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Ingeniería ambiental

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

Acondicionamiento de residuos nucleares de baja y media actividad

Secciones

INTRODUCCIÓN

En un reactor nuclear se generan diferentes tipos de residuos nucleares y convencionales. En anteriores artículos se centró la atención sobre la generación de los residuos y su tratamiento específico. En el presente artículo, el objetivo es el acondicionamiento y la inertización de los residuos de baja y media actividad.

A modo de resumen, recordemos que los residuos de alta actividad (Uranio 235, U238, Pu-239,…) se encuentran en las vainas de zircaloy presentes en el núcleo del reactor. Así mismo los fragmentos de fisión originados en la reacción nuclear quedan confinados en las propias vainas.

Todo este grupo de residuos, una vez haya finalizado el ciclo del combustible, son transportados a la piscina de almacenamiento donde permanecerán hasta el traslado a depositorio final, ya sea en superficie o depositorio geológico. Hay otro tipo de residuos que se generan como consecuencia de las reacciones nucleares de activación neutrónica, de captura de diferentes tipos de partículas (neutrones) o procesos de adsorción gamma.

En especial el líquido refrigerante que circula por el circuito primario y que tiene la doble  misión de extraer la energía generada por las reacciones nucleares y refrigerar el  núcleo del reactor donde acontecen los sucesos nucleares.

Este líquido que refrigera el reactor está constituido por sustancias específicas como:

  • Ácido bórico: Su objetivo es la adsorción de neutrones para así  disminuir el número de fisiones y moderar la reacción nuclear. Su concentración oscila en función de la actividad del núcleo pero oscila entre los 1000 – 2000 ppm.
  • Hidróxido de litio: Su objetivo es controlar el pH del refrigerante para evitar procesos de corrosión.
  • Peróxido de hidrógeno: Regula el potencial de la disolución. Favorece que los metales en disolución permanezcan en forma iónica y no originen depósitos en codos o puntos específico del circuito.
  • Productos de corrosión: Diferentes metales que proceden de la estructura de acero del circuito primario y que por diferentes procesos de corrosión se incorporan en la disolución del refrigerante (Co-60, Mn-54, Co-58,…).
  • Tritio, procedente de la activación del deuterio natural presente el el agua por efecto de los neutrones. El tritio es un emisor β y uno de los principales problemas del procesado de residuos nucleares.

Hay toda una serie de residuos operacionales que pueden contener concentraciones variables de Cs-137, Sr-90, Co-60 y que se generan en limpiezas específicas de válvulas, movimientos de combustible gastado a piscinas, limpieza de lodos, etc.

En este artículo el tratamiento de gases no se tratará por ser un apartado muy específico con problemáticas centradas en grupo de especies del yodo, gases nobles, tritio, etc. Nos centraremos en los efluentes líquidos con residuos de baja y media actividad.

Los residuos radiactivos se pueden clasificar atendiendo a distintos criterios, como por ejemplo, según su estado físico (gaseosos, líquidos y sólidos, que a su vez podrían clasificarse en residuos compactables, incinerables, metálicos, etc.), según el tipo de radiación que emitan (alfa, beta, gamma, neutrones), el periodo de semidesintegración (vida corta o vida larga), o su actividad específica (actividad alta, media, y baja).  

Atendiendo a la gestión de los residuos  radiactivos, la clasificación se centra en el nivel de actividad específica y al período de decaimiento puesto que estos dos factores condicionan el tipo de aislamiento y acondicionamiento que deben tenerse en cuenta en su almacenamiento.

El Organismo Internacional de la Energía Atómica propone una clasificación con vistas al almacenamiento definitivo de los residuos (ref. 11), cuyos criterios se resumen en la Tabla 1 y se representan esquemáticamente en la figura 2.

Como se observa, para la clasificación se consideran varios límites cuantitativos: 

  • Una dosis efectiva máxima para miembros del público de 10 µSv/año, como límite para la exención o desclasificación de los residuos.
  • 30 años de periodo de semidesintegración como valor de separación entre residuos de vida corta y vida larga.
  • Un contenido medio de 400 Bq/g y máximo de 4.000 Bq/g de emisores alfa de vida larga para que el residuo deba ser considerado de vida larga.
  • Una potencia calorífica superior a 2 kW/m3 para que el residuo deba ser considerado de alta actividad (también se debe exceder el límite en emisores alfa de vida larga).
Características típicas de las distintas categorías de residuos radiactivos propuestas por el OIEA
Categoría del residuoCaracterísticas típicasSistemas de almacenamiento
Residuos exentos o desclasificados (RE)Niveles de actividad cuya liberación no implique una dosis anual a los miembros del público superior a 10 µSvSin restricciones radiológicas
Residuos de baja o media actividad (RBMA)Niveles de actividad cuya liberación pueda implicar una dosis anual a los miembros del público superior a 10 µSv y que tengan una potencia térmica inferior a 2 kW/m3
Residuos de baja o media actividad y vida corta (RBMA-VC)Concentración limitada de radionucleidos de vida larga (4000 Bq/g de emisores alfa de vida larga como máximo en lotes individuales, con un valor medio de 400 Bq/g en el conjunto)Sistemas de almacenamiento en superfície o sistemas geológicos
Residuos de baja o media actividad y vida larga (RBMA-VL)Concentraciones de radionucleidos de vida larga superiores a las de los residuos de vida cortaSistemas geológicos de almacenamiento
Residuos de alta actividad (RAA)Potencia térmica superior a 2 kW/m3 y concentraciones de radionucleidos de vida larga superiores a las de los residuos de vida cortaSistemas geológicos de almacenamiento
Tabla 1
ACONDICIONAMIENTO DE RESIDUOS NUCLEARES DE BAJA Y MEDIA ACTIVIDAD
Gráfica 1

En referencia a los residuos que vamos a tratar en el presente articulo, residuos de baja y media actividad podemos concretar lo siguiente:

  • Residuos de actividad baja y media (RBMA) – Residuos cuya concentración en radionúclidos es tal que la generación de energía térmica durante su evacuación es suficientemente baja. Esos valores aceptables se establecen en función del lugar de evacuación después de una evaluación de seguridad.
  • Residuos de vida corta (RBMA-VC) – Residuos radiactivos que contienen nucleídos cuya vida media es inferior o igual a la del Cs-137 y Sr-90 (treinta años, aproximadamente) con una concentración limitada de radionúclidos alfa de vida larga (limitación de los radionúclidos emisores alfa a 4 000 Bq/g en lotes individuales de residuos y a una media general de 400 Bq/g en el volumen total de residuos).
  • Residuos de vida larga (RBMA-VC) – Radionúclidos y emisores alfa de vida larga cuya concentración es superior a los límites aplicables a los residuos de vida corta.

 
Se ha de tener en cuenta que el sistema de clasificación se destina a ser utilizado únicamente para residuos sólidos, aunque hay que señalar que algunos residuos radiactivos tienen estado líquido y se podrían tratar como residuos de transición. Esta tipología de residuos proviene de hospitales y actividades médicas. 

Con relación a nuestro país, cabe indicar que en esencia se siguen las recomendaciones de la CE, si bien, dentro de la categoría de RBMA, en España se está considerando otro grupo de residuos, los de muy baja actividad (RMBA), que contienen radionúclidos en concentraciones muy bajas y cuyo almacenamiento no requiere sistemas de aislamiento tan complejos como para el resto de los RBMA. Por lo tanto, esta subdivisión se aplica exclusivamente desde el punto de vista del tipo de almacenamiento requerido.

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En la gestión de residuos radiactivos de baja y media actividad, se aplica el concepto de “Bulto”. Se entiende por bulto al conjunto formado por el residuo radiactivo, el agente de acondicionamiento y el embalaje que lo alberga. La práctica mayoría de residuos de baja y mediana actividad se gestiona mediante los bultos. Normalmente el bulto implica un bidón de 220 litros con toda una estructura de protección y un sistema de inertización del propio residuo.

La cantidad en volumen y porcentaje de residuos de baja y mediana actividad que deben ser gestionados en España, en el ámbito nuclear, viene indicado en la siguiente tabla. Prácticamente el 92% proviene de las CCNN y su desmantelamiento.

Cantidades totales de RMBA a gestionar en España
CONCEPTOVOLUMEN (m3)PORCENTAJE
Operación de centrales nucleares36.07120,46%
Desmantelamiento de centrales nucleares127.18572,12%
Operación y desmantelamiento de fábrica elementos combustibles + PIMIC1.5930,90%
Instalaciones radiactivas y similares4.8612,76%
Incidentes de contaminación y otros6.6363,76%
Total176.346100,00%

 

En referencia a los residuos radiactivos  de baja y media actividad generados en el desmantelamiento de las centrales nucleares españolas, se han generado hasta la fecha, únicamente los derivados del desmantelamiento a Nivel 2 de la central nuclear de Vandellós-I, lo cual supone del orden del 20% de la generación prevista del total que se producirá en esta central cuando se finalice su desmantelamiento y se proceda a la correspondiente clausura.

La generación de RBMA correspondiente al desmantelamiento ya efectuado, ha alcanzado el valor de 3.400 m3 lo que apenas es el 3% del volumen previsto de gestionar en el desmantelamiento del conjunto de las centrales nucleares.

Tipologia de residuos de baja y media conductividad

RBMA-2

En función de la naturaleza de los residuos, podemos definir 7 tipologias:

  • Resinas: Suspensiones de resinas de intercambio iónico que una vez agotadas, se descargan de los desmineralizadores de los sistemas de purificación. Los sistemas de intercambio de retención del boro, retenciones de cesio y cobalto son uno de los más importantes, con objeto de limpiar los isótopos del refrigerante. Uno de los problemas de las resinas es su capacidad de hinchamiento. En contacto con la disolución incorporan disolvente acuoso en su estructura y esto afecta al volumen final del residuo. Desde este punto de vista se están estudiando   otras opciones como los adsorbentes de isótopos específicos.
  • Concentrados de evaporadores: Disoluciones de sales concentradas procedentes de evaporadores para el tratamiento de ácido bórico, y efluentes de procesos.
  • Lodos: Fangos procedentes de depósitos, precipitados, limpieza de vías de comunicación para el traslado de combustible gastado, fangos procedentes de filtros. Estos fangos, deben ser inertizados. Una de las fuentes de lodos es  la eliminación de la pre-capa e insolubles de los filtros de los sistemas de purificación del agua del reactor y de la piscina de combustible irradiado. Otros lodos que forman parte de esta corriente de residuos son los generados en el sistema de tratamiento de residuos radiactivos líquidos por sedimentación del agua almacenada en los tanques adicionales de residuos, así como, los barros procedentes de los contra-lavados del sistema de filtración del condensado. Un ejemplo de esta producción de residuos en decantadores lo tenemos en el tratamiento de lodos procedente de la Central de Santa Maria de Garoña. El procesado de los lodos actualmente existentes en los tanques decantadores  se llevará a cabo mediante fluidificación por re-suspensión, mezclado, filtración, secado y embidonado de los mismos. El volumen de lodos contenidos en los tanques decantadores es 300 m3 y se espera una producción de 580 bidones de 135 litros de residuos acondicionados. En los tanques adicionales de residuos existen otros 50 m3 de barros decantados que, dependiendo de la situación operacional del sistema de tratamiento de residuos radiactivos líquidos, serán también procesados.
  • Materiales compactables: Estos materiales hacen referencia a vestimenta específica EPI’s, filtros de ventilación, trapos, utensilios de plástico.
  • Sólidos no compactables: herramientas, piezas metálicas, escombros, maderas, etc.
  • Filtros de circuitos líquidos: Filtros metálicos de sistemas de proceso.
  • Residuos no operacionales o derivados de actuaciones puntuales como el tratamiento de efluentes con Sb-125.

Todos estos residuos deben ser inmovilizados y emplazados en bidones debidamente homologados. Comúnmente se utilizan bidones de 220 litros. Existen dos tipos de bultos que se clasifican  por su actividad en dos niveles 1 y 2.

Bultos de Nivel 1: Son aquellos bultos, que de forma individual y acondicionados en un contenedor de 0.22m3 no superan el valor de actividad máxima que se indica en el anexo de la especificación técnica  031-ES-IN-0002.Los valores por bulto individual dependen de distintas configuraciones: número de bultos por U.A., tipo de bulto y características del contenedor.

Bultos de Nivel 2: Son bultos cuya actividad es superior a la correspondiente al Nivel 1 y cuyo valor máximo de actividad no supera los límites derivados  de los valores de las unidades de acondicionamiento de Nivel 2, con la consideración debida al factor de heterogeneidad. En el anexo II de la especificación  031-ES-IN-0011. 

La siguiente tabla muestra los diferentes niveles de clasificación de los bultos:

CLASIFICACIÓN BULTOS TIPIFICADOS
RESIDUOS LÍQUIDOS HOMOGÉNEOSNivel 1Concentrados de evaporador, resinas en polvo, lodos o mezclas incorporados a matriz de conglomerante hidráulico.
Nivel 2
RESIDUOS SÓLIDOS (HETEROGÉNEOS U HOMOGÉNEOS LLEVADOS A SEQUEDADNivel 1Resinas de bola incorporadas a matriz de C.H.
Nivel 2
Nivel 1Filtros de circuitos líquidos inmovilizados por medio de Conglomerante hidráulico.
Nivel 2
Nivel 1Sólidos no compactables introducidos en contenedor(1,3m3)
Nivel 2
Nivel 1Sólidos compactables y no compactables
Nivel 2
Nivel 1Residuos sólidos o llevados a sequedad inmovilizados por medio de conglomerado hidráulico.
Nivel 2

Acondicionamiento de los Residuos

El acondicionamiento del residuo nuclear se produce en todas las Centrales Nucleares para el tratamiento de los  residuos anteriormente citados. Previo a un proceso de evaporación, deshidratación en el caso de las resinas de operación o resinas de descontaminación del circuito primario, se utiliza un conglomerante hidráulico (cemento o mortero) como agente de solidificación o de inmovilización para hacer una matriz homogénea y estable.

Los efluentes concentrados, las resinas agotadas y los lodos se mezclan con cemento. Este cemento debe cumplir la referencia técnica A32-ES-CB-0063. Por ejemplo, según el documento JC-LP-29 la relación de agua/cemento en un acondicionamiento no debe superar el 0,47 y el porcentaje de resina seca por bulto no superará el valor del 4%.  

En el caso de sólidos no estables, en especial determinados tipos de filtros, la inmovilización se realiza con mortero formando una envolvente que recubre al residuo y lo estabiliza. 

Los principales criterios a modo de resumen, que deben cumplir el acondicionamiento de bultos son los siguientes:

  1. Límites de actividad específica y global contenidos en las tablas incluidas en los  anexos I i II.
  2. No podrán tener complejantes por encima del 8%
  3. Los residuos acondicionados no deberán contener líquidos orgánicos incorporados en la matriz, por encima del 3%.
  4. Los residuos acondicionados no deberán contener substancias pirofóricas ni susceptibles de tener reacciones fuertemente exotérmicas. 
  5. Los residuos serán acondicionados mediante incorporación a matriz o mediante pared de conglomerado hidráulico.
  6. Se minimizará la existencia de huecos libres.  La tasa de llenado para bultos incorporados a matriz sólida será del 95% +/- 5%. La tasa de llenado para bultos con pared será superior o igual al 98%.
  7. El líquido libre para bultos acondicionados no superará después del fraguado el 0,5%.
  8. Con carácter general, las matrices o paredes de conglomerado hidráulico, conferirán al bulto una resistencia mecánica mínima definida por la instrucción 031-ES-IN-0011;

    8.1 Para bultos de nivel 1 inmovilizados por incorporación a matriz sólida; las matrices deberán tener una resistencia media a la compresión superior o igual a 3MPa.

    8.2 Para bultos de nivel 1 inmovilizados por pared de conglomerante hidráulico. La pared tendrá un espesor nominal de  5 cm para filtros y residuos de naturaleza dispersable y una resistencia mecánica media de 7,5MPa.

    8.3 Para bultos de nivel 2 inmovilizados por incorporación a matriz sólida, las matrices de conglomerante hidráulico tendrán un valor medio de resistencia a compresión superior o igual a 10 MPa.

    8.4 Para bultos de nivel 2 inmovilizados por pared de conglomerante hidráulico. La pared tendrá un espesor nominal de  5 cm para filtros y residuos de naturaleza dispersable y una resistencia mecánica media de 25MPa.

  9. La tasa de dosis en contacto no deberá superar en el momento de la retirada un valor de 100mSv/h.
  10. La contaminación superficial desprendible en el exterior de los bultos deberá ser inferior a 4Bq/cm2 en emisores β y a 0.4 Bq/cm2 en emisores α

Los ensayos a los cuales se debe someter un bulto acondicionado se resumen a continuación:

RESIDUOS SÓLIDOS HOMOGÉNEOS Y HETEROGÉNEOS INMOVILIZADOS POR C.H.
ENSAYOS (Propiedades a medir)Nivel 1Nivel 2
Ausencia de líquido libreSiSi
Espesor de la paredSiSi
Resistencia a la compresión uniaxial del C.H.SiSi
Resistencia a la tracción indirecta del C.H.NoSi
Difusión radionucleidos a través material de innovaciónNoSi
Ensayos de ciclos térmicos de la paredNoSi
Difusión de tritio (para concentración > 7,4 MBq/Kg.)NoSi
Ensayos de ADR (sobre bulto)SiSi

 

Aplicación concreta a un acondicionamiento de resinas

El acondicionamiento de las resinas empieza reduciendo la cantidad de agua incorporada en su estructura. Son resinas en grano asociadas a las impurezas propias del proceso de retención. Normalmente estas resinas son una mezcla de resinas catiónicas y aniónicas en una proporción de 2 partes aniónicas por una catiónica.

Físicamente es un sólido dividido con humedades del orden del 50%. El tipo de cemento que se utiliza para acondicionar estas resinas es del tipo y categoría III/B 32,5 N/SR.

El proceso se realiza mediante conglomerado hidráulico. Los bidones utilizados tienen un volumen de 220 litros y un peso máximo de 410Kg.

La tasa de llenado es del 95% +/- 5%. Los bidones de 220 litros están diseñados y construidos según la especificación de compra de bidones de acero para residuos radiactivos y las normas UNE 36563; UNE 36051; UNE 36086 y DIN 933/125.

Las dimensiones externas máximas son de 602 mm de diámetro y 870 mm de altura sin tapa. El material de construcción es de chapa de acero al carbono  con espesores nominales de 1,25 mm en cuerpo y de 1,5 mm en tapa.

Llevan un recubrimiento interno de pintura epoxi poliamida o una imprimación fosfocromatizable de 20 µ y acabado esmalte epoxi de 20µ. 

Las características de la matriz se exponen a continuación:

Característica de la matrizNivel 1Nivel 1 y 2
Volumen aparente resina enrasada en agua120 litros90 litros
Resina81.6 litros61.2 litros
Agua libre69.7 litros81.2 litros
Cemento164 kg191 kg
Relación másica agua libre/Cemento0.40-0.500.40-0.45

Las características radiológicas de la matriz de nivel 2 se concretan con una tasa de dosis en superficie inferior en cualquier caso a los 100mSv/h. A 1 metro del bulto, la tasa no podrá ser superior a los 10 mSv/h.

Para matrices de Nivel 1, la tasa de radiación es esperable que sea inferior a 6 mSv/h en contacto y 0,5 mSv/h a 1 m.

Finalmente se realiza un control de homogeneización radiológico donde se controla el cumplimiento de las especificaciones sobre la aceptación de los bultos primarios.

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BIBLIOGRAFIA 

1.-Criterios aceptación de bultos primarios. ENRESA

2.-“Curso sobre gestión de residuos radiactivos 2009” CIEMAT. Ministerio de Ciencia e Innovación. ISBN: 978-84-7834-603-5

3.-CSN .Sede electrónica. 

4.- V Jornadas de investigación y desarrollo tecnológico en gestión de residuos radiactivos. ISSN: 1134-380X. D.L.: M-34149-2004 Julio de 2004.

5.-“Control del proceso de solidificación de residuos radiactivos de baja y media actividad” Guia de seguridad nº 9.1 CSN.Madrid Julio 1991.

Tratamiento de efluentes con PFAS

Secciones

INTRODUCCIÓN

Las sustancias denominadas PFAS, están formadas por un amplio grupo de productos químicos sumamente estables. Estos productos se han fabricado y utilizado en una gran variedad de industrias de todo el mundo desde la década de 1940.

Las PFAS se hallan en una amplia gama de productos que los consumidores utilizan diariamente como baterías de cocina, cajas de pizza y repelentes de manchas. La mayoría de los consumidores ha estado expuesta a estos compuestos durante muchos años.

Ciertas PFAS pueden acumularse y permanecer en el cuerpo humano largo tiempo. Existe evidencia de que la exposición a las PFAS puede causar efectos perjudiciales a la salud.

Los agentes químicos de PFAS más estudiados son el PFOA y el PFOS; los estudios en animales de laboratorio indican que estos agentes químicos pueden causar efectos adversos en los sistemas reproductivos e inmunitarios, así como en el desarrollo, y en órganos como el hígado y los riñones.

Ambos agentes químicos han causado tumores en los animales. Las averiguaciones más evidentes en las personas expuestas son los mayores niveles de colesterol.

En muchas industrias de cromado de los Estados Unidos, inicialmente, los PFAS se introdujeron como una solución preventiva ambiental para el cromo en los humos; pero, posteriormente, se determinó que el PFAS era dañino, tanto para el medio ambiente como para la salud humana.

Estudios recientes han demostrado consecuencias alarmantes a la exposición al PFAS, incluido el impacto perjudicial para el crecimiento y el aprendizaje en los niños, y mayores riesgos de cáncer

Muchas compañías renunciaron voluntariamente al uso de PFAS en 2002, y esto fue seguido globalmente por muchas compañías en 2015; desde entonces, las fábricas de protección superficial ya no usan PFAS y PFOS, pero el problema radica en las aguas superficiales y subterráneas contaminadas que necesitarán ser bombeadas y tratadas.

Para estas empresas de aguas debe cumplir con los estrictos límites de descarga de aguas pluviales y subterráneas para PFAS. Estos se aplican en todos los ámbitos, a nivel nacional en los EE. UU, así como en diferentes estados que tienen límites que, en muchos casos, son aún más estrictos.

¿Qué son las PFAS?

Las sustancias perfluoroalquiladas (PFAS) son compuestos químicamente sintetizados que consisten en una cadena alquílica hidrofóbica fluorada de longitud variable, con un grupo final hidrofílico.

Debido a este carácter anfifílico, estas sustancias presentan una gran estabilidad química y térmica, así como una elevada actividad superficial.

Por todo ello, las PFAS tienen un amplio uso en aplicaciones industriales y de consumo que incluyen revestimientos antimanchas de tejidos y moquetas, pinturas y barnices, muebles, zapatos, revestimientos lipofóbicos destinados a productos de papel aptos para el contacto con los alimentos, espumas extintoras, tensioactivos para pozos de extracción minera o petrolífera, abrillantadores de suelos y fórmulas de insecticidas.

Un subgrupo importante son los agentes tensioactivos orgánicos perfluorados, al que pertenecen los sulfonatos de perfluorooctano (PFOS) y el ácido perfluorooctanoico (PFOA)

Estructura química:

Tratamiento de efluentes con PFAS

Existen muchas otras PFAS en uso dentro de nuestra economía, como los agentes químicos GenX y los PFBS.

GenX es la marca comercial de una tecnología utilizada para fabricar fluoropolímeros de alto rendimiento (por ej., algunos revestimientos antiadherentes) sin usar ácido perfluorooctanoico (PFOA).

El ácido dímero de óxido de hexafluoropropileno (HFPO) y su sal de amonio son los agentes químicos principales asociados con la tecnología GenX.

Los agentes químicos GenX se han encontrado en el agua superficial, el agua subterránea, el agua potable, el agua de lluvia y las emisiones al aire en algunas áreas.

¿Como afectan las PFAS al medio ambiente y a la salud humana?

Los PFAS se han fabricado y utilizado en una gran variedad de industrias en todo el mundo. Los Estados Unidos los viene utilizando desde la década de 1940. 

De estos agentes químicos, el PFOA y el PFOS han sido los más producidos y estudiados. Ambos son sumamente persistentes en el medio ambiente y en el cuerpo humano; es decir, que no se degradan y pueden acumularse con el paso del tiempo.

Existe evidencia de que la exposición a los PFAS puede causar efectos perjudiciales en la salud humana. Los PFAS pueden encontrarse en:

  • Alimentos envasados en materiales que contienen PFAS, procesados con equipo que utilizó PFAS, o cultivados en tierra o con agua contaminados con PFAS.
  • Productos domésticos comerciales, como telas repelentes de manchas y agua, productos antiadherentes (como Teflon), compuestos para pulir, ceras, pinturas, productos de limpieza y espumas para combatir incendios (una importante fuente de contaminación del agua subterránea en los aeropuertos y bases militares donde se realiza el entrenamiento para combatir incendios).
  • Lugares de trabajo, como plantas de producción o industrias que utilizan PFAS., como por ej.: cromados, fabricación de productos electrónicos o recuperación de petróleo.
  • Agua potable, comúnmente localizada y asociada con una planta específica (por ej.: fabricantes, relleno sanitario, plantas de tratamiento de aguas residuales, centros de entrenamiento para bomberos).
  • Organismos vivos, como peces, animales y seres humanos, donde las PFAS pueden acumularse y persistir con el paso del tiempo.

Debido a un uso tan extendido, se han detectado los PFOS y el PFOA, sus sales y precursores, en el medio ambiente, los peces, las aves y los mamíferos.

Los PFAS se han estado fabricando durante más de 50 años en una gran variedad de productos de consumo, así como en aplicaciones agrícolas, lo que ha llevado a su dispersión por el medio ambiente, entrando en la cadena alimentaria hasta que se incluyeron en el Anexo B del Convenio de Estocolmo en 2010, quedando restringido su uso de acuerdo con una lista definida de aplicaciones.

Aunque su producción se ha limitado a nivel mundial, su liberación al medioambiente se produce principalmente por la aportación de productos tratados con PFAS, o por el desecho inapropiado de productos que los contienen.

Los PFAS suponen un riesgo sanitario. La preocupación por sus efectos adversos en la salud pública surgió tras varios estudios de experimentación en animales que indicaban que estas sustancias tenían indicios toxicológicos: hepatotoxicidad, efectos negativos en el desarrollo y en el comportamiento, inmunotoxicidad, afectación en la reproducción y en el pulmón, efectos hormonales, así como potencial genotóxico y carcinogénico, aunque no está demostrado que estos resultados tengan implicaciones para la salud humana.

Según la EFSA (European Food Safety Autority), la dieta es la principal fuente de exposición humana a las PFAS, en particular el pescado y los productos de la pesca y los productos cárnicos (hígado principalmente); pero existen otras fuentes de exposición no alimentarias, como la contaminación del aire, que también contribuyen a la exposición total, como es el caso de los PFOA.

Existen otras vías de exposición menos importantes, como el agua de proceso para PFOS y PFOA o los utensilios de cocina antiadherentes y los materiales de envasado de los alimentos (las bolsas de palomitas para microondas, por ejemplo) para el caso del PFOA.

La EFSA concluyó en 2008 que es improbable que la población media en Europa pueda sufrir efectos negativos para la salud derivados de la exposición en la dieta a estos contaminantes y que solo algunos altos consumidores de pescado podrían exceder ligeramente el valor de referencia toxicológico para PFOS.

Tratamiento de efluentes con PFAS

Algunas de las PFAS fueron consideradas durante el año 2010 en el Convenio de Estocolmo, el instrumento más ambicioso a nivel internacional para regular y controlar los COP (Contaminantes Orgánicos Persistentes), cuyo objetivo es proteger la salud humana y el medio ambiente, firmado en el año 2001.

La Unión Europea y todos sus Estados Miembros firmaron el Convenio y, para garantizar la aplicación coherente y eficaz de las obligaciones contraídas con arreglo al mismo, se estableció a nivel europeo el Reglamento 850/2004, de 29 de abril de 2004, sobre contaminantes orgánicos persistentes.  

La EFSA, en su opinión científica sobre PFAS de 2008, recomendaba recopilar más datos de estas sustancias en alimentos para poder mejorar la precisión del cálculo de exposición a través de la dieta en el futuro.

En este sentido, la Comisión Europea publicó la Recomendación 2010/161/UE con el objeto de vigilar la presencia de algunas de estas sustancias en una amplia variedad de alimentos.

En el último informe de EFSA sobre PFAS, en 2012, se recopilaron más de 54.000 resultados analíticos de PFAS procedentes de 13 países europeos (entre ellos, España) recogidos durante el periodo 2006 a 2012.

De las 27 sustancias incluidas en la evaluación de exposición, la proporción de resultados cuantificados fue muy baja, es decir, que los niveles de estos contaminantes encontrados en los alimentos fueron muy reducidos.

EFSA, como se ha dicho anteriormente, confirmó el escaso riesgo para la salud por la exposición de la población debida la presencia de estas sustancias en la dieta.

Posteriormente y debido a la gran cantidad de sustancias perfluoroalquiladas, sus precursores y las sustancias derivadas de ellos, desde EFSA se publicó en 2014 un informe científico relativo a la toxicidad oral de estos compuestos en animales y humanos, en forma de revisión sistemática de la literatura científica actual, que sin duda ayudaría a los organismos evaluadores del riesgo de estos compuestos a nivel mundial como la Subdirección General de Promoción de la Seguridad Alimentaria.

La EFSA estableció una dosis diaria tolerable (TDI) de 150 ng/kg de peso corporal para los PFOS y una TDI de 1500 ng/kg de peso corporal para PFOA, que es la cantidad máxima que puede ingerir diariamente una persona durante toda su vida sin provocar efectos adversos en la salud.

La Comisión Europea recomienda utilizar los métodos de muestreo y análisis armonizados en la UE para dioxinas y PCBS como referencia para el control de las PFAS, establecidos en el Reglamento (UE) 589/2014 de la Comisión. Los criterios de rendimiento para el método de análisis de estas sustancias están recogidos específicamente en la Recomendación 2010/161/UE.

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Tratamiento de efluentes con PFAS

Los procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales son efectivos para muchos productos químicos PFAS al separarlos en los fangos, lo que representa un desafío, pues estos agentes aparecen en una amplia variedad de productos químicos, con más de 3.000 compuestos individuales.

De estos, solo 24 se miden de forma rutinaria. No es inusual que uno o más de estos compuestos tengan concentraciones más altas en un efluente tratado contenga más PFAS que en el influente a tratar.

El proceso de tratamiento permite que algunos de los miles de PFAS potencialmente presentes se transformen o degraden en uno de los que se cuantifican entre los habituales.

Una estrategia para abordar este problema de tratamiento es minimizar la cantidad de PFAS que acceden al proceso de tratamiento de la PTAR. Se han llevado a cabo investigaciones en algunos estados para identificar y abordar las fuentes de PFAS.

Una vez identificado, el procedimiento se puede aplicar a través del programa de permisos de pretratamiento industrial (IPP) para requerir a las industrias que reduzcan o eliminen estos PFAS antes de descargarlos en el sistema de alcantarillado.

Estos requisitos adicionales de pretratamiento a las fuentes industriales podrían tener consecuencias económicas para la comunidad e implicaciones operativas para la PTAR, lo que significa que esta estrategia debe ser cuidadosamente considerada y respaldada con datos de muestreo. Otra estrategia potencial es emplear tecnología de tratamiento adicional para eliminar el PFAS antes del acceso.

Hasta la fecha, los proveedores de agua potable han utilizado el carbón activado granular (GAC) y la ósmosis inversa (RO) como las estrategias de tratamiento más efectivas, pero ambas tecnologías son costosas de implementar. Estas soluciones o alguna de sus variantes también se han probado en el tratamiento de aguas residuales.

Es evidente que estas técnicas aún dejarán a la empresa de servicios públicos con el problema de la eliminación de material contaminado, pues únicamente constituyen técnicas separativas. También existen técnicas destructivas, como la oxidación electroquímica y la incineración, que descomponen la estructura química del PFAS; sin embargo, la mayoría de estos métodos se encuentran en la etapa de investigación y desarrollo, en una fase de prueba piloto a pequeña escala, y en el caso de incineración, tienen un costo prohibitivo.

Presencia en los lodos de las aguas residuales

Se han encontrado PFAS en lodos biológicos de aguas residuales y gran parte de estos lodos se procesan y aplican en terrenos con destino agrícola. La aplicación a la tierra es mutuamente beneficiosa: la PTAR tiene un método rentable para eliminar los fangos, mientras que el agricultor enriquece su suelo con nutrientes; sin embargo, la aplicación de lodos municipales a la tierra puede ser una fuente potencial de contaminación por PFAS en los acuíferos a través de la percolación de estos campos, de acuerdo con algunas investigaciones realizadas.

Aunque actualmente no hay normas que regulen los niveles de PFAS en los fangos biológicos. La mayoría de los países están adoptando controles en los lodos procedentes de depuradoras, comenzando con la recopilación de datos sobre PFAS en biosólidos (Michigan y Maine, por ejemplo).

Como se señaló anteriormente, el Plan de Acción de USEPA y el proyecto de ley de la Cámara de Representantes incluyen planes para clasificar el PFAS como sustancias peligrosas.

Esta acción podría afectar en gran medida la capacidad de eliminar de manera rentable los biosólidos que contienen PFAS mediante la aplicación en tierra.

Tanto la Asociación Nacional de Agencias de Agua Limpia (NACWA), como la Water Environment Federation (WEF) y la Water Research Foundation (WRF), están investigando activamente el tratamiento de PFAS en aguas residuales y caracterizando el riesgo potencial para la salud humana de estos fangos utilizados como abonos para la agricultura.

Protección de los suministros de agua potable

Las aguas naturales superficiales a menudo se utilizan como fuentes de abastecimiento público de agua. El efluente de la EDAR que contiene altos niveles de PFAS que se descargan aguas arriba de una toma de agua potable puede representar una amenaza para los consumidores aguas abajo.

La eliminación efectiva de PFAS en el agua potable requiere las mismas costosas tecnologías utilizadas para eliminarlos de las aguas residuales, utilizando la misma estrategia de limitar las descargas a la PTAR mediante el control en la entrada. también se puede implementar una medida adicional de protección para los suministros públicos de agua potable limitando los PFAS en las descargas aguas arriba.

En la misma línea se puede emplear un mecanismo similar, a través de un programa de protección en la boca del pozo, para proporcionar una mejor protección de los suministros públicos de agua subterránea.

Opciones de tratamiento existentes para aguas contaminadas con PFAS

El tratamiento del agua contaminada con PFAS antes de la descarga a las fuentes receptoras reducirá su acumulación en los sistemas de agua. Los métodos de eliminación de PFAS industrializados actualmente para las aguas contaminadas se basan en tecnologías de adsorción física, como el carbón activado granular (GAC) y las resinas de intercambio iónico (IX); y en filtraciones con membranas semipermeables de alta presión, tales como nanofiltración (NF) u ósmosis inversa (RO).

Aunque se está trabajando en técnicas avanzadas de oxidación, estas aún no son comerciales y podrían tener un precio muy alto de energía. La selección de un método de tratamiento apropiado requiere consideraciones cuidadosas basadas en la química específica del agua, la eliminación de contaminantes y la calidad requerida del agua tratada.

En el tratamiento de aguas residuales industriales, la composición de las aguas residuales es más compleja que la del agua potable e incluye a otros contaminantes además de PFAS. Las características de estos contaminantes afectarán a la selección del método a utilizar, el tamaño del sistema de tratamiento y los costos de explotación. Por ejemplo, el lixiviado de los vertederos tiene contaminantes orgánicos, inorgánicos y volátiles, además de PFAS, que requieren eliminación.

Cada una de estas tecnologías de tratamiento tiene sus ventajas e inconvenientes, entre los que mencionamos:

Carbón activado granular (GAC)

Ventajas

  • Reduce el nivel de PFAS a ng / L en el agua potable.
  • Es efectivo para la eliminación de PFAS de cadena larga.

Inconvenientes

  • Fugas de PFAS de cadena corta, en particular y reemplazo frecuente de las cargas de GAC de los filtros.
  • No es rentable para aguas que contienen otros compuestos orgánicos ya que el GAC no es selectivo y se saturará parcialmente con ellos.
  • No elimina los compuestos inorgánicos.
  • El GAC es un consumible muy costoso por el propio coste del material, la mano de obra para su carga y descarga y el coste energético para su regeneración térmica.

Resinas de intercambio iónico

Ventajas

  • Efectivas para la eliminación de PFAS aniónicos y de cadena larga a nivel ng / L.
  • Mayor capacidad de adsorción y cinética de reacción significativamente más rápida en comparación con GAC.

Inconvenientes

  • No son efectivas para aguas residuales que contienen altos niveles de TDS y / o materia orgánica natural.
  • Menos afinidad por el PFAS de cadena corta.
  • Se requiere incineración o regeneración de resina de intercambio iónico.

Nanofiltración y ósmosis inversa

Ventajas

  • Efectivas tanto para PFAS de cadena corta como de cadena larga.
  • Capaz de y tratar todo tipo de agua contaminada con PFAS.
  • Alto caudal de carga.
  • Se puede asociar con un pozo de eliminación (común en América del Norte) para eliminar permanentemente las salmueras de PFAS.

Inconvenientes

  • Posible ensuciamiento de la membrana al tratar compuestos inorgánicos.
  • Gestión de salmuera concentrada, que se puede conseguir mediante un alto rendimiento de recuperación para minimizar el volumen de la salmuera separada, controlando que no se genere precipitación e incrustación.

Un proceso de eliminación de PFAS puede integrar múltiples tecnologías, por ejemplo, un proceso de ósmosis inversa aguas arriba con un alto caudal de carga seguido de un paso de pulido aguas abajo de GAC o resina IX para cumplir con los estrictos requisitos de calidad del agua.

Otras tecnologías para el tratamiento de aguas residuales con PFAS

Las tecnologías de separación física (GAC, resina IX, NF o RO) no destruyen el PFAS, sino que solo las separan del agua contaminada en los materiales adsorbentes o en una salmuera concentrada. La eliminación de absorbentes contaminados con PFAS o salmuera concentrada con PFAS puede plantear una contaminación secundaria.

Las tecnologías para la degradación permanente de PFAS se basan en la incineración de alta energía u oxidaciones avanzadas, incluida la oxidación electroquímica, el tratamiento térmico con microondas, la degradación fotolítica, la pirólisis y la sonoquímica. Estas vías de degradación extremas de PFAS son muy costosas, especialmente cuando el volumen y el caudal de las aguas residuales de PFAS son grandes.

Lo ideal es usar otras tecnologías relativamente rentables para reducir primero el volumen de aguas residuales con PFAS, y luego concentrar los PFAS hasta su concentración más alta permitida junto con la eliminación de contaminantes. Las aguas residuales altamente concentradas de PFAS pueden ser transportadas a un pozo para su almacenamiento bajo tierra, o someterse a su destrucción final por degradación especializada en PFAS.

Los nuevos avances en tecnologías de desalinización (ósmosis inversa de presión ultra elevada, descarga mínima de líquido (MLD) y descarga cero de líquido (ZLD) con un sistema evapo – cristalizador de los que dispone Condorchem Envitech.

El proceso Extreme Reverse Osmosis pueden ayudar a reducir económicamente el volumen de aguas residuales con PFAS y concentrarlas en un nivel que antes era inalcanzable.

La evaporación a vacío: Una solución para el tratamiento de las PFAS

Una empresa de revestimiento industrial con sede en Michigan (EE. UU.) tuvo un problema con los PFAS en su proceso de aguas residuales y las aguas subterráneas no tratadas Esta fábrica utilizó la tecnología DCP de cromado diamante desde los años 50.

Dentro de su proceso, los tensioactivos con PFAS formaban una capa flotante en las cubas de cromado y se empleaban para suprimir las emisiones gaseosas de cromo hexavalente, compuestos orgánicos volátiles y otros contaminantes, que luego eran arrastrados a los baños de enjuague y a los sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial y de ahí se filtraban a los acuíferos subterráneos.

El caudal del efluente a tratar fue de 6000 galones por día, y el objetivo del tratamiento consistía en lograr una descarga a vertido cero, a la vez que se obtenía un condensado de calidad suficiente como para ser reutilizada en el proceso industrial. Condorchem Envitech, recomendó un proceso basado en la evaporación a vacío, utilizando un equipo evaporador Envidest MVBR FF de película descendente y circulación forzada, mediante compresión mecánica de vapor.

Esta tecnología optimiza el intercambio de calor con el que se consigue un importante ahorro en el consumo de energía. El proceso también permite la descarga automática y el sistema de vacío del evaporador con limpieza automática dentro del propio evaporador.

Tratamiento de efluentes con PFAS

Los sistemas de evaporación pueden integrarse como parte de una solución completa para eliminar estos contaminantes y concentrados, al tiempo que se recupera agua limpia para reutilizar y garantiza que las empresas cumplen con estas estrictas regulaciones ambientales.

Condorchem Envitech es una empresa de ingeniería ambiental con más de 25 años de experiencia en la industria del agua, en particular, especializada en tecnologías de concentración para tratar las corrientes de aguas residuales más difíciles.

Uno de los principales beneficios de los equipos de Condorchem es el hecho de que, como cada aplicación es diferente, CE tiene completa flexibilidad con su estudio y diseño. La idea es proporcionar una solución completa para cada problema de efluentes.

Para los diseños de Condorchem se tienen en cuenta cuestiones como el espacio interno para la aplicación, días de funcionamiento, el caudal y la variedad de vertidos a tratar.

Condorchem Envitech tiene más de 400 proyectos en todo el mundo, más de 200 logran la descarga cero de líquidos. El objetivo es siempre dar la mejor solución técnica al precio más ajustado, con la mejor calidad en sus equipos.

Resumen

Las PFAS se han usado desde los años 50. La producción de PFOS se inició en 1948, y hasta el año 2000 este compuesto se ha estado utilizando en grandes cantidades, tanto para generar líquidos inertes de baja tensión superficial, como para superficies sólidas con propiedades específicas.

Estas sustancias son muy resistentes a la degradación y por ello útiles en procesos en los que se utilizan altas temperaturas o que están en contacto con bases o ácidos fuertes. Pero es debido a esta resistencia por lo que se han acumulado a lo largo del tiempo y son causa de una alta peligrosidad tanto a nivel medioambiental como para los seres humanos.

Se llevaron a cabo estudios con animales que demostraron que es un contaminante global, persistente y acumulativo, cuyos niveles puedes ser preocupantes en un futuro próximo. Esto generó una gran alerta en la comunidad y puso en alerta a las diferentes agencias reguladoras.

A las tradicionales soluciones económicamente viables de la separación de las PFAS con membranas de osmosis inversa (RO), adsorción en carbón activo granular (GAC) y separación con resinas de intercambio iónico (IX), se han unido otras como la evaporación a vacío, que permiten concentrar más los residuos de estos contaminantes, a unos costes de implementación y explotación competitivos.

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Referencias bibliográficas e información en Internet

https://espanol.epa.gov/espanol/informacion-basica-sobre-pfas

http://www.newmoa.org/events/docs/241_213/CrimiPFASWebinarDec2106.pdf

https://www.tekcrispy.com/2018/10/10/solucion-tratar-aguas-pfas/

https://es.wikipedia.org/wiki/Sustancias_perfluoroalquiladas

Tratamiento de aguas residuales en la industria del vino

Secciones

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:

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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
LecheBajoTratamiento 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