Secciones

Introducción

La industria l√°ctea es un sector de la industria que tiene como materia prima la leche procedente de animales (por regla general vacas, cabras y ovejas).

La leche es uno de los alimentos b√°sicos de la humanidad. Los subproductos que genera esta industria se conocen como l√°cteos e incluyen una amplia gama que van desde los productos fermentados, como el yogur y el queso, hasta los no fermentados: mantequilla, helados, etc.

La industria l√°ctea que procesa leche l√≠quida y productos con una vida √ļtil corta, tales como yogures, cremas y quesos blandos, tienden a estar ubicadas en la periferia de los centros urbanos cercanos a los mercados de consumo.

Las plantas que elaboran elementos de vida √ļtil m√°s larga, como la mantequilla, la leche en polvo, queso y suero en polvo, tienden a estar situados en zonas rurales cercanas a la producci√≥n de leche.

La mayor√≠a de las plantas de procesamiento de grandes vol√ļmenes se suelen especializar en una gama limitada de productos. Sin embargo, las grandes plantas de producci√≥n con una amplia gama de productos son todav√≠a comunes en Europa del Este, un vestigio de la antigua concepci√≥n centralizada, impulsado por la oferta del mercado bajo gobiernos comunistas.

En pa√≠ses en desarrollo es com√ļn notar que la elaboraci√≥n de estos productos l√°cteos se desarrolla en las mismas granjas lecheras.

Las producciones de leche de oveja y cabra se destinan en un 90% a la industria transformadora, mientras que el 10% restante se utiliza para la elaboración de quesos artesanales.

Se necesitan entre 9 y 10 kg de leche de vaca para elaborar 1 kilo de queso, pero bastan tan sólo 8-9 kg de leche de cabra y solamente 5 kg de leche de oveja.

√Āmbito de aplicaci√≥n

La leche es un alimento indispensable en la dieta humana diaria ya que es rico en nutrientes y una fuente de proteínas de elevado valor biológico.

Contiene componentes con propiedades beneficiosas demostradas científicamente para el sistema inmunitario, cardiovascular y digestivo y, además, es la principal fuente dietética de calcio, no solo por su elevado contenido de este mineral, sino también por su alto aprovechamiento gracias a otros componentes que incluye.

No obstante, en los √ļltimos a√Īos, han empezado a circular mensajes sin demasiada base cient√≠fica que afirman que el consumo de leche puede ser perjudicial para la salud.

En su aspecto económico, se estima que más de 750 millones de personas en todo el mundo se dedican a la producción de leche. El sector lechero proporciona más empleo por unidad de producción de leche en los países en desarrollo que en los países desarrollados.

Esto es debido principalmente a que los países desarrollados tienen sistemas de producción con un mayor empleo de tecnología y un menor uso de mano de obra.

En los pa√≠ses en desarrollo, la producci√≥n lechera a peque√Īa escala orientada al mercado genera empleo en la explotaci√≥n y aumenta los ingresos agr√≠colas, adem√°s de crear empleos fuera de la explotaci√≥n y oportunidades de ingresos en la recolecci√≥n, comercializaci√≥n y procesamiento de la leche.

En muchos pa√≠ses en desarrollo, la producci√≥n lechera ofrece a los peque√Īos agricultores, mayores utilidades que la de cultivos, y genera m√°s oportunidades de empleo que otras cadenas de valor del sector alimentario.

Actualmente existe una gran de cantidad de empresas importantes dedicadas al sector l√°cteo, entre las que destacan las que aparecen en este gr√°fico:

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En las siguientes tablas se indican los países mayores productores y los mayores consumidores del mundo.

Productores:

BLOQUES/PA√ćSES 2018 miles de millones de kg.s de leche Variaci√≥n 2017-2018
UNI√ďN EUROPEA 28 166,7 0,8%
EEUU 98,7 1,0%
INDIA 90,2 7,98%
BRASIL 34,7 0,5%
CHINA 30,8 1,2%
RUSIA 30,6 1,4%
NUEVA ZELANDA 22,2 3,0%
TURQUIA 20,0 6,8%
PAKISTAN 17,4 3,8%
M√ČXICO 12,4 2,0%
Top 10: 74,4% de la producción total mundial

Consumo per c√°pita:

Países-Bloques seleccionados 2018 Leche Manteca Queso
Francia 45,3 8,4 26,5
Alemania 51,4 5,8 24,1
Lituania 40,9 4,1 20,8
Unión Europea 59,4 3,9 18,9
Australia 101,8 3,2 14,0
Estados Unidos 65,3 2,6 17,3
Nueva Zelanda 105,4 5,9 10,1
Bielorusia 69,7 3,0 13,5
Irlanda 114,7 2,4 6,8
Argentina 35,6 0,6 12,9
Uruguay 62,4 1,6 9,5
Chile 25,5 1,7 10,6
Rusia 33,7 2,1 5,6
México 33,1 0,7 4,3
Brasil 39,3 0,4 3,7
Japón 30,9 0,6 2,5
Sud√°frica 28,3 0,5 1,9
China 21,4 0,1 0,1
Zimbabwe 2,7 0,0 0,6

GENERACI√ďN DE EFLUENTES

La generaci√≥n de aguas residuales es el aspecto ambiental m√°s significativo de la actividad del sector, tanto por los elevados vol√ļmenes generados, como por la carga contaminante asociada a las mismas.

La mayor parte del agua que se utiliza acaba finalmente como efluente, ya que no existe aporte de agua al producto final. Por tanto, el agua residual generada en un proceso fabril será la resultante de descontar al consumo total la que se ha perdido por evaporación.

En general, entre el 80-95% del agua total consumida forma parte del efluente final, salvo excepciones de fabricación de leche en polvo, etc. Las principales corrientes parciales que más contribuyen en volumen y/o carga contaminante al efluente final proceden de:

  • Limpieza de equipos, instalaciones, CIP de limpieza de l√≠neas, etc.
  • Rechazos de los sistemas de ultrafiltraci√≥n o sistemas de osmosis en el procesado de alg√ļn derivado.
  • Limpieza de camiones de transporte de materia prima.

Las concentraciones pueden variar de una instalaci√≥n a otra, y en ciertos casos, presentar valores bastante diferentes a los anteriores. Las causas de la variabilidad en la concentraci√≥n de los par√°metros de los efluentes¬†son m√ļltiples, destacando:

  • El grado de optimizaci√≥n del consumo de agua,
  • Los procedimientos de limpieza y productos qu√≠micos utilizados, CIP de limpieza.
  • La tecnolog√≠a utilizada en las operaciones consumidoras de agua.
  • Cambio de producciones como consecuencia de la variaci√≥n en los productos a fabricar.

Estas aguas suelen tener la particularidad de alto contenido graso y nitrógeno elevado (de ahí la necesidad de procesos de nitrificación/desnitrificación), y alto contenido en fósforo. Además de los ya conocidos problemas de alta DQO.

Como en la mayoría de las empresas del sector agroalimentario, las industrias lácteas consumen diariamente grandes cantidades de agua en sus procesos y, especialmente, para mantener las condiciones higiénicas y sanitarias requeridas.

Dependiendo del tipo de instalación, el sistema de limpieza y utilización, la cantidad total de agua consumida en el proceso puede llegar a superar varias veces el volumen de leche tratada.

Este consumo suele encontrarse entre 1,3-3,2 l de agua/kg de leche recibida, pudiéndose alcanzar valores tan elevados como 10 l de agua/kg de leche recibida.

Sin embargo, es posible optimizar este consumo hasta valores de 0,8-1,0 l de agua/kg leche recibida utilizando equipamientos avanzados y una operación adecuada.

Como se indica más abajo en la tabla, el mayor consumo de agua se produce en las operaciones auxiliares, particularmente en la limpieza y desinfección, donde se emplea entre el 25-40% del total.

Valoración cualitativa del consumo de agua en la industria láctea

PROCESO PRODUCTIVO NIVEL DE CONSUMO OPERACIONES CON MAYOR CONSUMO DE AGUA OBSERVACIONES
Leche Bajo Tratamiento térmico Envasado
Nata y mantequilla Bajo Pasterización de la nata Batido-Amasado Lavado de la mazada antes del amasado
Yogur Bajo ‚ÄĒ Principalmente en operaciones auxiliares
Queso Medio Salado Salado mediante salmueras
Operaciones auxiliares Alto Limpieza y desinfección Generación de vapor Refrigeración Estas operaciones suponen el mayor consumo de agua

Composición típica aguas residuales industrias lácteas

En general, los efluentes líquidos de una industria láctea presentan las siguientes características:

  • Alto contenido en materia org√°nica, debido a la presencia de componentes de la leche. La DQO media de las aguas residuales de una industria l√°ctea se encuentra entre 1.000-6.000 mg O2/l.
  • Presencia de aceites y grasas, debido a la grasa de la leche y otros productos l√°cteos, como en las aguas de lavado de la mazada.
  • Niveles elevados de nitr√≥geno y f√≥sforo, principalmente debidos a los productos de limpieza y desinfecci√≥n.
  • Variaciones importantes del pH, vertidos de soluciones √°cidas y b√°sicas. Principalmente procedentes de las operaciones de limpieza, pudiendo variar entre valores de pH 2-11.
  • Conductividad elevada (especialmente en las empresas productoras de queso debido al vertido de cloruro s√≥dico procedente del salado del queso).
  • Variaciones de temperatura (considerando las aguas de refrigeraci√≥n).
  • Las p√©rdidas de leche, que pueden llegar a ser del 0,5-2,5% de la cantidad de leche recibida o en los casos m√°s desfavorables hasta del 3-4%, son una contribuci√≥n importante a la carga contaminante del efluente final. Un litro de leche entera equivale aproximadamente a una DBO5 de 110.000 mg O2/l y una DQO de 210.000 mg O2/l.

Las industrias lácteas pueden ser de mono producto o bien (caso más frecuente) de varios productos. En la siguiente tabla se observan las concentraciones habituales de cada tipo de vertido en función del producto que se fabrica:

PAR√ĀMETRO LECHE QUESOS DERIVADOS LACTEOS HELADOS
pH 8,5 6,9 8,5 8
DQO (mg/l) 1775 4500 4000 925
SS (mg/l) 435 850 825 425
Fósforo (mg/l) 20 35 6,25 5,5
NTK (mg/l) 65 100 100 75
Conductividad (¬ĶS/cm) 1650 3150 1250 1200
Cloruros (mg/l) 140 220 100 135
Nitratos (mg/l) 50 105 90 75
Aceites y grasas (mg/l) 105 365 110 25
Detergentes (mg/l) 3.5 7 7,5 6

TRATAMIENTO DE LOS EFLUENTES

Una planta de tratamiento para efluentes l√°cteos requiere ser dise√Īada b√°sicamente para reducir los niveles contaminantes de par√°metros tales como: DBO5, aceites y grasas, s√≥lidos suspendidos, y para corregir el pH del efluente.

A pesar de la variabilidad en los parámetros de vertido, se puede considerar unos sistemas básicos de control y de pretratamiento que se adapten a las características generales de los vertidos y que puedan servir de orientación para que las empresas desarrollen unos sistemas más específicos y adecuados a los efluentes que generan.

Con carácter general, el tratamiento de estas aguas residuales puede realizarse mediante un tratamiento biológico, requiriendo previamente la separación de sólidos en suspensión y de grasas y aceites.

En el caso de las aguas procedentes de la elaboración de quesos puede ser necesaria, además, la eliminación de fósforo. Por otro lado, dada la elevadísima DQO y conductividad del lactosuero, la primera medida de control es recuperar totalmente los restos de lactosuero y evitar que estos lleguen a mezclarse con el resto de las aguas residuales.

Los sistemas de depuraci√≥n de aguas residuales deben ser aquellos que garanticen el cumplimiento de los l√≠mites establecidos por la legislaci√≥n en funci√≥n del punto al que vierte la empresa (s√≠ el vertido se realiza a cauce p√ļblico los l√≠mites son m√°s restrictivos que s√≠ se realiza a un colector de una depuradora de aguas residuales).

La instalación de depuración de efluentes típica en este sector se compone de:

  • Pretratamiento, en el que incluimos desbaste y homogeneizaci√≥n
  • Tratamiento Fisicoqu√≠mico
  • Tratamiento biol√≥gico
  • Secado de fangos

PRETRATAMIENTO

El pretratamiento puede ser del tipo físico o fisicoquímico, dependiendo de las concentraciones que presenten aquellos contaminantes inhibidores del proceso biológico.

Un sistema b√°sico (que no suficiente) de control y pretratamiento que deber√≠an tener todas las empresas de este sector, y que en algunas ocasiones ser√° suficiente para que puedan realizar sus vertidos dentro de los l√≠mites establecidos, debe constar de los siguientes elementos:¬† Sistema de regulaci√≥n – homogeneizaci√≥n aireado. Separador de grasas y aceites, Dep√≥sito o balsa del tama√Īo suficiente para asegurar el suministro continuo de flujo al sistema de separaci√≥n de grasas posterior.

Este depósito permite además que se produzca una primera laminación de las puntas de carga y volumen de los diferentes flujos de vertido de aguas. Es conveniente la aireación del depósito para evitar fermentaciones aeróbicas ácidas no deseadas.

En el separador de grasas y sólidos en suspensión por flotación. En función de las características del vertido puede ser necesaria la adición de productos coagulantes y el control del pH para asegurar un buen rendimiento de separación

En cabeza de la instalaci√≥n se suelen disponen sistemas de rejas con distintitas luces (una previa de gruesos de unos 20-30 mm, seguida de una de finos de unos 5 – 10 mm; tras la separaci√≥n de grasas, y antes de llegar al tratamiento fisicoqu√≠mico, se suelen utilizar tamices circulares o curvos, con luces del orden de los 3 ‚Äď 5 mm, lo que asegura la correcta separaci√≥n de s√≥lidos sedimentables o de tama√Īo grande.

La presencia de estos sólidos aporta problemas importantes, sobre todo en el balón de presurización del sistema de flotación del tratamiento fisicoquímico posterior, pues se acumulan en su interior, produciéndose su ensuciamiento, atascamiento e incluso la descomposición de la DQO; si la flotación no funciona correctamente y llegan aceites y grasas en exceso al sistema biológico, la depuración pierde efectividad, ya que las bacterias tienen más dificultad para llegar a su alimento.

TRATAMIENTO FISICOQU√ćMICO:

Suele estar compuesto por un flotador con aire disuelto (DAF), que recibe la dosificación de reactivos coagulante y floculante, previo ajuste de pH, seguido de un depósito de regulación. El efluente así tratado podrá someterse a un sistema de membranas de ultrafiltración que asegura la eliminación prácticamente total de aceites y grasas.

Tratamiento primario: Desengrase + tamizado + fisicoquímico + UF

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TRATAMIENTO BIOL√ďGICO:

Por las elevadas cargas de DQO que normalmente contienen estos efluentes, y que la temperatura suelen estar entre los 25 ‚Äď 30 ¬ļC,¬† se impone un tratamiento biol√≥gico anaerobio, que de reducir√° la DQO entre un 70 y un 80 %, con un proceso UASB, o bien con procesos m√°s evolucionados como el EGSB o el PAQUES , capaces de obtener mayores rendimientos con un menor espacio ocupado. Una importante ventaja de la tecnolog√≠a anaerobia, adem√°s de que pr√°cticamente no tiene consumo energ√©tico, es que la producci√≥n del fango biol√≥gico es muy inferior a la de los procesos biol√≥gicos aer√≥bicos, adem√°s de que se genera biog√°s que una vez tratado se puede quemar en una caldera espec√≠fica aportando a la f√°brica un importante sumando de energ√≠a recuperada que podr√° aplicar para sus procesos.

La tecnolog√≠a de tratamiento anaerobio tiene un consumo de nutrientes relativamente peque√Īo, con lo que el nitr√≥geno consumido para la depuraci√≥n ser√° bajo y, si el aporte es elevado (como suele suceder), se har√° preciso un proceso de nitrificaci√≥n ‚Äď desnitrificaci√≥n en un tratamiento biol√≥gico aerobio posterior; as√≠ se reduce tanto el contenido de este elemento como el contenido residual de DQO hasta llegar a los limites admitidos en los vertidos.

Tratamiento secundario: Anaerobio ‚Äď biol√≥gico con nitrificaci√≥n y desnitrificaci√≥n + MBR

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Tratamiento terciario: MBR

El efluente así tratado podrá ser reutilizado en parte en algunos procesos de la propia fábrica emisora, pero si además se dispone un sistema MBR en el sistema biológico aerobio, en lugar de un decantador o flotador secundario, la calidad obtenida en el efluente tratado será muy superior, y se podrá utilizar en más puntos de la fábrica y, por lo tanto, efectuar un vertido final mínimo.

Rendimientos depuración de vertidos

Los rendimientos que se alcanzan habitualmente en una depuradora de efluentes de este tipo de industrias se aproximan a los siguientes valores:

PRODUCTO EFLUENTE BRUTO DESPU√ČS DEL FISICO QU√ćMICO DESPU√ČS DEL BIOL√ďGICO
DBO5 (mg/l) 2000-6000 600-2500 (60 %) <30
SS (mg/l) 1000-6000 100-300 (98 %) <30
Aceites y grasas (mg/l) 200-2000 100 (90 %) <50

Con un sistema MBR como tratamiento terciario se pueden obtener valores de < 10 ppm de SS, y en proporción similar para el resto de los contaminantes.

SECADO DE FANGOS:

Los fangos separados en el pretratamiento y el biol√≥gico aerobio, se env√≠an a un espesador a fin de concentrarlos de aproximadamente un 2 ‚Äď 3% hasta un 6 ‚Äď 8 % ; los fangos anaerobios se reservar√°n para posibles incidentes, o bien se vender√°n como subproducto para otras depuradoras.

El fango espesado habitualmente se trata con cal y floculante y luego se somete a una deshidratación con filtro prensa o decanter centrífugo a fin de evacuarlo a vertedero o para compostaje.

Si se utiliza un sistema de evaporación a vacío, se podrán alcanzar concentraciones muy superiores, y su destino será más usual para compostaje, pues contendrá menos contaminantes.

Una de las ventajas que ofrece el tratamiento anaerobio es la de producir biogás que se puede destinar a producir energía en una caldera, y a partir de esta energía se reduce el consumo energético y por lo tanto se hace más viable el proceso de evaporación, mucho más limpio y eficaz que el tradicional secado mecánico.

Secado de fangos con Evaporación

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TRATAMIENTO CONVENCIONAL Y OPCIONES ALTERNATIVAS

El tratamiento convencional estaría basado en un proceso biológico aerobio para eliminar la materia orgánica disuelta, que es aproximadamente el 70% de la materia orgánica total.

No obstante, previamente al proceso biol√≥gico ser√≠a conveniente desbastar el agua mediante un tamiz rotatorio, de 1-2 mm de tama√Īo de paso, y retirar las grasas presentes.

Las grasas dificultan en gran medida el proceso biológico, por lo que es conveniente separarlas con anterioridad. Las grasas reducen la velocidad de disolución del oxígeno en el agua y forman una capa sobre la superficie de la biomasa reduciendo así la transferencia de oxígeno disuelto a la biomasa.

Las grasas se separan del agua por flotación mediante la adición de finas burbujas de aire, que ayudarán a las partículas de grasa a alcanzar la superficie con mayor velocidad. Las grasas, una vez separadas del agua y concentradas, se gestionan externamente (incineración).

A continuación, las aguas se tratan biológicamente mediante un sistema que permita la eliminación de nutrientes. Después de una decantación secundaria las aguas ya pueden ser vertidas, mientras que los lodos separados deberán ser espesados, deshidratados y gestionados externamente.

Estos lodos deberán ser estabilizados, mediante un proceso de compostaje, de digestión anaerobia, de secado térmico, etc.

Otra opción de tratamiento, más novedosa que el proceso biológico aerobio, es la transformación de la materia orgánica de las aguas residuales en biogás mediante un sistema anaerobio tipo UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket).

Los procesos biológicos anaerobios son más eficaces y económicos cuando el afluente dispone de una elevada concentración de compuestos orgánicos biodegradables. En relación al proceso biológico se consume menos energía y además se produce biogás, el cual se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante un proceso de cogeneración.

Asimismo, la producción de fangos es considerablemente inferior en los sistemas anaerobios. En un reactor UASB el afluente se alimenta por la parte inferior.

√Čste atraviesa un manto de fango decantado en la base del reactor en sentido ascendente y accede a la zona donde se lleva a cabo la digesti√≥n. Por la parte superior se retira el efluente tratado y el biog√°s generado. Este tipo de reactores son muy compactos, ocupan poco espacio, presentan bajos costes de operaci√≥n y consiguen muy buenos porcentajes de eliminaci√≥n de DBO (superiores al 95%).

Otra alternativa, más innovadora y que aporta también muy buenos resultados a escala laboratorio y piloto, es la electrocoagulación. Los estudios realizados hasta el momento demuestran que se pueden conseguir muy buenos resultados de eliminación de materia orgánica a unos costes de explotación mucho más bajos que mediante las tecnologías convencionales.

RESUMEN

El sector de la industria láctea es uno de los básicos y más importantes para la alimentación humana. A efectos medioambientales, el consumo de agua es elevado y los tratamientos de los efluentes generados son complejos, especialmente por su elevado contenido en grasas, DQO y nitrógeno; sin embargo, las buenas prácticas en las fábricas y la utilización de tecnologías como el tratamiento biológico anaerobio con generación de biogás, la ultrafiltración y el secado de fangos con evaporación, permiten optimizarlas.

Bibliografía e información obtenida en Internet

http://www.fao.org/dairy-production-products/socio-economics/social-and-gender-issues/es/

https://www.consalud.es/estetic/nutricion/la-leche-beneficiosa-o-perjudicial_51457_102.html