Aguas Residuales De Las Empresas Cerveceras 4j5or

FACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL INFORME TRATAMIENTOS DE AGUAS INDUSTRIALES DE LAS EMPRESAS DE CERVEZA

Autor

Asesor:

Lima - Perú 2016

ÍNDICE

I. II.

III.

INTRODUCCIÓN 3 DESARROLLO 4 II.1. Orígenes de las cargas contaminantes 7 II.2. Flujo grama 9 II.3. Pre-tratamientos o tratamientos primarios 10 II.3.1. Desbaste o cribado 10 II.3.2. Homogenización 11 II.3.2.1. Recirculación del reactor 12 II.3.2.2. Neutralización biológica espontánea 12 II.3.2.3. Por adición de reactivos 12 II.4. Tratamientos secundarios 12 II.4.1. Proceso anaerobio 14 II.4.1.1. Hidrólisis 15 II.4.1.2. Ácido-génesis 15 II.4.1.3. Aceto-génesis 15 II.4.1.4. Metano-génesis 15 II.4.1.5. Reactor anaerobio de flujo ascendente 16 II.4.2. Proceso aerobio 19 II.4.2.1. Proceso con biomasa en suspensión 19 II.4.2.2. Proceso con biomasa en lecho fijo 19 II.5. Tratamientos terciarios 20 II.6. Composición de las aguas residuales tratadas 21 II.7. Reutilización de aguas 22 CONCLUSIONES 24 2

IV.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 25

I.

INTRODUCCIÓN

En todo proceso productivo se genera un desecho después de obtener el producto deseado, desecho que debe tratarse de manera tal que su disposición final no afecte al medio ambiente. En la cerveza en varios sectores se genera desechos, los cuales terminan siendo homogenizados para terminar en un solo efluente final. En el caso específico de la industria cervecera se genera un efluente con alta carga de materia orgánica, sólidos y otras sustancias, situación que hace necesaria la instalación de una planta de tratamiento de aguas residuales. La industria cervecera Backus S.A. que fue estudiada para este tipo de tratamientos, opta por instalar un sistema combinado de tratamientos primarios, secundarios y terciarios. Todos estos tratamientos son para mejorar o reducir las cargas contaminadas del agua residual que son utilizadas en las industrias cerveceras y que posteriormente serán destinadas para ser descargadas al río adjunto o más cercano a la empresa. Muchas veces estas aguas residuales ya tratadas son destinadas para otros sectores los cuales piden ciertas características y que deben ser cumplidas. Estos sectores pueden ser: regadío de zonas urbanas, regadío para zonas

3

agrícolas, para empresas de tratamiento de aguas para uso humano (SEDAPAL), o sean destinadas para su reusó en la misma empresa. En el proceso de fabricación de cerveza en Backus S.A. se presentan diversos puntos de generación de efluentes. Dada la complejidad existente en las diversas etapas de producción de la cerveza y la naturaleza de las materias primas utilizadas, la composición química y microbiológica del efluente de una cervecería es muy variado. En forma general los efluentes se producen en el lavado de equipos, tales como estanques de cocimiento, filtros de prensa, intercambiadores de calor, estanques de fermentación y maduración, lavado de botellas, lavado de piso del área de producción del mosto, lavado de estanques de almacenamiento de la cerveza, llenado de botellas y barriles. OBJETIVOS: 

Explicar sobre los distintos tratamientos que se realiza después de homogenizar las aguas al terminar el proceso de elaboración de



cervezas. Describir y analizar los contaminantes encontrados en los efluentes de agua residuales en las empresas de cervezas.

II.

DESARROLLO

En la producción de cerveza, el consumo medio de agua, de alrededor de 5-6 hL agua/hL cerveza (hL: hectolitro <> 100 litros de agua), está correlacionada con la producción de cerveza en las industrias cerveceras. Aproximadamente 2/3 del agua consumida se emplean en los procesos de producción y 1/3 en las operaciones de limpieza. De la misma manera la proporción entre efluente y cerveza esta correlacionado con la producción de cerveza. Las unidades que usaremos para el término cerveza son hL/mes y para los términos efluente/cerveza y agua/cerveza son hL/hLcerveza. El agua en la cerveza representa el componente principal y de mayor abundancia en esta misma, constituye aproximadamente el 95% en peso del producto, pero además de ser la materia prima mayoritaria de la cerveza, es una sustancia indispensable para el funcionamiento de la mayor cantidad de operaciones. 4

Los principales usos del agua en la elaboración de cerveza son:     

Limpieza de equipos e instalaciones. Incorporación al producto cervecero. Circuito de refrigeración y calderas. Envasado del producto. Servicios sanitarios.

El volumen total del agua residual producida proviene principalmente de las operaciones de limpieza de equipos e instalaciones, siendo a la vez la corriente que normalmente aporta mayor carga contaminante, ya que las soluciones de limpieza además de contener diversas sustancias químicas como agentes de limpieza y desinfección, entran en o directo con la superficie de equipos, conductos y depósitos que han trasportado o contenido mosto. También es importante mencionar que otros efluentes tienen su origen en la línea de envasado, donde las operaciones de llenado de las botellas de cualquier tipo desperdician líquido cervecero en las cabeceras del envase. Esta corriente residual que se genera en esta zona tiene importancia no tanto por el volumen que se produce, sino por la carga contaminante que aporta a las aguas residuales de la empresa misma. Las aguas residuales de la zona de envasado se caracterizan porque son similares a los efluentes de limpieza de equipos e instalaciones, pues confluye el uso de sustancia químicas más o menos agresivas con la eliminación de restos de cerveza y solidos que pueden contener los envases. Otros puntos a mencionar de generadores de agua residuales son las que se utilizan para enfriar el mosto y la que se produce en la planta de tratamiento del agua de proceso. En el primer caso es una corriente residual más potencial que real, es decir que sus posibilidades de recuperación y reutilización de esta corriente es muy factible. Con respecto al efluente que se genera en la planta de acondicionamiento de agua de procesos, es muy difícil valorar el conjunto de características del vertido, ya que, depende mucho de la composición del agua a la entrada y del sistema de accionamiento empleado. En estos casos es necesario utilizar columnas de intercambio iónico o sistemas de osmosis inversa o electrodiálisis 5

para garantizar la composición constante del agua de proceso, en base a esto se diagnostica una corriente de rechazo o de regeneración, tanto en el volumen como en carga inorgánica originada por la concentración alta de sales. En la Figura 1, se puede observar un diagrama que resume los vertidos producidos en el proceso de elaboración de cerveza.

Figura 1: Diagrama de la descripción de generadores de aguas residuales en los procesos.

La calidad de agua residual es medida de acuerdo con los parámetros físicos químicos y biológicos que indican el grado y tipo de contaminación del agua. Entre los parámetros físicos se encuentran color, turbiedad, olor, temperatura y conductividad: entre los químicos están parámetros como la demanda química de oxigeno (DQO), demanda bioquímica de oxigeno (DBO), oxígeno disuelto (OD), solidos suspendidos totales (SST), gases (ácido sulfhídrico y metano). Es importante mencionar también los constituyentes químicos inorgánicos que se puedan encontrar en las aguas residuales las cuales pueden ser: alcalinidad, cloruros, metales pesados, nitrógeno, fosforo y azufre. Y por último las características biológicas se determinan por los principales grupos de 6

microorganismos y la evaluación de organismos patógenos dañinos para el ser humano. La calidad y cantidad de los efluentes de la industria cervecera puede variar significativamente, dependiendo de los diferentes procesos que se llevan a cabo en la propia cerveza. Por lo general, las aguas residuales presentan componentes que son solubles en agua o también contaminantes insolubles, así como también compuestos orgánicos. Las características más comunes en estos tipos de agua residuales en la industria cervecera son: 

volumen de generación elevado y gran variabilidad de caudal a lo largo

    

de la jornada. presencia orgánica (elevado DQO y DBO). Biodegradabilidad elevada. Materia orgánica en forma soluble. Presencia de sólidos en suspensión. pH extremos debidos a las operaciones de limpieza.

Entre todas estas características mencionadas en las aguas residuales, descritas anteriormente, la más destacable es su elevada carga orgánica que presenta, y su alta biodegradabilidad, lo que favorece sus posibilidades de depuración

mediante

métodos

biológicos

con

buenos

rendimientos

de

eliminación. Entre los compuestos orgánicos presentes en los efluentes de la industria cervecera podemos encontrar: azucares, almidón soluble, etanol, ácidos grasos volátiles, etc. Es importante mencionar que los distintos procesos aportan un cantidad diferente de rendimiento volumétricos a cuanto a la contaminación, por ejemplo, el agua de limpieza de botellas supone un consumo de agua muy elevado pero aporta un cantidad de contaminantes bajos, en cambio el agua empleada en los procesos de fermentación y filtración supone solo el 3% del consumo, pero el 97% de la carga orgánica se debe a la DBO.

II.1.

Orígenes de las cargas contaminantes

Los constituyentes de las aguas residuales se diferencian en materiales degradados, los cuales son el ácido úrico y glucosa son degradados 7

biológicamente y a través de la descomposición anaeróbica dan lugar a olores molestos, además estos materiales pueden reducir la concentración de oxígeno en el agua. Por otro lado, encontramos a los nutrientes que son los compuestos de nitrógeno y fosforo, agentes contaminantes en los cuales encontramos: metales pesados, compuestos sintéticos orgánicos, agentes desinfectantes y lubricantes. Y por último sustancias que interfieren como sales grasas, aceites, arena y arcilla. El origen de todas estas cargas contaminantes en los efluentes son variados, podemos destacar: 

La contaminación orgánica se produce principalmente por los cereales y semillas usadas en la cerveza, descarga pobre de malta, llenado y vaciado de los tanques de cocción/proceso, funcionamiento y limpieza



de los filtros de diatomeas. Los sólidos en suspensión se originan en la descarga de productos intermedios, y contienen celulosa de la cáscara de los cereales utilizados en la producción de malteado, sílice de las tierras diatomeas, complejos carbohidratos-proteínas de la levadura y proteínas, así como del



almidón. Los niveles de fósforo y nitrógeno dependen parcialmente del tipo de materia prima utilizada para la producción y la cantidad de levadura presente en el efluente; el uso de productos químicos para la limpieza de tanques es también un factor determinante de elevadas concentraciones



de fósforo y nitrógeno. El pH resulta alterado por el uso de ácidos o productos cáusticos en los procesos de limpieza de equipos y botellas retornables. En los procesos de maceración y embotellamiento se puede producir algún tipo de incidencia que ocasionan vertidos accidentales altamente cargados o



con elevado pH. La presencia de metales pesados en concentraciones bajas como puede ser el níquel, así como también el cromo, son consecuencias de desgaste de maquinarias o por la limpieza agresiva de las maquinarias y materiales a través de químicos que forman parte de una solución utilizada.

8



Las aguas residuales, además de contaminantes específicos de la actividad

industrial

que

las

genere,

pueden

presentar

otras

características, como son las relativas a la contaminación microbiológica debida, en algunos casos, a que el vertido procedente del proceso productivo es mezclado con el agua de las instalaciones sanitarias. Así teniendo en cuenta las características y el origen de los vertimientos a tratar es posible diseñar un sistema de tratamiento adecuado mediante el cual se alcance el nivel de depuración requerida bien sea con posibilidades de reutilización tan solo bajo los estándares contemplados en la legislación. El tratamiento de aguas residuales comúnmente es llevado a cabo por medio de diferentes etapas que disminuyen el grado de contaminación en relación con la cantidad de materia orgánica: básicamente son llevados a cabo procedimientos físicos, biológicos y químicos, que constituyen las tres principales etapas de los sistemas de tratamiento. En el siguiente punto que prosigue podremos observar el flujograma del proceso de tratamientos de aguas residuales en la empresa cervecera Backus S.A. donde se detalla de manera resumida los tratamientos primarios, secundarios y terciarios que se realizan a estas aguas, señalando también de manera específicos los elementos que se eliminan en cada tratamiento, y aquellos que agentes que permiten esta remoción. Posteriormente luego de mostrar el flujograma se detallara cada uno de sus tratamientos, como se realizan y para que se realizan cada uno de ellos.

9

II.2.

Flujo grama

Aguas residuales

Desbaste o Cribado

Homogenización

Filtración o Desarenado

Carbón activado

Adsorción

Ozonificación

Cloro gaseoso

Cloración

Desinfección con UV

CH4

Proceso Anaerobio

Proceso Aerobio

10

Gruesos (5 – 10 mm): plásticos, Finos (1 – 0,5 mm): papeles. Cáscara de los cereales, fibra de papel.

Tierras diatomeas, arena, grava.

Olor y color Compuestos orgánicos no saturados Microorganismos: Escherichiacoli, Enterobacter, Klebsiella, Serratia. Patógenos, cloro Cargas orgánicas: azúcares, dextrinas, proteínas, taninos, resinas, ácidos, alcohol, cetonas, bacterias, ésteres. Cargas orgánicas sobrantes.

II.3.

Pre-tratamientos o tratamientos primarios

Los tratamientos primarios empleados en las aguas residuales de las empresas cerveceras son aplicados para la reducción de sólidos en suspensión o el acondicionamiento de las aguas para su descarga bien en los receptores o para pasar a un tratamiento secundario. En este tipo de tratamientos se emplean medios físicos diferentes para realizar la separación de los materiales de mayor tamaño, entre ellos se encuentran: rejas, tamices, auto-limpiantes, tamices inclinados, micro filtros: y para la separación

de

materiales

muy

finos

es

posible

montar

procesos

de

desarenación, en donde la sedimentación es la base de la separación. También pueden emplearse procesos químicos para la separación de solidos suspendidos y coloidales, con el fin de eliminar los sólidos flotantes grasas.

II.3.1.

Desbaste o cribado

Este tratamiento primario consiste en un desbaste de gruesos mediante rejilla de 5-10 mm para separar los residuos más gruesos como puede ser papeles, plásticos, etc., seguido por un desbaste fino en tamices filtrantes de 1- 0,5 mm donde se separa la mayor parte de la cascara de los cereales y fibras de papel ( etiquetas desechadas de los envases). Las tierras de diatomeas que son empleadas en los filtros para la clarificación de la cerveza, atraviesan estos tamices de finos y si no son separadas, en fábrica, práctica cada vez más extendida, se deben separar por medio de una decantación primaria. Es importante resaltar que la correcta gestión y eliminación de las tierras de diatomeas una vez usadas ya que desde el punto de vista de la salud humana, están son consideradas como residuos dañinos o peligrosos. Existen varias alternativas en cuanto a la gestión de este tipo de residuo, Backus S.A. toma en cuenta, las razones, por la que su uso presenta serias complicaciones ambientales, sanitarias y económicas, ya que, para los

11

procesos de filtración o clarificación de la cerveza se emplean grandes cantidades de este medio filtrante, el cual termina siendo bastante efectivo. En este medio también se logran formar lodos de tierra de diatomeas que pueden ser usados como abono en agricultura por lo general, y como material de construcción, se puede mencionar que son utilizadas también en regenerados químicos y térmicos, y finalmente puede ser eliminado en vertederos. Como último punto de vista económico, el consumo de tierra de diatomeas y la disposición de sus lodos generan un costo principal del proceso de filtrado.

II.3.2.

Homogenización

La homogenización tiene por objeto uniformizar los caudales de las aguas residuales de la empresa cervecera ,y sus características del efluente cuando los vertidos son irregulares, discontinuos o diferentes de unos momentos a otros, evitando que descargas puntuales puedan afectar todo el proceso anterior. Para conseguir la homogenización requerida y así evitar la sedimentación de sólidos, es necesario que el depósito o tanque en donde se lleve a cabo este proceso deba estar provisto de un sistema de agitación, mecánico o por inyección de aire. Tiene también por objetivo laminar puntas de caudal, de concentración, así como regular el pH, evitando de esta manera cambios bruscos que puedan llegar a afectar el funcionamiento de los procesos biológicos situados aguas abajo. Se considera importante el volumen de esto depósitos en donde se almacena estas aguas residuales, porque amortigua derrames o descargas accidentales, así como almacenar aguas durante el fin de semana (fabrica parada). Se recomienda no trabajar con tiempo de retención demasiados elevados o sea depósitos llenos, ya que conduce a una excesiva acidificación de las aguas y a problemas de olores si estos no se controlan debidamente, se toma en cuenta: tanques cubiertos, agitación mediante difusores de aire, pH por encima de 9. 12

En caso que se haya casos excesivos o deficientes, que se toman en cuentan las características de los efluentes, una balsa de emergencia permite amortiguar las variaciones de pH. Backus S.A. toma como emergencia un pH menor de 5 o mayor de 11, en estos puntos el vertido se almacena en tanques de emergencia. Una vez almacenados, estos vertidos son bombeados de forma controlada al tanque de homogenización, consiguiendo de esta manera la neutralización del efluente sin afectar al proceso biológico, y tener una reducción considerable de los consumos de ácidos y sosa. Backus S.A. tiene como paso previo al bombeo al digestor, que es la etapa siguiente después de la homogenización, el cual trabajo en un rango de pH en torno al 6-7, el efluente se puede acondicionar en una tercera balsa donde se produce un proceso de pre-acidificación, esta misma se logra mediante 3 métodos utilizados por la empresa, las cuales son:

II.3.2.1. Recirculación del reactor.-

Parte del efluente de salida del

reactor anaerobio se puede recircular con el fin de ahorrar sosa de neutralización,

mediante

el

aprovechamiento

de

alcalinidad

producida en el tratamiento aerobio.

II.3.2.2. Neutralización biológica espontánea.- El pH en la balsa de pre-acidificación puede descender sin aporte de reactivo ácido, debido a la hidrolisis de la materia orgánica. Ese efecto es difícil de controlar pero se consigue disminuir las necesidades de agregar reactivos

a

los

efluentes

básicos.

Para

llegar

a

este

efecto

neutralizador de la materia biológica el tiempo de retención hidráulica resulta un factor limitante. II.3.2.3. Por adición de reactivos.- Cuando no se puede obtener el nivel de pH óptimo por medio de los métodos anteriores mencionados, se debe recurrir entonces al empleo de reactivos. Tiende a emplearse en el vertido contenido en la balsa de emergencia, reduciendo de esta manera se reduce el consumo de reactivos adicionales. En las aguas residuales de las industrias cerveceras existen contaminantes patógenos, destacando géneros como Enterobacter (16%), Escherichiacoli (33%), Klebsiella (12%) y Serratia (6%) con el mayor porcentaje de apariciones en estas aguas industriales, aunque no necesariamente solo existe la presencia 13

de estas, sino también de otros que son pocos influyentes o de un menor indicio de contenido como contaminante. En los países desarrollados, el principal objetivo del tratamiento es la eliminación de materia orgánica y nutrientes, pues enfermedades como la tifoidea algún caso de parasitismo son pocos comunes en estas sociedades. En cambio, en países en desarrollo, el principal objetivo de la realización de tratamiento de aguas residuales es la remoción de virus patógenos, parásitos y bacterias que pueden causar posteriormente enfermedades endémicas.

II.4.

Tratamientos secundarios

Los tratamientos secundarios comprenden una gran variedad de procesos biológicos en los cuales se encuentran las bacterias y otros organismos microbiológicos, estos son los encargados de destruir y metabolizar la materia orgánica soluble y coloidal, reduciendo de esta manera la DBO (Demanda Biológica de Oxigeno) y la DQO (Demanda Química de Oxigeno). Estos son realizados mediante sistemas aerobios y anaerobios complementarios. La velocidad de destrucción o degradación va a depender de la presencia de los microorganismos adecuados, teniendo en cuenta las características metabólicas

requeridas

en

cada

una

de

las

etapas

de

tratamiento

mencionados. Para Backus S.A. los sistemas biológicos se presentan como la alternativa más adecuada para ser utilizadas, ya que, mediante sus accionar reducirán la carga orgánica de los efluentes de las cerveceras. La empresa aplica los tratamientos de manera combinada, el anaerobio y aerobio en forma de serie, para eliminar nutrientes o carga orgánica las cuales tienen diferentes orígenes y diferentes composiciones: 

PROCESO DE COCCIÓN: La carga orgánica se genera en los residuos de mosto y lavado de equipos, la composición está formada por una



solución acuosa de azúcares, dextrina, proteínas, taninos y resinas. PROCESO DE FERMENTACIÓN: la carga orgánica se genera en los lavados de estanques, y su composición está formada por alcohol etílico, ácidos, aldehídos, cetonas, ésteres y bacterias. 14



PROCESO DE MADURACIÓN: La carga orgánica se genera en el fondo de los estanques y su composición está formada por líquido enriquecido de proteínas, y productos derivados de su degradación.

Los procesos biológicos que son clasificados en dos grupos, aerobios y anaerobios. Los primeros emplean bacterias que se desarrollan en presencia de oxígeno disuelto en el agua, mientras que en los segundos las bacterias sobreviven en ausencia de oxígeno. En ambos casos las cantidades de poblaciones microbianas convierten la materia orgánica en nueva biomasa, dióxido de carbono y metano. Para Backus S.A. la implementación y características de ambos tipos de procesos secundarios presentan ventajas y desventajas con relación a las características de diseño, condiciones técnico económicas y eficiencias de remoción de la carga contaminante; así los procesos aeróbicos ofrecen una diversidad de atractivos a diferencia de los procesos aeróbicos, dado que la tasa a la que se puede llevar a cabo el tratamiento no está limitada por la tasa a la que se pueda suministrar el oxígeno. En cuanto al proceso anaerobio tiene ciertas bajas tasas de producción de lodos residuales, y no requiere de la introducción de un sistema de aeración; lo que reduce sustancialmente los costos de operación, siendo su principal desventaja la remoción incompleta de DBO (70-80%). La comparación se puede apreciar en el cuadro 1 que sigue a continuación: TRATAMIENTO AEROBIO . Rendimiento de eliminación de DQO

TRATAMIENTO ANAEROBICO . Rendimiento de eliminación de DQO

mayor al 90%

entre 70–80%

. Gran consumo energético, requerido

.

en la aireación. Genera de 3 a 20

Produce bajas cantidades de lodo.

veces más lodos.

.

.

Mayor

consumo

de

nutrientes

Muy

bajo

Baja

consumo

cantidad

de

energético. nutrientes

(DQO:N:P=100:0.5:0.1)

(DQO:N:P=100:5:1)

. Adecuado para DQO mayores a

. Adecuado para DQO > 2000mg/l

1500mg/l

. No permite paradas sin sustrato, ni

. Requiere control de olores, y mayor

aireación.

control de pH (6.5 – 7.5).

Cuadro 1: Diferencias entre los sistemas de tratamiento aerobio y anaerobio

15

II.4.1.

Proceso anaerobio

El tratamiento de aguas residuales en la industria cervecera mediante el proceso anaerobio es el más apropiado para tratar residuos altamente concentrados y con una elevada biodegradabilidad.

Para estas aguas

residuales que contienen alta carga orgánica aproximadamente de 2000-3000 o más mg DBO/l, la degradación anaerobio puede representar la digestión más conveniente. Esta degradación la materia orgánica se descompone por la acción de los microorganismo en la ausencia de oxigeno produciendo metano (CH 4) y dióxido de carbono (CO2). El proceso se lleva a cabo en un reactor en condiciones anaerobias.

Los

procesos

anaerobios

constituyen

una

opción

para

el

tratamiento de los efluentes de las fábricas de cerveza, en especial en Backus S.A., el cual lo eligió para el tratamiento de sus efluentes, ya que, además de presentar un mayor número de ventajas respecto al uso de tratamientos aerobios, gran parte de la energía que emplean estos procesos puede ser reutilizada, y la gestión de los lodos generados tiene un coste mínimo. Para convertir la materia orgánica que es soluble y coloidal, básicamente el reactor anaerobio cerrado, evita el o con el aire, para transformarlos en ácidos volátiles, y entonces en los componentes ya antes mencionados. Estos procesos fermentativos son realizados por diferentes tipos de bacterias que llegan a producir un 65%

de metano en el gas producido, lo cual permite

aprovecharlo para mantener la temperatura idónea de la digestión. Cuando el tratamiento anaerobio es llevado a la práctica, la degradación de la materia orgánica se realiza a través de una serie compleja de reacción bioquímicas que transcurren tanto en paralelo como en serie, aquí intervienen distintos microorganismos. Las diferentes reacciones que tienen lugar se pueden agrupar en 4 fases bien diferenciadas:

II.4.1.1. Hidrolisis: Es cuando la materia orgánica en suspensión que se encuentra en las aguas residuales y que tienen una estructura compleja, se transforman en compuestos solubles por actuación de exoenzimas. Esta fase tiene lugar en el deposito homogenización,

16

donde se debe de operar en unas condiciones determinadas para una hidrolisis correcta, tiempo de retención hidráulica suficiente, ´pH alrededor de 6 y temperaturas superiores a 20°C. II.4.1.2. Ácido-génesis: En esta fase, las bacterias

acidificantes

transmutan la materia orgánica disuelta (aminoácidos, azucares, ácidos grasos) en ácidos grasos volátiles como ácido láctico, aceitico, propiónico, butírico, y también dióxido de carbono e hidrógeno. II.4.1.3. Aceto-génesis: En esta fase, las bacterias aceto-génicas trasforman los productos de la etapa anterior en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono. Estas conviven con y dependen de las metanogénicas, ya que solo pueden metabolizar cuando las metanogénicas mantienen suficientemente baja la concentración de acetato.

II.4.1.4. Metano-génesis: En esta última fase, las bacterias metanogénicas producen metano (CH 4), a partir de mezclas de acetato, dióxido de carbono e hidrógeno. Esta fase se tiene que realizar en lugares que cuenten con condiciones estrictamente anaeróbicas, a un pH óptimo de 7 y a una temperatura de 35°C. la producción de metano se lleva mediante dos formas, la reducción del dióxido de carbono y el hidrogeno, y la fermentación del ácido acético. Así también el tratamiento anaerobio se puede operar en distintos sistemas, variando las condiciones en el flujo de la corriente a tratar, los materiales de construcción y los soportes de acuerdo a las características y los caudales tratados, como se menciona en el cuadro 2 a continuación:

SISTEMA Reactores de

FUNCIONAMIENTO El sistema donde la biomasa no tiene soporte físico y mediante

o

agitación se favorece el o bacterias-sustrato, evitando las

(CSTR) Filtro

sedimentaciones de sólidos en el interior del reactor. En el interior del reactor un material de relleno actúa de soporte

Anaeróbico

físico para la biomasa, y el agua circula en el interior en dirección 17

ascendente. En estos reactores los microorganismos se adhieren al medio Reactores de

inerte, que puede ser cualquiera de los medios usados en los

Lecho Fijo

lechos bacterianos. Se destacan reactores de lecho expandido, fundido y reciclado. Sistema a través del cual el agua residual fluye ascensionalmente a través del fango anaeróbico alcanzándose la depuración y la retención de la biomasa por medio de los separadores, que

Reactor UASB

permiten separar las 3 fases generadas durante

el proceso de

digestión anaerobia de parte de la materia orgánica contenida en el agua residual (agua residual, fango granular y biogás). En estos sistemas se obtienen cargas volumétricas de 5-15 Kg. DQO/m 3día. Cuadro 2: Principales sistemas de tratamiento anaeróbico.

II.4.1.5. Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente De estos 4 sistemas mencionados en el cuadro anterior, Backus S.A. opta por el sistema reactor UASB (Reactor anaerobio de flujo ascendente), este sistema se adapta muy bien al tratamiento de efluentes con alto contenido de materia orgánica, siendo empleado en casos donde la eliminación o conversión de la misma en metano es el objetivo principal. Se puede resaltar partes bastante destacables en el reactor UASB, como lo son el sistema de alimentación, la distribución del efluente y el separador de fases. Se puede describir que este tipo de reactor el agua se reparte por toda la sección inferior a través de una capa densa de fango anaerobio atravesando está en su movimiento ascendente, donde el DQO removida es convertido parcialmente en biogás como se observa en la figura 2.

Figura 2: Reactor UASB

Con respecto a la figura 2 mostrada, podemos decir que en la parte superior del reactor se encuentra el separador que descarga el efluente tratado, el 18

fango y el biogás. A medida que el biogás es separado y evacuado por medio del sistema de campanas colectoras que conforman el sistema separador, se reduce la turbulencia del líquido y el fango pesado se decanta en el reactor. El proceso de digestión anaerobia en las aguas residuales de las empresas cerveceras se ve afectado por múltiples factores como la temperatura, el tiempo de retención, el pH, la composición química del agua residual, bacterias de sulfato-reductoras, y la presencia de tóxicos; siendo este el problema de este sistema de retención de la biomasa dentro del reactor. Existen varios aspectos a tomar en cuenta con respecto al sistema UASB los cuales son: 

Capacidad de retención: Los reactores UASB tiene una capacidad de retención de la biomasa en el interior del reactor, esto se logra por medio de los separadores de 3 fases que son agua, fango y gas colocados en la parte superior. Se debe evitar que exista una velocidad del agua a través del separador que sea demasiado alta, porque esto produciría una gran turbulencia originada en la producción de biogás, el efluente arrastraría más fango del que se cree en el interior del reactor, lo que se traduce en una pérdida paulatina de la biomasa y de la capacidad de tratamiento. La ventaja que brinda el sistema UASB a la empresa Backus S.A. es que a través de su diseño permite la retención de una gran cantidad de biomasa

activa

en

comparación 19

con

otros

sistemas

ya

antes

mencionados, reteniendo de esta manera alta carga orgánica. Se debe resaltar también el flujo ascendente que genera el sistema para la formación de lodos granular responsable de la alta tasa de depuración. Mencionar también que para el tratamiento de aguas residuales en industrias cerveceras el sistema UASB nos brinda una gran habilidad de retener grandes cantidades de biomasa debido a la adhesión de células bacterianas en gránulos de biomasa. 

Tiempo de retención: El tiempo de retención hidráulico (TRH), va a estar sujeto a las características y condiciones del diseño del sistema, el cual debe ser el indicado para que se lleve a cabo el tratamiento anaerobio en el digestor. Por lo que se opta es que los digestores presente un crecimiento uniforme en el TRH para garantizar una digestión exitosa.



o biomasa/agua: Uno de los aspectos limitantes para la plena utilización de la capacidad de la biomasa en la eliminación de la materia orgánica del agua residual es el o fango/agua, el cual se mejora con una buena expansión del manto de fangos en el interior del reactor, así como una buena distribución del efluente sobre toda la sección del reactor.



Formación y acumulación de H2S (ácido sulfhídrico): La presencia de sulfatos en aguas residuales estimula la actividad de bacterias reductoras de sulfato durante el tratamiento anaeróbico de estos efluentes. La actividad de estas bacterias mencionadas es un obstáculo de producción de metano al competir, por algunos substratos comunes que son el hidrogeno y acetato.



Presencia de compuestos tóxicos: Existen varios compuestos tóxicos que son responsables en fallas en el proceso de digestión anaerobio. La inhibición en el proceso es evidenciado en la reducción de la producción de metano y un aumento de la concentración de ácidos volátiles que se deben evitar. (cuadro 3) COMPUESTOS Oxígeno Amonio

Inactiva

enzimas

EFECTOS claves en

la

actividad

metanogénica. Disminuye la retención de sólidos y aumenta el 20

tiempo

de

retención.

Concentraciones

entre

1500-3000 g/l son tóxicas e inhibitorias de la actividad metanogénicas. Inhiben la actividad metanogénicas, cuando la afinidad del metal por el lodo disminuye. Se Metales Pesados

difuminan a través de la membrana celular. Estos son tóxicos cuando los niveles exceden 150-200

Ácidos Grasos de cadena larga

mg/l. Ácidos como el caprílico, laurílico, mirystico y oleico, inhiben la actividad de las bacterias acetoclásticas. CUADRO 3: Compuestos Tóxicos

II.4.2.

Proceso aerobio

En Backus S.A. el principio básico del proceso aerobio para la materia orgánica es la transformación de la fracción biodegradable en CO 2 en agua. La transformación se realiza mediante el aporte de O 2 al reactor, ya sea mecánicamente o por difusión del aire atmosférico. Los sistemas aerobios trabajan con cargas orgánicas más bajas que los anaerobios por lo que se suelen colocar a continuación de estos. Existen varios sistemas de reactores aerobios de los cuales Backus S.A. utiliza:

II.4.2.1. Proceso con biomasa en suspensión: lodos o fangos activados y algunas o estanques de estabilización.

II.4.2.2. Proceso con biomasa en lecho fijo: Lechos bacterianos y biodiscos. Con respecto a estos 2 procesos, es necesario que el tratamiento aerobio empleados en fábricas de cervezas se deban cuidar ciertos aspectos en su diseño. Para poder alcanzar un rendimiento superior al 70%, es necesario emplear estas dos etapas en el tratamiento, ya que se parte de una concentración muy elevada.

II.5.

Tratamientos Terciarios

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Para finalizar con los tratamientos están los tratamientos terciarios, los cuales complementan los tratamientos de aguas residuales anteriores, su principal función es realizar una depuración mayor. En esta etapa Backus S.A. incluye procesos específicos como la precipitación, adsorción en carbón activo, oxidación química, inyección con aire a vapor, intercambio iónico, osmosis inversa y electrodiálisis en el siguiente cuadro 4 se mostrará de forma resumida los tratamientos utilizados los cuales son: PROCESO

FUNCIONAMIENTO Eliminación de sólidos arrastrados, el medio de filtración

Filtración

puede ser arena, grava, antracita, u otro material adecuado. Concentración de un soluto en la superficie de un sólido,

Adsorción

acumulándose una capa de moléculas de soluto en la superficie del sólido por el desequilibrio de las fuerzas superficiales. Oxidación con ozono O3 para la eliminación de compuestos

Ozonificación

orgánicos no saturados presentes en el AR, reducción de la formación de espuma. Desinfección con cloro por la fuerte capacidad de oxidación

Cloración

de iones metálicos y cianuros a productos inocuos, por la reducción de la DBO, y la eliminación de colores y olores. Exposición de radiaciones UV con longitud de onda de

Desinfección con UV

254mm, es una alternativa efectiva para evitar los efectos nocivos de la cloración CUADRO 4: Procesos de tratamiento terciario

Resaltando los tratamientos mencionados en el cuadro 4, la importancia de la implementación de los sistemas terciarios radica en la necesidad de destruir agentes patógenos que signifique un grave riesgo sobre la salud pública. Estos procesos de desinfección son esenciales como barrera entre los agentes causantes de enfermedades y el hombre. En estos tratamientos existentes comprenden procesos físicos y químicos. La cloración es uno de los procesos de desinfección más utilizados, en sus variantes encontramos hipoclorito de calcio (en estado sólido), hipoclorito de sodio (en estado líquido) y cloro gaseoso, esto son utilizados por su fácil

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y variedad de costos. El cloro actúa como agenten desinfectante mediante la alteración y ruptura de la pared celular, ocasionando su desintegración. La ozonización es uno de los sistemas de desinfección más efectivos para la remoción de patógenos sin embargo dado los costos que puede significar su implementación se limita solo cuando se requiere efluentes de alta calidad. Podemos decir que el ozono es una gente fuertemente oxidante y es muy efectivo para la remoción de olor, sabor y color. Este agente oxidante es utilizado para la inactivación de patógenos como bacterias y parásitos, y para la oxidación de hierro y manganeso, compuestos causantes del olor, sabor y color. En otro lado el ozono inactiva también microorganismos, afectando la permeabilidad y la actividad enzimática. Otro método utilizado es la desinfección con radiación ultravioleta UV utiliza lámparas de mercurio encerradas en tubos de cuarzo para permitir la irradiación bajo las corrientes de agua ejerciendo así un efecto germicida a 2.537 nm debido a que los ácidos nucleicos (ADN y ARN) microbianos son producidas mutaciones, impidiendo su reproducción y causando así su destrucción. Para finalizar, se realizan sistemas de tratamientos terciarios de tipo físico que consiste en micro-filtraciones y filtración por membrana. Estos sistemas son mucho más económicos y pueden ser una alternativa en los tratamientos de aguas residuales, porque permiten la remoción de partículas, así como de parásitos y bacterias que puedan existir.

II.6.

Composición de las aguas residuales tratadas

Los vertidos producidos y ya tratados en la industria deben ser eliminados a través de redes municipales de saneamiento, por lo tanto, para poder realizarlo, los vertidos deben cumplir con ciertos parámetros establecidos por dichas entidades municipales. Los vertidos deben tener concentraciones máximas isibles y no contener contaminantes ajenos, garantizando así la calidad ambiental de los vertidos industriales a la red de saneamiento, tal y como se muestra en el Cuadro 5.

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PARÁMETROS DQO (mg/L) SST (mg/L) Nitrógeno Total (mg/L) Fósforo Total (mg/L) Cloruros (mg/L)

AGUA TRATADA 200 - 4200 50 – 1700 26 – 310 11 – 90 260 - 3400

Cuadro 5: Composición del agua residual de la industria cervecera.

II.7. Existe

Reutilización de aguas una

convicción

de

aprovechar

las

aguas

ya

tratadas

y

no

desperdiciarlas, ya que de esa manera se copera a una protección medio ambientalista y a la vez esto permitirá de una u otra forma una reducción de costos en el rubro que se aplique. Para la reutilización de agua se requiere de un estudio a profundidad de planificación de la infraestructura y de los recursos, el emplazamiento de la planta de tratamiento de las aguas residuales, la fiabilidad del tratamiento, la seguridad sanitaria, el análisis económico y financiero, y una gestión del uso del agua que suponga una integración del agua recuperada con otro tipo de agua no recuperada. Las posibilidades de reutilización de las aguas residuales tratadas son numerosas y variadas dependiendo del nivel de tratamiento en el que sea sometido, por lo tanto, la calidad del efluente que se obtenga dependerá de cada uno de los tratamientos que se realiza en las aguas residuales de la cerveza. El destino más frecuente de las aguas residuales de las industrias cerveceras es el riego agrícola. La empresa Backus reutiliza sus aguas no solamente en actividades agrícolas, sino también en actividades propias de la industria, tales como en sistemas de refrigeración, calderas, y actividades de procesado del producto, así también la reutilización de estas aguas se puede dar de diversas formas, así como se puede observar en el Cuadro 6.

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CATEGORÍAS DE REUTILIZACIÓN -

EJEMPLOS DE APLICACIÓN Sin restricción: ninguna limitación en cuanto al o con el cuerpo (lagos y estanques usados

Uso recreativo

-

para

natación,

fabricación de nieve artificial). Con restricción: Pesca, paseo en barco

y

recreativas

otras que

actividades no presenten

o con el cuerpo. Humedales artificiales, mejora natural Uso ambiental

Recarga aguas subterráneas

Uso industrial

de

humedales,

incremento

los

caudales de los cursos de agua. Reabastecimiento de acuíferos, control de la intrusión de aguas salinas, control de subsidencias. Sistemas de refrigeración, agua de procesos,

calderas,

actividades

construcción. Mezcla en depósitos Uso potable

de

abastecimiento

agua

(superficial

subterráneo) Cuadro 6: Aplicaciones del agua reutilizada.

25

de

de de o

CONCLUSIONES -

El agua es un recurso muy valioso el cual se debe cuidar de una manera estricta. Naturalmente el agua no tiene la capacidad suficiente para recuperarse automáticamente, debido al incremento en el desarrollo industrial, estas aguas pierden su calidad, en cuanto a sales y minerales por el uso secuencial que se le da, siendo esta la principal razón de los tratamientos de aguas residuales.

-

Se concluye que el agua residual, una vez procesada sólo con el tratamiento secundario, no puede reutilizar para aplicaciones de regadíos. Ya que existe la necesidad del procesamiento de un tratamiento terciario para lograr los parámetros que establecen las entidades municipales y así eliminar contaminantes específicos que pueden ser dañinos para la salud del ser humano.

-

El tratamiento de aguas industriales tiene metodología según el tipo de industria de donde se desea tratar estas aguas, de esa manera cada tratamiento ya sea primario, secundario o terciario que se realice en las industrias cerveceras tienen una importancia para la eliminación de los contaminantes propios de la industria en mención.

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III. -

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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HERNÁNDEZ, Aurelio. Depuración de aguas residuales. Madrid: Ed. Senior, 1998. 902pp. ISBN: 9788438001387

-

MARTÍNEZ, Rebeca. Descontaminación de efluentes de la industria cervecera. Murcia: Hotel S.L., 2010. 332pp. ISBN: 8452116633

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MOYA, Mónica. Diagnóstico microbiológico de tratamiento de aguas residuales. Bogotá: Mundi-Prensa, 2000. 139pp. ISBN: 85269345612

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