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Ingeniería ambiental

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

Nuevo sistema de tratamiento de salmueras para la industria cárnica

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

diagrama salmueras

La respirometría: valorar, controlar y optimizar el proceso de fangos activos

fangos activosLa lenta dinámica del proceso de fangos activos es uno de los inconvenientes principales a la hora de tomar decisiones cuando surgen problemas. Sea cual sea la medida que se decida tomar, sus efectos sobre el proceso no se observarán de forma clara hasta pasados unos días. Este hecho hace que sea especialmente relevante, por un lado, detectar los problemas lo antes posible y, por otro lado, tomar las decisiones correctas desde el primer momento. No obstante, no es posible evaluar el proceso biológico con medidas físicas o químicas, se necesita información directa de la biomasa y del efecto que tiene sobre ella el agua residual a tratar. La técnica de la respirometría permite valorar, controlar y proteger el proceso de fangos activos al aportar información relacionada con el estado o actividad de la biomasa.

La respirometría se basa en la medida de la velocidad del consumo de oxígeno de las bacterias cuando degradan un sustrato orgánico, nitrógeno amoniacal o bien a ellas mismas (respiración endógena). La tasa de respiración (OUR) consiste en la cantidad de oxígeno consumido por las bacterias por unidad de tiempo y se expresa en mg O2/(L•h). Como este parámetro depende de la cantidad de microorganismos presentes en la muestra, habitualmente se trabaja con la tasa de respiración específica (SOUR), que es la tasa de respiración dividida por la cantidad de biomasa de la muestra. Se expresa en mg O2/(g•h) y su valor ya sólo depende del estado de la biomasa y de la cantidad y biodegradabilidad del sustrato que tenga disponible.

Comparando el valor de la tasa de respiración específica de la muestra con los valores de referencia (tabla), se puede conocer si el proceso biológico está sobrecargado (hay demasiado sustrato para tan poca biomasa), opera a buen rendimiento o, por el contrario, se evidencian síntomas de toxicidad. Para una misma agua residual, el aumento progresivo de la tasa de respiración específica es indicativo de un aumento de la actividad biológica, y a la inversa.
A parte de poder conocer la salud y la capacidad actual del proceso de fangos activos y el carácter tóxico del agua residual para los microorganismos mediante la respirometría, esta técnica también permite:

  • Optimizar la aeración y así fomentar el ahorro energético de la planta. A través de la respirometría se determina de manera precisa las necesidades reales de oxígeno, para un agua residual y con una biomasa determinada.
  • Caracterizar el agua a tratar en función de su biodegradabilidad por el fango activo. Se puede conocer el fraccionamiento de la DQO del agua a tratar en función de si es rápidamente biodegradable, lentamente biodegradable o no biodegradable. Esta caracterización es muy útil para valorar y ajustar el proceso.
  • Detectar vertidos industriales con efectos inhibitorios o tóxicos sobre la biomasa. La respirometría permite detectar los efectos perjudiciales del agua residual sobre los microorganismos justo en el momento en que empieza a afectarles, permitiendo tomar medidas que palien los efectos ocasionados.
  • Optimizar el proceso de nitrificación/desnitrificación. Permite determinar la tasa de nitrificación real y la tasa de desnitrificación real de nuestro proceso. En base a estos valores se puede reajustar la edad del fango.
  • Analizar la relación de nutrientes (C:N:P) en el agua residual. El hecho de que los nutrientes esenciales no estén en el agua residual en la proporción que los microorganismos los necesitan produce una serie de efectos negativos sobre la estabilidad del proceso de fangos activos. Mediante la respirometría se puede detectar si la relación de nutrientes en el agua reduce la actividad biológica y es origen de problemas.
  • Determinar parámetros cinéticos, necesarios para la modelización del proceso. Mediante respirometría se pueden determinar parámetros como el coeficiente de rendimiento de la biomasa heterótrofa, la tasa de utilización de la DQO, la tasa de nitrificación, etc.

Así pues, la respirometría es una técnica sencilla y práctica, que nos aporta información directa de la biomasa. Nos permite anticiparnos a la mayoría de problemas que pueden afectar al proceso, garantizando que desde el primer momento se están tomando las medidas correctas para paliar el problema. Asimismo, también constituye una herramienta necesaria para optimizar el proceso y determinar parámetros esenciales para su modelización.

Tabla referencia

Aplicaciones industriales del aceite de ricino

aceite de ricinoLa investigación y el desarrollo de nuevos productos químicos más sostenibles se consideran uno de los grandes retos de la industria química en la actualidad. La “química verde” trata de encontrar productos menos contaminantes o renovables a partir de material vegetal, con el fin de que substituyan materiales contaminantes obtenidos de fuentes no renovables. La recién elaboración de productos como los bioplásticos y los biocombustibles son ejemplos del actual interés en la investigación de nuevos productos alternativos a aquellos derivados del petróleo.

Aunque la industria química tradicional ejerce mucha presión en el mercado, los bioproductos representan actualmente una pequeña pero creciente parte del mercado de materias energéticas e industriales. Una de las especies vegetales que están siendo estudiadas con estos fines es el ricino.

El Ricino (Ricinus communis L.) es una de las 7.000 especies de la familia de las euforbiáceas, posiblemente originaria de Etiopia, África. La planta del ricino se encuentra de forma salvaje en suelos calientes, excepto en lugares muy secos. Hoy en día, su cultivo n solo se centra en regiones tropicales, sino también en gran cantidad de países, en todo el mundo, que poseen un clima temperado. Aunque las condiciones optimas para su cultivo se encuentran en: Brasil, Ecuador y el Sur de Asia. El ricino salvaje es una planta perenne en forma de arbusto o árbol, en cambio en zonas temperadas denomina la variedad arbustiva, una planta mucho más pequeña y anual.

Las condiciones optimas para su cultivo son: ausencia de heladas, suelos bien drenados y mucha luz. La irrigación del cultivo influye mucho en su producción, ya que su aumento se traduce en un mayor rendimiento. Lo ideal sería una irrigación de 450 litros/ m2, ya que el exceso de humedad a final del ciclo de crecimiento o durante la floración puede perjudicar su madurado.

A través de esta planta se pueden obtener varios subproductos como: la glicerina y los rematantes fibrosos ideales para la elaboración de fertilizantes orgánicos. El principal producto de esta planta es el aceite, llamado aceite de ricino o castor oil; en inglés. Según la variedad de ricino la cantidad de aceite contenido en las semillas variará. Y la calidad del aceite dependerá del método de extracción utilizado. La característica principal de este aceite es que posee propiedades químicas que lo hacen único. Está compuesto en un 90% de un único ácido graso (ácido ricinoléico) que contiene un radical hidroxilo que lo hace soluble en alcohol a baja temperatura, es muy viscoso y con propiedades físicas especiales. Tiene un peso molecular de 298 gramos/ mol, el punto de fusión en 5ºC y el punto de salificación de -12ºC a -18ºC. Estas características hacen que sea un producto de gran interés para la industria química como fuente de materia prima.

El aceite de ricino tiene una gran variedad de aplicaciones en la industrial, como por ejemplo: en la composición de pinturas, barnices, cosméticos, productos terapéuticos, lubricantes y combustibles de aviones, plásticos, nilón, etc. Actualmente se están estudiando las propiedades de este aceite para la producción de biodiesel. Los principales consumidores del aceite de ricino son los países desarrollados que destinan este producto como insumo de la industria química. Pero la posibilidad de producción de biodiesel a partir del aceite generará un nuevo mercado para este producto. Solamente este mercado sería capaz de absorber la totalidad de la producción actual de los países productores. Por otro lado, los grandes productores de ricino son India, China y Brasil. Estos tres países representan un 93% de su producción mundial, por lo que dominan el mercado en la actualidad.

Según lo expuesto, el aceite de ricino constituye en la actualidad una de las materias primas más importantes de la denominada ”química verde” debido a su amplio uso en las actividades industriales. Su alta composición en ácido ricinoléico lo convierte en un recurso interesante para la industria química y existe una gran demanda por parte de países como Francia, Alemania y Holanda. La elevada cotización del ricino en el mercado internacional respecto a otros productos vegetales y su creciente demanda, fomentan el interés por extender este cultivo en zonas temperadas, como es el caso de los países mediterráneos.

Desulfuración del biogás mediante procesos biológicos: una alternativa eficiente, económica y sostenible

digestion anaerobiaTanto en las plantas de tratamientos de residuos sólidos y líquidos (plantas de biometanización) como en las estaciones depuradoras de aguas residuales se produce un gas que es una mezcla de metano, dióxido de carbono y demás impurezas, llamado biogás. Como el contenido en metano del biogás está entorno al 50-70%, aparte de que no puede ser liberado a la atmosfera por su alto potencial contaminante (es uno de los principales gases del efecto invernadero), su elevado poder calorífico hace que sea interesante aprovecharlo para producir energía eléctrica (cogeneración). Así pues, la producción y reutilización del biogás permite que este tipo de instalaciones sean cada vez más autosuficientes a nivel energético.

No obstante, uno de los mayores impedimentos para la utilización del biogás para la producción de energía eléctrica viene dado por la naturaleza de las impurezas que acompañan al biogás. El sulfuro de hidrógeno (H2S) es una de las sustancias que contaminan el biogás con mayor frecuencia y en mayor cantidad. Es un compuesto corrosivo que ataca tanto la obra civil de las instalaciones donde se produce como los equipos encargados de producir la energía eléctrica. Su concentración en el biogás puede variar entre 1.000 y 20.000 ppmv (partes por millón en volumen) mientras que para poder ser utilizado en sistemas de cogeneración de energía eléctrica no puede contener concentraciones de H2S superiores a unas 400 ó 500 ppmv.

Las técnicas de desulfuración utilizadas hasta la actualidad se basan en la oxidación química del sulfuro de hidrógeno en unas torres de lavado (scrubbers), conectadas en serie. En una primera etapa, con una solución ácida (H2SO4) se produce una neutralización y posteriormente, en la segunda etapa, mediante una solución alcalina de NaClO y NaOH se produce la oxidación química. Esta opción conlleva unos elevados consumos de reactivos además de presentar dificultades técnicas debido a la presencia de otras especies químicas (carbonatación del CO2).

La alternativa a la solución tradicional es la eliminación del H2S mediante un proceso íntegramente biológico. Se utilizan filtros percoladores en los que en la superficie del material de relleno del filtro se forma una biopelícula integrada por bacterias sulfuro-oxidantes, es decir, microorganismos especializados en la oxidación de compuestos reducidos de azufre, proceso del cual obtienen la energía necesaria para su crecimiento. Estos biorreactores permiten eliminar el H2S con un coste de explotación enormemente bajo, sin la utilización de reactivos químicos (ventaja económica, de seguridad y ambiental) y ofrecen una elevada y sostenida eficacia de eliminación. Aunque el proceso sea biológico, estos sistemas se han demostrado muy estables operando durante largos periodos de tiempo y se adaptan a la variabilidad de la carga de contaminante a degradar. Para la puesta en marcha del biofiltro percolador, la opción eficaz y más sencilla consiste en inocular con licor mezcla del reactor biológico de una estación depuradora de aguas residuales urbanas. En un espacio de tiempo relativamente rápido se produce una selección de los microorganismos a favor de los sulfuro-oxidantes y se puede obtener un alto rendimiento de eliminación a la semana de haber inoculado, siempre en función de las cargas a tratar.

Los costes de inversión de un proceso biológico de desulfuración en comparación al sistema químico son ligeramente inferiores a favor del primero. No obstante, donde la diferencia es muy notable es en los costes de explotación, ya que no se utilizan reactivos químicos y no se producen apenas residuos. Este factor hace que sea viable económicamente reconvertir los sistemas tradicionales químicos en biológicos.