Gestión de la Calidad del Agua 79

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SISTEMA INTEGRADO DE FITODEPURACIÓN PARA ELTRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE UNA

QUESERÍA EN ITALIAMauricio Giannotti

I. INTRODUCCIÓN

La fábrica de quesos “Pesci” está en la provincia de Viterbo, a unos 80 km al norte deRoma. Opera desde 1995 en una superficie cubierta de 2 000 m2 y utiliza modernastecnologías para la producción de queso fresco y curado. Tiene capacidad para elaborarveinte toneladas de leche al día, tanto de vaca como de oveja, con una producción de quesoque oscila entre las tres y cuatro toneladas diarias.

II. LA PRODUCCIÓN DEL QUESO

La producción del queso consta de las siguientes fases:

2.1 Transporte y almacenamiento de la leche. La fábrica elabora solamente leche fresca,por lo cual está preparada para almacenarla y conservarla durante algunos días. La lechefresca se recoge en camiones refrigerados y se transporta al establecimiento. La leche estrasvasada a los silos de almacenamiento refrigerados y se conserva a una temperatura de3- 4°C.

2.2 Filtración y pasteurización. La leche sale de los silos a través de un contador paramedir la cantidad y después se bombea hacia un filtro para eliminar las impurezas; despuéspasa al pasteurizador. Luego la leche se calienta a una temperatura de 70-75°C con el finde eliminar toda la flora bacteriana.

2.3 Coagulación y cuajado. Desde el proceso de pasteurización, la leche entradirectamente en unos contenedores especiales de acero con forma de media esfera,llamados Contenedores Polivalentes. Aquí es donde se produce la transformación de laleche en queso. Se añaden a la leche fermentos vivos y cuajo; después de un ligeromezclado, se deja tiempo para la reacción durante unos treinta minutos.

2.4 Fragmentación de la cuajada. Cuando concluye la reacción, los brazos mecánicos delos contenedores polivalentes se accionan para fragmentar la cuajada: se forma una mezclade elementos sólidos y líquidos en la que la parte líquida corresponde al suero y la sólida esla masa de queso.

Proceso integrado de fitodepuración de aguas servidas80

2.5 Moldeado y escurrido del suero. Cuando la mezcla está suficientemente homogénea,se transvasa a los moldes. Los moldes son cestos de plástico con orificios; estos cestos seponen a escurrir en depósitos, llamados “de escurrido”. Aquí el suero escurre por losorificios de los cestos y cae en el fondo del depósito, mientras que la masa del queso quedaen el interior y se compacta en un cuerpo único: el queso. El suero se recoge y se envía alas empresas productoras de alimentos para animales (cerdos, etc.). Cuando ha escurridotodo el suero, se retira la pieza compacta del cesto y se lleva al equipo de salado. Las aguasde lavado se descargan en los desagües que alimentan el depurador (figura 1).

Figura 1. Depurador del Sistema Integrado de Fitodepuración

2.6 Salado. El queso que se ha retirado de los cestos se sumerge en unos depósitosespeciales que contienen una solución salina: agua +18 - 20 g/l de cloruro de sodio(Salmuera).

Las piezas se quedan sumergidas en la salmuera durante un tiempo variable según eltipo de queso que se quiera obtener. Una vez salado, se lleva el queso a secar y despuésse transporta a las cámaras de mantenimiento y maduración.

2.7 Mantenimiento y maduración. El queso se almacena en cámaras frigoríficas y sedivide en lotes, según el día de producción, del tipo de leche, etc. El queso madura en lascámaras durante un período que puede ser de pocos días o de algunos meses. El tiempo demaduración determina la calidad del producto acabado.

III. LA EXPEDICIÓN

3.1 Lavado de las piezas. Cuando se quiere expedir el queso, se retira de la cámara demaduración y se somete a un lavado con agua. El lavado de cada una de las piezas serealiza con una máquina especial compuesta por dos cepillos con forma de rodillosumergidos en agua. La pieza se coloca entre los rodillos y se hace girar para que loscepillos limpien cualquier impureza, moho, etc., que esté presente en la parte exterior. El

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agua del lavado se descarga en el depurador. Las piezas, lavadas y limpias, se dejan secardurante 24 horas en carros especiales.

3.2 Embalaje. Una vez secas, se introducen en cajas y se embalan en pallets. Se etiquetantodos los pallets y ya quedan preparados para cargarlos en los camiones y expedirlos.

Durante las fases de elaboración del queso, las aguas residuales producidas se envían, através de la instalación de cloacas, al depurador de la fábrica que ha sido construido según elSistema Integrado de Fitodepuración (SIF).

IV. LA DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES

Todas las aguas negras producidas se depuran en una instalación situada en el exterior delárea techada, dentro del terreno de propiedad de la fábrica. Las características de las aguasresiduales depurables son: (i) caudal: 20 m3 /día, (ii) pH: 6,2 – 6,5 y (iii) DQO (DemandaQuímica de Oxígeno) total: 1 500 mg/l. El caudal de esta fábrica equivale a las descargasde aguas servidas de una población de 800 habitantes. La instalación se construyósiguiendo las técnicas de biotecnología:

4.1 Sistema Integrado de Fitodepuración (SIF)

El SIF es una biotecnología mixta que prevé la realización de tres etapas funcionales enserie: (i) A: Decantación primaria, (ii) B: Tratamiento biológico y (iii) C: Embalsefitodepurativo y de laguna (figura 2).

Figura 2. Esquema de flujo del SIF

4.1.1 Etapa A. La decantación primaria se realiza en un tanque Imhoff de unos 5 m3 decapacidad al cual llegan todas las aguas negras de la fábrica. El tanque Imhoff tiene unabomba de recirculación. Aquí se produce la decantación primaria: los cuerpos sólidos vanal fondo, separándose del líquido. La parte líquida se bombea al depósito de oxidación paraproceder con el tratamiento biológico (figura 3).

Proceso integrado de fitodepuración de aguas servidas82

Figura 3. Decantación primaria en el tanque Imhoff

4.1.2 Etapa B, Tratamiento biológico. Se realiza en un depósito de oxidación con fangosactivos; tiene la forma de un paralelepípedo rectangular de 22 metros de largo, 4 metros deancho y 2 metros de profundidad; el volumen total activo es de 80 m3. En su interior estáninstalados dos oxigenadores sumergidos de tipo Venturi que proporcionan el oxígenonecesario para la asimilación de la sustancia orgánica. Las aguas negras provenientes deltanque Imhoff se sumergen en el depósito a la altura del primer oxigenador para que semezcle inmediatamente, de este modo se evitan fases de estancamiento y malos olores.

El depósito de oxidación está dividido en dos canales paralelos por una pared intermedia; elagua, gracias al impulso recibido de los dos oxigenadores, gira continuamente en círculo,manteniendo en suspensión el fango biológico. A través de un tubo de rebose, el agua pasa ala siguiente etapa (figura 4).

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Figura 4. Tratamiento biológico

4.1.3 Etapa C. Consta de dos sectores funcionales: (i) sector fito-absorbente con plantasenraizadas de hoja perenne y (ii) laguna con peces, de forma de sector circular , de 420 m2

y con una profundidad de 1.2 metros, tiene un volumen aproximado de 500 m3.

a. Sector fito-absorbente con plantas enraizadas. En un depósito de concreto armadodividido en dos canales paralelos. Los canales están cubiertos por un estrato de masa inerte(grava) con un espesor de unos 40 cm. Aquí se han plantado las especies vegetales.

Un nivel de agua de un metro permite que las raíces de las plantas estén sumergidas comoen un cultivo hidropónico. Las especies vegetales empleadas han sido: Pittosforum sp.,Laurus Comunis y Laurus Nobilis (figura 5)

Figura 5. Esquema del sector fito-absorbente

Recirculación interna del agua.

En la laguna existe un sistema de bombeo para permitir la recirculación continua del aguapor el sector fito-absorbente de cabeza. El agua entra en el sector fito-absorbente quecorresponde al primer canal, lo recorre por entero hasta el final y vuelve hacia atrás por elsegundo canal. Al final del segundo canal, el agua se introduce, a través de un bombeosumergido, en la laguna.

Proceso integrado de fitodepuración de aguas servidas84

La recirculación interna del agua alimenta también la fuente situada en el centro del lago, lamisma que tiene la función de embellecer la instalación y también la de crear una mezclahomogénea del agua presente en la laguna para evitar zonas de estancamiento.

b. Laguna con peces. Es una pequeña laguna aeróbica en que se potencia la actividad delfitoplancton. En efecto, las microalgas presentes absorben los nutrientes (nitratos yfosfatos) y, gracias a la fotosíntesis, producen oxígeno. El oxígeno que se produce con estesistema se redistribuye bajo las plantas enraizadas mediante la recirculación interna. Lasmicroalgas tienen también la función de reducir drásticamente la carga bacteriológicapatógena: de este modo se obtiene un efluente final con una baja concentración debacterias sin necesidad de utilizar los sistemas tradicionales de cloración (figura 6).

Peces. Se han depositado en la laguna algunas especies de peces: (i) herbívoros, que sealimentan de microalgas y sedimentos y (ii) depredadores, que se alimentan de las larvas delos insectos. La presencia de los peces garantiza que no se produzcan fenómenos deeutrofización. También impiden la proliferación de insectos molestos, como mosquitos,moscas, etc.

Figura 6. La laguna con peces

Depósito de descarga

Está colocado en la parte final de la laguna, formado por paneles de un entramado fino queretienen los cuerpos sólidos de la superficie, impidiendo su fuga. El agua ya depurada, pasaal pozo final desde el depósito de descarga y desde aquí se distribuye a una red subterráneade riego. Desde el año 1995, la fábrica vierte un efluente dentro de los límites legales, tantoquímicos como microbiológicos, permitiendo un trabajo ecológico y cumpliendo con lasnormas vigentes para la descarga de aguas servidas a otros cuerpos de agua. La siguientefigura muestra la reducción de la DQO entre la entrada y la salida durante 1997.

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ppm

Figura 7. Reducción de la demanda química de oxígeno (DQO)

Proceso integrado de fitodepuración de aguas servidas86

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REUSO AGRICOLA DE AGUAS CLARAS DE RELAVES MINEROS

Roberto Delpiano Ingeniero Agrónomo M.Sc.Gerente Técnico de CICA Ingenieros Consultores

I. RESUMEN

Este documento presenta la síntesis de una extensa investigación realizada por CODELCO-CHILE, Divisiones El Teniente y Andina, sobre la potencialidad de aprovechamiento de lasaguas claras excedentes del proceso de transporte y disposición final de relaves en regadíoproductivo o utilitario. Estas aguas contienen sulfatos y molibdatos que exceden losestándares establecidos en la Norma de Riego NCH 1333, basada en pautas internacionales.De la bibliografía y de la experiencia práctica se sabe que ambos aniones no son tóxicos y sunormalización responde a recomendaciones de países con características agro ecológicasdiferentes a Chile. De esta investigación se ha concluido que es fundamental volver aestudiar la norma de riego para generar pautas de aplicabilidad nacional, debido a quenuestro sistema agropecuario acepta contenidos mayores de ambos aniones en relación a losnormados, sin alterar la productividad de las variable sintéticas: vegetales y animales.

II. ANTECEDENTES GENERALES

La minería de cobre, representa la actividad industrial de mayor relevancia en nuestro paísdebido al significativo rol que juega dentro del marco económico nacional. Esta actividadantrópica es de interés en el ámbito ambiental, debido a la gran cantidad de residuosgenerados de la extracción de este mineral, que deben ser depositados en zonas concaracterísticas geomorfológicas adecuadas para dicha función. Estas áreas inevitablementereciben un impacto ambiental significativo al considerar además que, en algunos casos, estánemplazadas junto a sectores de actividad agrícola.

Estos residuos denominados "relaves de cobre" provienen de un procesopredominantemente alcalino, situación que permite generar desechos de característicasfísico-químicas definidas. Es decir, corresponden a una mezcla alcalina de sólidos ensuspensión cuyos componentes solubles principales son los aniones sulfatos (SO4) ymolibdatos (MoO4

-2) y el catión Ca+2, que sedimenta en los depósitos de disposición final.Debido a la alcalinidad de esta mezcla (pH = 8 - 11) es posible asegurar que el resto deelementos y metales pesados que pudiesen estar presentes en estos relaves se encuentranprecipitados y coprecipitados. Por lo tanto, una vez que se depositan estos sólidos ensuspensión acuosa, se genera un residuo líquido denominado "agua clara de relave" que, sino es posible reciclarlo dentro del proceso industrial, genera un excedente que debe serevacuado al medio ambiente.

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Dadas las características físico químicas de esta agua residual, que sobrepasan los estándaresde la actual Norma de Riego, NCH 1 333, en molibdatos y sulfatos (gráficos 1 y 2 del anexo)y en conocimiento de que ambos componentes no presentan en sí riesgos deletéreos para loscultivos, las Divisiones Andina y El Teniente de CODELCO – CHILE, han iniciado eldesarrollo de sendas investigaciones sobre el posible aprovechamiento de estas aguas en elsector agropecuario. El propósito es evaluar el uso potencial de estas fuentes hídricas enriego y, de ser posible su aprovechamiento, incrementar la productividad del rubroagropecuario en zonas, donde la principal restricción para un mayor desarrollo agroeconómico del área es la escasez de agua de riego, tales como el "Valle de Alhué" en la Hoyadel río Rapel y la "Rinconada de Ovejería" en la Hoya del Estero Chacabuco.

Los estudios realizados por la División El Teniente, específicamente en Loncha, sector deinfluencia directa del "Embalse de Relaves Carén", han cumplido 10 años de seguimiento delsistema agropecuario sustentado en un 100% con agua clara de relave. Los promisoriosresultados de estas investigaciones han motivado para continuar los estudios sobre el posibleuso de estas aguas residuales, provenientes de otras divisiones de CODELCO. En el caso dela División Andina, en abril de 1993 inició un programa de investigación silvi-agrícolamediante el uso del agua clara de relave del Embalse Los Leones, actualmente en operación,con el fin de conocer, en forma previa a la construcción del depósito de relaves Ovejería enel sector de Huechún, la respuesta de vegetales, de uso comercial, al riego con este tipo derecurso hídrico.

Las investigaciones recopiladas de estos dos estudios, generados a partir de la intervención yconsecuencia de la actividad minera en el ambiente, indican la conveniencia de volver aestudiar la actual normalización de la calidad de agua para riego en función de lascondiciones ambientales e institucionales de nuestra realidad nacional. Se debe considerarque la actual norma NCH 1 333 se basa en la norma EPA, la cual establece como máximospermisibles, para molibdeno, concentraciones < 0,01 ppm. Los estudios realizados enLoncha y Ovejería señalan que nuestro sistema agro ecológico acepta concentracionessignificativamente mayores a este límite, sin presentar efectos que disminuyan laproductividad de estos ecosistemas.

III. DESARROLLO Y RESULTADOS DE LAS INVESTIGACIONES

Los estudios sobre el uso potencial de aguas claras de relave en riego, han consideradoexperiencias de terreno y de laboratorio donde se ha estudiado detalladamente la respuestadel componente edáfico a esta fuente de riego, así como el efecto del agua clara en la cadenatrófica: vegetales y animales.

El seguimiento de parámetros químicos, relacionados con la caracterización de esta fuentehídrica, se ha realizado mediante muestreos periódicos o monitoreos de los sistemas:

Edáfico: primeros cuatro horizontes del perfil estratigráfico,

Vegetal: tejido comestible (fruto) y foliar de diferentes especies vegetales de uso agrícola yforrajero; y

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Pecuario: representado básicamente por dos grupos de animales; rumiantes (ovinos ybovinos) y monogástricos (conejos y cobayos

Paralelamente a este monitoreo, se ha mantenido un registro permanente de la productividadecosistémica, representada por las variables sintéticas de vegetales y animales, durante 10años, en el caso específico de Loncha, y cinco años para las investigaciones realizadas enOvejería.

De manera complementaria se han realizado estudios específicos en suelo, mediantesimulación de riego en columnas de lixiviación y ensayos en vegetales, mediante empleo demacetas y cultivos hidropónicos, donde se ha evaluado separadamente la respuesta de loscomponentes edáfico y vegetal frente al uso de agua clara de relave en riego.

Los resultados de estos estudios muestran patrones de comportamiento definidos en elsistema agropecuario. Así, los contenidos basales de molibdatos y sulfatos en el sistemaedáfico, se incrementan a través de los riegos hasta alcanzar niveles de equilibrio ysaturación en función de características físico-químicas y biológicas específicas. Losestudios en Loncha indican que el molibdeno después de una fase de acumulación, deaproximadamente cuatro años de riego, queda fuertemente retenido o sorbido en los primeros35 cm del perfil en concentraciones relativamente estables, de alrededor de 40 ppm (gráfico3). Contrariamente, los sulfatos lixivian con facilidad y los niveles en el suelo se estabilizanrápidamente en concentraciones relativamente similares a las aportadas por esta fuentehídrica (gráfico 4). Además la conductividad eléctrica (CE), indicador del potencialsalinizador de las aguas de riego, se relaciona con los niveles de sulfatos e indica que no seincrementan los tenores salinos del perfil con posterioridad a la estabilización de lasconcentraciones de sulfatos en el suelo(gráfico 4).

Los patrones de absorción y lixiviación descritos para molibdatos y sulfatos también seobservan en los registros obtenidos en Ovejería al igual que la estrecha relación entre esteúltimo anión y la CE que además, en este caso particular, también se asocia a la presencia decalcio.

La situación estabilizada del perfil de Loncha y los crecientes contenidos de molibdatos ysulfatos en el perfil de Ovejería, permiten el adecuado crecimiento, desarrollo yproductividad de las diferentes especies de uso agrícola y forrajero, resultados que confirmanque estos aniones no son en sí fitotóxicos. Debe considerarse que molibdeno (aportadocomo molibdatos) y azufre (aportado como sulfatos), se clasifican dentro de los nutrientesesenciales para la estructura y funcionamiento de organismos vivos pudiendo inclusofavorecer, en función de sus cantidades relativas a otros elementos, la productividad de estosecosistemas. Esta situación que se ha demostrado en la práctica con los óptimos rendimientosobtenidos en alfalfa regada con esta fuente hídrica (24 000 kg de heno/ha promedio). En laTabla 1, se entregan antecedentes productivos para diferentes especies sustentadasexclusivamente con agua clara de relave. Estos valores se comparan con los rendimientosfrecuentes para el sector donde se han desarrollado las experiencias (zona central del país).

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Tabla 1Producción promedio obtenida en especies vegetales regadas

con agua clara de relave

Tipo decultivo Especie Rendimiento

Est.experimRend.Frecuente Unidad

Forrajeras Alfalfa henoMaízAvena (m.s.)

24 000120

15 000

15 00084

8 000

Kg/haqqm/haKg/ha

Cultivos yHortalizas

FrejolArvejasPapaRepolloLechuga

2220302

19 00090 800

1317180

18 00070 000

qqm/haqqm/haqqm/haunidadesunidades

Frutales(variedadesdeexportación

DuraznerosMay CrestFlavor CrestElegant Lady

18 00025 00021 000

16 00020 000-25 000

25 000

Kg/haKg/haKg/ha

En relación a las concentraciones de molibdeno en especies cultivadas, los estudios indicanque los órganos de consumo presentan menores contenidos del elemento en relación alfollaje y alcanzan niveles cercanos a los 3 ppm, citados por bibliografías como adecuadospara vegetales (gráficos 5 y 6).Por otra parte, los ensayos revelan que las concentraciones absorbidas por el sistema vegetal,además de estar en función de la selectividad específica de los cultivos, se relacionandirectamente con los aportes desde la fuente de riego y no con los niveles totales presentesen el suelo (gráficos 7 y 8). Esta respuesta obedece a la gran fuerza de retención generadaentre molibdatos y partículas reactivas que inciden en la baja disponibilidad del elemento enrelación a los contenidos totales presentes en el perfil.

La retentividad del molibdato ha sido extensamente estudiada mediante pruebas desimulación de riego en columnas de lixiviación-retención. De estas pruebas se concluyó,mediante un modelo de simulación utilizando "curvas de retardación", que después de 27 a31 años es posible saturar el primer metro de suelo con el molibdeno contenido en el aguaclara de relave. Producida la saturación, difícilmente se puede remover este anión,detectándose en pruebas adicionales de laboratorio que el tiempo es un factor de significativaimportancia en la retención. Así, suelos saturados artificialmente con este anión, en un breveperíodo de tiempo, después de someterse a un proceso de lixiviación con agua destilada,retienen cantidades significativamente menores de molibdeno en relación a suelos saturadosnaturalmente, mediante riego durante siete años y que son sometidos a este mismo procesode lavado (gráfico 9).

Sobre la base de los estudios de laboratorio y del monitoreo en el sistema agua-suelo-planta, donde se concluyó que existía una estrecha relación entre concentraciones de Mofoliar y los contenidos en agua de regadío, se propuso un modelo preliminar defuncionamiento general de absorción radical utilizando como indicadora de esta respuestaen sistemas vegetales, a la especie alfalfa. Esta forrajera, perteneciente a la familia

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Fabaceae, presenta mayor capacidad de acumular el elemento en relación a otras especiesde uso agrícola, debido al importante rol que cumple el molibdeno en las Fabaceas, alformar parte estructural de enzimas relacionadas con la fijación simbiótica de nitrógenoatmosférico a nivel radical. Además, en esta especie perenne se han recopiladoantecedentes productivos y de acumulación por más de siete años consecutivos de riegocon relaves que, sumado al importante papel que cumple esta forrajera dentro de la cadenatrófica en la actividad pecuaria de la zona de influencia, motivaron la utilización de estaespecie para la modelación de absorción en sistemas vegetales.

Los resultados de modelación permiten concluir que las concentraciones de molibdeno en elagua clara de relave son un muy buen predictor de niveles del elemento en heno, conclusiónque se valida a través de la siguiente función:

Y = -19339127 + 1490742461*(1 + 5 * e (-0,01*X))R2 = 0, 98

Donde: Y = Mo en follajeX = Mo potencialmente disponible en agua de relave

Además, mediante el uso del programa de modelación mencionado es posible entregar losprimeros datos predictivos de concentraciones permisibles de Mo en aguas de riego, quepermiten obtener cosechas de tejido vegetal con aproximadamente 3 ppm de Mo. Esta cifra,considerada dentro de los límites frecuentemente observados en diversos tejidos vegetales, seobtiene en modelación cuando se riega con agua clara de relave que contiene 0,4 ppm de Mo+ 1 600 ppm de S04 promedio.

Estos resultados se han validado a través de ensayos en hidroponía donde se cosechóalfalfa con 3 ppm de Mo al regar con solución nutritiva diluida en agua clara de relave quecontenía 0,5 ppm de Mo + 1 400 ppm de SO4.

Sistema Pecuario

Como se indicara anteriormente, las evaluaciones sobre uso potencial de agua de relave, através de la cadena trófica, han considerado además la respuesta del sistema pecuario. Dela bibliografía se sabe que la dieta rica en molibdeno produce en rumiantes una enfermedaddenominada "Hipocuprosis". Este cuadro se asocia a deficiencia de cobre y se producecomo respuesta a la formación de un triple compuesto de Cu:Mo:S04 denominadotiomolibdato de cobre. Mediante la formación de este complejo, el cobre queda nodisponible para el organismo animal. La bibliografía señala, específicamente para ovinos,que el cuadro de hipocuprosis se desencadena cuando los animales consumen forraje quepresenta una relación Cu:Mo inferior a 2. Contrariamente, el grupo de monogástricos sedescribe como tolerante a la dieta rica en molibdeno.

En consideración a las descripciones bibliográficas (Underwood, 1979 y Maynard 1981),para los ensayos en el sistema pecuario se utilizaron animales rumiantes (ovinos y bovinos) ymonogástricos (conejos y cobayos) sustentados en un 100% con agua clara de relave, donde

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se mantuvo un monitoreo sobre parámetros químicos (específicamente relación Cu:Mo en ladieta) y productivos. En la tabla 2, se presenta parte de los resultados productivo paraovinos de raza "Merino Precoz Alemán" y se comparan con un plantel productivo, de lamisma raza, pertenecientes a la Estación Experimental Hidango INIA, con un manejoproductivo similar al del ensayo, sustentado sobre la base de praderas naturales mejoradas ytrébol más falaris.

Tabla 2Antecedentes productivos en ovinos sustentados con agua clara de relave

del embalse Carén

PariciónAño deestudio

Relación Cu:MoSimple Mellicera

Prod. Lana(kg/animal)

199119921993

2,10,540,95

68,294,991,7

33,324,329,5

2,83,43,2

Hidango* >2 89,9 21,2 2,8*Nota: se asume que la dieta proveniente de pradera natural presenta una relaciónCu:Mo>2

En estos resultados se observa que la relación crítica Cu:Mo<2 citada en bibliografía comoperjudicial para animales ovinos, no se verifica en la práctica con antecedentes productivosiguales y superiores al plantel experimental de ovinos de Hidango.

Tampoco se han observado síntomas de hipocuprosis en ovinos y bovinos sustentados condistintas especies forrajeras (alfalfa, maíz y avena) regadas con agua clara de relave, donde laúnica especie que mantiene contenidos de Mo superiores a los 3 ppm, citados segúnbibliografía como rango superior comúnmente observado en tejido vegetal, es la alfalfa.Similar respuesta se ha obtenido en animales monogástricos (conejos), sin presentaralteraciones productivas como respuesta a la dieta rica en molibdeno.

Estudios posteriores realizados en corderos y cobayos han demostrado además queconcentraciones de 13 ppm de Mo en heno (relación Cu:Mo = 1,4), en respuesta a riego conagua de clara de relave que contiene entre 1 a 1,2 ppm de Mo, no produce efectos en laproductividad con resultados comparables a animales que consumen heno con niveles de 1,5ppm de Mo (relación Cu:Mo = 10,6) (tablas 3 y 4).

Tabla 3Resultados de parámetros productivos en corderos

Tratamiento (dieta)Agua debebida

HenoLanag/animal

Rendimiento decanal (%)

Ganancia de peso(Kg/día)

EficienciaconversiónKgMS/Kg/PV

RelaciónCu/Mo

Relave ExternoPredial

1 589,81 365,8

57,651,2

0,20,2

6,77,9

6,11,4

Pozo ExternoPredial

1 659,01 498,0

56,659,2

0,20,2

7,66,9

10,61,5

Heno predial: Alfalfa con agua de relaveHeno externo: Alfalfa con agua de uso agrícola

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Tabla 4Resultados de parámetros productivos en

cobayos (cuyes)

Tratamiento (dieta) Peso (g)Agua debebida

Heno Crías a los90 días

ReproductorasRelaciónCu/Mo

Relave externopredial

567,4595,8

816,9824,1

2,81,3

Pozo externopredial

587,9596,7

842,4791,2

10,41,9

Heno predial: Alfalfa con agua de relaveHeno externo: Alfalfa con agua de uso agrícola

Los óptimos resultados del estudio en animales en la Estación Experimental Loncha se hanvalidado en un fundo de uso comercial, aproximadamente a 2,5 km aguas abajo del EmbalseCarén, denominado Fundo Las Bandurrias. Este predio mantiene desde hace cuatro años unaexplotación pecuaria de bovinos de carne, raza "Hereford", alimentados con forraje de alfalfaregado con agua clara de relave suplementada con silo de maíz y avena obtenidos de estemismo predio. Los animales utilizan además como única fuente de bebida el agua clara derelaves proveniente del embalse. Los registros productivos verifican conclusiones de losestudios en la Estación Experimental y validan información respecto a la ausencia del cuadrode hipocuprosis con dietas que presentan una relación Cu: Mo < 2. Se concluye de losestudios en el sistema animal que es posible mantener una explotación ganadera comercialmediante el uso de agua clara de relave como fuente de bebida y de riego para diferentesespecies forrajeras.

Salud humana

Existen antecedentes bibliográficos que señalan al molibdeno como un elemento sinefectos tóxicos. Estudios de laboratorio indican que la ingesta oral, el contacto directo conpiel y ojos; y la inhalación de diferentes concentraciones del elemento, no causa efectosdeletéreos o daños que indiquen posible toxicidad del molibdeno para seres humanos.Estos resultados se confirman al considerar que la Organización Mundial de la salud, através de Codex alimentarius , no regula el molibdeno en la dieta.

IV. CONCLUSIONES

Del estudio sobre potencial uso de aguas claras de relave en el sistema agropecuario seconcluye que es posible regar con esta fuente hídrica y obtener resultados productivosadecuados para una explotación agrocomercial.

Sulfatos y molibdatos no son iones fitotóxicos y su limitación actual en la normalización decalidad de aguas para riego responden a requerimientos foráneos con característicasnacionales e institucionales significativamente diferentes a Chile. Se estima que debierareestudiarse la actual Norma de Riego NCH 1 333, para establecer límites permisiblesadecuados a nuestra realidad agropecuaria, según los siguientes criterios básicos:

Reuso agrícola de aguas claras de relaves mineros94

- La presencia del anión sulfato en aguas de regadío puede ser perjudicial para un sistemaagrícola si incide en incrementar las sales solubles de la solución suelos con el efectodirecto sobre la presión osmótica y la consecuente dificultad del sistema radical en laabsorción de agua y nutrientes esenciales para su adecuado funcionamiento. Paramedir presencia de sales solubles, se utiliza como indicador la Conductividad Eléctrica(CE). Por lo tanto es este último parámetro el que debe ser evaluado en una agua deriego y no la presencia de sulfatos. Cabe señalar que en el caso específico de Loncha,los contenidos de este anión no interfieren en la adecuada nutrición radical conresultados de crecimiento desarrollo y productividad, de las diferentes especiesvegetales, óptimos en relación a los rendimientos de la zona en estudio.

- El molibdeno es un metal pesado que se absorbe libremente por los tejidos vegetales enfunción de características inter e intraespecíficas. El grado de disponibilidad de lossuelos es altamente dependiente de la capacidad retentiva del perfil y esta últimadepende de propiedades físicas, químicas y biológicas específicas del suelo. Por lotanto, la disponibilidad de este elemento debiera ser estudiada en función de lasdiferentes áreas edafoclimáticas de nuestro país. Específicamente en los estudios deLoncha y Ovejería se comprueba que los contenidos de este anión en vegetales varíansegún la zona en estudio. Así, en Loncha se ha demostrado que el follaje absorbe en sufunción de los contenidos presentes en el agua clara de relave y no de los bajos nivelesdisponibles en el suelo, debido a la gran fuerza retentiva de este perfil. De este estudiose obtuvo un modelo de absorción que predice, con un alto grado de significación (R2 =98%), que contenidos de 0,4 ppm de Mo en agua de relave permiten cosechar heno dealfalfa con niveles adecuados de Mo (3 ppm). Además, concentraciones de 13 ppm eneste forraje, en respuesta a aguas de relave con 1 a 1,2 ppm de Mo, no produce efectosdetrimentales en la productividad de rumiantes y monogástricos, con los niveles decobre que naturalmente se detectan en los tejidos vegetales de nuestro país (entre 10 y20 ppm). Estos resultados indicarían que la actual Norma de Riego NCH 1 333, conlímite < 0,01 ppm de Mo, no se ajusta al límite real sustentable por este sistemaagrícola. En el caso de Ovejería, aunque la respuesta de los vegetales al riego con aguade relaves aún se esta evaluando, en los resultados ya obtenidos se verifica lasignificativa incidencia de las condiciones edafoclimáticas en los patrones deabsorción.

- Cabe señalar que en animales también se verifica que las descripciones bibliográficasson mera referencia y no necesariamente se ajustan a la realidad de nuestro sistemapecuario. Así, en los estudios realizados en rumiantes y monogástricos, sustentadoscon agua clara de relave, se concluye que es posible mantener animales con usoexclusivo de esta fuente hídrica y obtener adecuados índices productivos, comparablesa explotaciones pecuarias tradicionales, utilizando forraje que presenta una relaciónCu:Mo < 2. En estas experiencias se demuestra además, que los animales nodesarrollan el cuadro denominado "hipocuprosis" como respuesta al desbalance en larelación Cu:Mo de la dieta.

A la luz de las investigaciones realizadas hasta ahora, resulta difícil imaginar lascondiciones ecológicas que pudieron originar toxicidad en poligástricos y que hicieronrecomendable establecer límites tan bajos de molibdeno en aguas de regadío como 0,01

Gestión de la Calidad del Agua 95

ppm. La USEPA no consigna las investigaciones científicas que dieron origen a talestándar y la tendencia actual en otros países es a desestimar regulaciones para el elemento.

En efecto, la normativa MISA (Municipal and Industrial Strategy of Abatement) de Canadá,no establece limites para molibdeno como tampoco para sulfatos debido a considerarlos deimpacto potencial muy reducido sobre el medio ambiente. Asimismo, la reciente normativade aguas preparada para el Ministerio de Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente deBolivia, con el consenso de destacados expertos internacionales, no menciona el molibdenoentre los elementos regulados.

También en nuestro país, los estándares de la Normalización de Calidad de Aguas paraconsumo humano no limitan el contenido de molibdeno.

Por último, es interesante comprobar que varias de las iniciativas internacionales paraflexibilizar la normativa del molibdeno, han tomado como referencia principal los estudiosrealizados por CODELCO.

Reuso agrícola de aguas claras de relaves mineros96

Nota: Mediante la "Resolución 189", la D.G.A. autorizó a la División El Teniente paraevacuar el agua clara de relave al Estero Carén. Las concentraciones máximasautorizadas para molibdeno son de 5 ppm. Como se observa en el gráfico, los nivelesdel elemento se encuentran muy por debajo este límite.

Nota: Mediante la "Resolución 189", la D.G.A. autorizó a la División El Teniente paraevacuar el agua clara de relave al Estero Carén. Las concentraciones máximasautorizadas para sulfatos son de 250 ppm. Como se observa en el gráfico, los niveles delelemento se encuentran muy por debajo este límite.

GRÁFICO 1M O L I B D E N O E N A G U A C L A R A

(Marzo/88 a Octubre//97)

-

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

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-88

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-88

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-89

no

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-90

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1

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-

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-92

mar

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ago

-93

ene-

94

jun

-94

no

v-94

abr-

95

sep

-95

feb

-96

jul-9

6

dic

-96

may

-

oct

-97

Período de medición

Mo

libd

eno

(pp

m)

NCH 1333

Res. 189

G R Á F I C O 4S U L F A T O S Y C E E N P E R F I L E D Á F I C O ( P R O M E D I O P O N D E R A D O )

E s t a c i ó n E x p e r i m e n t a l H a c i e n d a L o n c h a

-

5 0 0 , 0

1 . 0 0 0 , 0

1 . 5 0 0 , 0

2 . 0 0 0 , 0

2 . 5 0 0 , 0

3 . 0 0 0 , 0

3 . 5 0 0 , 0

4 . 0 0 0 , 0

1987

1988

1988

1989

1989

1989

1990

1990

1990

1991

1991

A ñ o s d e m e d i c i ó n

Su

lfato

s (p

pm

) y C

E (u

mh

os/

cm a

25º

C)

GRÁFICO 3MOLIBDENO EN PERFIL EDÁFICO

Estación Experimental Hacienda Loncha

y = 12,067Ln(x) - 5,3076R 2 = 0,8463

-

10,0

20,0

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40,0

50,0

60,0

1987

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1988

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1989

1989

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1990

1990

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1993

1994

1994

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1995

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1997

Año de medición

Co

nce

ntr

ació

n (p

pm

)

0 - 35

35 - 75

75 - 109

109 - 125

PROFUNDIDAD(cm)

GRÁFICO 2SULFATOS Y CE EN AGUA CLARA

(Marzo/88 a Octubre/97)

-

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

mar

-88

ago

-88

ene-

89

jun

-89

no

v-89

abr-

90

sep

-90

feb

-91

jul-9

1

dic

-91

may

-

oct

-92

Período de mediciónS

ulfa

tos

(pp

m) y

CE

(um

ho

s/cm

)

NCH 1333 para SO4

Tratamiento y uso de aguas de calidad marginal

Liliaceae: cebolla, espárragoCucurbitaceae: zapallo, melón , sandíaSolanaceae: ají, pimiento, tomateBrassicaceae: repollo, coliflorFabaceae: alfalfaPoaceae trigo, avena, maíz, ballica

Prunoidae: duraznero, nectarín, cirueloVitaceae: vidRutaceae: limonero, naranjoJuglandaceae: nogalMaloidae: peral

GRÁFICO 5MOLIBDENO EN FAMILIA DE CULTIVOS Y HORTALIZAS

0

5

10

15

20

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Liliaceae

Solanaceae

Fabaceae

CucurbitaceaePoaceae

Brassicaceae

Familia de plantas

Co

nce

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ació

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pm

)

Follaje Órgano de consumo

GRÁFICO 6MOLIBDENO EN FRUTALES

0

5

10

15

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Prunoideae

Rutaceae

Maloideae

Familia de plantas

Co

nce

ntr

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n (p

pm

)

Follaje

Reuso agrícola de aguas claras de relaves mineros98

GRÁFICO 8MOLIBDENO EN SUELO & TEJIDO VEGETAL

0

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8

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03/8

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Fecha de medición

Co

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ntr

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pm

)

GRÁFICO9

GRÁFICO 7MOLIBDENO EN AGUA EFLUENTE DEL EMBALSE CARÉN

0

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2

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3

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3

Fecha de medición

Co

nce

ntr

ació

n (p

pm

)

Tratamiento y uso de aguas de calidad marginal

Procesos de tratamiento del agua para agroindustria100

TRATAMIENTO DE AGUA PARA LA PRODUCCIÓN DE RON Y TRATAMIENTO DE EFLUENTES DESTILERÍA

Ing. Angel Gabriel del Toro, República Dominicana

I. RESUMEN

En este trabajo se presentará, el tratamiento de agua que realiza el consorcio Brugal enRepública Dominicana, para la producción de alcohol etílico (de melazas de caña), asícomo también, el tratamiento que se le hace a la vinaza o efluente de la destilería dealcohol. El trabajo está divido en tres partes:

1º Tratamiento de agua para la producción de alcohol2º Tratamiento de agua para la producción de ron3º Tratamiento de efluentes destilería (vinazas)

PPrriimmeerraa ppaarrttee:: TTrraattaammiieennttoo ddee aagguuaa ppaarraa llaa pprroodduucccciióónn ddee aallccoohhooll

Para la producción de alcohol etílico, se tienen 4 áreas: Fermentación, Destilación (alvacío), Calderas y Torre de Enfriamiento. Estas áreas consumen agua. Como fuente deagua se tiene agua de pozo de muy mala calidad, con 1 600 a 1 900 ppm de TDS (SólidosDisuelos Totales). El tratamiento que se le da a esta agua consiste en agregarle clorogranulado (1,5 a 2 ppm) y luego filración por arena y carbón. Una parte de esta aguafilrada va a fermentación y uso general. Otra parte va a un equipo de osmosis inversa y unaúlima parte va a ablandadores. El agua que sale de estos dos úlimos equipos , se mezcla enun tanque para luego alimentar a las calderas, las torres de enfriamiento y la columna dedestilación. Esta agua tiene como máximo, 130 ppm de TDS.

Segunda parte: Tratamiento de agua para la producción de ron

Para la producción de ron, se tienen 2 áreas que consumen agua: dilución de alcohol yenvejecimiento y elaboración en sí del ron. La elaboración del ron se realiza en una ciudaddistinta a aquella donde se destila el alcohol. Usan agua de la red de la ciudad (450 ppmTDS), la cual pasan por un equipo desmineralizador que contiene resinas de intercambioiónico, el cual produce agua con una conductividad de 10 S/cm Esta es el agua que se usa,en las dos áreas mencionadas.

Gestión de la calidad del agua 101

Tercera parte: Tratamiento de efluentes destilería (vinazas)

La vinaza o efluente de la destilería es alamente contaminante, con DQO (DemandaQuímica de Oxígeno) entre 80 000 – 105 000 mg/l Además tiene un pH entre 4 y 5 y unatemperatura entre 180 y 190°F (82-88°C).

Para su tratamiento se instaló un digestor anaeróbico tipo “downflow” desarrollado por lacorporación Bacardi, de Puerto Rico. En este digestor un grupo de bacterias acetogénicasconvierten la materia orgánica en ácido acético y otro grupo de bacterias metanogénicasconvierten este ácido a metano y CO2.

Dentro del digestor, existe una “media” plástica de PVC, que le sirve de soporte a lasbacterias. Hay una recirculación constante del material y alimentación continua por arribadel digestor. El nivel de líquido de mantiene de manera automática. El biogas producidocontiene de 50 a 55 % (V/V) de metano y es quemado en una caldera para producir vapor.El posible exceso de gas se quema en un mechero o “flare”. El porcentaje de reducción enbase a los DQO de entrada y salida al digestor, es de 70 a 80%.

II. INTRODUCCIÓN

La República Dominicana, ubicada en el Mar Caribe, ocupa las dos terceras partes de laIsla Española, la segunda de las Antillas Mayores. La otra parte está ocupada por laRepública de Haití (figura 1). El país tiene una superficie de 48 600 km2 y siete millonesde habitantes. Como todo país subdesarrollado (o en vías de desarrollo), enfrenta todos losproblemas que afectan a la naciones que están en esta categoría, como son :

• Producción de alimentos• Agua potable• Transporte• Educación de las masas• Recursos energéticos• Localización y aprovechamiento de recursos materiales• Nuevas industrias• Comunicaciones• Educación técnica• Contaminación ambiental• Sistemas de salud

Todo lo anterior se combina, con la adecuación que debe tener el país, para insertarse enlas nuevas corrientes de globalización y apertura de mercados.

En el área de la producción, el país tiene una mezcla de empresas de comunicación,turismo, zonas francas, agricultura, agroindustria, minero-metalúrgica, alimentación,bebidas alcohólicas (ron, cerveza, licores, etc.), tabaco, etc. En la producción de energía se

Procesos de tratamiento del agua para agroindustria102

cuenta con termoeléctricas, hidroeléctricas y turbinas de gas. Además, por qué no decirlo,también tiene un Cardenal.

Figura 1. Ubicación de la República Dominicana (mapa político).

Con respecto a salud y alimentos, sobresalen tres problemas: Calidad de agua,Contaminación ambiental y Carencia de yodo en la población (existe una ala incidenciade bocio), pero se está luchando para mejorar estos tres problemas.

El trabajo que se presenta a continuación, plantea el tratamiento de agua que se hace en laempresa (Consorcio Brugal), para la producción de alcohol y ron, además del tratamiento alos efluentes de la destilería, los cuales son altamente contaminantes. En ese sentido, eltrabajo está dividido en tres partes, tocando cada una de ellas los tres aspectosmencionados : Alcohol, Ron y Efluentes.

Es necesario aclarar que la producción de alcohol y tratamiento de efluentes se realiza en lalocalidad de San Pedro de Macorís ubicada a 70 km de la capital Santo Domingo, mientrasque la producción de ron, se hace en la ciudad de Puerto Plata, ubicada en el norte del paísa 215 km de la capital (ver fig. 2)

Gestión de la calidad del agua 103

FFiigguurraa 22.. MMaappaa PPoollííttiiccoo ddee llaa RReeppúúbblliiccaa DDoommiinniiccaannaa

Por último es preciso mencionar, que la materia prima fundamental para la producción dealcohol y ron, es la melaza de caña de los ingenios azucareros. La mayoría de los ingeniosestán ubicados en la zona de San Pedro de Macorís.

Procesos de tratamiento del agua para agroindustria104

III. PRIMERA PARTE

3.1 Tratamiento de agua para la producción de alcohol

En la Fig. 3, se puede observar el esquema general de los procesos. La melaza llega a lafábrica en camiones tanque, los cuales son pesados. Pasa a la etapa de fermentación, en lacual se usa agua, otros insumos y levadura seca del tipo “Saccharomyces Cerevisiae”. Elmosto fermentado pasa a la etapa de destilación al vacío, donde también se usa agua y seproduce alcohol etílico de 95-96° G.L. Tanto la etapa de fermentación como la destilaciónusan vapor, por tanto las calderas también consumen agua. La producción de la fábrica esde 40 000 l de alcohol/día (instalada hace 2 años), en proceso continuo de 24 horas y entres turnos. Las etapas de fermentación y destilación, tienen un sistema cerrado deenfriamiento con sus respectivas torres de enfriamiento, las cuales también consumen agua.

Figura 3. Flujograma de los procesos de producción de alcohol.

En resumen, para la producción de alcohol, se utiliza agua en :

• Fermentación• Destilación• Calderas• Torres de enfriamiento

3.1.1 Fuente de Agua. El 100% del agua proviene de pozos, debido a que el río máscercano (Río Higuamo) está altamente contaminado y muy próximo al mar. Lascaracterísticas de esta agua de pozo es la siguiente:

• Sólidos totales disueltos (por conductividad) 1 600-1 900 ppm

Gestión de la calidad del agua 105

• Dureza (como CaCO3) 500-700 ppm• Alcalinidad total (como CaCO3) 200-400 ppm• pH 7,0-7,3• Cloruros (como NaCl) 1 000-1 300 ppm• Conteo total bacterias (método paleta) 106 ufc/ml

Debido a la proximidad del mar, los cloruros son bastante altos.

3.1.2 Calidad de agua necesaria. Para la destilación, calderas y torres de enfriamiento, senecesita agua con la menor cantidad posible de impurezas, para evitar incrustaciones en lasdiferentes unidades. Para la fermentación es más importante que el agua esté libre debacterias.

La figura 4 presenta el sistema de tratamiento de agua. Como se podrá ver, se utiliza cloropara eliminar bacterias y luego filtros de arena y carbón, para eliminar el cloro residual.Este cloro afecta las membranas de la osmosis inversa y las resinas de intercambio iónicodel ablandador (elimina la dureza del agua). El agua que va a fermentación tiene un conteode bacterias menos de 103 ufc/ml, lo cual es satisfactorio para el proceso.

La planta de osmosis inversa produce agua de 40-60 ppm de TDS. La mezcla con el aguade los ablandadores no pasa los 130 ppm de TDS, debido a que el uso de los ablandadoresno es muy continuo.

Para la operación de la osmosis inversa, se utilizan dos productos químicos paracontrarrestar la dureza del agua, el oxígeno disuelto y el posible cloro residual. Cada seismeses se le hace una limpieza química a las membranas.

Para la operación de las calderas (2), se utiliza un producto químico formulado paracontrarrestar la dureza residual del agua, el oxígeno disuelto, pH y acondicionar lodos.

Para la operación de las torres de enfriamiento (2), se utilizan 3 productos químicos paraatacar dureza residual, formación de algas y evitar formación de depósitos en losintercambiadores de caltor, respectivamente. Estas se limpian cada seis meses.

En el caso de los ablandadores (2), en cada ciclo de operación (10-12 horas), se regenerancon sal común (Na Cl). Por otro lado, cada semana se limpian los filtros de arena y carbón.

El agua potable que usa la empresa, es comprada en botellones de 5 galtones, a lasdiferentes empresas purificadoras y envasadoras de agua que hay en la ciudad.

Todos los días y de manera rutinaria, se hacen análisis de laboratorio y se llenan reportesde operación, para el buen control de todo el proceso.

Procesos de tratamiento del agua para agroindustria106

IV. SEGUNDA PARTE

4.1 Tratamiento de agua para la producción de ron

El alcohol de 95-96° G.L. que se produce en San Pedro de Macorís, viaja al norte del país(Puerto Plata), para la fabricación de “Ron Brugal”. Ver figura 5.

Del tiempo de envejecimiento y de los insumos que se le agreguen, dependerá el tipo deproducto elaborado, ya sea ron blanco, ron dorado, ron añejo, etc.

4.1.1 Fuente de Agua: La fuente de agua disponible, es la red de la ciudad. Esta aguatiene las siguientes características:

• TDS (por conductividad) 450• Dureza (como CaCO3) 160• Alcalinidad (como CaCO3) 100• Cloruros (como NaCl) 100• pH 7,0–7,2

4.1.2 Calidad de agua necesaria: Para la producción de ron, es necesario que el agua seaprácticamente pura o de baja conductividad. Para estos fines el agua se pasa a través de unequipo desmineralizador de agua, el cual usa dos tipos de resinas de intercambio iónico.Ver figura 6.

El equipo produce un total de 28 000 galones de agua desmineralizada con unaconductividad máxima de 10 S/cm. Luego de cada ciclo se regenera con ácido muriático,la resina catiónica y con soda cáustica, la resina aniónica.

Para la limpieza de tanquería y equipo de proceso, se usa también agua desmineralizada.Para el lavado de botellas se usa agua de red, con los productos químicos correspondientes.

Contrario a la destilería de alcohol, la fábrica de ron trabaja 8-10 horas diarias de lunes aviernes. La producción promedio es de 9 000 cajas de ron por día.

Gestión de la calidad del agua 107

Procesos de tratamiento del agua para agroindustria108

V. TERCERA PARTE

5.1 Tratamiento efluentes destilería (vinaza)

Cuando se destila mosto fermentado de melazas para obtener alcohol, se obtiene un residuolíquido de color oscuro llamado vinaza. Esta vinaza contiene 90% de agua y 10% desólidos. De estos sólidos, el 95% son sólidos solubles y el 5% están en suspensión. Elproblema consiste en que aunque este producto es casi agua, es altamente contaminante,constituyendo un gran problema su disposición. La situación se agrava, debido a que lacantidad de vinaza que se produce es 12 a13 veces la cantidad de alcohol producido. Siuna empresa produce 40 000 l de alcohol/día, deberá producir de 480 000 a 520 000 l devinaza por día.

La composición promedio de la vinaza es la siguiente:

Tabla 1. Composición promedio de la vinaza.

Parámetro Unidad ValtorDBO mg/l 36 000 – 42 000DQO mg/l 80 000 – 105 000TSS mg/l 4 000 – 10 000PH -- 4,0 – 5,0Alcalinidad (CaCO3) mg/l 600 – 1 700Acidos Volátiles (AC. Acético) mg/l 4 000 – 7 000Gravedad Específica -- 1,02 – 1,05Sulfatos mg/l 4 000 – 10 000Temperatura °F 180 – 190

Como puede verse en la Tabla 1, el nivel de contaminación de este producto es bastantealto, incluyendo las alas temperaturas que tiene al salir de la columna de destilación. Estacomposición va a depender, de las características de las diferentes melazas que se usen enfermentación y del proceso de fermentación en si mismo.

Hay muchas maneras de darle tratamiento a estas vinazas: sistemas de evaporación,usarlas como riego directamente, digestión anaeróbica, etc.

En la nueva destilería (2 años), que instaló el consorcio “Brugal”, en San Pedro deMacorís, se estableció el sistema de tratamiento de vinazas por digestión anaeróbica,desarrollado por la compañía Bacardí, de Puerto Rico.

5.1.1 Digestión anaeróbica. La digestión anaeróbica básicamente consiste, en que ungrupo de bacterias, en ausencia de aire, desdobla la materia orgánica del efluente,convirtiéndola en biogas. Normalmente son dos tipos de bacterias: una llamadaacetogénica, que convierte la materia orgánica en ácido acético y otra metanogénica, queconvierte el ácido en biogas, el cual es rico en metano (50-57%). Estas bacterias sontambién llamadas facultativas, porque trabajan tanto en medio anaeróbico como aeróbico.

Gestión de la calidad del agua 109

Hay muchos tipos de digestores anaeróbicos, la mayoría trabajan siguiendo el principio deflujo de abajo hacia arriba o “upflow”. Los técnicos de Bacardí diseñaron un digestor deltipo “downflow”, o sea, con flujo de arriba hacia abajo.

5.1.2 Proceso Bacardi. Desde 1974, la compañía Bacardi y su experto en biotecnología,el Dr. Michael Szendrey, comenzaron a hacer experimentos en planta piloto, en un digestorcon flujo descendente el cual contenía en su interior una “media” plástica de PVC en formade “panal de abeja”. Esta “media” es para que le sirva de soporte a las bacterias.La fuente original de bacterias, fue estiércol de vaca previamente preparado.

Después de varios años de experimentos, en diciembre de 1981, la compañía Bacardi poneen marcha formalmente su planta de tratamiento, con un digestor de 3 millones de galtonesde capacidad. (Hoy en día tienen dos y construirán un tercero).

Este proceso está formalmente patentado y se han documentado ampliamente todos losexperimentos llevados a cabo por el Dr. Szendrey y Bacardi.

El biogas producido tiene la siguiente composición :

• Metano (CH4) = 50 – 55% (V/V)• Sulfuro de Hidrógeno (H5S) = 1 - 3%• Gas Carbónico (CO2) = 42 – 49%• Poder Caltorífico = 500 Btu / ft3

• Producción de Biogas = 9 ft3 / lb. DQO removido• Energía Disponible = 4 500 Btu / lb. DQO removido• Eficiencia de Remoción = 70 – 80%

El proyecto se completa con la instalación de una caldera para quemar este biogas.

5.1.3 Planta de Tratamiento de República Dominicana. Luego de analizar todos los tiposde digestores disponibles, se decidió por instalar el digestor desarrollado por Bacardi y elDr. Szendrey, con la respectiva caldera para quemar biogas.

En la figura 7, se muestra un esquema de la planta de tratamiento, donde se puedenobservar las diferentes etapas por las que atraviesa la vinaza, hasta convertirse en biogas.Todo el flujo de fluidos es a través de bombas, con excepción del biogas, que es manejadopor tres sopladores, para enviarlo a la caldera.

La figura 8, muestra un esquema del digestor. Es un tanque de 1,93 millones de galtonesde capacidad, en el cual el 5% del volumen está ocupado por una “media” plástica de PVC,para soportar las bacterias.

5.1.4 Arranque del Digestor. Para arrancar el digestor, se cargó inicialmente con 100 000lb de material del digestor de Bacardi. Este material tenía 20% de sólidos, lo que equivalea 20 000 lb de materia seca. Además de alimentarlo con vinaza.

Procesos de tratamiento del agua para agroindustria110

Figura 7 – Esquema de Planta de Tratamiento de vinazas

Todo proceso biológico necesita tiempo para estabilizarse, después de tres a cinco meses,comenzó a estabilizarse el digestor, o sea, había suficientes bacterias en las celdas de PVC.

5.1.5 Operación del Digestor : El digestor se alimenta por arriba y constantemente hayvarias bombas recirculando material de abajo hacia arriba. El nivel se controlaautomáticamente y cualquier exceso de gas se quema en un mechero o “flare”.

Gestión de la calidad del agua 111

Figura 8 – Esquema del Digestor anaeróbico

5.1.6 Parámetros de Operación : Los parámetros óptimos de operación son los siguientes:

• Temp. alimentación vinaza = Máx. 100 °F• Temp. en el digestor = Máx. 103 °F• pH = 7,0 – 7,20• Acidos Volátiles = Máx. 3 500 mg/l• Alcalinidad = Máx. 3 000 mg/l• % Metano en biogas = 50 – 57• % Reducción = 70 – 80%

El porcentaje de reducción, va en función de la diferencia entre el DQO de entradaal digestor y el DQO de salida. Se toma el DQO como referencia, porque es unanálisis que se hace rápido (2 horas), contrario al DBO (Demanda Bioquímica deOxígeno), que dura cinco días. Cualquier variación en estos parámetros, provoca labaja producción de gas y/o gas de mala calidad.

El digestor está diseñado para producir 24 000 ft3/hr de biogas con una alimentaciónpromedio de 25 m3 /hr. En la actualidad la alimentación es menor, debido a problemas deala temperatura en la vinaza (principal factor de desequilibrio del digestor), enconsecuencia se está produciendo menos biogas.

En la Tabla 2 se muestra una serie de datos de operación, correspondientes al promedio delas últimas 5 semanas. En ella se puede ver el porcentaje de metano en el biogas, el

Procesos de tratamiento del agua para agroindustria112

porcentaje de reducción en base a los DQO de entrada y salida, la producción de biogas yel ahorro de combustible correspondiente.

VI. CONCLUSIONES

La digestión anaeróbica de vinazas de destilería con la tecnología Bacardi, ha resultado serfuncional, como una manera de ayudar al problema de la contaminación ambiental.Además de lo anterior, está el ahorro de combustible en las calderas, por el hecho dequemar el biogas producido y no fuel-oil.

No obstante esto, como este digestor no elimina todo el DQO de la vinaza, el consorcioBrugal de República Dominicana, está estudiando las diferentes tecnologías para tratar elefluente que sale de este digestor, como una manera de contribuir a la sanidad del ambienteDominicano. Asimismo, se va a instalar la planta de recuperación de CO2, en lafermentación.

De acuerdo con los diseñadores, este digestor es también aplicable a efluentes de otrasindustrias, tales como:

• Farmacéuticas• Fermentación de ácido cítrico• Pulpa y papel• Vinaza de remolacha• Cervecerías• Proceso de vegetales• Manufactura de productos orgánicos• Industria del queso.

Es sabido que los países se desarrollan en la medida que desarrollan su CapacidadTecnológica, o sea, la capacidad de identificar y evaluar la oferta de componentestecnológicos transferibles, de evaluar y seleccionar una tecnología, explotarla,adaptarla, mejorarla y desarrollar por último tecnologías propias. En ese sentido,tanto las empresas privadas como el Estado, juegan un papel importante.

Interpretando ese sentir, el Consorcio Brugal de República Dominicana, está aportando sucuota de participación, con la implementación de nuevas tecnologías.

Tratamiento y uso de aguas de calidad marginal

In du str ia l Mac o r i s a n a , C. p o r A.DATOS OPERACION DIGESTOR ANAEROBICO

PROMEDIO POR SEMANA SEMANA 1 SEMANA 2 SEMANA 3 SEMANA 4

PARAMETRO VINAZA DIGESTOR VINAZA DIGESTOR VINAZA DIGESTOR VINAZA

DQO 81.100 18.600 81.100 18.600 141.500 27.500 76.300

pH 5,03 7,01 5,03 7,00 4,70 7,10 4,95

Temperatura (°F) 109,0 105,0 107,1 104,2 112,0 106,0 111,5

Acidos Volátiles (mg/lt) 4.000 4.886 3.990 4.560 2.374 4.570 3.900

Alcalinidad (mg/lt) 1.200 4.300 1.300 4.320 1.150 4.200 1.150

% CH4 - 54 - 54 - 56 -