El agua como efluente.

Pocas cosas están tan de moda en los últimos tiempos como la preocupación por el medioambiente. Detrás de opiniones más o menos catastrofistas, se esconde una verdad ineludible: nunca la acción del hombre ha supuesto un cambio más acusado en el mundo que nos rodea, de ahí la preocupación por los residuos como uno de los agentes más peligrosos para el medio ambiente.

En general, el desarrollo de cualquier industria supone una alteración del entorno que la rodea, con unas consecuencias que serán, más o menos graves, dependiendo del tipo de actividad. Dentro del sector industrial, la industria agroalimentaria en general, no es de las que más contamina si la comparamos con otras industrias.

Como ya vimos en la unidad anterior, la industria procesadora de alimentos emplea grandes cantidades de agua. Esta agua, tras su uso en las industrias, va a convertirse en un efluente, es decir, en un residuo que debe abandonar la planta con un contenido en contaminantes lo más bajo posible. Este tipo de residuos presenta una serie de características comunes como son: el gran volumen, la generación de materia orgánica y sales y, finalmente, la ausencia de residuos tóxicos, al menos, en grandes cantidades.

Los vertidos de las industrias alimentarias pueden ser contaminantes en función de muchos aspectos, según sean estos podemos clasificarlos en:

1. Los que contaminan por sus efectos físicos. Sus efectos más acusados son los siguientes:
   1. El aporte de calor de las aguas vertidas tras procesos de escaldado o cocción, que afecta a la vida acuática y la solubilidad del oxígeno.
   2. Los olores y sabores que aportan diversas sustancias.
   3. La turbidez ocasionada por las partículas en suspensión procedentes de restos de alimentos principalmente.
2. Los contaminantes de naturaleza química inorgánica, como restos de detergentes y desinfectantes, por ejemplo, que causan alteraciones como:
   1. La acidez que producen estos residuos en los cauces de vertido.
   2. La alcalinidad provocada por grupos químicos como carbonatos y bicarbonatos.
   3. La presencia de sales nutritivas que causan desequilibrios en las plantas de las aguas dulces.
3. Los que deben su acción contaminante a los productos químicos orgánicos.
   1. En este grupo deben destacarse aceites y grasas que consumen oxígeno y forman espumas en los sistemas de depuración.

Si alguna vez has visto un colector de aguas verter al río, habrás podido sentir sus efectos poco agradables, como la formación de espumas o los olores; en el caso de las industrias alimentarias el efecto es variable, por lo que vamos ha hacer un repaso de las industrias más relevantes.

1. Industrias aceiteras. El principal vertido contaminante se denomina alpechín y es el residuo no graso que se separa, por sedimentación o centrifugación, en la extracción del aceite. Las aceitunas pueden llegar a perder hasta un 50 % del fruto en forma de alpechín. En España el volumen de alpechín durante las décadas 70 y 80 fue de un millón de toneladas. Este vertido se caracteriza por una altísima carga de materia orgánica, lo que supone un efecto enorme de desoxigenación del agua, que trae consigo la muerte de muchos peces.
2. Fabricación de conservas vegetales. Los residuos sólidos presentes en este tipo de efluentes son, sobre todo, recortes y pieles de frutos, huesos y tierra. Esto supone entre un 40 y un 75 % del total tratado según la materia prima. Estos restos más gruesos se pueden separar y dejar un líquido que contiene agua, sólidos en suspensión, y sólidos disueltos. Suelen tener una alta concentración de materia orgánica. Si el pelado se realiza con agentes químicos, aparecen sustancias como la sosa, que alcalinizan el vertido.
3. Industrias azucareras. Las aguas residuales procedentes de estas industrias contienen partículas de tierra, azúcares, aminoácidos, proteínas, jugos, espumas procedentes del uso de cal y amoníaco. El agua tiene una elevada salinidad, así como un elevado contenido en sustancias reductoras que impiden la oxidación de la materia orgánica por medios naturales.
4. Industrias vínico-alcoholeras. Las aguas residuales están compuestas por los mismos productos que el vino, aunque en proporción diferente. Contienen ácidos, alcoholes, azúcares residuales y colorantes, entre otros. Los más problemáticos son los taninos y las sustancias colorantes. Son tóxicos para la fauna acuática y deben ser eliminados antes de que las aguas residuales que los contienen sean vertidas a los cauces de agua. Además, pueden aumentar la temperatura y colorear los lechos fluviales.
5. Industrias cerveceras. Los compuestos vertidos se asemejan a los de una industria vinícola, aunque la salinidad puede ser mayor. En esta industria los residuos sólidos son abundantes pero se separan fácilmente en la propia planta, pudiéndose destinar a otros usos como la levadura de la imagen que puede ser aprovechada.
6. Industrias cárnicas. Las aguas residuales contienen los efluentes procedentes de las salas de sacrificio, triperías y las aguas de lavado de establos y de instalaciones diversas. Los vertidos tienen en su composición materias sólidas en suspensión, grasas, nitrógeno y otras sales. La carga orgánica es elevada. Estas aguas sufren una rápida putrefacción, lo que provoca la aparición de olores nauseabundos.
7. Industrias lácteas. Los vertidos pueden tener un origen diverso como, por ejemplo: limpieza, lavado de mantequilla, vertidos accidentales, residuos de leche y subproductos, y condensación de vapores, entre otros. Los vertidos residuales se componen de agua, leche y subproductos. Contienen materia orgánica que produce ácido láctico y origina la precipitación de la caseína y otros compuestos. El pH es bajo y pueden tener gérmenes patógenos como el bacilo de la tuberculosis.

Las dos palabras del título de este apartado no pueden estar más relacionadas, si aprovechamos algo que estaba destinado a la basura, estamos ahorrando, parece claro, ¿verdad? Este principio, muchas veces olvidado por las industrias, puede rendir buenos frutos: reciclar y reducir es rentable.

Por ello, una vez visto el tipo de industrias y de residuos a los que nos enfrentamos, vamos a hablar de su posible reutilización. Habrá que tener en cuenta, tanto los residuos primarios, como los residuos que resulten de las operaciones de tratamiento aplicadas en la planta. Algunas de esas técnicas las vimos en la unidad pasada y pueden ser la centrifugación o la decantación, por ejemplo.

Industrias cárnicas. Se recuperan derivados de materia prima, entre los más importantes se encuentran:

Grasas: se recuperan mediante separadores de grasas para su posterior uso en la fabricación de jabones o de grasas técnicas. Así, en un buen matadero, la cantidad de grasas en las aguas residuales no debe pasar el 1 %.

Sangre: se obtienen de 4 a 6 litros en los cerdos y se transforma en proteína, sangre desecada o polvo de sangre.

Pelos, huesos y cuernos: son triturados para la mezcla con otros productos de cara a su uso como abonos, harinas o para la confección de cepillos. Su recuperación es sencilla.

Industrias lácteas. El principal vertido con posibilidad de recuperación es, sin duda, el lactosuero, que se genera en grandes cantidades y carece de un medio fácil de reutilización aunque sus salidas son muchas. Puedes ver una imagen a la derecha.

Entre otras, puede ser utilizado como fertilizante o como suplemento alimenticio. Económicamente, esta última salida es la más interesante por lo que, para reducir costes, se trata en la propia planta. El tratamiento consiste en una concentración del extracto seco de un 6 a un 50 %; posteriormente se aprovecha para su destino posterior, fundamentalmente en alimentación animal y humana, pues sus proteínas son de alto valor biológico.

El resultado del reciclado del suero en otros productos más útiles es una reducción de la materia orgánica en un 90 %, y la recuperación de parte de la inversión al comercializar un producto de alto valor biológico, similar al del huevo.

Industrias conserveras. Vamos a tomar como ejemplo una industria que transforma patata en puré deshidratado y patatas chips. Los vertidos procedentes de la fabricación tienen restos de patata y granos de almidón que se pueden reciclar antes de su vertido.

Para separar primeramente peladuras, cortes, y trozos de patata, se pasan las aguas residuales por una batería de filtros de malla muy fina. Seguidamente se pasan por dos separadores donde se recuperan los granos de almidón y las partículas finas que se han eliminado en el pelado por abrasión. Estos residuos se deshidratan y se comercializan como alimento animal. Como resultado se ha eliminado la carga orgánica en más de un 95 % y toda la materia en suspensión.

Fabricación de levaduras. Se recuperan potasio y proteínas en la fabricación de levadura de panadería y cervecería a partir de melazas. Las aguas residuales contienen jugos procedentes de la preparación de las levaduras con fuertes contenidos en sólidos en suspensión y materia orgánica.

Se puede concentrar el jugo del 5 al 75 % de extracto seco. Se separa el potasio en forma de sulfato cristalino, se seca y se comercializa para la fabricación de fertilizantes. El líquido que resta tras la separación del sulfato potásico, con buen contenido en proteínas, se destina a la alimentación animal una vez desecado parcialmente.

Puede que alguna vez te hayas preguntado cómo es posible que no hace tantos años se pudiera beber agua de algunos ríos o, al menos, cocinar con ella sin grandes problemas, cuando ya existían los vertidos humanos. La respuesta es sencilla: los ríos tienen sus propios mecanismos de depuración, lo que ocurre es que la producción actual de residuos no deja que esa autodepuración siga su curso. La naturaleza puede reciclar una parte de la materia orgánica sin que los efectos sean demasiado notorios.

Los sistemas de depuración de aguas residuales suelen reproducir, en un espacio y tiempo mucho más reducidos, las condiciones de los sistemas naturales que incluyen tres tipos de procesos, algunos ya conocidos por nosotros:

1. Procesos físicos: sedimentación, decantación y filtración.
2. Procesos químicos: fundamentalmente la oxidación de la materia orgánica y la precipitación.
3. Procesos biológicos: transformación de la materia orgánica por parte de microorganismos como las bacterias, algunas algas y protozoos.

Aunque la industria alimentaria puede realizar alguno de estos tratamientos, de cara a reducir el impacto ecológico de sus vertidos, lo normal es que sean las Estaciones de Depuración de Aguas Residuales, abreviadamente EDAR, las que se encarguen de todo el proceso, por lo que nosotros estudiaremos la secuencia de operaciones como sucede en estos lugares.

Las operaciones se suelen agrupar en tres grandes grupos, que pueden se cuatro si incluimos un pre-tratamiento.

1. Tratamiento primario: eliminan materia insoluble, sobre todo orgánica, y suelen ser procedimientos físicos.
2. Tratamiento secundario: están encaminados a la reducción de materia orgánica, eliminando la materia disuelta y suspendida. Son tratamientos biológicos en los que bacterias aerobias reducen la materia orgánica mientras que las bacterias anaerobias eliminan el nitrógeno orgánico, entre otras reacciones. Se producen masas importantes de bacterias, denominadas fangos, que deben tratarse a su vez.
3. Tratamiento terciario: engloba distintos procesos físicos, químicos y biológicos, destinados a reducir la carga de contaminantes de todo tipo. Dicho esto, debemos evitar pensar que el objetivo es producir agua potable. Se trata de eliminar aquellas sustancias perjudiciales antes de verter al cauce.

Tienes un esquema de una estación depuradora en la imagen siguiente que puedes ampliar.

Como ya mencionamos en el apartado anterior se puede diferenciar entre el pre-tratamiento y el tratamiento primario, pero dado que ambos eliminan restos más o menos gruesos, y utilizan procedimientos físicos, los vamos a ver juntos.

Puedes ver un ejemplo en el siguiente esquema.

En este apartado se eliminan componentes como:

1. Cuerpos y materiales flotantes. Se van a eliminar con rejillas o cribas. La separación entre las barras separadoras es variable pero oscila entre 50 mm. y 250 mm. Después de esta operación se pueden triturar o compactar los residuos separados.
2. Arenas. Se consideran como tales aquellos sólidos, normalmente inorgánicos, que no van a poder eliminarse por depuración biológica; es decir, mediante el tratamiento secundario, a través de bacterias. Suelen tener una densidad mayor que la materia orgánica por lo que sedimentan fácilmente. Para que se pueda producir esta sedimentación las aguas se hacen pasar por cámaras de desarenado, donde gracias a una velocidad muy lenta, conseguimos que se depositen en el fondo.
3. Grasas y aceites. En este caso el fenómeno es el contrario; estos materiales son menos densos que el agua por lo que flotan y pueden eliminarse por un rebosadero. Para favorecer esta operación se puede airear el caudal de agua lo que facilita la separación de la grasa. Si luego se reduce la velocidad el aceite tiende a subir a la superficie.
4. Sólidos orgánicos sedimentables. Tenemos partículas finas que no sedimentan tan fácilmente como la arena y que además pueden ser degradadas por los tratamientos biológicos, por lo que es mejor sedimentarlas en un equipo diferente; suelen llamarse clarificadores, y producen unos lodos con mucha humedad y características muy desagradables como mal olor y presencia de posibles patógenos. Este resto suele mandarse a la depuración anaerobia en forma de fangos.

Llegados a este punto hemos eliminado mucha porquería de nuestra agua, pero aún es pronto para cantar victoria, nos falta eliminar todo lo que no es sedimentable o no flota y asegurarnos la ausencia de elementos peligrosos para la salud pública.

Por ello vamos a aplicar los tratamientos secundarios, que además de incluir alguna operación física o química, son, sobre todo, operaciones biológicas.

1. Decantación y sedimentación. ¿Cómo es que tratamos aquí esta operación si hemos dicho que vamos a eliminar sólidos no sedimentables? Muy sencillo, recordarás de la unidad de trabajo anterior que podemos forzar la sedimentación de estas partículas añadiendo unos aditivos llamados floculantes y coagulantes. No volveremos a repetir lo dicho allí, tan solo recordarte que su función es hacer que los sólidos suspendidos formen partículas mayores para favorecer su sedimentación y separación.
2. Depuración biológica. Se pueden encontrar varias formas de hacerlo.
   1. Lagunas de oxidación. Son grandes depósitos donde se realiza la descomposición de la materia orgánica por parte de microorganismos aerobios en la superficie y anaerobios en el interior. Dan un rendimiento escaso y tienen el problema añadido de la formación de algas, que también son materia orgánica. Se usan muy poco por sus inconvenientes aunque representan la alternativa más sencilla.
   2. Lechos bacterianos. Son sistemas donde las bacterias encargadas de la descomposición están sobre un material inerte, como piedras o plásticos, por donde resbala el agua residual produciéndose la depuración de la materia orgánica. Tienen el inconveniente de que la película de agua debe ser fina por lo que no sirven para volúmenes elevados de agua. En algunos casos las bacterias se pueden disponer sobre dispositivos móviles.
   3. Fangos activos. Son, sin duda, la forma más habitual de realizar esta operación. Consisten en un tanque aireado en el que se encuentran las bacterias encargadas de la digestión de la materia orgánica, en forma de lodos. Por el tanque circula el agua residual, las bacterias transforman la materia orgánica en CO₂ y H₂O, además de producir nuevos microorganismos. Se debe airear el tanque para proporcionar oxígeno a las bacterias y agitar el conjunto para homogeneizar el contenido.

En la imagen siguiente podemos ver un sistema de aireación para aguas residuales en el fondo de un tanque vacío.

A través de la serie de tubos que puedes ver en la imagen se puede airear el agua residual para favorecer su oxidación.

Si nos paramos a pensar un poco, nada de lo que hemos comentado anteriormente nos induce a pensar que el trabajo está terminado, de hecho, hablamos de algo tan poco "limpio" como fangos activos para depurar el agua.

En este último bloque de tratamientos se van a eliminar diversos compuestos indeseables como:

1. Contaminantes orgánicos disueltos, muy peligrosos desde el punto de vista de la salud. En este apartado se engloban bacterias y virus, microorganismos causantes de enfermedades como la tuberculosis, disentería, hepatitis, diarreas y otras tan peligrosas o más que éstas. Para eliminar estos contaminantes se pueden usar técnicas como la desinfección con cloro u ozono, que ya conocemos, seguida de la adsorción sobre carbón activo. Otras técnicas usadas para desinfectar, aunque menos frecuentes, pueden ser el tratamiento con radiaciones ultravioleta, por ejemplo.
2. Compuestos inorgánicos. Es necesario eliminar estos compuestos ya que son nutrientes de las plantas acuáticas y pueden alterar el equilibrio natural causando, entre otros problemas, la eutrofización. Se trata de un crecimiento elevado de la vida de las aguas, sobre todo plantas que aumentan la materia orgánica y disminuyen el cauce dificultando la autodepuración natural. Para eliminar estas sustancias se puede optar por las siguientes técnicas:
   1. Resinas intercambiadoras de iones. Recordamos que este apartado ya lo vimos en los tratamientos finales de potabilización, consiste en hacer pasar el agua por un sistema que cambia los compuestos problemáticos por otros más inocuos en función de sus cargas eléctricas.
   2. Ósmosis inversa. Consiste en forzar al agua a tratar a pasar, bajo presión, a través de una membrana semipermeable. Dicha membrana solo permite el paso de agua, por lo que los contaminantes son retenidos y el agua producida es pura.

      En la imagen puedes ver cómo conseguimos, en la parte derecha del diagrama, que fluya agua pura a través del filtro, que retiene las sustancias disueltas. Esta operación necesita aplicar alta presión para conseguir invertir el flujo natural del agua (en la parte izquierda) que es de la zona más diluida a la concentrada.

      
   3. Electrodiálisis. Esta técnica se basa en la propiedad de las sales de un agua residual para, en función de su carga, emigrar hacia el polo positivo o negativo de una corriente eléctrica. Es una técnica cara comparado con las anteriores.
   4. Neutralización y precipitación. En algunos casos, para eliminar algunos metales potencialmente peligrosos, es necesario neutralizar el pH a un valor cercano a 7 para que estos metales precipiten formando un sólido fácilmente removible. Para ello se pueden usar sustancias como cal, o ácidos como el sulfúrico.

Si el agua está limpia, te estarás preguntando, qué queda por hacer; muy sencillo, en la depuración usando bacterias como fangos activos se generan más bacterias y otros residuos que hay que estabilizar. En algunos cálculos se considera que esta fase se lleva el 30 ó 40 % del coste de depuración, siendo sólo un 4-5 % del volumen del residuo.

Depuración de fangos. Aunque muchas de esas bacterias que crecen al degradar la materia orgánica, se pueden usar nuevamente para depurar, es necesario eliminar una parte, es decir, realizar una purga, para ello se someten estos restos, llamados fangos, a varios procesos para eliminar un compuesto especialmente problemático.

1. Concentración. Lo primero es reducir el volumen a tratar ya que el contenido en sólidos es escaso, y son éstos los que debemos someter al ataque bacteriano. Para ello se usan sistemas físicos como los ya vistos: filtración, sedimentación o flotación.
2. Fabricación de compost. Si el volumen lo permite, podemos fabricar abono orgánico con estos restos ricos en materia orgánica.
3. Digestión anaerobia. En esta etapa se someten los fangos a diversas reacciones llevadas a cabo por microorganismos. Comprenden varias etapas, pero lo importante es saber que al final se obtienen gases como dióxido de carbono y metano. Estos gases se pueden emplear como fuente de energía, normalmente en la propia depuradora, para producir energía eléctrica, agua caliente o calefacción, haciendo más rentable el proceso.

En la imagen siguiente puedes observar los depósitos de gas típicos de esta fase.

La verdad es que este apartado podría haber ido al principio, la ventaja es que ahora sabes mucho sobre aguas residuales y comprenderás mejor por qué estos parámetros son importantes y podrías ayudar a Paloma sin problemas.

Entre los parámetros que se pueden medir para decir lo contaminada o no que está el agua, podemos encontrar los que a continuación vamos a exponer. Hemos relacionado aquellos importantes y los que, por su sencillez, pueden ser realizados sin grandes conocimientos de química.

1. Temperatura. Ya reseñamos que la temperatura alta es una forma de contaminación que afecta a la vida acuática, pero, además es clave para que se disuelva el oxígeno. A mayor temperatura tendremos menor oxidación de la materia orgánica. Se mide fácilmente y es imprescindible porque afecta a otras variables, por lo que se debe medir siempre.
2. Turbidez. Es un parámetro que da una idea de cómo la luz es dispersada o absorbida por las materias suspendidas en el agua. El aspecto lechoso del agua, debido a arcillas o microorganismos, es perjudicial e indeseable. Se mide fácilmente con un turbidímetro.
3. pH. La medida del pH es clave para saber las reacciones químicas que van a poder darse en el agua, como las de floculación, así como el crecimiento bacteriano, normalmente restringido a valores entre 6 y 8. Se mide con papel tornasol mediante una escala de color, o, como puedes ver en la imagen, con un pHmetro.
4. Demanda de oxígeno. Es un parámetro importante ya que nos da una idea de la materia orgánica biodegradable, es decir, que puede ser consumida por las bacterias. Para ello se calcula un valor conocido como DBO, o Demanda Biológica de Oxígeno, que consiste en medir el oxígeno consumido por la materia orgánica en un recipiente incubado a 20 ºC durante cinco días, aunque se puede calcular a los veinte días. Para calcular la materia orgánica no biodegradable necesitamos calcular el total de compuestos orgánicos, para ello se utiliza la DQO o Demanda Química de Oxígeno, que se calcula oxidando la materia orgánica de la muestra con un compuesto químico oxidante. Este parámetro mide el total de materia orgánica oxidable, por lo que si al la DQO le restamos la DBO obtenemos la materia orgánica no biodegradable.
5. Conductividad eléctrica. Es una medida indirecta de la cantidad de sales que tiene un agua residual, ya que las partículas cargadas conducen el impulso eléctrico. Se determina de forma instrumental por medio de un conductímetro.
6. Parámetros sensoriales. Son los que percibimos a través de los sentidos, en algunos casos el olor, color o sabor de la muestra nos puede dar mucha información.

Para acabar este tema sobre las aguas como efluente en la industria alimentaria, vamos a dar unas breves pinceladas sobre la legislación que deben cumplir. No desdeñes la importancia de conocer la legislación del sector en el que vas a trabajar, puede evitar muchas sorpresas desagradables, ya que el desconocimiento no exime de su cumplimiento.

De forma general debemos comenzar diciendo que la legislación aplicable a los vertidos líquidos es compleja, por su número y por la dificultad que conlleva el aplicar, en cada ciudad o Comunidad Autónoma, todas las disposiciones legales vigentes en cada momento.

El principio que sustenta la mayor parte de las normas legales es el de penalizar las actividades contaminantes mediante requisitos duros para autorizar vertidos, o el pago de una cantidad en función del nivel de residuos. Veamos algunas leyes.

Texto Refundido de la Ley de Aguas. Aunque algunos puntos datan de 1985, numerosas modificaciones han reformado esta ley. En su artículo 113 se trata sobre el canon de control de vertidos, que grava los mismos con una tasa destinada al estudio, control, protección y mejora del medio receptor de cada cuenca hidrográfica.

Esta tasa depende de factores como el volumen de agua residual autorizado y un coeficiente que modula el precio. Dicho coeficiente depende de:

1. Carga de contaminantes.
2. Tipo de industria o naturaleza del vertido.
3. Tipo de tratamiento que se haga.
4. Calidad de la cuenca de vertido.

Real Decreto 606/2003, de 23 de mayo. Hace referencia a características de la actividad causante del vertido, localización exacta del punto donde se produce el vertido, parámetros contaminantes del vertido y descripción de las instalaciones de depuración y evacuación del vertido, entre otros aspectos.

Real Decreto 995/2000, de 2 de junio. Es importante dado que en él se fijan objetivos de calidad para determinadas sustancias contaminantes.