La producción de bebidas implica una serie de procesos como la mezcla, el embotellado, la limpieza y la refrigeración, en todos los cuales se utiliza agua en diferentes calidades y cantidades. Como consecuencia, se producen aguas residuales industriales que pueden variar mucho en cantidad y composición. El tratamiento de estas aguas residuales es esencial para cumplir los requisitos legales, optimizar los costes de explotación y minimizar la contaminación ambiental. Este artículo describe en detalle las propiedades específicas de las aguas residuales de la industria de bebidas, los retos tecnológicos y los métodos prácticos de tratamiento.
Índice
Composición de las aguas residuales en la producción de bebidas
Las aguas residuales de la producción de bebidas suelen contener una compleja mezcla de sustancias orgánicas e inorgánicas. Los ingredientes típicos son
Cargas orgánicas:
- Azúcar, almidón y otros hidratos de carbono procedentes de la producción de refrescos, zumos y bebidas alcohólicas.
- Residuos de la fermentación, especialmente en la producción de cerveza y vino, como etanol, metanol y células de levadura.
- Grasas, aceites y proteínas procedentes de la transformación de productos lácteos en lecherías que elaboran bebidas como batidos o lassis.
Impurezas inorgánicas:
- Residuos de agentes de limpieza como álcalis y ácidos que se utilizan para la limpieza CIP (limpieza in situ) de tuberías, depósitos y sistemas de llenado.
- Sales y minerales del agua de proceso ablandada o acondicionada.
Sólidos:
- Sedimentos de filtración o residuos de prensado de zumos de frutas.
- Sólidos en suspensión y sólidos orgánicos procedentes de residuos en las materias primas.
Cargas específicas:
- Elevadas fluctuaciones del valor del pH debido al cambio entre agentes de limpieza alcalinos y ácidos.
- Sustancias que no son fácilmente biodegradables, como determinados conservantes o aditivos.
Retos técnicos
El tratamiento de las aguas residuales de la producción de bebidas requiere una estrategia personalizada, ya que la contaminación depende en gran medida de la gama de productos, la tecnología de producción y los procesos de limpieza utilizados. Los retos típicos son
Alto valor de DQO (demanda química de oxígeno):
- Las sustancias orgánicas dan lugar a una DQO elevada, lo que hace necesario un tratamiento biológico o químico.
Volúmenes fluctuantes de aguas residuales:
- La producción estacional o los diferentes tamaños de los lotes pueden dar lugar a volúmenes de aguas residuales muy variables, lo que requiere capacidades de tratamiento flexibles.
Formación de espuma:
- El azúcar y los tensioactivos pueden provocar espuma y perturbaciones en los procesos de clarificación biológica.
Riesgos de corrosión y ensuciamiento:
- Los residuos de productos de limpieza pueden atacar a los materiales del sistema y contaminar los sistemas de membranas.
Procedimiento de tratamiento
La elección del proceso de tratamiento depende de la composición de las aguas residuales y de los parámetros de vertido prescritos por la ley. Una combinación de procesos mecánicos, químico-físicos y biológicos ha demostrado ser adecuada en la práctica.
1. pretratamiento mecánico
- Rastrillos y tamices: Eliminación de sólidos como trozos de fruta o restos de etiquetas.
- Sistemas de filtración: Separación de partículas pesadas, por ejemplo, partículas de vidrio o sedimentos.
- Sedimentación: Separación previa de los sólidos en suspensión para aliviar los procesos posteriores.
Foto: Nuestros filtros multicapa ALMA FIL con intercambiador de iones ALMA ION aguas abajo.
2. tratamiento químico-físico
El tratamiento químico-físico de las aguas residuales combina reacciones químicas y procesos de separación física para eliminar eficazmente las sustancias disueltas, coloidales y en suspensión fina. A menudo constituye una parte central del tratamiento previo o intermedio de las aguas residuales y prepara el agua de forma óptima para los procesos biológicos o mecánicos posteriores. A continuación se detallan los principales métodos:
Precipitación y floculación
La precipitación y la floculación son procesos probados para eliminar sustancias coloidales y finamente dispersas que no pueden separarse en un tratamiento puramente mecánico.
Precipitación: Durante la precipitación, se añaden a las aguas residuales precipitantes químicos como sulfato de aluminio, cloruro de hierro (III) o cloruro de polialuminio. Estos provocan una transformación química de las sustancias disueltas en el agua, dando lugar a compuestos insolubles. Estas partículas recién formadas suelen ser microscópicamente pequeñas y no pueden separarse sin medidas adicionales.
Floculación: Los floculantes (por ejemplo, polímeros) se utilizan para combinar las partículas formadas durante la precipitación en aglomerados más grandes y más fáciles de separar. Estos promueven la formación de flóculos más grandes, que pueden separarse eficazmente mediante procesos físicos como la sedimentación o la flotación.
Este proceso es especialmente importante en el tratamiento de aguas residuales que contienen altas concentraciones de sustancias coloidales orgánicas o inorgánicas, como suele ocurrir en la producción de bebidas. La dosificación y selección precisas de los productos químicos son cruciales para lograr resultados óptimos.
Neutralización
La neutralización se utiliza para equilibrar las fluctuaciones de pH que pueden provocar los procesos de producción o el uso de productos químicos de limpieza. Se dosifican ácidos o álcalis para llevar el valor del pH de las aguas residuales al rango neutro (pH 6,5-8,5), que es crucial para los procesos de tratamiento posteriores.
- Praktische Durchführung: Bei stark alkalischem Abwasser (pH > 9) wird beispielsweise Schwefelsäure oder Kohlendioxid (CO₂) eingesetzt, während bei stark saurem Abwasser (pH < 6) häufig Natronlauge oder Kalkmilch zur Neutralisation verwendet werden. Moderne Anlagen verfügen über pH-Regelkreise, die die Chemikalienzufuhr automatisieren und präzise an den aktuellen Bedarf anpassen.
Una neutralización correcta protege los sistemas aguas abajo de la corrosión o las averías y garantiza el cumplimiento de los límites legales de vertido.
Flotación por aire disuelto (DAF)
La DAF, o flotación por aire disuelto, es un proceso físico desarrollado especialmente para la separación de grasas, aceites y proteínas. Estas sustancias plantean un reto especial, ya que suelen estar presentes en la superficie del agua o en forma de emulsiones difíciles de separar.
Cómo funciona: En la DAF, se introduce agua a presión saturada de aire en las aguas residuales. Cuando se libera la presión, se forman burbujas de aire microscópicas que se adhieren a las partículas o flóculos y los transportan a la superficie del agua. A continuación, las sustancias separadas pueden espumarse.
Aplicación práctica: Los sistemas como ALMA NeoDAF de ALMAWATECH combinan la tecnología de flotación más avanzada con un control preciso para garantizar una alta eficacia de separación y minimizar el uso de productos químicos.
Foto: Nuestro sistema CP con neutralización y filtración de carbón activado para el pretratamiento de aguas residuales que contienen metales pesados antes de la ósmosis inversa.
3. tratamiento biológico
El tratamiento biológico utiliza microorganismos para descomponer las impurezas orgánicas de las aguas residuales. Es una parte esencial del tratamiento de aguas residuales, especialmente en el caso de aguas residuales con una elevada demanda química y biológica de oxígeno (DQO y DBO). Dependiendo del tipo de aguas residuales y del objetivo, se utilizan procesos aeróbicos y anaeróbicos, así como enfoques híbridos como la biofiltración.
Proceso aeróbico
Los procesos aeróbicos se basan en la degradación microbiana de sustancias orgánicas en presencia de oxígeno. Los microorganismos, como las bacterias y los hongos, oxidan los compuestos orgánicos a dióxido de carbono (CO₂) y agua.
Proceso de lodos activados: Este proceso se utiliza en sistemas como el ALMA BHU Bio. Las aguas residuales se introducen en un reactor aireado en el que los microorganismos se mantienen en suspensión como lodos activados. El suministro continuo de oxígeno y la mezcla garantizan una actividad biológica eficaz.
Ventajas: Los procesos aerobios son especialmente adecuados para el tratamiento de sustancias orgánicas fácilmente degradables, como el azúcar o el almidón. Son capaces de lograr una elevada reducción de la DQO y producen un exceso de lodo estable.
Procesos anaeróbicos
Los procesos anaeróbicos tienen lugar sin oxígeno y son ideales para aguas residuales con una elevada carga orgánica. Utilizan microorganismos especiales que convierten las sustancias orgánicas en biogás (metano y dióxido de carbono).
Reactores de biogás: Plantas como el GMR de ALMA BHU utilizan este proceso para convertir sustancias orgánicas en metano. El biogás resultante puede utilizarse para generar energía, por ejemplo vapor o electricidad.
Ventajas: Los procesos anaerobios no sólo ofrecen un tratamiento eficaz de las aguas residuales, sino que también contribuyen a reducir los costes de explotación al generar energía. Además, se producen menos lodos que con los procesos aerobios.
Biofiltración
La biofiltración combina procesos biológicos y mecánicos para eliminar la materia orgánica residual.
- Cómo funciona: En los filtros bioactivos como ALMA BHU BioFil, los microorganismos se adhieren a un material portador. Las aguas residuales fluyen a través del filtro, donde los microorganismos descomponen los residuos orgánicos.
- Ventajas: Esta tecnología es ideal para el postratamiento de aguas residuales y la preparación para procesos de membrana posteriores. Reduce la bioincrustación y permite así el funcionamiento económico de los sistemas de ósmosis inversa.
Foto: Nuestra biofiltración para el pretratamiento de aguas residuales contaminadas orgánicamente antes de un sistema de ósmosis inversa.
4. postratamiento y reciclado del agua
El postratamiento se utiliza para eliminar cualquier resto de sustancias traza y tratar las aguas residuales para su posible reutilización como agua de proceso.
Ósmosis inversa (RO)
La ósmosis inversa es un proceso de separación basado en membranas que funciona a alta presión. Elimina sales disueltas, moléculas orgánicas y otras impurezas.
- Aplicación: El agua purificada puede reutilizarse como agua de proceso o para alimentación de calderas. Los sistemas de ósmosis inversa garantizan el cumplimiento de los requisitos de calidad del agua más estrictos.
Filtración por carbón activado
La filtración con carbón activo se utiliza para eliminar trazas de sustancias orgánicas, olores y sabores. También se utiliza para reducir el cloro, que puede dañar las membranas y los microorganismos.
Desinfección
Por último, el agua se desinfecta para minimizar la contaminación microbiológica. Los sistemas como ALMA OXI UV utilizan luz ultravioleta u ozono para eliminar eficazmente bacterias, virus y otros microorganismos. Esto garantiza la calidad higiénica del agua y evita la recontaminación en el ciclo.
Foto: Nuestro sistema de ósmosis inversa para reciclar el agua en la empresa
Conclusión
El tratamiento de aguas residuales en la producción de bebidas requiere soluciones personalizadas que se adapten con flexibilidad a las cargas y requisitos específicos de la producción. El uso de tecnologías modernas como la biofiltración, los procesos de membrana y las plantas de biogás permite alcanzar objetivos ecológicos y económicos a partes iguales.
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