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Tratamiento de aguas residuales de la industria láctea

lacteosLa industria láctea, dedicada a la producción de leche y a la elaboración de quesos, yogures y mantequillas entre otros productos, genera una gran cantidad de agua residual. Actualmente, en la producción de leche, la generación de aguas residuales se estima de promedio entre 1 y 2 litros por litro de leche producida. Las aguas residuales se generan por fugas y derrames de materias primas, en las limpiezas de los equipos de proceso (tanques, pasteurizadores, tinas de cuajo, etc.), en el lavado de superficies (suelos y paredes) y en el vertido de las salmueras agotadas.

Las aguas residuales generadas en la industria láctea presentan una contaminación principalmente de carácter orgánico (DQO y DBO elevadas), con una elevada concentración de grasas y también de nitrógeno y fósforo. Aunque la DBO5 media puede estar en torno a 3.000-4.000 mg O2/L, los vertidos muestran una elevada variabilidad, tanto en caudal como en composición. Ésta depende fundamentalmente del proceso que genera las aguas residuales y del producto que se prepara. Así, el suero que se genera en la elaboración de quesos tiene una DBO del orden de 40.000-50.000 mg O2/L y se considera que una granja que procese unos 100 m3/día de leche para la elaboración de queso, genera la misma contaminación que un núcleo de 55.000 habitantes. Para una optimización de los procesos de tratamiento de las aguas residuales, es muy importante que el suero de quesería, o lactosuero, no se mezcle con las aguas residuales. Si el lactosuero no se desea aprovechar, éste deberá ser tratado de forma aislada. No obstante, cada vez existen más alternativas para revalorizar este producto. Se puede optar por utilizarlo para la alimentación de animales, se puede deshidratar mediante una evaporación al vacío para venderlo como suero en polvo para aplicaciones de panificación o como sustituto de la leche en polvo, otra vía es su utilización para la obtención de lactosa, se puede usar para la elaboración de bebidas fermentadas con la adición de zumos de frutas, etc. Si no se desea aprovechar, el tratamiento más económico es concentrarlo mediante un proceso de nanofiltración o de ósmosis inversa. El rechazo se puede concentrar mediante un proceso de evaporación-concentración al vacío para reducir al máximo la cantidad de residuo que se deberá tratar externamente. El concentrado, rico en carbono, nitrógeno y fósforo podrá ser utilizado para aplicación agrícola como fertilizante.

El tratamiento del resto de las aguas residuales producidas en la industria láctea se puede abordar desde diferentes estrategias: un tratamiento convencional, un proceso más novedoso o un tratamiento de última generación. En cualquier caso, sea cual sea la opción de tratamiento elegida, será necesario acumular el agua residual en un depósito homogeneizador, para absorber las puntas de caudal así como para mezclar todos los efluentes y alimentar al sistema de tratamiento un agua lo más homogénea posible. En este depósito también es conveniente neutralizar el pH, puesto que en condiciones anaerobias la lactosa fermenta y se transforma en ácido láctico.

El tratamiento convencional estaría basado en un proceso biológico aerobio para eliminar la materia orgánica disuelta, que es aproximadamente el 70% de la materia orgánica total. No obstante, previamente al proceso biológico sería conveniente desbastar el agua mediante un tamiz rotatorio, de 1-2 mm de tamaño de paso, y retirar las grasas presentes. Las grasas dificultan en gran medida el proceso biológico, por lo que es conveniente separarlas con anterioridad. Las grasas reducen la velocidad de disolución del oxígeno en el agua y forman una capa sobre la superficie de la biomasa reduciendo así la transferencia de oxígeno disuelto a la biomasa. Las grasas se separan del agua por flotación mediante la adición de finas burbujas de aire, que ayudarán a las partículas de grasa a alcanzar la superficie con mayor velocidad. Las grasas, una vez separadas del agua y concentradas, se gestionan externamente (incineración). A continuación, las aguas se tratan biológicamente mediante un sistema que permita la eliminación de nutrientes. Después de una decantación secundaria las aguas ya pueden ser vertidas, mientras que los lodos separados deberán ser espesados, deshidratados y gestionados externamente. Estos lodos deberán ser estabilizados, mediante un proceso de compostaje, de digestión anaerobia, de secado térmico, etc.

Otra opción de tratamiento, más novedosa que el proceso biológico aerobio, es la transformación de la materia orgánica de las aguas residuales en biogás mediante un sistema anaerobio tipo UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Los procesos biológicos anaerobios son más eficaces y económicos cuando el afluente dispone de una elevada concentración de compuestos orgánicos biodegradables. En relación al proceso biológico se consume menos energía y además se produce biogás, el cual se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante un proceso de cogeneración. Asimismo, la producción de fangos es considerablemente inferior en los sistemas anaerobios. En un reactor UASB el afluente se alimenta por la parte inferior. Éste atraviesa un manto de fango decantado en la base del reactor en sentido ascendente y accede a la zona donde se lleva a cabo la digestión. Por la parte superior se retira el efluente tratado y el biogás generado. Este tipo de reactores son muy compactos, ocupan poco espacio, presentan bajos costes de operación y consiguen muy buenos porcentajes de eliminación de DBO (superiores al 95%).

Otra alternativa, más innovadora y que aporta también muy buenos resultados a escala laboratorio y piloto, es la electrocoagulación. Los estudios realizados hasta el momento demuestran que se pueden conseguir muy buenos resultados de eliminación de materia orgánica a unos costes de explotación mucho más bajos que mediante las tecnologías convencionales.

Así pues, los efluentes de la industria láctea presentan una elevada concentración de materia orgánica y de nutrientes. Un factor determinante para el tratamiento de las aguas residuales generadas es la segregación del lactosuero de las aguas residuales, el cual se puede revalorizar. El resto de aguas residuales pueden ser tratadas de forma eficiente y económica mediante diferentes alternativas, desde los procesos clásicos hasta tecnologías muy innovadoras que son económicamente más competitivas.

Tratamiento de aguas residuales en la industria del vino

tratamiento aguas residuales vinoCada año existen más regiones productoras de vino, aunque sólo 10 países producen el 80% del vino del planeta. Entre Francia, Italia y España se produce casi el 50% del vino de todo el mundo. A continuación, Estados Unidos, Chile, Argentina, Australia, Sudáfrica, Alemania y Portugal completan, en este orden, la lista de las 10 regiones mayores productoras de vino del mundo.

La producción de vino no es ajena ni a la generación de residuos ni a un elevado volumen de aguas residuales. Éstas se producen básicamente en los procesos de limpieza de los equipos y maquinaria que están en contacto con la materia prima o con los productos de los diferentes procesos (depósitos, prensas, tolvas de recepción, despalilladoras, bombas, tuberías, filtros, etc.), en el lavado de las botas, de las barricas y de las botellas, así como en los derrames accidentales en los numerosos trasvases que se llevan a cabo durante el proceso de elaboración del vino.

En relación a la producción de efluentes, tanto por la cantidad como por las características, conviene diferenciar entre las épocas de vendimia, bodega y embotellado.

  • Vendimia: durante esta época, que tiene una duración de entre 2 y 6 semanas, se produce el 50% de las aguas residuales de todo el año. Además, también son las que más carga contaminante contienen. Se generan tras la molturación de la uva, en la limpieza de los equipos utilizados y en los derrames accidentales. La DQO de estos efluentes está entorno a los 20.000-25.000 mg O2/L.
  • Bodega: durante la crianza de los caldos, se generan aguas residuales al limpiar los depósitos de fermentación. También, antes del embotellado se clarifica el vino en frío y los sedimentos que se separan, se suelen concentrar mediante filtración o centrifugación; generando un residuo sólido y un efluente líquido. Asimismo, se generan aguas residuales cuando mediante sosa caústica se limpian los cristales de bitartrato potásico adherido a las paredes de los tanques. Estos vertidos tienen valores de pH muy elevados.
  • Embotellado: en este proceso se generan aguas residuales al lavar las botellas así como durante la limpieza y desinfección de los circuitos y equipos, al inicio y al final de la jornada laboral. Estas aguas residuales son las que menor carga contienen.

Los efluentes generados en este tipo de industria contienen una carga contaminante elevada que hace que no puedan ser vertidos sin un tratamiento adecuado previo. En general, contienen una carga orgánica elevada (DQO de 6.000-12.000 mg O2/L) – aportada por etanol, ácidos orgánicos y/o azúcares -, pH ácido (entre 4,5 y 5,5), déficit de nutrientes (nitrógeno y fósforo), concentraciones moderadas de sólidos en suspensión y compuestos como polifenoles, tartratos, etc. La mayoría de los compuestos, excepto los polifenoles, son fácilmente biodegradables.
Al proceder las aguas residuales de procesos de lavado, de derrames accidentales durante los trasvases, etc., su producción y sus características varían considerablemente en función de la época del año y de la operación que genera el vertido. Así pues, el vertido de este tipo de industria está sometido a la estacionalidad y a una amplia variabilidad, tanto en el caudal como en la composición.

Dadas todas estas características de la producción de aguas residuales en este tipo de industria, a la hora de analizar qué tipo de tratamiento es el más conveniente, cabe señalar que el primer paso debe ser el análisis de los diferentes efluentes para evaluar de qué manera, uno a uno, se puede disminuir su producción. Y es que, en función de diferentes factores, como el tamaño de la instalación, la producción, los métodos de limpieza y el coste, etc., en la producción de vino se consume entre 1 y 6 litros de agua por litro de vino elaborado. Así pues, para minimizar los costes de explotación del sistema de tratamiento de las aguas residuales, será clave la reducción máxima de los caudales generados (minimizar derrames accidentales, implantar limpieza en seco siempre que sea posible, realizar limpiezas a alta presión cuando sea difícil en seco, etc.).

El tipo de tratamiento de aguas residuales en una industria vinícola dependerá de la calidad exigida para el agua tratada, que dependerá de si se vierte a la red de alcantarillado pública, a un cauce natural o si en cambio se desea reutilizar dentro del proceso o para regar el viñedo. En orden creciente de complejidad del tratamiento, las etapas serían las siguientes:

Pretratamiento y neutralización

En esta etapa se separan los sólidos que contiene el agua residual, que por su tamaño, podrían dificultar los siguientes procesos de tratamiento. También se ajusta el pH para que el efluente pueda ser o bien tratado o bien vertido al alcantarillado público si reúne las condiciones.

Tratamiento primario

En este proceso se elimina una importante fracción de materia orgánica (entorno al 30-40%) al separar la mayor parte de los sólidos suspendidos. Se pueden separar por decantación natural o por precipitación mediante procesos de coagulación-floculación.

Tratamiento secundario

En esta etapa se eliminan la materia orgánica y los nutrientes disueltos en el agua residual. El proceso más adecuado dependerá del caudal a tratar y de la calidad del efluente tratado, la cual dependerá de su destino. En la tabla se resumen qué sistemas serían adecuados en función de estos factores. Sea cual sea el sistema elegido, se dispondrá de una línea de agua y una línea de lodos. La línea de agua estará compuesta básicamente por el reactor biológico y las etapas previas a éste, mientras que en la línea de lodos será conveniente una etapa de espesamiento y, posteriormente, una etapa de deshidratación.

Cabe señalar que para que el proceso biológico se desarrolle adecuadamente, será necesaria la adición al reactor de fuentes de nitrógeno (urea) y de fósforo (fosfato amónico), puesto que estas aguas residuales poseen una proporción de carbono, nitrógeno y fósforo descompensada para el crecimiento de los microorganismos.

Tratamientos avanzados

Si el efluente del tratamiento secundario se desea reutilizar para regar el viñedo, previamente deberá ser sometido a una etapa de desinfección. La desinfección más compatible con los posteriores usos de esta agua son la oxidación mediante ozono y la radiación ultraviolada. En cambio, si se desea utilizar el agua de nuevo en el proceso, será necesario un tratamiento más completo para mejorar su calidad. El efluente del tratamiento secundario deberá ser filtrado (mediante un lecho granular de arena o similar) como proceso de pretratamiento previo antes de un proceso de filtración por membranas, generalmente, una ultrafiltración y después una ósmosis inversa. La calidad del permeado de la ósmosis inversa es excelente y permite cualquier uso dentro del proceso de elaboración del vino.

Una tecnología aún en fase de desarrollo, pero que puede arrojar muy buenos resultados económicos, consiste en producir una fermentación del agua residual para transformar todos los azúcares presentes en etanol, el cual puede ser separado mediante un proceso de concentración-evaporación al vacío. El etanol separado representa en torno al 85% de la DQO inicial. Así, por un lado se dispone de etanol, un subproducto revalorizable, y por otro lado de un agua residual descontaminada parcialmente, con una DQO alrededor de 250-300 mg O2/L. Esta reducción de DQO supone una considerable disminución del oxígeno que se debe aportar en el proceso biológico, por lo que el ahorro económico es muy importante.

Así pues, teniendo en cuenta que la mayor parte de las aguas residuales se generan durante los procesos de lavado, es muy importante aplicar buenas prácticas para reducir al máximo el volumen producido. Por lo general, las aguas deberás ser tratadas mediante un proceso biológico para eliminar la elevada carga orgánica que contienen. El tipo de proceso, así como si se deberá añadir también algún tratamiento terciario, dependerá en gran medida del destino de las aguas tratadas, que será su vertido a la red de alcantarillado pública, a cauce natural, su reutilización para riego o incluso para utilizarlas de nuevo dentro del proceso.

efluente vino

Nuevo sistema de tratamiento de salmueras para la industria cárnica

El pasado 12 de noviembre Condorchem Envitech asistió a la Jornada sobre el agua en la industria cárnica que se realizó en la Universidad de Vic, donde se presentó un nuevo un nuevo proyecto de I+D desarrollado por la universidad junto a INnovacc, un cluster de empresas del sector cárnico. Este proyecto consiste en una planta piloto de tratamiento y valorización de la salmuera residual propia de la actividad del sector cárnico.

Este proyecto se inició a finales de 2011 con el objetivo de dar una solución a los problemas de aguas residuales con alta salinidad originados en los procesos productivos de la industria cárnica. Además, se pretendía optimizar el proceso del tratamiento de dichas salmueras con el fin de reducir los costes que estas implican a las empresas, ya sea por la reducción de desecho a gestionar o por la ausencia de sanciones medioambientales.

La industria del sector cárnico suele estar concentrada en determinadas zonas, por lo que el tratamiento de las salmueras puede ser clave tanto para la eficiencia productiva del sector, como para la competitividad económica de dicha zona geográficas. Esta innovación también supone una ventaja para las EDAR de estas zonas, ya que suelen estar colapsadas por este tipo de vertidos.

Este proyecto de I+D fue desarrollado por SART Medi Ambient (centro transferencia de conocimiento y tecnología a empresas en el ámbito medioambiental de la Universidad de Vic) a petición de INnovacc, con el fin dar solución a los problemas comunes de las 52 empresas cárnicas que lo componen. Las empresas asociadas al cluster pueden usar dicha planta piloto en sus instalaciones para comprobar la efectividad de este método y las ventajas que obtendrían si aplicaran esta tecnología en su proceso productivo.

La planta piloto recibe la salmuera y hace una triple separación, ya que aisla la materia orgánica, la sal y el agua. El proceso de tratamiento es el siguiente:

  1. La salmuera es neutralizada con un floculante.
  2. La salmuera neutralizada se somete a un proceso de decantación, tras el cual obtenemos unos lodos húmedos y una fracción líquida.
  3. Los lodos húmedos se centrifugan, tras lo cual obtenemos entre un 30% y un 40% de lodos sólidos para ser gestionados. El destilado restante se envía junto a la fracción líquida que se ha obtenido en el anterior proceso de decantación.
  4. Toda la fracción líquida de la salmuera es enviada a un proceso de evaporación parcial, que permite recuperar más de un 75% de las sales. También se obtiene una fracción líquida concentrada para ser enviada a gestor.
  5. Esta última fase podría llevarse a cabo con un evaporador al vacío/cristalizador. Es un proceso más caro que la evaporación parcial, pero permite mejorar los resultados, obteniendo más de un 95% de agua limpia y lista para ser reutilizada o vertida y un gran concentrado de sales, que pueden ser también reutilizadas o vendidas. En muchas ocasiones la mayor inversión inicial se ve justificada por el importante ahorro que se obtiene al no tener que gestionar grandes cantidades de lodos y fracciones líquidas concentradas.

La planta piloto permite evaluar el rendimiento, la calidad del destilado y del concentrado, el coste, el beneficio y el tiempo necesario para el retorno de la inversión inicial. Esta planta piloto tiene una gran flexibilidad que le permite tratar diferentes tipos de efluentes salinos, por lo que también puede resultar interesante para otro tipo de empresas.

Que la planta piloto vaya itinerando por varias empresas del sector ha permitido comprobar el cumplimiento de los objetivos establecidos en el inicio del proyecto:

  • Tanto el impacto ambiental como el coste económico que las empresas han de afrontar han disminuido.
  • Se han obtenido unos costes generales de gestión que representan una disminución en torno al 40%.
  • Se calcula un ahorro que va de los 30.000 a los 50.000 euros anuales.
  • Permite valorizar los residuos resultantes del proceso de tratamiento de la planta.
  • El agua destilada obtenida es apta para ser reutilizada, y por otra parte, las sales y las proteínas extraídas pueden ser vendidas y utilizadas como abono o como alimento para mascotas.

Aquí está el diagrama de la solución propuesta por SART Medi Ambient:

diagrama salmueras

Proceso de extracción para la producción de stevia

STEVIA proceso industrial para la extracción y producción de edulcorante natural.

STEVIA proceso industrial para la extracción y producción de edulcorante natural.

La Stevia es una planta originaria de Paraguay, cuyas hojas contienen una sustancia denominada esteviósido. Dicho esteviósido está compuesto de glucosa y rebaudiósido, lo cual confiere a la stevia un poder edulcorante muy superior al del azúcar, con la ventaja añadida de que se trata de un edulcorante mucho más beneficioso para la salud, ya que no contiene calorías y posee numerosas vitaminas, minerales y nutrientes.

Para llegar a convertir la planta en cristales y polvo para su consumo se requiere del siguiente proceso:

Recogida de las hojas de Stevia y secado de las hojas a la sombra con una humedad en torno a un 7% u 8%.

Triturado de las hojas en una trituradora industrial.

Extracción del esteviósido en marmitas de vapor a una temperatura aproximada de 60º C.

Tras la extracción sigue un proceso de pretratamiento con filtros, con el objetivo de retener las partículas de mayor tamaño, que son las que pueden saturar las membranas que se utilizaran posteriormente. Se utilizan filtros de diferentes tamaños, desde 20 micras a 1 micra, así como carbón activado.

La siguiente etapa es el proceso de microfiltración y se lleva a cabo para eliminar algunos pigmentos y sustancias de alto peso molecular mediante membranas de ultrafiltración. Este proceso permite obtener un 20% de concentrado y un 80% de diluido. La membrana retiene el concentrado obtenido, que vuelve a ser mezclado con agua y sometido nuevamente al proceso para asegurar una extracción óptima de los edulcorantes.

Por su parte, el diluido pasa a un nuevo proceso mediante membranas de nanofiltración que repite el mismo proceso y obtiene los mismos resultados que la anterior etapa. Se obtiene un concentrado del 20%, que se vuelve a mezclar con agua para ser sometido por segunda vez al proceso, y un 80% de diluido que es enviado al siguiente proceso de extracción.

Finalmente, el concentrado de edulcorante que hemos ido obteniendo en las diferentes etapas es sometido a un proceso de cristalización mediante evaporadores al vacío. El objetivo es evaporar el agua y obtener una sustancia sobresaturada que facilite la formación de los cristales.

Para acabar se aplica un proceso de secado a los cristales que reduzca la humedad a un 2% mediante una corriente de aire caliente.

En este punto ya tenemos el concentrado de stevia listo para ser producido y preparado para su venta.

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