El suero ácido es un subproducto de la producción de productos lácteos de base ácida, como el quark, el queso fresco o el yogur. Se diferencia del suero dulce, que se produce durante la coagulación del cuajo, principalmente por su valor de pH ácido (4,0-4,6) y su composición química específica. Debido a su alto contenido orgánico, su elevada concentración ácida y los nutrientes que contiene, el lactosuero ácido plantea un reto particular para el tratamiento de las aguas residuales industriales. Al mismo tiempo, ofrece un potencial de aprovechamiento que permite ahorrar recursos, por ejemplo mediante la producción de biogás o el reciclado del agua.
Este artículo explica en detalle las propiedades específicas que caracterizan al lactosuero ácido, los retos que plantea para el tratamiento de las aguas residuales y las soluciones innovadoras utilizadas en la práctica industrial.
Índice
Propiedades químicas y físicas del lactosuero ácido
El lactosuero ácido tiene una composición compleja que influye notablemente en el tratamiento de las aguas residuales.
Componentes principales:
Sustancias orgánicas:
- Lactosa: El azúcar principal, que constituye alrededor del 4-5% del peso total.
- Proteínas: Principalmente proteínas del suero, como la albúmina y la globulina.
- Lípidos: Presentes en menor cantidad, pero aún relevantes para el tratamiento de aguas residuales.
Minerales:
- Alto contenido en calcio, magnesio y fósforo.
- Sales como el potasio y el sodio, que contribuyen a la conductividad.
Valor del pH:
- Normalmente entre 4,0 y 4,6, lo que influye en el tratamiento químico y biológico.
Valor DQO (demanda química de oxígeno):
- Normalmente entre 50.000 y 70.000 mg/l, lo que representa una carga orgánica elevada.
Grasas y sólidos:
- Contiene grasas en suspensión y emulsionadas que pueden provocar incrustaciones y obstrucciones.
Desafíos en el tratamiento del suero ácido
El tratamiento de las aguas residuales del lactosuero ácido es un reto debido a sus propiedades específicas.
Alta carga orgánica:
- Las elevadas DQO y DBO (demanda biológica de oxígeno) suponen una carga intensiva para las depuradoras biológicas.
- Las sustancias orgánicas como la lactosa favorecen el crecimiento microbiano, pero también pueden provocar la formación de lodos y la falta de oxígeno.
Acidez:
- El bajo valor del pH impide los procesos de degradación biológica y puede causar daños corrosivos en los componentes del sistema.
- A menudo son necesarios tratamientos previos, como la neutralización.
Desequilibrio de nutrientes:
- Mientras que el carbono está presente en grandes cantidades, el nitrógeno y el fósforo pueden estar presentes en cantidades insuficientes para la biodegradación.
Composición fluctuante:
- Las variaciones en la calidad del lactosuero (por ejemplo, las diferencias estacionales) dificultan el control del proceso.
Costes de eliminación:
- Sin un tratamiento o aprovechamiento adecuados, los costes de eliminación de las aguas residuales son elevados.
Tratamiento de aguas residuales de suero ácido
El tratamiento biológico de las aguas residuales es un método de eficacia probada para descomponer los compuestos orgánicos de las aguas residuales de suero ácido. Aquí se utilizan procesos aerobios y anaerobios, que se seleccionan en función de la carga de aguas residuales y del objetivo del proceso.
1. tratamiento aeróbico
Descripción del proceso:
En la degradación aeróbica, los microorganismos utilizan el oxígeno para oxidar los componentes orgánicos del lactosuero y convertirlos en CO₂, agua y biomasa. Estos procesos son especialmente eficaces con condensados de vapor y aguas residuales diluidas.
Tecnologías:
Proceso de fangos activados:
Los microorganismos descomponen las sustancias orgánicas en reactores aireados.- Adecuado para aguas residuales con cargas de DQO de bajas a medias.
- Elevado consumo energético debido a la ventilación.
Reactor discontinuo secuencial (SBR):
Procesos controlados en el tiempo en un reactor que permite tanto fases aerobias como anóxicas.
Ventajas del tratamiento aeróbico:
- Índices de degradación rápida de sustancias orgánicas fácilmente degradables.
- Produce aguas residuales estables con baja carga residual.
Desventajas:
- Elevado consumo de energía debido a la ventilación.
- Aumento de la formación de lodos que requiere postratamiento.
Foto: Tanque de aireación con desnitrificación y nitrificación para aguas residuales de la industria alimentaria (proceso: ALMA BHU BIO)
2. tratamiento anaeróbico
Descripción del proceso:
Durante la descomposición anaeróbica, los microorganismos descomponen las sustancias orgánicas en un entorno sin oxígeno. Los productos finales son metano (CH₄) y dióxido de carbono (CO₂), que pueden utilizarse como biogás. Este proceso es ideal para aguas residuales muy contaminadas, como el suero ácido.
Tecnologías:
1er reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
- Cómo funciona:
Las aguas residuales fluyen desde abajo a través de una capa de biomasa granulada. La materia orgánica se descompone y el biogás resultante sube a la parte superior. - Ventajas:
- Diseño compacto.
- Alta eficiencia para aguas residuales con cargas medias y altas.
2º reactor EGSB (lecho de lodo granular expandido)
- Funcionalidad:
Similar al reactor UASB, pero con una mezcla hidráulica mejorada y una mayor capacidad de flujo. - Ventajas:
- Adecuado para aguas residuales muy contaminadas.
- Mayor rendimiento de biogás gracias a tiempos de contacto más intensos.
Rendimiento de biogás
El rendimiento del biogás es un factor decisivo para la eficiencia económica del tratamiento anaerobio de las aguas residuales. Depende de la composición de las aguas residuales y de las condiciones del proceso.
Factores que influyen en el rendimiento del biogás:
Carga orgánica (DQO):
- Un valor alto de DQO se correlaciona con un mayor rendimiento de biogás.
- Típico: 1 kg de DQO degradada produce 0,35-0,50 m³ de biogás.
Tipo de aguas residuales:
- Aguas residuales ricas en grasas, proteínas y carbohidratos: Alto rendimiento de biogás, ya que estas sustancias son ricas en energía.
- Sustancias poco degradables: menor producción de biogás, ya que se requiere más energía para la degradación.
Temperatura de proceso:
- Condiciones mesófilas (30-40 °C): Comunes y económicas.
- Condiciones termófilas (50-60 °C): Mayores índices de degradación, pero mayores costes energéticos.
Valor del pH:
- Rango óptimo: 6,5-7,5.
- Las desviaciones conducen a la inhibición de la metanogénesis.
Tiempo de permanencia:
- Es necesario un tiempo de retención hidráulica suficiente (10-30 días) para completar el proceso de degradación.
Rendimiento típico de biogás:
- Aguas residuales de lactosuero: 0,4-0,6 m³ de biogás por kg de DQO.
- Aguas residuales de la industria alimentaria: 0,3-0,5 m³ de biogás por kg de DQO.
Ventajas del tratamiento anaerobio
Generación de energía:
El biogás producido durante la metanogénesis puede utilizarse para generar energía, lo que reduce los costes de funcionamiento de la planta.Alta eficiencia de degradación:
Degradación del 70-90 % de la carga orgánica (medida como demanda química de oxígeno, DQO).Baja formación de lodos:
En comparación con los procesos aerobios, sólo se forma alrededor del 10-20 % de la biomasa, lo que reduce los costes de eliminación.Sostenibilidad:
La producción de biogás sustituye a los combustibles fósiles y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero.
Foto: Nuestra planta de biogás ALMA BHU GMR para la fermentación de las aguas residuales de las plantas de procesamiento de leche.
Reciclaje del agua mediante biofiltración
Biofiltración como postratamiento:
Tras el pretratamiento biológico, los residuos y nutrientes restantes pueden eliminarse en una planta de biofiltración eliminados en una planta de biofiltración. Este método es especialmente eficaz para los condensados de vapor o las aguas residuales de suero pretratadas.
Etapas del proceso:
Vertido de aguas residuales:
Las aguas residuales pretratadas (por ejemplo, de una planta de flotación o anaerobia) se canalizan a través de un lecho filtrante de materiales arcillosos preparados.Actividad del biofilm:
- Los microorganismos del material filtrante descomponen las sustancias orgánicas y los nutrientes.
- Además de reducir la demanda química de oxígeno (DQO) y la demanda biológica de oxígeno (DBO), también se descomponen compuestos interferentes como grasas, aceites y carbohidratos.
- También es posible con nitrificación y desnitrificación.
Filtración de partículas:
Además de su actividad biológica, la biofiltración también sirve como sistema de filtración física que elimina los sólidos en suspensión de las aguas residuales.Calidad del agua a la salida:
El filtrado presenta valores significativamente inferiores de DQO y DBO, así como concentraciones reducidas de fósforo y nitrógeno.
Integración de la biofiltración en el proceso de reciclado del agua
La biofiltración suele ser un paso intermedio en una planta de tratamiento de aguas de varias etapas. Prepara las aguas residuales para otros procesos, como la ósmosis inversa (OI ), que permite una mayor purificación y desmineralización.
1. pretratamiento antes de la biofiltración
Las aguas residuales deben pretratarse antes de la biofiltración para no sobrecargar el sistema de filtrado. Los procesos típicos son
- Flotación: Eliminación de grasas y sólidos.
- Tratamiento anaerobio: reducción de la carga orgánica y producción de biogás.
- Tratamiento aeróbico: Reducción de la carga orgánica.
2. postratamiento con ósmosis inversa
Tras la biofiltración, las aguas residuales pueden purificarse aún más mediante un sistema de ósmosis inversa para:
- Eliminar las sales y minerales disueltos.
- Para filtrar sustancias orgánicas residuales y microcontaminantes.
- Reducir la conductividad del agua a un nivel que permita su reutilización.
Mejoras de calidad típicas debidas a la combinación:
- CSB: < 10 mg/l nach der Umkehrosmose.
- Conductividad: 10 - 200 µS/cm, dependiendo de la aplicación.
- Bacterias y virus: completamente retenidos por las membranas.
Ventajas del reciclado del agua con biofiltración y ósmosis inversa
1. sostenibilidad:
- Reducción del consumo de agua dulce y conservación de los recursos naturales.
- Minimización del volumen de aguas residuales y de su vertido al alcantarillado público o a las aguas superficiales.
2. mejora de la calidad del agua:
- La biofiltración elimina eficazmente las sustancias orgánicas no deseadas, minimizando el ensuciamiento y la bioincrustación en la ósmosis inversa.
- La ósmosis inversa garantiza la eliminación casi completa de sales, nutrientes y microcontaminantes.
3. eficiencia económica:
- Reducción de los costes de explotación mediante la reutilización del agua.
- Reducción de los costes de eliminación de aguas residuales y tratamiento de agua dulce.
4. adaptabilidad:
- La combinación de biofiltración y ósmosis inversa tiene un diseño modular y puede adaptarse a diferentes composiciones de aguas residuales.
Foto: Nuestro sistema de biofiltración ALMA BioFil Compact para el tratamiento de condensados de vapor y aguas residuales pretratadas de la industria alimentaria.
Pretratamiento de aguas residuales de lactosuero ácido mediante sistemas de flotación
La flotación es una tecnología de eficacia probada para el pretratamiento de aguas residuales muy contaminadas, como ocurre en el procesado de la leche y el tratamiento de aguas residuales de suero ácido. La dosificación selectiva de precipitantes y floculantes elimina las sustancias orgánicas disueltas y coloidales, las grasas y los sólidos de las aguas residuales. Este pretratamiento reduce significativamente la carga orgánica e inorgánica y prepara de forma óptima las aguas residuales para los procesos biológicos o fisicoquímicos posteriores, como la biofiltración.
Cómo funciona la flotación
La flotación se basa en el principio de que las partículas son transportadas a la superficie del agua por la acumulación de burbujas de gas (normalmente aire). Las partículas forman una espuma que se retira de la superficie del reactor. El pretratamiento químico con precipitantes y floculantes es crucial para la separación eficaz de las sustancias.
Fases del proceso de tratamiento por flotación
1. pretratamiento químico
El pretratamiento se lleva a cabo mediante la adición de precipitantes y floculantes específicamente adaptados a la composición de las aguas residuales de lactosuero ácido.
Precipitante:
- Objetivo: Conversión de sustancias disueltas en compuestos poco solubles más fáciles de separar.
- Precipitantes típicos: sulfato de aluminio, cloruro férrico o cloruro de polialuminio.
- Reacción: los precipitantes reaccionan con sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas, por ejemplo, fosfatos, y forman flóculos.
Floculante:
- Objetivo: Ampliación y estabilización de las escamas resultantes.
- Floculantes típicos: Polímeros de alto peso molecular (aniónicos, catiónicos o no iónicos).
- Efecto: las cadenas poliméricas reticulan las partículas más pequeñas y los flóculos para formar flóculos más grandes, sedimentables o flotables.
2. zona de contacto e inyección de gas
En la zona de contacto de la planta de flotación, las aguas residuales pretratadas químicamente se mezclan con burbujas de aire muy finas. Esto se consigue normalmente mediante
Flotación por aire disuelto:
El agua se satura con aire a presión. Cuando la presión disminuye, se forman burbujas de aire muy finas (microburbujas) que se adhieren a los flóculos.Inyectores o difusores de aire:
Introducción directa de aire u otros gases en la zona de flotación.
Los copos resultantes con burbujas de aire tienen una densidad inferior a la del agua y suben a la superficie.
3. eliminación de la capa de lodo
Las sustancias acumuladas en la superficie forman una capa de lodo que se desnata de forma continua o discontinua. Los lodos desnatados están muy concentrados y pueden deshidratarse o tratarse en un digestor anaeróbico.
4. salida de agua clara
El agua clara restante se descarga desde la zona inferior de la planta de flotación y puede tratarse biológicamente o, dependiendo de su calidad, utilizarse para el proceso interno de reciclado del agua.
Ventajas del pretratamiento de flotación
La flotación con pretratamiento químico ofrece varias ventajas:
Eliminación eficaz de grasas, aceites y sólidos:
La flotación garantiza una reducción significativa de los valores de DQO y DBO, en particular con las aguas residuales de lactosuero, que contienen altos niveles de grasas y proteínas.Reducción de la carga orgánica:
La precipitación de la lactosa y las proteínas alivia el proceso de biodegradación posterior.Flexibilidad:
La dosificación de precipitantes y floculantes puede adaptarse a diferentes cargas y aguas residuales.Diseño compacto:los sistemas de flotación
requieren poco espacio y pueden integrarse en los procesos existentes.
Foto: Nuestro sistema de flotación ALMA NeoDAF con dosificación proporcional a la carga de precipitantes y floculantes y sistema patentado de saturación por aire.
Retos y soluciones
1. Alto valor de DQO y DBO:
Las aguas residuales de lactosuero ácido requieren procesos biológicos de alto rendimiento debido a su alto contenido orgánico.
- Solución: combinación de pretratamiento anaeróbico y postratamiento aeróbico para una mineralización completa.
2. Fluctuación de la carga de aguas residuales:
La composición de las aguas residuales de suero ácido varía en función de los procesos de producción y limpieza.
- Solución: uso de tecnologías flexibles, como las plantas SBR o de flotación, que pueden reaccionar ante las fluctuaciones de la carga.
3. requerimiento energético:
Los procesos aeróbicos tienen un elevado consumo energético.
- Solución: Integración de sistemas anaerobios para la generación de energía a partir del biogás.
4. reciclado del agua:
La reutilización del agua depurada requiere una alta calidad.
- Solución: uso de biofiltración y procesos de membrana como la ósmosis inversa.
Conclusión
El tratamiento de aguas residuales de suero ácido y condensados de vapor plantea grandes exigencias a la tecnología de aguas residuales, pero también ofrece numerosas oportunidades de recuperación de recursos. La combinación de procesos biológicos aerobios y anaerobios permite reducir eficazmente la carga orgánica y, al mismo tiempo, utilizar el biogás como fuente de energía. Las tecnologías posteriores, como la biofiltración, permiten reutilizar el agua en ciclos cerrados, contribuyendo así a la sostenibilidad y eficiencia económica de los procesos. Con sistemas y procesos modernos, es posible superar con éxito los retos y minimizar al mismo tiempo el impacto ambiental.
Si desea más información sobre nuestros productos, no dude en ponerse en contacto con nosotros.
