monografia cerveza

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FACULTAD DE INGENIERÍA EN

INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

INDUSTRIA CERVECERA

CATEDRÁTICO : Ing. CESAR LIMAS AMORIN

ALUMNOS : BRAVO HINOSTROZA RITA

GAVILAN GUILLEN NARDA

LEON ROBLADILLO MARTHA

MORENO RAMIREZ DANIEL

SILVA RUIZ JUANA

YUPANQUI CHUQUILLANQUI TONY

Semestre : IX

Huancayo – Perú

- 2013-

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ. FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS. CÁTEDRA: TRATAMIENTO DE AGUAS

Ing. CESAR LIMAS AMORIN

I. INTRODUCCION

Es de nuestro conocimiento que en las últimas tres décadas se ha registrado un marcado

crecimiento industrial y comercial, en especial en las principales ciudades de nuestro

país. Esto trae como consecuencia mayor progreso y desarrollo, pero al mismo tiempo

el aumento de residuos industriales, los cuales al no ser manejados adecuadamente

causan un gran impacto en el ambiente ya que contaminan el suelo, al aire y el agua, ya

que son utilizados como si fueran un sumidero para la colocación de los residuos,

empeorando su calidad de tal forma que no serán útiles por mucho tiempo para

quienes necesiten de estos elementos básicos de la naturaleza.

Si hablamos del caso específico de la industria cervecera, hay que reconocer que el mal

manejo de los residuos industriales está convirtiendo el medio ambiente de la capital en

un lugar insalubre, no sólo para la especie humana, sino también para la flora y fauna.

Desafortunadamente la legislación existente en el país referente al tema, tiene poca o

ninguna aplicabilidad, dejando al industrial en libertad de hacer poco o nada en cuanto

al manejo racional de sus desechos.

LOS OBJETIVO PLANTEADOS POR EL GRUPO SON:

Analizar los parámetros del agua residual tratada de la industria Cervecera en

función de un posible uso.

Mostrar que beneficios trae la reutilización del agua residual tratada para la

Cervecería, a través de una evaluación ambiental, económica y social.



II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

2.1. FUENTES PRINCIPALES DE CONTAMINACION

Se clasifican según su origen de la siguiente manera:

Contaminantes propios del proceso

Contaminantes por combustión

Contaminantes por para proceso

Las cervecerías, contienen focos de contaminación ambiental tanto en el proceso de

elaboración, como en la etapa de embotellamiento y servicios industriales. El siguiente

esquema ilustra los principales contaminantes generados en la industria cervecera.

2.2. CONTAMINANTES PROPIOS DEL PROCESO.

En primera instancia, se realiza el análisis con el proceso de elaboración, ya que es en el

lugar de elaboración de la cerveza, en donde se presentan los mayores problemas

ambientales del proceso.

2.2.1. EMISIONES

a. En el molino:

Cuando se lleva a cabo la molienda de la malta, la harina de malta y

cascarilla pasan a una tolva, pero de este proceso, se genera gran

cantidad de material particulado residual; las partículas grandes, son

recogidas en una tolva mediante un ciclón localizado en el techo del

edificio y empacadas para vender a las plantas fabricantes de alimentos

para animales, pero existe sólido ultrafino que es muy difícil de controlar

y éste es venteado a la atmósfera.

b. Fugas de CO2

En la fermentación, hay gran desprendimiento de CO2 el cual es tratado

posteriormente para ser utilizado nuevamente inyectándolo en la

cerveza. Cuando hay superproducción de este gas por alteraciones en las

condiciones de fermentación, este es venteado a la atmósfera siendo

nocivo por ser gas promotor del efecto invernadero; además las



emisiones de CO2 generadas en la fermentación provocan olores

incómodos en la zona. La fermentación genera entre 30 - 40 Kg de

CO2/Ton de mosto (3 - 4 Kg de CO2/Hl de mosto). Este es un problema

ocasional, ya que los procesos hoy en día están automatizados, lo que

permite controlar con mayor facilidad las condiciones en esta etapa.

El consumo de CO2 está determinado por: La cantidad de cerveza

empacada (en el llenado de las botellas). Los tanques de contrapresión.

Nivel de carbonatación elegido para la cerveza. Consumo humano.

c. En la sala de cocimientos

Las ollas cuentan con chimeneas, por las que salen a la atmósfera vapores

(agua) a altas temperaturas (100°C) lo cual representa una descarga

térmica de 650 calorías por gramo de mosto que se está evaporando y

generación de olores. La descarga térmica varía de acuerdo con la

capacidad de la planta.

d. En la zona de embotellamiento

Emite a la atmósfera vapor de agua utilizado en la lavadora de botellas y

en la pasteurización. Además es la zona de una cervecería que más

inconvenientes presenta por los excesivos niveles de ruido (superiores a

80 dB).

2.2.2. VERTIMIENTOS

a. En las cocinas:

Cuando hay cambio de producto, en todos los equipos y líneas hay

descargas de mosto por purgas o drenajes (aporte de nitratos, fosfatos,

sólidos suspendidos, pH ácido), con el fin de garantizar que el producto

deseado, cumpla con las características requeridas. La cantidad de

sedimento resultante en el Whirlpool es de 0.2 - 0.4% volumen del

mosto, con contenido de materia del 15 - 20% en base seca; al no ser

reutilizado y por el contrario, se es arrojado dentro de las aguas

residuales aportan una carga de DBO alrededor de 110000 mg/Kg de

sedimento húmedo.



b. La levadura:

En la fermentación, la levadura es reutilizada el mayor número de veces

que sea posible (contando con un buen rendimiento puede ser

reutilizada hasta 7-8 veces). Cuando pierde su eficiencia, en algunas

partes se seca, pero en otras se almacena y es transportada presentándose

problemas de derrames cuyo destino es la alcantarilla. Además en el

lavado tanto de los tanques de fermentación y maduración, como del

filtro de tierras diatomáceas, hay grandes descargas de materia orgánica

atribuidas a los restos de levadura que quedan impregnados en las

paredes de los equipos. Cuando no hay sistemas de secado de levadura y

esta vierte en el caudal de aguas residuales, esta levadura en suspensión

aporta una carga de DBO entre 120000-140000 mg/l.

2.2.3. LOS SISTEMAS DE LAVADO DE EQUIPOS CIP

Este proceso de lavado, presenta tres fases: Primero pasa agua por las líneas y

equipos. Luego el recorrido lo hace una solución de soda cáustica (2-4%) que se

encarga de esterilizar. Por último, se hace circular agua de nuevo arrastrando

restos del álcali impregnados en las paredes. Esta es arrojada a la cañería. La

solución de soda, es recolectada y enviada a los tanques de recuperación.

Aguas de lavado de las tierras diatomáceas: Estas aguas contienen alto contenido de

DOB por la levadura retenida en las tierras que no logró sedimentarse en los tanques de

maduración.

Cerveza residual: Las principales fuentes de cerveza residual están en:

Cerveza remanente en los tanques de proceso después de ser desocupados. Esta

cantidad depende de la eficiencia con las que éstos han sido desocupados.

En el filtro de tierras diatomáceas. Al poner en marcha el filtro, éste primero es

lleno de agua la cual es empujada por cerveza. Cuando se para la operación del

filtro, la cerveza es empujada con agua. En estos períodos (puesta en marcha y

parada) resulta una mezcla de cerveza y agua.

En el lavado de tuberías, primero se llenan de agua para retirar la cerveza

remanente en las paredes; por consiguiente sale una mezcla de agua y cerveza.



Cerveza que contienen las botellas rechazadas cuando éstas no cumplen las

especificaciones requeridas (volumen, partículas en suspensión, etc.).

La cantidad de cerveza residual se encuentra alrededor de 1 - 5% del total de la

producción y si ésta es descargada, aporta una carga de DBO de 80000 mg/l.

Se presentan descargas de aguas alcalinas en la última fase del lavado de

botellas. En la lavadora, se produce hidrógeno cuando las hojas de aluminio

entran en contacto con la soda cáustica y pueden resultar explosiones. Para

evitar esta reacción, la lavadora de botellas debe estar debidamente ventilada.

Las bandas son lubricadas con un jabón que permanentemente escurre y cae al

piso y por consiguiente a los sifones.

2.2.4. ENVASADORA:

Se presentan derramamientos de cerveza por desbordamientos de espuma en las

botellas, antes de ser tapadas. También, éste líquido cae al piso. Cuando alguna

botella ya envasada se rompe en las bandas (por colisiones con otra botella) el

contenido se pierde y se aumenta la cantidad de DBO en las aguas residuales.

2.2.5. MATERIAL SÓLIDO

El afrecho húmedo algunas cervecerías tradicionales, no cuentan con

secadores de afrecho. Este es almacenado y transportado húmedo,

por lo tanto en los camiones hay escurrimientos de licor. Cuando se

cuenta con secadores, el afrecho seco se utiliza para concentrado de

animales. Con un proceso de secado, se logra reducir la humedad al

10%. El licor del afrecho es almacenado y se vende a los

porcicultores de la región cuando existe la demanda.

Las tierras diatomáceas: Generalmente se someten a lavado para ser

reutilizadas, aunque luego de continuas filtraciones, éstas van

perdiendo eficiencia y se convierten en materiales de desecho. Se

acostumbra secarlas mezcladas con los afrechos. Usualmente se

producen como residuo 1-3 Kg de tierras filtrantes por Tonelada de

cerveza (0.1-0.3 Kg de tierras filtrantes por hectolitro de cerveza).

En la lavadora de botellas: Gran descarga de sólidos (etiquetas,

pitillos, esquirlas de vidrio, etc.). El piso tiene una serie de rejillas



que retiene buena parte de estos, pero alcanza a pasar parte de

material. Las etiquetas no son recicladas, por presentar adheridas

esquirlas de vidrio que impiden un tratamiento posterior en las

plantas productoras de papel, ya que los equipos pueden verse

seriamente afectados por la presencia de los restos de vidrio.

En las bandas transportadoras: Durante el desplazamiento, hay

rompimientos de botellas (8.5 Kg/Ton de cerveza (0.85 Kg/Hl de

cerveza) aproximadamente). Los vidrios son recogidos y enviados a

la planta productora de envases. Usualmente se emplean trampas de

vidrio en el piso, sin embargo pequeños trozos de vidrio alcanzan a

traspasar las rejillas convirtiéndose una carga de sólidos dentro del

vertimiento general de la planta.

En la siguiente tabla se presentan los residuos sólidos que generalmente se

producen en la industria cervecera con planta aerobia de tratamiento de aguas

residuales y los generados por una de las cervecerías más grandes y modernas

del país.

TABLA 1. Residuos Sólidos generados en una cervecería.

RESIDUO

CANTIDAD

GENERICA

(Kg/Ton de cerveza)

(Kg/Hl de cerveza)

CANTIDAD EN

CERVECERIA. (Kg/Ton

de cerveza)

(Kg/Hl de cerveza)

Afrecho 140(20% sólidos)

14 (20% sólidos)

12 (80% de humedad)

120 (80% de humedad)

Levadura 20-40

2-4

39 (85% de humedad)

3.9 (85% de humedad)

Tierras diatomáceas 1-3

0.1-0.3

5 (80% de humedad)

0.5 (80% de humedad)

Lodos de aguas

residuales

1-8

0.1-0.8

5

0.5

Etiquetas 2

0.2

1.5

0.15

Papel y plástico 0.059

0.0059

0.01

0.001

FUENTE. GERENCIA DE CALIDAD DE LA CERVECERIA EN ESTUDIO. 1996.



2.3. CONTAMINANTES POR COMBUSTIÓN:

Las cervecerías, cuentan con la generación de vapor como uno de los servicios

industriales más importantes en la planta, y por lo tanto, como una fuente significativa

de contaminación.

2.3.1. EMISIONES.

De la generación de vapor, se producen emisiones en forma de gases

contaminantes primarios (NOx, SOx, CO y CO2 entre otros), y como descarga

térmica a la atmósfera (descargas energéticas debido a las altas temperaturas de

los gases de chimenea).

En algunas cervecerías se quema crudo de castilla, en otras gas natural, carbón o

fuel oil en sus calderas. Estas tienen sus respectivas chimeneas, aunque los

operarios se preocupen por mantener las condiciones adecuadas para una buena

combustión, se emiten gases y restos de hollín (dependiendo del combustible)

por no contar con ciclones antes de la entrada a las chimeneas.

Con respecto a las humos emitidos en una caldera, vale la pena un análisis y por

lo tanto un control muy estricto de éstos, ya que su aporte al medio es

considerable y desafortunadamente es altamente nocivo por sus componentes.

En una cervecería se requiere de una gran cantidad de vapor, como lo

mencionamos anteriormente, por lo tanto las calderas están permanentemente

en funcionamiento, lo cual demanda gran cantidad de combustible. Estos

combustibles son de origen fósil como el gas natural, carbón, crudo de castilla y

combustóleo utilizados en las cervecerías del país.

Las principales emisiones generadas por el empleo de este tipo de combustibles

son:

Óxidos de Nitrógeno (NOx).

Óxidos de Azufre (SOx).

Material Particulado (PM).

Monóxido de Carbono (CO).

Gases promotores del efecto invernadero. (CO2, CH4 y NO2).

Compuestos orgánicos (TOCs).

a. Óxidos de Nitrógeno (NOx): Es de los mayores contaminante en la

combustión de combustibles como crudos, carbones, combustóleos y gas

natural y sus niveles de emisión pueden variar considerablemente con el tipo

http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/313301/313301_fucon.htm#Oxidos%20de%20Nitr%C3%B3geno%20%28NOx

http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/313301/313301_fucon.htm#Oxidos%20de%20Azufre

http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/313301/313301_fucon.htm#Material%20Particulado

http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/313301/313301_fucon.htm#Mon%C3%B3xido%20de%20Carbono:

http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/313301/313301_fucon.htm#Gases%20promotores%20del%20efecto%20invernadero

http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/313301/313301_fucon.htm#Compuestos%20Org%C3%A1nicos



y tamaño de lo quemadores y condiciones de operación (temperatura del

aire, carga y nivel de exceso de aire).

Se forman en los procesos de combustión de dos maneras. Una es debido a

la mezcla térmica del nitrógeno presente en la atmósfera con el aire de

combustión resultando el NOx térmico. La velocidad de formación está

fuertemente ligada con la temperatura (sobre 3200ºF con exceso de aire). A

altas temperaturas, las moléculas estables de oxígeno se disocian a átomos

de éste elemento, los cuales son muy reactivos. Los átomos de oxígeno (O)

reaccionan con otras moléculas estables de nitrógeno, N2, para formar el

NOx (térmico). Su formación se ve afectada por cuatro factores:

concentración de nitrógeno, concentración de oxígeno, picos de

temperatura y tiempos de exposición al pico de temperatura.

Otro tipo de formación del NOx es por conversión química del nitrógeno

presente en el combustible denominándose NOx combustible. Su formación

depende de la concentración de nitrógeno en el combustible. Algunos

estudios revelan que este tipo de NOx es significativo y puede aún

predominar sobre el térmico; está sobre el 50% del total de NOx

producido por la combustión de crudos residuales (combustóleos) y

aproximadamente el 80% del NOx generado con la combustión de carbón.

En el caso del gas natural, casi todo el NOx formado es térmico dado el

bajo contenido de nitrógeno en el gas.

Las emisiones de los óxidos de nitrógeno trae como consecuencia la

formación de lluvia ácida por contacto con el agua en la atmósfera, además

el NO2 que es uno de los óxidos de nitrógeno contaminantes más peligroso,

se descompone por la acción de la luz solar dando lugar a la formación de

oxígeno atómico, que es muy reactivo y convierte al oxígeno en ozono.

La siguiente tabla muestra los factores de emisión del NOx para diferentes

clases de combustibles fósiles.



TABLA 2: Factores de emisión de NOx para diferentes combustibles.

COMBUSTIBLE LB NOX/UNIDAD DE MASA O

VOLUMEN DE COMBUSTIBLE

Carbón Bituminoso y

Subbituminoso

Pulverizado, fondo

seco, quemado en

pared.

Pulverizado, fondo

seco, quemado

tangencialmente.

Pulverizado, quemado

en fondo húmedo.

10.85 Kg/Ton

7.2 Kg/Ton

17 Kg/Ton

Combustóleo 5 lb/103 gal

Gas Natural 550c lb/10

6 ft

3

FUENTE: FACTORS EMISSION (1996)

b. Óxidos de Azufre: Estos óxidos son generados durante la combustión, por la

oxidación del azufre contenido en el combustible. Las emisiones de SOx

provenientes de sistemas convencionales de combustión predominan en

forma de SO2 y no están sujetas al diseño de quemadores o tamaños de

calderas, sólo dependen del contenido de azufre en el combustible. En

promedio más del 95% del azufre combustible es convertido a SO2, 1 - 5 %

es oxidado a SO3 (trióxido de azufre) y 1 - 3% es emitido como azufre

particulado. El SO3 reacciona con el vapor de agua de la atmósfera y de los

gases circulantes de combustión formando así el ácido sulfúrico, que

contribuye, de igual manera que los óxidos de nitrógeno, a la formación de

la lluvia ácida.

Entre los combustibles de mayor generación de SOx están el carbón, crudo y

combustóleos. El gas natural, por ser un gas combustible previamente

tratado, tiene muy bajas cantidades de azufre (menos de 0.1%). Sin

embargo, ciertas cantidades de mercaptanos son adicionados al gas con

propósitos de detección de éste en caso de fugas, por consiguiente

conllevan a pequeñas generaciones de SOx.



En la tabla se presentan los factores de emisión de SOx para los

combustibles más utilizados en calderas.

TABLA 3. Factores de emisión de SOx para diferentes combustibles.

Combustible lb SOx/unidad de peso o

volumen de combustible


Subbituminoso

Pulverizado, fondo seco,

quemado en pared.


quemado tangencialmente.

Pulverizado, quemado en

fondo húmedo.

19S=25.27 lb SO2/Ton



Combustóleo

157S=392.5 lb SO2/103gal

5.7S=14.25 lb SO3/103gal

Gas Natural 0.6 lb/106 ft

3


Se indica el porcentaje en peso del contenido de azufre en el combustible y

debe ser multiplicado por el valor dado. Para el carbón utilizado en

Colombia S=1.3.

Material Particulado: Las emisiones de material particulado dependen de el

grado de combustión realizado, así como del contenido de cenizas del

combustible utilizado.

Dentro del MP se encuentran partículas filtrables sólidas de diámetros muy

pequeños (micrones) y fracciones condensables.

El material particulado filtrable es emitido principalmente por la combustión

de carbón, crudo y de combustibles residuales o combustóleos pesados (N°



6), los cuales poseen altos contenidos de ceniza. MP condensable se da

principalmente en la combustión de gas natural.

Los siguientes son los factores de emisión de material particulado en varios

combustibles.

TABLA 4. Factores de emisión de Material Particulado para diferentes

combustibles.

Combustible

Material Particulado (MP)

lb/unidad de masa o

volumen del combustible


Subbituminoso


quemado en pared.




fondo húmedo.

Filtrable MP

5A=340.7

Kg/Ton

5A=340.7

Kg/Ton

3.5A=238.5

Kg/Ton

PM menor 10

µm

1.15A=102.21

Kg/Ton

1.15A=102.21

Kg/Ton

1.3A=88.58

Kg/Ton

Combustóleo

9.19(S)+3.22=15.17 lb MP

filtrable/103 gal

Gas Natural

1-5 lb MP filtrable/106 ft

3

No disponible dato MP

condensable

para calderas industriales


El factor A indica el contenido de ceniza del combustible, para obtener el

factor de emisión de material particulado para el carbón, multiplicar el

valor de A por el valor dado (5, 3.5, 1.5, 1.3).



c. Monóxido de Carbono: La cantidad de CO depende exclusivamente de la

eficiencia de la combustión. La presencia de CO en los gases de chimenea

resulta principalmente de una combustión incompleta del combustible.

Algunas causas de combustión incompleta se atribuyen a insuficiente oxígeno

disponible para la combustión, mezcla pobre de aire-combustible, bajas

temperaturas de combustión, reducción de los tiempos de residencia de los

gases de combustión y reducción de la carga (es decir, reducción de la

intensidad de combustión). Con el fin de reducir la cantidad de NOx en los

humos se puede incrementar la producción de CO, por lo tanto se debe

operar cuidadosamente la combustión para lograr un equilibrio.

TABLA 5. Factores de emisión de CO para diferentes combustibles.

Combustible

lb CO/unidad de peso o

volumen de combustible


Subbituminoso


quemado en pared.




fondo húmedo.

0.25/Ton

0.25/Ton

0.25/Ton


Gas Natural 40 lb/106 ft

3

FUENTE. FACTORS EMISSION (1996)

d. Gases promotores del efecto invernadero: El dióxido de carbono (CO2),

metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), son los principales gases que

contribuyen al efecto invernadero y son producidos durante el proceso de

combustión de com0bustibles fósiles. El CO2 se forma por la oxidación de



CO formado durante la reacción del carbono combustible y el oxígeno del

aire. Cuando la reacción es completa, todo el CO se oxida a CO2.

La formación de N2O durante la combustión está gobernada por una serie

compleja de reacciones. Esta formación se minimiza manteniendo la

temperatura de combustión por encima de 1475ºF y el exceso de aire en

mantenido en el mínimo (menos del 1%). Las emisiones de metano (CH4)

son altas en períodos de baja temperatura de combustión o combustión

incompleta como en los ciclos de encendido y apagado de las calderas.

Generalmente las condiciones que favorecen la formación de N2O

favorecen así mismo la formación de metano.

e. Compuestos Orgánicos: Pequeñas cantidades de compuestos orgánicos son

emitidos durante los procesos de combustión. Así como las emisiones de

CO2, el flujo de compuestos orgánicos emitidos depende de la eficiencia de

combustión en la caldera.

TABLA 6. Factores de emisión de CO2 para diferentes combustibles.

Combustible

lb CO2/unidad de peso

o volumen de

combustible


Subbituminoso


quemado en pared.




fondo húmedo.


Gas Natural 1.2x105lb/10

6ft

3




Los Compuestos Orgánicos Totales (TOCs) incluyen VOCs, compuestos

orgánicos semivolátiles y compuestos orgánicos condensables. Las emisiones

de VOCs son principalmente caracterizadas por hidrocarburos en fase

gaseosa no quemados. Estas emisiones casi siempre son de alifáticos,

oxigenados y compuestos aromáticos de bajo peso molecular (alcanos,

alquenos, aldehídos, ácidos carboxílicos, benceno, tolueno, xileno y etil

benceno) los cuales se encuentran en fase gaseosa en los gases circulantes de

combustión.

Las emisiones orgánicas restantes están compuestas por grandes cantidades

de compuestos emitidos de las fuentes de combustión en fase condensada.

Estos compuestos pueden ser casi exclusivamente clasificados dentro del

grupo conocido como Material Orgánico Policíclico (POM) y subgrupo de

compuestos llamados Hidrocarburos Aromáticos Polinucleares (PAH o

PNA).

El formaldehido es formado y emitido durante la combustión de

hidrocarburos presentes en combustibles como carbón y crudos. El

formaldehido se encuentra presente en los gases circulantes de combustión

en fase gaseosa. Este está sujeto a oxidación y descomposición a altas

temperaturas alcanzadas en el proceso de combustión.

A continuación se presentan las principales emisiones típicas en una

cervecería, quemando los tres combustibles más comunes.

TABLA 7. Principales emisiones por combustión en una planta de ineficiente operación

por hectolitro de cerveza.

COMBUSTIBLE INEFICIENTE OPERACIÓN

(NOx lb/Ton)

(NOx lb/Hl)

SOxlb/Ton

(SOxlb/Hl)

MP lb/Ton

(MP lb/Hl)

CO lb/Ton

(CO lb/Hl)

CO2lb/Ton

(CO2lb/Hl)

Carbón Bitum y subbitum.

Pulverizado. Fondo seco

quemado en pared

2.04 (0.204)

1.3 (0.13)

3.2 (0.32)

4.75 (0.475)

64 (6.4)

64 (6.4)

44.8 (4.48)

0.047

(0.0047)






fondo húmedo.

Combustóleo 2.4 (0.24)

14.5 (1.45

SO2)

0.52 (0.052

SO3)

0.56

(0.056)

0.185

(0.0185)

927.5

(92.75)

Gas natural 2.4 (0.24) 0 0

0.174

(0.0174)

655.1

(65.51)

FUENTE: Cálculos Convenio UIS-IDEAM.

TABALA 8. Principales emisiones por combustión en una planta bien operada por

hectolitro de cerveza.

COMBUSTIBLE BUENA OPERACION

NOx

lb/Ton

(NOx

lb/Hl)

SOx lb/Ton

(SOx lb/Hl)

MP lb/Ton

(MP lb/Hl)

CO lb/Ton

(CO lb/Hl)

CO2lb/Ton

(CO2lb/Hl)

Carbón Bitum y subbitum.

Pulverizado. Fondo seco

quemado en pared




fondo húmedo.

0.87

(0.087)

0.58

(0.058)

1.37 (0.137)

2.03

(0.203)

27.4 (2.74)

27.4 (2.74)

19.2 (1.92)

0.02

(0.002)

Combustóleo 1.06 (0.106)

6.24

(0.624) SO2

0.23

(0.023) SO3

0.24

(0.024)

0.08

(0.008)

388 (38.8)

Gas natural 1.02 (0.102) 0 0

0.074

(0.0074)

224.2

(22.42)




Los anteriores datos de la tabla, fueron obtenidos tomando como base los

consumos de combustibles típicos en las cervecerías. Los factores de emisión

presentados en tablas anteriores se multiplicaron por el combustible consumido

en las calderas.

2.3.2. DESCARGAS TÉRMICAS A LA ATMÓSFERA.

La tabla a continuación, presenta la descarga térmica para diferentes tipos de

combustibles que se utilizan en varias cervecerías, suponiendo eficiencias en

calderas de 0.65 para aquellas que queman carbón y 0.75 para las que queman

crudo, combustóleo y gas natural. Se supone un consumo de energía de 1500

HJ/Ton (150 MJ/Hl) de cerveza para una cervecería bien operada y de 3500

MJ/Ton (350 MJ/Hl) de cerveza para cervecerías antiguas y con bajos niveles de

operación.

TABLA 9. Descarga térmica de los principales combustibles en cervecerías.

Combustible

Descarga térmica - MJ/Ton

(MJ/Hl)

Buena

operación

Operación

ineficiente

Carbón 525 (52.5) 1225 (122.5)

Crudo de Castilla 375 (37.5)

875.1

(87.51)

Combustóleo 375 (37.5)

875.1

(87.51)

Gas natural 375 (37.5)

875.1

(87.51)


La descarga térmica depende del consumo de energía y de la eficiencia de la

caldera, la que a su vez depende del combustible utilizado. La descarga térmica

además revela la cantidad de energía que está siendo arrojada a la atmósfera



indiscriminadamente, lo cual contribuye a un sobrecalentamiento en el ambiente

entorno a la fábrica.

2.3.3. VERTIMIENTOS.

Purgas en las calderas: Se extrae agua de la caldera, con el fin de evitar que se

rebasen los límites de concentración de cada componente en ella.

Existen dos corrientes de purga en una caldera. En la primera se encuentra el

flujo de purgado que se controla para regular los sólidos disueltos u otros

factores en el agua de caldera. La segunda, proviene del tambor de lodos o de

los cabezales de la pared de agua y el que se opera en forma intermitente a una

carga reducida de la caldera para liberarla de los sólidos sedimentados

acumulados en las áreas relativamente estancadas.

En un día, 100000 Lb de purgado tienen un contenido de sólidos de 1000 mg/L

y 100 Lb de sólidos removidos. Dentro del examen típico de las pérdidas de

energía en un sistema de calderas se tiene que por purga se pierde 170 millones

BTU/día.

2.3.4. Material Sólido.

a. Cenizas de las calderas: Después de la combustión dentro de las calderas,

resultan como producto de combustión la escoria y las cenizas. Las cenizas

del hogar de una caldera, al no contarse con ciclones antes de las

chimeneas, salen a la atmósfera convirtiéndose en un serio problema de

contaminación. Este material, en grandes cantidades causa afecciones

respiratorias. La cantidad de cenizas depende del combustible que se esté

empleando, por ejemplo el carbón es de los combustibles sólidos el que

mayor contenido de cenizas posee; por el contrario del gas natural que

carece completamente de éstas.



2.4. CONTAMINACIÓN EN PARA PROCESOS.

2.4.1. EMISIONES

En los procesos de secado de subproductos se libera vapor de agua a la

atmósfera. Este vapor sale a temperaturas superiores de los 100ºC ocasionando

grandes pérdidas de energía por descargas térmicas al ambiente. Si una

cervecería produce anualmente 2800000 Kg de afrecho húmedo con 80% de

humedad, al secarlo se están liberando 1568000 Kg de agua evaporada en el

año (3-4 ton de agua en promedio diariamente).

a. Fugas de refrigerante del ciclo de refrigeración

El amoníaco es usado hoy en día como refrigerante en las cavas de

fermentación y maduración. También cuenta con un sistema de

tratamiento, que aunque es cerrado, se presentan fugas, las cuales pueden

ser cuantificadas de acuerdo a la frecuencia de reposición de refrigerante al

sistema (dato desconocido por ser propio de cada planta). Se recomienda la

instalación de válvulas automáticas shutt-off y un sistema de ventilación en

caso de emergencia.

2.4.2. VERTIMIENTOS.

En la planta de recuperación de CO2 se utiliza agua para lavar el gas. El agua

arrastra las impurezas contenidas en éste y por ende se contamina. Al no contar

con planta de tratamiento de aguas residuales, el agua de lavado del CO2 se

convierte en un vertimiento más de la planta de fabricación de cerveza.

La ósmosis inversa, como proceso de depuración del agua para la elaboración

del mosto cervecero, genera un caudal de agua concentrado en sales minerales,

el cual al ser descargado en los cuerpos de agua, crea como consecuencia la

desestabilización química de éstos.



2.4.3. MATERIAL SÓLIDO

Membranas semipermeables inservibles. Con el tiempo las membranas utilizadas

en la planta de depuración de agua por ósmosis inversa se van saturando y

desgastando con el tiempo, convirtiéndose en un desecho sólido. El tiempo de

vida de una membrana, depende de la calidad en la construcción de ésta.

2.5. GENERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE LAS CERVECERÍAS

La mayor parte de las aguas residuales se generan en operaciones de lavado y limpieza.

A su vez también existen una gran variabilidad en las características de las aguas

residuales generadas, algunas de estas características son:

Volumen de generación

Carácter orgánico (elevada DQO y DBO5)

Biodegradabilidad elevada (DBO5 / DQO > 0.6)

Gran parte de la materia orgánica esta en forma soluble

Presencia de sólidos en suspensión

Ocasionalmente puede tener un pH extremo debido a las operaciones de

limpieza.

Tabla 10: Valores aproximados de referencia para algunos parámetros de las aguas

residuales en las cervecerías.

PARAMETROS

VALORES

APROXIMADOS

Volumen de agua residual (hL/hL de cerveza) 3.5-8

DBO( kg DBO/hL de cerveza) 0.6-1.8

Solidos en suspensión (kg DBO/hL de cerveza) 0.2-0.4

DBO/DQO 0.58-0.66

Nitrógeno (mg/L) 30-100

Fosforo (mg/L) 30-100

FUENTE: Envaironmental Management in Brewing Industry.



2.6. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA

CERVECERÍA

La Cervecería cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales la cual esta

equipada con la mejor tecnología. La planta cuenta con lo siguiente: Tamiz, tanque

mezclador, sistema anaerobio, sistema aerobio, clarificador, tanque de contacto donde

se agrega cloro, canaleta parshall que es donde ya se entrega el agua al río.

En la figura 1 se muestra la planta de tratamiento de aguas residuales de la Cervecería,

ubicada en la parte de atrás de la cervecería ya que las aguas tratadas son vertidas al río

Cauca, en imagen se pueden observar los tratamientos, al igual que su gran tamaño,

esta planta está en la capacidad de tratar 370 m3/h.

Figura 1. Planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR)

La Cervecería cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). Esta

planta consta de dos sistemas principales para la remoción de materia orgánica, esto

debido a que la composición del agua residual de las cervecerías es en gran medida

materia orgánica originada de los procesos de preparación de esta bebida. Los

principales contaminantes del agua residual originada son afrecho, levadura, soda esto

se debe a las limpiezas del envase y coliformes fecales por las aguas residuales

domesticas que son combinadas con las industriales, este tipo de aguas no presentan

problemáticas por contaminación de metales pesados ya que es una industria de

bebidas y en sus procesos no utilizan nada que contengan estos metales, de igual



manera se tiene mucha precaución en los lavados de los montacargas o vehículos ya

que esto si podría ocasionar que el agua se contamine con estas sustancias peligrosas.

Por esta razón el tratamiento esta enfocado en la remoción de materia orgánica

principalmente. Los dos tratamientos o procesos con los que cuenta esta planta son el

sistema anaerobio y aerobio, los cuales en conjunto cumplen con la remoción de los

contaminantes del agua. Esta planta es automatizada, se opera desde un panel central o

supervisorio, por el cual se puede controlar completamente la planta, principalmente de

forma automática, esto facilita el manejo y el control de la planta para que haya un

buen funcionamiento de esta. La automatización de la planta facilita el control de

posibles fallas que ocurran, es decir desde el supervisorio se puede detectar los

problemas que estén ocurriendo en el proceso de tratamiento del agua residual, debido

a que se incorporaron una serie de alarmas las cuales avisan de algún problema que se

esté originando, esto también ayuda a prevenir daños en los lodos ya que si el agua está

fuera de los parámetros correspondientes, tales como temperatura y pH, la planta se

para automáticamente, y así impidiendo que el agua pase a los dos procesos,

impidiendo que se perjudiquen los lodos de los dos sistemas.

Al igual que esta automatización se cuenta con un laboratorio en el cual los operarios

de la planta realizan diariamente los análisis correspondientes para saber el estado del

agua y así mismo el estado de los dos sistemas principales, y detectar una falla a tiempo

y no se vean afectados los lodos anaerobios y aerobios. En La operación de la planta se

analizan varios parámetros que son monitoreados diariamente, o semanalmente u otras

bases regulares. Eso se necesita para monitoreo propio y para documentación de buena

operación. Y así establecer el cumplimiento de los requerimientos legales y los

requerimientos señalados en el permiso de operación. Los análisis son realizados por los

operarios de la planta y otro análisis por laboratorios externos.

La identificación y documentación de estos parámetros son de ayuda y de mucha

importancia para detectar el funcionamiento y el estado de los sistemas que comprende

esta planta de tratamiento de aguas residuales. El primer paso del proceso es un tanque

donde llega el agua residual domestica e industrial, este tanque se llama tanque de

llegada o tanque B100, este cuenta con tres bombas sumergibles las cuales cumplen la

función de llevar el agua al proceso. Diariamente llegan aproximadamente 2000 m3 de

agua residual (23 L/s). A este tanque llega el agua residual con residuos sólidos,



principalmente afrecho, pitillos y algo de etiqueta, estos residuos son generados

principalmente de los procesos de cocción (esto cuando se daña una cochada) y de

lavado de botellas y canastas de envase. Este tanque es de aproximadamente 3 metros.

Las bombas trabajan en diferentes tiempos esto dependiendo de la cantidad y las

condiciones del agua. El tanque B100 permite controlar la cantidad de agua que se

puede tratar, y almacenar el agua por un tiempo corto cuando el agua no cumpla con

el parámetro de temperatura el cual debe ser menor a 40 °C ya que esto puede afectar

las bombas y el tamiz rotatorio. Este tanque también sirve de retención de solido

grandes y de otros contaminantes como tierra diatomácea, los cuales se decantan y así

se previene en gran medida el paso de esta al proceso, ya que esta tierra es perjudicial

para los lodos anaerobios.

Figura 2. Bombas sumergibles y el tanque B100

En la figura 2 se observa las bombas sumergibles y el tanque B100, estas bombas se

pueden manejar manual o automáticamente, por medio del supervisorio. Después de

este paso el agua es llevada a un tamiz rotatorio para la remoción de los sólidos, estos

sólidos deben ser retirados debido a que afectarían los sistemas anaerobio y aerobio, y

mejorar la calidad del agua residual, esta primera fase es física, se remueven los sólidos

de gran tamaño. El tamiz está en constante movimiento, girando remueve los sólidos

del agua.



Figura 3. Tamiz Rotatorio

La figura 3 muestra el tamiz, la tubería que se observa es la que trasporta el agua

residual hacia el tamiz para que este remueva los sólidos, el funcionamiento de este

depende de las bombas sumergibles del tanque B100, a este se le inyecta agua potable

mientras gira para que los sólidos caigan a una tolva y después a una góndola para su

almacenamiento temporal, estos sólidos son principalmente afrecho, pitillos, etiquetas,

residuos que se generan en el proceso de la cervecería.

Luego de haber pasado el agua por el tamiz rotatorio esta es depositada en un tanque

de mezcla o tanque de ecualización, en este tanque se acondiciona el agua para los

siguientes procesos. Dependiendo de las condiciones del agua en cuanto al parámetro

de pH, se agrega ácido o soda para neutralizarlo, ya que para pasar al sistema

anaerobio el pH del agua debe estar en un rango de 4.5 – 9.0, permitiendo una

acidificación biológica parcial en el sistema anaerobio. Este tanque cuenta con dos

mezcladores los cuales siempre están a una velocidad constante para poder mezclar el

agua con la soda o el ácido, cuenta con dos tuberías por las cuales agregan estos

químicos dependiendo de la situación.. Después de esta fase el agua pasa a un tanque

B102 o tanque de recirculación, ya en este tanque el agua residual que llega es

combinada con parte del agua que sale del tratamiento anaerobio, esto con el fin de

acondicionar el agua para que no afecte el tratamiento anaerobio, este

acondicionamiento es en cuanto a la temperatura ya que en muchas ocasiones el agua

llega con temperaturas muy altas las cuales pueden afectar los lodos del sistema



anaerobio, la temperatura que el sistema acepta es entre 22 °C a 30 °C, pero esta

recirculación principalmente se realiza con el fin de que el flujo de agua de entrada al

sistema anaerobio se constante para que no exista un levantamiento del manto de

lodos. Este tanque tiene principalmente dos funciones ecualizar las variaciones de la

composición y cantidad del agua residual. Después de este acondicionamiento donde se

mezcla el influente y efluente reciclado, pasa al sistema principal que es el anaerobio

este proceso es el más recomendado para tratar este tipo de aguas residuales las cuales

poseen en gran medida material orgánico, este tipo de sistema es llamado UASB “cama

anaeróbica de flujo ascendente de lodo”.

El UASB es el sistema principal de la planta, ya que oxida en gran medida la materia

orgánica. En el proceso de degradación de materia orgánica por este sistema se origina

gas metano el cual es quemado para evitar una mayor contaminación, en la actualidad

la cervecería esta pensando en recuperar este gas para ser usado en las calderas. Este

proceso va primero que el aerobio para la disminución de costos, debido a que el agua

que pasa al sistema aerobio lleva un mínimo contenido de contaminantes, ya que gran

parte han sido oxidados en el sistema UASB, generando que el tratamiento aerobio

trabaje menos, y así mismo se disminuya el consumo de energía puesto que en este

sistema se usan tres sopladores, los cuales son una gran fuente consumidora de energía.

Figura 4. Tratamiento Anaerobio



Figura 5. Llama de gas metano

En la figura 3 y 4 se muestra el sistema UASB y la llama en la que se quema el gas

metano.

Después de que el agua pasa por el tratamiento anaerobio, pasa por rebose al sistema

aerobio siendo este proceso un complemento para terminar de oxidar materia orgánica.

En este sistema se inyecta oxígeno a través de tres sopladores controlados en el

supervisorio ya que solo trabaja uno, y varían para evitar su desgaste. Esta aireación se

realiza debido a las bacterias que habitan en él, éstas necesitan de oxígeno para vivir y

realizar su actividad de degradar materia orgánica. El sistema de lodo activado consta

de un tanque de aeración y un clarificador para la remoción de los biosólidos. Este paso

consiste en separar el agua de los lodos generados en la degradación de toda la materia

orgánica del agua residual. El lodo sedimentado activo es regresado al tanque de

aeración. Cuando el aumento del lodo en el sistema aerobio es muy elevado el lodo es

deshidratado en la fase de tratamiento del lodo, esta fase consta de un tambor

mecánico el cual tiene la función de adelgazamiento del lodo, este consta de una correa

filtro la cual ejerce una presión y así eliminar la humedad del lodo, antes de esto el agua

con lodo es acondicionada para que el lodo se compacte, es decir se agrega un

polímero cuya función es la de flocular el lodo, compactándose por la presión de la

correa filtro, generando la eliminación de agua del lodo. El lodo que sale de esta prensa

presenta un mínimo de humedad (aproximadamente un 30 %), y luego se realiza su

disposición final.



Figura 5. Tratamiento Aerobio

Figura 6. Clarificador

En las anteriores figuras se muestra el sistema aerobio y el clarificador, donde ya se ha

removido la materia orgánica del agua. Después de estos procesos el agua residual, pasa

a una canaleta de contacto donde se agrega hipoclorito para realizar una desinfección,

en este proceso lo que se pretende es eliminar los coliformes totales y fecales, para

cumplir con las normas. Después de esta desinfección pasa a la canaleta parshall para ser

ya enviada al rió Cauca.



Figura 7. Canaleta de Contacto

Figura 8. Canaleta Parshall

En la figura 8 se muestra la canaleta de contacto, en la cual se mezcla el hipoclorito con

el agua para su desinfección, su flujo es lento para obtener una mejor mezcla, es un

proceso hidráulico debido a que se necesita una mezcla del hipoclorito con el agua. En

la figura 17 se observa la canaleta Parshall, en esta canaleta se mide el caudal de salida,

el pH y la temperatura por medio de un sensor, esta medición se realiza por medio de

una recolección automática de agua y se almacenan en la nevera que se muestra en esta

foto. Luego de todos los procesos anteriores el agua es llevada por medio de tuberías al



río Cauca con las mejores condiciones, cumpliendo con toda la normativa exigida por

la ley colombiana y las normas de Sabmiller.

2.6.1. Descripción breve del tratamiento:

a. B100, Bomba de colector de agua influente:

75 m³ volumen recipiente de concreto, aprox. de dimensiones: 7.5 x 4 x

2.5 m profundidad del agua (abajo del influente de alcantarilla),

construido con canales de entrada y plataforma adyacente y escalera de

acceso.

Pantalla Rotatoria (Tamiz): Tipo de alimentación interna, con aspersores

internos y externos.

b. B103 tanque de lodo anaeróbico:

100 m³ volumen húmedo,

Recipiente de concreto con unas medidas aproximadas de 4.2 x 4 x 6.5

m (6.0 m altura máx. de profundidad de agua), sin pintar.

c. D201 Tanque de Aeración:

20.6 x 16.5 x 5.5 m altura del agua,

altura total 6.3 m, concreto.

d. S20 Clarificador Final:

tipo circular, diámetro 26m,

altura del agua en el limite 2.5 m

concreto

e. B401 Recipiente de contacto:

volumen húmedo. 120 m³

recipiente de concreto

dimensiones aproximadas 11 x 3 x 3.5 m

La planta ha presentado un buen funcionamiento y rendimiento, por el buen manejo de

las personas encargadas, a cumplido con lo establecido en su fase de diseño. El diseño

de esta planta fue el mejor para tratar este tipo de aguas con un alto contenido de

materia orgánica, sus dimensiones son las adecuadas para tratar toda el agua que se

genera en la cervecería. El funcionamiento de ella es bueno cumple con el objetivo de

eliminar los contaminantes del agua residual y así cumplir con todas las normas exigidas.



Figura 9. Esquema de La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

Fuente. Portal corporativo de Valle, 2008

2.7. NEUTRALIZACIÓN COMPLETAMENTE AUTOMÁTICA DE

LAS AGUAS RESIDUALES EN LA INDUSTRIA DE LA CERVEZA



Como última etapa del tratamiento de aguas residuales en la fábrica de cerveza se

realizó una moderna instalación completamente automatizada para la neutralización.

Dicha neutralización de las aguas residuales se realiza gracias a los componentes de un

circuito de regulación que se adaptan perfectamente entre sí. La mayor parte del agua

residual resultante para la neutralización proviene de la regeneración del procesamiento

del agua para cerveza y del equipo CIP. La limpieza CIP comprende fundamentalmente

los recipientes del brebaje, los tanques de fermentación y levadura, las tuberías y una

instalación de filtrado. Como agentes limpiadores se emplean, de manera alternada,

lejía de sosa al 2 % con aditivos y productos de limpieza ácidos. Por el contrario, las

aguas residuales de la regeneración procedentes del procesamiento del agua para

cerveza contienen ácido clorhídrico. Junto con el agua del pre aclarado y el agua de

salida de producción, el agua residual llega a la instalación para su neutralización. La

velocidad del caudal del agua residual puede ser de hasta 10 m³/h.



III. CONCLUSION

La reutilización de estas aguas residuales es viable económicamente debido a que

permite a la producción de Cervecería disminuir el consumo de agua potable en

actividades que no ameritan el uso de esta haciendo mucho más rentable la

reutilización residual tratada. También cabe resaltar que este tipo de agua

residual puede servir como recurso a los agricultores.

Desde el punto de vista ambiental, los procesos que usa la Cervecería para tratar

el agua residual, disminuyen la contaminación del rio siendo este el receptor de

estas aguas. El reciclaje del agua contribuye a un saneamiento sustentable y así a

un desarrollo sostenible en donde la sociedad se beneficia. De este modo se

podrá evitar el deterioro de la fauna y flora. Por otra parte, ayudará a mantener

la gran diversidad hídrica de nuestras tierras.



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