Reducción de uso de agua de aprovechamiento y de descarga en la producción de azúcar para el cumplimiento de la NOM-001-SEMARNAT 2021, mediante un proceso físico biológico Ingenio CIASA, un caso de éxito.

Por: *Ing. Leovigilda Reyes Romero, **Ing. Fernando Martinez Sanchez

lreyes@santos.com.mx; fmartinez@santos.com.mx

RESUMEN

INTRODUCCION

Derivado de las actualizaciones con la ley federal de derechos sobre el aprovechamiento y el cumplimiento de la Nom 001 SEMARNAT 2021 sobre la descarga de agua residual, se ha buscado la disminución de la dependencia sobre las fuentes de abastecimiento y por ende los costos, por lo que un ingenio azucarero es una agroindustria autosustentable derivado a que, aproximadamente el 70% de la composición de la caña es agua. Nuestra visión y responsabilidad es estar preparados para enfrentar la problemática mundial de desabasto de agua y el cumplimiento normativo en descargas de agua residual.

OBJETIVO

Disminuir los volúmenes de agua por aprovechamiento y descarga de agua residual en un ingenio de azúcar estándar, así como disminución de cargas orgánicas en el agua residual para cumplir con la Nom 001 SEMARNAT 2021 mediante un proceso físico biológico.

MÉTODO

Se realiza análisis de usos y descargas de agua en un ingenio azucarero para detectar malas prácticas en el uso de agua y en el aumento carga orgánica para la implementación eficiente de una planta de tratamiento de agua residual con proceso anaerobio y aerobio, sin grandes extensiones de superficie.

Palabras clave: condensados, agua, aprovechamiento, residual, Nom 001 SEMARNAT 2021.

INTRODUCCIÓN

Derivado de las actualizaciones con la ley federal de derechos sobre el aprovechamiento y el cumplimiento de la NOM 001 SEMARNAT 2021 sobre la descarga de agua residual, se ha buscado la disminución de la dependencia sobre las fuentes de abastecimiento y secundariamente los costos, por lo que un ingenio azucarero es una agroindustria autosustentable derivado a que, aproximadamente el 70% de la composición de la caña es agua. Nuestra visión y responsabilidad es estar preparados para enfrentar la problemática mundial de desabasto de agua y el cumplimiento normativo en descargas de agua residual. Por lo que se busca disminuir los volúmenes de agua de aprovechamiento y descarga de agua residual en un ingenio de azúcar estándar, así como disminución de cargas orgánicas en el agua residual para cumplir con la Nom 001 SEMARNAT 2021 mediante un proceso físico biológico.

a) Los productos de la fábrica (melaza, cachaza, bagazo, ceniza y azúcar)

b) En forma de vapor (gases de combustión, evaporación, vapor de flasheo.

c) En forma líquida (excedente de condensados, efluentes, lavados o fugas)

El principal objetivo de la recuperación de condensados en la industria azucarera es el suministro de agua de alimentación a calderas, el excedente y con trazas de material azucarado (condensados amoniacales) es destinado al proceso de extracción como imbibición y el excedente debiera utilizarse para el consumo de agua en el proceso de fábrica.

Es un proceso que reutiliza el agua y el calor sensible contenidos en el condensado descargado, incluso de cantidades pequeñas es justificable económicamente, conlleva ahorros significativos en el tratamiento químico, reducción de costos de combustibles, reducción de limpieza de equipos (calentadores, evaporadores y cristalizadores), reducción de huella de carbono, reducción de costos por suministro de agua y descarga de agua residual.

La clasificación de condensados se divide en:

•  Condensados puros (libres de trazas de azúcar) de acuerdo con su naturaleza pueden ser de vapor escape o vapor vegetales.

•  Condensados amoniacales (con trazas de azúcar por arrastre en el proceso de evaporación o por contaminación por falla mecánica en equipo)

Los condensados puros obtenidos de vapor de escape se utilizan para alimentación de agua de reposición de calderas por presentar baja conductividad de 20 a 30 µmhos. No existe presencia de azúcar o toc´s en condensados que tienen baja conductividad (condensados de escape o pre).

 Los condensados puros obtenidos de vapor vegetal contienen compuestos orgánicos (toc) en mayor o menor cantidad y se reGejan en su valor de conductividad de 60 a 80 µmhos, el principal componente de los toc´s es el acetato de amonio y precisamente el radical amonio es quien aporta la conductividad. Este tipo de condensados se utiliza en calderas si faltara agua reposición o se envía como agua de servicio a fábrica.

Los condensados amoniacales se utilizan en el proceso de extracción de molinos como agua de imbibición, se debe tener en cuenta que la pol en los condensados amoniacales debe ser menor que la pol en el bagazo.

Mediante la adecuada recuperación y clasificación de condensados, para la utilización de condensado de vapor de escape en la alimentación a las calderas evitando la utilización de agua suavizada en calderas de alta y baja presión en el rango de control de pH se logran disminuir la dosificación de productos químicos, cuidando siempre mantener las calderas libres de corrosión e incrustación, los beneficios principales son:

•  Disminución de dosificación de sosa caustica al agua de calderas

•  Disminución de conductividad en agua de calderas

•  Disminución de purgas de calderas (fondo y continúa)

•  Disminución de formación de espuma y arrastre de esta al torrente de vapor

•  Disminución y/o eliminación de dosificación de antiespumante

•  Disminución y/o eliminación de arrastre de sosa hacia los filtros de vapor, válvulas de admisión de vapor y alabes del rotor de la turbina.

Las pérdidas en los ingenios azucareros es sacarosa que no se cuantifica como azúcar producida envasa. Existen 3 mediciones de perdidas en forma sistemática: perdida en bagazo, perdida en cachaza, pérdida en melaza. El resto de las perdidas no se miden en forma sistemática o se calculan por diferencia y por ello se pueden denominar perdidas indeterminadas, las cuales se presentan por;

•  Inversión térmica, química y biológica

•  Pérdidas de sacarosa en efluente por derrames, malas liquidaciones y arrastres.

Las pérdidas indeterminadas en los efluentes se llevan a cabo por arrastres de material en los circuitos cerrados de enfriamiento del sistema de vacío del circuito de agua de enfriamiento del condensador, inadecuada liquidación de equipos, limpieza de equipos, derrames de material azucarado. Aumentando la carga orgánica en el agua residual y su tratamiento.

La disminución de las perdidas indeterminadas en los efluentes es controlable mediante el seguimiento e identificación de la fuente, aumentando la cantidad de azúcar recuperable envasada y evitando la contaminación del agua residual.

El tratamiento de aguas residuales o depuración de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes presentes en el agua.

La utilización de un tratamiento físico-biológico en el agua residual en un ingenio azucarero se optimiza mediante:

•  La reutilización de condensados que reduce el consumo de agua de aprovechamiento y descargas de agua residual.

•  La implementación de circuitos cerrados

•  La disminución de perdidas indeterminadas

•  La disminución de tratamiento químico

La infraestructura con que cuenta CIASA para el tratamiento de las aguas residuales industriales es un sistema basado en operaciones físico-biológicas de: cribado, sedimentación proceso anaerobio y aerobio, su capacidad de diseño es para 30 lps, con picos de operación de 40 lps. Cuenta con un tiempo de retención hidráulico de 44 h. Esta planta está diseñada para tratar 2,600 ppm de DQO.

El esquema de proceso de nuestra Planta de Tratamiento de Aguas residuales se observa en la figura 1:

Figura 1. Esquema de proceso de Planta de Tratamiento de Aguas residuales.

Con la actualización de la norma NOM-001-SEMARNAT-2021 se puede dar cumplimiento mediante un proceso de tratamiento físico-biológico sin ser necesario usar un cuarto proceso de tratamiento adicional que comúnmente se maneja como un pulimiento de las aguas residuales.

MATERIALES Y METODOS

Se realiza análisis de usos y descargas de agua en un ingenio azucarero para detectar malas prácticas en el uso de agua y en el aumento carga orgánica (materiales azucarados y lodos) implementación eficiente de una planta de tratamiento de agua residual con proceso anaerobio y aerobio, sin grandes extensiones de superficie.

Teóricamente existe un excedente de agua producida en el ingenio que inevitablemente deberá encontrar su salida de la fábrica en una corriente de efluente, mediante un balance de materia de agua global, se determinó la cantidad de condensados que se genera en el ingenio equivalente a 26 lps, figura 2.

Figura 2. Balance de agua.

Para la reutilización de los condensados como agua de servicio general en fabrica se trabajó en los siguientes puntos:

1) Recuperación de condensados puros y evitar la generación de condensados amoniacales

2) Clasificación de condensados puros y amoniacales. Los condensados puros se clasificaron de acuerdo con su conductividad.

3) Alimentación de agua a cabezal de calderas con condensados puros de vapor de escape y evitando la alimentación con agua suavizada.

Figura 3. Clasificación de condensados en un Ingenio Azucarero.

4) Realización de levantamiento de consumos de agua en fábrica por departamento, con el objetivo remplazar la fuente de abastecimiento (agua de rio) por utilización de circuito cerrado de torres de enfriamiento, agua de condensados caliente o fría y evitar malas prácticas en el uso de agua.

5) Realización piscina de enfriamiento de condensados puros de vapor vegetal excedentes del área de fábrica, logrando una disminución de 90°C a 40°C mediante aireación natural, figura 3. Retornar el agua de condensados fríos a fabrica para su uso.

Figura 3. Piscina de enfriamiento de condensados puros vegetales

6) Cerrar circuitos de agua de torres de enfriamiento de condensados de sistema de vacío de condensadores en elaboración mediante la disminución de arrastre y sistema de purga automático para mantener un nivel operativo y eliminar relleno de agua de rio.

7) Trabajar con torres de enfriamiento para disminución de temperatura del sistema de lubricación de las turbinas, reductores y chumaceras de molinos.

8) Utilización de condensados amoniacales como agua de imbibición de molinos a 90 °C.

9) Garantizar que departamento de mayor uso de agua (elaboración) cuente con agua de condensados amoniacales excedentes de molinos, para su uso en riego de filtros de cachaza, lavado de semilla en los tachos y limpieza de mirillas en tachos.

La planta de tratamiento de agua residual con proceso Físico-Biológico fue diseña con procesos de bajo costo operativo aprovechando las instalaciones actuales. Se utiliza cribado para partículas mayores de 5 mm y sedimentación. El retiro de grasas y aceites mediante una trampa de grasas. Los procesos biológicos utilizados son anaerobio y aerobio, se cuenta con sistemas de retorno de lodos aerobio hacia el reactor aerobio y los lodos excedentes se envían al reactor anaerobio mediante sistemas airlift evitando que se tengan que sacar lodos aerobios del sistema, figura 4.

Figura 4. Diagrama de Planta de Tratamiento de Agua Residual.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Mediante la recuperación, clasificación y correcta utilización de condensados, buenas prácticas en el uso de agua de servicios y utilización de torres de enfriamiento, se ha logrado la disminución del 55% en el consumo de agua del rio desde el año 2020, figura 5.

Figura 5. Consumo de agua de aprovechamiento extraída del rio.

Para lograr la estabilización del proceso de tratamiento de agua residual, se trabajó en:

•  Disminución de temperatura de agua residual mediante la utilizando de exceso de condensados amoniacales y condensados puros de vapor vegetal con alta conductividad, para su uso en agua de lavado de torta de filtros de cachaza, lavado de semillas en tacho y limpieza de mirillas de tachos, disminuyendo la temperatura de descarga de agua residual, figura 6. Se trabaja para la disminución de 2 °C mediante una laguna de oxidación.

Figura 7. Carga orgánica de entrada a la PTAR zafra 2023.

•  Disminución de carga orgánica en el agua residual de entrada a la PTAR por disminución de perdidas indeterminadas en arrastres de material azucarero mediante el monitoreo y control automático de purgado continúo de la torre de enfriamiento para evitar choques de carga orgánica (DQO) en la entrada de la PTAR se ha logrado la estabilización de los reactores anaerobio y aerobios en el tratamiento de agua residual, figura7.

Figura 8. Toneladas de Pol en agua residual de entrada a la PTAR zafra 2023.

Disminuyendo en un 56% las toneladas de azúcar que se perdían en el agua residual con respecto a la zafra anterior y 86% con respecto a la zafra 2020, figura 8.

Figura 6. Temperatura de descarga agua residual zafra 2023.

Durante la zafra 2023 se logra entrar en parámetros de cumplimiento de la NOM-001-SEMARNAT 2021, con las practicas adoptadas de cuidado del agua y principios básicos de tratamiento de agua residual físico-biológico, figura 9, 10 y tabla 1.}

Figura 9. Solidos Suspendidos Totales en agua residual zafra 2023.

Figura 10. Carga orgánica en agua residual zafra 2023.

Tabla 1. Carga orgánica en agua residual zafra 2023.

CONCLUSIONES

A partir de la eficiencia en la recuperación de los condensados y su correcto uso en el proceso se ha disminuido en un 55% en el consumo de agua del rio desde el año 2020 a la fecha disminuyendo la descarga de agua residual y costos, mediante principios básicos de transferencia de calor, manejo de calidades de condensados, principios básicos de tratamiento de agua residual, acciones de bajo presupuestos y adecuando instalaciones existentes. Llegando a la conclusión que la correcta utilización de los recursos de un ingenio nos permite ser autosustentables y amigables con la naturaleza. Por lo tanto, un ingenio azucarero no es una industria que deba depender de una fuente de abastecimiento de agua, si no una industria generadora de agua que mediante un proceso de tratamiento de agua residual Físico-Biológico y sin grandes extensiones de superficie se logra descargas de agua residual bajo el cumplimiento de la NOM 001 SEMARNAT 2021.

Palabras clave: condensados, agua, aprovechamiento, residual, NOM 001 SEMARNAT 2021

LITERATURA CITADA:

Ingeniería de la caña de azúcar, Peter Rein

Proceso de elaboración de azúcar de caña, Braulio Alberto Ramos

Perdidas Indeterminadas en la producción de azúcar, María Dolores Granja

Literatura de trabajo de la empresa AQA.