Seccions
Introducció
La indústria làctia és un sector la matèria primera principal del qual és la llet procedent d’animals (normalment vaques, cabres i ovelles).
La llet és un dels aliments bàsics de la humanitat. Els subproductes que genera aquesta indústria es coneixen com a làctics i inclouen una àmplia gamma que va des dels productes fermentats, com el iogurt i el formatge, fins als no fermentats: mantega, gelats, etc.
L’indústria làctia que processa llet líquida i productes amb una vida útil curta, com iogurts, cremes i formatges tous, tendeix a estar ubicada a la perifèria dels centres urbans propers als mercats de consum.
Les plantes que elaboren elements de vida útil més llarga, com la mantega, la llet en pols, formatge i sèrum en pols, tendeixen a estar situades en zones rurals properes a la producció de llet.
La majoria de les plantes de processament de grans volums solen especialitzar-se en una gamma limitada de productes. No obstant això, les grans plantes de producció amb una àmplia gamma de productes encara són comunes a Europa de l’Est, un vestigi de l’antiga concepció centralitzada, impulsada per l’oferta del mercat sota governs comunistes.
En països en desenvolupament és comú observar que l’elaboració d’aquests productes làctics es desenvolupa a les mateixes granges làcties.
Les produccions de llet d’ovella i cabra es destinen en un 90% a la indústria transformadora, mentre que el 10% restant s’utilitza per a l’elaboració de formatges artesanals.
Es necessiten entre 9 i 10 kg de llet de vaca per elaborar 1 quilo de formatge, però n’hi ha prou amb només 8-9 kg de llet de cabra i només 5 kg de llet d’ovella.
Àmbit d’aplicació
La llet és un aliment indispensable en la dieta humana diària ja que és rica en nutrients i una font de proteïnes d’elevat valor biològic.
Conté components amb propietats beneficioses demostrades científicament per al sistema immunitari, cardiovascular i digestiu i, a més, és la principal font dietètica de calci, no només pel seu elevat contingut d’aquest mineral, sinó també pel seu alt aprofitament gràcies a altres components que inclou.
No obstant això, en els últims anys, han començat a circular missatges sense massa base científica que afirmen que el consum de llet pot ser perjudicial per a la salut.
En el seu aspecte econòmic, s’estima que més de 750 milions de persones a tot el món es dediquen a la producció de llet. El sector làctic proporciona més ocupació per unitat de producció de llet en els països en desenvolupament que en els països desenvolupats.
Això es deu principalment al fet que els països desenvolupats tenen sistemes de producció amb un major ús de tecnologia i un menor ús de mà d’obra.
En els països en desenvolupament, la producció làctia a petita escala orientada al mercat genera ocupació a l’explotació i augmenta els ingressos agrícoles, a més de crear llocs de treball fora de l’explotació i oportunitats d’ingressos en la recol·lecció, comercialització i processament de la llet.
En molts països en desenvolupament, la producció làctia ofereix als petits agricultors majors utilitats que les dels cultius, i genera més oportunitats d’ocupació que altres cadenes de valor del sector alimentari.
Actualment existeix una gran quantitat d’empreses importants dedicades al sector làctic, entre les quals destaquen les que apareixen en aquest gràfic:
En les següents taules s’indiquen els països majors productors i els majors consumidors del món.
Productors:
| BLOCS/PAÏSOS | 2018 milers de milions de kg de llet | Variació 2017-2018 |
| UNIÓ EUROPEA 28 | 166,7 | 0,8% |
| EEUU | 98,7 | 1,0% |
| ÍNDIA | 90,2 | 7,98% |
| BRASIL | 34,7 | 0,5% |
| XINA | 30,8 | 1,2% |
| RÚSSIA | 30,6 | 1,4% |
| NOVA ZELANDA | 22,2 | 3,0% |
| TURQUIA | 20,0 | 6,8% |
| PAKISTAN | 17,4 | 3,8% |
| MÈXIC | 12,4 | 2,0% |
| Top 10: 74,4% de la producció total mundial | ||
Consum per càpita:
| Països-Blocs seleccionats 2018 | Llet | Mantega | Formatge |
| França | 45,3 | 8,4 | 26,5 |
| Alemanya | 51,4 | 5,8 | 24,1 |
| Lituània | 40,9 | 4,1 | 20,8 |
| Unió Europea | 59,4 | 3,9 | 18,9 |
| Austràlia | 101,8 | 3,2 | 14,0 |
| Estats Units | 65,3 | 2,6 | 17,3 |
| Nova Zelanda | 105,4 | 5,9 | 10,1 |
| Bielorússia | 69,7 | 3,0 | 13,5 |
| Irlanda | 114,7 | 2,4 | 6,8 |
| Argentina | 35,6 | 0,6 | 12,9 |
| Uruguai | 62,4 | 1,6 | 9,5 |
| Xile | 25,5 | 1,7 | 10,6 |
| Rússia | 33,7 | 2,1 | 5,6 |
| Mèxic | 33,1 | 0,7 | 4,3 |
| Brasil | 39,3 | 0,4 | 3,7 |
| Japó | 30,9 | 0,6 | 2,5 |
| Sud-àfrica | 28,3 | 0,5 | 1,9 |
| Xina | 21,4 | 0,1 | 0,1 |
| Zimbabwe | 2,7 | 0,0 | 0,6 |
GENERACIÓ D’EFLUENTS
La generació d’aigües residuals és l’aspecte ambiental més significatiu de l’activitat del sector, tant pels elevats volums generats, com per la càrrega contaminant associada a les mateixes.
La major part de l’aigua que s’utilitza acaba finalment com a efluent, ja que no existeix aportació d’aigua al producte final. Per tant, l’aigua residual generada en un procés fabril serà la resultant de descomptar al consum total la que s’ha perdut per evaporació.
En general, entre el 80-95% de l’aigua total consumida forma part de l’efluent final, excepte excepcions de fabricació de llet en pols, etc. Les principals corrents parcials que més contribueixen en volum i/o càrrega contaminant a l’efluent final procedeixen de:
- Neteja d’equips, instal·lacions, CIP de neteja de línies, etc.
- Rebuig dels sistemes d’ultrafiltració o sistemes d’osmosi en el processament d’algun derivat.
- Neteja de camions de transport de matèria primera.
Les concentracions poden variar d’una instal·lació a una altra, i en certs casos, presentar valors força diferents als anteriors. Les causes de la variabilitat en la concentració dels paràmetres dels efluents són múltiples, destacant:
- El grau d’optimització del consum d’aigua,
- Els procediments de neteja i productes químics utilitzats, CIP de neteja.
- La tecnologia utilitzada en les operacions consumidores d’aigua.
- Canvi de produccions com a conseqüència de la variació en els productes a fabricar.
Aquestes aigües solen tenir la particularitat d’alt contingut gras i nitrogen elevat (d’aquí la necessitat de processos de nitrificació/desnitrificació), i alt contingut en fòsfor. A més dels ja coneguts problemes d’alta DQO.
Com en la majoria d’empreses del sector agroalimentari, les indústries làcties consumeixen diàriament grans quantitats d’aigua en els seus processos i, especialment, per mantenir les condicions higièniques i sanitàries requerides.
Depenent del tipus d’instal·lació, el sistema de neteja i utilització, la quantitat total d’aigua consumida en el procés pot arribar a superar diverses vegades el volum de llet tractada.
Aquest consum sol trobar-se entre 1,3-3,2 l d’aigua/kg de llet rebuda, podent assolir valors tan elevats com 10 l d’aigua/kg de llet rebuda.
No obstant això, és possible optimitzar aquest consum fins a valors de 0,8-1,0 l d’aigua/kg llet rebuda utilitzant equipaments avançats i una operació adequada.
Com s’indica més avall a la taula, el major consum d’aigua es produeix en les operacions auxiliars, particularment en la neteja i desinfecció, on s’empra entre el 25-40% del total.
Valoració qualitativa del consum d’aigua a la indústria làctia
| PROCÉS PRODUCTIU | NIVELL DE CONSUM | OPERACIONS AMB MÉS CONSUM D’AIGUA | OBSERVACIONS |
| Llet | Baix | Tractament tèrmic Envasat | |
| Crema i mantega | Baix | Pasteurització de la crema Batut-Amassat | Neteja de la massa abans de l’amassat |
| Iogurt | Baix | — | Principalment en operacions auxiliars |
| Formatge | Mitjà | Salat | Salat mitjançant salses |
| Operacions auxiliars | Alt | Neteja i desinfecció Generació de vapor Refrigeració | Aquestes operacions suposen el major consum d’aigua |
Composició típica aigües residuals indústries làcties
En general, els efluents líquids d’una indústria làctia presenten les següents característiques:
- Alt contingut en matèria orgànica, degut a la presència de components de la llet. La DQO mitjana de les aigües residuals d’una indústria làctia es troba entre 1.000-6.000 mg O2/l.
- Presència d’olis i greixos, degut al greix de la llet i altres productes làctics, com en les aigües de rentat de la massa.
- Nivells elevats de nitrogen i fòsfor, principalment deguts als productes de neteja i desinfecció.
- Variacions importants del pH, abocaments de solucions àcides i bàsiques. Principalment procedents de les operacions de neteja, podent variar entre valors de pH 2-11.
- Conductivitat elevada (especialment a les empreses productores de formatge degut a l’abocament de clorur sòdic procedent del salat del formatge).
- Variacions de temperatura (considerant les aigües de refrigeració).
- Les pèrdues de llet, que poden arribar a ser del 0,5-2,5% de la quantitat de llet rebuda o en els casos més desfavorables fins al 3-4%, són una contribució important a la càrrega contaminant de l’efluent final. Un litre de llet sencera equival aproximadament a una DBO5 de 110.000 mg O2/l i una DQO de 210.000 mg O2/l.
Les indústries làcties poden ser de mono producte o bé (cas més freqüent) de diversos productes. A la taula següent s’observen les concentracions habituals de cada tipus de vessament en funció del producte que es fabrica:
| PARÀMETRE | LLET | FORMATGES | DERIVATS LÀCTICS | GELATS |
| pH | 8,5 | 6,9 | 8,5 | 8 |
| DQO (mg/l) | 1775 | 4500 | 4000 | 925 |
| SS (mg/l) | 435 | 850 | 825 | 425 |
| Fòsfor (mg/l) | 20 | 35 | 6,25 | 5,5 |
| NTK (mg/l) | 65 | 100 | 100 | 75 |
| Conductivitat (µS/cm) | 1650 | 3150 | 1250 | 1200 |
| Clorurs (mg/l) | 140 | 220 | 100 | 135 |
| Nitrats (mg/l) | 50 | 105 | 90 | 75 |
| Oli i greixos (mg/l) | 105 | 365 | 110 | 25 |
| Detergents (mg/l) | 3.5 | 7 | 7,5 | 6 |
TRACTAMENT DELS EFLUENTS
Una planta de tractament per a efluents làctics requereix ser dissenyada bàsicament per reduir els nivells contaminants de paràmetres com: DBO5, olis i greixos, sòlids en suspensió, i per corregir el pH de l’efluent.
Malgrat la variabilitat en els paràmetres de vessament, es poden considerar uns sistemes bàsics de control i de pretractament que s’adaptin a les característiques generals dels vessaments i que puguin servir d’orientació perquè les empreses desenvolupin uns sistemes més específics i adequats als efluents que generen.
Amb caràcter general, el tractament d’aquestes aigües residuals pot realitzar-se mitjançant un tractament biològic, requerint prèviament la separació de sòlids en suspensió i de greixos i olis.
En el cas de les aigües procedents de l’elaboració de formatges pot ser necessària, a més, l’eliminació de fòsfor. D’altra banda, donada l’elevadíssima DQO i conductivitat del lactosuer, la primera mesura de control és recuperar totalment les restes de lactosuer i evitar que aquests arribin a barrejar-se amb la resta de les aigües residuals.
Els sistemes de depuració d’aigües residuals han de ser aquells que garanteixin el compliment dels límits establerts per la legislació en funció del punt on aboca l’empresa (si el vessament es realitza a un curs públic els límits són més restrictius que si es realitza a un col·lector d’una depuradora d’aigües residuals).
La instal·lació de depuració d’efluents típica en aquest sector es compon de:
- Pretractament, en el qual incloem desbast i homogeneïtzació
- Tractament Fisicoquímic
- Tractament biològic
- Assecat de fangs
PRETRACTAMENT
El pretractament pot ser del tipus físic o fisicoquímic, depenent de les concentracions que presentin aquells contaminants inhibidors del procés biològic.
Un sistema bàsic (que no suficient) de control i pretractament que haurien de tenir totes les empreses d’aquest sector, i que en algunes ocasions serà suficient perquè puguin realitzar els seus vessaments dins dels límits establerts, ha de constar dels següents elements: Sistema de regulació – homogeneïtzació airejat. Separador de greixos i olis, Dipòsit o bassa de la mida suficient per assegurar el subministrament continu de flux al sistema de separació de greixos posterior.
Aquest dipòsit permet a més que es produeixi una primera laminació dels pics de càrrega i volum dels diferents fluxos de vessament d’aigües. És convenient l’aireació del dipòsit per evitar fermentacions aeròbiques àcides no desitjades.
En el separador de greixos i sòlids en suspensió per flotació. En funció de les característiques del vessament pot ser necessària l’addició de productes coagulants i el control del pH per assegurar un bon rendiment de separació
Al capçal de la instal·lació es solen disposar sistemes de reixes amb diferents llums (una prèvia de gruixos d’uns 20-30 mm, seguida d’una de fins d’uns 5 – 10 mm; després de la separació de greixos, i abans d’arribar al tractament fisicoquímic, es solen utilitzar tamisos circulars o corbs, amb llums de l’ordre dels 3 – 5 mm, cosa que assegura la correcta separació de sòlids sedimentables o de mida gran.
La presència d’aquests sòlids aporta problemes importants, sobretot en el globus de pressurització del sistema de flotació del tractament fisicoquímic posterior, ja que s’acumulen a l’interior, produint-se el seu embrutiment, embussament i fins i tot la descomposició de la DQO; si la flotació no funciona correctament i arriben olis i greixos en excés al sistema biològic, la depuració perd efectivitat, ja que les bacteris tenen més dificultat per arribar al seu aliment.
TRACTAMENT FISICOQUÍMIC:
Solen estar compostos per un sistema de flotació per aire dissolt (DAF), que rep la dosificació de reactius coagulant i floculant, previ ajust del pH, seguit d’un dipòsit de regulació. L’efluent així tractat podrà sotmetre’s a un sistema de membranes d’ultrafiltració que assegura l’eliminació pràcticament total d’olis i greixos.
Tractament primari: Desgreixat + tamisat + fisicoquímic + UF
TRACTAMENT BIOLÒGIC:
Per les elevades càrregues de DQO que normalment contenen aquests efluents, i que la temperatura solen estar entre els 25 – 30 ºC, s’imposa un tractament biològic anaerobi, que reduirà la DQO entre un 70 i un 80 %, amb un procés UASB, o bé amb processos més evolucionats com l’EGSB o el PAQUES , capaços d’obtenir majors rendiments amb un menor espai ocupat. Un avantatge important de la tecnologia anaeròbia, a més que pràcticament no té consum energètic, és que la producció del fang biològic és molt inferior a la dels processos biològics aeròbics, a més que es genera biogàs que un cop tractat es pot cremar en una caldera específica aportant a la fàbrica un important sumand d’energia recuperada que podrà aplicar per als seus processos.
La tecnologia de tractament anaerobi té un consum de nutrients relativament petit, amb la qual cosa el nitrogen consumit per a la depuració serà baix i, si l’aportació és elevada (com sol succeir), serà necessari un procés de nitrificació – desnitrificació en un tractament biològic aerobi posterior; així es redueix tant el contingut d’aquest element com el contingut residual de DQO fins a arribar als límits admesos en els vessaments.
Tractament secundari: Anaerobi – biològic amb nitrificació i desnitrificació + MBR
Tractament terciari: MBR
L’efluent així tractat podrà ser reutilitzat en part en alguns processos de la pròpia fàbrica emissora, però si a més es disposa d’un sistema MBR en el sistema biològic aerobi, en lloc d’un decantador o flotador secundari, la qualitat obtinguda en l’efluent tractat serà molt superior, i es podrà utilitzar en més punts de la fàbrica i, per tant, efectuar un vessament final mínim.
Rendiments depuració de vessaments
Els rendiments que s’assoleixen habitualment en una depuradora d’efluents d’aquest tipus d’indústries s’aproximen als següents valors:
| PRODUCTE | EFLUENT BRUT | DESPRÉS DEL FISICOQUÍMIC | DESPRÉS DEL BIOLÒGIC |
| DBO5 (mg/l) | 2000-6000 | 600-2500 (60 %) | <30 |
| SS (mg/l) | 1000-6000 | 100-300 (98 %) | <30 |
| Oli i greixos (mg/l) | 200-2000 | 100 (90 %) | <50 |
Amb un sistema MBR com a tractament terciari es poden obtenir valors de < 10 ppm de SS, i en proporció similar per a la resta dels contaminants.
ASSECAT DE FANGS:
Els fangs separats en el pretractament i el biològic aerobi, s’envien a un espessidor a fi de concentrar-los d’aproximadament un 2 – 3% fins a un 6 – 8 % ; els fangs anaerobis es reservaran per possibles incidents, o bé es vendran com a subproducte per a altres depuradores.
El fang espessit habitualment es tracta amb calç i floculant i després es sotmet a una deshidratació amb filtre premsa o decanter centrifug a fi d’evacuar-lo a abocador o per a compostatge.
Si s’utilitza un sistema d’evaporació a buit, es podran assolir concentracions molt superiors, i la seva destinació serà més habitual per a compostatge, ja que contindrà menys contaminants.
Una de les avantatges que ofereix el tractament anaerobi és la de produir biogàs que es pot destinar a produir energia en una caldera, i a partir d’aquesta energia es redueix el consum energètic i per tant es fa més viable el procés d’evaporació, molt més net i eficaç que l’assecat mecànic tradicional.
Assecat de fangs amb Evaporació
TRACTAMENT CONVENCIONAL I OPCIONS ALTERNATIVES
El tractament convencional estaria basat en un procés biològic aerobi per eliminar la matèria orgànica dissolta, que és aproximadament el 70% de la matèria orgànica total.
No obstant això, prèviament al procés biològic seria convenient desbastar l’aigua mitjançant un tamís rotatori, de 1-2 mm de mida de pas, i retirar els greixos presents.
Els greixos dificulten en gran mesura el procés biològic, per la qual cosa és convenient separar-los amb anterioritat. Els greixos redueixen la velocitat de dissolució de l’oxigen a l’aigua i formen una capa sobre la superfície de la biomassa reduint així la transferència d’oxigen dissolt a la biomassa.
Els greixos es separen de l’aigua per flotació mitjançant l’addició de fines bombolles d’aire, que ajudaran les partícules de greix a assolir la superfície amb més velocitat. Els greixos, un cop separats de l’aigua i concentrats, es gestionen externament (incineració).
A continuació, les aigües es tracten biològicament mitjançant un sistema que permeti l’eliminació de nutrients. Després d’una decantació secundària les aigües ja poden ser abocades, mentre que els fangs separats hauran de ser espessits, deshidratats i gestionats externament.
Aquests fangs hauran de ser estabilitzats, mitjançant un procés de compostatge, de digestió anaeròbia, d’assecat tèrmic, etc.
Una altra opció de tractament, més novedosa que el procés biològic aerobi, és la transformació de la matèria orgànica de les aigües residuals en biogàs mitjançant un sistema anaerobi tipus UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket).
Els processos biològics anaerobis són més eficaços i econòmics quan l’afluent disposa d’una elevada concentració de compostos orgànics biodegradables. En relació al procés biològic es consumeix menys energia i a més es produeix biogàs, el qual es pot utilitzar per produir