APLICACIÓN DEL MODELO DE EXCELENCIA EN PRODUCCIÓN …
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE CIENCIAS PURAS Y NATURALES CARRERA DE CIENCIAS QUÍMICAS APLICACIÓN DEL MODELO DE EXCELENCIA EN PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA PARA LA REDUCCIÓN DE LA CARGA CONTAMINANTE EN EL EFLUENTE DE LA EMPRESA DE LÁCTEOS DELIZIA NOMBRE: DEISY ROCÍO DUCHÉN BOCÁNGEL DOCENTE GUÍA: PhD. MARÍA EUGENIA GARCÍA LA PAZ – BOLIVIA 2010
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE CIENCIAS PURAS Y NATURALES CARRERA DE CIENCIAS QUÍMICAS
APLICACIÓN DEL MODELO DE EXCELENCIA EN PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA PARA LA
REDUCCIÓN DE LA CARGA CONTAMINANTE EN EL EFLUENTE DE LA EMPRESA DE
LÁCTEOS DELIZIA
NOMBRE: DEISY ROCÍO DUCHÉN BOCÁNGEL
DOCENTE GUÍA: PhD. MARÍA EUGENIA GARCÍA
LA PAZ – BOLIVIA
2010
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AGRADECIMIENTOS
Quiero expresar mi profundo agradecimiento a Dios, siempre primero.
A mi familia, en especial a mis padres Deisy y Carlos, por su amor y comprensión
incondicionales, y a mi hermano Pablo, cuyo ejemplo y guía me ayudaron a
permanecer en el camino del esfuerzo y la constancia.
Al Centro de Promoción de Tecnologías Sostenibles, por darme la gran
oportunidad de trabajar dentro de su equipo, en especial a Daysi Guamán,
Christian Romero y Justo Zapata, quienes dirigieron este trabajo. Gracias por su
paciencia y sus enseñanzas.
A Gabriel Quenta, por todo lo aprendido trabajando en equipo, por su entusiasmo,
esfuerzo y colaboración permanentes.
A la empresa DELIZIA y a todo su personal, particularmente a los Departamentos
de Producción y Control de Calidad, que mantuvieron las puertas siempre abiertas
para que desarrollemos el trabajo de la mejor manera posible, brindándonos todas
las facilidades, el tiempo y la atención requeridos.
A María Eugenia García, quien encaminó mi participación en este trabajo, mi más
sincera gratitud por la confianza brindada.
A Daniel Bellot, con cuya presencia y apoyo pude contar en todo momento.
Finalmente, pero de manera muy especial, agradezco a la Carrera de Ciencias
Químicas de la Universidad Mayor de San Andrés, por haberme brindado las
primeras herramientas y conocimientos que me permitieron desempeñar
óptimamente el trabajo durante estos tres meses.
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CONTENIDO
TEMA Pág.
1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………
2. MARCO TEÓRICO.………………………………………………………...
2.1. Contaminación generada por industrias de productos lácteos...
2.1.1. Tipos de contaminación……………………………………….. 2.1.2. Tratamientos de aguas residuales de la industria láctea…..
2.2. Principios de la Producción Más Limpia…………………………
2.2.1. Concepto de Producción Más Limpia………………………... 2.2.2. Bases de la Producción Más Limpia…………………………. 2.2.3. Modelo de Excelencia en Producción Más Limpia………….
2.3. Concepto y determinación de la Demanda Química de
Oxígeno………………………………………………………………
3. JUSTIFICACIÓN……………………………………………………………
4. OBJETIVOS…………………………………………………………………
4.1. Objetivo General………………………..………………………….. 4.2. Objetivos específicos………………………………………..……..
5. METODOLOGÍA……………………………………………………………
5.1. Metodología para la determinación de la carga contaminante... 5.2. Desarrollo del diagnóstico de Producción Más Limpia………… 5.3. Capacitaciones en Producción Más Limpia al personal de
planta de DELIZIA………………………………………………….. 5.4. Desarrollo del plan de monitoreo del efluente de DELIZIA…….
6. RESULTADOS Y DISCUSIONES………………………………………..
6.1. Comparación de resultados obtenidos en el diagnóstico, con los cálculos realizados a partir de la metodología para la determinación de carga contaminante……………………………
6.2. Resultados de las pruebas de factibilidad de posibles medidas a recomendarse..........................................................................
..…4
..…5
..…5
..…5 …..7 …10
…10 ...11 ...12
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...20 …20 ...21
...22 ...24
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TEMA Pág.
6.2.1 Variaciación de pH en función del tiempo durante los enjuagues de tanques y equipos……………..…………...
6.2.2 Recuperación de producto durante los empujes con agua.................................................................................
6.2.3 Utilización de vapor de agua para lavado de tanques…. 6.2.4 Utilización de agua a alta presión para lavado de
tanques............................................................................
6.3. Recomendaciones de Producción Más Limpia propuestas a la empresa......................................................................................
6.3.1. Recomendaciones relativas al uso eficiente del
agua...................................................................................... 6.3.2. Recomendaciones relativas a la minimización de residuos..
6.3.2.1. Medidas preventivas para flujos originados por
prácticas operativas y de mantenimiento................... 6.3.2.2. Medidas preventivas para flujos originados por la
naturaleza de los procesos y de los equipos utilizados…………………………………………………
6.4. Determinación de la DQO del efluente………............................
6.4.1. Recomendaciones relativas a la mejora de procedimientos de control de los efluentes…………………………................
7. CONCLUSIONES…………………………………………………………..
8. ANEXOS……………………………………………………………………..
8.1. Anexo 1. Composición química de la leche de vaca………….... 8.2. Anexo 2. Cálculo del factor de conversión entre la DQO y los
sólidos totales del efluente (STE) de DELIZIA………………...... 8.3. Anexo 3. Registros utilizados durante el diagnóstico de PML… 8.4. Anexo 4. Registros utilizados durante el monitoreo del efluente 8.5. Anexo 5. Fotografías……………………………………………….
9. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………..
...36
...36 …37
...37 ...38
...38
...42
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...50 ...53
…53
...56 …59 …60 …62
…63
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1. INTRODUCCIÓN
La presente monografía describe el trabajo que el Centro de Promoción de
Tecnologías Sostenibles (CPTS) realizó en la empresa de lácteos DELIZIA,
con el objetivo de encontrar estrategias de Producción Más Limpia (PML)
que ayuden a disminuir la contaminación de su efluente, además de poner
a prueba una metodología que sirva de herramienta a ésta y otras
empresas del sector lácteo, para determinar su carga contaminante en base
a datos confiables y de fácil acceso.
Para el desarrollo de dicho trabajo, el equipo técnico del CPTS aplicó los
principios del Modelo de Excelencia en PML (ver apartado 2.2.3.), llevando
a cabo un Diagnóstico de PML, acompañado de capacitaciones teórico-
prácticas al personal de la planta, haciendo énfasis en la identificación de
operaciones donde hubiera elevado consumo de agua y mayor producción
de derrames y mermas. También se desarrolló un monitoreo del efluente,
cuyo objetivo principal fue la determinación de la Demanda Química de
Oxígeno (DQO) (ver apartados 2.3 y 5.4.). Los resultados del diagnóstico y
del monitoreo permitieron establecer la situación actual de la empresa,
señalar las fallas principales en su proceso productivo y en sus
herramientas de control interno e identificar las oportunidades de mejora.
Las pruebas de factibilidad realizadas para dichas oportunidades se
tradujeron en una serie de recomendaciones para optimizar el uso del agua
y para minimizar la eliminación de residuos al efluente, dentro del proceso
productivo. Por otro lado, los resultados también demostraron la factibilidad
de la metodología propuesta y se espera que el empleo de la misma,
sumado a la práctica de las estrategias aprendidas por el personal durante
las capacitaciones (ver apartado 5.3.) y a la aplicación de las medidas
recomendadas, tengan como fruto una disminución del 64% de la DQO
actual del efluente de DELIZIA y una mejora en los métodos de control
interno de la empresa, además de otorgarle beneficios económicos y una
mejor imagen empresarial (ver apartados 6.3. y 6.4.).
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2. MARCO TEÓRICO
DELIZIA es una empresa de lácteos ubicada en la Ciudad de El Alto, donde
se elabora una variedad de productos, entre ellos, leche entera y
saborizada, yogurt, crema de leche, mantequilla, helados de crema y agua,
leche de soya, gelatina y Tampico. La elaboración de estos productos
genera una gran cantidad de residuos orgánicos contaminantes,
principalmente azúcar y sólidos de la leche (lactosa, proteínas, grasas).
A continuación se expondrán las características principales de la
contaminación producida por una industria típica de lácteos, además de los
métodos de tratamiento a que se someten sus aguas residuales para
minimizarla (apartado 2.1). Luego detallaremos los principios de la
Producción Más Limpia, alternativa propuesta por el CPTS a DELIZIA para
disminuir su carga contaminante (apartado 2.2). Finalmente, explicaremos
la determinación del nivel de contaminación de las aguas residuales de una
industria (sobre todo alimenticia), utilizando como parámetro la Demanda
Química de Oxígeno (apartado 2.3.).
2.1. Contaminación generada por industrias de productos lácteos
2.1.1. Tipos de contaminación
Debido a la gran variedad de industrias relacionadas al sector
lácteo, la contaminación que éstas generan es muy específica del
tipo de industria y su producción. Sin embargo, se pueden
generalizar ciertas emisiones características:
- Contaminación atmosférica. En general, en las industrias
lácteas, este tipo de contaminación sólo proviene de sus
generadores de vapor, que habitualmente son calderas que
trabajan a baja presión y que usan combustibles como diesel
6
o gas natural, eliminando CO, SO2 hacia la atmósfera en el
proceso de combustión. Si el funcionamiento y ajuste de las
calderas es correcto, los niveles de dichos contaminantes son
mínimos en relación a los alcanzados por industrias de otros
rubros (1).
- Residuos sólidos. Su generación en las industrias lácteas es
muy pequeña, circunscribiéndose a los desechos de envases
y embalajes de vidrio, cartón, plástico y envases especiales
de triple o cuádruple capa. El problema es más importante
para el consumidor final, que es el que dispone de los
envases. Los residuos de vidrio, cartón y plástico pueden ser
fácilmente reciclados, no así los envases especiales, debido a
su composición mixta de cartón-polietileno-aluminio, siendo
muy complejo el proceso de separación de dichos
componentes (1).
- Residuos tóxicos y peligrosos. En la industria láctea, la
generación de estos residuos es pequeña comparada con
otros sectores y consiste en fluidos refrigerantes, aceites
usados, restos de sustancias químicas peligrosas (soda
cáustica, ácido nítrico, ácido peracético, hipoclorito, etc.) y
residuos de laboratorios (1).
- Efluentes líquidos.
Las fábricas de lácteos generan diariamente una considerable
cantidad de aguas residuales, que oscilan entre 4 y 12 L de
agua por cada litro de leche tratada en plantas dentro del
territorio boliviano, según datos del CPTS, y llega a 1 L de
agua por litro de leche tratada en plantas altamente eficientes
en el exterior, según datos del Programa de las Naciones
Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA). El consumo
específico máximo registrado por el PNUMA es de 4 L-agua
7
/ L-leche tratada (2). La mayor parte de estas aguas provienen
de la limpieza de equipos, tanques y salas de tratamiento, por
lo que contienen restos de productos lácteos y productos
químicos (ácidos, álcalis, detergentes, desinfectantes, etc.),
aunque también se vierten aguas de refrigeración que, si no
se recuperan de manera adecuada, suponen de dos a tres
veces la cantidad de leche que entra a la planta (1).
La composición de los efluentes líquidos es muy variable
dependiendo del tipo de proceso y de producto fabricado (1).
Algunos de los principales procesos que generan carga
contaminante en los efluentes se muestran en el cuadro 2.1.
2.1.2. Tratamiento de las aguas residuales de la industria láctea.
De lo expuesto en el apartado anterior, se deduce que el principal
problema ambiental de las industrias lácteas es el relacionado
con los efluentes líquidos, debido al alto contenido de materia
orgánica que poseen y que sirve de alimento a los
microorganismos presentes en los cuerpos de agua. El proceso
metabólico mediante el cual dichos microorganismos degradan la
materia orgánica, requiere del O2 disuelto en el agua, de manera
que una gran cantidad de materia orgánica, equivale a una gran
disminución en los niveles de O2 disuelto, ocasionando la
desaparición de especies que sobreviven en rangos específicos
de concentración de O2. Por esta razón, la contaminación de las
aguas residuales de las industrias de lácteos se mide en términos
de las demandas bioquímica y química de oxígeno, DBO y DQO
(ver apartado 2.3.), estando definidos por la legislación ambiental
vigente los rangos permisibles de dichos parámetros.
8
Cuadro 2.1. Generación de carga contaminante en los
efluentes líquidos en diferentes procesos de las
industrias lácteas (1).
Proceso Composición de la carga generada
Recepción de leche Materia grasa generada por desnatado parcial debido al transporte y que se libera al efluente luego de las limpiezas de cisternas y tanques de almacenamiento.
Estandarización de grasa en la leche
Materia grasa.
Tratamientos térmicos (pasteurización, UHT)
Depósitos de proteína desnaturalizada que se adhieren a las superficies de los intercambiadores de calor y posteriormente son arrastrados por las limpiezas químicas.
Producción de queso Suero de leche que contiene gran cantidad de lactosa, proteínas solubles en agua y sales.
Producción de mantequilla Suero de leche rico en lactosa y en proteínas solubles.
Producción de leche en polvo Partículas en suspensión arrastradas por las aguas de lavado.
Transporte de los productos líquidos por empujes con agua.
Producto diluido que contiene grasa, proteínas, lactosa y sacarosa.
Limpieza de circuitos y equipos Residuos de producto, hidróxido de sodio, ácido nítrico, detergentes y desinfectantes como ácido peracético, agua oxigenada y sales de amonio cuaternario.
Para cumplir con la reglamentación, las industrias lácteas
someten sus aguas residuales a tratamientos biológicos que
requieren de condiciones específicas de pH y temperatura para
funcionar óptimamente. Es por ello que, en general, se debe
realizar un pre-tratamiento de los efluentes líquidos, como se
describe a continuación.
9
- Pretratamientos
§ Tamizado. Elimina los sólidos gruesos antes de la entrada
a la planta depuradora.
§ Tanques de sedimentación. Separan los sólidos en
suspensión.
§ Homogeneización y neutralización. Consisten en tanques
de tiempo de retención prolongado en los cuales se
mezclan las aguas ácidas y alcalinas procedentes de la
planta, produciéndose una neutralización natural. Cuando
esto no es suficiente para neutralizar los vertidos, se suele
adicionar ácido o álcali mediante sistemas automáticos que
operan según el pH del efluente. La neutralización previa es
importante para que los sistemas de tratamiento biológico
puedan funcionar y para efectos reglamentarios.
§ Desengrasado. Tanques donde se introduce aire en forma
de burbujas finas por el fondo para ayudar a desemulsionar
la grasa. La grasa acumulada en las superficies se empuja
a una zona de remanso, desde donde se retira manual o
automáticamente hacia una canaleta y a un contenedor
para enviarla al vertedero. (1, 3)
- Tratamientos biológicos
Pueden ser aerobios o anaerobios.
§ Aerobios. El proceso de fangos activados es el más
frecuentemente utilizado. Se basa en la descomposición de
la materia orgánica por los microorganismos en presencia
de oxígeno. Son sistemas adaptables a una gran variedad
10
de vertidos y bastante flexibles, dando muy buenos
resultados si la explotación es adecuada. Sus
inconvenientes son la generación de gran cantidad de lodos
y el importante gasto energético para proporcionar el
oxígeno necesario para la fermentación (1, 3).
Existe otro tipo de tratamientos aeróbicos que no producen
lodos y devuelven la materia orgánica al ciclo natural, como
ser el compostaje. En estas técnicas, organismos, como las
lombrices (vermicompostaje), transforman los residuos
orgánicos en un producto rico en nutrientes y microbios del
suelo, utilizado para fertilizar la tierra como medio de cultivo (4).
§ Anaerobios. Se basan en la degradación de la materia
orgánica por bacterias anaeróbicas formándose metano,
sulfuro de hidrógeno, amoníaco y nitrógeno, principalmente.
Las plantas de lácteos requieren de sistemas que trabajen
con cargas muy diluidas, por lo que la producción de
metano es pequeña y se puede aprovechar muy poco como
biogás. Por ello, los tratamientos anaerobios no siempre
resultan rentables para industrias de este rubro (1, 3).
2.2. Principios de la Producción Más Limpia
2.2.1. Concepto de Producción Más Limpia
El PNUMA define a la Producción Más Limpia (PML) como “la
aplicación continua de una estrategia ambiental, preventiva e
integrada, a los procesos productivos, a los productos y a los
servicios para incrementar la eficiencia global y reducir riesgos
para los seres humanos y el ambiente. La PML puede ser
aplicada a procesos empleados en cualquier industria, a los
11
productos mismos y a los diferentes servicios prestados a la
sociedad”.
La PML incrementa la eficiencia productiva mediante la
optimización del uso de materias primas, agua y energía, lo cual
disminuye el costo unitario de producción, reduciendo la cantidad
de residuos generada. Además, se reduce el costo de tratamiento
de desechos y los impactos negativos en el medio ambiente. Por
lo tanto, la PML es una estrategia empresarial aplicable en
empresas de cualquier rubro que, minimizando los daños
ambientales y maximizando los rendimientos económicos, es
ambiental y económicamente sostenible (5).
2.2.2. Bases de la PML
Las bases para aplicar la PML, son:
- Buenas prácticas operativas. Medidas sencillas que
consisten en cambiar procedimientos operacionales, actitudes
del personal y mejorar el manejo administrativo.
- Las 3 R’s (Reciclaje, Reuso y Recuperación). Segregación
de residuos para facilitar su reciclaje (conversión en insumos
o productos nuevos), su reuso (utilización en un proceso en el
estado en que se encuentren) y/o su recuperación
(aprovechamiento de partes útiles).
- Sustitución de insumos. Reemplazo de un material por otro
que genere menor contaminación y/o sea menos peligroso.
- Modificación u optimización de procesos. Rediseño de
procesos, mejoramiento de control de operaciones, sustitución
de procesos ineficientes, cambios tecnológicos que reduzcan
la generación de residuos.
12
- Reformulación del producto. Sustitución del producto final
por otro de características similares, que requiera de insumos
menos peligrosos y/o cuyo uso y disposición final sea menos
nociva para el medio ambiente y la salud (5, 6).
2.2.3. Modelo de Excelencia en PML
El Modelo de Excelencia en PML es una herramienta para la
implementación de un sistema integral de PML. Está constituido
por ocho criterios, que se dividen en cinco facilitadores que
generan tres tipos de resultados, los cuales producen mejoras
que retroalimentan a los primeros.
La forma esquemática del modelo se presenta en la figura 2.1.
Figura 2.1. Modelo de excelencia en PML (5)
Elaboración: CPTS
Como se ve, los resultados del Diagnóstico definen la Política
PML a adoptarse, la cual permite el desarrollo de Estrategias
PML para la Implementación de medidas PML, cuyos resultados
deben ser evaluados mediante un Monitoreo que, a su vez, defina
13
cómo debe enfocarse el siguiente Diagnóstico y las
modificaciones que debe hacerse a la Política PML (5).
A continuación, se desarrollará cada uno de los puntos del
Modelo de excelencia en PML.
- Diagnóstico PML. Establece la línea base o la situación
actual del desempeño productivo y ambiental de la empresa y
es útil para determinar los objetivos y metas a alcanzar. Debe
tomar en cuenta la organización y documentación del
Diagnóstico PML, el análisis de procesos, el análisis de
insumos y productos, el análisis de emisiones y el análisis de
salud y seguridad industrial (5, 6).
- Política PML. Conjunto de directrices que rigen el sistema
integral de PML y que constituyen el marco para la
determinación de objetivos y metas. El nivel de compromiso
de la gerencia y el personal de la empresa es esencial para la
implementación del sistema PML, ya que de éste depende
que la Política PML sea asimilada como filosofía de la
organización, permitiendo su desarrollo, aplicación, revisión,
actualización y diseminación permanentes.
- Estrategia PML. Debe incluir la formulación y revisión de
objetivos basados en el Diagnóstico y la Política PML, la
identificación, evaluación y selección sistemática de opciones
PML y la planificación sistemática de implementación y
monitoreo de opciones PML.
- Implementación PML. Es la puesta en práctica de la
Estrategia de PML según el plan establecido por la misma y
tomando en cuenta la definición de responsabilidades, la
ejecución de las opciones PML y la comunicación del proceso
de implementación.
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- Monitoreo. Permite medir y evaluar los resultados obtenidos
en términos ambientales, económicos y sociales, además del
cumplimiento de los objetivos trazados. La información
proporcionada por el monitoreo permite la planificación del
siguiente Diagnóstico y la revisión de la Política PML. Su
ejecución debe tomar en cuenta la aplicación sistemática del
monitoreo, el análisis de sus resultados y la comunicación de
los mismos (5).
- Resultados ambientales, económicos y sociales. Se
refieren a lo que una empresa obtiene en términos
ambientales, económicos y sociales gracias a la
implementación del sistema PML. Estos resultados deben
alcanzar o sobrepasar los objetivos trazados en la Estrategia
PML, presentando tendencias sostenibles y siendo
suficientemente notables como para poder incrementar la
competitividad de la empresa. Los resultados deben evaluarse
en base a indicadores de desempeño (5, 6). El cuadro 2.2.
muestra algunos ejemplos de indicadores de resultados.
2.3. Concepto y determinación de la Demanda Química de Oxígeno
(DQO)
En todo ecosistema acuoso, los microorganismos consumen la materia
orgánica e inorgánica presente, produciendo biomasa y utilizando el O2
disuelto en el agua. El oxígeno requerido para degradar biológicamente
la materia orgánica se denomina Demanda Bioquímica de Oxígeno
(DBO). Los efluentes de aguas residuales municipales e industriales
pueden contener grandes cantidades de materia orgánica y, si se
descargan en cuerpos de agua naturales, ocasionan la degradación del
oxígeno disuelto y la consiguiente mortalidad de los organismos
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acuáticos. La cantidad de oxígeno necesario para consumir los
materiales biodegradables y no biodegradables se denomina Demanda
Química de Oxígeno (DQO) (7).
Cuadro 2.2. Ejemplos de indicadores de resultados económicos,
ambientales y sociales (5, 6).
Indicadores de resultados económicos
Indicadores de resultados
ambientales
Indicadores de resultados sociales
Costo específico de insumos (US$ de 1 m3 de agua/ ton de producto). Costo específico de emisiones (US$ de 1 m3 de agua residual/ ton de producto). Beneficios netos económicos (US$/año ahorrados por la opción de PML implementada).
Consumo específico de agua (m3 de agua/ton de producto). Descargas específicas relativas a aguas residuales (m3 de agua residual/ton de producto, kg de DQO/ ton de producto, etc.)
Nivel de motivación de los trabajadores con el sistema PML. Nivel de satisfacción de los trabajadores con el ambiente de trabajo. Estadísticas de quejas de los vecinos u otros. Número de accidentes relacionados con el nivel de eficiencia en la producción. Estadísticas de ausencias causadas por enfermedades relacionadas con el ambiente de trabajo.
En la Norma Boliviana de calidad del agua NB 64009, referente a la
determinación de DQO en efluentes industriales, se define a la DQO de
una muestra determinada, como la cantidad de un oxidante específico
que reacciona con la muestra bajo condiciones controladas. Se utiliza
como una medida equivalente de oxígeno, del contenido de materia
orgánica de una muestra susceptible de oxidación por un oxidante
químico fuerte (8).
En resumen, el análisis de DQO está diseñado para medir la máxima
cantidad de oxígeno que puede ser consumido por la materia orgánica
en una muestra de agua. La prueba se basa en el hecho de que todos
los compuestos orgánicos, con algunas excepciones, pueden oxidarse
por la acción de agentes oxidantes fuertes en medio ácido.
16
Una de las limitaciones del análisis de DQO es que, como ya se
mencionó, no diferencia entre materia biológicamente oxidable y materia
biológicamente inerte. Además, no da información acerca de la
velocidad con que el material biodegradable se degradará en
condiciones naturales. Por ello, los valores de DQO suelen ser mayores
a los de DBO (9).
La degradación de la materia orgánica involucra reacciones de óxido-
reducción. La materia orgánica se oxida a CO2 y H2O, liberando
electrones, mientras que el químico oxidante se reduce aceptando los
electrones liberados.
El dicromato de potasio (K2Cr2O7) se considera como el agente oxidante
más óptimo debido a su fuerte capacidad oxidante, su aplicabilidad a
una amplia gama de muestras y su fácil manipulación (7). El K2Cr2O7
puede oxidar casi completamente a CO2 y H2O una gran variedad de
sustancias orgánicas (3, 8). Algunos compuestos alifáticos de cadena
lineal, particularmente los ácidos grasos de bajo peso molecular no se
oxidan a menos que se utilice sulfato de plata (Ag2SO4) como
catalizador. Los hidrocarburos aromáticos y la piridina no llegan a
oxidarse bajo ninguna circunstancia en esta prueba. Por otro lado, los
cloruros representan una interferencia, ya que se oxidan en presencia
de O2 para formar Cl2, dando lugar a resultados de DQO
equivocadamente altos. Para evitar esta interferencia, se añade sulfato
mercúrico (HgSO4) a la mezcla de reacción, el cual forma un complejo
de cloruro mercúrico con los cloruros (9). La relación en peso del sulfato
mercúrico y los cloruros debe ser 10:1 (7). Otras interferencias las
constituyen los iones haluros, que pueden ser eliminadas por
precipitación con Ag+ y posterior filtración; los nitritos, generalmente
ignorados por sus cantidades poco significativas y cuya interferencia se
elimina con ácido sulfámico; los iones sulfuro, ferroso, manganoso y
otras especies inorgánicas reducidas, que se oxidan cuantitativamente
17
durante la prueba y deben hacerse correcciones estequiométricas en
caso de encontrarse en cantidades significativas en la muestra (9).
La reacción de oxidación de la materia orgánica con K2Cr2O7 se
ejemplifica a continuación para el caso de la sacarosa:
Cr2O72- + 14H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7H2O
C12H22O11 + 13H2O = 12CO2 + 48H+ + 48e-
8Cr2O72- + 64H+ + C12H22O11 = 16Cr3+ + 12CO2 + 43H2O
En laboratorio, la determinación de DQO se lleva a cabo sometiendo a
digestión la muestra a 150°, durante 2 horas, con un exceso de K2Cr2O7
en medio fuertemente ácido de H2SO4, añadiendo el acomplejante
HgSO4 y el catalizador Ag2SO4.
Para asegurarse de que los compuestos volátiles presentes en la
muestra y aquéllos formados durante la reacción no escapen, el matraz
de digestión se acomoda a un condensador de reflujo. De esta forma, la
digestión puede llevarse a cabo por dos métodos, el de reflujo abierto
(preferible para muestras grandes) y el de reflujo cerrado (gasta menos
reactivo, pero requiere de homogenización previa de la muestra para
garantizar la reproducibilidad de los resultados) (8).
En ambos métodos, la materia orgánica reduce parte del dicromato y el
exceso se titula con sulfato ferroso amónico o SFA (Fe(NH3)2(SO4)2),
según la siguiente reacción:
6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
Para calcular la DQO de una muestra mediante este método, se aplica
la siguiente ecuación:
18
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���� � ������� ��"# � ��
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��� � �*+(*,�-./0�1222*3 444 5�6
7 8 (2.1.) Donde:
- Vm = Volumen de SFA utilizado para consumir el exceso de dicromato en
la muestra luego de la digestión.
- Vb = Volumen de SFA utilizado para consumir el exceso de dicromato en la
solución blanco luego de la digestión.
- MSFA = Concentración molar de la solución de SFA.
- VT = Volumen total de la muestra y de la solución blanco.
Una forma alternativa a la titulométrica, para determinar el exceso de
K2Cr2O7 que queda luego de la digestión, es la colorimétrica. Ésta se
basa en el hecho de que, el Cr2O72- se reduce por la digestión con la
materia orgánica convirtiéndose en Cr3+, siendo ambas especies
coloridas. Mientras que el ión dicromato absorbe fuertemente alrededor
de los 400nm, el ión crómico lo hace en la región de los 600nm.
Alrededor de los 420nm, la absorción del Cr3+ es mínima, mientras que
a 600nm, el Cr2O72- tiene una absorción cercana a cero. Para valores de
DQO entre 100 y 900 mg/L, se determina el incremento de Cr3+ a
600nm; valores mayores a 900mg/L se determinan de la misma manera,
diluyendo la muestra correspondientemente; valores de DQO menores a
100 mg/L se determinan por la disminución de Cr2O72- a 420 nm (8).
3. JUSTIFICACIÓN
Los niveles de contaminación del Lago Titicaca, ocasionados por el
constante flujo de descargas de diversa índole, se han ido incrementando
de manera preocupante en las últimas décadas. Uno de los sectores más
afectados por dicha problemática es el de la Bahía de Cohana, situada
entre los municipios de Pucarani y Puerto Pérez, que sufre la
19
contaminación de los desechos industriales y municipales provenientes de
las ciudades de El Alto, Viacha y Laja, además de la generada por la
actividad ganadera desarrollada por los pobladores de la región. Aunque los
contaminantes más peligrosos son los metales pesados y lixiviados tóxicos,
la gran cantidad de desechos orgánicos generados por las industrias de
alimentos también tiene un serio impacto sobre la calidad de las aguas y la
biodiversidad piscícola de la región (10).
Para reducir los niveles de DBO y DQO, las aguas residuales suelen
someterse a sistemas de tratamiento físico, químico y/o biológico antes de
ser expulsadas a los cuerpos de agua. Aunque esta es una medida de gran
utilidad, en muchos casos no sólo resulta costosa y de difícil
mantenimiento, sino también insuficiente, por lo que es necesario
desarrollar estrategias que reduzcan lo más posible la generación de
residuos dentro del proceso productivo de cada industria. Para desarrollar
dichas estrategias, las industrias deben contar con instrumentos de
autoevaluación confiables, que les permitan identificar los puntos críticos en
sus operaciones y trabajar sobre ellos específicamente.
En este sentido, el presente trabajo, desarrollado en la empresa DELIZIA
(ver apartado 2.), constituye una herramienta para que ésta y otras
empresas del rubro tengan un control adecuado de la calidad de sus
efluentes, aplicando una metodología basada en datos accesibles y
confiables para la determinación de su carga contaminante, e
implementando medidas de producción más limpia que incluyen el uso
eficiente del agua, la minimización de residuos dentro del proceso
productivo y el desarrollo de un plan de monitoreo del efluente. Además de
mejorar sus herramientas de control interno, las industrias de lácteos de la
ciudad del Alto que aplicaran esta metodología, contribuirían a reducir la
contaminación de la bahía de Cohana, siguiendo la meta de cumplir con los
límites de DQO establecidos, y obtendrían beneficios económicos, fruto de
la minimización en pérdidas de insumos y productos.
20
4. OBJETIVOS
4.1. Objetivo general
Reducir la contaminación del efluente de la empresa DELIZIA,
capacitando al personal en la aplicación en planta del Modelo de
Excelencia en Producción Más Limpia, priorizando las medidas de PML
que reduzcan las pérdidas de insumos y productos y optimicen el
consumo de agua.
4.2. Objetivos específicos
- Establecer la carga contaminante en términos de materia orgánica
presente en el efluente de DELIZIA, aplicando una metodología
basada en datos fiables y accesibles para la empresa.
- Identificar las operaciones ineficientes respecto al uso de agua e
insumos y a la generación de mermas, mediante la realización de un
Diagnóstico de PML en la planta.
- Validar la metodología empleada para la determinación de carga
contaminante, llevando a cabo balances de agua y masa globales,
además de un análisis de DQO del efluente.
- Determinar experimentalmente la DQO promedio actual del efluente
de DELIZIA, a través del desarrollo de un plan de monitoreo que
incluya técnicas adecuadas de muestreo y análisis en laboratorio.
- Instruir y motivar al personal de DELIZIA mediante capacitaciones
teórico – prácticas respecto a la importancia y utilidad de aplicar
medidas de PML en la empresa, brindándoles herramientas técnicas
para su implementación.
- Formular recomendaciones de PML a la empresa, según los
resultados del Diagnóstico de PML previamente evaluados en
términos de factibilidad económica e impacto ambiental.
21
5. METODOLOGÍA
Respecto a
Poniendo en práctica una
Y llevando a cabo
Que permitan establecer una
Cuyos instrumentos sean
Objetivo: Reducir la carga contaminante de la empresa DELIZIA implementando
un sistema de PML
Metodología para la determinación de
carga contaminante
Diagnóstico de PML
Línea base sobre la cual formular
recomendaciones y planificar mejoras
Capacitaciones teórico – prácticas sobre PML al personal de planta
Monitoreo del efluente
Reducción en fuente a través de la eficiencia de los procesos
Que enfatice la importancia de la
Uso eficiente de agua e insumos
Minimización de mermas
Enfocados en
22
5.1. Metodología para la determinación de carga contaminante
El equipo de técnicos del Centro de Promoción de Tecnologías
Sostenibles desarrolló la metodología que se presenta a continuación,
para determinar la carga contaminante, expresada en términos de
materia orgánica desechada al efluente de DELIZIA (sólidos totales en
el efluente o STE), basándose en los registros de producción, insumos
utilizados, facturas de agua y el dato de DQO del efluente,
correspondientes a un tiempo determinado, por ejemplo, un mes. El
cuadro 5.1. resume la metodología mencionada. En él se observa que
tanto los datos de insumos y productos, como los de consumo de agua,
se pueden extraer de fuentes accesibles y muy confiables, ya que
involucran entradas y salidas económicas. En cambio, para
considerarse fiable, el dato de la DQO del efluente requiere de un plan
de monitoreo que incluya herramientas de aseguramiento de la calidad
de muestreo y análisis (ver apartados 5.4. y 6.4.1.).
Por otro lado, el cálculo de STE (fila 9 del cuadro 5.1.) incluye el factor
1,25, que es la media ponderada entre el aporte a la DQO del azúcar
(sacarosa utilizada en bebidas y helados a base de agua) y el aporte a
la DQO de los sólidos de la leche (lactosa, ácidos grasos, aminoácidos
de las proteínas, etc. presentes en bebidas y helados a base de leche).
Estos aportes se calcularon a partir de la reacción de combustión de
dichas sustancias. Ejemplificamos el cálculo para el caso de la
sacarosai:
C12H22O11 + 12O2 = 12CO2 + 11H2O
9:;<=>;? � )4�@A(BCDEDDFCCGH�IG6(BCDEDDFCC �
)��@A(FD)�@A(BCDEDDFCC �
G�6(FD)�@A(FD � �I�J 6(FD
6(BCDEDDFCC
i El cálculo completo del factor de conversión 1,25 se encuentra detallado en los anexos 1 y 2.
23
Cuadro 5.1. Resumen de la metodología propuesta para la
determinación de carga contaminante en los efluentes de
industrias de productos lácteos.
N° Información Fuente 1
Consumo total de
agua [m3/mes]
- Registros de lecturas del medidor general de
agua. 2 Cantidad de insumos
utilizados [ton/mes]
- Registros de almacenes. - Recetas.
3 Cantidad de productos elaborados [ton/mes]
- Registros de producción. - Registros de ventas. - Recetas.
4 Cantidad de agua
añadida a productos [m3/mes]
- Receta. - Cálculo:
Agua en productos
=
Productos – Insumos
(Ecuación 5.1.)
5 Consumo de agua en servicios domésticos
(baño y cocina) [m3/mes]
- Estimaciones en base a la cantidad de personal, caudales de grifos y duchas, capacidad de sanitarios y frecuencias de uso.
6 Cantidad de agua como efluente
[m3/mes]
- Cálculo: Agua como
efluente
=
Consumo total de
agua
-
Agua en
productos
-
Consumo doméstico
(Ecuación 5.2.) 7 DQO
[mg/L] - Medición.
8 Carga de oxígeno total en el efluente
[ton/mes]
- Cálculo: Carga de
O2 6
DQO= ×
1x10
Agua como efluente
(Ecuación 5.3.)
9 Sólidos totales en el efluente
[ton/mes]
- Cálculo:
STE 2Carga de O1,25
=
(Ecuación 5.4.) 10 Porcentaje de
materias primas desechadas al
efluente
- Cálculo % de materias
primas desechadas
STE100
Insumos= ×
(Ecuación 5.5.) Elaboración: CPTS
24
5.2. Desarrollo del diagnóstico de producción más limpia
- La primera fase del diagnóstico consistió en recopilar información
acerca de los procesos productivos que se realizan dentro de la
planta, mediante la inspección de la misma y las entrevistas con el
personal de producción (jefes, supervisores y operarios),
identificando las operaciones unitarias críticas donde hayan
consumos elevados de agua y generación excesiva de residuos.
- Luego de la fase preliminar, se determinó que la generación de
residuos contaminantes y los consumos elevados de agua
involucraban, en mayor o menor grado, a todas las operaciones del
proceso productivo, por lo que se estableció la necesidad de realizar
balances de agua y masa globales, con ayuda de los cuales
validamos la metodología presentada en el apartado 5.1.
- Los pasos que se siguieron para realizar el balance de agua, fueron:
- Instalación de medidores de eventosii en las bombas
principales (pozo y calderos), a partir de los cuales se puede
obtener el registro de los tiempos de funcionamiento de las
bombas durante las 24 horas del día.
- Medición de caudales de las bombas donde se instalaron los
medidores de eventos, y de la bomba de agua tratada (que se
sabe que funciona las 24 horas), para poder determinar el
consumo total diario de agua por bomba. Las mediciones se
ii Los event loggers o medidores de eventos, son instrumentos que cuentan con un sensor capaz de detectar ciertos eventos, tal como el encendido o apagado de un motor eléctrico, y una memoria electrónica que registra el momento preciso (día y hora) en el cual ocurren dichos eventos. Si se conoce el caudal de agua utilizado por los equipos, los datos registrados por los medidores de eventos permiten determinar el consumo de agua de dichos equipos durante cualquier intervalo de tiempo deseado (3).
25
realizaron utilizando un recipiente y un cronómetro,
estableciendo el volumen llenado, en un tiempo determinado:
�KLMK� � *@A=�NOPQN�R@ (5.6.)
(3)
- Determinación de tiempo y frecuencia de consumo de agua en
sanitizados y enjuagues de tanques, equipos y líneas;
empujes de producto; limpiezas de pisos y superficies
externas. Esta determinación se realizó con ayuda de
registros que llenaban los operarios y a través de mediciones
in situ (ver Anexos 8.3.1. – 8.3.3.).
- Medición de caudales de grifos y mangueras de la planta,
para poder determinar los consumos de cada sección en
función de los datos proporcionados por los registros
anteriormente mencionados. La medición se realizó utilizando
recipientes graduados y cronómetro. Como los caudales de
las mangueras y grifos varían según la hora y las tareas que
se estén realizando en la planta, se realizaron varias
mediciones, a diferentes horas, en cada uno de los puntos,
incluyendo horas de la noche y la madrugada, obteniendo
promedios de caudal a partir de los cuales estimar consumos
de agua que sean lo más reales posible (ver Anexo 8.3.4.).
- Estimación del consumo de agua en las áreas de control de
calidad, cocina y baños, utilizando las mismas herramientas
de medición de caudal, tiempos y frecuencias, y en base a la
cantidad de personal que trabaja en la planta.
- Identificación y medición de fugas de agua en cañerías,
tuberías y válvulas de equipos, bombas y tanques. (3)
- El balance de masa se realizó de la siguiente manera:
26
- Recopilación de información de los registros de insumos,
productos y reprocesos del mes en el que se realizó el
diagnóstico.
- Elaboración de registros de identificación de mermas, para
que los operarios describan y cuantifiquen las pérdidas
generadas, indicando la operación en la que se producen, el
motivo de la pérdida, la frecuencia y si éstas se llevan o no a
reproceso (ver Anexo 8.3.5.).
- Inspección de todos los sectores de la planta para identificar
todos los puntos de pérdida de producto por derrames, fugas
y deficiencias en los equipos y procedimientos.
- Medición de las cantidades, frecuencias y grados Brixiii de los
derrames y fugas de producto cotidianos para que, junto con
los datos proporcionados por los registros, se pueda estimar
la cantidad de pérdidas en términos del azúcar utilizado.
- La última fase del diagnóstico de PML consistió en la realización de
pruebas para evaluar la factibilidad y pertinencia de algunas medidas
prometedoras de PML para la reducción en el consumo de agua y la
generación de mermas.
- En la primera prueba se controló la variación de pH durante
los enjuagues de NaOH y HNO3 en diferentes sectores de la
planta, para corroborar que los tiempos de enjuague sean sólo
iii Los grados Brix son una medida de la densidad. Un grado Brix es la densidad que tiene, a 20° C una solución de sacarosa al 1%, y a esta concentración corresponde también un determinado índice de refracción. Una escala refractométrica en grados Brix corresponde a los índices de refracción de soluciones 1, 2, 3, etc. gramos de sacarosa por 100ml de solución. Así, una muestra tiene una concentración de sólidos disueltos de un grado Brix, cuando su índice de refracción es igual al de una solución de sacarosa al 1%. Para la medición realizada, se utilizó un refractómetro comercial graduado en una escala de Brix. Como los sólidos disueltos no son solo sacarosa, sino que hay otros azúcares, ácidos y sales en las muestras a medir, un grado Brix no equivale a una concentración de sólidos disueltos de 1 g/100 mL. Los grados Brix son solo un índice comercial aproximado de esta concentración, que se acepta convencionalmente, como si todos los sólidos disueltos fueran sacarosa (11).
27
los necesarios para llegar a un pH neutro. Este control se
realizó con ayuda de papel pH, indicadores fenolftaleína y
naranja de metilo y pHmetro.
- En la segunda prueba se recuperó la primera parte de los
empujes de producto con agua desde la pasteurizadora de
yogurt hacia los tanques de maduración. Se utilizaron baldes
para recibir los empujes y se midieron los grados Brix de cada
fracción recibida, para determinar cuánto volumen está
suficientemente concentrado como para ser enviado a
reproceso. Se realizó esta prueba para tres productos
diferentes.
- La tercera prueba se realizó para comparar la eficiencia de un
lavado de tanques de yogurt con vapor de agua, frente al
lavado tradicional con agua de una manguera corriente.
- La cuarta prueba se realizó para comparar la eficiencia de un
lavado de tanques de yogurt con agua a alta presión, frente al
lavado con una manguera corriente.
5.3. Capacitaciones en PML al personal de planta de DELIZIA
Mientras se desarrollaba el diagnóstico de PML, se realizaron
capacitaciones teórico-prácticas al personal de planta de DELIZIA, cuyo
objetivo era motivar y concienciar a los trabajadores en temas de PML,
así como dar herramientas técnicas para la implementación de las
medidas y obtener aportes al diagnóstico y a la identificación de
recomendaciones. Las capacitaciones consistían en:
- Una clase teórica por semana, dividida en tres etapas:
- Evaluación de actividades desarrolladas durante el
diagnóstico en la semana previa.
28
- Exposición teórica sobre conceptos, desarrollo, estrategias y
medidas de un sistema de PML aplicado a una industria de
lácteos.
- Planificación de actividades prácticas a desarrollarse en
planta, en el transcurso de la semana, relacionadas a la
exposición teórica previa.
- Acompañamiento técnico durante los días hábiles, realizando las
actividades del diagnóstico en conjunto con el personal de planta,
capacitándolos en la toma de mediciones, llenado de registros e
implementación in situ de las medidas de PML expuestas durante las
clases.
La programación de las capacitaciones se muestra en el cuadro 5.2.
Cuadro 5.2. Programación de clases para la capacitación teórica del
personal de planta de DELIZIA.
Clase Fase Tema a tratar 1 Diagnóstico Introducción al Modelo de Excelencia
en PML
PML enfocada al recurso agua 2 Diagnóstico Uso eficiente de insumos 3 Diagnóstico Balance de masa y agua 4 Diagnóstico Identificación de ineficiencias y flujos
contaminantes 5 Recomendaciones Exposición del balance de agua y las
ineficiencias identificadas durante la última semana de diagnóstico.
6 Recomendaciones Recomendaciones de PML para el uso eficiente de agua.
7 Recomendaciones Recomendaciones de PML para la minimización de residuos.
8 Recomendaciones Problemática de la contaminación en el Lago Titicaca.
Exposición resumen del trabajo de planificación de medidas de PML a
implementarse y resultados esperados.
29
- Presentación del diagnóstico de PML a los departamentos de Producción y
Control de Calidad de DELIZIA, para discutir los resultados del mismo y la
pertinencia de las recomendaciones propuestas para mejorar la situación
actual de la empresa.
- Presentación del diagnóstico de PML y las recomendaciones propuestas a
Gerencia de DELIZIA, para acordar y planificar la implementación de las
medidas de PML más importantes y factibles en términos de ahorro
económico e impacto ambiental.
5.4. Desarrollo del plan de monitoreo del efluente de DELIZIA
Como se mencionó en el apartado 5.1., la metodología propuesta para
la determinación de la carga contaminante requiere de un dato de DQO
promedio suficientemente confiable que debe obtenerse a partir de un
plan de monitoreo que asegure la calidad de las muestras, datos
obtenidos y análisis realizados.
El plan de monitoreo desarrollado para la determinación de DQO del
efluente de DELIZIA consistió en:
- Reconocimiento previo del área de muestreo, para establecer las
herramientas, procedimientos y estrategias a aplicar durante el
mismo, de manera que se obtengan muestras lo más representativas
posible.
- Diseño del plan de muestreo en base al reconocimiento previo
realizado. En este diseño se definió que se realizaría una toma de
muestras compuesta de 24 horas, cada 2 horas, durante 3 días
intercalados y que la composición se realizaría en función del caudal
(ver apartado 6.4.), para cada uno de los tres turnos de la planta y
para cada día.
30
- Puesta en marcha del muestreo. Los pasos que se siguieron para tal
efecto, según el plan diseñado, se detallan a continuación:
- Elaboración de registros para el monitoreo (ver Anexo 8.4.)
- Limpieza del área de muestreo antes de la toma de cada
muestra, eliminando los sedimentos de las paredes del pozo y de
todas las superficies que entren en contacto con el efluente.
- Toma de 2,5L de muestra en jarras limpias y medición inmediata
de la temperatura.
- Trasvasado de la muestra a un recipiente de 2L etiquetado,
hermético y que quede completamente lleno con la muestra.
- Medición del caudal del efluente, tapando la entrada de agua y
determinando la diferencia de alturas producida en la cámara
contigua durante el lapso que la entrada permanecía cerrada.
Dicho lapso se medía con un cronómetro, y el volumen de agua
se determinaba multiplicando la variación de altura por el área de
la cámara mencionada. Esta medición se repetía tres veces, lo
más rápidamente posible, manteniendo el lapso de tiempo entre
2,5 y 3 minutos.
- Medición de pH y grados Brix de la muestra con ayuda de un
pHmetro y un refractómetro.
- Refrigeración inmediata de la muestra.
- Una vez completo el muestreo diario, se procedía a la composición
de las 12 muestras puntuales, tomando los volúmenes en función del
caudal medido para cada una, según la siguiente relación:
1
ii oi n
ii
QV V
Q=
=
= ⋅
∑
(5.7.)
Donde:
• Vi = Volumen de muestra correspondiente al i-ésimo muestreo puntual.
31
• Qi = Caudal correspondiente a las condiciones de toma de la muestra i-ésima.
• Vo= Volumen total de muestra compuesta
Al final de cada jornada de muestreo se realizaban cuatro
composiciones, previa agitación vigorosa de cada muestra simple:
• Muestra compuesta diaria (Vo = 2L) que se dividía en dos partes, una
para el análisis en DELIZIA y otra para el análisis en el CPTS.
• Muestra compuesta de las horas correspondientes al turno 1 (Vo=1L),
para el análisis en DELIZIA.
• Muestra compuesta de las horas correspondientes al turno 2 (Vo=1L),
para el análisis en DELIZIA.
• Muestra compuesta de las horas correspondientes al turno 3 (Vo=1L),
para el análisis en DELIZIA.
- Análisis de DQO de la muestra compuesta diaria. La determinación
se realizó por el método de reflujo cerrado en un digestor (marca
Hach, modelo 45600) (ver Anexo 8.5.3.) y posterior lectura de las
muestras digeridas en un colorímetro portátil de un solo haz (marca
Hach, modelo DR 890) (ver Anexo 8.5.3.). El análisis se realizó
según la Norma Boliviana para la determinación de DQO en
efluentes industriales (8), como sigue:
- Preparación de una solución patrón de ftalato ácido de potasio
(FHK), desecando previamente la sal a 120° C en una termobalanza.
Se consideró una DQO teórica de 1,176 g de O2 por gramo de FHKiv.
- Agitación vigorosa de la muestra compuesta diaria.
iv La reacción de oxidación considerada para el FHK es la siguiente: 4 KC8H5O4 + 30 O2 = 32 CO2 + 10 H2O + K2O
Por lo que, según la estequiometria de la reacción:
�% � S� � ���� � S�J&T% � S� � U&��� � ��
T��� � S� � UJ% � ������ � �� � �I�V�% � ��
32
- Dilución 1:10 y 1:5 del patrón y la muestra, utilizando pipetas y
matraces volumétricos para el procedimiento.
- Adición de 2 mL de cada dilución al tubo de digestión
respectivamente etiquetado y de 2 mL de agua destilada a otro tubo,
para usarlo como blanco (12).
- Digestión durante dos horas, a 150° C, de los patrones, las muestras
y el blanco.
- Enfriamiento de los tubos durante 20 minutos.
- Calibración del colorímetro a cero, utilizando el blanco (13).
- Toma de diez lecturas del blanco. Para cada una, se sacaba el tubo
del portamuestras del colorímetro y se lo volvía a colocar en la
misma posición.
- Toma de diez lecturas de cada patrón y muestra, de la misma forma
que para el blanco.
- Análisis estadístico de los datos obtenidos, obteniendo promedios,
desviaciones estándar, coeficientes de variación y errores de cada
medición, calculados estos últimos en base a la distribución t de
Student de los datos (3).
6. RESULTADOS Y DISCUSIONES
Siguiendo el orden de la sección 5, se discutirán primeramente los
resultados del diagnóstico de PML, comparándolos con los de la
metodología para la determinación de carga contaminante. Luego se
expondrán los resultados de las pruebas de factibilidad de posibles medidas
a aplicarse y las recomendaciones de PML propuestas a la empresa.
Finalmente, se analizarán los resultados del monitoreo del efluente para la
determinación de DQO y se expondrá una breve recomendación a cerca de
un plan de aseguramiento de la calidad de monitoreo.
33
6.1. Comparación de resultados obtenidos en el diagnóstico, con los
cálculos realizados a partir de la metodología para la determinación
de carga contaminante.
El cuadro 6.1. expone los resultados generales de los balances
realizados durante el Diagnóstico de Producción Más Limpia y el
monitoreo del efluente.
Cuadro 6.1. Parámetros medidos durante el Diagnóstico de
Producción Más Limpia y el monitoreo del efluente.
Parámetro Valor Consumo total de agua [m3/día] 458 Consumo de agua en procesos [m3/día] 266 Consumo de agua en servicios sanitarios, cocina y mantenimiento [m3/día]
18
Insumos [ton/día] 55 Productos [ton/día] 146 Pérdidas en términos de azúcar presente en mermas y derrames [ton/día]
0,8
DQO promedio [mg/L] (ver apartado 6.4.) 3600
Cuadro 6.2. Sólidos totales desechados al efluente (STE)
calculados según la metodología de determinación de carga
contaminante y porcentajes de error respecto de las pérdidas
estimadas en el balance de masa.
Agua como efluente [m3/día] STE calculados a partir de las
ecuaciones 5.3. y 5.4. [ton/día]
% de error
A partir de las ecuaciones 5.1. y 5.2.
350 1,0 25%
A partir del balance de agua
266 0,7 -13%
A partir de la medición del caudal del efluente (promedio, ver apartado
6.4.)
202
0,6
-25%
34
El cuadro 6.2. muestra que la exactitud del cálculo de los STE, según la
metodología propuesta en el apartado 5.1., depende de la exactitud de
la determinación de la cantidad de agua que se pierde en el efluente por
día.
En el primer caso (cálculo mediante las ecuaciones 5.1. y 5.2.), la
determinación depende de las estimaciones hechas para el consumo de
agua en servicios (sanitarios, cocina y mantenimiento), sujetas a errores
de medición y variaciones de comportamiento no consideradas en
dichas estimaciones.
El balance de agua involucra el mismo tipo de incertidumbres, pero la
obtención de datos se realizó de manera más exhaustiva, obteniendo
promedios de varias mediciones, realizadas a diferentes horas y durante
varios días con ayuda del personal de producción y los operarios (ver
apartados 5.2. y 5.3.).
Aunque durante la medición del caudal del efluente (ver apartado 5.4.)
se procuró que no hubiera fugas al tapar la entrada, la presión pudo
empujar suficientemente al tapón y permitir la salida imperceptible de
agua, especialmente en las noches, resultando el dato de caudal, algo
menor al real.
Por otro lado, el dato de agua como efluente para los primeros dos
casos fue determinado con datos para el mes de septiembre, mientras
que el del tercero se midió en noviembre.
Asimismo, es probable que las pérdidas estipuladas por el balance de
masa (a partir de mediciones realizadas entre septiembre y octubre)
estén algo sobreestimadas, ya que las mediciones se hicieron durante
varios días, y aunque hay puntos donde se producen mermas
permanentemente, otros derrames son de carácter accidental e
impredecible.
Por todo lo mencionado, se concluye que el dato de agua como efluente
más adecuado para realizar el cálculo de sólidos totales, de manera que
35
sea comparable al de las pérdidas estimadas por el balance de masa,
es el de 266 m3 (balance de agua).
Utilizando este dato, la carga contaminante calculada según la
metodología propuesta es menor en un 13% a la determinada por
mediciones durante el balance de masa (ver cuadros 6.1. y 6.2.). Esta
diferencia puede tener varias causas. En primer lugar, la cuantificación
de pérdidas en planta se hizo en base a la cantidad de sólidos disueltos
desechados (midiendo los grados Brix de cada tipo de merma) y no se
consideraron los demás tipos de sólidos presentes como materia en
suspensión (grasas y proteínas). Sin embargo, como se vio en el
apartado 5.1, el factor 1,25 sí tiene en cuenta, tanto los sólidos disueltos
como los sólidos suspendidos (ver anexos 1 y 2), y refleja mejor la
composición real del efluente.
Por otra parte, el valor de los STE predicho utilizando el dato de agua
como efluente calculado a partir de las ecuaciones 5.1. y 5.2., es un
25% mayor al del balance de masa, lo que indica que se deben mejorar
las estimaciones del agua consumida en servicios e identificar posibles
consumos cuyo destino final no sea el efluente (en el balance de agua
hubo un 10% de consumo no identificado). De esta forma, el valor del
agua como efluente sería más cercano al medido durante el balance de
agua, y la metodología resultaría más exacta. Aplicando estas mejoras y
considerando que la metodología propuesta fue diseñada simplemente
como una herramienta de estimación de pérdidas, se concluye que el
dato obtenido para los STE (1,0 ton/día), es suficientemente congruente
con el del balance de masa (0,8 ton/día) y que la empresa puede
planificar estrategias de reducción de pérdidas en base a su aplicación.
36
6.2. Resultados de las pruebas de factibilidad de posibles medidas a
recomendarse
6.2.1. Variaciación de pH en función del tiempo durante los
enjuagues de tanques y equipos
A partir de las pruebas realizadas respecto a este punto (ver
apartado 5.2.), se constató que la mayoría de los enjuagues se
hacían en el tiempo correcto para llegar al pH neutro. No se
completaron las pruebas en todas las secciones de la planta,
pero para una de ellas se obtuvo la gráfica de la figura 6.1:
Figura 6.1. Variación del pH en función del tiempo de enjuague de NaOH. Observándose que hay un exceso de trece minutos en el tiempo
de enjuague.
6.2.2. Recuperación de producto durante los empujes con agua
En el cuadro 6.3. se muestra una comparación entre los grados
Brix de los primeros 10L de empuje recuperados para tres
productos distintos y los respectivos grados Brix de la base
original.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30
pH
Tiempo de enjuague [min]
37
Cuadro 6.3. Factibilidad de recuperación de los primeros 10 L
de empuje de tres bases diferentes.
Base empujada
Grados Brix Reprocesable según personal de Control de
Calidad Base original Empuje con
agua A 11.8 7.4 Sí B 14 – 16 5.2 Sí C 15 – 17 3 No
6.2.3. Utilización de vapor de agua para lavado de tanques
Esta prueba no tuvo buenos resultados en los tanques de yogurt,
ya que la alta temperatura del vapor dio lugar a la
desnaturalización y precipitación de las proteínas, que se
quemaron y pegaron a las paredes del tanque, haciendo mucho
más difícil la limpieza.
6.2.4. Utilización de agua a alta presión para lavado de tanques.
La prueba se realizó midiendo los tiempos de lavado durante el
enjuague inicial del tanque y el enjuague de NaOH, utilizando una
manguera normal y una con agua a alta presión. Los resultados
se muestran en los cuadros 6.4. y 6.5.
Cuadro 6.4. Comparación de consumos durante el enjuague
inicial de un tanque, utilizando una manguera normal y una
de agua a alta presión.
Enjuague inicial
Lavado normal
Lavado con agua a presión
Reducción
Q [L/min] 36,5 7,0 - T [min] 2,6 1,7 35%
Consumo [L] 95 11,9 88%
38
Cuadro 6.5. Comparación de consumos durante el enjuague
de NaOH de un tanque, utilizando una manguera normal y
una de agua a alta presión.
Enjuague de NaOH
Lavado normal
Lavado con agua a presión
Reducción
Q [L/min] 36,5 7,0 - T [min] 7 3,5 50%
Consumo [L] 225 24,9 90,4%
6.3. Recomendaciones de producción más limpia propuestas a la
empresa DELIZIA
6.3.1. Recomendaciones relativas al uso eficiente del agua
El balance de agua y las observaciones realizadas en planta
mostraron la necesidad de implementar medidas de optimización
del uso del agua, con el objetivo de alcanzar un consumo
específico de 4L-agua/L-leche procesada, publicado por el
PNUMA como el máximo valor alcanzado por empresas en el
extranjero (2) (ver apartado 2.1.1.). El mínimo valor publicado por
el PNUMA es de 1L-agua/L-leche procesada, alcanzado en una
empresa extranjera que utiliza tecnologías altamente eficientes a
las que, por el momento, ninguna empresa de lácteos en Bolivia
tiene acceso. De hecho, los datos de empresas bolivianas de
lácteos de que dispone el CPTS, muestran consumos específicos
mayores a 4 L-agua/ L-leche procesada. La aplicación de las
siguientes recomendaciones busca, al menos, igualar este
consumo:
- Implementar un programa de uso eficiente del agua que
incluya:
39
§ Instalación de medidores de agua en cada una de la
secciones, para realizar un control continuo de los
consumos, de manera que el personal de planta ponga
mayor atención en mantener dichos consumos en un rango
establecido.
§ Instalación de pistolas de cierre automático en las
mangueras, ya que de esta forma se ahorra tiempo y agua
al evitar que el operario tenga que recorrer trechos largos
para cerrar los grifos o que se distraiga, dejándolos
abiertos.
§ Instalación de pistolas de agua a presión en las mangueras,
para realizar los lavados de tanques gastando menos agua
y removiendo los residuos de manera más rápida y
eficiente. La prueba realizada para el lavado de un tanque
demostró que había una reducción del 90% respecto del
consumo de agua utilizando la manguera normal, además
de que el tiempo de lavado se redujo a la mitad (ver
apartados 5.2. y 6.2.4.).
§ Utilización de vapor para limpiar los tanques y equipos
donde se procesen bases que posean más grasas que
proteínas, como la crema de leche y la mantequilla, Sin
embargo, esta práctica no sería factible para tanques donde
se procesen bases con alto contenido de proteínas (leche,
yogurt), pues por la alta temperatura del vapor, éstas se
desnaturalizan, pegándose a las paredes y haciendo más
difícil la limpieza (ver apartados 5.2. y 6.2.3.).
§ Instalación de válvulas de flotador para evitar derrames de
agua en tanques.
§ Instalación de grifos de lavado de manos en las salas
donde haga falta, para que los operarios no tengan que
40
utilizar los grifos de alto caudal de los tanques, haciendo un
gasto desmesurado del agua.
§ Reposición de mangueras que presenten fugas.
§ Recolección en seco de fugas y pérdidas de producto o
insumos antes de iniciar la limpieza del piso o equipos con
agua, utilizando trapos, rastrillos, escobas o raspadores de
goma.
- Optimización de los enjuagues de Soda y Ácido. En el ejemplo
de la figura 6.1., el lavado duraba trece minutos más de lo
necesario, por lo que se recomendó la:
§ optimización de los protocolos de lavado, de forma que los
operarios conozcan el tiempo aproximado en el que el agua
de enjuague alcanza un pH neutro, evitando abrir los grifos
por tiempos prolongados.
§ instalación de temporizadores que faciliten al operario el
control de los tiempos de enjuague.
§ dotación de indicadores de pH en papel o en solución a los
operarios, de manera que ellos mismos puedan determinar
cuándo terminar los enjuagues, evitando así la pérdida de
tiempo y agua al esperar que los encargados de laboratorio
realicen el control respectivo.
- Realización de mantenimiento preventivo a todas las máquinas
(ajustes de las piezas, cambio de piezas defectuosas).
§ Reparación de equipos para evitar fugas de agua.
§ Instalación de trampas de vapor.
- Uso de agua reciclada/reutilizada.
41
§ Reciclar el agua del retrolavado de filtros de carbón
activado y arena.
§ Reciclar el agua de lubricación de equipos para utilizarla en
limpieza.(3)
Cuadro 6.6. Resumen de oportunidades de uso eficiente del
agua (*).
Oportunidad Medida Ahorro en el
consumo de agua [m3/año]
Ahorro económico [US$/año]
Reducción del consumo en enjuagues de tanques.
Instalación de pistolas de agua alta presión.
16 900 5 400
Reducción del consumo
en sanitizados
Optimización de protocolos de lavado.
300 100
Recuperación del agua de lubricación de equipos
Mantenimiento preventivo y
reciclaje/recuperación
10 900 3 480
Reparación de fugas
Mantenimiento preventivo
1 500 480
Recuperación del agua de retrolavado
de filtros
Reciclaje/recuperación 1 200 380
Recuperación de
condensados
Reciclaje/recuperación 2 700 860
Total 33 500 10 700 (*) Los cálculos de beneficios económicos se realizaron suponiendo un costo de 0,32US$/m3 de agua cruda (sin tener en cuenta los costos de los tratamientos a que se somete) y 300 días de producción al año.
Por otro lado, 33 500 m3/año significan un ahorro de 112 m3/día,
que representa el 25% del consumo total de agua de la planta
(ver cuadro 6.1.).
42
6.3.2. Recomendaciones relativas a la minimización de residuos
6.3.2.1. Medidas preventivas para flujos originados por prácticas
operativas y de mantenimiento
- Minimización de fugas, rebalses y derrames de
producto o materias contaminantes.
§ Reparar fugas en mangueras, tuberías y equipos.
§ Proporcionar mantenimiento adecuado a los sistemas
de control de nivel o instalar sensores de control
automático de nivel en los tanques pulmón de todas las
pasteurizadoras, para evitar rebalses de producto.
§ En muchos de los lugares donde se identificaron fugas
de producto, las medidas de mantenimiento
correspondientes no son de aplicación fácil o inmediata.
En otros casos, los derrames son ocasionados por
procedimientos cotidianos difíciles de modificar ya que
dependen de la forma en que fueron planificadas las
operaciones, como es el caso de la apertura de líneas y
las mermas que quedan en tanques y tuberías luego de
enviar producto. En este sentido, donde no sea posible
evitar fugas y rebalses, se recomienda utilizar bandejas
o baldes para recolectar el material y poder
reprocesarlo y/o evitar que éste caiga al piso o ingrese
al sistema de drenaje. Esta recomendación se empezó
a aplicar en algunos puntos de la planta luego de
exponerla durante las capacitaciones.
§ Dar mantenimiento a los mecanismos de lubricación,
haciendo los cambios de piezas correspondientes con
la frecuencia requerida por los equipos, para que no se
43
pierda producto y se pueda reciclar el agua de
lubricación para usos de limpieza.
6.3.2.2. Medidas preventivas para flujos originados por la
naturaleza de los procesos y de los equipos utilizados.
- Modificación de los equipos e instalaciones a fin de
facilitar los procesos de limpieza y la recuperación de
materias contaminantes.
§ Utilizar ruedas más grandes en los carritos recolectores
de mermas e instalar un sistema de sujeción en las
tapas de los mismos para evitar derrames en caso de
caídas accidentales. Parte de esta recomendación ya
fue aplicada luego de darla en una de las
capacitaciones, habiéndose instalado ruedas nuevas en
uno de los carritos.
§ Utilizar bandejas, canaletas, mangueras, recipientes,
deflectores u otros dispositivos adecuados para desviar
o recolectar las fugas, rebalses, derrames y
salpicaduras inevitables de producto.(3)
- Minimización de la pérdida de producto por empujes
con agua.
§ Utilizar baldes para recuperar al menos los primeros
10L de los empujes, previa evaluación de grados Brix,
acidez y sabor en control de calidad (ver apartados 5.2.
y 6.2.2.), de manera que se puedan utilizar como parte
de las mezclas en la elaboración de bases para
diferentes productos.
44
Cuadro 6.7. Resumen beneficios económicos y ambientales
de las medidas relativas a la minimización de residuos (*).
Medida Azúcar perdido [ton/día]
Ahorro [US$/año]
Reducción de DQO [mg/L]
Minimización de fugas, rebalses y derrames de
producto o materias contaminantes.
0,128 26 000 400
Modificación de los equipos e instalaciones a
fin de facilitar los procesos de limpieza y la recuperación de materias
contaminantes.
0,705 145 000 2 300
Minimización de pérdidas de producto por empujes
con agua.
0,00074
150
2
Total 0,833 170 000 2700 (*) Los cálculos se realizaron suponiendo 0,686 US$/kg-azúcar; 300 días de producción; caudal del efluente igual a 350 m3/día; y la equivalencia de 1 kg-azúcar = 1,12 kg-O2.
En el cuadro 6.7. se observa que los mayores beneficios
económicos y ambientales tienen que ver con la mejora del
funcionamiento de los equipos. Aún así, las mejoras en las
prácticas operativas en cuanto a la minimización de fugas y
derrames de productos e insumos reporta beneficios importantes,
en el sentido de que las inversiones suelen ser nulas o mínimas
en relación a las que involucran modificación o reemplazo de
equipos.
En el caso ideal de que todas las recomendaciones fueran
aplicadas, la reducción de la DQO del efluente se calcula:
45
���NWRN?;X; � ����;>P=;A � ���?NX=>QX; � �;>P=;A4XNA4NYA=NOPN�NWRN?;X@4XNA4NYA=NOPNv
���NWRN?;X; � �U�&& � JV&& � U[&&&&JU$&&& � �U&&4��%\�
Este nuevo valor de la DQO involucra una reducción del 64% de
la DQO actual (ver apartados 6.1. y 6.4.).
6.4. Determinación de la DQO del efluente
- Como se explica en el apartado 5.4., la composición de muestras se
realizó en función del caudal. La razón por la que se eligió el método
de composición por caudal en lugar del de composición por tiempo
(muestra compuesta por volúmenes iguales de muestras puntuales,
tomadas a intervalos regulares de tiempo) (3), se muestra en las
figuras 6.2. y 6.3.:
Figura 6.2. Variación del caudal del efluente días hábiles de producción.
v Ver cuadro 6.6. El ahorro total de agua por año es 41 000 m3, que equivale a 112 m3/día. Restando esta cantidad del agua como efluente estimada mediante la metodología (350 m3), obtenemos el valor de 238 m3/día para el Qesperado del efluente.
0
50
100
150
200
250
300
00:0
0
02:0
0
04:0
0
06:0
0
08:0
0
10:0
0
12:0
0
14:0
0
16:0
0
18:0
0
20:0
0
22:0
0
Caud
al [L
/min
]
Hora
46
Figura 6.3. Variación del caudal del efluente en fin de semana.
Se observan diferencias de caudal entre 100 y 250 L/min en los días
hábiles y entre 50 y 200 L/min, que implican variaciones importantes
en la actividad dentro de planta, por lo que una muestra compuesta
por tiempo no representa adecuadamente las fluctuaciones del
proceso productivo, siendo lo más adecuado realizar la composición
de muestras en función del caudal del efluente. Además, es
importante que el personal designado esté al tanto de lo que sucede
dentro de la planta durante el desarrollo del monitoreo, de manera
que se pueda evaluar adecuadamente el comportamiento de los
parámetros a estudiar, en función de la actividad productiva.
El monitoreo del efluente se complementó con mediciones de
temperatura, pH y grados Brix de cada una de las muestras simples,
identificándose las siguientes variaciones por día:
0
50
100
150
200
250
00:0
0
02:0
0
04:0
0
06:0
0
08:0
0
10:0
0
12:0
0
14:0
0
16:0
0
18:0
0
20:0
0
22:0
0
Caud
al [L
/min
] Hora
47
Figura 6.4. Variación de la Temperatura del efluente durante los tres días de muestreo.
Figura 6.5. Variación del pH del efluente durante los
tres días de muestreo.
Figura 6.6. Variación de grados Brix del efluente durante los tres días de muestreo.
Las variaciones observadas en las anteriores gráficas no son tan
pronunciadas como las de los caudales, indicando que el sistema de
homogeneización al que son sometidas las aguas residuales cumple
su función. La temperatura fluctúa entre 23° C y 26° C, coincidiendo
las temperaturas más bajas con horas de la madrugada en que la
temperatura ambiental es menor. El pH varía entre 5 y 10, pudiendo
afectar el funcionamiento del sistema de tratamiento biológico que
2121.5
2222.5
2323.5
2424.5
2525.5
2626.5
09:0
0
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
19:0
0
21:0
0
23:0
0
01:0
0
03:0
0
05:0
0
07:0
0
Tem
pera
tura
[°C]
Hora
Día 1
Día 2
Día 30
2
4
6
8
10
12
09:0
0
11:0
0
13:0
0
15:0
0
17:0
0
19:0
0
21:0
0
23:0
0
01:0
0
03:0
0
05:0
0
07:0
0
pH
Hora
Día 1
Día 2
Día 3
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
09:0
011
:00
13:0
015
:00
17:0
019
:00
21:0
023
:00
01:0
003
:00
05:0
007
:00
[°] B
rix
Hora
Día 1
Día 2
Día 3
48
tiene la planta, el cual trabaja óptimamente a valores de pH cercanos
a la neutralidad (ver apartado 2.1.2.). En la figura 6.6. se observa que
durante el día 1 se llegó a concentraciones de azúcar (y otros sólidos
disueltos) más elevadas que en los otros días, lo cual coincide con el
hecho de que la DQO haya sido mayor en este día (ver figura 6.7.).
Sin embargo, la medición de grados Brix no resulta muy confiable, ya
que los valores, que oscilan entre 0,1 y 0,8, están muy cerca del
valor mínimo que puede detectar el refractómetro utilizado (0,1).
- El cuadro 6.8. expone los resultados de los análisis de DQO del
efluente de DELIZIA:
Cuadro 6.8. DQO del efluente de DELIZIA medida en los tres días de
monitoreo.
Día DQO Error (*) 1 4 400 ± 10 2 3 000 ± 10 3 3 500 ± 10
Promedio 3 600 ± 10 (*) Los errores se calcularon según la distribución t de Student de las lecturas realizadas en el colorímetro. Para los días 1 y 2, las lecturas de ambas diluciones (muestra y duplicado) se juntaron, haciendo un total de 20 lecturas (ver apartado 5.4.), debido a que las DQO promedio respectivas eran muy similares y las incertidumbres eran bajas. Para el día 3, solo se utilizaron las lecturas de una dilución, haciendo un total de 10 lecturas (ver figura 6.7.).
- Los valores de DQO reportados por el análisis muestran diferencias
importantes entre un día y otro (ver figura 6.7.), las cuales se
explican por las variaciones en la producción de cada día y también
por la variación pronunciada de los eventos que ocurren dentro de
planta. Por ejemplo, puede que en los dos primeros días la
producción haya sido similar pero que el segundo día el consumo de
agua haya sido demasiado elevado, diluyéndose la carga
contaminante y resultando menor la DQO, o que el primer día haya
habido más derrames que el segundo. Las variaciones demasiado
pronunciadas de caudal que se mostraron en las figuras 6.2. y 6.3.
también muestran que la empresa necesita un plan de
49
estandarización de procedimientos, que les permita realizar un mejor
control de sus consumos de agua y evitar al máximo las pérdidas por
derrames accidentales. En este sentido, para realizar un análisis
detallado de los resultados, es importante llevar el registro del
consumo de agua y de la producción, no sólo por día, sino por hora,
durante el monitoreo, estrategia que no se llevó a cabo en este caso.
- Los resultados del análisis realizado se reportan con bajas
incertidumbres de medición, ±10, que representa menos del 1% del
valor promedio de la DQO. Estas bajas incertidumbres se lograron
gracias al método aplicado para minimizar los errores debidos a
posibles variaciones en las lecturas del colorímetro, preparación de
diluciones, y manejo de las muestras (ver apartado 5.4.).
- Los resultados de las mediciones de DQO presentan ciertas
diferencias entre las lecturas de las diluciones preparadas para la
misma muestra. Sin embargo, éstas quedan dentro del rango
definido por los errores reportados, excepto en el caso de la muestra
para el día 3, en la que hay una diferencia más pronunciada debido a
una mala preparación del duplicado, por lo que se reportó solamente
el dato de DQO determinado para la muestra diaria (ver Figura 6.7.).
Figura 6.7. Variación de medidas de DQO entre las muestras d
diluciones realizadas para cada una.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Día 1 Día 2 Día 3
DQ
O [m
g/L]
x 1
02
Muestra diar
Duplicado muestra diar
4,339 ± 19
4,386 ± 18
2,997 ± 6
2,982 ± 13
3,477± 6
3,203 ± 3
DQO promedio = 3600 mg/L
iarias y las
ia
ia
50
6.4.1. Recomendaciones relativas a la mejora de procedimientos
de control de los efluentes.
- Implementar un Plan de Monitoreo de las descargas del
efluente, que permita realizar muestreos, análisis y
evaluaciones de forma sistemática, para obtener información
fiable que sirva a la empresa, como herramienta de gestión
ambiental y empresarial (14).
El Plan de Monitoreo, deberá contar con al menos:
§ Un equipo de monitoreo
§ Un diseño del monitoreo a través del cual se deben:
1. Identificar los objetivos del plan de monitoreo.
2. Identificar hipótesis y modelos conceptuales.
3. Identificar las reglas de decisión preliminares.
4. Diseñar un plan de monitoreo para:
Ø Establecer los procedimientos de control de calidad en
la toma, conservación y transporte de muestras de
aguas residuales, garantizando que la muestra a
analizar esté libre de alteraciones (contaminación
externa, degradación química o biológica).
Ø Analizar las muestras de aguas residuales conforme a
los métodos analíticos y a la normativa establecida.
5. Ejecutar el plan de monitoreo.
6. Establecer reglas de decisión de gestión. (14, 15)
7. CONCLUSIONES
- Los trabajos de diagnóstico y monitoreo realizados en DELIZIA permitieron
el establecimiento de una línea base y la formulación de recomendaciones
51
de PML, a partir de las cuales la misma empresa pueda planificar una serie
de medidas y acciones para disminuir sus niveles de contaminación,
además de obtener beneficios económicos, sin disminuir la calidad de su
producción, y por el contrario, mejorar su productividad.
- La validez de la metodología propuesta para la determinación de carga
contaminante, depende principalmente de la exactitud con que se estime el
caudal del efluente. Los tres métodos que se utilizaron para realizar dicha
estimación, teórico (mediante la metodología), balance de agua y medición
directa del caudal, dieron como resultado cantidades de sólidos en el
efluente de 1,0, 0,7 y 0,6 ton/día, difiriendo en 25, 13 y 25% del valor
estimado durante el balance de masa (0,8 ton/día), respectivamente. Así, el
balance de agua proporciona el dato más confiable para el agua como
efluente.
- A pesar del 25% de diferencia existente entre el valor de sólidos totales
desechados al efluente calculado a partir de las ecuaciones 5.1. – 5.4., se
concluye que, a efectos de estimar el porcentaje de pérdidas que generan
un grado de contaminación determinado, la metodología propuesta puede
ser una herramienta muy útil, práctica y confiable para DELIZIA y otras
empresas de lácteos, ajustando el factor de conversión entre carga de DQO
y sólidos del efluente, según sean las características de consumo y
producción de cada empresa (ver anexos 1 y 2).
- La DQO del efluente de la empresa mostró variaciones importantes en los
tres días de muestreo, dando un promedio de 3600 ± 10 mg/L.
- Los resultados del monitoreo del efluente demostraron la necesidad de
realizar una estandarización de los procesos dentro de planta, de manera
que los parámetros como DQO, pH y temperatura del efluente se
mantengan dentro de un rango establecido a pesar de las fluctuaciones de
la producción.
- El plan de monitoreo que se llevó a cabo debería ser una estrategia
permanente de control interno de la empresa, formando parte de un Plan de
52
Aseguramiento de la Calidad, que le permita disponer siempre de una base
de datos confiable en función de la cual pueda realizar sus evaluaciones.
- Las capacitaciones teórico-prácticas realizadas al personal de DELIZIA
fueron fructíferas debido a que muchas de las medidas expuestas en las
clases se iban aplicando dentro de planta mientras se iba realizando el
diagnóstico. Además, el mismo personal colaboró con ideas y estrategias
para la recopilación de datos y la formulación de las recomendaciones.
- Se espera que la implementación de las recomendaciones propuestas para
minimizar las mermas y derrames, en el caso ideal de que se pudieran
aplicar todas, se traduzca en una disminución del 64% del DQO promedio
actual del efluente de DELIZIA. Dicho porcentaje toma en cuenta la
concentración de la carga orgánica debida a la reducción en el consumo de
agua. El ahorro económico involucrado sería de 170 000 US$/año (sin tener
en cuenta inversiones en instalaciones y equipos).
- La empresa DELIZIA tiene muchas oportunidades para optimizar su
consumo de agua, como se muestra en las recomendaciones planteadas.
Se espera que la implementación de dichas recomendaciones, reduzca el
consumo actual de agua en un 25%, lo que permitiría que su consumo
específico sea igual o menor a 4 L-agua / L-leche procesada. Además, esta
implementación reportaría un ahorro económico de 10 700 US$/año (sin
tener en cuenta inversiones en instalaciones y equipos).
- Las prácticas de PML deben priorizarse ante el manejo de flujos como
desechos al final del proceso productivo (tratamiento y disposición final),
puesto que en la mayoría de los casos, los recursos empleados para
introducir prácticas de PML son inversiones a corto plazo (generan retornos
económicos y beneficios ambientales simultáneamente). Al contrario, los
recursos empleados en plantas de tratamiento son un gasto, ya que no
generan retornos económicos tangibles para la empresa.
8. ANEXOS
8.1. ANEXO 1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA LECHE DE VACA
8.1.1. Valores medios aproximados de sólidos en la leche (SL) de
vaca (g/100 ml) (11)
Sólidos Lactosa Lípidos Proteínas Cenizas Totales Cantidad 5 3,6 3,2 0,7 12,5
8.1.2. Valores medios aproximados de aminoácidos en las
proteínas lácteas totales (PT) (11 ) y en los sólidos de la leche
(SL) (*).
Aminoácido (AA)
Cantidad en PT (%AA en PT)
[gAA/100 g PT]
Cantidad en SL (%AA en SL)
[gAA/100 g de SL] Ác. Glutámico 24,0 6,144
Prolina 11,5 2,944 Leucina 10,0 2,560 Lisina 8,0 2,048
Ác. Aspártico 7,5 1,920 Valina 7,0 1,792
Isoleucina 6,5 1,664 Serina 6,0 1,536
Tirosina 5,0 1,280 Fenilalanina 5,0 1,280
Treonina 4,5 1,152 Arginina 3,5 0,896 Alanina 3,5 0,896 Histidina 2,5 0,640 Metionina 2,5 0,640
Glicina 2,0 0,512 Cisteína 2,0 0,512
Triptófano 1,5 0,384 (*) La cantidad de cada aminoácido en 100g de sólidos de la leche se calcula:
]^^4_`4ab � ]cd4ef4gh]gh4ef4ij4iekle
� ]^^4_`4mn (8.1.)
De la sección 8.1.1.:
]^^4_`4ab � GI�)�Io � ]^^4_`4mn (8.2.)
54
8.1.3. Composición general de los lípidos de la leche, respecto a
los lípidos totales (LipT) (11)
Lípidos (Lip) Cantidad [glip/100 g de lípidos] Triglicéridos 98
Di- y mono-glicéridos 0,5 (*) Ácidos grasos libres 0,3 (*)
Fosfolípidos y esfingolípidos 0,7 Insaponificable 0,3
(*) Dependientes de la alteración enzimática
8.1.4. Valores medios aproximados de los ácidos grasos más
abundantes respecto a los ácidos grasos totales (AGT) (11) y a
los sólidos de la leche (SL) (*).
Ácido graso (AG) Cantidad en AGT (%AG en AGT)
[gAG/100 g de AGT]
Cantidad en SL (%AG en SL)
[gAG/100 g de SL] Ác. Palmítico 26 7,46304
Ác. Oleico 25 7,176 Ác. Esteárico 11 3,15744 Ác. Mirístico 10 2,8704 Ác. Butírico 3,5 1,00464 Ác. Láurico 3 0,86112 Ác. Cáprico 2,6 0,746304
Ác. Caproico 2,3 0,660192 Ác. Linoleico 2,3 0,660192
Ác. Palmitoleico 2,3 0,660192 Ác. Caprílico 1,7 0,487968
Ác. Pentadecanoico 1,2 0,344448 Ác. Miristoleico 1,1 0,315744 Ác. Margárico 0,9 0,258336 Ác. Linolénico 0,8 0,229632
Ác. Heptadecenoico 0,5 0,14352 Ác. metilmiristico 0,7 0,200928 Ác. metilpalmitico 0,8 0,229632
Ác. metilpentadacanoico 0,3 0,086112
(*) La cantidad de cada ácido graso en 100g de sólidos de la leche se calcula:
]^p4_`4ab � ]qrd4ef4gh44]gh4ef4ij4iekle
� ]^p4_`4^pn (8.3.) Asumiendo que el porcentaje de ácidos grasos totales en la fracción lipoide (LipT) de la leche es aproximadamente igual a la suma de porcentajes de los ácidos grasos libres y de los mono-, di-y triglicéridos, fosfolípidos y esfingolípidos (especies unidas a cadenas de ácidos grasos, liberados por
55
hidrólisis enzimática en el organismo), y utilizando los datos de la sección 8.1.3.:
]^pn4_`4bstn � u$ v &I[ v &IU v &IV � uuI[ (8.4.) El porcentaje de ácidos grasos totales en la leche se calcula:
]wxy4z{4|} � ]qrd4ef4h~�d�]h~�d)22 (8.5.)
Utilizando el resultado de la expresión (8.4.) y los datos correspondientes de la sección 8.1.1., se obtiene:
]^pn4_`4ab � uuI[ � UI��&& � UI[$J
Y reemplazando en la ecuación (8.3.):
]^p4_`4ab � GIo1�)�Io � ]^p4_`4^pn (8.6.)
8.1.5. Cálculo de los porcentajes de colesterol y lactosa en los
sólidos de la leche.
La referencia bibliográfica (11) indica que en 1 L de leche hay
alrededor de 120 mg de colesterol, de manera que el porcentaje
de colesterol en los sólidos de la leche se calcula:
]���_��_���4_`4ab4 � �k�ie��e��i4ef4C4h4�e4iekle�gh4ef4C4h4�e4iekle � �&& (8.7.)
Utilizando los datos de la sección 8.1.1.:
]���_��_���4_`4ab4 � &I�J&�J[ � �&& � &I&u�4
Por otro, el porcentaje de lactosa en los sólidos de la leche se
calcula:
]�������4_`4ab4 � ]ijk���j4ef4ij4iekle]gh4ef4ij4iekle
� �&& (8.8.)
Reemplazando los datos correspondientes de la sección 8.1.1. en
la ecuación (8.8.):
]�������4_`4ab4 � [�JI[ � �&& � T&
56
8.2. ANEXO 2. CÁLCULO DEL FACTOR DE CONVERSIÓN ENTRE LA
DQO Y LOS SÓLIDOS TOTALES DEL EFLUENTE (STE) DE
DELIZIA.
Generalizando el cálculo realizado para la sacarosa en la página 21, se
tiene la siguiente expresión para calcular el aporte a la DQO (fx) de
cualquier componente x presente en los sólidos totales de la leche:
�� � ������������
(8.9.)
Donde:
nO2 = número de moles de O2 involucrados en la reacción de combustión MO2 = Peso molecular de O2 nx = número de moles del componente x involucrados en la reacción de combustión Mx = Peso molecular del componente x
8.2.1. Composición porcentual aproximada de los sólidos de la
leche de vaca, reacciones de combustión y aportes a la DQO de
cada compuesto calculados mediante la ecuación 8.9.
Compuesto Peso Molecular
[g/mol]
Reacción de combustión fx [gO2 /
gcompuesto] Lactosa 342,3 C12H22O11 + 12O2 ↔ 12CO2 + 11H2O 1,12
Ác. Glutámico 147,1 4C5H9NO4 + 25O2 ↔ 20CO2 + 18H2O + 4NO2 1,36 Prolina 115,1 4C5H9NO2 + 29O2 ↔ 20CO2 + 18H2O + 4NO2 2,02 Leucina 131,2 4C6H13NO2 + 37O2 ↔ 24CO2 + 26H2O + 4NO2 2,26 Lisina 146,2 2C6H14N2O2 + 21O2 ↔ 12CO2 + 14H2O + 4NO2 2,30
Ác. Aspártico 133,1 4C4H7NO4 + 19O2 ↔ 16CO2 + 14H2O + 4NO2 1,14 Valina 117,2 4C5H11NO2 + 31O2 ↔ 20CO2 + 22H2O + 4NO2 2,12
Isoleucina 131,2 4C6H13NO2 + 37O2 ↔ 24CO2 + 26H2O + 4NO2 2,26 Serina 105,1 4C3H7NO3 + 17O2 ↔ 12CO2 + 14H2O + 4NO2 1,29
Tirosina 181,2 4C9H11NO3 + 45O2 ↔ 36CO2 + 22H2O + 4NO2 1,99 Fenilalanina 165,2 4C9H11NO2 + 47O2 ↔ 36CO2 + 26H2O + 4NO2 2,28
Treonina 119,1 4C4H9NO3 + 23O2 ↔ 16CO2 + 18H2O + 4NO2 1,54 Arginina 174,2 2C6H14N4O2 + 25O2 ↔ 12CO2 + 14H2O + 8NO2 2,30 Alanina 89,1 4C3H7NO2 + 19O2 ↔ 12CO2 + 14H2O + 4NO2 1,71 Histidina 155,2 4C6H9N3O2 + 41O2 ↔ 24CO2 + 18H2O + 12NO2 2,11
Metionina 149,2 4C5H11NO2S+ 35O2 ↔ 20CO2 + 22H2O + 4NO2 +
4SO2 1,88 Glicina 75,1 4C2H5NO2 + 13O2 ↔ 8CO2 + 10H2O + 4NO2 1,39
Cisteína 121,2 4C3H7NO2S + 23O2 ↔ 12CO2 + 14H2O + 4NO2 +
4SO2 1,52 Triptófano 204,2 C11H12N2O2 + 15O2 ↔ 11CO2 + 6H2O + 2NO2 2,35
Ác. Palmítico 256,4 C16H32O2 + 23O2 = 16CO2 + 16H2O 2,87
57
Compuesto Peso Molecular
[g/mol]
Reacción de combustión fx [gO2 /
gcompuesto] Ác. Oleico 282,0 2C18H34O2 + 51O2 = 36CO2 + 34H2O 2,89
Ác. Esteárico 284,5 C18H36O2 + 26O2 = 18CO2 + 18H2O 2,92 Ác. Mirístico 228,4 C14H28O2 + 20O2 = 14CO2 + 14H2O 2,80 Ác. Butírico 88,0 C4H8O2 + 5O2 = 4CO2 + 4H2O 1,82 Ác. Láurico 200,3 C12H24O2 + 17O2 = 12CO2 + 12H2O 2,72 Ác. Cáprico 172,3 C10H20O2 + 14O2 = 10CO2 + 10H2O 2,60 Ác. Caproico 116,2 C6H12O2 + 8O2 = 6CO2 + 6H2O 2,20 Ác. Linoleico 280,5 C18H32O2 + 25O2 = 18CO2 + 16H2O 2,85
Ác. Palmitoleico 254,4 2C16H30O2 + 45O2 = 32CO2 + 30H2O 2,83 Ác. Caprílico 144,2 C8H16O2 + 11O2 = 8CO2 + 8H2O 2,44
Ác. Pentadecanoico 242,0 2C15H30O2 + 43O2 = 30CO2 + 30H2O 2,84 Ác. Miristoleico 226,4 2C14H26O2 + 39O2 = 28CO2 + 26H2O 2,76 Ác. Margárico 270,5 2C17H34O2 + 49O2 = 34CO2 + 34H2O 2,90 Ác. Linolénico 278,4 2C18H30O2 + 49O2 = 36CO2 + 30H2O 2,82
Ác. Heptadecenoico 268,4 C17H32O2 + 24O2 = 17CO2 + 16H2O 2,86 Ác. metilmiristico 242,0 2C15H30O2 + 43O2 = 30CO2 + 30H2O 2,84 Ác. metilpalmitico 270,5 2C17H34O2 + 49O2 = 34CO2 + 34H2O 2,90
Ác. metilpentadacanoico 256,4
C16H32O2 + 23O2 = 16CO2 + 16H2O 2,87
Colesterol 386,7 C27H46O + 38O2 = 27CO2 + 23H2O 3,14
La media ponderada del aporte a la DQO según el porcentaje en masa
de cada componente x de la leche se calcula utilizando la ecuación
(8.8.):
��|} � ��]�4z{4|}������ (8.8.)
Donde %x en SL es el porcentaje en masa del componente x presente en
la fase sólida de la leche (ver Anexo 1, secciones 8.1.2., 8.1.4. y 8.1.5.)
Reemplazando los datos del cuadro 8.2.1. y de los anexos anteriores en
la ecuación (8.8.) resulta:
��|} � �I ��4����\���
Considerando que los STE de DELIZIA están conformados por azúcar y
sólidos de la leche, y que las cantidades de estos componentes en el
efluente son proporcionales a la cantidad utilizada de cada uno como
58
insumo, la media ponderada (��) final de los aportes a la DQO de los
STE, se calcula:
�� � �] ¡¢£ ¤�� ¡¢£ ¤¥�]|}���|}��� (8.9.)
%azúcar es el porcentaje de azúcar respecto a la suma de las cantidades
de azúcar y sólidos de la leche utilizados como insumos durante un
mes, y se calcula:
] ¡¢£ ¤ � ¦ ¡¢£ ¤4£§¦§4¨{©ª¦§¦ ¡¢£ ¤4£§¦§4¨{©ª¦§4¥¦|}4£§¦§4¨{©ª¦§
� ��� (8.10.)
Donde m representa la masa de los insumos indicados.
De manera similar, %SL es el porcentaje correspondiente a los sólidos
de la leche:
]|} � ¦|}4£§¦§4¨{©ª¦§¦ ¡¢£ ¤4£§¦§4¨{©ª¦§4¥¦|}4£§¦§4¨{©ª¦§
� ��� (8.11.)
Siendo mSL como insumo igual a:
¦|}4£§¦§4¨{©ª¦§ � ¦«z£¬z4�«ª¨ 4£§¦§4¨{©ª¦§ � ��®��¯® (8.12.)vi
Reemplazando los datosvii en las ecuaciones 8.10. a 8.12., se obtiene:
%azúcar = 79,3
%SL = 20,7
Aplicando estos resultados a la ecuación 8.9.:
�� � �I �®4����\��°±
vi Según la referencia bibliográfica, hay 125 g de sólidos totales por cada 1 L de leche fluida y la densidad aproximada de la leche se reporta como 1035 g/L (11). Ver detalles en el Anexo 1.
vii Los datos de las cantidades de azúcar y leche fluida utilizados como insumos durante un mes fueron proporcionados por DELIZIA y forman parte del contrato de confidencialidad.
8.3.
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8.5. ANEXO 5. FOTOGRAFÍAS
8.5.1. Capacitación teórica sobre PML en DELIZIA
8.5.2. Trabajo en planta
. FOTOGRAFÍAS
Capacitación teórica sobre PML en DELIZIA
Trabajo en planta
Medición de caudales
8.5.3. Equipo para
Reactor Hach 45600 Fuente: CPTS (3)
Medición de caudales Monitoreo del efluente
Equipo para la determinación de DQO
Reactor Hach 45600 Colorímetro portátil Hach DR 890
Fuente: CPTS (3)
Monitoreo del efluente
Colorímetro portátil Hach DR 890
63
9. BIBLIOGRAFÍA
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Federal Policy for Quality Assurance Project Plans: Evaluating,
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