CARACTERIZACION Y TRATAMIENTO DE RESIDUALES LIQUIDOS DE UNAFABRICA DE CERVEZA

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 líquidosque vierten la fábrica de cervezas "Tínima" ubicada en la provincia de Camaguey en la zonaoriental de la República de Cuba mediante la determinación analítica de parámetros tales comola Demanda Química de Oxígeno (DQO), pH, conductividad eléctrica, alcalinidad total (AT) yácidos grasos volátiles totales (AGVT). Entre los resultados obtenidos destaca la altavariabilidad de las propiedades físico-químicas de estos residuales provocada por el régimende producción de la fábrica. Posteriormente el residual se sometió a tratamiento en un filtroanaerobio a escala de laboratorio, empacado con esferas de cristal y operando a tiempos deretención de 1 y 5 días. La temperatura empleada fue la ambiental, la cual se mantuvo entre 20-26 °C. Se verificó que a las condiciones de realización del experimento no es posible operarcon tiempo de retención hidráulico (TRH) de 1 día. Sin embargo, empleando TRH de 5 días esposible 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 yalimento, tales como la de producción de cervezas, alcohol y levadura, con sus procesos dealtos índices de consumo de agua, empleo de nutrientes y desarrollo de una gran cantidad demateria orgánica, provocan el vertimiento de grandes volúmenes de residuales con un elevadocontenido de materia orgánica los cuales deben ser tratados adecuadamente a fin de reducirlas afectaciones que por contaminación ambiental sufre el mundo actual de manera tanmarcada ya casi en los umbrales de un nuevo siglo. Valga como ejemplo citar que en Cuba losresiduales de estas industrias provocan una contaminación orgánica equivalente a 7 millonesde habitantes (Valdés y Montalvo, 1994).

Es por ello que se exige con tanto rigor sobre la calidad del tratamiento de las aguas residualesde estas industrias. Teniendo en cuenta que las instalaciones depuradoras para estos casospueden tener un costo relativamente elevado debe preveerse sistemas de tratamientos quepermitan la obtención de algunos subproductos con valor utilitario como son el biogás, losbiofertilizantes y los alimentos para animales, los que pueden resultar del tratamiento anaerobiode 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 cervecerase emplean sistemas aerobios a pesar de haber sido construídos y probados a escalaindustrial sistemas anaerobios que permiten la obtención de los subproductos antesmencionados (Feckhaut et. al., 1987). En América Latina entre los residuales que más se tratanpor 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 presentangeneralmente un carácter neutro en relación al pH. A su vez se observa que los residuales defábricas de cerveza presentan una gran variación en el contenido de materia orgánica.

Según se recomienda por diferentes investigadores (Albagnac, 1992; Wise, 1984; Mata-Alvarez, Llabrés, 1984) resulta adecuado el uso de digestores con crecimiento de biomasa enbiopelícula para el tratamiento eficiente de residuales con bajo contenido de sólidos ensuspensión, 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 desalida de la fábrica, lo cual se realizaba con una frecuencia de dos horas en días aleatoriosdebido a las frecuentes paradas y arrancadas del proceso, pero siempre luego de 48 horas derecomenzado éste.

-Las muestras eran conservadas en frío a 4 °C en botellas tapadas y posteriormente mezcladascomo muestra compuesta cada 24 horas, y a ésta le eran realizadas las determinacionesanalíticas una vez por día.

-Los análisis efectuados fueron: DQO, pH, conductividad eléctrica, ácidos grasos volátilestotales (AGVT), alcalinidad total (AT) y contenido de sulfatos, para lo cual se emplearon lastécnicas analíticas recomendadas por los Standard Methods (APHA, 1985), con excepción dela DQO, para lo cual se empleó el método rápido desarrollado en el Instituto Cubano de losDerivados 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 coetrabajaba con un volumen de mezcla de 2,5 litros. Como material de relleno se emplearonesferas de cristal. La porosidad del relleno y su superficie específica fueron calculadas segúnlos 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 elestablecimiento 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 tratardesde el frasco de alimentación y la inyectaba por la parte inferior del filtro anaerobio. Elefluente del filtro salía por reboso a través de un sello hidráulico ubicado en el lateral superior deéste, mientras que por el tope se recogía el gas y se cuantificaba por desplazamiento de aguaen un recipiente de Mariotte que contenía agua acidulada a pH 2,5 para evitar la absorción deldióxido de carbono.

El residual se conservó en frío a 4 °C aunque antes de entrar al filtro se garantizaba que latemperatura de éste estuviera cerca de la ambiental.

Los valores de carga orgánica (VCO) operacionales, de acuerdo a los TRH empleados en elproceso, 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 industrialque operaba con excreta vacuna, previamente cernido a través de malla de 2mm y en cantidadde 20 % en peso. El volumen del filtro fue completado con el residual a tratar dejándose digeriresta mezcla por espacio de 10 días antes de comenzar la alimentación contínua al filtroanaerobio.

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 puedeobservar que éste presenta un carácter ligeramente alcalino, motivado posiblemente por lapresencia de residuos de sustancias empleadas para la limpieza reiterada de los sistemastecnológicos debido al régimen de operación de la fábrica, que implica una mayor frecuenciade operaciones de limpieza e impresiciones en la realización de éstas. No obstante, el valor delpH es muy similar al observado en muestras analizadas en oportunidades anteriores a esteestudio (Fonte y Escalona, 1995).

Tabla 1

Resultados del estudio de carácterizaciónParámetro Valor medio C.V.(%)*pH 8,36 16,2DQO (mg/L) 2 048 54,0Conductividad(mS) 4,24 131,0Alcalinidad(mg/L) 799 163,0AGVT (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 ladiferencia entre éstos de apenas un 3 % (al igual que en el caso del pH), con lo que se confirmaque estos residuales son de relativamente bajo contenido de materia orgánica y que seencuentra 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 estarmotivado por el remanente de sustancias empleadas para las operaciones de limpieza, ya queen los resultados de muestreos efectuados poco antes de las paradas o poco después de lasarrancadas de la fábrica se observa una coincidencia bastante frecuente entre la elevación delpH, 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 encaracterizaciones anteriores, lo que refuerza el planteamiento de la frecuencia mayor de lasoperaciones de limpieza y sus implicaciones sobre la composición del residual integral de lafábrica.

Debe resaltarse que aunque el contenido de ácidos grasos volátiles es bajo, la relaciónAGVT/AT presenta un comportamiento muy inestable, lo cual puede suponerse al observar losaltos valores del coeficiente de variación de la AT sobre todo, lo que hace oscilar esta relacióndesde valores tan altos e impropios para la digestión anaerobia como 1,2 hasta valores de0,12, aunque sin embargo, en el 60 % de los casos la misma sobrepasa el rango recomendadode 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 0,8aceptado por otros autores más conservadores pero que acusan de la necesidad de una accióncorrectiva sobre el sistema al llegar a este límite (Betancourt, 1990).

Como dato adicional se le determinó a algunas muestras el contenido de sulfatos detectándoseque el valor medio de éstos estaba alrededor de 260 mg/L. Este sulfato proviene del sustratoutilizado en el proceso fermentativo.

En general se observa que este residual presenta un amplio intervalo de variación motivado porlas características propias de las operaciones del proceso pero que son inherentes no sólo a laindustria cervecera sino a otras tales como fábricas de produccción de levaduras y de otrosproductos 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 queel sistema resulta inoperable a ese régimen de flujo, ya que no fue posible alcanzar el régimenestacionario 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 condicionesadversas del residual en cuanto a contenido de algunos compuestos presentes en éste y queson aportados por las sustancias utilizadas en la limpieza de la fábrica que limitan, a estascargas hidráulicas el desarrollo exitoso de las bacterias, fundamentalmente lasmetanobacterias. 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 nuevascondiciones y luego de haber dejado incubar la mezcla por un período de 10 días, igual que enel caso anterior, se inició la alimentación contínua del residual operándose a una VCO de 0,4 gDQO/L.d, con lo que fue posible alcanzar el régimen estacionario a partir del sexto día decomenzado el bombeo con relación a la reducción de la DQO, la cual osciló en el rango de 66-74 %.

CONCLUSIONES

Los resultados de la caracterización físico-química del residual demuestran la necesidad deluso de un tanque de compensación antes de intentar someterlos a tratamiento, con lo que selograría obtener un residual más homogéneo, aunque queda pendiente la necesidad de reducirel pH de éste, lo que podría lograrse con una dosificación de los propios mostos que se utilizancomo sustrato en el proceso productivo.

Se demuestra que como sistema de tratamiento con el objetivo de descontaminación el nivelde remoción obtenido a TRH de 5 días es aceptable, sin embargo es recomendable estudiar elcomportamiento del proceso a TRH entre 1 y 5 días con vistas a disminuir, aún más, el volumende reactor necesario para lograr la anaerobiosis adecuada del residual.

REFERENCIAS

-Albagnac, G. Anaerobic process for waste water treatment. Memorias del II Taller Regionalsobre Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales en América Latina, Ciudad de la Habana,20-22 noviembre, 1992.

-Almeida, M.P.; Pérez, J,; Avila, A. y García, L. Estudio de algunas vías de aprovechamiento delos efluentes de destilerías. ICIDCA, 21, 2:4-7, 1987.

-American Public Health Association, APHA-AWWA-WPCF. Standard Methods for theexamination of water and wastewaters, XVI edición, McGraw-Hill, 1985.

-Betancourt, S. M. Estudio de los principales sistemas de tratamiento anaerobio de residuales.ICIDCA, 24, 2 y 3: 24-27, 1990.

-Borzacconi, L y López, I. Relevamiento de reactores anaerobios en América Latina. MemoriasIII Taller Regional sobre Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales en América Latina,263:280, 25-28 de octubre, 1994.

-Conde, J., Bartos, J., Reyes, A. Determinación rápida de la Demanda Química de Oxígeno(DQO). ICIDCA, 12, 3: 21-31, 1978.

-Fockhaut, M.; Putterman, K. y Pipyn, P. Biogas production heat recovery and simultaneousanaerobic treatment of brewery wastewater. In Anaerobic Digestion: Results of research anddemostrations projects. M. P. Ferranti, G. L. Ferrero y P. L'Hermite, editores: 230-235, 1987.

-Fonte, H. A. y Escalona, F. R. Perspectivas energéticas de los residuales líquidos de la fábricade cervezas "Tínima". Memorias de la Conferencia Mundial sobre la Biomasa para la Energía,el Desarrollo y el Medio Ambiente, Ciudad de la Habana, enero 10-13, 1995.

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-Wise, D. L. Fuel gas systems, CRC Series in Bioenergy Systems. Donald L. Wise editor, CRC.Press, Inc., U.S.A., 1984.

-Zickefoose C. y Hayes, R. B. Anaerobic sludge digestion: Operation Manual, EPA 430/9-76-001, 1976.