R., Zamora, L., Sanarrusia, M., Bonilla, F.
(2000) Estudio de Impacto Ambiental del Cultivo y Procesamiento
del Café. Programa de desarrollo urbano sostenible.
Universidad de Costa Rica. San José, costa
rica.

Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater 20th Edition (1998) prepared and published jointly
by American Public Health Association, American Water Works
Association and Water Environment Federation.

USEPA (2000). Constructed Wetlands treatment of
Municipal Wastewaters US.EPA

625/R99/010, Cincinnati, Ohio, USA.

ANEXOS

Tabla 1. Análisis de grupos
pareados de los valores
obtenidos de DQO en el agua servida vs

salida, fermento vs salida y
SBR1vs SBR2.

Tabla 2. Análisis de grupos
pareados de los valores
obtenidos de pH.

Tabla 3. Análisis de grupos
pareados para especies de metales

Para ver la tabla seleccione la
opción "Descargar" del menú superior

 Fig. 1 Esquema de la Planta
Piloto de Tratamiento de Aguas Residuales.

Fig.2 Evolución de de la Materia Organica(DQO) en
agua servida, salida y fermento.

Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior

Fig.3 Evolución de de la
Materia Organica(DQO) en los reactores secueniales por lotes
(SBR1 ySBR2).

Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior

Fig.4 Evolución del Potencial
de Hidrogeno(pH) en agua servida, salida y
fermento.

Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior

Fig.5 Evolución del potencial
de Hidrogeno(pH) en los Reactores Secuencuales por Lotes (SBR1 y
SBR2).

AGRADECIMIENTOS Este proyecto fue
financiado bajo el convenio de colaboración CNA-UNACH No.
SGIH-FS-CHS-03-TT-068-RF-CC. "Programa de Monitoreo de Erosión
Hídrica, manejo del agua y preservación del
suelo en
sitios representativos de la Cuenca del Río
Huehuetán, Chiapas." Se agradece la colaboración en
el análisis estadístico al MC. Miguel Ángel
Rodríguez Feliciano.

Orozco, C. (1)

Barrientos, H. (1)

Lopezlena A. (1)

Cruz J. (1)

Selvas C. (1)

Osorio El. (1)

Osorio Ed. (1)

Chávez R. (1)

Miranda, J.

Arellano J. (2)

Giesseman, B. (3)

Facultad de Ciencias Químicas-UNACH
(1)

Comisión Nacional del Agua-GRFS
(2)

Finca Argovia (3)