Aguas Residuales en La Industria Alimentaria_xiiconia2012_unprg-Lambayeque

7/29/2019 Aguas Residuales en La Industria Alimentaria_xiiconia2012_unprg-Lambayeque

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“Aguas residuales en la industria

alimentaria”

Dra Isel Cortés Nodarse

Centro Nacional del Medio [email protected]



El interés masivo por los temas ambientales surgió al finalde los 60’s:

País desarrolladoCARACTER

o industrializado TECNOLÓGICOCONCEPCIÓNDE MEDIOAMBIENTE

Países en vías CARÁCTER

de desarrollo SOCIOECONÓMICOY POLÍTICO

LOS PROBLEMAS AMBIENTALES



LOS PROBLEMAS AMBIENTALES

La Tierra es un planetade recursos limitados

RESUMENPosee un frágil

ecosistemaPor lo tanto, la PROBLEMÁTICA GENERAL DEL MEDIOAMBIENTE• Mejorar la calidad de vida medianteuna mayor calidad ambiental

•

Conciencia que se debe tener de lalimitación de los recursos naturales



TERMINOLOGIA

• AGUAS RESIDUALES: aguas que se descargan despuésde haber sido usadas en un proceso, o producidaspor éste, y que no tienen ningún valor inmediato

para ese proceso.• AGUAS SERVIDAS; AGUAS SERVIDAS DOMESTICAS:

aguas residuales que contienen los desechos de unacomunidad, compuestas por aguas grises y aguas

negras.



Aguas Residuales. Definición y tipos

• Desde el punto de vista de las fuentes degeneración, se puede llamar agua residual a lacombinación de los residuos líquidos o aguasportadoras de residuos, procedentes tanto de

instituciones públicas, establecimientosindustriales y comerciales y viviendas, a los quepueden agregarse eventualmente aguassubterráneas, superficiales y pluviales.

• De este modo, toda el agua potable que se vierteal desagüe se convierte automáticamente enagua residual, no apta para el consumo humano.



• Las aguas residuales o residuales líquidos pueden tener diferentesprocedencias existiendo diversas clasificaciones de acuerdo a suorigen o generación, siendo una de la más utilizada la siguiente: – Aguas residuales urbanas o aguas servidas o residuales líquidos

domésticos (ARU), que están compuestos, principalmente, de residuosorgánicos, productos de lavado y los microorganismos patógenos quepueden contener, siendo estos últimos los contaminantes másimportantes en estos residuos.

– Aguas de tipo agrario o residuos agropecuarios (AROA), que estáncompuestos, fundamentalmente, de restos de estiércol, y de comida

para animales. Contienen también una importante carga microbiana. – Residuos líquidos industriales o RILES, los que son de contenido muy

variable y dependientes del proceso productivo, lo que impide sugeneralización en cuanto a carga contaminante se refiere.



CONTAMINACION QUIMICA

• INORGANICOS: Su efectoambiental depende de su efectotóxico.

• Hay algunos compuestosinorgánicos que ejercen una grandemanda de oxígeno, tales comosulfitos y nitritos

• ORGANICOS: Provocan ladisminución del oxígeno disueltocomo consecuencia de su consumopara los procesos de degradaciónbiológica. Pueden conducir aperturbaciones indeseables en elmedio y en su biota.

• Los parámetros químicos más comúnmente vinculados a contaminaciónson:

– Oxígeno disuelto

– Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)

– Demanda química de oxígeno (DQO)

– Nitrógeno total y amoniacal

– Fósforo total



• Otros contaminantes químicos, considerados“especiales” incluyen los siguientes:

– Aceites y grasas

– Detergentes – Sulfuros

– Cianuros

– Fluoruros

– Fenoles – Pesticidas

– Hidrocarburos

– Metales pesados



DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO

•

Corresponde a un ensayo empírico (estandarizado) quepermite estimar los requerimientos relativos de oxígeno paraaguas residuales, efluentes y aguas contaminadas

• Se mide la cantidad de oxígeno consumido por losmicroorganismos para la oxidación aerobia de la materiaorgánica biodegradable presente en el agua, en condicionesde pH entre 6,5 y 7,5.

• Ampliamente utilizado para estimar la eficiencia de lossistemas de tratamiento de aguas residuales.




•

El proceso de degradación aeróbica dela materia orgánica es un procesolento y teóricamente tarda un tiempoinfinito en completarse.

• Al cabo de 20 días, la oxidación se hacompletado en un 95-99% del total yen el plazo de 5 días, la oxidación seha efectuado en un 70%.

• Por razones prácticas, se utiliza

mayormente el valor de DBO a loscinco días; que se representa comoDBO5.




• El proceso de degradación transcurre por la reacción de:

–

Compuestos orgánicos carbónicos, utilizados por los microorganismosaerobios heterótrofos como fuente de alimentación.

– Nitrógeno oxidable, debido a la presencia de nitritos, amoniaco y en generalcompuestos orgánicos nitrogenados que sirven de alimentación a bacteriasespecíficas (Nitrosomonas y Nitrobacter).

– Compuestos químicos reductores (ion ferroso, sulfitos, sulfuros) que se oxidan

por el oxígeno disuelto.

La reacción química general que describe la oxidación de la materia orgánica por losmicroorganismos hasta obtener dióxido de carbono y agua, es la siguiente:

3222)

23

2()

43

24( cNH O H canCOOcban N O H C

cban




• Tipo de




• Tipo de



La DBO5 de una muestra de agua expresa la cantidad de miligramos deoxígeno disuelto por cada litro de agua, que se utiliza conforme seconsumen los desechos orgánicos por la acción de las bacterias en el

agua.

Una DBO5 grande indica que se requiere una gran cantidad de oxígenopara descomponer la materia orgánica contenidaen el agua.

El agua potable tiene una DBO5 menor a 2,0 mg/L de oxígeno y se

considera que el agua está contaminada si la DBO5es mayor de 5 mg/L.

Las aguas negras municipales contienen entre 100 y 400 mg/L pero losdesechos industriales y los agrícolas contienen niveles de DBO5 del ordende miles de mg/L.



DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO

• Corresponde a la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la

materia orgánica utilizando un potente oxidante químico, quesuele ser el dicromato de potasio en medio ácido.

• La medición se hace a temperatura elevada y empleando uncatalizador (sulfato de plata) para facilitar la oxidación de los

compuestos orgánicos refractarios o resistentes a la oxidacióncomo la celulosa, lignina, derivados aromáticos polinucleares,etc.

O H Cr CO H OCr N O H C cban 2

3

2

2

722

•Titulación del exceso de dicromato con sulfato ferroso de amonio•Absorción del dicromato en exceso a 420 nm•Absorción del ion cromo III a 600 nm




• Debido a que algunos compuestos inorgánicos reductores

pueden interferir en la determinación, debe tenerse cuidadode eliminarlos previamente.

• La DQO, en general, es mayor que la DBO ya que es mayor elnúmero de compuestos que pueden oxidarse por vía química.

• Aunque no es una clasificación oficial, se han presentadocriterios para calificar la contaminación de los ríos yquebradas considerando los valores de DQO según lasiguiente escala: – Río muy limpio:

– Río limpio:

– Río sucio:

– Río en malas condiciones:

Lmg DQO / 2

Lmg DQO / 5,2

Lmg DQO / 5

Lmg DQO / 7




intervalo bajo: 0-150 mgO2/L

intervalo medio: 0-1,500 mgO2/L ó 0-1,000 mgO2/L

intervalo alto: 0-15,000 mgO2/L

http://www3.uclm.es/profesorado/giq/img/lab_011.jpg



• NITROGENO TOTAL Y AMONIACAL: Lasformas de nitrógeno de mayor interés en

aguas naturales y residuales, son por ordendecreciente de su estado de oxidación:nitrato, nitrito, amoníaco y nitrógeno

orgánico. Todas estas formas lo mismo que elnitrógeno gaseoso (N2), son interconvertiblesbioquímicamente y forman parte del ciclo del

nitrógeno.



• El nitrógeno orgánico se define funcionalmente como elnitrógeno ligado orgánicamente en el estado de oxidacióntrinegativo. No incluye a todos los compuestos orgánicos del

nitrógeno.• Analíticamente el nitrógeno orgánico y el amoníaco se pueden

determinar juntos y se han denominado “nitrógeno kjeldahl”.El nitrógeno orgánico incluye productos naturales, como lasproteínas y péptidos, ácidos nucleicos y urea, y numerososmateriales orgánicos sintéticos.

• La concentración típica del nitrógeno orgánico varía desdeunos cientos de microgramos por litro en algunos lagos hastamás de 20 mg/L en las aguas residuales brutas.



ANALISIS DE NITROGENO KJELDAHL (Orgánico yamoniacal)



ANALISIS DE NITROGENO KJELDAHL (Orgánico yamoniacal)



• ACEITES Y GRASAS: Las grasas animales y aceites deorigen orgánico están constituidos por ésteres de alcoholo glicerol y ácidos grasos. Los ésteres de ácidos grasosque son líquidos a temperatura ambiente se denominanaceites y los que son sólidos se denominan grasas.Químicamente son muy semejantes y están compuestosde C, H y O.

• Su presencia en las aguas proviene de restos de alimentos

(mantecas, mantequillas, aceites vegetales, carnes,cereales, semillas, frutos secos, etc). Son compuestosestables que no se descomponen por la acción de lasbacterias.



• Las grasas y aceites también pueden tener unaprocedencia mineral como los aceites lubricantes,keroseno y materiales bituminosos que son

derivados del petróleo y contienen básicamenteC e H. Estos aceites pueden llegar a las aguasprocedentes de talleres, garajes, calles, etc. En sumayoría los aceites y grasas flotan sobre las aguasextendiéndose sobre la superficie creandopelículas que afectan la vida biológica de lasaguas.



EFECTOS DE LAS GRASAS EN LASCORRIENTES DE AGUA

• Interfieren la aireación natural.• Son tóxicos a ciertas especies de peces y vida acuática.• Destruyen la vegetación a lo largo de los cauces con la

consecuente erosión.• Hacen que no se pueda utilizar el agua para

alimentación de calderas o refrigeración.• Crea una película desagradable en la superficie del

agua.

• Disminuye el valor potencial del agua para recreo.• Dificultan el tratamiento del agua, otorgan sabor y olor,

producen una película fuerte en los filtros de arena.



ACEITES Y GRASAS



ACEITES Y GRASAS



Caudales de agua consumida por

tonelada de producto



INDUSTRIA Caudal m3/ton producto

Conservera: judias verdes 45-65

Conservera: melocotones y peras 14-18

Conservera: otras frutas y verduras 4-32

Química: amoníaco 90-270

Química: dióxido de carbono 51-80

Química: lactosa 545-725

Química: azufre 7-9

Alimentaria: cerveza 9-15

Alimentaria: pan 2-4



INDUSTRIA Caudal m3/ton producto

Alimentaria: envasado de carnes 15-20

Alimentaria: productos lácteos 9-20

Alimentaria: whisky 50-70

Textil: blanqueado 180-270

Textil: tinte 25-50



• Los residuos industriales líquidos son aguas de

desecho generadas en establecimientosindustriales como resultado de un proceso,actividad o servicio.

• De aquí que las características de éstos varían

ampliamente.• Resulta cada vez más difícil armonizar el

desarrollo social y económico con el desarrollo

industrial debido a la creciente generación deresiduos sólidos, emanaciones gaseosas yRILES.



Industria de alimentos.

• El procesamiento y la elaboración de alimentos se lleva a cabo con el fin detransformar el ganado (vacuno, aviar, porcino, etc), los productos del mar y losproductos agrícolas en productos aptos para el consumo intermedio o final de losseres humanos.

• A partir de esta definición puede plantearse que la industria de alimentos puede

clasificarse o dividirse en varios grupos entre los que se encuentran: – Elaboración de productos lácteos – Producción de azúcar – Matanza y procesamiento de animales – Obtención de aceites comestibles – Fabricación de pan y productos afines – Elaboración de alimentos en conserva de frutas y vegetales –

Preparación y envasado de productos con pescado y mariscos – Elaboración de otros alimentos tales como café y té



Elaboración de productos lácteos

• Es conocido que la leche es un producto alimenticio básico para laalimentación humana y en especial para los niños y adultosmayores de aquí la existencia de este alimento en todas partes delmundo. Además de su consumo directo se obtienen diversosderivados de la leche también de alto consumo tales como queso,yogurt, leche en polvo, leche condensada, requesón, helados, entreotros.

• Cada proceso productivo generará efluentes con característicasdiferentes, sin embargo, de forma general los RILES de la industrialáctea se caracterizan por tener leche diluida, sólidos suspendidos,sustancias grasas, detergentes, desinfectantes y lubricantes. Si no

hay una evacuación independiente para las ARU entonces éstastambién estarán presentes en las aguas residuales de la industria.



Esquema de la producción de leche,crema y queso y origen de sus RILES.

Recepción deleche

Almacenamiento

Clarificación

PasteurizaciónHomogenización

Desodorización

Almacenamiento

Embalaje

AlmacenamientoDistribución

Lavado

Lavado

Centrifugado

Lavado

Lavado

Limpieza Rotura deenvases Lubricación

Rotura de envasesLubricación

PasteurizaciónSeparación

(1)

Almacenamiento de crema

Sedimentos LimpiezaDesinfección

Mezclado

Pasteurización

Homogenización

Enfriamiento

Embalaje

AlmacenamientoDistribución

Origen del RIL

Limpieza Desinfección

Limpieza

LimpiezaDesinfección


Limpieza Rotura deenvases Lubricación

Rotura de envases Lubricación

FermentaciónCoagulación

Lavado

Enfriamiento

Embalaje

Almacenamiento D istribución


Limpieza

Drenaje de suero

Agua de Lavado

Coágulos LimpiezaDesinfección

Rotura de envases

Coagulación CorteDrenaje

Limpieza Rotura de

envases Lubricación



• Las fuentes principales de generación de efluentes

líquidos durante el procesamiento de la leche son: – lavado y desinfección de equipos; – rotura de envases que contienen leche; – pérdidas de lubricantes en equipos y transporte.

• Derivada de la leche se obtiene la crema o natamediante centrifugación de la leche entera.

• La leche desnatada se utiliza en la producción dequeso, yogurt y leche condensada.

• La crema de la leche después de ser mezclada sepasteuriza y se homogeniza y se obtiene lamantequilla.



• El queso se obtiene a partir de un proceso enzimáticodonde se obtiene un coágulo (material precursor delqueso) y una parte líquida denominada comúnmentecomo suero el cual tiene un elevado contenido de materiaorgánica y de hecho constituye el principal “efluente” delproceso.

• Sin embargo, este suero tiene amplios usos tales comoalimento directo para animales o mediante procesamientopueden obtenerse productos de elevado valor nutritivopara el consumo humano.

• Además del suero, las aguas residuales de la producción dequeso contienen coágulos, leche, detergentes,desinfectantes y su pH es bajo debido a la formación deácido láctico llevada a cabo por microorganismos presentesdurante el proceso de formación de queso.

Esquema de la producción de yogurt leche condensada



Esquema de la producción de yogurt, leche condensaday leche en polvo y origen de sus RILES

Polvo

(1) Separación

Operación (yogurt)

Normalización

Adiciones


Fermentación

Fermentación Adición de Pulpa

Embalaje

Almacenamiento Distribución

Origen del RIL



Limpieza


Rotura de envases Lubricación

Leche condensadaRecepción de leche

Almacenamiento

Lavado


Evaporación al vacío

Almacenamiento

CocimientoEsterilización

Embalaje

Almacenamiento D istribución

Lavado


Limpieza


Limpieza Rotura de envasesLubricación

Secador instantáneo

Espera

Embalaje

Almacenamiento Distribución

Limpieza

Polvo

Polvo

Polvo

Polvo

Polvo

Cribado Mezclado


Limpieza Rotura de envasesLubricación

Finalización

Sedimentos LimpiezaDesinfección

Leche Condensada Leche En Polvo



• Las aguas residuales procedentes de la fabricación del yogurt sonácidas también y debido a la adición que se hace en muchasocasiones al producto de azúcar, pulpa de frutas etc, estos RILESincrementan su contenido de materia orgánica.

•

La producción de leche condensada es una concentración de lechepor lo que los RILES de este proceso tienen básicamente los mismoscomponentes que los RILES generados en el procesamiento de laleche entera pero más concentrados.

• Los RILES generados en la producción de leche en polvo tienen lasmismas características que los anteriores donde las aguasresiduales que resultan del lavado de los equipos contienen restosde leche en polvo.



Riles de estos procesos: Composición ycantidad.

Productos Kg de RIL/kg de lecheprocesada

Kg DBO5 /1000 kg deleche

Recepción de leche 4,6 – 12,5 0,2 – 4,8

Leche 1,5 – 18,6 1,1 – 22,0

Mantequilla 1,4 – 8,3 0,8 – 2,1

Queso 0,3 – 5,1 0,2 – 4,1

Leche condensada 1,2 – 2,3 1,0 – 1,9

Leche en polvo 0,8 – 11,5 0,6 – 0,9



Riles de estos procesos: Composición ycantidad.

Productos Valores (mg/L) pH

DBO5 SST SVS SVT ST

Leche 545-1010 200-300 180-280 1280-1360 1297-1480 7-3- 8,1

Mantequilla 250-1760 314-394 1330-1390 1700-1780 1758-4000 7,6-8,3

Queso 775-2700 306-396 525-585 1391-2698 1500-4516 5,7-7,4

Leche condensada 991-1400 320-365 302-358 2010-2300 2500-3100 7,6-7,8

Leche en polvo 1980-2400 482-540 467-529 2450-2769 2784-2997 7,3-7,4



Riles de estos procesos: Composición y cantidad.Producto Grasas (g) Proteína (g) Lactosa (g) Ácido láctico

Leche descremada 0,08 3,5 5,0 -

Leche entera 3,0 3,5 4,9 -Nata 40,0 2,2 3,1 -

Mantequilla 0,3 3,0 4,6 0,1

Yogurt 3,0 3,5 4,0 1,1

Leche condensada 8,0 7,0 9,7 -

Suero 0,3 0,9 4,9 0,2

Parámetro (mg/L) Leche cruda Leche desnatada SueroDBO5 102500 73000 32000

Grasas 36000 1000 4000

ST 125000 82300 72000

SVT 117000 74500 64000

SFT 8000 7800 8000



PARTICULARIDADES DEL ANÁLISISQUÍMICO DE AGUAS RESIDUALES DE

LA INDUSTRIA ALIMENTARIA.



Correspondencia total entre…

Tipo de muestra?

Normativa aplicable?Control y fiscalización?

Normas técnicas de análisis?

Disponibilidad?

Tiempo?



Principales interferentes aconsiderar en el análisis de aguas

residuales de la industriaalimentaria.



• Materia orgánica: DBO5, DQO

•

Compuestos de nitrógeno y fósforo• Sólidos suspendidos: turbiedad

• Sólidos totales

• Color• pH variado

• Temperatura (procesos fermentativos)

• Carga microbiana (crianza de animales)• Celulosa, lignina, materia vegetal



• Estos componentes deberán considerarsecomo interferentes específicos para cada unode los métodos de análisis.

• Limitantes para métodos visuales y rápidos,

tipo kits.

• Altas diluciones para ensayos de DBO5 y DQO

• Cuidado en las etapas de digestión ytratamiento previo de las muestras, previo a lacuantificación.



¿Qué podemos hacer?

• Mejoras tecnológicas tendientes a la producción limpiasustentable.

• Ahorrar agua en los procesos: reuso, recirculación.

• Tratamiento de aguas residuales para generar nuevosproductos: biogas, compost, agua para riego…

• Gestión ambiental integrada.

• Comunicación y formación de profesionales.

•

Educación comunitaria.• Mejoras en la legislación ambiental.

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