Nitrógeno y fósforo en el efluente de un proceso de una industria productora de concentrados para bebidas. Viabilidad de la introducción de procesos de minimización

Abstract

La industria en la que se realizó el proyecto se dedica a la elaboración de concentrados para base de bebidas; cuenta con cuatro diferentes procesos productivos que se dividen en: elaboración para base de bebidas líquidas saborizadas, base de bebidas líquidas no saborizadas, producto semiterminado y base de bebidas sólidas. En ambos procesos productivos se generan aguas residuales, que se dirigen hacia una planta de tratamiento. La empresa cumple con las concentraciones máximas permitidas de los parámetros fisicoquímicos correspondientes, según el Decreto N O 26042-MINAE (reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales), pero no está cumpliendo con los parámetros de la compañía en las concentraciones de fósforo y nitrógeno, parámetros que son encuentra en la regulación local. Se inició con la revisión del proceso productivo y de las materias primas empleadas en cada uno de los procesos. Se realizó una lista de las materias primas que aportan carga contaminante de fósforo y nitrógeno en las aguas residuales y las cantidades compradas por mes. De esta investigación se determinó que el mayor aporte de carga contaminante de fósforo proviene del ácido fosfórico y del caramelo; y el mayor aporte de carga contaminante de nitrógeno proviene de la cafeína. Se identificaron las fuentes de generación de las aguas residuales con carga contaminante de fósforo y nitrógeno, obteniendo como principales fuentes de generación el área Ll (laboratorio de aseguramiento de calidad), C2 (cuarto base para bebidas l), C4/C5 (Cuarto de llenado), C7 (cuarto de preparación de producto semiterminado). Posteriormente, se caracterizaron las aguas residuales generadas en los cuartos y en el laboratorio de aseguramiento de calidad y se determinó el volumen generado por mes; además se midió el caudal generado en cada uno de los cuartos de producción. Luego de analizar cuáles fueron las fuentes de contaminación se propusieron medidas correctivas para reducir pérdidas y usos inadecuados del fósforo y nitrógeno, para disminuir los derrames y desechos de materias primas manipulados por el personal de la empresa. Además de estos aspectos, se modificaron los procedimientos de muestreo y lavados de los tanques de producción ahorrando 275 L de agua. Luego se escogieron las aguas residuales que dan mayor aporte de carga contaminante de fósforo y nitrógeno, priorizando las fuentes de agua residual de los cuartos C2 y C4/C5 tomando en cuenta dos parámetros: una mayor carga contaminante y la frecuencia de generación de aguas residuales. Con esta agua residual se implementó un plan de recolección de agua residual proveniente de estos cuartos con el objetivo de que se reduzca el nivel de impacto en la planta de tratamiento de aguas residuales y realizar así una recuperación de fósforo y nitrógeno en el agua residual con mayor concentración (meta de recuperación del 90%). Además, se tomaron medidas correctivas para reducir pérdidas y usos inadecuados del fósforo y nitrógeno tales como: l. Determinar el volumen para el muestreo y análisis de materias primas, producto terminado y semiterminado (modificación de procedimiento CC-LA-3012). 2. Mejora en el proceso de descarga del ácido fosfórico y caramelo. 3. Disminuir el consumo de agua para el lavado de tanques. 4. Campañas para introducir el manejo de materias primas y producto terminado/semiterminado. Con el agua residual recolectada se hicieron pruebas de floculación-coagulación a nivel de laboratorio y empresa empleando una dosis de 3,3 g de cloruro de calcio, 0.5 mL de coagulante (7786 Nalclear) y 0,15 ml. de hidróxido de sodio, por cada litro de agua residual, proceso que permite remover un 97,4% de fósforo y un 90% de nitrógeno, cumpliendo de esta manera con los parámetros corporativos. También se hizo una encuesta a cuatro industrias: dos del sector agrícola y dos del sector de bebidas (alcohólicas y no alcohólicas), de las cuales tres están interesadas por el agua residual sin tratamiento o los lodos obtenidos del proceso de floculación-coagulación. Se hizo una análisis financiero del sistema de recuperación de aguas residuales con carga contaminante de fósforo y nitrógeno utilizando dos escenarios (con la compra de equipos y contratación de personal externo y sin compra de equipos y uso de mano de obra interno) propuesto para la empresa, él indicó requerir una inversión de capital fijo de $5 826,72 (calculado mes junio 2007), el cual abarca los costos directos (materiales y equipos totales) y costos indirectos (mano de obra total y eventualidades). Además, se hizo un análisis de los ahorros mensuales al aplicar el sistema de recuperación de las aguas residuales con alto contenido de fósforo y nitrógeno generados por este proyecto el cual abarca un costo de $191,24 /mes, en el que se incluye dos aspectos de ahorro, la mejora en el tiempo de producción y el tratamiento de aguas residuales externo.

The industry in which the project was carried out is dedicated to the production of concentrates for beverage bases; It has four different production processes that are divided into: preparation for flavored liquid beverage base, unflavored liquid beverage base, semi-finished product, and solid beverage base. In both production processes wastewater is generated, which is directed towards a treatment plant. The company complies with the maximum permitted concentrations of the corresponding physicochemical parameters, according to Decree No. 26042-MINAE (regulation for Discharge and Reuse of Wastewater), but it is not complying with the company's parameters in the concentrations of phosphorus and nitrogen, parameters that are found in the local regulation. It began with the review of the production process and the raw materials used in each of the processes. A list of raw materials that contribute polluting load of phosphorus and nitrogen in wastewater and the amounts purchased per month was made. From this investigation it was determined that the greatest contribution of phosphorus contaminant load comes from phosphoric acid and caramel; and the largest contribution of nitrogen pollutant load comes from caffeine. The sources of generation of wastewater with a polluting load of phosphorus and nitrogen were identified, obtaining as main sources of generation the area Ll (quality assurance laboratory), C2 (base room for beverages l), C4/C5 (Bedroom filling), C7 (preparation room for semi-finished product). Subsequently, the wastewater generated in the rooms and in the quality assurance laboratory was characterized and the volume generated per month was determined; In addition, the flow generated in each of the production rooms was measured. After analyzing the sources of contamination, corrective measures were proposed to reduce losses and inappropriate uses of phosphorus and nitrogen, to reduce spills and waste of raw materials handled by company personnel. In addition to these aspects, the sampling and washing procedures of the production tanks were modified, saving 275 L of water. Then, the wastewater that gives the highest contribution of phosphorus and nitrogen pollutant load was chosen, prioritizing the sources of wastewater from rooms C2 and C4/C5 taking into account two parameters: a higher pollutant load and the frequency of wastewater generation. . With this wastewater, a wastewater collection plan from these rooms was implemented with the aim of reducing the level of impact in the wastewater treatment plant and thus recovering phosphorus and nitrogen in the wastewater with higher concentration (90% recovery goal). In addition, corrective measures were taken to reduce losses and inappropriate uses of phosphorus and nitrogen, such as: l. Determine the volume for the sampling and analysis of raw materials, finished and semi-finished products (modification of procedure CC-LA-3012). 2. Improvement in the discharge process of phosphoric acid and caramel. 3. Reduce water consumption for tank washing. 4. Campaigns to introduce the management of raw materials and finished/semi-finished products. With the collected residual water, flocculation-coagulation tests were carried out at the laboratory and company level using a dose of 3.3 g of calcium chloride, 0.5 mL of coagulant (7786 Nalclear) and 0.15 ml. of sodium hydroxide, for each liter of residual water, a process that allows the removal of 97.4% phosphorus and 90% nitrogen, thus complying with corporate parameters. A survey was also made to four industries: two from the agricultural sector and two from the beverage sector (alcoholic and non-alcoholic), of which three are interested in untreated wastewater or sludge obtained from the flocculation-coagulation process. A financial analysis of the wastewater recovery system with a polluting load of phosphorus and nitrogen was made using two scenarios (with the purchase of equipment and hiring of external personnel and without the purchase of equipment and use of internal labor) proposed for the company. , he indicated requiring a fixed capital investment of $5,826.72 (calculated in June 2007), which includes direct costs (total materials and equipment) and indirect costs (total labor and eventualities). In addition, an analysis of the monthly savings was made by applying the wastewater recovery system with a high phosphorus and nitrogen content generated by this project, which covers a cost of $191.24 / month, which includes two aspects savings, improvement in production time and external wastewater treatment.