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Tratamiento de aguas residuales en la industria del vino

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INTRODUCCIÓN

El sector vitivinícola es uno de los esenciales en la economía agraria de un gran número de países europeos junto con los cereales. La industria vínica y la viticultura constituyen un motor económico muy importante en el desarrollo rural de muchos municipios del Viejo Continente que con el paso de los años han ido adquiriendo gran fama como espacios productores de vino.

Uno de los últimos impulsos recibidos por estas zonas y que han supuesto un cambio muy significativo en su política y en su forma de elaborar vino, fue la constitución de Denominaciones de Origen que permitían obtener una distinción de unos vinos frente a otros. Con el transcurso de los años esta inquietud por la elaboración de vino se ha ido transfiriendo a otros países de todos los continentes que poco a poco han adquirido cada vez mayor peso en su conjunto nacional, así como en el internacional, reduciendo el de la producción europea en los últimos veinte años.   

Los efluentes que se generan en este tipo de industrias unen a un caudal de agua importante, unas cargas contaminantes que deben ser tratadas de acuerdo con las legislaciones vigentes. Por su irregularidad según la etapa de cada temporada, así como la elevada DQO y compuestos orgánicos complejos, en ocasiones difíciles de eliminar.

En este artículo se pretende hacer una aproximación tanto al mundo de la industria vitivinícola como al tratamiento de los efluentes que se generan.  

EVOLUCIÓN DEL MERCADO VITIVINÍCOLA

Los nuevos países emergentes se encuentran situados en áreas geográficas muy alejadas entre sí pero un grupo de ellos presenta unas características comunes con el ámbito del Mediterráneo: su clima.

Las principales áreas productoras en el mundo, además del Viejo Continente, son: Chile, Argentina y la Costa Oeste de Estados Unidos en el continente americano; la República de Sudáfrica, y países del Norte como Egipto o Argelia en África; la costa Este de Australia; y Turquía, Irán y China en el continente asiático.

La especialización entre ellos es diversa ya que, en unos, prima la producción de vino como en los países europeos y americanos, frente a otros como Irán, China, India o Egipto donde la producción de uva para consumo fresco y la uva pasa tiene un papel mayor.

Estos nuevos países emergentes están originando una serie de cambios muy significativos en el panorama vitivinícola mundial restando peso al conjunto europeo al saber adaptarse a las nuevas exigencias de los consumidores.

Sin duda alguna, las estrategias de marketing son un factor clave en la industria vitivinícola en el siglo XXI junto con la capacidad de innovación, de inversión y tecnológica, colocando en primera línea a los nuevos países productores como Australia, Nueva Zelanda y Estados Unidos como los pioneros en estos campos.

 El aumento de superficie en los nuevos países emergentes como China, Chile o Irán entre otros ha generado una serie de cambios en la distribución de hectáreas, en la producción, en las exportaciones y en las importaciones. Si bien, es cierto, que en Europa se localizan los países con mayor superficie y producción del mundo, pero han visto como su distancia respecto al resto se ha ido recortando.  

Esto indica como la industria vinícola y la viticultura se va desplazando poco a poco a otros escenarios mundiales y van surgiendo nuevos espacios y sociedades dedicados al cuidado y transformación de la uva.  

Las últimas décadas del siglo xx se han caracterizado por el incremento de la competitividad en el mercado internacional de los vinos. El empuje que registró la oferta de los nuevos países productores y exportadores de vino, junto al aumento de la demanda de nuevos consumidores, aceleraron el proceso de globalización del vino.

El aumento de las exportaciones mundiales fue espectacular desde comienzos de la década de 1980. A los países productores y exportadores del Viejo Mundo (Francia, Italia, España y Portugal), caracterizados por el predominio de las pequeñas bodegas y cooperativas, se sumaron los del Nuevo Mundo (Australia, Nueva Zelanda, Estados Unidos (básicamente California), Argentina, Chile, Uruguay y Sudáfrica) que, con una estructura organizativa muy competitiva dominada por grandes firmas empresariales, adquirieron protagonismo en la década de los noventa.

Desde entonces los viejos productores pierden cuota de mercado frente a los nuevos productores. Con el incremento de la competencia global se desencadenaron cambios importantes en las estrategias empresariales de producción, comercialización, distribución y marketing.

Tratamiento de residuos de la industria vinicola

Tratamiento de residuos de la industria vinicola

IMPACTO AMBIENTAL DE LAS INDUSTRIAS VINICOLAS Y BODEGAS

El sector de alimentación y bebidas, en su conjunto, produce un importante impacto medioambiental en zonas geográficas concretas, aunque también debemos tener en cuenta su elevado peso relativo en la economía productiva.

La alta concentración de industrias agroalimentarias en estas zonas depende de diversos factores: logísticos (proximidad a zonas productoras y ejes de abastecimiento de materias primas, o a los mercados de consumo), infraestructuras de comunicación, infraestructuras de servicios (polígonos industriales), incentivos o trabas administrativas, exigencias medioambientales, etc.

Sin embargo, la concentración de un tipo de industria agroalimentaria en una zona geográfica determinada no debe observarse exclusivamente como una amenaza medioambiental, ya que también puede ofrecer ciertas ventajas: mayor viabilidad y optimización en la gestión de los residuos (depuradora colectiva, transporte y tratamiento de residuos sólidos en plantas especializadas), apoyo de ayuntamientos y comunidades a las actividades productivas más importantes para la economía local, etc.

Los dos principales problemas que el conjunto de este sector agroalimentario plantea al medio ambiente son: 

  1. Contaminación originada por vertidos líquidos debido, principalmente, a su alto contenido en materia orgánica.     
  2. Contaminación por residuos sólidos en puntos de consumo, a causa de los envases y embalajes que acompañan a las materias primas y a los productos. 

Entre los residuos asociados a este tipo de industria nos encontramos con: 

  • Clarificantes proteicos como la caseína, gelatina y albumina.
  • Cristales de tartrato lo que confiere salinidad.
  • Tierras eventualmente utilizadas en la filtración (ejemplo: diatomeas).
  • Cartones y plásticos; materia orgánica de la uva (las pepitas, raspones y hollejos son los elementos más visibles.

Sin embargo, es la fracción orgánica esencialmente soluble como azúcar, ácidos, alcohol y polifenoles, la que provocaría una mayor contaminación si se vertiera en ríos.

En cuanto a las aguas residuales, se estima que se obtienen entre 12 y 45 litros por hectólitro de vino producido; no obstante, estos efluentes pueden alcanzar los 3 litros por litro de vino producido durante los dos primeros meses a contar desde la vendimia.

Estos efluentes proceden de diferentes etapas: recepción, prensado de la uva, extracción del mosto y desfangado (limpieza de las prensas, lavado del orujo y filtros a vacío); en vinificación (fermentación, clarificación y estabilización) por el lavado de los tanques del proceso, limpieza de filtros y tratamiento de descalcificación de las aguas de refrigeración; envasado (por limpieza de botellas, lavado de cintas transportadoras y derrames de vino).

Es preceptivo realizar un estudio de los procesos de la bodega. El objetivo es conocer los puntos de consumo y vertidos de agua que se realizan en las distintas etapas de producción. Buscamos implantar medidas destinadas a reducir en lo posible tanto el volumen como la contaminación de los vertidos a depurar.

Recomendamos señalar el destino de las aguas residuales en bodegas: Aquellas relacionadas con la explotación y aquellas relacionadas con el sistemas de depuración.

Con el fin de limitar el volumen y concentración contaminante de los efluentes se pueden realizar dos tipos de medidas: las destinadas a economizar agua para reducir el volumen vertido, y las dirigidas a reducir la contaminación en la fuente.

Una primera medida consiste en separar las aguas residuales según su origen: pluviales, sanitarias, y circuitos de refrigeración.

Con el fin de disminuir la carga contaminante, la cava debe reducir los elementos sólidos y líquidos, limitar la contaminación de las aguas residuales mediante el uso de filtros ecológicos y valorización de tartratos. Seguidamente indicamos un listado de potenciales medidas y repercusiones.

  • Separar las aguas industriales de las limpias que no necesitan depuración. Normalmente el 80% de la DQO se concentra en las aguas residuales en bodegas de limpieza y suponen el 20% de los vertidos, siendo interesante considerar el tratamiento de los efluentes por separado. La Evaporación es un proceso que puede resultar rentable para esta aplicación.
  • Realizar una primera limpieza en seco.
  • Limpieza final con agua a presión.
  • Implantar un plan de actuación para prevenir fugas y derrame.
  • Formar e informar a los empleados

AGUAS RESIDUALES DE LAS INDUSTRIAS VITIVINÍCOLAS

En las industrias de este tipo, es necesario distinguir entre bodegas o elaboración de vino y destilerías – alcoholeras o tratamiento de subproductos derivados de la elaboración de la uva.

Distinción obligada por la variabilidad de los caudales de vertido en función de lo que se produce y por la modalidad de tratamiento que requieren los vertidos, cada uno tiene sus particularidades.

Centrándonos en los vertidos líquidos, debemos resaltar que en las bodegas el agua tiene una gran relevancia en los procesos auxiliares, como operaciones de limpieza (lavado) de aparatos (tolvas de recepción, despalilladoras, prensas, filtros y centrifugas), depósitos, conductos y suelos. 

En general, la naturaleza de la contaminación hídrica es principalmente orgánica, aunque también nos encontramos con residuos minerales, tierras, grasas, detergentes y desinfectantes, contaminantes tóxicos exógenos localizados en la uva, etc., caracterizándose por: 

  • Elevada carga contaminante básicamente orgánica, como consecuencia de la materia seca del mosto o del vino, o bien de microorganismos. Se trata fundamentalmente de materia colorante, taninos, proteínas, ácidos orgánicos, glúcidos y macroorganismos vivos o muertos (levaduras, bacterias lácticas y acéticas, hongos). 
  • Residuo mineral, suele ser bitartrato potásico que precipita en el transcurso de la fermentación y la estabilización después del enfriamiento del vino.
  • Alta concentración de DBO5 y DQO. 
  • pH ácido en los vertidos de bodega y básico en los de la planta de embotellado. 
  • Sólidos en suspensión en altas concentraciones, gran parte de ellos en forma coloidal. 
  • Alta biodegradabilidad. 
  • Carencia de productos de alta toxicidad, lo que favorece su biodegradabilidad. 
  • Tierra procedente de la vendimia, que suele entrar en forma de polvo o barro. 
  • Grasas y aceites procedentes de la maquinaria y aperos.
  • Agentes de limpieza como: ácidos inorgánicos fuertes (fosfórico, nítrico, clorhídrico), ácidos orgánicos débiles (láctico, cítrico, tartárico, glucónico, acético, hidroxiacético y levulínico), álcalis inorgánicos (hidróxido sódico, silicatos , metasilicato sódico, carbonato sódico y trisfasofato sódico), tensioactivos aniónicos (jabones, oleosulfatos, alquil-sulfatos, alquil-sulfonatos y alquil-fosfatos), catiónicos (alquiamias primarias, óxidos de amina, aminas etoxiladas y sales de amonio cuaternarias), anfóteros (N-alquibetaínas, ácido N-alquil-b-aminopropiónico, alquil imidazoínas y N-alquil dulfobetaínas), no iónicos (óxido de etileno); secuestrantes (pirofosfato tetrasódico, tripolifosfatos sódicos, tetrafosfato sódico, hexametafosfato sódico, EDTA, ácido nitrilo acético y ácido glucónico)
  • Desinfectantes como el cloro y sus compuestos (hipocloritos sódicos y cálcicos, cloramina T y B y dicloroamina T), compuestos de amonio cuaternario, iodóforos, aldehídos (formaldehído y glutaraldehído), compuestos liberadores de oxígeno (ozono, peróxido de hidrógeno, ácido peracético, permanganato potásico
  • Residuos de productos fitosanitarios que se encuentran en la uva, muchas veces por una inadecuada utilización de los plaguicidas y por no respetar los plazos de seguridad marcados por las casas comerciales. Estos tóxicos se transfieren al mosto y al vino, pero la mayor parte de ellos son eliminados en los distintos procesos enotécnicos (prensado, desfangado, trasiego y estabilización del vino acabado).

Además, estos vertidos muestran una gran irregularidad en cuanto a caudales, composición de las aguas residuales y concentración de contaminantes, dependiendo normalmente de las horas del día, ya que influyen factores como la frecuencia de entrada de materia prima, la tecnología de vinificación empleada, las variedades de uva transformadas, el tamaño de la bodega, etc.; y de una estacionalidad del ciclo anual, teniendo el mayor volumen durante la vendimia.

En la industria vinícola, la naturaleza de la contaminación hídrica es principalmente orgánica, aunque también nos encontramos con residuos minerales, tierras, grasas, detergentes y desinfectantes, contaminantes tóxicos exógenos localizados en la uva, etc.

Las características del tipo de vertido de este sector son:

  • Elevada carga contaminante básicamente orgánica, como consecuencia de la materia seca del mosto o del vino, o bien de microorganismos. Se trata fundamentalmente de materia colorante, taninos, proteínas, ácidos orgánicos, glúcidos y micoorganismos vivos o muertos (levaduras, bacterias lácticas y acéticas, hongos).
  • Residuo mineral, suele ser bitartrato potásico que precipita en el transcurso de la fermentación y la estabilización después del enfriamiento del vino.
  • Alta concentración de DBO5 y DQO.
  • pH ácido en los vertidos de bodega y básico en los de la planta de embotellado.
  • Sólidos en suspensión en altas concentraciones, gran parte de ellos en forma coloidal.
  • Alta biodegradabilidad.
  • Carente de productos de alta toxicidad, lo que favorece su biodegradabilidad.
  • Tierra procedente de la vendimia, que suele entrar en forma de polvo o barro.
  • Grasas y aceites procedentes de la maquinaria y aperos.
  • Agentes de limpieza 
  • Desinfectantes como el cloro y sus compuestos
  • Residuos de productos fitosanitarios que se encuentran en la uva

La generación de aguas residuales en bodegas es el aspecto ambiental más significativo de la actividad de estas empresas, tanto por los elevados volúmenes generados como por la carga contaminante asociada a las mismas, así como la estacionalidad de sus vertidos, función de la cosecha de la fruta (uva).

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La mayor parte del agua que se utiliza en el sector acaba finalmente como corriente de agua residual. En algunos casos hay que tener en cuenta que parte del agua captada se utiliza para los sistemas de refrigeración de los depósitos de elaboración o fermentación de la uva, en el caso de bodegas y en el caso de las alcoholeras por el agua extraída del subproducto (vinazas, orujos, vino, etc.)

El elevado consumo de agua se debe principalmente a la necesidad de mantener unos exigentes estándares higiénicos y sanitarios, además de, en algún caso, corrientes de limpieza de sistemas de regeneración o filtración.

Estas aguas suelen tener la particularidad de un alto contenido de carga contaminante en forma de DQO y DBO5, ser deficitaria en nutrientes y ser muy variable, debido a la estacionalidad de la producción, excepto en plantas que sólo hacen embotellado o alcoholeras que tienen suficiente materia prima para trabajar ininterrumpidamente todo el año.

En las alcoholeras hay que tener muy en cuenta los procesos de extracción que se llevan a cabo dentro de la fábrica, no es lo mismo utilizar ácido nítrico con carbonatos cálcicos, que sulfato cálcico, nos provocarán problemas por los nutrientes.

Analítica típica de las aguas residuales de una bodega

PARÁMETROS      BODEGA 1BODEGA 2BODEGA 3
pH3,9 – 7,94,6 – 84,2 – 7,8
Conductividad (µS/cm)600-2000
DBO5(mg O2/l)300 – 15002500200 – 5900
DQO (mg O2/l)900 – 350046501000-15000
SS (mg/l)1100 – 1500640200 – 1500
N Tot (mg/l)13 – 22061
P Tot (mg/l)11 – 18313
Aceites y grasas (mg/l)3-55

TRATAMIENTO DE LOS VERTIDOS

Para el tratamiento de los efluentes se consideran procesos biológicos de fangos activos, en todas sus variantes funcionales (SBR, MBR, MBBR, aireación prolongada, etc.) como las técnicas adecuadas para el tratamiento de estos vertidos.

Dado el carácter estacional del caudal (concentrándose en la vendimia, dos primeros meses desde su comienzo), se suele contar con dos líneas paralelas de tratamiento o bien se hacen ciertas consideraciones en el diseño de la instalación, que nos permitan operar de forma distinta según la época del año en la que nos encontramos.

La línea de tratamiento típica que nos encontramos en este tipo de soluciones es la siguiente:

PRETRATAMIENTO

Tratamiento físico

Es necesaria la fase de separación de sólidos y líquidos para evitar todo riesgo de obturación en las conducciones, bombas y demás elementos del sistema de tratamiento de aguas.

Se recomienda un equipo de tamizado de sólidos automático para separar las partículas sólidas gruesas y finas (tamaño superior a un milímetro) tal y como las pepitas, hollejos, raspones, etc.

Tratamiento fisicoquímico

En la fase de tratamiento primario se recomienda un equipo DAF (Flotador por Aire disuelto), para la eliminación de las partículas sólidas más finas junto con las fases flotantes que pudieran existir en el agua (aceites, grasas,…).

Mediante la inyección de productos químicos, el tratamiento fisicoquímico facilita la coagulación y floculación de sustancias solubles que de otra manera no podrían separarse, y facilitar su precipitación y flotación para posterior extracción.

Con este sistema físico–químico se logra reducir las variaciones de caudal y conseguir unos rendimientos de eliminación de sólidos en suspensión, aceites y grasas superiores al 95%. Esto conllevará igualmente una reducción de la DBO5 igual o superior al 50%.

TRATAMIENTO BIOLÓGICO

TRATAMIENTO BIOLÓGICO AEROBIO

El tratamiento biológico tiene por función la eliminación de materia orgánica (DBO5), materia en suspensión (SS), así como la oxidación del nitrógeno reducido (NTK) a nitrógeno en forma oxidada (NO³-) = etapa de nitrificación.

Existe diversidad de tratamientos biológicos aplicables, entre los que comentamos los siguientes:

Tratamiento biológico por fangos activos de baja carga

Con este tratamiento, la eliminación de la materia orgánica y los sólidos coloidales presentes en el agua residual se realiza en un ambiente aerobio mediante la intervención de microorganismos capaces de su degradación.

Para una mejor productividad se añade un sistema de aportación y distribución de oxígeno en el reactor biológico a través de una parrilla de difusores de burbuja fina.

Los difusores de burbuja fina (60 micras) consiguen altos rendimientos en los procesos de transferencia de oxígeno debido a su pequeño diámetro y a su ascensión lenta hasta la superficie.

En la etapa de clarificación o decantación secundaria se separan por diferencia de densidad los sólidos biológicos del agua, obteniendo fango en la parte inferior y agua clarificada por el vertedero de salida.

Tratamiento biológico mediante lecho móvil (MBBR)

Con este tratamiento se reduce el volumen de los reactores biológicos. Consiste en disponer distintos rellenos y etapas de depuración en que determinadas bacterias prevalecen sobre otras a fin de optimizar la depuración biológica. Se necesitará instalar un decantador para la extracción de los fangos producidos.

Tratamiento biológico mediante biomembranas (MBR)

El sistema de membranas de ultrafiltración reemplaza el tratamiento convencional de fangos activos y combina la filtración, la aireación y la clarificación en una sola etapa. Otro elemento destacable de este sistema es su compacidad y modularidad; en caso de ser necesario tratar un caudal mayor al previsto, basta con ir ampliando el número de cartuchos de forma rápida y sencilla. Así pues, hablamos de ciertas ventajas del tratamiento MBR frente a otras opciones:

  • Menor volumen en el reactor biológico.
  • Menor producción de fangos, entorno al 50 – 60%, respecto al tratamiento por fangos activos de baja carga.
  • Mejor calidad en el agua de salida.
  • Reutilización posible del agua.
  • Cumplimiento de normas ambientales estrictas.

El problema principal que afecta a estos procesos de depuración es el bulking de tipo viscoso.

Este problema se produce debido a la producción excesiva de polímeros extracelulares asociada al crecimiento de ciertas bacterias, lo que puede dar una consistencia gelatinosa al fango, provocando una reducción de la velocidad de sedimentación y de compactación, así como disminuir su rendimiento de deshidratación.

Otro problema importante en este tipo de depuradoras es el bulking filamentoso (denominado también esponjamiento del fango), generado por la proliferación masiva de microorganismos filamentosos.

Ambos problemas biológicos (tanto el bulking viscoso como el bulking filamentoso) dificultan la sedimentación del fango en el decantador secundario llegando a producir escape de sólidos con el efluente, parámetro limitado por la legislación de vertidos.

Además, estos vertidos muestran una gran irregularidad en cuanto a caudales, composición de las aguas residuales y concentración de contaminantes, dependiendo normalmente de las horas del día, ya que influyen factores como la frecuencia de entrada de materia prima, la tecnología de vinificación empleada, las variedades de uva transformadas, el tamaño de la bodega, etc, y de una estacionalidad del ciclo anual, teniendo el mayor volumen durante la vendimia.

TRATAMIENTO BIOLÓGICO ANAEROBIO

Una opción de tratamiento que resulta más costosa de instalación que las anteriormente descritas, pero también más eficiente, produce menos fangos, y es  capaz de generar biogás que luego se trasforma en energía eléctrica o calorífica, es la de utilizar como estadio previo un tratamiento anaerobio de los efluentes generados.

En este caso, el pretratamiento, será similar al comentado para el tratamiento aerobio; de aquí se homogeneizará el efluente en un depósito agitado desde donde es bombeado aun sistema biológico anaerobio del tipo UASB / EGSB/ o similar.

La exigencia de nutrientes (N, K, P…) será notablemente inferior a la que  demanda un tratamiento aerobio, con lo consiguiente ahorro, y, además, la producción de fangos es muy baja y revalorizable para otras depuradoras o para reserva de la misma.

El rendimiento de depuración es del orden del 80- 90 %, con lo que, en muchos casos, no será preciso más tratamiento (vertidos a colector).

Cuando nos encontramos con normativas más exigentes, como vertido a dominio público, se procesa el efluente resultante en un tratamiento biológico aerobio de aireación prolongada, seguido de un decantador secundarios con recirculación de fangos.

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.

Tratamiento de residuos de la industria vinicola

TRATAMIENTOS DE LAS AGUAS RESIDUALES DE BODEGAS Y ALCOHOLERAS

Como hemos indicado anteriormente, las bodegas e industrias alcoholeras generan grandes volúmenes de aguas residuales con un alto contenido en materia orgánica, aunque con la modernización y optimización de los procesos y las instalaciones productivas se podría llegar a importantes reducciones de los volúmenes y los niveles de contaminación. 

Un procedimiento de depuración es retener estas aguas en balsas de evaporación. Sin embargo, en la actualidad, está descartado ya que causa malos olores, puede contaminar las aguas subterráneas, existe un gran peligro de desborde en el caso de lluvias intensas,  y se generan grandes volúmenes de agua por lo que se necesitaría grandes balsas, etc.

Una posible opción sería la evaporación a vacío con el tratamiento de gases, lo que solventaría los problemas mencionados en el proceso de las balsas de evaporación y reduciría el espacio ocupado y el impacto ambiental.

RESUMEN

Las industrias vitivinícolas tiene un importante papel en el aspecto económico y nutricional mundial.

En las últimas décadas se ha generado un mercado muy competitivo con numerosos paises emergentes que, debido a las variaciones de temperatura originados por el cambio climático, y por el conocimiento de las técnicas de consecha, vendimia y producción.

Este tipo de industrias tiene un elevado consumo de agua para sus procesos de fabricación, y además aporta a los vertidos una importante cantidad de materiales orgánicos que proporcionan una elevada DQO y un surtido de contaminantes que van desde los agentes de limpieza a los fitosanitarios y los propios residuos azucarados y los taninos.

Los tratamientos convencionales suelen presentar problemas por la estacionalidada, variación e inestabilidad de los vertidos, pues se suelen producir fenómenos de tipo bulking en los biológicos aerobios, y los procesos anaerobios resultan costosos.

En estas condiciones, se viene planteando la necesidad de optimizar los procesos de fabricación para la minimización de vertidos y contaminantes, así como la segregación de los más concentrados, y es ahí donde caben tecnologías como la evaporación a vacío, pues en muchas, ocasiones, se pueden llegar a revalorizar los concentrados obtenidos.

Bibliografía e información online

http://www.proyectonisal.org/dmdocuments/Medina_y_Martinez_La_competitividad_internacional_de_la_industria_vinicola_esp_durante_la_globalizacion_del_vino.pdf

http://web.ua.es/revista-geographos-giecryal

Andreoni, V., Danffonchio, D., Fumi, M.R., Marchetti, R. , Roíz, A. y Silva, A. 19995. Anaerobic and aeróbic treatment of winery wastewater: Results of an interuniversitary research. Revue Francaise  d ́Enologie, 152: 41-43. 

Metcalf-Eddy. 1994. Ingeniería sanitaria. Tratamientos, ecavuación y reutilización de aguas residuales. Ed. Labor. Barcelona. 

Tratamiento de aguas residuales de la industria láctea

Secciones

Introducción

La industria láctea es un sector de la industria que tiene como materia prima la leche procedente de animales (por regla general vacas, cabras y ovejas).

La leche es uno de los alimentos básicos de la humanidad. Los subproductos que genera esta industria se conocen como lácteos e incluyen una amplia gama que van desde los productos fermentados, como el yogur y el queso, hasta los no fermentados: mantequilla, helados, etc. 

La industria láctea que procesa leche líquida y productos con una vida útil corta, tales como yogures, cremas y quesos blandos, tienden a estar ubicadas en la periferia de los centros urbanos cercanos a los mercados de consumo.

Las plantas que elaboran elementos de vida útil más larga, como la mantequilla, la leche en polvo, queso y suero en polvo, tienden a estar situados en zonas rurales cercanas a la producción de leche.

La mayoría de las plantas de procesamiento de grandes volúmenes se suelen especializar en una gama limitada de productos. Sin embargo, las grandes plantas de producción con una amplia gama de productos son todavía comunes en Europa del Este, un vestigio de la antigua concepción centralizada, impulsado por la oferta del mercado bajo gobiernos comunistas.

En países en desarrollo es común notar que la elaboración de estos productos lácteos se desarrolla en las mismas granjas lecheras.

Las producciones de leche de oveja y cabra se destinan en un 90% a la industria transformadora, mientras que el 10% restante se utiliza para la elaboración de quesos artesanales.

Se necesitan entre 9 y 10 kg de leche de vaca para elaborar 1 kilo de queso, pero bastan tan sólo 8-9 kg de leche de cabra y solamente 5 kg de leche de oveja. 

Ámbito de aplicación

La leche es un alimento indispensable en la dieta humana diaria ya que es rico en nutrientes y una fuente de proteínas de elevado valor biológico.

Contiene componentes con propiedades beneficiosas demostradas científicamente para el sistema inmunitario, cardiovascular y digestivo y, además, es la principal fuente dietética de calcio, no solo por su elevado contenido de este mineral, sino también por su alto aprovechamiento gracias a otros componentes que incluye.

No obstante, en los últimos años, han empezado a circular mensajes sin demasiada base científica que afirman que el consumo de leche puede ser perjudicial para la salud.

En su aspecto económico, se estima que más de 750 millones de personas en todo el mundo se dedican a la producción de leche. El sector lechero proporciona más empleo por unidad de producción de leche en los países en desarrollo que en los países desarrollados.

Esto es debido principalmente a que los países desarrollados tienen sistemas de producción con un mayor empleo de tecnología y un menor uso de mano de obra.

En los países en desarrollo, la producción lechera a pequeña escala orientada al mercado genera empleo en la explotación y aumenta los ingresos agrícolas, además de crear empleos fuera de la explotación y oportunidades de ingresos en la recolección, comercialización y procesamiento de la leche.

En muchos países en desarrollo, la producción lechera ofrece a los pequeños agricultores, mayores utilidades que la de cultivos, y genera más oportunidades de empleo que otras cadenas de valor del sector alimentario. 

Actualmente existe una gran de cantidad de empresas importantes dedicadas al sector lácteo, entre las que destacan las que aparecen en este gráfico:

lacteo-1

En las siguientes tablas se indican los países mayores productores y los mayores consumidores del mundo.

Productores:

BLOQUES/PAÍSES2018 miles de millones de kg.s de lecheVariación 2017-2018
UNIÓN EUROPEA 28166,70,8%
EEUU98,71,0%
INDIA90,27,98%
BRASIL34,70,5%
CHINA30,81,2%
RUSIA30,61,4%
NUEVA ZELANDA22,23,0%
TURQUIA20,06,8%
PAKISTAN17,43,8%
MÉXICO12,42,0%
Top 10: 74,4% de la producción total mundial

Consumo per cápita:

Países-Bloques seleccionados 2018LecheMantecaQueso
Francia45,38,426,5
Alemania51,45,824,1
Lituania40,94,120,8
Unión Europea59,43,918,9
Australia101,83,214,0
Estados Unidos65,32,617,3
Nueva Zelanda105,45,910,1
Bielorusia69,73,013,5
Irlanda114,72,46,8
Argentina35,60,612,9
Uruguay62,41,69,5
Chile25,51,710,6
Rusia33,72,15,6
México33,10,74,3
Brasil39,30,43,7
Japón30,90,62,5
Sudáfrica28,30,51,9
China21,40,10,1
Zimbabwe2,70,00,6

GENERACIÓN DE EFLUENTES

La generación de aguas residuales es el aspecto ambiental más significativo de la actividad del sector, tanto por los elevados volúmenes generados, como por la carga contaminante asociada a las mismas.

La mayor parte del agua que se utiliza acaba finalmente como efluente, ya que no existe aporte de agua al producto final. Por tanto, el agua residual generada en un proceso fabril será la resultante de descontar al consumo total la que se ha perdido por evaporación.

En general, entre el 80-95% del agua total consumida forma parte del efluente final, salvo excepciones de fabricación de leche en polvo, etc. Las principales corrientes parciales que más contribuyen en volumen y/o carga contaminante al efluente final proceden de:

  • Limpieza de equipos, instalaciones, CIP de limpieza de líneas, etc.
  • Rechazos de los sistemas de ultrafiltración o sistemas de osmosis en el procesado de algún derivado.
  • Limpieza de camiones de transporte de materia prima.

Las concentraciones pueden variar de una instalación a otra, y en ciertos casos, presentar valores bastante diferentes a los anteriores. Las causas de la variabilidad en la concentración de los parámetros de los efluentes son múltiples, destacando:

  • El grado de optimización del consumo de agua,
  • Los procedimientos de limpieza y productos químicos utilizados, CIP de limpieza.
  • La tecnología utilizada en las operaciones consumidoras de agua.
  • Cambio de producciones como consecuencia de la variación en los productos a fabricar.

Estas aguas suelen tener la particularidad de alto contenido graso y nitrógeno elevado (de ahí la necesidad de procesos de nitrificación/desnitrificación), y alto contenido en fósforo. Además de los ya conocidos problemas de alta DQO.

Como en la mayoría de las empresas del sector agroalimentario, las industrias lácteas consumen diariamente grandes cantidades de agua en sus procesos y, especialmente, para mantener las condiciones higiénicas y sanitarias requeridas.

Dependiendo del tipo de instalación, el sistema de limpieza y utilización, la cantidad total de agua consumida en el proceso puede llegar a superar varias veces el volumen de leche tratada.

Este consumo suele encontrarse entre 1,3-3,2 l de agua/kg de leche recibida, pudiéndose alcanzar valores tan elevados como 10 l de agua/kg de leche recibida.

Sin embargo, es posible optimizar este consumo hasta valores de 0,8-1,0 l de agua/kg leche recibida utilizando equipamientos avanzados y una operación adecuada.

Como se indica más abajo en la tabla, el mayor consumo de agua se produce en las operaciones auxiliares, particularmente en la limpieza y desinfección, donde se emplea entre el 25-40% del total.

Valoración cualitativa del consumo de agua en la industria láctea

PROCESO PRODUCTIVONIVEL DE CONSUMOOPERACIONES CON MAYOR CONSUMO DE AGUAOBSERVACIONES
LecheBajo Tratamiento térmico Envasado
Nata y mantequillaBajoPasterización de la nata Batido-AmasadoLavado de la mazada antes del amasado
YogurBajoPrincipalmente en operaciones auxiliares
QuesoMedioSaladoSalado mediante salmueras
Operaciones auxiliaresAltoLimpieza y desinfección Generación de vapor RefrigeraciónEstas operaciones suponen el mayor consumo de agua

Composición típica aguas residuales industrias lácteas

En general, los efluentes líquidos de una industria láctea presentan las siguientes características:

  • Alto contenido en materia orgánica, debido a la presencia de componentes de la leche. La DQO media de las aguas residuales de una industria láctea se encuentra entre 1.000-6.000 mg O2/l.
  • Presencia de aceites y grasas, debido a la grasa de la leche y otros productos lácteos, como en las aguas de lavado de la mazada.
  • Niveles elevados de nitrógeno y fósforo, principalmente debidos a los productos de limpieza y desinfección.
  • Variaciones importantes del pH, vertidos de soluciones ácidas y básicas. Principalmente procedentes de las operaciones de limpieza, pudiendo variar entre valores de pH 2-11.
  • Conductividad elevada (especialmente en las empresas productoras de queso debido al vertido de cloruro sódico procedente del salado del queso).
  • Variaciones de temperatura (considerando las aguas de refrigeración).
  • Las pérdidas de leche, que pueden llegar a ser del 0,5-2,5% de la cantidad de leche recibida o en los casos más desfavorables hasta del 3-4%, son una contribución importante a la carga contaminante del efluente final. Un litro de leche entera equivale aproximadamente a una DBO5 de 110.000 mg O2/l y una DQO de 210.000 mg O2/l.

Las industrias lácteas pueden ser de mono producto o bien (caso más frecuente) de varios productos. En la siguiente tabla se observan las concentraciones habituales de cada tipo de vertido en función del producto que se fabrica:

PARÁMETROLECHEQUESOSDERIVADOS LACTEOSHELADOS
pH8,56,98,58
DQO (mg/l)177545004000925
SS (mg/l)435850825425
Fósforo (mg/l)20356,255,5
NTK (mg/l)6510010075
Conductividad (µS/cm)1650315012501200
Cloruros (mg/l)140220100135
Nitratos (mg/l)501059075
Aceites y grasas (mg/l)10536511025
Detergentes (mg/l)3.577,56

TRATAMIENTO DE LOS EFLUENTES

Una planta de tratamiento para efluentes lácteos requiere ser diseñada básicamente para reducir los niveles contaminantes de parámetros tales como: DBO5, aceites y grasas, sólidos suspendidos, y para corregir el pH del efluente.

A pesar de la variabilidad en los parámetros de vertido, se puede considerar unos sistemas básicos de control y de pretratamiento que se adapten a las características generales de los vertidos y que puedan servir de orientación para que las empresas desarrollen unos sistemas más específicos y adecuados a los efluentes que generan.  

Con carácter general, el tratamiento de estas aguas residuales puede realizarse mediante un tratamiento biológico, requiriendo previamente la separación de sólidos en suspensión y de grasas y aceites.

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En el caso de las aguas procedentes de la elaboración de quesos puede ser necesaria, además, la eliminación de fósforo. Por otro lado, dada la elevadísima DQO y conductividad del lactosuero, la primera medida de control es recuperar totalmente los restos de lactosuero y evitar que estos lleguen a mezclarse con el resto de las aguas residuales. 

Los sistemas de depuración de aguas residuales deben ser aquellos que garanticen el cumplimiento de los límites establecidos por la legislación en función del punto al que vierte la empresa (sí el vertido se realiza a cauce público los límites son más restrictivos que sí se realiza a un colector de una depuradora de aguas residuales). 

La instalación de depuración de efluentes típica en este sector se compone de:

  • Pretratamiento, en el que incluimos desbaste y homogeneización
  • Tratamiento Fisicoquímico
  • Tratamiento biológico
  • Secado de fangos

PRETRATAMIENTO

El pretratamiento puede ser del tipo físico o fisicoquímico, dependiendo de las concentraciones que presenten aquellos contaminantes inhibidores del proceso biológico.  

Un sistema básico (que no suficiente) de control y pretratamiento que deberían tener todas las empresas de este sector, y que en algunas ocasiones será suficiente para que puedan realizar sus vertidos dentro de los límites establecidos, debe constar de los siguientes elementos:  Sistema de regulación – homogeneización aireado. Separador de grasas y aceites, Depósito o balsa del tamaño suficiente para asegurar el suministro continuo de flujo al sistema de separación de grasas posterior.

Este depósito permite además que se produzca una primera laminación de las puntas de carga y volumen de los diferentes flujos de vertido de aguas. Es conveniente la aireación del depósito para evitar fermentaciones aeróbicas ácidas no deseadas. 

En el separador de grasas y sólidos en suspensión por flotación. En función de las características del vertido puede ser necesaria la adición de productos coagulantes y el control del pH para asegurar un buen rendimiento de separación

En cabeza de la instalación se suelen disponen sistemas de rejas con distintitas luces (una previa de gruesos de unos 20-30 mm, seguida de una de finos de unos 5 – 10 mm; tras la separación de grasas, y antes de llegar al tratamiento fisicoquímico, se suelen utilizar tamices circulares o curvos, con luces del orden de los 3 – 5 mm, lo que asegura la correcta separación de sólidos sedimentables o de tamaño grande.

La presencia de estos sólidos aporta problemas importantes, sobre todo en el balón de presurización del sistema de flotación del tratamiento fisicoquímico posterior, pues se acumulan en su interior, produciéndose su ensuciamiento, atascamiento e incluso la descomposición de la DQO; si la flotación no funciona correctamente y llegan aceites y grasas en exceso al sistema biológico, la depuración pierde efectividad, ya que las bacterias tienen más dificultad para llegar a su alimento.

TRATAMIENTO FISICOQUÍMICO:

Suele estar compuesto por un flotador con aire disuelto (DAF), que recibe la dosificación de reactivos coagulante y floculante, previo ajuste de pH, seguido de un depósito de regulación. El efluente así tratado podrá someterse a un sistema de membranas de ultrafiltración que asegura la eliminación prácticamente total de aceites y grasas.

Tratamiento primario: Desengrase + tamizado + fisicoquímico + UF

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TRATAMIENTO BIOLÓGICO:

Por las elevadas cargas de DQO que normalmente contienen estos efluentes, y que la temperatura suelen estar entre los 25 – 30 ºC,  se impone un tratamiento biológico anaerobio, que de reducirá la DQO entre un 70 y un 80 %, con un proceso UASB, o bien con procesos más evolucionados como el EGSB o el PAQUES , capaces de obtener mayores rendimientos con un menor espacio ocupado. Una importante ventaja de la tecnología anaerobia, además de que prácticamente no tiene consumo energético, es que la producción del fango biológico es muy inferior a la de los procesos biológicos aeróbicos, además de que se genera biogás que una vez tratado se puede quemar en una caldera específica aportando a la fábrica un importante sumando de energía recuperada que podrá aplicar para sus procesos.

La tecnología de tratamiento anaerobio tiene un consumo de nutrientes relativamente pequeño, con lo que el nitrógeno consumido para la depuración será bajo y, si el aporte es elevado (como suele suceder), se hará preciso un proceso de nitrificación – desnitrificación en un tratamiento biológico aerobio posterior; así se reduce tanto el contenido de este elemento como el contenido residual de DQO hasta llegar a los limites admitidos en los vertidos. 

Tratamiento secundario: Anaerobio – biológico con nitrificación y desnitrificación + MBR

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Tratamiento terciario: MBR

El efluente así tratado podrá ser reutilizado en parte en algunos procesos de la propia fábrica emisora, pero si además se dispone un sistema MBR en el sistema biológico aerobio, en lugar de un decantador o flotador secundario, la calidad obtenida en el efluente tratado será muy superior, y se podrá utilizar en más puntos de la fábrica y, por lo tanto, efectuar un vertido final mínimo.

Rendimientos depuración de vertidos

Los rendimientos que se alcanzan habitualmente en una depuradora de efluentes de este tipo de industrias se aproximan a los siguientes valores:

PRODUCTOEFLUENTE BRUTODESPUÉS DEL FISICO QUÍMICODESPUÉS DEL BIOLÓGICO
DBO5 (mg/l)2000-6000600-2500 (60 %)<30
SS (mg/l)1000-6000100-300 (98 %)<30
Aceites y grasas (mg/l)200-2000100 (90 %)<50

Con un sistema MBR como tratamiento terciario se pueden obtener valores de < 10 ppm de SS, y en proporción similar para el resto de los contaminantes.

SECADO DE FANGOS:

Los fangos separados en el pretratamiento y el biológico aerobio, se envían a un espesador a fin de concentrarlos de aproximadamente un 2 – 3% hasta un 6 – 8 % ; los fangos anaerobios se reservarán para posibles incidentes, o bien se venderán como subproducto para otras depuradoras.

El fango espesado habitualmente se trata con cal y floculante y luego se somete a una deshidratación con filtro prensa o decanter centrífugo a fin de evacuarlo a vertedero o para compostaje.

Si se utiliza un sistema de evaporación a vacío, se podrán alcanzar concentraciones muy superiores, y su destino será más usual para compostaje, pues contendrá menos contaminantes.

Una de las ventajas que ofrece el tratamiento anaerobio es la de producir biogás que se puede destinar a producir energía en una caldera, y a partir de esta energía se reduce el consumo energético y por lo tanto se hace más viable el proceso de evaporación, mucho más limpio y eficaz que el tradicional secado mecánico.

Secado de fangos con Evaporación

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TRATAMIENTO CONVENCIONAL Y OPCIONES ALTERNATIVAS

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.

RESUMEN

El sector de la industria láctea es uno de los básicos y más importantes para la alimentación humana. A efectos medioambientales, el consumo de agua es elevado y los tratamientos de los efluentes generados son complejos, especialmente por su elevado contenido en grasas, DQO y nitrógeno; sin embargo, las buenas prácticas en las fábricas y la utilización de tecnologías como el tratamiento biológico anaerobio con generación de biogás, la ultrafiltración y el secado de fangos con evaporación, permiten optimizarlas.

Bibliografía e información obtenida en Internet

http://www.fao.org/dairy-production-products/socio-economics/social-and-gender-issues/es/

https://www.consalud.es/estetic/nutricion/la-leche-beneficiosa-o-perjudicial_51457_102.html

Tratamiento de aguas residuales en fábricas de pescado y marisco

SECCIONES

Introducción

El sector pesquero, o industria pesquera, es una parte del sector primario, o más bien una actividad económica de este, que se basa completamente en la pesca y producción de pescado, marisco y cualquier otro producto procedente del mar para su posterior consumo o incluso utilización como materia prima. El pescado no solo forma parte de la dieta del ser humano, sino que también se utiliza para dar forma a otros tantos productos que son parte de nuestro día a día, como son por ejemplo los aceites y determinadas harinas especiales, utilizadas en la cocina.

A escala mundial en 2018 la producción pesquera fue de 180 millones de toneladas, de las que un 47 % corresponde a acuicultura. El trío en cabeza está conformado por China (14,8 millones de toneladas), Indonesia (6,1 millones de toneladas) y Estados Unidos (4,9 millones de toneladas), según los datos recogidos en 2014.

Las industrias conserveras de pescado

La conservación es el resultado del proceso de manipulación de los alimentos, de tal forma, que sea posible preservarlos en las mejores condiciones posibles durante un largo periodo de tiempo. El objetivo final de la conserva es mantener los alimentos preservados de la acción de microorganismos capaces de modificar las condiciones sanitarias y no perder su sabor. El periodo de tiempo que se mantienen los alimentos en conserva es muy superior al que tendrían si la conserva no existiese. El alimento enlatado tiene muchos atributos, ya que sus elementos esenciales como lípidos, glúcidos, proteínas, vitaminas y minerales casi no se modifican, estas cualidades le confieren un alto valor industrial.

El pescado es la materia prima básica para la industria conservera. En el proceso de elaboración de conservas de pescado se describen las operaciones de fabricación de acuerdo con los procedimientos tecnológicos, entre las cuales tenemos: la recepción, eviscerado, cocimiento, fileteado, envasado, el vacío de las conservas, cierre del envase, esterilización, enfriamiento y etiquetado.

El tratamiento térmico considerado punto crítico se traduce en la inactivación de las enzimas y la destrucción de las diversas formas microbianas presentes en el producto; en cuanto al calor letal de esterilización puede darse a 116 o 121 °C, dependiendo en ambos casos del factor tiempo y principalmente del tamaño del envase.

Clasificación y definición

  • CONSERVA DE PRODUCTOS PESQUEROS.- Son aquellos productos envasados herméticamente y que han sido sometidos a esterilización comercial.
  • CONSERVA DE PRODUCTOS PESQUEROS AL NATURAL.- Es la conserva elaborada a base de productos crudos, sazonados con sal y cuyo medio de relleno es su propio líquido.
  • CONSERVA DE PRODUCTOS PESQUEROS EN AGUA Y SAL.- Es la conserva elaborada a base del producto pre-cocido o no, al cual se le ha agregado, como medio de relleno básico agua y sal en proporciones indicadas en las NTPs correspondientes.
  • CONSERVA DE PRODUCTOS PESQUEROS.- Es la conserva elaborada a base del producto pre-cocido, sazonado con sal y al cual se le ha agregado aceite comestible como medio de relleno básico.
  • DESMENUZADO (GRATED).- Es una mezcla de partículas de músculo de pescado que han sido reducidos a un tamaño uniforme y pasan a través de un tamiz INDECOPI 12,7 mm.  El producto debe estar libre de escamas. En lo posible, deberá estar libre de piel, sangre coagulada, huesos y carne oscura.
  • El contenido ocupará como mínimo el 95% de la capacidad del envase. El peso escurrido de este tipo de conserva será como mínimo el 75% del peso neto. Según la NTP 204.008 las conservas de atún, entre otras, también pueden ser “desmenuzado o rallado (grated)”.

Para la elaboración de conservas de pescado, independientemente de la materia prima que se trate, se pueden definir de forma global las siguientes etapas:

Tratamientos previos: Consisten en la manipulación de la materia prima con el fin de darle la forma y las dimensiones adecuadas para su envasado. En esta etapa se incluyen operaciones como el lavado, desescamado y pelado, eviscerado, eliminación de la espina, desconchado y troceado. En la actualidad muchas de estas operaciones se realizan de forma automatizada, aunque todavía existen fábricas en las que se realizan manualmente. En estos procesos se utilizan grandes cantidades de agua y se generan elevados caudales de vertidos con elevada carga orgánica.

Preparación: Se trata de una precocción, se puede realizar en agua, aceite o aire caliente, de esta forma se coagulan las proteínas del pescado, se desprende la carne del esqueleto o de la concha, se le da a los productos la textura y el sabor deseados.

Limpieza: Tienen como misión eliminar las espinas, piel y porciones no comestibles del pescado.

Fritura: En algunos productos se realiza fritura o cocción en aceite para preservar el sabor y el aroma de los alimentos.

Envasado hermético: En general se hace de forma automática.

Cerramiento: Se realiza para eliminar los gases haciendo vacío dentro de la lata.

Tratamiento térmico: se realiza un tratamiento mediante la utilización de una autoclave; de esta forma, se destruyen todos los gérmenes que puedan alterar las características organolépticas del contenido de la lata.

Enfriamiento: Se suele realizar con agua o aire fríos. Dependiendo de la conserva se realizará en un tiempo concreto, con esta operación se evitan posibles alteraciones en la textura del producto.

Almacenamiento: acumulación de los productos en condiciones ambientales que no alteren el envase, controlando la temperatura, humedad y suciedad. Ponemos como ejemplo , el proceso de elaboración de conservas de fabricación del atún

el proceso de elaboración de conservas de fabricación del atún

Problemática ambiental en el sector de la conserva

Las industrias que procesan pescados y mariscos generan efluentes industriales con gran cantidad de aceites y sales. Por esa razón, se hace necesario un previo tratamiento de aguas residuales ; no sólo para poder verter las aguas sin contaminar, sino también para poder controlar los malos olores generados de la cocción de este alimento.

Las salmueras se deben tratar de la misma manera que las aguas saladas. Hasta hace poco tiempo, ninguna empresa llevaba a cabo el tratamiento de aguas residuales en el procesado de pescados. Simplemente, vertían a los mares las aguas con salmuera. Es entonces necesario un tratamiento que gestione tanto los residuos líquidos como los sólidos. Incluso se han tenido en cuenta opciones que minimicen el impacto ambiental por causa del vertido directo de aguas salinas .

Para estudiar los procesos convencionales de tratamiento de los efluentes generados para una industria conservera de pescado y marisco, proponemos el ejemplo de una que se produce mejillón y atún enlatado.

En primer lugar, los efluentes se separan en grasos y no grasos, para poder realizar en ellos los tratamientos más adecuados. En el siguiente cuadro se facilitan los datos de una industria tipo situada en las rías gallegas:

Vertidos de fábrica conservera de mejillones y atún

Caudal (m3/d)SS (mg/l)DQO (mg/l)DBO (mg/l)Grasas (mg/L)
Proceso mejillón
Aguas grasas198289444419251945
Aguas no grasas436.5724755385748
TOTAL VERTIDO 1634.558819068651122
Proceso del atún
Aguas grasas188621395315991885
Aguas no grasas314771714352662
TOTAL VERTIDO 250271518908191120

 

Línea de tratamiento efluentes con grasas:

Se dispone de la siguiente línea de tratamiento:

  • Desbaste en reja de limpieza automática de 5 mm de luz, en la que se retendrán restos de sólidos como escamas, algas, pedazos de conchas …etc.
  • Homogeneización y regulación de caudales.
  • Equipo de flotación para grasas tipo CAF , que produce la separación de grasas y flotantes mediante la creación de microburbujas de aire cavitado de 0,5 – 1 mm de tamaño. No se adicionan productos coagulantes ni floculantes , pues el resultado obtenido es suficiente y así no se contaminan los residuos que pueden ser destinados a fabricar subproductos como materia prima para alimentación animal u otras utilidades.

Tras este tratamiento se obtuvo un efluente con las siguientes características:

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Resultados tras el tratamiento de aguas con grasas

SS (mg/l)DQO (mg/l)DBO (mg/l)Grasas (mg/L)
Aguas de proceso878564030892245
Agua tratada1321290803253
Rendimiento (%)80777489

 

Los lodos flotantes tienen una tasa de MS del 2 – 3 %, lo que exige de un proceso de concentración adecuado a la finalidad que se persigue; así si se desea enviar a vertedero, probablemente con un centrifugado tendrá suficiente, como para alcanzar los valores exigidos (aprox. 30 % de MS), pero si se desea destinar a la elaboración de un subproducto, el tratamiento más eficiente sería el de evaporación al vacío, que puede ser complementario del anterior; además el condensado obtenido se puede reutilizar como agua de proceso por su elevada calidad.

Efluentes con bajo contenido de grasas

Para estos vertidos, se dispone primero de un desbaste grueso para eliminar los elementos de mayor tamaño del vertido, y , a continuación, se procede a un tamizado fino (aprox. 1,5 – 3 mm), pues el bajo contenido en grasas no lo colmatará con rapidez. Estos sistemas son de limpieza automática. Los efluentes obtenidos tienen las siguientes características:

Resultados tras el tratamiento de tamizado de aguas no grasas

SS (mg/l)DQO (mg/l)DBO (mg/l)Grasas (mg/L)
Aguas de proceso771714352662
Agua tratada154214106200
Rendimiento (%)80707070

 

Ambos vertidos se envían a un pozo de bombeo final que conduce el efluente mezclado hasta el mar mediante un emisario a 800 – 1000 m de la costa, a fin de evitar problemas de formación de espumas y olores. Se deberá cumplir con la normativa que resulte de aplicación.

Concentraciones limite instantáneas de parámetros contaminantes más importantes para los efluentes de fábrica:

SS (mg/l)DQO (mg/l)DBO (mg/l)Grasas (mg/L)
Parámetros aplicables ría de Vigo6001000600400
O.M. 13 de junio 1993 para emisarios de vertidos (BOE 27.IV)600350
Reglamento del dominio público hidráulico30050030040

SALAZÓN DE PESCADOS

Salazón de pescados

La salazón de pescado es, posiblemente, la especialidad gastronómica más antigua de cuantas existen en España. Su origen se remonta a la Edad de Bronce donde ya se explotaba comercialmente la sal para utilizarla en las salazones.

En la actualidad los países desarrollados siguen utilizando la salazón en el pescado, pero no ya para conservar este alimento, puesto que existen métodos más eficaces que alteran menos las cualidades del pescado, sino porque confiere al pescado unos aromas y sabores finales deseados por los consumidores.

Características y proceso de elaboración.

La salazón es un método utilizado para conservar el pescado (también otros alimentos) mediante la deshidratación parcial del producto, el refuerzo de su sabor y la inhibición de ciertas bacterias. Se realiza utilizando sal propiamente dicha o salmueras (soluciones concentradas de sal). El proceso tradicional para alcanzar esta preparación se compone de:

Limpiado. Al pescado se le extraen las vísceras, dejando solamente la carne y raspa.

Apilado. El pescado se coloca extendido sobre una capa de sal (aproximadamente de un centímetro de espesor). Se añade otra capa de sal y se van intercalando capas de pescado y sal. Sobre esta preparación se coloca un peso, equivalente a algo más de la mitad del peso del pescado.

Reposo. Se conserva durante una semana y media.

Lavado. Se saca el pescado y se lava con una preparación de agua y vinagre.

Oreado. Se sitúa al aire en un lugar donde no le incida el sol directamente y dependiendo del clima de deja unos días determinados.

Actualmente el proceso para obtener algunas salazones difiere en tiempos y materiales utilizados. En preparaciones como hueva o mojama las capas permanecen en reposo durante 24 horas, tras las que tiene lugar el lavado y su introducción en prensas que escurren el agua. Tras pasar por el secadero se envasan al vacío. El secado tiene lugar en la secadora, una habitación aislada con extractor de humedad que aplica calor seco (su uso es exigido por sanidad).

Los principales pescados que se conservan en salazón son : El bacalao, la anchoa, los arengues , bonito , atún, melva, caballa, bacaladilla, pulpo, mojana, huevas …etc.

Tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados

Los residuos resultantes en el tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados pueden clasificarse en:

  • Líquidos: Están conformados por materia orgánica en su mayoría, pero tienen además grandes cantidades de sólidos en estado de suspensión, sales, proteínas y grasas.
  • Sólidos: Este tipo de residuos se genera especialmente cuando se cortan los pescados. En este proceso se retiran las vísceras, escamas, cola, cabeza, etc.

Tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados con evaporador al vacío

Los evaporadores al vacío constituyen la mejor opción si de tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados se trata. Una de sus ventajas es que puede manejar altos volúmenes de efluentes. Además, los subproductos resultantes como las grasas y proteínas con omega 3 pueden ser comercializadas. Para ello se aplica en el proceso una membrana de ultrafiltración y posteriormente, el evaporador al vacío.

Con la evaporación al vacío puede lograrse el vertido cero, puesto que este tratamiento de aguas residuales en salazón de pescados transforma el agua salada en un producto destilado de calidad. Incluso, puede llegar a recuperarse hasta el 95% del agua original. Para lograrlo, se aplica en principio el proceso de ósmosis inversa en función del grado de concentración que tenga el efluente. Después va al evaporador al vacío en donde se secan y cristalizan las sales.

Resumen

Habitualmente las industrias de pescado y marisco se ubican cerca de las costas. Esto es debió básicamente a la facilidad de disponer del pescado y de la posibilidad de tomar el agua del mar y devolverla mediante emisarios para evitar la elevada concentración de contaminantes cerca de las playas y la población; no obstante , existen substancias como los aceites que se utilizan para los cocimientos de los pescados y la elevada carga orgánica que se genera en el procesado, lo que obliga a elevados consumos de agua y genera una contaminación progresiva en los puntos de vertido.

Desde hace unos años, se vienen reciclando aguas en los procesos de lavado a fin de reducir los consumos y vertidos de agua , y posteriormente a utilizar sistema físico químicos como la coagulación, floculación ,tamizado y la flotación.

La evaporación a vacío constituye una buena solución tanto para concentrar los subproductos obtenidos, como para reducir la salinidad obtener condensados de alta calidad destinados a las aguas de lavado y cocción.

Rfas. bibliográficas y en internet:

Manual Técnico del Agua (Dègremont)

http://www.vidamediterranea.es/la-salazon-en-los-pescados/

https://espesca.com/industria-pesquera

https://es.scribd.com/presentation/92333892/La-Industria-Pesquera-02-1

Diagrama de flujos tratamiento de efluentes industria conservera de pescados

Diagrama de flujos tratamiento de efluentes industria conservera de pescados

Diagrama de flujos industria de salazón de pescados

Diagrama de flujos industria de salazón de pescados

Recuperación de azúcares de efluentes de desmineralización de jarabes

Secciones

Antecedentes

Las industrias son cada día más conscientes de la necesidad de tratar los efluentes y deshechos que generan, así como de optimizar su gestión a fin de reducir el coste por estos conceptos y velar por el medio ambiente, de hecho,  la tendencia es a considerarlos como parte de sus procesos productivos. Estos procesos suelen contener etapas que incluyen lavados y enjuagues de los productos que se fabrican; ello implica perder una parte de las materias primas y / o productos acabados que se escapan por el desagüe y que además implican un coste de depuración, cánones y tasas que se asumen como un gasto. Este simple hecho limita la competitividad de unas empresas frente a otras por estar ubicadas en países con mayores o menores exigencias medioambientales.

La referencia es la de no afectar en forma negativa al medio ambiente; no obstante, existen muchos casos en que los efluentes, una vez tratados, se reutilizan e incluso pueden generar subproductos comercializables, como es el ejemplo que estudiamos en este artículo:

Tratamiento de jarabes en el proceso de producción de azúcar

El proceso de producción de azúcar pasa por la obtención de un jarabe que debe ser tratado para luego concentrarlo y llevarlo hasta su estado de producto comercial. Uno de estos tratamientos habituales consiste en someterlo a desmineralización mediante resinas específicas de intercambio iónico. En uno de los artículos de nuestro blog se describe este sistema de depuración para esta aplicación en particular.

Como parte del proceso de los sistemas de desmineralización, se producen unos efluentes líquidos que contienen azúcares en bajas/medias concentraciones. Se propone concentrar estos efluentes, de modo que puedan ser recuperados en el proceso, reutilizando también el agua extraída, pues su contenido en azúcares es bajo. La composición del efluente es la siguiente:

Concentración de azúcares:

2,5 – 2,8% en peso

Composición aproximada de la materia seca :

Dextrosa (PM 180g./mol): 70%

Fructosa (PM 180g./mol): 15%

Maltosa (PM 342g./mol): 9%

Azúcares superiores (PM> 350g./mol): 6%

Temperatura: 70 -75 ºC

Otras impurezas posibles: finos de resinas intercambiadoras de iones.

Dado que el caudal de estos efluentes suele ser relativamente elevado y existen contaminantes que se deben separar, se requiere de un paso intermedio para depurarlos y concentrarlos antes de llegar a la evaporación y cristalización. El sistema idóneo para cumplir con este objetivo es de la Ósmosis Inversa, con membranas específicas construidas con materiales adecuados para resistir la elevada temperatura y condiciones de operación y limpieza. En este sentido, existen membranas en el mercado que son capaces de resistir estas condiciones, si se sustituye el colector de material plástico por uno de acero inoxidable y las colas de las membranas son de tipo alimentario y termoestables. Los contenedores, tuberías y demás accesorios deben estar construidos en acero inoxidable y se deben evitar los puntos muertos para impedir la contaminación biológica.

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Descripción del sistema de osmosis inversa específico para esta aplicación

La línea de tratamiento por Osmosis Inversa se compone de :

  • Bombeo de efluente a procesar.
  • Filtración sobre malla, de 50 µ.
  • Bombeo de alta presión 1ª etapa
  • Ósmosis inversa (1ª etapa).
  • Bombeo alta presión 2ª etapa
  • Ósmosis inversa (2ª etapa).
  • Equipo CIP

La ejecución de los equipos se hará teniendo presentes las características del fluido a procesar, empleando materiales adecuados ( normalmente AISI 316L);  tanto el diseño como los materiales empleados serán de tipo sanitario o asimilado para asegurar la máxima higiene del proceso, y se tendrá especial cuidado en asegurar la limpieza y esterilidad del conjunto.

La descripción de las diferentes partes que componen la instalación es la siguiente :

Pretratamiento

El efluente azucarado se bombea a una línea, (provista de válvulas de retención y de aislamiento) en AISI 316L. Se  propone la disposición dedos filtros de malla (uno en reserva), también en AISI 316L y de 50 µm de luz, operando alternativamente y de cambio automático; un manómetro diferencial, con alarma, provoca la entrada en servicio del filtro de reserva al detectarse la colmatación del filtro operativo. Un sistema automático de enjuague asegura la evacuación del líquido azucarado que contienen hasta un tanque, para su recuperación, permitiendo también su lavado a contracorriente.

La especial disposición de los elementos internos de las membranas de ósmosis inversa posteriores permite limitar la necesidad de pretratamiento.

Bombeo de alta presión

Se recomienda disponer de dos bombas (servicio + reserva) centrífugas, multicelulares, cuyo motor se actúe a través de variador de frecuencia para regular sus prestaciones, en función del caudal de permeado prefijado.

Se dispone también de un circuito de enjuague para poder evacuar el líquido azucarado de la bomba que se deje fuera de servicio.

Ósmosis inversa

Prevemos un sistema de separación por membranas de ósmosis inversa; su disposición es en dos etapas, con apoyo de bombas de recirculación en cada etapa, a fin de asegurar el suficiente flujo hidráulico a través de las membranas.

Se utilizan membranas de poliamida composite, de disposición espiral, específicas para concentración de azúcares,( por ejemplo: de la marca TRISEP, de 8” x 40”, modelo 8040T.M6FS6), alojadas en contenedores de acero inoxidable AISI 316 con entrada/salida duplicadas (para altos flujos) en conjuntos de cuatro unidades. Estos contenedores se disponen en dos etapas , procesando a su vez el concentrado de la 1ª etapa;  las bombas de recirculación (con arrancador electrostático progresivo)  venciendo 2 bares de pérdida de carga. La presión de alimentación (y por tanto de operación del sistema) estará entre los 15 y los 35 bares, a 70 ± 5ºC de temperatura. 

La disposición elegida (continuous multi-stage recirculation system) presenta las siguientes ventajas:

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  • Maximizar la eficiencia del sistema, reduciendo el ensuciamiento de las membranas.
  • Permite operar el sistema a caudales y concentraciones muy variables, dando la máxima flexibilidad de operación.
  • Autoriza puestas en servicio y paradas automatizables sin ninguna dificultad.
  • Asegura la máxima eficacia de lavados y enjuagues.
  • La regulación (automática) de las prestaciones del sistema se hará por medio de los siguientes lazos de control:
  • Caudal de permeado: actúa sobre el variador de frecuencia de las bombas de alta.
  • Caudal de rechazo final (concentrado): actúa sobre una válvula de control en línea.
  • Necesidad de limpieza: por aumento de la pérdida de carga en cada etapa (limpieza independiente o simultánea).

Se disponen, además, sendas válvulas manuales en las salidas de permeado de cada etapa, para poder introducir contrapresiones y ajustar el reparto de caudales (productividad) de cada etapa.

La instalación se instrumenta adecuadamente, de modo que se controlan en todo momento caudales, presiones, temperaturas y presiones diferenciales.

Se prevé una actuación automática del conjunto, disponiéndose válvulas automáticas para enjuagues y lavado, sea del sistema entero como de cada etapa.

Equipos de limpieza y enjuague

Distinguimos los enjuagues simples con agua (fría o caliente), que se producen en línea sobre :

– prefiltros de malla

– bombas de alta presión

– sistema completo

y se recogen en un tanque específico para su recuperación en cabeza, de los lavados de cada una de las etapas de la ósmosis inversa con otras soluciones (esterilización, desincrustación).

Para éstos se dispone un sistema CIP con tanque de preparación y bomba de impulsión; las soluciones gastadas pueden evacuarse a drenaje o, si no tienen agentes contaminantes, devolverse a cabeza para recuperación.

En ambos casos (lavados o enjuagues) los volúmenes de tanques y caudales de bombas se dimensionan con una cierta holgura.

Datos operativos

Los datos que caracterizan la operación de la instalación propuesta son los siguientes :

Tasa de concentración de diseño: 5

Máximo admisible: 8

Concentración de azúcares en permeado: 0,14% (diseño)

Concentración de azúcares en concentrado en condiciones de diseño / máxima: 12% / 19%

Presión de operación

La presión de trabajo será de unos 15 bar (a 75ºC) inicialmente, subiendo hasta los 30 – 35 bar al final de la vida útil de las membranas (12 – 18 meses).

Presión máxima de operación: 40 bar (las membranas pueden soportar hasta 70 bar).

Durante el ciclo de limpieza la presión no excederá de 4 bar.

Ciclos operativos

Se prevén ciclos operativos de 24 h., divididos en :

– Operación : 20 h.

– Limpieza y mantenimiento : 4 h.

Ciclo de limpieza

El procedimiento de limpieza incluye varias fases, que describimos seguidamente:

Fase 1: Desplazamiento.

Se desplaza con agua/permeado hasta evacuar toda el agua azucarada contenida en el sistema.

Fase 2: Lavado alcalino. Se prepara una solución de NaOH + detergente no iónico en el tanque de limpieza (pH 10 – 10,5), a 50ºC, recirculando durante 30 min. Evacuar la solución y enjuagar con agua/permeado hasta pH neutro.

Fase 3: Lavado ácido.

Se prepara una solución de HCl en el tanque de limpieza (pH 2 – 2,5) a 50ºC, recirculando durante 30 min.

Evacuar la solución y enjuagar con agua/permeado hasta pH neutro.

Fase 4: Pasteurización.

Se calienta agua/permeado hasta 80ºC en el tanque de limpieza, recirculando durante 20 min. a esta temperatura.

La instalación queda lista para reanudar un nuevo ciclo operativo.

El concentrado obtenido por el proceso de osmosis inversa se podrá enviar al sistema de evaporadores a vacío del proceso productivo de azúcar (punto 7 del esquema)

Esquema producción de azúcar a partir de caña:

PROCESOAZUCAR

Concentración de azúcares a partir del rechazo de la ósmosis inversa

Si se desea separar la producción de este azúcar recuperado por temas de calidad o por la capacidad del sistema productivo, se dispondrá de un proceso independiente de concentración hasta obtener un producto comercial.

El tratamiento se compone básicamente de:

  • Bombeo de concentrado procedente de la Osmosis inversa
  • Evaporación a vacío
  • Cristalización
  • Centrifugación
  • Secado con aire.

Según se observa en el diagrama de flujos anexo, en la etapa de evaporación a vacío llegamos a una temperatura adecuada (Aprox. 70 ºC) para obtener una concentración aproximada del 60 % de azúcar. (A esta temperatura se impide la caramelización de la sacarosa)

El producto resultante ya tendrá un aspecto geliforme que al vehicularse por un equipo cristalizador, permitirá obtener azúcar sólido, pero todavía húmedo por la presencia de jarabe. El proceso de Centrifugación, lavado y de secado con aire frío posterior, permitirán la obtención del sólido cristalino de azúcar comercial.

El permeado de osmosis inversa, contendrá un residual de azúcar de aproximadamente el 0,14 %, que, al diluirse con los condensados del evaporador y el cristalizador, se quedará por debajo del 0,1%. Este efluente recuperado podrá utilizarse en distintas fases de proceso y servicio de fábrica, con el consiguiente ahorro en el consumo de agua de red.

Los efluentes de la centrífuga y el secador tendrán una concentración azúcar relativamente elevada, aunque su volumen sea pequeño. Este efluente podrá recircularse a la entrada de la osmosis inversa o bien será desechado como purga del sistema.

Conclusiones

Observamos que, con esta tecnología, hemos transformado un vertido altamente contaminante bajo el punto de vista de elevada DQO, en un subproducto y en la recuperación del agua para proceso y servicios en fábrica. Por otro lado la depuradora de vertidos tendrá que tratar un DQO más baja, lo que permitirá reducir su tamaño, lo costes de explotación y minimizar el impacto ambiental.

Bibliografía:

www.ingenieriaquimica.net/articulos/412-el-proceso-de-obtencion-de-azucar-blanco

https://www.lens.org/lens/patent/044-233-153-943-24X

https://www.ecured.cu/Proceso_de_fabricación_del_azúcar_de_caña