CARACTERIZACION Y TRATAMIENTO DE RESIDUALES

CARACTERIZACION Y TRATAMIENTO DE RESIDUALES
FABRICA DE CERVEZA
LIQUIDOS DE UNA
Fonte *Aramis, Martínez **Nelson, Montalvo ***Silvio J
*Delegación CITMA Camaguey; **Universidad de Camaguey; ***CETER, ISPJAE, Ave 12 s/n,
Marianao, C.P. 19390, C. de la Habana, Cuba.
RESUMEN
En el presente trabajo se realiza una caracterización físico-química de los residuales líquidos
que vierten la fábrica de cervezas "Tínima" ubicada en la provincia de Camaguey en la zona
oriental de la República de Cuba mediante la determinación analítica de parámetros tales como
la Demanda Química de Oxígeno (DQO), pH, conductividad eléctrica, alcalinidad total (AT) y
ácidos grasos volátiles totales (AGVT). Entre los resultados obtenidos destaca la alta
variabilidad de las propiedades físico-químicas de estos residuales provocada por el régimen
de producción de la fábrica. Posteriormente el residual se sometió a tratamiento en un filtro
anaerobio a escala de laboratorio, empacado con esferas de cristal y operando a tiempos de
retención de 1 y 5 días. La temperatura empleada fue la ambiental, la cual se mantuvo entre 2026 °C. Se verificó que a las condiciones de realización del experimento no es posible operar
con tiempo de retención hidráulico (TRH) de 1 día. Sin embargo, empleando TRH de 5 días es
posible alcanzar reducciones de la DQO de 66-74 %.
Palabras claves: residuales de cervecería, caracterización, filtro anaerobio
INTRODUCCION
El desarrollo de las industrias fermentativas con el fin de obtener bebidas alcohólicas y
alimento, tales como la de producción de cervezas, alcohol y levadura, con sus procesos de
altos índices de consumo de agua, empleo de nutrientes y desarrollo de una gran cantidad de
materia orgánica, provocan el vertimiento de grandes volúmenes de residuales con un elevado
contenido de materia orgánica los cuales deben ser tratados adecuadamente a fin de reducir
las afectaciones que por contaminación ambiental sufre el mundo actual de manera tan
marcada ya casi en los umbrales de un nuevo siglo. Valga como ejemplo citar que en Cuba los
residuales de estas industrias provocan una contaminación orgánica equivalente a 7 millones
de habitantes (Valdés y Montalvo, 1994).
Es por ello que se exige con tanto rigor sobre la calidad del tratamiento de las aguas residuales
de estas industrias. Teniendo en cuenta que las instalaciones depuradoras para estos casos
pueden tener un costo relativamente elevado debe preveerse sistemas de tratamientos que
permitan la obtención de algunos subproductos con valor utilitario como son el biogás, los
biofertilizantes y los alimentos para animales, los que pueden resultar del tratamiento anaerobio
de estos residuales (Unterstein, 1987), tan necesarios y a su vez deficitarios en todo el mundo.
Sin embargo en algunas de las plantas de tratamiento de residuales de la industria cervecera
se emplean sistemas aerobios a pesar de haber sido construídos y probados a escala
industrial sistemas anaerobios que permiten la obtención de los subproductos antes
mencionados (Feckhaut et. al., 1987). En América Latina entre los residuales que más se tratan
por vía anaerobia destacan los generados en este tipo de industria (Viñas, et. al., 1994).
Los residuales líquidos en la corriente integral de salida de fábricas de cerveza presentan
generalmente un carácter neutro en relación al pH. A su vez se observa que los residuales de
fábricas de cerveza presentan una gran variación en el contenido de materia orgánica.
Según se recomienda por diferentes investigadores (Albagnac, 1992; Wise, 1984; MataAlvarez, Llabrés, 1984) resulta adecuado el uso de digestores con crecimiento de biomasa en
biopelícula para el tratamiento eficiente de residuales con bajo contenido de sólidos en
suspensión, por lo que el llamado filtro anaerobio resulta de uso común en estos casos.
MATERIALES Y METODOS
La investigación se desarrolló en dos fases o etapas que comprendían:
-Fase I: Caracterización físico-química de los residuales líquidos de la fábrica de cervezas.
-Fase II: Anaerobiosis del residual en un filtro anaerobio que operaba a dos niveles de TRH.
Procedimiento de la fase I:
-Para la caracterización del residual se tomaban muestras puntuales en la corriente integral de
salida de la fábrica, lo cual se realizaba con una frecuencia de dos horas en días aleatorios
debido a las frecuentes paradas y arrancadas del proceso, pero siempre luego de 48 horas de
recomenzado éste.
-Las muestras eran conservadas en frío a 4 °C en botellas tapadas y posteriormente mezcladas
como muestra compuesta cada 24 horas, y a ésta le eran realizadas las determinaciones
analíticas una vez por día.
-Los análisis efectuados fueron: DQO, pH, conductividad eléctrica, ácidos grasos volátiles
totales (AGVT), alcalinidad total (AT) y contenido de sulfatos, para lo cual se emplearon las
técnicas analíticas recomendadas por los Standard Methods (APHA, 1985), con excepción de
la DQO, para lo cual se empleó el método rápido desarrollado en el Instituto Cubano de los
Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA) (Conde, et. al., 1978)
Procedimiento en la fase II:
Para desarrollar los estudios correspondientes a esta fase se operó un filtro anaerobio coe
trabajaba con un volumen de mezcla de 2,5 litros. Como material de relleno se emplearon
esferas de cristal. La porosidad del relleno y su superficie específica fueron calculadas según
los métodos convencionales (Treybal, 1969) siendo éstas de 0,5 y 184 m2/m3 respectivamente.
El sistema trabajó a dos valores de TRH, 1 y 5 días, durante tiempo suficiente para verificar el
establecimiento del régimen estacionario.
El proceso se llevó a cabo a temperatura ambiente, la cual se mantuvo entre 20 - 26 °C.
El sistema estaba compuesto por una bomba peristáltica, la cual succionaba el residual a tratar
desde el frasco de alimentación y la inyectaba por la parte inferior del filtro anaerobio. El
efluente del filtro salía por reboso a través de un sello hidráulico ubicado en el lateral superior de
éste, mientras que por el tope se recogía el gas y se cuantificaba por desplazamiento de agua
en un recipiente de Mariotte que contenía agua acidulada a pH 2,5 para evitar la absorción del
dióxido de carbono.
El residual se conservó en frío a 4 °C aunque antes de entrar al filtro se garantizaba que la
temperatura de éste estuviera cerca de la ambiental.
Los valores de carga orgánica (VCO) operacionales, de acuerdo a los TRH empleados en el
proceso, fueron de 2g/L y y de 0,4 g/L en base a DQO.
Para la arrancada del reactor se empleó como inóculo inicial el efluente de un digestor industrial
que operaba con excreta vacuna, previamente cernido a través de malla de 2mm y en cantidad
de 20 % en peso. El volumen del filtro fue completado con el residual a tratar dejándose digerir
esta mezcla por espacio de 10 días antes de comenzar la alimentación contínua al filtro
anaerobio.
Diariamente se determinaron los valores de la DQO y del pH.
RESULTADOS Y DISCUSION
Fase I: Caracterización del residual.
Del análisis de la caracterización físico-química del residual, expuestos en la tabla 1, se puede
observar que éste presenta un carácter ligeramente alcalino, motivado posiblemente por la
presencia de residuos de sustancias empleadas para la limpieza reiterada de los sistemas
tecnológicos debido al régimen de operación de la fábrica, que implica una mayor frecuencia
de operaciones de limpieza e impresiciones en la realización de éstas. No obstante, el valor del
pH es muy similar al observado en muestras analizadas en oportunidades anteriores a este
estudio (Fonte y Escalona, 1995).
Tabla 1
Resultados del estudio de carácterización
Parámetro
Valor medio
C.V.(%)*
pH
8,36
16,2
DQO (mg/L)
2 048
54,0
Conductividad(mS)
4,24
131,0
Alcalinidad(mg/L)
799
163,0
AGVT (mg/L)
203
42,8
*Coeficiente de variación.
Con relación al valor de la DQO los resultados, aunque con un elevado coeficiente de variación,
son similares a los obtenidos en muestros anteriores realizados puntualmente, siendo la
diferencia entre éstos de apenas un 3 % (al igual que en el caso del pH), con lo que se confirma
que estos residuales son de relativamente bajo contenido de materia orgánica y que se
encuentra muy por debajo de lo esperado para esta fábrica (3 500 mg/L).
Los valores de conductividad eléctrica denotan un alto contenido de iones que debe estar
motivado por el remanente de sustancias empleadas para las operaciones de limpieza, ya que
en los resultados de muestreos efectuados poco antes de las paradas o poco después de las
arrancadas de la fábrica se observa una coincidencia bastante frecuente entre la elevación del
pH, la elevación de la conductividad y el descenso de la DQO.
Por otro lado, la alcalinidad total, aunque es baja, resulta muy superior a la observada en
caracterizaciones anteriores, lo que refuerza el planteamiento de la frecuencia mayor de las
operaciones de limpieza y sus implicaciones sobre la composición del residual integral de la
fábrica.
Debe resaltarse que aunque el contenido de ácidos grasos volátiles es bajo, la relación
AGVT/AT presenta un comportamiento muy inestable, lo cual puede suponerse al observar los
altos valores del coeficiente de variación de la AT sobre todo, lo que hace oscilar esta relación
desde valores tan altos e impropios para la digestión anaerobia como 1,2 hasta valores de
0,12, aunque sin embargo, en el 60 % de los casos la misma sobrepasa el rango recomendado
de 0,1-0,35 planteado por algunos autores (Zickefoose y Hayes, 1976; Jenkins et. al. 1983;
Ripley et. al., 1986), e incluso en un 40 % de los casos excede el límite más alto de 0,8
aceptado por otros autores más conservadores pero que acusan de la necesidad de una acción
correctiva sobre el sistema al llegar a este límite (Betancourt, 1990).
Como dato adicional se le determinó a algunas muestras el contenido de sulfatos detectándose
que el valor medio de éstos estaba alrededor de 260 mg/L. Este sulfato proviene del sustrato
utilizado en el proceso fermentativo.
En general se observa que este residual presenta un amplio intervalo de variación motivado por
las características propias de las operaciones del proceso pero que son inherentes no sólo a la
industria cervecera sino a otras tales como fábricas de produccción de levaduras y de otros
productos alimenticios según consta en trabajos realizados por numerosos investigadores
(Obaya et. al., 1988; Guillermo, 1986; Almeida et. al., 1987; Ramos, et. al., 1986; Rojas, 1992;
Klijnhout y van den Verg, 1986).
Fase II: Funcionamiento del filtro anaerobio.
Los resultados de la evaluación del filtro anaerobio trabajando a TRH de 1 día demostraron que
el sistema resulta inoperable a ese régimen de flujo, ya que no fue posible alcanzar el régimen
estacionario y observarse arrastre de la masa bacteriana desde el material de relleno.
A pesar de operar a bajos VCO este resultado negativo puede deberse a las condiciones
adversas del residual en cuanto a contenido de algunos compuestos presentes en éste y que
son aportados por las sustancias utilizadas en la limpieza de la fábrica que limitan, a estas
cargas hidráulicas el desarrollo exitoso de las bacterias, fundamentalmente las
metanobacterias. Tampoco debe despreciarse el elevado valor del pH que presenta el residual.
Posteriormente se recomenzó todo de nuevo probando con TRH de 5 días. Bajo las nuevas
condiciones y luego de haber dejado incubar la mezcla por un período de 10 días, igual que en
el caso anterior, se inició la alimentación contínua del residual operándose a una VCO de 0,4 g
DQO/L.d, con lo que fue posible alcanzar el régimen estacionario a partir del sexto día de
comenzado el bombeo con relación a la reducción de la DQO, la cual osciló en el rango de 6674 %.
CONCLUSIONES
Los resultados de la caracterización físico-química del residual demuestran la necesidad del
uso de un tanque de compensación antes de intentar someterlos a tratamiento, con lo que se
lograría obtener un residual más homogéneo, aunque queda pendiente la necesidad de reducir
el pH de éste, lo que podría lograrse con una dosificación de los propios mostos que se utilizan
como sustrato en el proceso productivo.
Se demuestra que como sistema de tratamiento con el objetivo de descontaminación el nivel
de remoción obtenido a TRH de 5 días es aceptable, sin embargo es recomendable estudiar el
comportamiento del proceso a TRH entre 1 y 5 días con vistas a disminuir, aún más, el volumen
de reactor necesario para lograr la anaerobiosis adecuada del residual.
REFERENCIAS
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