Química de alimentos

Factores alimenticios. Sectores industriales. Industria alimentaria. Tratamiento de aguas residuales. Método. Sistemas de flotación por aire disuelto

  • Enviado por: Drakestail
  • Idioma: castellano
  • País: México México
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Química de Alimentos I

Tratamiento de Aguas Residuales

en la Industria Alimentaria

El sector de alimentos es el sector industrial que más consume agua y equipo de tratamiento de aguas. Esto se debe a las crecientes demandas ecológicas, la preocupación por la seguridad y pureza de agua y el incremento de leyes que regulan el tratamiento y uso de aguas.

Existen varios tipos de aguas residuales descargadas por la industria de procesamiento de alimentos debido a los distintos tipos de materias primas, procesos y tipos de productos que se utilizan. Esto causa que el contenido, la concentración y los volúmenes de las aguas residuales que descargan las industrias varíen mucho de unas a otras. Sin embargo, el agua de desecho de la producción de alimentos puede ser considerada “amistosa”, ya que generalmente no contiene químicos tóxicos convencionales (con algunas excepciones, como los fenoles resultantes del procesamiento de algunos materiales vegetales). Pero sí contiene una potencial contaminación por microorganismos.

Más generalmente, las aguas residuales de las industrias de alimentos se distinguen por tener concentraciones altas de BOD, altos niveles de sólidos disueltos y suspendidos (incluyendo FOG), nutrientes como amoníaco y minerales. Si estos componentes se separan y recuperan, pueden ser vendidos para su reutilización.

El tratamiento y el equipo a elegir dependerá de la capacidad para descomponer la demanda de oxígeno bioquímico (BOD), el contenido de sólidos solubles (SS), la cantidad de lípidos, aceites y grasas (FOG) y del costo del proceso.

El mejor método de tratamiento de aguas es tener un programa de manejo de aguas residuales que controle la cantidad de agua usada y la cantidad de producto que se pierde como deshecho. Deteniendo la contaminación de aguas en su origen es mucho menos costoso y más práctico que tener que darle tratamiento al agua desechada.

La mayoría de los métodos de tratamiento de aguas, en forma general, tienen:

  • Tratamiento Primario: en este paso se remueven físicamente los sólidos flotantes o sedimentables. Esto se hace tanto como un paso del proceso de recuperación de aguas como para evitar que éstos sólidos atasquen y dañen las bombas y la maquinaria. Generalmente consiste en: una filtración utilizando enrejados o barras verticales, sedimentación, flotación, digestión, desecación, etc.

  • Tratamiento Secundario: en este paso se utilizan procesos biológicos para reducir la cantidad de materia orgánica en el agua y convertir las sustancias solubles en sólidos precipitables, CO2, H2O, nitratos, fosfatos, etc. Esto se puede hacer de varias maneras: filtro de goteo, lodo activado y lagunas o estanques de estabilización.

  • Tratamiento Terciario: en éste se elimina el fósforo, el amoníaco y el nitrógeno del agua; reduciendo la cantidad de nutrientes.

  • Tratamiento Avanzado: que se utiliza para mejorar la calidad del efluente eliminando los contaminantes recalcitrantes y los microorganismos. Se puede hacer por: osmosis inversa, electrodiálisis, ozonificación, cloración, etc.

  • Figura 1. Diagrama de un tratamiento típico de aguas idustriales

    Métodos más específicos de tratamiento de aguas residuales en la industria alimentaria incluyen:

  • Sistemas de Flotación por Aire Disuelto (DAF's): son sistemas de separación por gravedad que utilizan burbujas de agua en un tanque que contiene el agua de deshecho para hacer que los materiales insolubles floten a la superficie para que puedan ser removidos. Algunos materiales que son más pesados que el agua también se pueden remover si se utilizan floculantes químicos para hacer que se unan en racimos que son más ligeros que el agua y que, por lo tanto, flotan. Los contaminantes se concentran en el material que se acumula en la superficie, llamado lodo o flotante de DAF. Este método es muy usado en industrias de procesamiento de lácteos, cárnicos, pollos, pastas, cereales, frutas y bebidas de frutas, vegetales y empaquetamiento de alimentos.

  • Pros:

    • Reduce las grasas (FOG's)

    • Reduce el total de sólidos suspendidos (TSS) y sedimentables

    • No requiere un excesivo mantenimiento o administración constante

    • Puede reducir las sobrecargas

    Contras:

    • No remueve materiales solubles (como azúcares, colorantes, etc)

    • No remueve los BOD's asociados a los materiales solubles

    • Solo concentra los contaminantes, que deben ser desechados propiamente

    • Son caros de construir y costosos para operar (si se requiere el uso de muchos floculantes, el costo de operación aumenta)

  • Tratamientos biológicos: son los más utilizados:

  • Procesos anaeróbicos: se utilizan para remover materia orgánica en flujos de altas concentraciones. Depende de reacciones de transferencia de H2 inter-especies por el siguiente proceso:

  • Digestión inicial de las sustancias macromoleculares por proteasas, polisacaridasas y lipasas extracelulares hasta sustancias solubles.

  • Fermentación de las sustancias solubles a ácidos grasos

  • Fementación de los ácidos grasos a acetato, CO2 y H2

  • Conversión de H2, CO2 y acetato en metano por bacterias metanogénicas.

  • Procesos aeróbicos: se utilizan en flujos de baja concentración o como un paso extra para remover materia orgánica residual y nutrientes. En estos procesos, el crecimiento de los microorganismos y su actividad degradativa crecen proporcionalmente a la tasa de aireación. Las sustancias orgánicas e inorgánicas acompañantes productoras de enturbiamiento son el punto de partida para el desarrollo de colonias mixtas de bacterias y hongos. La acción degradativa o depuradora de los microorganismos en un proceso se mide por el porcentaje de disminución de la BOD en el agua tratada.

  • Pros:

    • Barato

    • Alto grado de costo-eficiencia

    Contras:

    • Problemas para empezar o reiniciar el proceso

    • Separación de biomasa

    • Poca estabilidad del proceso

    • Toxinas

    • Olores asociados al tratamiento

    • Generación excesiva de biomasa y producción de lodos

    • Remoción de nitrógenos y fósforos

    • Biodegradación lenta de FOG's

    • Dificultad para remover contaminantes específicos, como colorantes

    • Microorganismos patógenos

  • Procesos Termofílicos: esta es un área emergente en el biotratamiento de aguas residuales. Implica el uso de microorganismos termofílicos para tratar el agua de deshecho bajo condiciones más severas. Un ejemplo sería la tecnología de Compostamiento Fluido Avanzado (AFC), que utiliza bacterias termofílicas aerobias y un paso químico intermedio. Esta tecnología se puede utilizar en aguas residuales de alta concentración y es capaz de reducir el COD en hasta un 90% con una generación de lodos de una décima parte que el que se produce con la biotecnología actual. También opera unas 10 veces más rápido.

  • Bioaditivos: mejoras en los procesos de biotratamiento convencional puede provenir del área de los bioaditivos (mezclas microbianas o enzimáticas). Sin embargo, el uso de bioaditivos puede tener efectos que aun no se conocen bien. Según el autor de “Biochemical Oxygen Demand and Nutrient Removal from Food Processing Wastewater”, existe una publicación polaca que claramente indica que los aditivos fueron de poca ayuda en una prueba; mientras que una publicación australiana explica que los resultados aún son difíciles de aprobar o desaprobar.

  • Procesos hidrotérmicos: estos procesos son particularmente útiles para efluentes con altas concentraciones de BOD o que tienen sólidos suspendidos. Estos procesos operan en ambientes de agua líquida a altas temperaturas utilizando sistemas de reactor presurizados, eliminando ineficiencias de energía (como necesidad de secado o el uso de combustibles) asociados a otros sistemas como la incineración. También, el proceso pasteuriza el agua, ya que el tratamiento térmico llega a más de 200°C.

  • Extracción de solventes: la remoción y recuperación de solventes orgánicos puede ser muy útil en ciertos casos. La recuperación de ácidos málico y tartárico de aguas residuales de destilerías que utilizan uvas se ha logrado utilizando extractantes amínicos de alto número molecular. Los niveles de recuperación son altos (de 92 a 99%) y se puede utilizar el proceso para también recuperar ácidos lácticos, oxálicos, etc.

  • Las características y las velocidades de generación de aguas residuales en industrias alimentarias son altamente variables y dependen de las operaciones que se llevan acabo. Las tecnologías nuevas y actuales deben constantemente adaptarse a la gran variedad de operaciones de las industrias. Los sistemas biológicos son particularmente poco flexibles y, siendo que son las más utilizadas, es necesario empezar a adaptar las plantas a las nuevas tecnologías.

    Bibliografía

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    Biochemical Oxygen Demand and Nutrient Removal from Food Processing Wastewater. R.J. Philips & Associates, Inc. Marzo 1997 <http://foodsci.unl.edu/fmc/1bio-oxy.htm>

    Carawan, Roy E. "Water and Wastewater Management in a Dairy Processing Plant". Water Quality & Waste Management Publications. Marzo 1996. <http://www.bae.ncsu.edu/programs/extension/publicat/wqwm/cd28.html>

    Dissolved Air Flotation Systems (DAF's) for Bakeries. Water Quality & Waste Managment Publications. Marzo 1996. <http://www.bae.ncsu.edu/programs/extension/publicat/wqwm/cd43/cd43.html>

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    Food Processing Wastewater Treatment: Dissolved Air Flotation. TSD Environomics, Inc. 12/Feb/2003. <http://www.tsdenviro.com/pdfs/foodprocessingtreatment.pdf>

    Wastewater Treatment. Water Environment Federation. 12/Feb/2003 <http://www.wef.org/pdffiles/WastewaterTreatment9-12.pdf>