SECCIONS

ÀMBIT D’APLICACIÓ

El sector industrial d’alimentació i begudes representa un consum anual de l’ordre del 22% del total de l’aigua i dins d’aquest sector s’hi inclou el de les begudes refrescants.

Aquest tipus d’indústries bàsicament prepara i embotella les begudes d’acord amb protocols de qualitat molt exigents, que comporten un consum d’aigües de procés i serveis elevat, a més de l’aigua pròpia que contenen els productes com a component principal.

Per aconseguir aquests progressos, s’han optimitzat les tecnologies dels equips de procés i serveis auxiliars, amb la qual cosa s’ha incrementat el seu rendiment i reduït els consums d’aigua i energia (CIP, dilució de sucre, pasteuritzadors, mescladores, cadenes d’embotellat, rentadores…etc.), i, a més, s’han realitzat controls i inversions a les fàbriques que han permès obtenir notables millores i estalvis.

Els sistemes més utilitzats per aconseguir aquests objectius han estat bàsicament els següents:

  • Disposició de comptadors d’aigua en els diferents punts de consum per a una correcta avaluació i control.
  • Optimització de processos CIP en fred per a la reducció de consums d’aigua i energia, recuperació de reactius de neteja i NaOH.
  • Substitució de lliscants de cadenes d’embotellat per altres menys contaminants.
  • Recirculació d’alguns rentats de les plantes de tractament d’aigües i optimització / substitució de sistemes de depuració.
  • Recirculació d’aigües de pasteurització i altres processos de fàbrica.
  • Reutilització parcial d’efluents depurats per a aigües de serveis.
  • Racionalització de consums d’aigües de serveis i potable.

A més, hem de tenir en consideració que en algunes zones és possible reciclar aigua procedent de la depuradora de vessaments fins als aqüífers, amb la qual cosa s’ha aconseguit realimentar-los i reduir l’efecte sequera.

beverages-carbonated-carbonated-drink-1282273

REUTILITZACIÓ D’EFLUENTS EN UNA EMBOTELLADORA DE BEGUDES REFRESCANTS

Encara que cada fàbrica de refrescos pot embotellar diferents productes, i l’aigua d’aportació pot tenir orígens diferents (superficial, pou i xarxa), existeix una sèrie de processos comuns a les seves línies de fabricació, que ens permeten generalitzar un esquema bàsic en relació amb els consums d’aigües de diferent qualitat (rentats, serveis, procés…etc.). En els annexos s’adjunta l’esquema 1, en què es plantegen les tres fonts habituals d’aigua d’aportació i els tractaments als quals es sotmet aquesta aigua per fer-la assolir els paràmetres que exigeixen els fabricants en els seus processos productius.ESQUEMA1

Les diferents firmes embotelladores tenen els seus propis protocols i fins i tot marquen les línies de tractament d’aigua a seguir, a fi d’homogeneïtzar la qualitat dels seus productes i complir amb els paràmetres exigits per la legislació sobre aigües potables. S’acostuma a seguir un denominat tractament multi-barrera, que consisteix a realitzar la depuració per etapes.

2.1 Pretractament

Si seguim l’esquema 1, observem que, depenent de la font d’abastament, l’aigua es sotmet a un pretractament més o menys complex; així, si partim d’una aigua superficial (riu, pantà, llac…), s’haurà de començar per separar els sòlids en suspensió i el material col·loïdal que habitualment conté.

El primer pas és el Pretractament que consisteix en la separació dels sòlids i contaminants més grossos. S’acostuma a iniciar amb sistemes de desbast (reixes de diferent llum), desarenat i eliminació de flotants, si escau. A continuació, es realitza una primera dosificació d’un agent oxidant tipus NaOCl, i tot seguit, es procedeix a un tractament físic-químic, consistent a coagular, flocular i decantar les substàncies contaminants en suspensió.

El procés de Coagulació es produeix en descarregar la seva polaritat a les micel·les col·loïdals que es troben disperses a l’aigua i, per a això, s’utilitzen substàncies de càrrega oposada que s’hi adherixen; habitualment s’utilitzen sals d’Alumini com l’Al2(SO4)3, el PAC (policlorur d’alumini), o bé sals de Ferro, com el Fe3Cl o el FeSO4, pel seu cost assumible i toxicitat reduïda. En ocasions, s’haurà d’ajustar el pH perquè la coagulació sigui òptima. El resultat és l’aparició de petits grumolls de sòlids en suspensió resultants de l’agrupació dels col·loides.

El procés de Floculació es produeix generalment en una cambra independent i posterior a la de coagulació. Els agents floculants són polímers de cadena llarga que s’adhereixen a la seva estructura als petits coàguls formant grumolls esponjosos (flocs) de major o menor consistència i mida en funció de l’origen dels col·loides i el tipus de reactius utilitzats.

Donada la molt probable presència de matèria orgànica, es dosifica un reactiu esterilitzant, habitualment NaOCl, pel seu baix cost i elevada eficàcia, però cada cop es tendeix més a utilitzar altres oxidants com l’O3, per reduir la formació de clor derivats com els trihalometans, compostos aquests molt restringits en les aigües potables (< 50 ppb).

La separació dels flocs es farà, en funció de la seva densitat, per decantació o flotació.

Els clarificadors o decantadors podran ser de tipus convencional o de tipus lamelar, depenent de l’espai disponible i de la densitat dels flòculs a separar. Habitualment s’utilitzen aquests equips per a aquest tipus d’aigües d’aportació, però es donen casos en què es produeixen flòculs de baixa densitat i es requereix un sistema de flotació, per al qual s’utilitzen els DAF (flotadors per aire dissolt) o els CAF (flotadors per aire cavitat).

La massa de sòlids separats es denomina fang, i tenen una concentració de l’ordre de l’1% als decantadors i sobre el 3% als flotadors, la qual cosa ens dóna idea de la necessitat de reduir el volum d’aquests fangs per poder-los enviar a abocador. Aquests residus s’acostumen a sotmetre a una concentració prèvia en un equip espessidor, però amb aquests equips difícilment es superaran concentracions de fangs del 5 – 8 %. La deshidratació s’aconsegueix amb sistemes de centrifugació (Decanters centrífugs) o amb tecnologies de compressió mecànica mitjançant filtres banda o filtres premsa. Per optimitzar el procés de secat, s’acostumen a dosificar floculants específics o calç. L’aigua drenada resultant de la concentració del fang serà rica en contaminants i difícilment aprofitable, per la qual cosa s’enviarà a la depuradora general d’efluents de la fàbrica. Els fangs resultants tenen una sequedat de l’ordre del 30 % i s’envien a abocador.

L’aigua clarificada encara tindrà un contingut de sòlids en suspensió que li donaran una Turbiditat superior a les 10 NTU (Nephelometric Turbidity Unit), la qual cosa exigirà un procés complementari que s’aplica en la següent fase del tractament multi barrera: La Filtració.

Les aigües de xarxa acostumen a tenir nivells de turbiditat de l’ordre de les 10 NTU que equivalen aproximadament a un SDI (Silt Density Index) de 5, la qual cosa supera, en molts casos, els valors exigits per a les següents barreres de tractament. Les aigües de pou acostumen a tenir valors de turbiditat inferiors (< 5 NTU), en qualsevol cas, s’acostuma a fer un tractament de filtració com a mesura preventiva en ambdós casos.

En algunes ocasions, les aigües procedents de la xarxa d’abastament públic poden requerir la dosificació d’agents coagulants per millorar la filtració.

Hi ha diversos sistemes de filtració que s’han anat aplicant, com són els filtres de sorra, els filtres duals i els filtres multicapa; cadascun d’ells té les seves peculiaritats, però tenen en comú que funcionen per percolació fent circular l’aigua bruta a través d’un llit compost per un o diversos materials filtrants. Aquests filtres consumeixen un volum important d’aigua de rentat, encara que part d’aquesta es pot reutilitzar.

En el procés de retrolavat d’aquests filtres és habitual utilitzar, a més d’aigua ja filtrada, l’aire procedent d’un grup moto bufador, així es redueix de manera notable el consum d’aigua de rentat i se’n millora l’eficàcia.

Aquest és un punt de possible impacte contaminant, per la qual cosa es renta amb aigua fortament clorada.

2.2 Tractament aigües per a serveis i procés

L’aigua pretractada té dos destins bàsics a les indústries de begudes refrescants: aigües per a serveis i aigües per a procés. En relació amb l’aigua de serveis, s’utilitza com a aigua d’alimentació a calderes, pasteuritzadors, rentadores, CIP, fred industrial, circuits de refrigeració i diversos. L’aigua ha d’estar descalcificada per impedir problemes d’incrustacions, cosa que s’ha anat realitzant mitjançant canviadors de cations regenerats amb NaCl. El vessament que es genera és abundant i d’elevada salinitat.

Altres efluents són bàsicament: les purgues de calderes, els esbandits i rentats dels pasteuritzadors, els CIPs i esbandits dels circuits i màquines de fabricació i embotellat de productes, i el vessament resultant del rentat d’ampolles, que no es recicla a les pròpies rentadores.

En relació amb l’aigua de procés, rep un tractament exhaustiu per condicionar-la a la preparació dels productes de fàbrica. En aquesta secció, s’acostumen a utilitzar tractaments d’intercanvi iònic per reduir la duresa temporal i l’alcalinitat (HCO3)- de l’aigua d’aportació (descarbonatació) amb resines de tipus carboxílic alimentari. En molts casos en què la salinitat total de l’aigua (TDS) és superior a l’exigida pels estàndards del fabricant, s’utilitzen tractaments amb membranes semipermeables, com l’Òsmosi Inversa o la Nanofiltració. Aquests tractaments han demostrat ser altament eficaços, ja que a més de separar la major part de les sals, redueixen la resta de contaminants, entre ells els biològics; no obstant això, i encara que s’ha evolucionat en aquestes tecnologies, com, per exemple, amb l’òsmosi forçada, s’ha d’evacuar un cabal d’aigua important amb els contaminants i concentrats (Rebuig).

És interessant disposar de basses d’acumulació d’aigua tractada de gran volum, de tal manera que es puguin realitzar tasques de manteniment, regeneració o neteja de les plantes de tractament d’aigües, sense que això afecti el ritme de la producció de la fàbrica, alhora que asseguren la cobertura dels pics en la demanda de cabal, però això també comporta un increment del risc de contaminació especialment biològica; per aquest motiu es fa precisa una esterilització que sol requerir altes dosis d’oxidant i un sistema d’homogeneïtzació eficaç al seu interior.

2.3 Posttractament

L’aigua tractada tindrà un excés d’oxidant (normalment Cl2), que haurà de ser eliminat abans d’arribar a Producció, però a més també poden existir residus, com restes polimèriques o monòmers de les resines d’intercanvi iònic, o algun tipus de microcontaminant que no ha pogut ser separat pel tractament amb membranes semipermeables.

El carbó actiu ha anat desenvolupant un paper important en aquest sentit, en ser capaç de catalitzar el Cl2 i retenir per adsorció les micropartícules; no obstant això, també cal tenir en compte que a les zones inferiors de les columnes que contenen el carbó actiu, es queden punts en les condicions ideals per desenvolupar una contaminació biològica: alta superfície, absència d’oxidants i possible abundància de nutrients per l’acció adsorbent del carbó actiu; per aquest motiu, s’ha de realitzar periòdicament la sanificació del llit de carbó actiu amb vapor, o amb solucions de NaOH. Aquests processos de regeneració representen consums importants d’aigua d’esbandida.

Com a mesura de seguretat addicional, s’acostuma a vehicular l’aigua procedent dels filtres de carbó, a través d’equips d’irradació de raigs ultraviolats (UVA), de tal manera que es garanteix l’absència de contaminació biològica i, després d’ells, s’acostumen a disposar filtres de cartutxos amb llums de filtració de l’ordre d’1 – 20 micres absolutes per assegurar l’absència de microcossos, pirògens i qualsevol altre tipus de contaminant que pogués arribar a la beguda.

En el procés productiu s’utilitzen diferents tipus d’envasos per a la comercialització de les begudes refrescants, com són les ampolles, el PET i les llaunes. És freqüent utilitzar una mateixa línia d’embotellat per a diferents productes, per la qual cosa s’haurà d’eliminar per esbandida qualsevol vestigi de la fabricació anterior, amb el corresponent consum d’aigua tractada i generació d’efluents contaminats.

L’aigua potable per a consum intern de la fàbrica s’acostuma a prendre de l’aigua tractada, o bé de l’aigua de la xarxa. Els efluents que es generen són aigües sanitàries que hauran de tenir la seva xarxa separativa.

PLANTES DE TRACTAMENT D’EFLUENTS

Els vessaments que no es recuperen s’envien a una planta de tractament d’efluents que els depurarà per assolir els límits que s’exigeixen per la Llei d’Aigües al punt de vessament, segons es tracti d’un domini públic (riu, pantà… etc.) o bé d’un col·lector que els porti a una depuradora general.

El fet de reduir els volums de vessament per aprofitament parcial afavoreix l’increment de la concentració de les sals i de la DQO (Demanda Química d’Oxigen). Així la DQO que habitualment es movia anys enrere en valors de l’ordre de 1500 a 3000 mg/l O2, en ocasions, es veu ampliada fins a valors que poden superar els 4000 mg/l O2.

Com és conegut, el dimensionament de la Depuradora (EDAR), té relació directa amb el cabal, però, tant el consum energètic, com el volum de les basses d’oxidació biològica i la producció de fangs, depenen bàsicament de la càrrega orgànica (DQO).

REUTILITZACIÓ D’EFLUENTS

En l’esquema 2, s’indiquen els efluents que habitualment es recuperen a fi de reduir el consum d’aigua d’aportació i el volum de vessaments.ESQUEMA2Si pensem en l’aigua de procés, les aigües dels últims esbandits dels filtres acostumen a tenir una turbidesa baixa si la comparem amb la de l’aigua d’aportació, la qual cosa permet barrejar-les al dipòsit d’aigua bruta de fàbrica. El mateix passarà amb els últims rentats dels filtres de carbó actiu, els últims esbandits dels diferents envasos (llaunes, PET i ampolles) i els dels pasteuritzadors. Aquests efluents es poden enviar a la bassa d’aigua d’aportació a fàbrica i es reprocesen a les instal·lacions de tractament d’aigua.

Una part d’efluents recuperats, juntament amb altres com el rebuig dels tractaments amb membranes (OI/NF), que impliquen una elevada concentració de sals, però poca concentració orgànica i de SS, poden reutilitzar-se com a aigües de serveis auxiliars, i a ells s’hi solen afegir els efluents del rentat final dels descalcificadors i descarbonatadors. L’aigua resultant de la mescla pot tenir una qualitat apta per als primers rentats dels filtres, o els de les ampolles retornables, així com destinacions poc exigents a fàbrica com la neteja i esbandits o la jardineria, la xarxa contraincendis, o els circuits de refrigeració i fred.

Els vessaments no aprofitables o en excés s’enviarien a l’estació depuradora d’aigües residuals (EDAR), juntament amb els drenatges i concentrats i els vessaments de procés, que solen contenir una elevada càrrega contaminant, sobretot per efecte de l’alta concentració de DQO. En aquest sentit, i a fi de no augmentar més la càrrega de DQO del vessament, les fàbriques acostumen a enviar els seus productes caducats o defectuosos a tractadors externs.
Els vessaments que s’evacuen de la depuradora hauran d’estar condicionats segons s’ha indicat en punts anteriors, i en molts casos es podran utilitzar com a aigües de regadiu o per injectar als aqüífers i aiguamolls.
Els fangs generats en el tractament biològic es condueixen a un espessidor, d’allà a un assecat mecànic i un cop secs, a un abocador autoritzat.

Les purgues de calderes es poden aprofitar per generar vapor de baixa pressió als denominats balons d’expansió, o per aprofitar la seva energia en canviadors de calor.

TENDÈNCIES ACTUALS PER A LA MINIMITZACIÓ DE VESSAMENTS: VESSAMENT ZERO

Amb les mesures indicades s’ha arribat a un índex de recuperació d’efluents elevat (aprox. 15%) des de l’any 2010, però en molts casos, les instal·lacions s’han complicat i s’han fet inversions importants en basses, bombes i circuits, amb els seus corresponents controls de cabal, nivell, turbidesa, conductivitat, matèria orgànica, pH…etc. Actualment, la majoria de les fàbriques del sector, tenen assumits els seus objectius en el sentit del mínim impacte ambiental amb la seva activitat i estan apostant per les millores en les tecnologies disponibles que, encara que representin un cost d’implementació relativament elevat, confereixen seguretat i simplicitat als processos i s’amortitzen a curt i mig termini.

Com a exemples citarem:

En lloc de filtres de sorra, o multicapa, es tendeix a instal·lar plantes amb membranes de microfiltració / ultrafiltració amb la qual cosa s’asseguren talls de filtració molt millors (aprox. 0,02 micres) i una reducció substancial de matèria orgànica i sòlids en suspensió. El rendiment operatiu d’aquestes instal·lacions és elevat (aprox. 95%), l’espai ocupat molt inferior al dels filtres i també es redueix considerablement el consum de reactius.

En moltes ocasions ens podem estalviar la decantació prèvia per a aigües superficials, ja que existeixen tipus de membranes de µF/UF que funcionen bé amb elevades càrregues de SS i així es redueix també la producció de fangs.
El tractament a efectuar per obtenir l’aigua de procés o serveis dependrà sobretot de la seva salinitat; així per a aigües de procés es podrà utilitzar OI/NF amb preferència sobre l’intercanvi iònic, ja que es minimitza el consum de reactius en no existir regeneració de resines, i s’assegura l’eliminació de matèria orgànica i altres microcontaminants. Donat que el cabal d’aigua de rebuig sol ser de l’ordre del 25% del cabal d’aportació (conversió= 75%), i el factor de concentració (FC) és: (1/0,25) = 4, la qual cosa ens indica que la concentració de sals del rebuig és de l’ordre de 4 vegades la de l’aigua d’aportació.

Les tecnologies actuals permeten treballar a valors de conversió més elevats (80-85%) i conseqüentment el FC passarà a ser de 5 o 6,7 respectivament, llavors l’estalvi en el consum d’aigua és evident, però també l’elevació de la concentració salina del rebuig; això limita la possibilitat de reaprofitament d’aquests efluents per aconseguir aigua regenerada o per barrejar-los amb els vessaments, ja que es poden superar els límits establerts per la Llei d’Aigües. En aquest sentit es planteja la solució de reduir la salinitat a base de separar les sals concentrades per un procés d’Evaporació amb la possibilitat d’arribar a obtenir un sòlid pràcticament anhidre en un Cristal·litzador. Aquesta tecnologia és la que ens acosta més al pretès vessament zero i a més el condensat es podrà reciclar com a aigua d’aportació.

En l’esquema 3, s’ha detallat la fase de reducció de residus sòlids perseguint la meta prevista d’arribar fins a un 10% dels enviaments de residus a abocador per a 2030, segons l’informe del FIAB indicat a l’inici d’aquest article. Observem que el rebuig de les plantes de RO/NF es concentraria mitjançant un procés d’osmosi inversa d’alt rendiment (RRO), seguit d’un sistema d’evaporació. En aquestes condicions, s’obtindria un residu sòlid de les sals a una concentració aproximada del 25- 30%, i si pretenem reduir encara més el volum del residu, es podria utilitzar un sistema de cristal·lització.ESQUEMA3Els fangs procedents de l’EDAR biològica es podrien enviar per separat a l’abocador, o bé es podrien barrejar amb el residu salí obtingut a l’Evaporació / Cristal·lització; per a això haurien de caracteritzar-se aquests residus i veure quina seria l’opció tècnica i econòmica més convenient.

El consum energètic dels processos indicats és relativament elevat, però quan es compta amb excedents energètics i amb superfície i condicions suficients per instal·lar petites plantes generadores d’energies renovables, es fan perfectament viables i recomanables.

En relació amb els agents esterilitzants, es procura utilitzar l’O3 o els sistemes de radiació UV, enfront del NaOCl, i si s’utilitza aquest, es procura evitar la presència de Bromats presents en el reactiu industrial, (molt limitats en la normativa d’aigües potables). Últimament s’opta per instal·lar equips de generació de NaOCl “in situ”, a partir de NaCl per solucionar aquest problema.

Els filtres de carbó es mantenen com a barrera de seguretat, però també existeix la tendència a eliminar-los per ser font de problemes de contaminació a les últimes capes dels llits que contenen, segons s’ha explicat abans. L’alternativa és utilitzar l’O3 i UVA que s’està imposant.

Pel que fa a les depuradores de vessaments, donada l’elevada DQO dels efluents i la seva naturalesa, la tendència és a utilitzar tractaments de depuració anaeròbics del tipus UASB, Pakes o EGSB, que tenen baix consum energètic i alta eficàcia de depuració (85 – 90% de reducció de la DQO); d’aquesta manera, es podrà entrar en els paràmetres que habitualment exigeixen les depuradores dels polígons industrials i en les plantes de tractaments de vessaments municipals (aprox. 1.000 ppm O2 de DQO), per altra banda, els fangs produïts no només no representen un cost pel seu tractament, assecat i gestió a l’abocador, sinó que avui dia existeix un mercat que els valora bé i arriben a deixar de ser un cost. Un aspecte menys positiu per al procés anaeròbic és que ha de treballar com a mínim a 25ºC, per tenir un rendiment correcte, però els efluents calents de fàbrica (Rentat d’ampolles, purgues de calderes, efluents de pasteuritzadors, etc.), poden pal·liar en bona part aquesta qüestió) i les calderes que s’utilitzen per escalfar l’efluent solen ser de consum mixt de biogàs / fuel, que representen poc cost energètic.
Quan el vessament hagi d’enviar-se a un curs públic, haurà de tractar-se complementàriament en una depuradora biològica aeròbia, en ser els seus límits molt més exigents.

A les depuradores biològiques aeròbies, s’està substituint la decantació o flotació de fangs pel sistema de membranes MBR amb el qual s’obtenen efluents de molt baixa càrrega contaminant tant biològica com de SS.
Aquests efluents tractats són reciclats en molts casos a l’alimentació d’aqüífers o aigües de regadiu d’acord amb el RD 1620/2007 de 7 de desembre) sobre el règim de reutilització de les aigües depurades.

CONCLUSIONS

És evident que s’ha aconseguit avançar de manera notable en la reducció dels vessaments i els residus de les empreses fabricants de begudes refrescants amb les tecnologies disponibles, però, s’entra en una tendència asimptòtica. El fet que països com els Estats Units estiguin reutilitzant alguns efluents de les fàbriques, degudament tractats, com a aigua regenerada apta per al consum humà, dóna una nova dimensió als cicles de l’aigua i a la reducció de contaminants.

D’altra banda, el futur s’orienta al vessament zero, amb la qual cosa els processos de concentració / evaporació i cristal·lització de residus i sals s’aniran imposant en la mesura que la legislació mediambiental es faci més exigent i les tecnologies evolucionin.

Tot això es traduirà en el benefici de les condicions climàtiques i, per tant, d’un millor futur per al nostre planeta.

    Interessat en aquesta solució?