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Ingeniería ambiental

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

Tratamiento de salmueras, problemática y alternativas

Tratamiento de salmuerasExiste una amplia diversidad de industrias que por uno u otro motivo generan salmueras, como es el caso de las plantas desaladoras, las dedicadas a las perforaciones de gas y petróleo, las plantas de generación de energía, las de curtidos de pieles, las que elaboran conservas de alimentos, olivas, salazones, aceites, jamones y embutidos, así como todas aquellas que tratan elevados volúmenes de agua (descalcificación, desmineralización, ósmosis inversa, etc.).

Los efluentes salinos deben ser correctamente gestionados, ya que su descarga no controlada puede causar un elevado impacto ambiental. La gestión de las salmueras no es una tarea sencilla en la mayoría de los casos. En función de factores como el caudal, la ubicación geográfica, si existen más contaminantes o no a parte de las sales, etc. se deberá optar por una u otra opción. En muchas ocasiones la única salida será el tratamiento de las salmueras, aunque pueden existir otras vías de gestión diferentes en función de las características de cada caso.

Existen diferentes alternativas para su gestión, entre las que destaca el tratamiento de la salmuera mediante un sistema de vertido cero. De entre todas las opciones posibles, esta última se presenta como la más universal, ya que puede ser aplicada en la mayoría de situaciones, es la más respetuosa con el medio ambiente, no produce vertido alguno, genera un efluente de agua de elevada calidad, que puede ser reutilizada en el proceso productivo, y se obtiene sal cristalizada que puede ser revalorizada.

A continuación adjuntamos un detallado documento en pdf en el que abordamos la problemática de las salmueras y proponemos una série de alternativas para su gestión y tratamiento.

 

Tratamiento de salmueras

Indicadores de sostenibilidad ambiental

sostenibilidad ambientalEn la situación actual del planeta en la que no existen suficientes recursos disponibles para que los diferentes países continúen creciendo sin perjudicar directa y gravemente el medio ambiente, se plantea necesario la definición, evaluación y cuantificación del impacto que las diferentes actividades desarrolladas por el ser humano, ya sea a nivel de una empresa, de una región o de un país, tienen sobre el medio ambiente. Sólo cuando estas repercusiones se pueden medir, es posible su análisis, control y reducción.

Los indicadores de sostenibilidad ambiental constituyen una metodología para evaluar las incidencias de los procesos productivos sobre el medio ambiente. Estos indicadores permiten cuantificar el grado de responsabilidad y sostenibilidad ambiental de un individuo, organización o comunidad.

Entre los indicadores de sostenibilidad ambiental más utilizados podemos citar la huella ecológica, la huella de carbono, la huella hídrica y la huella social, los cuales se describen a continuación.

Huella ecológica: este indicador hace referencia a la demanda de naturaleza de una población, comunidad u organización. Concretamente, la huella ecológica de una población determinada es el área de medio natural necesaria para producir los recursos que consume y absorber los desechos que genera. Cuando el área necesaria es superior al área ocupada por dicha población se deduce que existe un déficit en el que se consumen más recursos de los que de forma natural se pueden producir y se generan más residuos de los que de forma natural se pueden absorber. Si utilizamos esta herramienta para analizar a la Humanidad en su globalidad, se llega a la conclusión que actualmente la Tierra necesita un año y cinco meses para regenerar lo que utilizamos en un año (www.footprintnetwork.org), lo cual es insostenible.

Huella de carbono: la huella de carbono es un indicador que hace referencia a los gases de efecto invernadero (GEI) emitidos en la práctica de una cierta actividad o en la fabricación y comercialización de un producto.

La huella de carbono se calcula sumando la totalidad de los GEI emitidos de forma directa o indirecta por la activad de un individuo, empresa, fabricación y comercialización de un producto, etc. y se expresa en masa de CO2 equivalente. Una vez se conoce la huella de carbono es posible poner en práctica una estrategia de reducción y/o de compensación de emisiones. La Norma ISO 14067 establece un marco de referencia internacionalmente reconocido para el cálculo de la Huella de carbono de un producto.

Huella hídrica: La huella hídrica es un indicador del uso del agua que abarca tanto el uso directo como el indirecto de un consumidor. La huella hídrica de un individuo, comunidad u organización se define como el volumen total de agua dulce que se utiliza para producir los bienes y servicios consumidos por el individuo, comunidad u organización. La huella hídrica se calcula sumando el volumen de agua consumida, evaporada o contaminada, por unidad de tiempo o por unidad de masa.

Este indicador es clave puesto que el impacto de la actividad humana en los sistemas hídricos acostumbra a estar relacionado con el consumo humano, el cual frecuentemente acaba siendo responsable de problemas como la escasez o la contaminación del agua.

Otro factor a tener en cuenta es el hecho de que muchos países han externalizado de forma considerable su huella hídrica al importar bienes de otros lugares que requieren un elevado consumo de agua para su producción. Por ejemplo, para producir una taza de café son necesarios 140 L de agua.

Se ha elaborado y aprobado la Norma ISO 14046 la cual establece los principios, requisitos y directrices para una correcta evaluación de la huella de agua de productos, procesos y organizaciones, a partir del análisis del ciclo de vida.

Huella social: la huella ecológica cuantifica el impacto de la actividad de una empresa en materia humana, laboral y social. En la determinación de la huella social se utilizan factores como los empleos creados, el consumo desmesurado de recursos, el reparto de recursos y los excesos que se puedan producir en el sector productivo.

Las empresas, mediante las decisiones que se toman, crean más o menos puestos de trabajo, pueden poner en riesgo los derechos humanos, los principios y derechos fundamentales en el trabajo, pueden tener impacto sobre la cultura, etc. Por tanto, las prácticas laborales pueden o no gestionar correctamente las condiciones de trabajo y protección social, pueden sensibilizarse en mayor o menor grado con la salud y la seguridad en el puesto de trabajo y pueden realizar una apuesta clara y convencida sobre el desarrollo y formación de las personas. Todos estos aspectos dejan una traza en la sociedad que es lo que se intenta medir con la huella social.

Los indicadores de sostenibilidad ambiental permiten cuantificar el grado de compromiso de las empresas con el medio ambiente y con la sociedad. Así pues, las empresas social y ambientalmente responsables disponen de una herramienta, la certificación en cuanto a estos indicadores, la cual será indispensable en un futuro muy lejano para su posicionamiento en el escenario de los negocios internacionales.

Eliminación autotrófica de nitrógeno

Eliminación autotrófica de nitrógenoEl nitrógeno es un contaminante presente en las aguas residuales el cual debe ser eliminado con anterioridad al vertido de éstas en los cursos superficiales de aguas. En caso contrario, el nitrógeno reduce el oxígeno disuelto de las aguas superficiales, es tóxico para el ecosistema acuático, entraña un riesgo para la salud pública y junto al fósforo son responsables del crecimiento desmesurado de organismos fotosintéticos (eutrofización). Todos estos factores hacen que la legislación sea cada vez más restrictiva en cuanto a los límites máximos permitidos para este parámetro.

La forma más comúnmente empleada para la eliminación del nitrógeno se basa en un doble proceso biológico de nitrificación y desnitrificación. En la primera etapa, la de nitrificación, el amonio es convertido primero en nitrito y éste, a su vez, en nitrato, mediante un consorcio de bacterias nitrificadoras que utilizan carbono inorgánico como fuente de carbono y obtienen la energía necesaria para su crecimiento de las reacciones químicas de la nitrificación. La segunda etapa, la de desnitrificación, consiste en la conversión del nitrato en nitrógeno gas, el cual se libera a la atmosfera. Esta conversión la llevan a cabo unas bacterias en condiciones anaerobias, las cuales utilizan el nitrato como aceptor final de electrones y la materia orgánica presente en el agua como fuente de carbono.

Aunque este proceso es ampliamente utilizado por su robustez y por su elevada eficacia, es cierto que presenta algún aspecto susceptible de ser mejorado. Por un lado, en la etapa de nitrificación es necesario que haya una cierta concentración mínima de oxígeno disuelto en el agua, hecho que supone un elevado consumo energético. Por otro lado, en el proceso de desnitrificación se consume materia orgánica, factor que obliga a disponer de una recirculación interna (más consumo energético) o bien la dosificación de una fuente de carbono externa cuando la existente en el agua residual no es suficiente.

La búsqueda de nuevas técnicas que permitan conseguir los resultados obtenidos por el proceso convencional pero con un menor consumo energético ha favorecido el desarrollo de nuevos procesos, entre los que se abre paso el de la nitrificación parcial o eliminación autotrófica de nitrógeno. Esta técnica se basa en la conversión del 50% del amonio en nitrito en una primera etapa; y posteriormente, en la segunda etapa, se produce la desnitrificación autotrófica, en la que las bacterias convierten el 50% del amonio restante y el nitrito producido directamente en nitrógeno gas, en condiciones anaerobias y sin consumir materia orgánica. Este proceso es conocido con las siglas ANAMMOX (anaerobic ammonium oxidation).

Las ventajas respecto del proceso convencional son considerables. Se reduce el consumo energético, porque sólo es necesario convertir a nitrito la mitad del amonio presente, a la vez que se elimina más nitrógeno, ya que el rendimiento de desnitrificación es del doble al reaccionar una molécula de amonio con otra de nitrito para obtener una de nitrógeno molecular. Además, al ser la desnitrificación un proceso autotrófico, no es necesaria una recirculación interna para aportar materia orgánica y, menor aún, un aporte externo de materia orgánica. Finalmente, la biomasa generada en el proceso ANAMMOX es menor que la producida por los procesos convencionales, disminuyendo considerablemente los costes de operación y de tratamiento de lodos.

El proceso ANAMMOX es especialmente competitivo en relación al proceso convencional en todos aquellos casos en los que la relación carbono-nitrógeno (C/N) en el agua es desproporcionada respecto a la óptima para el crecimiento de los microorganismos. Un ejemplo de relación carbono-nitrógeno descompensada se encuentra en los retornos de la línea de fangos en plantas que disponen de digestión anaerobia. Este proceso produce un incremento del contenido de amonio soluble por la hidrólisis del nitrógeno orgánico. En cambio, el contenido de materia orgánica en los retornos es muy bajo, por lo que la relación carbono-nitrógeno no es la óptima para el crecimiento microbiano. Para tratar los retornos con un esquema básico sería indispensable la adición de materia orgánica externa (metanol o acetato); en cambio, para el proceso ANAMMOX se dan las condiciones óptimas: elevada concentración de nitrógeno y baja concentración de materia orgánica. Otros casos en los que el proceso ANAMMOX constituye una alternativa aventajada son el tratamiento de los lixiviados de vertedero, de los purines de cerdo o los efluentes de las empresas que se dedican a las conservas de pescado.

En contrapartida, el crecimiento de las bacterias ANAMMOX es muy lento, lo que supone un inconveniente práctico a la hora de enriquecer la biomasa en bacterias ANAMMOX para una aplicación industrial.

Así pues, existen alternativas competitivas al proceso biológico de nitrificación-desnitrificación convencional, especialmente en aquellos casos en los que la concentración de nitrógeno es elevada y la concentración de carbono baja, como es el caso de los efluentes de los procesos de digestión anaerobia, lixiviados de vertedero, purines de cerdo, etc. Las ventajas principales son la reducción del consumo energético, así como el hecho de no tener que aportar una fuente de carbono externa cuando no hay suficiente materia orgánica en el agua.

Conversión del amonio en nitrógen

En la figura, se representa de color azul la secuencia de conversión del amonio en nitrógeno gas que se produce en el proceso convencional. De color rojo, el proceso ANAMMOX cortocircuita el esquema convencional, lo acorta ahorrando oxígeno y materia orgánica.

Tratamiento de las aguas residuales en la industria cárnica

industria cárnicaLa industria cárnica agrupa tanto a los mataderos y salas de despiece como a las fábricas de productos elaborados (frescos, curados o cocidos). Habitualmente, se encuentra por un lado el conjunto matadero-sala de despiece y por otro lado la industria de productos elaborados. Mientras los primeros producen canales, medias canales y piezas de carne para su consumo, la industria de elaborados abastece de productos cárnicos transformados (embutidos, jamón, salchichas, etc.).

Desde la vertiente ambiental, la producción de aguas residuales es muy diferente en función del tipo de instalación. Mientras que la generación de aguas residuales en los mataderos-sala de despiece es considerable, y con una elevada carga orgánica, en la producción de elaborados es más contenida y constante en el tiempo.

Tal y como se describe a continuación, en la mayoría de los diferentes procesos que se llevan a cabo secuencialmente en el matadero se generan aguas residuales:

  • Recepción de los animales vivos/estabulación: los animales llegan a la instalación y se estabulan. Las aguas residuales producidas en la limpieza de estas zonas arrastran orina, heces, pelos, desinfectante, etc.
  • Sacrificio: los animales son lavados externamente mediante chorros de agua a presión y después son sacrificados. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Desangrado: los animales son desangrados. La sangre se recoge para su venta aunque se producen pérdidas que en la limpieza de las instalaciones pasan a las aguas residuales.

A partir de este punto, los siguientes procesos difieren de si el ganado es porcino o vacuno. Para el caso del porcino, los procesos que continúan son:

  • Escaldado: se eliminan las impurezas de la piel al introducir las piezas en recipientes de agua hirviendo. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Chamuscado: mediante unos quemadores se eliminan restos de pelos que han quedado tras el escaldado.
  • Lavado: las piezas se lavan mediante agua a presión para eliminar el residuo que ha quedado después del chamuscado. También se generan aguas residuales en este proceso.

En el caso de tratarse de vacuno, tras el proceso de desangrado, se da lugar el:

  • Desollado: se retira del animal sacrificado la piel, patas y cuernos.

A continuación, las piezas, tanto de porcino como de vacuno, continúan una serie de procesos comunes:

  • Acondicionamiento: se eliminan restos como vísceras de los cuales se obtienen subproductos para la alimentación animal. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Oreo, despiece y venta: las piezas se enfrían a temperatura ambiente, se despiezan y pasan a las cámaras de producto final apto para su venta.

En caso de que se trate de aves, los procesos son similares con las únicas diferencias de que en la estabulación la generación de aguas residuales es mucho más importante y de que entre los procesos de escaldado y de chamuscado exista en proceso intermedio, el desplumado.

Así pues, en la mayoría de los procesos que se llevan a cabo, además de las limpiezas de todas las instalaciones, se generan aguas residuales. El volumen final producido es elevado y se estima del orden de 5 litros de agua por kilogramo de peso de animal vivo. En el caso de aves, el consumo es superior y se sitúa entre 5 y 10 litros de agua por kilogramo de animal vivo. Por lo general, el agua arrastra moderadas cantidades de purines, restos de carne, sangre, pelos, trozos de vísceras y grasa superficial entre otros residuos, que en su conjunto hacen que el agua tenga un elevado contenido de materia orgánica, materias en suspensión, aceites y grasas, nitrógeno (amoniacal y orgánico), fosfatos y detergentes y desinfectantes de las limpiezas. Además, la carga de las aguas residuales varía en gran medida en función del día e incluso hora a hora.

En la siguiente tabla se resumen los valores típicos de los parámetros relacionados con el contenido de materia orgánica y nutrientes del efluente generado en un matadero con sala de despiece.

aguas residuales industria cárnica

Para tratar adecuadamente estas aguas residuales, la opción más recomendable y ventajosa es un diseño que incluya un pretratamiento del agua, que elimine los sólidos gruesos y finos, elimine también los aceites y grasas y amortigüe las fluctuaciones de caudal y/o carga; y a continuación, un tratamiento biológico, el cual será el responsable de eliminar la materia orgánica y el nitrógeno. A continuación se describen con mayor detalle estas etapas:

  • Pretratamiento: el primer proceso necesario consiste en un desbaste de gruesos y finos, mediante tamices de 10 mm y 4 mm de tamaño de paso respectivamente. A continuación, también es conveniente separar los aceites y grasas del agua antes del tratamiento biológico, puesto que éstos tienen una demanda de oxígeno elevada. Una forma efectiva de separarlos es mediante flotación. Finalmente, debido a las fluctuaciones de caudal y carga contaminante a lo largo del ciclo productivo, es conveniente incluir una etapa de homogenización y laminación del caudal, que amortigüe los picos que se producen a lo largo del tiempo.
  • Tratamiento biológico: éste puede estar basado en tecnologías muy diferentes, de las cuales la más favorables son:
    • Lodos activos de baja carga: mediante un proceso de biomasa en suspensión de baja carga, en la que la parrilla de difusores del sistema de aireación no ocupe la totalidad del biorreactor, es posible tanto eliminar la materia orgánica disuelta como conseguir la desnitrificación. En función de la disposición de los difusores de aire, se establecen zonas aerobias y zonas anoxias en el reactor, y su alternancia permite la eliminación del nitrógeno.
    • SBR: mediante en un proceso discontinuo secuencial se pueden eliminar tanto la materia orgánica como los nutrientes. En el caso de un reactor SBR todos los procesos se dan lugar en el mismo reactor, pero de forma secuencial en el tiempo. Para trabajar de forma discontinua, es indispensable disponer de un depósito que acumule previamente el agua residual que va llegando al sistema de tratamiento.
    • Proceso anaerobio: mediante un tratamiento anaerobio de las aguas residuales se puede eliminar tanto la materia orgánica como el nitrógeno, sin consumo de oxígeno. Como producto de la secuencia de transformaciones que se producen en el interior del proceso, parte del carbono del agua residual acaba en forma de biogás, una mezcla revalorizable de dióxido de carbono y metano.

Las tres alternativas de tratamiento biológico son eficientes, robustas y cada una con sus ventajas y restricciones. No obstante, se debe destacar que la opción del tratamiento biológico anaerobio es la que conlleva unos costes de operación inferiores por el menor consumo energético a la vez de la generación de biogás.

Así pues, los mataderos/salas de despiece generan grandes cantidades de efluentes con una elevada carga orgánica, tanto disuelta como en suspensión, además de nitrógeno, fósforo, aceites y grasas y patógenos. El sistema de tratamiento más recomendable se basa en el diseño de un sistema completo formado por un pretratamiento del agua, en el que se eliminen sólidos gruesos y finos, además de aceites y grasas, y un tratamiento biológico que elimine la carga orgánica y los nutrientes del agua. Si el tratamiento biológico es anaerobio, el biogás generado puede ser aprovechado para la producción de energía eléctrica, la cual reducirá le consumo global de la instalación.