Gestión integral del agua en industrias alimentarias

1

Jornada sobre renovación de las declaraciones de producción de aguas residuales

correspondientes al Canon de Saneamiento por usos industriales del agua

CAMPAÑA 2014

Valencia, 9 Abril 2014

Jornada: Canon de saneamiento por usos industriales del agua

Valencia, 9 Abril 2014 l www.ainia.es2


Valencia, 9 de abril 2014

Gestión Integral del Agua en Industrias Alimentarias: Técnicas de análisis y muestreo para el control

de vertidos

Javier Claros, Mireia FiterDepartamento de Medio Ambiente, Bioenergía e Higiene Industrial

Vicente CarbonellDepartamento de Análisis Químico



1. Introducción2. Actividades de ainia en materia de aguas3. Caracterización de corrientes líquidas residuales industriales.

Índice de contenidos



La producción de aguas residuales constituyen el aspecto medioambiental más relevante de la industria alimentaria.

1. Introducción

Los efluentes pueden clasificarse según su origen, en aguas de:

•PROCESO. Acondicionado de materias primas, transporte de productos, tratamientos térmicos de conservación, etc.

•LIMPIEZA y DESINFECCIÓN. Máquinas, equipos, herramientas, tuberías, mesas, paredes y suelos, etc.

•SERVICIO. Aguas de refrigeración, purgas de calderas, regeneración de intercambiadores, etc.

•SANITARIAS. Duchas, aseos, lavabos, etc. Similares a las aguas domésticas.



En general, las aguas residuales de la industria agroalimentaria presentan:

• Gran variabilidad: Las características de las aguas residuales son muy variables a lo largo de la jornada laboral en caudal y carga en función de las operaciones de proceso y limpieza que se estén ejecutando. Variabilidad por Variabilidad por campacampaññas de produccias de produccióón.n.

• Elevados volúmenes de aguas residuales

• Contaminantes típicos:• Contaminación Orgánica: Sólidos en suspensión y sólidos orgánicos disueltos, azúcares, aceites y grasas, detergentes, contaminantes específicos (sangre, leche, etc.). Es una corriente con alta biodegradabilidadEs una corriente con alta biodegradabilidad.

• Sólidos en Suspensión: Arena, piedras, restos de materias primas, productos de rechazo,…

• A menudo pH extremos (ácidos / alcalinos) y presencia de nutrientes (P y N), espumas detergentes, desinfectantes.

Antes de planificar un programa de muestreo, deben considerarse las características específicas de la industria

1. Introducción



1. Introducción

Vertidos

Límites de vertido:

• Posibles sanciones por incumplimiento• Posible clausura de actividad

Canon de vertido:

Mayor coste cuanto más agua se consume y más contaminada está

La empresa debe:

Adoptar estrategias de actuación frente al problema.

MinimizaciónGestión



1. Introducción2. Actividades de ainia en materia de aguas 3. Caracterización de corrientes líquidas residuales industriales.




ainia desarrolla un amplio abanico de actividades en torno a las aguas, al servicio de las empresas del sector y afines a través de estudios y proyectos de diverso alcance y grado de complejidad. Desde servicios de asesoría en torno al cumplimiento de requisitos administrativos en materia de aguas a proyectos de desarrollo de nuevos sistemas para la desinfección o eliminación de contaminantes.

• Asistencia en requisitos administrativos (canon, modelos de declaración, convalidación medioambiental, etc).

+ +

2. Actividades de ainia en aguas residuales



• Estudios de Gestión Integral de Agua en la Industria: minimización de consumos y de producción de aguas residuales. Opciones de reutilización y huella hídrica.

¿Es posible eliminar el uso de agua en la fuente?

¿Es posible reducir el consumo de agua?

¿Es posible reutilizar agua o agua residual?

¿Es posible recuperar o reciclar agua o agua residual?

¿Cuáles son los costes de tratamientoy gestión del agua residual?

No

No

No

No

Si

Mejora de la gestión del agua

¿Es posible eliminar el uso de agua en la fuente?

¿Es posible reducir el consumo de agua?

¿Es posible reutilizar agua o agua residual?

¿Es posible recuperar o reciclar agua o agua residual?

¿Cuáles son los costes de tratamientoy gestión del agua residual?

No

No

No

No

Si

Mejora de la gestión del agua




Mapa de corrientes

Análisis cualitativo

Análisis cuantitativo

Caja Negra (black box) Caja Gris (grey box) Caja Blanca (white box)

Balance de agua:

Mapa de corrientes




Mapa de corrientes




Balance de agua:

•• IdentificaciIdentificacióón de opciones de minimizacin de opciones de minimizacióón en el uso del aguan en el uso del agua•• IdentificaciIdentificacióón de opciones de reutilizacin de opciones de reutilizacióón.n.

• Estudios de Gestión Integral de Agua en la Industria: minimización de consumos y de producción de aguas residuales. Opciones de reutilización y huella hídrica.




• Estudios de caracterización (muestreo, análisis, caudales, etc)

- Sólidos totales- Sólidos en suspensión- Sólidos disueltos- Sólidos volátiles

ParParáámetros fmetros fíísicosico--ququíímicosmicos

- Amonio- Nitrógeno Kjeldahl Total (NKT)- Nitritos/Nitratos- Nitrógeno total (Nt) = NKT + Nitritos/Nitratos

- Fósforo total (Pt)- Fosfatos

- Conductividad- pH- OD, RedOx, Turbidez,...

- Metales pesados- Plaguicidas

- Coliformes fecales, coliformes totales, ...

ParParáámetros microbiolmetros microbiolóógicosgicos




Resultados pruebas interlaboratorio año 2013

-4

-2

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2

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Con

duct

ivid

ad

Con

duct

ivid

ad

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5

DBO

5

DBO

5

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DQ

O

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tota

l

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s en

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ón

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gen

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cal

NKT

NKT

pH

pH

Control de calidad de los ensayos

Entre - 2 y 2 : Resultado satisfactorio

Entre - 3 y 3 : Resultado cuestionable



LODOS DEPURADORALODOS DEPURADORA-- FANGOS ACTIVOSFANGOS ACTIVOS

Metales pesados y oligoelementos : Pb, Cd, Hg, Cr, K, P, Ca, Mg…

Sólidos totales y sólidos volátiles : Materia orgánica.

Ácidos grasos de cadena corta: acético, propiónico, butírico, valérico..

Relación C/N

Etc.



PLAGUICIDASPLAGUICIDAS

• Plaguicidas multiresiduo GC-MS (150)

• Plaguicidas multiresiduo HPLC-MS-MS (150)

• Plaguicidas multiresiduo (MSPD)

• Plaguicidas (clorados, piretroides y otros)

• Ditiocarbamatos

• Plaguicidas alimentación infantil

• Plaguicidas farmacopea

• Ditiocarbamatos

Reglamento (UE) nº 396/2005alimentos de origen vegetal y animal

DIRECTIVA 2006/125/CEalimentos infantiles

Ph. Eur. European Pharmacopoeiaproductos con propiedades medicinales

• Plaguicidas aguas GC-MS (42)ORDENANZAS MUNICIPALES

ORGANISMOS DE CUENCA



150 sustancias activas en 15 min de análisis cromatográfico



Applied Biosystems API 3200 LC MS/MS

Applied Biosystems API 3200 Q TRAP

Agilent 7000 GC-QQQ

Varian CP-3800 4000MS

ainia Laboratorio de cromatografía 10 HPLC 4 MS y 10 GC 5 MS



• Espectroscopía y técnicas básicas– ICP– Potenciometría– Gravimetría– Volumetría– Espectroscopía– IRMS (C, O, N)– Cromatografía iónica

Oferta del laboratorio Análisis Químico

• Cromatografía

– HPLC/PDA/FLUO/IR/...– HPLC-MS/MS– GC/FID– GC/MS Purge and Trap– GC/MS/MS

+ 700 SERVICIOS

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• Estudios de tratabilidad de aguas residuales (jar-test, respirometrías, etc)

• Diagnósticos del funcionamiento de depuradoras. Diseño de alternativas de optimización y planes de explotación.

• Regeneración de aguas depuradas y Vertido Cero.

• Proyectos de I+D+i: tratamiento de corrientes refractarias y tóxicas, eliminación de contaminantes específicos, y contaminantes emergentes, entre otros.

RecisalRegena




• Físico-Químicas convencionales: flotación, sedimentación, coagulación-floculación, centrifugación, secado.• Membranas: micro-, ultra-, nano-filtración, ósmosis inversa• Adsorción: carbón activo, alúmina activada,...• Ozono• Cavitación: ultrasonidos, cavitación hidrodinámica• Procesos de Oxidación Avanzada: Ozonización alcalina, O3+UV, O3+US, Fenton, cavitación hidrodinámica oxidativa ...• Procesos Biológicos: Fangos activados MBR, SBR, convencional.• Digestión Anaerobia (DA) de lodos de depuradora: convencional, DA oscura(biohidrógeno), DA en dos fases• Microalgas: Fotobiorreactor Tubular.• Pilas de Combustible Biológicas• Agua Supercrítica• Absorción

> Tecnologías




> Campos de aplicación• Estudios de tratabilidad de aguas residuales mediante procesos físico-químicos y/o biológicos aerobios/anaerobios. • Desinfección/reutilización de aguas depuradas.• Depuración de aguas residuales (N,P,...) con micro- macroalgas• Recuperación de nutrientes (N y P)• Tratamiento de salmueras residuales. • Eliminación de compuestos refractarios en las aguas (pesticidas, colorantes...).• Eliminación de contaminantes nuevos y emergentes en las aguas (disruptores endocrinos, fármacos,...).

• Pretratamientos lodos depuradora.• Desinfección lodos depuradora.• Ensayos de potencial producción de biogás (norma VDI 4630) de lodos depuradora.• Ensayos de codigestión anaerobia con lodos de depuradora.• Producción de biomasa algal con fines energéticos a partir de aguas residuales. • Producción de biohidrógeno a partir de residuos orgánicos. • Producción de bioelectricidad a partir de aguas residuales.




1. Introducción2. Actividades de ainia en materia de aguas3. Caracterización de corrientes líquidas residuales industriales.




• Concepto

• Medida del caudal

• Toma de muestras

• Otras mediciones y control integrado

• Prevención de riesgos

• Ejemplos

Evolución del vertido jornada del viernes

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Volumen Cond DQO

3. Caracterización de corrientes líquidas residuales industriales

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La caracterización debe permitir la determinación cualitativa y cuantitativa de las propiedades físicas, químicas y microbiológicas de la corriente líquida a través de un programa de muestreo lo más representativo del conjunto que considere los factores específicos de la empresa (variabilidad, naturaleza de las aguas, prácticas operativas, tipos de procesos) así como la finalidad de la información a obtener.

Cualitativa

Qué?

Cuantitativo

Cuánto?

Finalidad

Para qué??

Muestreo

Cómo? Cuando?

Físicos

Químicos

Microbiológicos

Caudal

Temperatura, etc

Conductividad

pH

DQO

Fósforo, etc.

m3/h

ºC

Coliformes fecales

E. Coli, etc

microS/cm

ud

mg O2/l

mg P/l

u.f.c

Autorizaciones

Autocontrol

Canon

Bases diseño EDARI

Explotación EDARI

etc.

•Periodo muestreo

•Número muestras

•Tipo de muestra

•Simple

•Compuesta

•Integrada

Proporcional t

Proporcional Q

Definición de un programa de caracterización

Concepto

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• Concepto





• Ejemplos


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27Área-velocidadUltrasonidos Sensor Sumergido Burbujeo

> Medida de caudal

La medida de caudal en canal abierto es la tecnología más utilizada en la caracterización de aguas residuales industriales.

Según medida del nivel del flujo:UltrasonidosBurbujeoSensor sumergido

Según medida de área-velocidad del flujo:DopplerElectromagnéticos


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Accesorios de un caudalímetro

Sensor

Anillo

Caudalímetro

Módemtelefónico

Posibilidad de monitorización on-line



> Medida de caudal




• Concepto





• Ejemplos


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Volumen Cond DQO




Tipos de muestras

• Muestra puntual

• Muestras compuestas: Una serie de muestras individuales tomadas con una frecuencia estipulada a lo largo de la jornada de trabajo:

a) Muestras en función del tiempo: tomadas a intervalos regulares de tiempo.

b) Muestras en función del volumen: tomadas a intervalos regulares de volumen.

c) Muestras en función del caudal: tomadas de forma proporcional al caudal circulante.

>Toma de muestras

El objetivo de un muestreo de aguas es recoger muestras que representen con precisión el cuerpo/matriz de las aguas que se muestrean.





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Volumen Cond DQO

>Toma de muestras

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Descripción de un tomamuestras automático

Controlador del tomamuestras

Bomba peristáltica

>Toma de muestras

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Brazo de distribución

Guía del tubo para compuestas

>Toma de muestras



Filtros de succión

Suction line

Pump

Distribution arm

No-Metálicas (A) para muestreos de flujos corrosivosPolipropileno (B) con deflector. Con peso para muestreosen general.Acero Inoxidable (C) para caudales.

>Toma de muestras



• Concepto





• Ejemplos


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Muestreos complejos

> Otras mediciones/control integrado

Otras medidas pueden ser necesarias “in situ”

Oxígeno disuelto pH Conductividad



• Concepto





• Ejemplos


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Atmósferas adversas – El registro o arqueta podría contener gases inflamables, tóxicos o carentes de oxígeno. Por ello puede ser necesario dispositivos de ventilación forzada.

Instalaciones deterioradas – Registros, accesos, escalerillas etc. pueden haber sufrido corrosión de forma que no soporten el peso de una persona.

Tráfico – El punto de muestreo puede estar ubicado en viales o en zonas de Paso de carretillas de la empresa. Señalizar la zona de muestreo y restringir el acceso o paso.

Caída de objetos.

Bordes cortantes

Heridas por elevación de cargas

En la planificación de un programa de muestreo debe prestarse atención en identificar previamente los posibles riesgos laborales que puedan existir en el lugar de muestreo, por ejemplo:

>Prevención de riesgos




Precauciones durante la toma de muestra:

•Casco, mono, impermeable, botas, guantes, arnés, protección ojos/cara, etc según requerido, calzado con punta de acero, etc

•No fumar

•Limpiar y desinfectar manos tras cada muestreo

•Realizar el muestreo en presencia de un representante de la empresa

>Prevención de riesgos




• Concepto





• Ejemplos


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Ejemplo de variabilidad en las características del vertido(Empresa de zumos de fruta. Muestras horarias durante 48 h. 2 TM)

>Ejemplos




Ejemplo de condiciones características en las propiedades del vertido(Empresa de pelado de frutos secos. Temperatura 75ºC)

44

Ejemplo de condiciones características en las propiedades del vertido(Empresa matadero de aves. Espumas durante turno de limpieza)

45

B A

Ejemplo situación compleja(Variabilidad, espumas, subcorrientes generales)




RECEPCTION

CUTTING-DEHULLING

SOAKING

CAUSTIC PEELING

WASHING

GRADING

SORTING

CANNING

STERILISATION / COOLING

(continuous process)

CLEANING

STERILISATION / COOLING

(Batch Autoclaves)

Ejemplo: caracterización vertido empresa melocotón en almíbar



Case Study 1

work time

Picos de Conductividad

regeneración de descalcificadores.




Case Study 1

work time

Picos de Temperatura

Descarga de autoclaves




work time

•Primer pico pH inicio de pelado alcalino

•2º pico descarga de solución alcalina de balsas de pelado




Case Study 1

work time

•Picos según descargas puntuales

• Regeneración resinas

•Autoclaves

•Lavado filtro arena

•Identificado una rotura en tubería suministro ocurrido en la noche




Datos bombeo

Datos ecualización

Volume Profile per hour (m3). Wednesday 06-9-06

0

5

10

15

20

25

9:0

0-1

0:0

0

10:0

0-1

1:0

0

11:0

0-1

2:0

0

12:0

0-1

3:0

0

13:0

0-1

4:0

0

14:0

0-1

5:0

0

15:0

0-1

6:0

0

16:0

0-1

7:0

0

17:0

0-1

8:0

0

18:0

0-1

9:0

0

19:0

0-2

0:0

0

20:0

0-2

1:0

0

21:0

0-2

2:0

0

22:0

0-2

3:0

0

23:0

0-2

4:0

0

0:0

0-1

:00

1:0

0-2

:00

2:0

0-3

:00

3:0

0-4

:00

4:0

0-5

:00

5:0

0-6

:00

6:0

0-7

:00

7:0

0-8

:00

8:0

0-9

:00

m3

Volume

Total Volume (m3). Wednesday 06-9-06

0

20

40

60

80

100

120

140

160

9:0

0-1

0:0

0

10:0

0-1

1:0

0

11:0

0-1

2:0

0

12:0

0-1

3:0

0

13:0

0-1

4:0

0

14:0

0-1

5:0

0

15:0

0-1

6:0

0

16:0

0-1

7:0

0

17:0

0-1

8:0

0

18:0

0-1

9:0

0

19:0

0-2

0:0

0

20:0

0-2

1:0

0

21:0

0-2

2:0

0

22:0

0-2

3:0

0

23:0

0-2

4:0

0

0:0

0-1

:00

1:0

0-2

:00

2:0

0-3

:00

3:0

0-4

:00

4:0

0-5

:00

5:0

0-6

:00

6:0

0-7

:00

7:0

0-8

:00

8:0

0-9

:00

m3

146 m3




Integración de la muestra

Volume Profile per hour (m3). Wednesday 06-9-06

0

5

10

15

20

25

9:0

0-1

0:0

0

10:0

0-1

1:0

0

11:0

0-1

2:0

0

12:0

0-1

3:0

0

13:0

0-1

4:0

0

14:0

0-1

5:0

0

15:0

0-1

6:0

0

16:0

0-1

7:0

0

17:0

0-1

8:0

0

18:0

0-1

9:0

0

19:0

0-2

0:0

0

20:0

0-2

1:0

0

21:0

0-2

2:0

0

22:0

0-2

3:0

0

23:0

0-2

4:0

0

0:0

0-1

:00

1:0

0-2

:00

2:0

0-3

:00

3:0

0-4

:00

4:0

0-5

:00

5:0

0-6

:00

6:0

0-7

:00

7:0

0-8

:00

8:0

0-9

:00

m3

0

2000

4000

6000

8000

10000

mg O

2 /

lVolumeCOD


54

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Mireia Fiter; [email protected]

Javier Claros; [email protected]

Vicente Carbonell; [email protected]

Gestión integral del agua en industrias alimentarias

Environment

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