Gobierno de La Rioja. C/ Marqués de Murrieta, nº 76; C.P Telf.: Fax: Logroño.

Transcripción

1 ANÁLISIS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES DE BODEGAS DE PRODUCCIÓN DE VINO Y LA PROBLEMÁTICA DE ADECUACIÓN DE UN TRATAMIENTO BIOLÓGICO APROPIADO Marta Cordón Ruete.- ( 1 p) Joaquín Ordieres Mere ( 2).- (1) Gobierno de La Rioja. C/ Marqués de Murrieta, nº 76; C.P Telf.: Fax: Logroño. marta.cordon@conlared.com (2) Profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica Edificio Departamental. C/ Luis de Ulloa nº 20; C.P Telf.: Fax: joaquin.ordieres@dim.unirioja.es ABSTRACT The Wine industry is one of the most important in La Rioja.This work train to make a description to the effluent from a wine cellar. Wastewaters produced from the squezeeing and fermentation lines are the strongest waste and they are high in organic load, low in oxigen concentración and low ph Wastes have also a low nutrient i.e. nitrogen and phosphorus, content.this caracteristics are very importat at the biological treatment, is necesary tu apport nitrogen and phosphorus to the Wastewaters and to get a ph 6-9. Half of the year total pollution is produced during the fisrt two months after vintage With this characteristic we are propose three biological treatment in funtion of volume production of wine, for Production less of 2 millions Kg grapes / year; production between 2 and 8 millions Kg grapes / year and production head of 8 millions Kg grapes / year INTRODUCCIÓN El sector agrícola es uno de los más importantes en la Comunidad Autónoma de La Rioja y dentro de él, ha tenido tradicionalmente una gran relevancia el vinícola, con gran reconocimiento tanto a nivel nacional como fuera de nuestras fronteras. La Legislación Nacional así como las Autonómicas exigen un tratamiento previo de los efluentes industriales antes de su vertido a colector municipal, tratando así de evitar que las Depuradoras Municipales sirvan para depurar vertidos 1111

2 industriales de empresas privadas. Esto ha llevado a tener en nuestra Comunidad un gran número de industrias con una problemática común. En el presente trabajo se trata de hacer una descripción de las características de los efluentes vinícolas; así como un análisis de los procesos de depuración aplicables a los mismos. Se ha comparado el proceso productivo empleado en La Rioja con el que se realiza en otras zonas productoras de vino; concretamente en el Sur de Francia, llegando a la conclusión de que el volumen de agua residual generado por litro de vino elaborado en nuestra Comunidad es aproximadamente el doble del obtenido en Francia. Las aguas residuales generadas provienen prácticamente en su totalidad de los procesos de lavado de las instalaciones, por lo que se proponen normas de buenas prácticas para reducir el volumen generado. De cara a optimizar el tratamiento biológico a aplicar en cada tipo de bodegas estructuramos las industrias en función del volumen de elaboración de uva al año; bodegas que elaboran menos de 2 millones de Kg de uva al año; las que elaboran entre 2 y 8 millones al año y las que elaboran más de 8 millones al año y proponemos el sistema más adecuado en cada caso. CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES DE BODEGAS DE PRODUCCIÓN DE VINO. La actividad vinícola genera una agua residual con alto contenido en materia orgánica que no puede verterse directamente al medio receptor (cauce o lago) porque debido a la alta demanda de oxígeno provocaría graves desajustes en el mismo, al reducir el contenido en oxígeno hasta niveles en los que no es posible la vida piscícola. Las principales peculiaridades que presenta este tipo de efluente son: a).- Carácter ácido (con valores en torno a ). El PH adecuado para que tengan lugar los procesos biológicos está comprendido entre 6 y 9; por lo que es necesario normalizar el vertido con NaOH o lechada de Cal hasta un valor superior a 6. En algunas situaciones puntuales se pueden dar vertidos básicos como se ha citado anteriormente Sosa y por ello también se dispone de H 2 SO 4 por si fuese necesario normalizar en sentido contrario b).- Alta carga orgánica en torno a mg O 2 /l frente a mg O 2 /l de un agua residual urbana. c).- Déficit de nutrientes en Nitrógeno y Fósforo Son los compuestos químicos utilizados como alimento en el desarrollo de los microorganismos, en los 1112

3 tratamientos biológicos aerobios se establece un ratio de comparación entre DBO 5 Nitrógeno y Fósforo de 100:5:1. En los tratamientos anaerobios los requerimientos de nutrientes son mucho menores. La forma en que se adiciona el Nitrógeno es mediante Urea y el Fósforo mediante Fosfato amónico. d).- Gran estacionalidad en el proceso de generación del agua residual. El 60% del volumen anual de agua residual generada se produce en la época de vendimia y en los tres meses posteriores. Las conclusiones citadas se han obtenido de dos campañas de medidas realizadas en bodegas de Nuestra Comunidad. Consultando análisis similares de bodegas del Sur de Francia, se observa que se obtienen valores de cargas contaminantes bastante más altas debido a que en el proceso de fabricación se consume mucha menos agua. Con lo cual se obtiene para una misma cantidad de uva, menor volumen de agua residual pero con una mayor carga contaminante. Además de lo anteriormente expuesto cabe citar que es práctica en algunas bodegas emplear desinfectantes como Cloro o Sosa cáustica para el lavado de depósitos en la época anterior a la vendimia que podrían alterar puntualmente las características del vertido. Los datos obtenidos en las campañas de análisis efectuadas en dos bodegas son: CARGA CONTAMINANTE DQO med diaria ( mg/l) DBO 5 med diaria ( mg/l) Variación PH M.E.S. (mg/l) N amoniacal (mg/l) Fósforo (mg/l) Octubre 7664/ (4-5.5)/( ) 900/1600 (12-6)/(22-10) (6-2)/(10-2) Noviembre 6180/ (5-7)/(4-7) 700/1150 (10-5)/(17-7) (4-1)/(8-0.8) Diciembre 4576/ (5-7)/(5.5-8) 500/950 (7-4)/(13-5) (3-0.8)/(8-0.8) Enero 4332/ (5-8)/(5.5-8) 500/900 (7-4)/(13-5) (3-0.8)/(6-0.8) Febrero 3592/ (5.5-8)/(5.5-8) 500/850 (7-4)/(13-5) (3-0.8)/(6-0.8) Marzo 3637/ (5.5-8)/(5.5-8) 500/850 (7-4)/(13-5) (3-0.8)/(6-0.8) Abril 3420/ (5.5-8)/(5.5-8) 300/700 (6-3)/(12-3) (3-0.6)/(8-10) Mayo 3361/ (5.5-8)/(5.5-8) 300/550 (6-3)/(12-3) (3-0.6)/(7-0.8) Junio 3646/ (5.5-8)/(6-8) 300/500 (6-3)/(11-3) (3-0.6)/(6-0.8) Julio 3188/ (5.5-8)/(6-8.3) 300/400 (6-3)/(10-3) (3-0.6)/(5-0.4) Agosto 2641/ (5.5-8)/6-8.4() 300/400 (6-3)/(5-0.4) (3-0.6)/(5-0.4) Septiembre 4280/ (5.5-8)/( ) 300/550 (6-3)/(7-0.8) (3-0.6)/(7-0.8) 1113

4 CAUDALES MESES CAUDAL TOTAL CAUDAL MEDIO CAUDAL MAXIMO Septiembre 112/ / /89.5 Octubre 352/ / /96.1 Noviembre 208/ / /59.5 Diciembre 160/ / /46.8 Enero 112/ /43 7.3/60.6 Febrero 112/ /39 7.3/53.9 Marzo 112/ /31 7.3/43.2 Abril 80/ / /48.5 Mayo 80/ / /41.7 Junio 96/ /39 6.3/58.5 Julio 96/ /45 6.3/67.5 Agosto 80/ / /73.1 TOTAL 1600 /9663m 3 m 3 /dia m 3 /dia ANALISIS DEL VOLUMEN DE AGUA RESIDUAL GENERADO EN NUESTRAS BODEGAS Y EL CARÁCTER ESTACIONAL DEL MISMO. El volumen de agua residual de una bodega es el factor determinante a la hora de proyectar la Estación Depuradora de Aguas Residuales, del análisis de las operaciones que se desarrollan en una bodega se desprende que dicho volumen depende de dos factores fundamentales: Volumen de Vinificación de la Bodega. Manejo que se haga del agua de limpieza y equipos usados para ello. Las únicas aguas residuales que se producen en Bodegas son debidas al lavado de máquinas y recipientes, ya que el resto de subproductos (heces, vinazas y orujos) se reciclan en las alcoholeras Como curiosidad se puede calcular la DQO de un litro de vino que pudiera quedar en el fondo de una cuba que se va a lavar. Supongamos que el vino es de 12º de alcohol, luego tendrá 120 ml de alcohol ( 120 ml x g/ml=96.64 g alcohol/ litro de vino). La reacción química será: CH 3 -CH 2 OH+ 3 O 2 2CO 2 +3H 2 O 46 g 96 g Luego g x 96 g O 2 / 46 g= g de O 2 Si en el lavado se disuelve ese litro de vino en 100 litros de agua obtendríamos una concentración de 2000 mg/ l. Es un claro ejemplo para apreciar la influencia que tiene el sistema de lavado en las características del agua residual generada, así como en el volumen de la misma. Se debe de hacer hincapié en dos 1114

5 aspectos; reducir al máximo los restos de vinazas o heces que pudieran quedar en el fondo y paredes de las cubas o en las prensas, antes de su lavado y usar un sistema de lavado eficaz que consuma poco agua. En las publicaciones se toma como valor medio de contaminación en el proceso de vinificación 1 litro de agua residual por cada litro de vino producido. Haciendo un buen uso del agua en bodegas francesas se ha comprobado que el consumo de agua se puede reducir a la tercera parte sin que ello influya en la calidad del vino elaborado. Por otra parte se ha comprobado que en bodegas en las que no se utiliza en la limpieza agua a presión y no se dispone de depósitos de acero inoxidable, el consumo de agua puede llegar a ser hasta tres veces el volumen de vino elaborado. En el caso de la Rioja, en bodegas medias y grandes el consumo de agua se sitúa cercano a los 3 litros de agua por litro de vino elaborado. Siendo menor éste ratio en bodegas pequeñas. NORMAS DE BUENA PRACTICA EN BODEGAS PARA REDUCIR EL VOLUMEN DE AGUA RESIDUAL GENERADO EN EL PROCESO. Se intentan dar unas pautas para reducir el volumen de agua residual 1.- Utilizar redes separativas para evacuar los diferentes tipos de aguas; fecales, de procesos y pluviales. 2.- Habilitar zonas para el lavado de remolques y otros equipos; dichas zonas deben de disponer mangueras con boquillas de cierre automático, tipo de pavimento y pendientes adecuadas, así como rejillas para la retención de sólidos gruesos. 3.- No utilizar sistemas de refrigeración abiertos para la refrigeración de los depósitos de fermentación. Es preferible instalar equipos de frío para realizar estas refrigeraciones ya que no consumen agua y su eficacia de enfriamiento es superior. El agua de refrigeración puede suponer en ocasiones hasta el 50% del agua consumida en vendimias. 4.- Evitar, en lo posible, la utilización de equipos de filtración por tierras diatomeas.ya que suponen un aumento de la contaminación de las aguas residuales que alcanzan valores de materia orgánica y de sólidos en suspensión muy altos Sustitución de estos filtros por otros como filtración tangencial, filtración por inoxidable, etc. 5.- El cepillado de las paredes de los depósitos y el resto de la maquinaria o el barrido del suelo y la posterior recogida de todos los residuos sólidos antes de proceder al lavado con agua, ello supone una reducción importante de la carga 1115

6 contaminante. Uso racional de los productos químicos, para no introducir sustancias que dificulten en proceso biológico. 6.- Es conveniente utilizar equipos a presión para reducir el consumo de agua y agua caliente para mejorar el rendimiento de la limpieza. Los subproductos generados en cada una de las operaciones del proceso de elaboración de vino son: SELECIÓN DEL TRATAMIENTO BIOLÓGICO MÁS ADECUADO PARA CADA TIPO DE BODEGA. CONCLUSIONES De cara a obtener el sistema de tratamiento más adecuado para cada tipo de bodegas se clasifican las bodegas en tres grupos en cuanto al volumen de producción: 1.- Bodegas que elaboran menos de 2 Millones de Kg de uva al año, que incluiría a todos los viticultores que elaboran su propia uva. 1116

7 2.-Bodegas que elaboran entre 2 y 8 Millones de Kg de uva al año, que incluiría a gran parte de las bodegas Cooperativas y a Bodegas Privadas de tamaño medio. 3.- Bodegas que elaboran entre 8-15 Millones de Kg de uva al año, que incluirían a las grandes bodegas cooperativas y a las grandes Bodegas Privadas Para cada uno de estos tres grupos vamos a tratar de buscar el tratamiento de depuración óptimo mediante el análisis multicriterio atendiendo a los siguientes aspectos: costes de construcción, costes de explotación, superficie ocupada, impactos ambientales generados. El método empleado para realizar el análisis multicriterio es el denominado Electre-I ( Eliminación y elección traduciendo la realidad ), Bodegas que elaboran menos de 2 Millones de Kg de uva al año. En una bodega que elabora 2 millones de Kg se generaran 2180 m 3 /año de agua residual ( considerando 3 litros de agua residual/ litro de vino elaborado).estimando que el 60% del volumen se genera en los tres meses posteriores a la vendimia; 1308 m 3, sea podría plantear dos lagunas de aireación en cabecera de la finca ya poder usar esa agua en enero para el riego de invierno del propio viñedo. La superficie de un viñedo que produce como media 2 millones de Kg de uva es ( /7000 Kg/ Ha) sería de 286 Has.con lo que la dotación de riego sería 1308 m 3 /286 Ha= 4.57 m 3 /Ha= l/ m 2 Bodegas que elaboran entre 2 y 8 Millones de Kg de uva al año. En este grupo de depuradoras, se debe plantear un tratamiento biológico convencional que para este tipo de agua residual podría ser tanto Lecho bacteriano como Fangos Activados (este último es ambientalmente más correcto por lo que si estamos cerca de un núcleo urbano es un aspecto a tener en cuenta). Una solución aplicable a este caso 1117

8 es un sistema de unidades independientes de reactores de lecho fluidificado, también se llaman biofiltros. El material de soporte es de la forma Una de las ventajas de éste sistema radica en la rapidez de arranque del proceso biológico ( ideal a la hora de responder adecuadamente a las puntas de caudal), así como de la obtención de buenos resultados en cortos períodos de tiempo. Se trata de unidades independientes que trabajan acorde al volumen de agua y carga a tratar. El sistema ofrece la posibilidad de diseñar el tanque para la carga total (5000 mg/l DQO), o como proceso de pretratamiento (2000 mg/l) antes de conducir el efluente al tanque de fangos activados. Se trata de un sistema versátil que se pone en marcha sólo en la épocas del año de alta carga. Esquema de funcionamiento y algunas aplicaciones reales. Bodegas que elaboran entre 8-15 Millones de Kg de uva al año El tratamiento más adecuado para este tamaño de depuradora es el de Fangos Activados. Debido al mayor tamaño de éstas plantas, las posibilidades de actuación son también mayores. El planteamiento general que buscamos para optimizar la obra civil es un tratamiento con baja recirculación, sobre todo en la época de alto caudal. Las posibilidades barajadas son: 1118

9 a) Una solución muy económica para responder a las puntas de caudal sería; diseñar la planta como un proceso convencional de Fangos Activados de alta carga para el caudal medio anual. Esta situación sería la de trabajo normal durante ocho meses al año, con una inversión relativamente baja. Para resolver el problema de los altos caudales se cambia la forma de trabajo de la planta pasando a trabajar como Contacto-Estabilización. Para ello sería necesario construir otro tanque como el del reactor convencional pero de un tamaño 25-30% con lo cual el ahorro es considerable. b) Otro planteamiento sería el tratamiento convencional de Fangos Activados con dos líneas en los que mediante un sistema mecánico se pudiera conseguir el deslizamiento de una de las paredes del reactor para adaptar el tamaño a los volúmenes de caudal generados en cada caso y conseguir con ello mantener una adecuada población bacteriana y evitar los problemas de parada y puesta en marcha de este tipo de reactores. REFERENCIAS Y. Racault, A. Lenoir.- Evolution des charges polluantes de deux caves vinicoles du Sud-Ouest de la France sur un cycle annuel.- Primer Congreso Internacional sobre Tratamiento de Efluentes Vinícolas celebrado en Narbone en Iñigo Torres.- Manuales de buenas prácticas y procedimientos medioambientales aplicados al sector vinícola