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Ingeniería ambiental

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Tratamiento de aguas residuales, efluentes y aire al servicio del Medio Ambiente

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

Valorización de residuos

valorización de residuosEn 2010, la producción media de residuos sólidos urbanos en los países europeos se situaba en torno a los 502 kg por habitante, de acuerdo con los datos publicados por Eurostat. La gestión de los residuos es sin duda uno de los principales retos con los que se encuentran las sociedades más adelantadas, dado su progresivo incremento en la producción y su impacto ambiental, económico y social.

La mayor parte de estos residuos continúan actualmente teniendo como destino final el vertedero, aunque sea ésta la opción menos sostenible a nivel ambiental. No obstante, la tendencia es a ir reduciendo esta práctica en favor de alternativas más interesantes, tanto des del punto ambiental, como económico. La Directiva marco de residuos, de 2008, introduce una jerarquía de gestión de los residuos, en la que las opciones indicadas de mayor a menor prioridad son: prevención, reutilización, reciclado, valorización material y energética y, finalmente, eliminación de los residuos. Razonablemente, la primera opción se basa en reducir la generación de residuos, ya sea desincentivando la comercialización de artículos de un sólo uso, limitando el uso de plásticos, potenciando la devolución de los envases de vidrio, etc. En segundo lugar, la mejor opción es la reutilización, que se podrá llevar a cabo en función del producto concreto (envases, cartuchos de tóner, bolsas de la compra, ropa, etc.). En ocasiones, no se puede reutilizar el producto tal cual, pero sí que se puede reciclar para que sea apto para otro uso distinto; es el caso del papel o del vidrio. Si todas estas alternativas no son factibles, antes del depósito de los residuos en un vertedero, la única vía sostenible de sacar algún provecho económico, es la valorización de los residuos. La valorización puede ser material o energética. La valorización material consiste en la utilización del residuo como materia prima de otro proceso. Es el caso de las escorias de altos hornos, los escombros procedentes de la demolición de edificios, etc. que se utilizan en la producción de cemento, al contener los minerales presentes en las materias primas tradicionales. La valorización energética es otra vía de sacar partido de los residuos, utilizándolos para la obtención de energía renovable a la vez que se soluciona un problema ambiental.

Existen diferentes tecnologías de valorización energética, los cuales se pueden clasificar en procesos biológicos y procesos térmicos. Los primeros podrán ser aplicados cuando el residuo posea una importante fracción biodegradable. En cambio, los procesos térmicos serán viables cuando el poder calorífico del residuo, que se mide mediante el poder calorífico inferior (PCI), sea medio o alto. Los procesos de valorización energética más utilizados son los siguientes:

1. Vertido y aprovechamiento del gas de vertedero

Con la normativa vigente no es aconsejable considerar esta alternativa como una opción viable, puesto que cada vez la cantidad de residuo biodegradable depositado en vertedero es menor. No obstante, es conveniente aprovechar la energía del gas de vertedero, a pesar de los inconvenientes técnicos (poder calorífico variable, presencia de numerosos contaminantes en el gas, condiciones agresivas para los motores de cogeneración o las microturbinas, etc.).

2. Biometanización

Mediante un proceso de digestión anaerobia la fracción biodegradable del residuo es transformada en biogás y lodos digeridos. El biogás es una mezcla de dióxido de carbono, metano y otros gases minoritarios (H2S, etc.), el cual, después de un proceso de lavado, puede ser utilizado para producir energía eléctrica mediante un proceso de cogeneración. La energía calorífica residual del proceso puede ser recuperada y, en parte, utilizada para concentrar las aguas residuales que se generan, mediante un proceso de evaporación-concentración al vacío. El resultado será un agua de alta calidad y un residuo muy concentrado.

3. Pirolisis

Se trata de un proceso térmico consistente en la transformación de la materia orgánica en otros compuestos más fáciles de tratar, el cual se lleva a cabo a elevada temperatura (entre 500 y 900 ºC) y en ausencia de aire. Se obtiene un gas con un elevado PCI (mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono, metano, etano, etileno, etc.), aunque parte de la energía que se obtiene del gas se debe invertir en el propio proceso de pirolisis, el cual es endotérmico. Además del gas, también se produce un sólido carbono, coque, el cual se elimina mediante un proceso de incineración anexo al proceso principal de pirolisi.

4. Gasificación

Consiste en un proceso térmico en el que se lleva a cabo una combustión parcial de la materia en defecto de oxígeno. Se produce un gas combustible, el gas de síntesis, el cual su composición varía (mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono, agua e hidrocarburos ligeros) en función del residuo y de las condiciones de operación. El gas de síntesis debe ser limpiado para poder ser aprovechado posteriormente. También se generan unos sólidos, alquitranes y cenizas, que deben ser incinerados. El gas de síntesis puede ser utilizado para la producción de energía eléctrica mediante motores de combustión o microturbinas, puede ser transformado en un combustible líquido que se puede emplear como sustituto del gasoil, puede ser inyectado en la red de gas natural si se separa previamente el CO2 y los restos de oxígeno, y también puede utilizarse el hidrógeno que contiene en una pila de combustible para la generación de electricidad. Se trata de una opción muy interesante, eficiente y en la que se continúa investigando.

5. Combustión con exceso de oxígeno (Incineración)

Proceso térmico rápido en el que se produce una combustión completa y se acaba oxidando la materia a dióxido de carbono y agua. Para que la materia reaccione con el oxígeno produciendo energía debe contener carbono, hidrógeno o azufre. Se trata de la tecnología mayormente empleada para la valorización energética.

Así pues, los sistemas de valorización energética de residuos son una opción sostenible para la gestión de los residuos, además de que permiten ahorrar energía y posibilitan reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Cada vez hay mayor número de tecnologías disponibles que hacen que una gran variedad de residuos de todo tipo puedan ser sometidos a un proceso de valorización energética.

 

Métodos de separación para el tratamiento de aguas residuales

Existen numerosas técnicas de separación que se pueden utilizar para retener partículas en suspensión, e incluso sustancias disueltas, de un fluido. Las técnicas se pueden agrupar en función de la magnitud en la que se basan para llevar a cabo la separación.

La decantación y la centrifugación son procesos de separación que aprovechan la diferencia de masa de las partículas y de densidad en relación al solvente para conseguir la separación. Como más pesen las partículas, con mayor facilidad se separarán. Las tecnologías de filtración (microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración) aprovechan la diferencia de tamaño de las partículas que se desean separar en relación al tamaño de poro de la membrana. No es el caso de la ósmosis inversa. Ésta, es una técnica basada en la diferente difusión o permeabilidad que tienen las sustancias en atravesar una membrana. Mientras que el solvente permea la membrana con relativa facilidad, las partículas en suspensión y disueltas en el solvente no pueden, o les cuesta mucho, poder atravesar la membrana. Es también el caso de la diálisis y de la electrodiálisis, aunque en ésta última, la aplicación de un potencial eléctrico actúa como fuerza impulsora que permite la separación.

En el caso del intercambio iónico es la carga iónica la que permite establecer diferencias entre unos iones y otros. Una resina concreta, si es catiónica por ejemplo, intercambiará a los iones con carga positiva (cationes) sin interaccionar nada con los iones con carga negativa (aniones). Muy diferente de la destilación, que se basa en la diferente presión de vapor de las sustancias puras que componen la mezcla para establecer la separación. Como mayor diferencia haya entre las presiones de vapor de los diferentes componentes de la mezcla, con mayor facilidad la destilación separará las sustancias.

La diferente solubilidad de un soluto en un fluido o en otro es la que permite que mediante absorción o mediante extracción se pueda llevar a cabo una separación efectiva.

Así pues, para llevar a cabo una separación de varias sustancias, se utilizará una técnica u otra en función de la magnitud que pueda establecer diferencias entre las partículas, o entre éstas y el solvente.

Puede hacer click en la tabla para verla a tamaño completo.

separación de aguas residuales

Cómo tratar aguas residuales industriales

industrial wastewaterAnte el inicio de la generación de aguas residuales por parte de una empresa, se debe plantear la conveniencia de una correcta gestión ambiental mediante la adopción de unas políticas ambientales adecuadas, lo que supone fomentar el desarrollo sostenible de la empresa, practicar una conducta seria y responsable en relación a la gestión ambiental, así como implantar la máxima prevención en materia ambiental.

La correcta gestión de las aguas residuales supone numerosas ventajas para la empresa de carácter ambiental, económico, fiscal y de imagen pública:

 

  • Una gestión correcta de las aguas demuestra el interés de la empresa por el medio ambiente y ya es un valor por sí sólo. Además de ser un requisito, no único pero sí necesario, para la implantación de un sistema de gestión medioambiental certificado tipo ISO 14001 o EMAS.
  • El cumplimiento de la normativa vigente local, regional y estatal en materia de vertido de aguas residuales supone un importante ahorro económico en sanciones impuestas por la Administración. En general, las sanciones económicas están calculadas para que de ningún modo salga más rentable liquidar las sanciones que hacer las cosas correctamente desde el primer momento. Es por ello que tratar adecuadamente las aguas residuales es habitualmente la opción más económica. Cabe también destacar que si el incumplimiento de la normativa es tipificado por la administración como muy grave, incluso puede darse el extremo de que se clausure el vertido, obviando las consecuencias que pueda tener para la actividad de la empresa esta medida.
  • El hecho de verter las aguas residuales con un nivel de contaminación bajo supone la reducción de los impuestos que gravan la contaminación vertida (canon de vertido), que dependen del volumen y de la carga contaminante de las aguas residuales evacuadas. Si el caudal es elevado, el ahorro económico que supone reducir el canon de vertido es considerable.

Para tratar adecuadamente las aguas residuales, el primer paso consiste en conocer las características del efluente o de los efluentes que se han de verter. Es necesario realizar una caracterización de las aguas residuales mediante una campaña de análisis. Aunque esta caracterización suponga un coste económico, su realización es clave para garantizar el éxito del diseño y funcionamiento de las futuras instalaciones encargadas de tratar el agua. La campaña de muestreo y análisis debe ser diseñada y ejecutada por un profesional, que determinará de qué efluente y cuándo se deben coger las muestras, las cuales podrán ser simples o integradas. El objetivo es conseguir que las muestras analizadas sean representativas y el conjunto de análisis aporte información de qué vierte la empresa, cómo lo vierte y cuándo lo vierte.

A continuación se debe analizar la normativa local, regional y estatal que pueda regular y limitar el vertido. En función de las características del vertido y de lo recogido en la normativa se establecerá el objetivo a cumplir por las instalaciones de tratamiento de las aguas que se deberán diseñar.

La importancia de la campaña de caracterización reside en el hecho de que si ésta no es efectiva, el diseño de las instalaciones no será el óptimo y muy probablemente las aguas residuales no resulten adecuadamente tratadas.

Las instalaciones que albergarán los diferentes procesos de tratamiento de las aguas residuales deberán ser diseñadas por una empresa especializada, que disponga de profesionales experimentados y que sea experta en numerosas y variadas técnicas de tratamiento de aguas residuales. Sin duda, la mejor opción para el cliente que no conoce los entresijos del tratamiento de aguas residuales, es contratar el diseño, construcción y entrega llaves en mano de las instalaciones de depuración a una empresa especializada.

Una vez las instalaciones de tratamiento estén construidas y funcionando correctamente, es momento de tramitar ante la administración competente el permiso de vertido. Éste es preceptivo y en sí mismo es uno de los objetivos que justifica toda la inversión realizada.

También debe tenerse en cuenta que se puede dar el caso de que, para reducir al máximo los impuestos, sea económicamente interesante diseñar los procesos de tratamiento no sólo para cumplir los límites de vertido, sino para reducir al máximo la carga contaminante vertida. Así, de este modo, se reducen considerablemente los impuestos ambientales, como es el caso del canon de vertido, que en la mayoría de lugares existe con uno u otro nombre. Reducir la contaminación vertida por encima de lo que obliga la legislación genera unos costes de explotación mayores, pero cuando el caudal es elevado, se compensan sobradamente con la reducción de impuestos. Se debe evaluar esta posibilidad caso a caso.

Finalmente, el hecho de gestionar correctamente las aguas residuales permite poder optar a obtener un certificado de gestión ambiental del tipo ISO 14001 o EMAS, el cual siempre es valorado muy positivamente en un mercado globalizado donde al medio ambiente cada vez se le concede mayor importancia.