LA GESTIÓN DEL AGUA EN LA INDUSTRIA
S. E. Garrido-Hoyos1, M. Zuluaga-Hernández2, D. Hernández-Roldán2, G. Rosano-Ortega2, L.I. Carrillo-Flores1,2, A.J. Alvillo-Rivera, M.J. Alvarado-López2, D. R. MacKay3,
1Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), Paseo Cuauhnáhuac 8532, Colonia Progreso, C.P.62550, Jiutepec, Morelos, México.
2Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla (UPAEP), 21 Sur 1103, Barrio de Santiago, C.P. 72410, Puebla, Puebla, México.
3Ozono Polaris S.A. de C.V., Blvd Atlixco 4303-A, Colonia Estrella del Sur, C. P. 72190, Puebla, Puebla, México.
Introducción
Además de la necesidad cada vez mayor para satisfacer las demandas de suministro de agua potable, también se ha registrado el aumento de la demanda de agua para la manufactura de productos en la industria. Inicialmente, algunos tipos de industrias, fueron reacias al uso de agua reciclada en sus procesos por razones de percepción pública. Sin embargo, debido a que el conocimiento de los principios de reutilización de agua se han incrementado, también lo ha hecho la reutilización de aguas altamente tratadas que cumplen los criterios de calidad del agua. Actualmente, las industrias están experimentando ciertas presiones para encontrar formas de minimizar el volumen total de agua que utilizan en la producción de sus productos.
Sin embargo, también necesitan asegurar suministros adecuados, predecibles y sostenibles de agua para todos los usos a costos razonables y con un uso eficiente de maximizar dicha producción. La reducción de la "huella hídrica" de una empresa puede generar incentivos para permitir una mayor producción de producto y con menos residuos, así como darse cuenta de las posibles ventajas económicas y posiblemente, mejorar las relaciones con los ciudadanos y los gobiernos locales.
En el año 2017 según CONAGUA (2018), se generaron 215.2 m3/s de aguas residuales de los cuales, 191.0 m3/s son recolectados en el alcantarillado, aportando 1.78 millones de toneladas de DBO5. Para ese año en México existían 2526 plantas de tratamiento de aguas residuales municipales en operación en el país, que trataron 135.6 m3/s, es decir, el 63% de los 215.2 m3/s, recolectados en los sistemas de alcantarillado, por lo que se vierten al ambiente 79.6 m3/s. En México durante el año 2008, se reutilizaron 6,292 millones de metros cúbicos de agua (equivalente a un 10%), y en 2017, la industria trató 83.7 m3/s de aguas residuales, en 3025 plantas en operación (CONAGUA, 2018). En la Figura 1, se observa que el mayor volumen concensionado para usos consultivos lo representa el uso agrícola, principalmente en riego.
En el reúso de agua de origen municipal destaca la transferencia de aguas residuales colectadas en las redes de alcantarillado hacia cultivos agrícolas. En una menor proporción se reutilizan dichas aguas en las industrias, así como en las termoeléctricas, como es el caso de la central termoeléctrica de Villa de Reyes en San Luis Potosí y Valle de México. En el reúso de agua de origen industrial (no municipal) destacan las aguas residuales de los ingenios azucareros en el cultivo de caña en el estado de Veracruz (CONAGUA, 2011).
Figura 1. Distribución de volúmenes concensionados por usos consultivos, CONAGUA 2017
Casos de estudio Industria alimentaria
Algunas empresas como Coca-Cola y PepsiCo a nivel mundial están implementando prácticas para mejorar el uso del agua en sus operaciones. La Compañía Coca-Cola ha desarrollado y está implementando su sistema Rainmaker, proceso de recuperación de agua de limpieza y lavado de botellas. Después del tratamiento convencional, el agua recuperada se trata adicionalmente mediante bioreactores de membrana, ósmosis inversa, ozonización y desinfección UV. Este proceso fue probado y luego implementando en instalaciones en Hermosillo, México, con una reducción en el consumo de agua hasta en un 35% (EPA, 2012).
Ejemplos de reutilización integral del agua y las prácticas sostenibles se presenta con PepsiCo/Frito-Lay Corp (Qmedio: 28 L/s), Casa Grande, Arizona USA, en México PepsiCo/Sabritas de Vallejo, Ciudad de México (Qmedio: 8 L/s), Zapopán Jalisco (Qmedio: 9 L/s) y Saltillo Coahuila (Qmedio: 9 L/s) (Garrido-Hoyos et al., 2012, 2014, 2015), han completado proyectos con el ambicioso objetivo de operar las plantas casi en su totalidad en la energía renovable, la recuperación y la reutilización del agua de proceso de producción, y producción con casi cero residuos, a lo que la compañía se refiere como "Net Near Zero", cero residuos de vertederos.
Estas PTARs permiten utilizar el sistema de tratamiento de aguas residuales previamente construida donde se aplicaba el efluente tratado al suelo o al alcantarillado. Este sistema recicla hasta el 50-75% del agua utilizada en los procesos de las instalaciones permitiendo a Frito-Lay reducir su consumo de agua en 100 millones de galones (380.000 m3) anuales.
Algunas características medias del influente de son la DBO de 1,600 - 2,190 mg/L y sólidos disueltos totales de 2,054 – 3,229 mg/L. Todos los residuos sanitarios se separan y se descargan al drenaje de las ciudades correspondientes para recibir tratamiento convencional en las plantas de Tratamiento de Aguas Residuales.
La calidad de reutilización establecido por Frito-Lay/PepsiCo, y Sabritas/Pepsico requieren que el agua cumpla con los estándares de agua potable primaria y secundaria de la EPA y la
Normas Oficiales Mexicanas. El agua del proceso, que se utiliza para mover y lavar las patatas y el maíz, limpiar el equipo de producción y para otras necesidades de la limpieza y de la producción en las plantas, se recupera para su reutilización en dicho proceso. La calidad de las aguas tratadas de las PTARs es de mayor calidad que el suministro de agua potable local en términos de varios parámetros. Aguas residuales aceitosas se separan para minimizar los efectos adversos en el biorreactor de membrana (MBR) y de baja presión de los procesos de ósmosis inversa (LPRO), sino que se recoge por separado los desagües y un sumidero de recuperación de dicho aceite. Además, en las plantas se recupera el almidón de algunos pasos de la producción y así disminuir los costos y reducir las cargas de nutrientes en las PTARs.
En la Figura 2 se presenta los procesos que componen los tratamientos primario, secundario y terciario de agua y lodos, para obtener un agua con calidad para reúso en los diferentes usos que se le da en las PTARs de Pepsico-alimentación.
Figura 2. Diagrama de los procesos físicos y químicos de tratamiento que conforman la PTAR Frito-Lay para el reúso de agua residual tratada en diferentes usos. (EPA, 2012)
Industria Minera
México se caracteriza por ser un país minero, ya que a nivel mundial se encuentra como principal productor de plata y como octavo lugar en producción de oro. Durante su extracción y debido al tipo de proceso (hidrometalurgia) que utilizan este tipo de industrias, se generan aguas residuales (relaves mineros o jales) que se caracterizan por estar compuestas con concentraciones de cianuro y metales pesados variables, los cuales tienen un impacto social y ambiental negativo debido a su toxicidad. La producción de cianuro a nivel mundial en la minería se estima en más de 14 millones kg/año (Akcil, 2003; Kuyucak y Akcil, 2013), por lo que la problemática que se plantea a nivel medioambiental y de salud pública es muy importante en las zonas mineras.
Actualmente, el IMTA, UPAEP y Ozono Polaris llevan a cabo varias investigaciones sobre la remoción del cianuro y sus especies mediante procesos físico-químicos y biológicos de relaves de una mina en México, por una parte se está evaluando las condiciones óptimas del proceso de oxidación avanzada con ozono acoplado a los procesos de coagulación- floculación y sedimentación en una planta piloto de un 1.0 m3/d, con una concentración inicial de 150 mg CN-/L, se demostró que el ozono es altamente eficiente para la remoción de cianuro libre y débilmente acomplejado con eficiencias del 99% y una relación molar de
Agua cruda Bombeo Pretratamiento CAF Bombeo Biotorre Reactor Ultrafiltración
Filtración Tanque reuso
Agua reuso Bombeo
Osmosis Inversa Carbón Activado
Ultravioleta Tanque filtrado
De purga lodos Tanque lodos Filtro banda Contenedor Regeneración CAF
CAF Del secundario
Agua cruda Bombeo Pretratamiento CAF Bombeo Biotorre Reactor Ultrafiltración
Filtración Tanque reuso
Agua reuso Bombeo
Osmosis Inversa Carbón Activado
Ultravioleta Tanque filtrado
De purga lodos Tanque lodos Filtro banda Contenedor Regeneración CAF
CAF Del secundario
Agua cruda Bombeo Pretratamiento CAF Bombeo Biotorre Reactor Ultrafiltración
Filtración Tanque reuso
Agua reuso Bombeo
Osmosis Inversa Carbón Activado
Ultravioleta Tanque filtrado
De purga lodos Tanque lodos Filtro banda Contenedor Regeneración CAF
CAF Del secundario
1.19 O3/CN-, sin embargo, se encuentra la existencia de un cianuro remanente (aproximadamente 20 mg CN-/L) que por su complejidad química requiere mayor cantidad de ozono para su completa oxidación, disminuyendo la eficiencia de remoción a un 88% y aumentando la relación molar a 3.47 O3/CN-. A pesar de que la variabilidad química del relave afecta de manera directa las eficiencias de remoción del tratamiento, con este método se cumple con el límite máximo permisible (LMP) para el cianuro (3 mg/L) en la normatividad mexicana. Cabe destacar que el tratamiento presentado está en proceso de la patente.
Con respecto al tratamiento biológico se ha trabajado en lote y continuo con un consorcio bacteriano aislado de una presa de jales. Los mejores resultados se obtuvieron para el proceso en continuo, en el que, se utilizaron tres tipos de reactores tipo Eckendfelder, uno con biomasa suspendida (BS) y dos de lecho móvil, uno con biomasa inmovilizada sobre soportes Kaldnes K1 (BK) y otro sobre cubos de poliuretano (BCP). Se trabajaron tres etapas experimentales, en cada una de ellas se variaron las concentraciones de cianuro total. En la primera fue de 26±2 mg/L; en la segunda de 40±4 mg/L y la tercera de 55±4 mg/L. Durante toda la operación el pH y la temperature se mantuvieron en 9.5 unidades y 25°C. Después de 141 días de operación se obtuvo una biodegradación del cianuro total contenido en los relaves mineros de un 69% (17 mg/L) en el reactor BS, mientras que en el BK fue de 93% (3.9 mg/
L) y en el BCP de 95% (2.5 mg/L). Las familias predominantes en cada uno de los reactores, así como sus respectivas abundancias relativas, fueron para el BS y para el BK de Cyclobacteriaceae (20.65% y 24.64%) y Rhizobiaceae (18.48% y 14.01%) y Halomonadaceae (46.97%) y Hyphomonadaceae (24.94%) en el BCP.
Bibliografía
Akcil A. & Mudder T. (2003). Microbial destruction of cyanide wastes in gold mining:
process review. Biotecnology Letters. 25: 445-450.
CONAGUA, 2017. Comisión Nacional del Agua. Estadísticas del Agua en México Edición 2017. SEMARNAT. México D.F. México.
CONAGUA, 2018. Comisión Nacional del Agua. Estadísticas del Agua en México Edición 2018. SEMARNAT. México D.F. México.
EPA. 2012. Environmental Protection Agency y Office of Water Programs. Guidelines for water reuse. U.S. Agency for International Development. Washington, D.C. USA.
Garrido Hoyos S.E., Calderón Mólgora C.G., Montellano Palacio L., Rivera Huerta M.L.
(2012). Evaluación de la planta de tratamiento de aguas residuales, Sabritas, Vallejo (Ciudad de México). Informe Técnico. Subcoordinación de Tratamiento y Calidad del Agua. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Jiutepec, Mor. México.
Garrido Hoyos S.E., Calderón Mólgora C.G., Montellano Palacio L. (2014). Evaluación de la planta de tratamiento de aguas residuales, Sabritas Zapopan (Jalisco). Informe Técnico. Subcoordinación de Tratamiento y Calidad del Agua. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Jiutepec, Mor. México.
Garrido Hoyos S.E., Calderón Mólgora C.G., Montellano Palacio L. (2015). Evaluación de la planta de tratamiento de aguas residuales, Sabritas Saltillo (Coahuila). Informe Técnico. Subcoordinación de Tratamiento y Calidad del Agua. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Jiutepec, Mor. México.
Kuyucak N. & Akcil A. (2013). Cyanide and removal options from effluents in gold mining and metallurgical processes. Minerals Engineering. 50-51:13-29.
PROPUESTA DE VALOR
Las aguas residuales se deben considerar como un activo y no como residuos desechables.
Por lo que, la implementación de un Plan Integral de Saneamiento y Reutilización para detener el uso de aguas residuales crudas en la agricultura y fomentar la sustitución de las aguas subterráneas por el agua tratada para todos los usos no potables. Estos proyectos no solo tienen beneficios económicos, sino también un impacto positivo en la comunidad local, en términos de salud pública y mejora el medio ambiente.
Desde el punto de vista de reúso de agua residual puede ser suministro de agua de repuesto para torres de enfriamiento de centrales eléctricas, centrándose en el ahorro de agua subterránea para la población circundante. Como ejemplo a replicar en México se tienen las centrales termoeléctricas de Valle de México (Edo de México) y Villa de Reyes, (San Luís Potosi). La reutilización industrial para el caso de la termoeléctrica Villa de Reyes, se basa en un proceso de tratamiento de 10.3 L/s mediante lodos activados con eliminación de nutrientes, tratamiento terciario con ablandamiento adicionando cal, y la filtración en arena y de intercambio iónico para la sílice.
Para la aplicación en reutilización industrial, se establecieron las normas de acuerdo con las exigencias de la explotación de las centrales. La calidad del agua debe garantizar al menos los mismos ciclos de concentración en las torres de enfriamiento obtenidos con las aguas subterráneas. Para cumplir con los últimos estándares y para prevenir la formación de biopelículas en el sistema de distribución, un control biocida no oxidante se implementa como un complemento del tratamiento original.
