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TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE ESTABLECIMIENTOS AVICOLAS USANDO REACTORES DE PELICULA FIJA
RESUMEN En años
recientes el constante incremento en la demanda de establecimientos
avícolas y sus productos se ha traducido en una importante expansión
del mercado. Muchos establecimientos han respondido a las presiones
del mercado expandiendo los equipos existentes con el objeto de
aumentar y modernizar sus operaciones de proceso. Una parte esencial
de muchos proyectos de expansión es la planificación y construcción
de las instalaciones de tratamiento de efluentes. La realización de
las modificaciones necesarias al costo mas bajo posible y con
mínimas interrupciones en la producción requiere una cuidadosa
planificación y ejecución. En la
preparación del proyecto de planificación, el staff de ingeniería de
Wampler-Longacre Chicken Inc. (WLC), una subsidiaria de WLR Foods
Inc., evaluó cuidadosamente varias alternativas para el aumento de
la capacidad de la planta de tratamiento de efluentes. Como
resultado del proceso de evaluación, se seleccionó para diseño final
y para construcción un sistema de reactor biológico de película
fija. En 1990 WLC comenzó a planificar la ampliación del matadero de aves y de los equipos de proceso en Moorefield, West Virginia. El objetivo del proyecto de expansión, con un valor de U$A 42.000.000 fue construir una nueva instalación para la conversión de proteínas (planta Rendering) y todos los equipos necesarios para duplicar la producción de la planta de procesamiento. El proyecto incluyó la expansión de un criadero y el sector de alimentación ya existentes fuera de los límites de la planta, la construcción de un nuevo centro de mantenimiento de vehículos también off-site, la ampliación de la planta de procesamiento existente, la construcción de una nueva planta Rendering y ampliación de la planta de tratamiento de efluentes ya existente. La planificación y ejecución de la ampliación requirió cerca de 3 (tres) años en completarse, con el gerenciamiento del proyecto y gran parte de la ingeniería y construcción del mismo realizado por staff propio de WLR. Dado que WLR es
una empresa integrada verticalmente (por ejemplo todos los aspectos
de producción son controlados por la compañía) el proyecto tuvo que
ser cuidadosamente preparado y coordinado. Previamente a la expansión, la planta procesaba aproximadamente 177,000 aves por día. La producción luego de la expansión fue de aproximadamente 355,000 aves por día. Se esperaba que con la construcción de la nueva planta Rendering y el incremento en la producción avícola, el caudal diario de efluentes aumentase cerca de 227 m3/h. Los equipos existentes de tratamiento de efluentes no eran los adecuados para el aumento anticipado de los caudales. La descarga de la planta existente de tratamiento de efluentes estaba limitada a 165 m3/h por condiciones exigidas por las normas. Las instituciones reguladoras no permiten un aumento significativo en los caudales de efluentes a menos que la planta de tratamiento se amplíe. |
TECNOLOGIAS: TRATAMIENTO SECUNDARIO DE EFLUENTES LIQUIDOS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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TECNOLOGIAS: TRATAMIENTO SECUNDARIO DE EFLUENTES LIQUIDOS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| En la foto se ve un
reactor biológico que diseñe en 1999. Se puede ver de derecha a
izquierda, el biolfiltro con cintas verticales, un sistema con
aireadores y luego los sedimentadores. Como se puede ver al
biofiltro no le puse un distribuidor rotativo sino que la
distribución de liquido la hago con toberas.
SISTEMA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES EXISTENTE Previamente a la expansión, el efluente de proceso era filtrado, bombeado a una unidad de flotación (DAF) y luego a ecualización, antes de entrar al sistema de tratamiento biológico. Se proveyó al tratamiento biológico con un canal de oxidación seguido de clarificación y cloración. El agua tratada descargaba a un tributario mayor del Río Potomac. El barro resultante del DAF fue secado con dos prensas continuas y transportado para disposición final. El barro activado fue almacenado in-situ y se incorporó a tierras en el área de Moorefield. Muchos de los componentes del sistema fueron instalados en la década de los 80 y, con la excepción de capacidad de aireación adicional, no había sido alterada significativamente desde su instalación. El sistema había funcionado bien, cumpliendo correctamente las condiciones que indicaban las normas de regulación. En la Tabla 1 se muestran datos de los efluentes para los 8 meses previos a la ampliación. |
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| Aquí se puede ver un
detalle del distribuidor rotativo superior de Moorefield. Es
impulsado por un motorreductor aunque hay otros proyectos en los que
la fuerza de salida del agua mueve el distribuidor.
TABLA 1: Datos del efluente de la planta existente - 1992 Promedio anual
·CRITERIOS DE DISEÑO Antes de la ampliación de la planta de proceso, las plumas del área de pelado y vísceras del área evisceración eran transportados a un lugar separado dentro de la planta de proceso. En esa "sala de desechos" las plumas y vísceras se separaban de la corriente líquida usando filtros de tambor rotativo. El material recolectado en los filtros se transfería a un trailer abierto para transportarlo a disposición final. El efluente resultante se bombeaba a la planta existente de tratamiento de efluentes. La construcción de la planta de procesamiento ampliada requería el abandono de la Sala de desechos existente. Debía construirse una nueva Sala de desechos en otra ubicación. Para minimizar la interrupción del servicio y asegurar el rápido procesamiento del desecho recogido, se decidió en la fase temprana de planificación del proyecto que la nueva sala de desechos sería construida como una extensión de la planta Rendering. Dentro de la
sala de desechos se ubicarían todos los procesos preliminares de
tratamiento. En principio, los equipos de tratamiento incluían 4
filtros de tambor rotativo, alimentados internamente, de malla de
gruesa, 2 filtros de tambor rotativo, alimentados internamente, de
malla de fina y 2 unidades de flotación (DAF). Los sólidos recogidos
debían transferirse Al ubicar todos los procesos de pretratamiento en la planta Rendering, se redujo considerablemente el espacio requerido para la ampliación de los equipos de tratamiento de efluentes. Esto también permitió que el staff de ingeniería de WLC se concentrase en métodos tendientes a aumentar las capacidades de tratamiento biológico en la planta de tratamiento de efluentes. Sobre la base de los datos operativos existentes y el conocimiento de los cambios anticipados en la producción, se estableció un criterio de diseño. La Tabla 2 resume esos criterios de diseño. |
TECNOLOGIAS: TRATAMIENTO SECUNDARIO DE EFLUENTES LIQUIDOS
TECNOLOGIAS: TRATAMIENTO SECUNDARIO DE EFLUENTES LIQUIDOS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Desde esta vista se
puede ver el biofiltro de Moorefield separado en dos cuerpos. Esto
permite la flexibilidad de operar solo con uno de ellos cuando hay
poco caudal de efluente o con ambos cuerpos en zona de alta
producción.
TABLA 2:
CRITERIO DE DISEÑO
Basado en esos criterios de diseño, se desarrollaron y evaluaron 5 opciones de tratamiento biológico. Los procesos considerados fueron: 1. Reactores batch secuenciales (SBR) 2. Canal de oxidación y clarificador final 3. Laguna aeróbica y Clarificador integral 4. Barros activados de mezcla completa y clarificador final 5. Sistema
biotorre ·ESTUDIO PILOTO DE LA BIOTORRE Antes de
comenzar la planificación del proyecto Moorefield, WLR Foods estaba
evaluando el uso de un reactor de película fija en una de sus
plantas de proceso de pavos. Una parte de esta Sin embargo, debido a los problemas inherentes con los residuos avícolas y como estos tienen altas concentraciones de grasa en la entrada, taponamiento del distribuidor con sólidos grandes, taponamiento del medio, no se consideró apropiado el uso de una biotorre con medio tipo panal de abejas. El staff de ingeniería de WLR hizo saber sobre un nuevo tipo de medio que no tenía los problemas del otro y para evaluarlo, se implementó una planta piloto. Se arrendó por leasing una planta piloto conteniendo el nuevo medio a NSW Corporation por un período inicial de 6 meses. La unidad piloto usada durante el estudio tenía un medio sintético fabricado llamado SESSIL, mismo nombre que las bacterias que forman colonias pegándose a un material. Sessil es construido con cintas de polietileno de 30 mm de ancho con un refuerzo central de polietileno que corre a lo largo de cada cinta. El refuerzo de polietileno no solo provee tensión al medio, sino que también hace que la cinta se arrugue, lo que asegura una superficie segura para el crecimiento biológico. Los grupos de cintas se adhieren a soportes de madera que son sostenidos en los extremos y con el medio colgando verticalmente. |
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La tecnología de biofiltro permite visualizar el crecimiento de las bacterias sobre el medio plástico La unidad fue provista también con un distribuidor rotativo de velocidad variable y un sistema de pesada electrónica. El distribuidor de velocidad variable permitía que la planta pudiese ser operada a velocidades hidráulicas variables y el sistema de pesada electrónica permitía determinar la densidad biológica óptima. El reciclo tenía 2 pequeñas bombas centrífugas. Los caudales de reciclo y alimentación se monitorearon y controlaron usando vertederos en v. La unidad fue operada en la planta de procesamiento de pavos por un período de 5 meses. El propósito del estudio piloto era determinar si el sistema de biotorre podía ser usado como tratamiento suplementario a un sistema de barros activados y/o un posible reemplazo de una unidad DAF existente. El agua de alimentación a la unidad piloto se tomaba de 2 corrientes separadas. Durante la fase inicial del test, el efluente de carga a la unidad se tomó de la alimentación bruta que iba a la unidad DAF existente. Las concentraciones de DBO de la carga variaban entre 260 y 3,590 mg/l. Se ajustó el caudal de la carga con el objeto de proveer caudal de materia orgánica de 0.4 a 2 kg/(m3.dia) de medio. Los caudales de reciclo se ajustaron para mantener una mínima velocidad de humedecimiento de aproximadamente 32 l/m2 La unidad fue operada en este modo por un período de 3 meses. Durante la segunda fase del test, el efluente fue tomado de la descarga del DAF. Se ajustaron los caudales de alimentación y reciclo para mantener la carga orgánica y la velocidad de humedecimiento en rangos similares a la fase I. A través del estudio piloto, la torre Sessil produjo importantes reducciones en la DBO. Las velocidades de eliminación de DBO oscilaron entre 54% y 98%, con un pro medio por encima del 89% de remoción de DBO. Los resultados obtenidos durante el estudio piloto fueron usados por el staff de ingeniería de WLR para desarrollar los parámetros de diseño necesarios para un sistema a escala completa. Los excelentes resultados obtenidos durante el estudio piloto convencieron al staff de ingeniería a considerar un sistema de biotorre para la planta de Moorefield. Para evaluar el proceso mas allá de la etapa piloto, se llevó el equipo a Moorefield donde se la testeó durante 3 meses. Los datos obtenidos durante el estudio confirmaron el comportamiento previo del sistema y los parámetros de diseño. Basándose en los
resultados obtenidos durante el estudio piloto, se determinó que
podría usarse un sistema de biotorre para reducir la DBO lo
suficiente como para permitir al canal de oxidación existente actuar
como un desnitrificador. Los cálculos de diseño indicaban también
que la biomasa del canal de oxidación se reduciría
significativamente. El estudio también indicaba que habría una
marcada mejora en la sedimentación del barro. Como resultado, no fue
necesario construir el clarificador adicional previamente planeado.
Esto permitió que la capacidad de tratamiento del sistema de canal
aumentase mas del doble sin modificaciones. Inicialmente, el diseño de la torre incluía la construcción de dos 2 tanques de acero de 15 m de diámetro x 8 m de alto, circulares, abiertos arriba para albergar el medio con sostenes de madera para soportar 2200 m3 de medio Sessil. Sin embargo, por razones económicas, durante el diseño final se decidió usar una estructura individual rectangular de hormigón premoldeado, doble T, paneles inclinados hacia abajo. La estructura era de 15 m de lado con paneles laterales de hormigón premoldeado para sostener 2800 m3 de medio. Al elegir un diseño rectangular, se simplificó la construcción y se minimizaron los requerimientos de espacio. Adicionalmente, el diseño rectangular permitió la ubicación de la torre en un área desocupada para la ampliación de la planta de proceso y ubicando el medio en las esquinas proporcionó un 20% de capacidad de reserva. El objetivo del
staff de ingeniería de WLR era que el proceso tuviese la mayor
versatilidad posible. El sistema se diseñó con 2 torres separadas
dentro de la estructura rectangular individual. El diseño consideró
la operación independiente de las torres (cualquiera de ellas
operando sola), la operación de las torres en serie o en paralelo, o
el bypass completo de las torres o del canal de oxidación.
Para cada una de las 2 torres se dispone de un sistema de pesada del medio. Pequeñas áreas dentro del medio instalado fueron sostenidas por un armazón giratorio conteniendo una celda de carga hidráulica. La salida de esta celda se transmite a un transductor ubicado en la senda debajo de la superficie de la torre. El peso de la porción representativa de la media se mostraba continuamente en un medidor LED. La unidad también tiene una señal de salida de 4 - 20 miliamperes que está conectado a controladores de velocidad variable en los distribuidores rotativos. El sistema fue diseñado para controlar la velocidad del distribuidor basada en el peso del biocrecimiento del medio. Acelerando o desacelerando el distribuidor, puede mantenerse una biomasa óptima mediante el desprendimiento controlado. El piso de las torres debió ser rellenado e inclinado para la descarga separada de cada torre. La descarga de las torres entraba a un pozo en el que se ubicaron 2 bombas sumergibles de reciclo. El caudal excedente abandonaba el sistema de biotorre a través de un vertedero de hormigón que conducía al líquido al canal de oxidación o, si el canal estuviese fuera de servicio, al clarificador final existente. El proceso de diseño fue una colaboración conjunta entre WLR, Tindall Corp., NSW Corp. y BATCO Inc. Estas empresas trabajaron esforzadamente en el proceso de diseño. NSW proveyó datos relativos al medio, el sistema de pesada y los distribuidores rotativos. Tindall fue seleccionada para suministrar los paneles de hormigón premoldeado y soportes, asistiendo también en la ingeniería estructural del diseño. BATCO una firma consultora de ingeniería encargada de proporcionar la ingeniería en muchos de los sistemas de tuberías y bombas, planos de producción así como asistencia en ingeniería estructural. Aproximadamente se requirieron 4 meses para completar el diseño final. |
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| Esta vista permite
ver una de las alternativas para trabajar en las esquinas del
biofiltro de Moorefield. El distribuidor rotativo no riega las
esquinas. Por lo tanto, las alternativas son poner toberas o anular
directamente las esquinas. Todo depende de la necesidad de volumen
de medio. Si el sistema está muy exigido se ponen toberas para que
haya riego extra.
Debido a la simplicidad del diseño, el trabajo inicial en el lugar fue mínimo. El área donde iba a ubicarse la estructura de la torre fue nivelada y excavada. El trabajo en las cañerías continuó con la construcción y revoque del piso de la torre, pozo de reciclo y descarga continua. Los paneles premoldeados y los soportes fueron enviados e instalados por Tindall. El ensamble de la estructura fue rápido y se completó en menos de 5 días hábiles. Luego de completarse la estructura, se instalaron las bombas de reciclo, las bombas de los rociadores de las esquinas y los paneles de los sistemas de pesada. Luego fue instalado el medio. Esto fue muy simple. El medio había sido despachado en paquetes de 15 a 20 listones envueltos individualmente en 5 trailers abiertos en el tope y descargados en un área adyacente a la estructura de la torre. Luego fueron levantados los paquetes a una plataforma de trabajo en la parte superior de la torre usando grúas. Desde aquí se llevaron listones individuales al área de trabajo, con las partes finales ubicadas en la estructura soporte y el embalaje eliminado. Una vez ubicado, el medio fue luego agitado para permitir que las cintas fluyeran a lo largo de toda la longitud. El medio se instaló en un aglomerado como estructura, usando cada listón como un espaciador con el adyacente Usando una
dotación de 8 hombres de WLR, el medio se instaló en menos de 4 días
hábiles. Mientras que la construcción de la torre y los sistemas de pretratamiento fueron construyéndose, se completaron las modificaciones a los sistemas existentes de bombas y cañerías. Para lograr que la capacidad de bombeo se adecue al incremento de los caudales y las condiciones del cabezal dinámico, se aumentaron la fuerza motriz y la velocidad operativa rotacional de las bombas centrífugas de la alimentación. La potencia del motor se incrementó de 30 a 50 Kw y la velocidad rotacional de 1,500 r.p.m. a 2,200 r.p.m. Se requirieron similares modificaciones en la bomba de retorno de barro existente. Luego de las modificaciones las capacidades de bombeo se incrementaron de 340 m3/h a 500 m3/h. Además de la instalación de la cañería de alimentación a la biotorre, se instalaron nuevas cañerías para permitir el bombeo del retorno del barro activado en el tope de la torre. Se agregó una nueva línea para permitir la transferencia del RAS a la ecualización o directamente a la biotorre. Con la excepción de pérdidas de una cañería y un pequeño corte de energía, el único problema ocurrido durante la puesta en marcha se dio con los distribuidores rotativos. Aunque ambas unidades fueron pensadas para estar correctamente niveladas durante la instalación, el pasaje del caudal mostró que ambas unidades estaban lo suficientemente fuera de nivel como para impedir la distribución a través de la superficie de medio. Ambas unidades fueron sacadas de servicio y reniveladas hasta que pudo lograrse una distribución satisfactoria. Una vez hecho esto, el biocrecimiento en la torre fue muy rápido. Dentro de los tres días del arranque, pudo observarse el crecimiento a través de toda la longitud del medio, y dentro de las dos semanas se obtuvieron los niveles deseados de tratamiento. Como se mencionó
anteriormente, unos pocos componentes críticos del sistema de
pretratamiento no se instalaron cuando las nuevas instalaciones
comenzaron a operar. Durante ese tiempo, el único pretratamiento que
se aplicó fue el filtrado. Por eso la DBO y las concentraciones de
nitrógeno, Aceites & Grasas de la carga a la nueva biotorre
fueron considerablemente mas altos que los niveles de diseño. A
pesar de eso, el sistema de tratamiento de efluentes dio excelentes
resultados en cuanto a la eficiencia en el tratamiento, así como
también en cuanto al cumplimiento de todas las normas de descarga.
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| Aquí se ve el
biofiltro de Moorefield. La función de las paredes es solo a los
efectos visuales o para evitar que las cintas se vuelen con el
viento. No cumplen ninguna función de protección.
OPERACION FASE 1 - SIN PRETRATAMIENTO Como se mencionó anteriormente, la operación inicial del sistema modificado fue bajo condiciones no previstas durante el diseño. Durante este período, la biotorre experimentó una carga orgánica tan alta como 2 kg/(m3 de medio.dia), muy superiores a los niveles de diseño. Fue también rutina diaria encontrar cabezas completas, patas y plumas en los brazos del distribuidor y en la superficie del medio. Sin embargo, los
sistemas de biotorre y distribuidor continuaron funcionando bien,
permitiendo que los equipos de tratamiento de efluentes mantuviesen
una alta calidad del efluente. La Tabla 3 Promedio en fase
I
Tal como surgió del estudio piloto, el tener la biotorre en línea resultó en importantes mejoras en la sedimentación del barro y en el valor del índice de volumen de barro (SVI). Era común que el SVI alcanzara niveles de 400 o más. Luego de la primera semana de operación, sin reducir las concentraciones de biomasa en el canal, el valor de sedimentación del barro SVI se redujo de 400 a 250. Dentro de las 2 semanas posteriores a la puesta en marcha, los SVI tuvieron valores inferiores a 100. Previo a la
puesta en marcha de las torres, los operadores de planta fueron
continuamente forzados a mantener un fondo mínimo de agua limpia en
los clarificadores. Era común que las capas de barro alcanzasen unas
pocas pulgadas en la superficie del clarificador y que un fondo de
agua limpia de unos pocos pies se considerase una operación muy
buena. Como resultado de las mejoras FASE II - OPERACION Y DIAGRAMA DE CAUDAL Aunque las nuevas áreas de proceso estaban en operación, la producción avícola no creció por varios meses hasta que se aumentó la producción aproximadamente un 35%. Este incremento provocó un aumento similar en el caudal de efluentes. La producción incremental creció continuamente hasta que se llegó a la producción final. Los caudales provocados por este incremento en la producción resultaron ser ligeramente mas altos que los previstos excediendo comúnmente los 300 m3/h. Luego de un aumento incremental en la producción hay un corto período de tiempo durante el cual el funcionamiento de la planta se ve afectado. En cuanto se produce un aumento de producción, el barro en los clarificadores finales se desnitrifica y sube a la superficie. Generalmente, luego de aproximadamente una semana los clarificadores vuelven a la normalidad y se mejora la calidad del efluente. Inicialmente se creía que el deterioro observado era el resultado de la asimilación de la biomasa a la nitrificación. El diagnóstico del problema se hizo mas dificultoso por ser comunes las cargas pegajosas de las plantas de proceso y restitución. Siguiendo estas cargas pegajosas fueron normalmente observadas condiciones similares en el clarificador, lo que condujo a los operadores a creer que era necesario un alto valor de sólidos suspendidos en la mezcla líquida (MLSS) como amortiguador de las condiciones fluctuantes de la carga. Durante este tiempo los MLSS en el canal de oxidación fluctuaron entre 5,500 y 7,500 mg/l. Basado en el comportamiento observado de las biotorre, la relación alimento a microorganismos (F/M) en el canal deoxidación era extremadamente baja. Los cálculos de diseño indicaban que un MLSS de 3200 o inferior resultaría en un rango mas apropiado de F/M. Sin embargo, basados en sus anteriores experiencias, los operadores de la planta no pudieron ser convencidos de reducir el MLSS y la planta continuó siendo operada a un bajo F/M. Finalmente,
luego del último aumento incremental en la producción y los
problemas previstos en el clarificador, las operaciones no volvieron
a la normalidad como antes. La desnitrificación en los
clarificadores continuó por varias semanas. Desesperados, finalmente
se convenció a los operadores a reducir el MLSS del canal. Una vez
reducido el MLSS a debajo de 4,000, la desnitrificación comenzó a
parar y la calidad del efluente mejoró inmediatamente.
Ahora, la planta esta siendo operada corrientemente a una MLSS de 3,000 a 3,500, manteniendo una excelente calidad de efluente. La Tabla 4 muestra los datos del monitoreo a lo largo de 6 meses. Promedio en fase
II
CONCLUSIONES Los reactores de película fija han sido usados exitosamente por muchos años en aplicaciones domésticas e industriales. Son una de las tecnologías de tratamiento de efluentes más antiguas y probadas. El advenimiento de medios sintéticos durante los recientes años nos permite ver el avance en el proceso desde el viejo estilo de trickling filters de roca a los diseños avanzados de biotorres, lo que resultó en importantes mejoras en la performance del reactor. Típicamente, los costos operativos y de capital de un sistema de biotorre son muy inferiores a los de los sistema de barros activados, brindando el mismo nivel de tratamiento. Sin embargo, las biotorres con relleno tipo panal de abeja no han sido ampliamente usadas en la industria avícola debido a los problemas asociados con taponamiento del medio, olores nauseabundos, taponamiento de los sistemas de distribución y comportamientos erráticos. La nueva construcción de la Biotorre Sessil con cintas colgando, ha mostrado la eliminación de esos problemas con un predecible nivel de comportamiento. Cuando no existe
la suficiente información, la experiencia de WLC indica la necesidad
de un adecuado ensayo piloto de los sistemas de tratamiento previos
al diseño en escala completa. El estudio piloto condujo a la
construcción de la planta de Moorefield y previamente a la planta de
procesamiento de pavos de WLR, lo que permitió al staff de
ingeniería de WLR predecir exactamente el sistema a escala completa
y evitar modificaciones innecesarias en el sistema. El diseño, la
construcción y la operación del sistema fueron menos complejos que
otros, con mas aproximaciones a lo convencional y ha ahorrado a la
compañía mas de $1,000,000 en costos de capital. El sistema de
efluentes en Moorefield permitió a WLC duplicar la producción sin
interrupción en el servicio manteniendo un alto nivel de
tratamiento. |
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