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Fecha de Publicación: 18/4/2003
Impactos Ambientales y Actividades Productivas

Industria del Azúcar



Descripción del ámbito de actividad

El azúcar es el único alimento que se obtiene de dos especies vegetales distintas, a saber la remolacha azucarera (beta vulgaris) y la caña de azúcar (saccharum officinarum) en regiones de cultivo distintas. Sólo se originan situaciones de competencia entre estas dos especies vegetales relevantes para la economía mundial en pequeñas zonas limítrofes, donde ambas están sin embargo considerablemente por debajo de su óptimo fisiológico. Generalmente se sitúan entre los 25 y 28 grados de latitud norte. Las principales zonas de cultivo de la remolacha azucarera están en las regiones de clima templado de Europa y Norteamérica, con temperaturas medias de la canícula entre 16 y 25° C y unas precipitaciones anuales de 600 mm como mínimo. En las regiones subtropicales, el cultivo tiene lugar en los meses invernales. En caso de precipitaciones inferiores a 500 mm, tiene que regarse. Las remolachas crecen óptimamente en suelos limosos profundos, con reacción entre neutra y débilmente alcalina. Como cultivo intensivo, requieren una fertilización integral mineral suficiente. Dado que por razones fitosanitarias (p. ej. nemátodos de la remolacha = causa importante de la llamada fatiga de la remolacha) las remolachas sólo pueden cultivarse cada cuarto año en el mismo campo, el área de adquisición de una fábrica de azúcar de remolacha es muy extensa. El periodo de vegetación es en general de 5 a 6 meses. En las zonas de clima templado, los rendimientos de las cosechas se sitúan entre 40 y 60 t/ha, mientras que en las regiones subtropicales son por término medio de 30 a 40 t/ha. El contenido de azúcar se mueve entre el 16 y el 18 %. La caña de azúcar es una planta propia del clima de las tierras bajas tropicales. Las zonas de cultivo están casi exclusivamente entre los 30 grados de latitud sur y los 30 grados de latitud norte, con los puntos principales entre las isotermas de 20°C al norte y al sur. Además de una radiación solar intensiva, se requieren al menos precipitaciones anuales de 1650 mm, o riego adicional. Se prefieren suelos pesados, ricos en nutrientes, con una alta capacidad de retención de agua; son favorables valores de pH entre débilmente ácidos y neutros. En correspondencia con la gran producción de masa, las exigencias en cuanto a nutrientes son muy altas. Los ataques de enfermedades y plagas pueden reducirse considerablemente a través de selecciones de plantas resistentes y de medidas de saneamiento. El control biológico de plagas desempeña un papel cada vez más importante. La caña de azúcar es autocompatible, y se maneja especialmente como monocultivo. Los tallos se cosechan por regla general después de 14 a 18 meses, y los renuevos (ratoon) después de 12 a 14 meses. Los rendimientos de las cosechas se sitúan entre 60 y 120 t/ha; el contenido de azúcar es por término medio del 12,5 %. La cantidad cosechada y el contenido de azúcar van disminuyendo con la edad de las plantaciones, por lo que usualmente no se sobrepasa una duración útil total de 4 a 5 cortes.

Las fábricas azucareras constituyen centros industriales con cultivo de materias primas organizado o realizado por ellas mismas, con sistemas de abastecimiento de energía y agua propios así como complejos de talleres grandes y diferenciados. El equipamiento de máquinas y aparatos está preparado para el procesamiento de una única materia prima natural. En tanto se dedique a la elaboración directa del producto cosechado, la duración de las operaciones estacionales de procesamiento equivale a la duración del uso de las instalaciones de la fábrica azucarera. En el caso de instalaciones de nueva planta, la capacidad de elaboración diaria (24 h) se sitúa entre 5.000 y 10.000 t, debiendo decirse que fábricas azucareras con un rendimiento superior a 10.000 t/día sólo pueden trabajar en forma efectiva si disponen de la infraestructura correspondiente. La empresa de producción debería tener en lo posible una ubicación central en la zona de cultivo de la materia prima, a las orillas de un curso de agua y enlazada con las redes públicas de ferrocarriles y carreteras. Los subproductos que se originan durante la fabricación del azúcar, a saber melaza, lonjas exprimidas de remolacha y bagazo de caña, se aprovechan y/o se transforman en la propia empresa, o bien se utilizan como materia prima en otras empresas industriales.

Cosecha, almacenamiento y purificación de la materia prima

Las remolachas azucareras se cosechan casi exclusivamente en forma mecanizada, mientras que por el contrario la recolección de la caña de azúcar sigue teniendo lugar predominantemente en forma manual (siega de los tallos). El transporte a la fábrica se realiza por ferrocarril o por carretera. El suministro de caña de azúcar por vías de transporte acuático constituye una excepción. Las remolachas azucareras pueden almacenarse durante 1 a 3 días, dependiendo de la temperatura y del método de almacenamiento. Por el contrario, la caña de azúcar no soporta almacenamiento. Debería procesarse directamente después de la siega, pero a más tardar 12 horas después; son posibles pérdidas de azúcar de hasta el 2 % cada 24 h. Las remolachas azucareras se lavan siempre antes del proceso de elaboración, mientras que la caña de azúcar sólo suele someterse a esta operación si se cosecha en forma mecanizada.

Trituración y purificación del extracto

Las remolachas azucareras se cortan en trozos con máquinas cortadoras, y a continuación se les extrae el azúcar por tratamiento con agua caliente a 60 - 70°C que circula en sentido contrario. Seguidamente se extrae el agua mecánicamente, y antes del secado se suelen mezclar con hasta un 30 % de melaza, y por regla general se peletizan y se utilizan como alimento para el ganado. Debido a su contenido residual de azúcar (un 0,8 % aproximadamente), los trozos o lonjas a los que se les ha extraído el agua mecánicamente resultan apropiados para el ensilado (conservación por fermentación) y para su uso como alimentos para el ganado en unidades agropecuarias.

La caña de azúcar se tritura con rodillos estriados o de cuchillas, "crusher" y/o "shredder", y se maceran en cuatro a siete grupos de rodillos consecutivos, o bien se someten a la extracción de azúcar en un difusor, como las remolachas azucareras. Del residuo fibroso pobre en sacarosa (bagazo) se origina una cantidad de 25 a 30 kg/100 kg de caña. El contenido de fibra es de aproximadamente un 50 % del bagazo.

Purificación del extracto

Después de la fase de obtención del jugo, el proceso de elaboración es muy similar para la remolacha y la caña de azúcar. La purificación del jugo se realiza por procedimientos mecánicos y químicos. Primero se separan mecánicamente las partículas de fibras y células vegetales. La purificación química del jugo tiene lugar por precipitación de una parte de las sustancias no glucósidas disueltas y dispersas, con separación subsiguiente del precipitado. En la industria del azúcar de remolacha ha demostrado su eficacia la carbonatación cálcica en varias fases, un procedimiento de purificación del jugo en el que se añade al mismo tiempo simultáneamente cal y dióxido de carbono. Floculantes sintéticos, especialmente polielectrolitos, mejoran la aglomeración de las partículas y acortan el tiempo de sedimentación en el decantador, pasando de los 40 y 60 minutos normales a entre 15 y 20 minutos. En la industria del azúcar de caña, se aplica usualmente el tratamiento simple con caliza (defecación), ya menos un tratamiento con cal y dióxido sulfuroso (sulfodefecación) y raramente el tratamiento con cal y dióxido de carbono como método de purificación del extracto. El decantado se somete a un filtrado posterior fino y pasa directamente a la estación de evaporación. El sedimento o concentrado (aproximadamente de 20 a 30 kg/100 kg de materia prima) se separa, predominantemente en filtros de aspiración de tambor, en las componentes filtrado y lodo/torta de filtro (aproximadamente de 3 a 6 kg/100 kg de materia prima). El filtrado se reintegra al proceso, mientras el lodo de filtro se evacua.

Evaporación y cristalización

El jugo purificado (aproximadamente de un 12 a un 15 % de materia seca/contenido de materia seca) se vaporiza en forma continua en una estación de evaporación de varias etapas hasta conseguir un contenido de materia seca del 60 al 70 %; en este proceso, el jugo atraviesa las distintas etapas y en cada etapa subsiguiente es calentado con los vahos de la etapa anterior (estos vahos son aire saturado de vapor de agua, que escapa durante la evaporación del jugo purificado). En la estación de cocción, el juego espesado (concentrado) se somete a una nueva extracción de agua en aparatos de cocción, sometido a un vacío de aproximadamente el 80 %. Gracias a la escasa presión que impera en los aparatos, puede hervirse a una temperatura reducida, con lo que se impide una coloración por caramelización. Una vez alcanzada una determinada relación entre el azúcar y el agua (grado de sobresaturación), se forman cristales. Al seguir añadiendo jugo concentrado y al progresar la evaporación del agua, se fomenta y regula la formación de cristales hasta que estos alcanzan el tamaño y la cantidad deseados. Entonces termina el proceso de cocción. La masa que se forma al final de la cocción es la masa de relleno, que se pasa desde los aparatos de cocción a estrujadoras. Con un enfriamiento constante de la masa se modifica la sobresaturación, con lo cual los cristales de azúcar siguen creciendo. Desde las estrujadoras la masa de relleno fluye a las centrifugadoras. En ellas se separa el producto cristalizado del jarabe quedando el azúcar crudo o sin refinar, de color amarillo-marrón. El jarabe separado por centrifugación se vuelve a hervir hasta conseguir de nuevo masa de relleno; el producto cristalizado así obtenido se centrifuga. El jarabe que sale es la melaza. Si al centrifugar la masa de relleno el producto cristalizado se limpia en la centrifugadora con una ducha de agua y/o vapor, eliminando de él el jarabe residual (afinación), se obtiene así el azúcar blanca de la remolacha o de la caña, en un proceso de trabajo inmediato. Durante la refinación (inversión de la cristalización), una tecnología muy exigente en cuanto a instalaciones, se disuelven el azúcar crudo y el azúcar blanca de calidad inferior, y se decoloran y filtran por adición de carbón activado o de carbón de hueso, o bien mediante intercambiadores iónicos. De la subsiguiente cristalización se obtiene azúcar refinado, que satisface las máximas exigencias de la industria elaboradora del azúcar. Dependiendo de la calidad tecnológica de la materia prima y del producto final obtenido, la proporción de melaza se sitúa entre un 3 y un 6 % de la materia prima utilizada inicialmente. El contenido de azúcar en la melaza final es de alrededor de un 50 %.

Almacenamiento

El azúcar obtenido se enfría y seca antes de su almacenamiento o envasado. Puede almacenarse a granel, empacado (bolsas de 1 kg) o ensacado (en sacos de 50 ó 100 kg). Decisiva para un almacenamiento correcto es una humedad relativa del aire de aproximadamente el 60 % en la bodegas. Aquí se sitúa aproximadamente el punto en el que se establece un estado de equilibrio entre la absorción y la salida de humedad de los cristales de azúcar.

Impactos ambientales y medidas de protección

Los efectos sobre el medio ambiente típicos de este ámbito que se originan durante la fabricación del azúcar se deben a:

aguas residuales del lavado de las remolachas y de la caña, de la central de calderas (agua para desenlodamiento de las calderas) y de la purificación del extracto en las estaciones de evaporación y cocción (condensado sobrante y agua de limpieza), de la refinación (agua de regeneración de los intercambiadores iónicos), de la producción de alcohol, levadura, papel o tablero aglomerado (si la melaza y el bagazo se transforman en la propia empresa), de la limpieza de los patios y de las precipitaciones;
emisiones al aire procedentes del sistema de calderas (gases de humo de los procesos de combustión de materiales sólidos, líquidos y gaseosos) sustancias volátiles (hollín y ceniza), de la preparación de la materia prima, de la extracción, de la purificación del jugo y de su espesamiento (amoníaco) así como de reacciones bioquímicas de los componentes orgánicos de las aguas residuales en los estanques estratificados (amoniaco y ácido sulfúrico);
residuos sólidos procedentes de la preparación de la materia prima (tierra, restos de plantas), de los generadores de vapor (ceniza) y de la purificación del extracto (lodo de filtros).
Cultivo, cosecha, almacenamiento y purificación de la materia prima

Las exigencias propias del uso significan una fuerte solicitación de los suelos, especialmente por monocultivos con una sola especie vegetal (caña de azúcar) a lo largo de muchos años. Entre las cargas más importantes cuentan:

el aporte de fertilizantes y plaguicidas,
efectos negativos sobre el ciclo de sustancias debido a compactación y salinización del suelo, drenaje, estragos entre los microorganismos.

Medidas preventivas en el área agrícola:

excluir del cultivo tierras limítrofes,
examen de las propiedades químicas y físicas de los suelos, de la capacidad de retención de agua, de las características de drenaje y la aptitud para el tratamiento (importante en caso de cultivo de regadío),
adaptar la fertilización a la demanda de las plantas, en cuanto a cronología y cantidad,
comprobar la adecuación de los productos fitosanitarios al control de plagas y enfermedades previsto, y ajustar con precisión la concentración y las cantidades de dosificación;
construcción de pozos de observación para controlar continuamente las aguas subterráneas y sus modificaciones.

El impacto ambiental que se origina durante la cosecha y el transporte de la materia prima consiste esencialmente en la contaminación del aire por la quema de los campos de caña de azúcar (cenizas volátiles) y el ensuciamiento de los caminos de acceso. Para la determinación polarimétrica del azúcar, de los extractos de remolacha y de caña no deberían utilizarse productos clarificadores con plomo (solución acuosa de subacetato de plomo), sino únicamente los reactivos ecológicos cloruro de aluminio o sulfato de aluminio.

Durante el almacenamiento de remolachas se originan raramente molestias por malos olores; por el contrario, tales malos olores son frecuentes en el caso de la caña de azúcar, ante todo si se almacena durante más de un día. Las remolachas azucareras son suministradas normalmente con un 10 a un 20 % de suciedad húmeda adherida. En épocas secas, la cantidad de suciedad puede descender por debajo del 5 %, mientras que en temporadas con lluvias fuertes y persistentes puede aumentar por encima del 60 %. Correspondientemente, la cantidad de sustancias precipitables durante el proceso de flotación y lavado puede oscilar entre 7 y 80 kg por cada m³ de agua, si se cuenta con una relación del 750 % entre el agua y las remolachas. En caso de que el agua se utilice una sola vez, su contaminación se sitúa aproximadamente entre 200 y 300 mg de DBO5/l. Este valor puede aumentar por encima de 1000 mg/l si pasan al agua de flotación cantidades importantes de azúcar y de otras sustancias componentes de las remolachas. Las aguas de lavado y flotación se hacen pasar hoy en día por circuitos cerrados, se depuran continuamente en piletas con evacuación mecánica de lodos y se hacen atravesar tamices de malla fina en los que se retienen las partículas vegetales. Con la recuperación casi total del agua de flotación y lavado, la cantidad de aguas residuales se reduce a aproximadamente un 30 a un 50 % con relación a las remolachas. Sólo con esta reducción cuantitativa se hace posible en la práctica un tratamiento de las aguas residuales. El concentrado de lodo terroso que se origina se conduce a superficies de aterramiento, en lo posible pobres en agua (hondonadas, tierras bajas humedecidas), que luego pueden aprovecharse agrícolamente. A fin de evitar las molestias por malos olores causados por la actividad microbiana en el agua de flotación, el pH del agua se ajusta a un valor de aproximadamente 11 mediante cal de desecho de los hornos de cal.

La quema de la caña de azúcar antes de la cosecha está aún muy difundida. La ventaja consiste en que el trabajo se hace más fácil en caso de la recolección manual, ya que con la quema se eliminan todas las partes secas de la planta, reduciéndose así considerablemente la masa a cosechar. El rendimiento de siega y con él las ganancias obtenidas por cada trabajador se sitúan a un nivel más alto, ya que el salario a destajo no se calcula según peso de cosecha, sino según unidad de longitud/filas. Los inconvenientes son: reducción de la calidad de la caña debido a deterioros del tejido celular y con ello mayor riesgo de infecciones en los puntos lesionados; destrucción de materia orgánica; empeoramiento de la estructura del suelo por un mayor resecamiento; aumento de la erosión del suelo, especialmente en tierras con colinas; contaminación del aire por emisiones de humo y de ceniza volátil. Por razones biológicas y sicológicas debería renunciarse en consecuencia a la quema de los campos de caña de azúcar.

El grado de contaminación del producto cosechado depende directamente de la técnica de recolección, de las condiciones del suelo y del clima durante la cosecha. La caña cortada a mano puede contener entre un 7 y un 20 % de fracciones extrañas, mientras que en caso de recolección mecanizada, la proporción en peso se sitúa entre un 3 y un 5 %.

Si se practica el lavado de la caña, hay que contar con 3 a 10 m³ de agua de lavado por cada tonelada de caña (agua fresca, agua condensada excedente, agua de caída y agua de lavado recuperada).

Si el agua condensada excedente enfriada y el agua de caída no se reintegran al circuito, pueden utilizarse por completo en el lavado, en lugar de agua fresca.

De este modo se reducen tanto el consumo de agua de la fábrica como también la contaminación de las aguas residuales. Según el sistema de lavado, el valor DBO5 se sitúa entre 200 y 900 mg/l. Por separación neumática en seco pueden eliminarse casi totalmente los materiales extraños, pudiendo renunciarse así a un lavado de la caña. El tratamiento del concentrado lodoso y la prevención de molestias por malos olores se desarrollan en forma análoga al caso de la industria del azúcar de remolacha.

Trituración de la materia prima y obtención del extracto

La contaminación acústica es originada especialmente por grupos trituradores de marcha rápida para remolachas azucareras así como en toda el área de la extracción en molinos (caña de azúcar). Se requieren protectores auriculares individuales. La formación de polvo es particularmente intensa en las áreas de recepción y transporte de la caña de azúcar, que da acceso al tren de molinos. De la automatización de estos procesos no se derivan perjuicios inmediatos para las personas.

Los productos intermedios de la industria azucarera constituyen un substrato nutritivo ideal para un gran número de microorganismos. Además, éstos encuentran aquí un medio muy conveniente para su desarrollo, desde la fase de preparación de la materia prima hasta la obtención de los cristales. El peligro de contaminación microbiana es particularmente alto durante la obtención del extracto. Ni siquiera las más estrictas medidas internas de higiene ni una realización óptima de los procesos permiten renunciar al uso adicional de desinfectantes. La aplicación de una desinfección repetida por vapor a alta presión en los puntos más amenazados del tren de molinos (eslabones de las cadenas y elementos de unión) alcanza sólo un 60 % de la efectividad de los biocidas. El tratamiento químico puede aplicarse también durante el funcionamiento del molino, mientras que el tratamiento con vapor sólo puede realizarse en forma eficiente cuando los mecanismos están parados. Desinfecciones de gran magnitud pueden provocar pérdidas considerables de azúcar, por lo que no son económicamente admisibles. El producto más utilizado para la desinfección de plantas de extracción sigue siendo la formalina (una solución acuosa de formaldehído al 35 % aproximadamente). La aplicación se efectúa intermitentemente, con una concentración de aproximadamente el 0,02 al 0,04 %, referida a la cantidad de materia prima procesada. En las etapas subsiguientes del proceso disminuye continuamente la concentración de formaldehído en los jugos. En el jugo diluido, los valores están por debajo de 1 mg/kg; en el jarabe sólo pueden detectarse trazas. Para el azúcar blanca se dan valores de alrededor de 0,10 mg/kg. En todo caso está claro que con una aplicación de tal tipo el formaldehído se elimina del azúcar hasta el punto de que los restos técnicamente inevitables son inactivos e inofensivos. También se encuentran trazas de formaldehído en los condensados que se originan durante la evaporación, que se devuelven al circuito del agua de la fábrica. Si bien la formalina es un producto discutido por los efectos cancerígenos que se le atribuyen, sigue siendo utilizada predominantemente como medio de desinfección en la extracción. En el curso de los últimos años se han probado medios alternativos como p. ej. diocarbamatos, compuestos cuaternarios de amonio, derivados del cresol, peróxido de hidrógeno y otros. Su eficiencia desinfectante al utilizarlos en plantas de extracción es comparable a la de la formalina. Los diocarbamatos, el cresol y el peróxido de hidrógeno son eliminados también por el agua de extracción durante el proceso, análogamente a lo que ocurre con la formalina. Sin embargo, en las lonjas prensadas aún pueden detectarse trazas. Por el contrario, los compuestos cuaternarios de amonio se absorben irreversiblemente, o bien se segregan durante la purificación del extracto junto con las demás materias orgánicas.

Purificación del extracto

El lodo de filtros que se origina en las fábricas de azúcar tiene un contenido de materia seca del 50 al 60 %, del que, según los métodos de purificación del jugo empleados, corresponden hasta las 3/4 partes al carbonato cálcico; el resto está formado en su mayor parte por materias orgánicas. En las fábricas de azúcar de remolacha se prensa hasta alcanzar generalmente un contenido de materia seca de al menos el 70 %. Debido a su contenido en fosfatos y nitrógeno, se utiliza predominantemente como fertilizante y también en lugar de la cal para la desacidificación de los suelos. En las fábricas de azúcar de caña, el lodo es recogido por los agricultores, o bien se esparce directamente en los campos de cultivo propios de la fábrica. El elevado contenido proteico del lodo de filtros seco de la caña (del 14 al 18 %) hace posible su aplicación como alimento complementario para el ganado bovino. La separación de sólidos tiene lugar casi exclusivamente a través de filtros giratorios de funcionamiento continuo, con una post-filtración mediante filtros con masa sobre tamices. La cantidad de agua de lavado utilizada es tan escasa que puede eliminarse junto con el filtrado.

La materia auxiliar más utilizada en la purificación del extracto es la cal (CaO). Dependiendo del proceso de purificación, el consumo puede situarse en aproximadamente 0,75 kg CaO (defecación) hasta 20 kg por cada tonelada de materia prima (doble carbonatación). La cal y el dióxido de carbono se obtienen de piedra caliza en los hornos de cuba de las fábricas de azúcar de remolacha, donde la combustión se realiza con coque. Las fábricas de azúcar de caña necesitan considerablemente menos cal viva, por lo que su producción propia no resulta rentable. El gas rico CO2 que se origina durante la fabricación de la cal está formado por aproximadamente un 35 a un 40 % de CO2, siendo el resto NO2. En caso de que no se introduzca el oxígeno suficiente, puede formarse monóxido de carbono (CO). Dado que la temperatura de combustión se sitúa por debajo de 1.200°C, no se forman óxido de nitrógeno (COx). El agua de lavado derivada de la purificación del gas (8 a 10 kg/kg de piedra caliza) no está contaminada orgánicamente. La trituración de la cal viva está vinculada a una gran formación de polvo; se requieren grupos separadores de polvo. Al trabajar en las proximidades inmediatas de los hornos de cal, y especialmente durante las operaciones de limpieza, es necesario llevar además máscaras protectoras respiratorias.

Evaporación, cristalización y desecación del azúcar

Para condensar los vahos procedentes de la última etapa del evaporador y de los cristalizadores de evaporación se requieren aproximadamente de 4 a 6 m³ de agua de refrigeración/t de materia prima, según la forma de la condensación (individual o central). La mezcla de condensado (agua de caída) que sale de los condensadores (condensación de vahos) a una temperatura de 40 a 50 °C, tiene que enfriarse (formación de nieblas) a como máximo 20°C en torres de refrigeración, torres de graduación o estanques con aspersión integrados en el circuito del agua refrigerante, para así hacer posible una reutilización. El grado de contaminación del condensado que se origina viene determinado por las características técnicas imperantes en las estaciones de evaporación y cocción así como en la planta de condensación. Instalando separadores de jugo de dimensiones suficientes pueden mantenerse a un nivel muy bajo la contaminación orgánica y las pérdidas de azúcar en la mezcla condensada. En las fábricas de azúcar de caña se sitúan entre 30 y 150 mg/l DBO5. En la industria del azúcar de remolacha se alcanzan actualmente valores entre 5 y 15 mg/l. La eliminación de incrustaciones de los tubos de los evaporadores y de otras superficies de calefacción se realiza por hervor una solución de soda al 5 % aproximadamente, y luego con una solución de ácido clorhídrico del 2 a 5 %. Los ácidos y las lejías para la limpieza pueden neutralizarse y recogerse en el circuito del agua.

El polvo de azúcar procedente de los secadores de azúcar o de plantas de eliminación de polvo defectuosas pueden provocar una considerable contaminación del aire. No sólo es nocivo, sino que con una granulometría < 0,03 mm puede ser altamente explosivo si la concentración de la mezcla de polvo y aire se sitúa por encima del límite de explosión (aproximadamente de 20 a 300 g/m³). Se considera que la formación de polvo es reducida en caso de un valor de 2 g/kg de azúcar. La separación de polvo tiene lugar en electrofiltros secos o en eliminadores de polvo mediante líquido (lavadores). Si no hay instalados separadores de polvo (en fábricas antiguas de azúcar blanca de caña), tendrán que utilizarse máscaras protectoras respiratorias. A fin de restringir el peligro de explosiones, deberá limitarse la concentración a través de una ventilación suficiente, y se tomarán medidas dirigidas a evitar una ignición de la atmósfera explosiva (prohibición de fumar, no realizar trabajos de reparación que produzcan calor por fricción o chispas, instalación de sistemas eléctricos protegidos contra explosión).

Fabricación de subproductos

Lonjas o trozos secos

Extracción del azúcar de la melaza

Uso biotécnico de la melaza

Abastecimiento energético

Para la transformación de una tonelada de remolachas en azúcar blanca se requieren aproximadamente de 300 a 400 kg de vapor y de 35 a 40 kWh de energía eléctrica. Cada fábrica tiene que equiparse con plantas generadoras de vapor y de energía eléctrica (acoplamiento calor/energía). Como fuentes primarias de energía se utilizan derivados del petróleo (fuel), gas y carbón. La purificación de los gases de escape es forzosa si se sobrepasan los valores límite de las emisiones.

La demanda de vapor y energía eléctrica para el procesamiento de caña de azúcar (impulsión de los molinos de rodillos por turbinas de vapor) se sitúa en aproximadamente 550 kg de vapor/t de caña (producción de azúcar de caña bruto) o en 625 kg de vapor/t de caña (producción de azúcar blanca) y 35 a 40 kWh de energía eléctrica/t de caña. El poder calorífico medio del bagazo (aprox. 50 % de humedad) es de unos 8.400 kJ/kg (poder calorífico medio del petróleo, aproximadamente 42.000 kJ/kg). El bagazo producido basta para cubrir la demanda de energía de la fábrica. Una combustión incompleta del bagazo (contenido de agua superior al 50 %) incrementa las emisiones de cenizas volátiles y de partículas de carbono.

Para la puesta en marcha de las fábricas (al comienzo de la campaña) tienen que utilizarse otros portadores de energía. Si además se opera una refinería, puede ser también necesario utilizar otros combustibles además del bagazo. También se requiere una combustión de apoyo en el caso de paralizaciones prolongadas de las instalaciones. Un cambio total a otros portadores de energía se hace imprescindible si el bagazo se utiliza como materia prima para la fabricación de papel o de tableros aglomerados.

Gestión del agua

En la fabricación del azúcar no hay ninguna fase durante la que no se requiera agua en mayor o en menor cantidad. La demanda técnica de agua del proceso de obtención de azúcar en una fábrica de azúcar de remolacha alcanza los 20 m³ por tonelada de remolacha. Con la introducción de circuitos de agua puede reducirse hasta 0,5 m³/t la proporción de agua industrial utilizada en los procesos. Es conveniente mantener separados los circuitos del agua muy contaminada (agua de transporte, limpieza, regeneración y caída) y poco contaminada (agua de refrigeración de turbinas y bombas, agua de bloqueo y de lavado de gas, sobrante de condensado), ya que el agua poco contaminada (en Alemania, menos de 60 mgl DQO o 30 mg/l DBO5) puede verterse a los cursos de agua. En una fábrica bien gestionada, la cantidad de aguas residuales altamente contaminadas puede reducirse a 0,2 m³/t de remolacha; no debería superar los 0,5 m³/t, pues entonces deja de ser rentable la depuración de las aguas residuales. La contaminación va aumentado en el curso de la campaña, llegando a alcanzar valores de DQO de 6.500 mg/l o valores de DBO5 de 4.000 mg/l y más. Durante el procesamiento de la caña de azúcar se originan grandes cantidades de agua de lavado de la caña (hasta 10 m³/t) y de mezcla de condensado (agua de caída) en la condensación de vahos y en la refinación del azúcar de caña. Esta agua tiene que devolverse al circuito (gran demanda de terreno para estanques con aspersión, grandes inversiones en el caso de torres de refrigeración). Gran contaminación presentan el agua de lavado de la caña (260 a 700 mg/l DBO5), el residuo de filtrado (2.500 a 10.000 mg/l DBO5), el agua de limpieza del carbón decolorante y de las resinas de los intercambiadores iónicos en las refinerías (750 a 1.200 mg/l DBO5). Entre las aguas de limpieza se cuentan también las aguas residuales necesarias para limpiar los locales y las instalaciones de fabricación durante y después de la campaña, así como para la limpieza de los vehículos de transporte del azúcar. A esto se añaden, en caso de anomalías, aguas y jugos derramados (el jugo diluido tiene p. ej. un DBO5 de aprox. 80.000 mg/l), de modo que pueden presentarse valores de hasta 18.000 mg DBO5/l. Los descuidos son la causa principal de contaminaciones de aguas residuales superiores a las normales. En caso de una gestión cuidadosa de los procesos puede evitarse que estas aguas residuales sobrepasen valores de 5.000 mg DBO5/l. Contaminaciones orgánicas y pérdidas de azúcar reducidas en la mezcla de condensado (30 a 150 mg/l) sólo pueden conseguirse utilizando separadores en las conducciones de vahos.

El ordenamiento de la gestión del agua en una fábrica de azúcar debe tener como objetivo que la cantidad de agua contaminada que tenga que verterse o tratarse sea la mínima posible. De las medidas a tomar a nivel interno de la empresa, la recuperación del agua ocupa el primer lugar. Después de cerrar los circuitos, la gestión del agua debe disponerse de modo que las aguas poco o apenas contaminadas y que no necesiten mayores tratamientos puedan verterse a los canales de desagüe.

Los procedimientos de depuración de aguas residuales que pueden aplicarse en las fábricas de azúcar dependen en gran medida de las particularidades locales. La depuración de las aguas residuales y las características de los circuitos a nivel interno de la empresa tienen una influencia determinante sobre el tamaño de las instalaciones y el grado de degradación alcanzable.

La depuración de las aguas residuales comienza con la eliminación mecánica de partículas en suspensión, antes de someterse a un tratamiento aerobio. El método de limpieza más sencillo y con mucho más deseable para el tratamiento de aguas residuales concentradas y contaminadas orgánicamente, procedentes de fábricas de azúcar, es su recogida en un sistema de estanques escalonados que trabaje según el principio del rebose. Se deja que las aguas residuales pasen por un proceso de autolimpieza. El tiempo necesario para una degradación suficiente de las aguas residuales escalonadas está determinado por los siguientes factores:

altura del nivel del agua en el estanque escalonado
superficie de las distintas lagunas
fondo del estanque/estanqueización suficiente respecto al subsuelo
condiciones climáticas
entradas de aguas externas.

La autolimpieza en el estanque escalonado en lagunas se produce tanto más rápidamente cuanto más bajo es el nivel del agua y cuanto más cálido es el clima durante los procesos de degradación. La altura de los escalones no debería superar 1,20 m en climas templados, pudiendo aceptarse 1,50 m en zonas subtropicales/tropicales (las de cultivo de la caña de azúcar). En caso de intensa evaporación, se produce una concentración de las sustancias componentes de las aguas residuales; por el contrario, en caso de entradas de aguas externas y de precipitaciones intensas se produce una dilución del agua residual estancada. Con una altura de las lagunas de 1 m y un tiempo de degradación de 6 a 8 meses pueden alcanzarse valores de 100 mg DBO5/l, lo que equivale a un agua parcialmente depurada por procedimiento biológico. En las zonas de cultivo de la caña de azúcar, aplicando una buena práctica de estanques escalonados puede conseguirse en el plazo de 5 a 6 meses una depuración biológica total, con un DBO5 inferior a 30 mg/l. Este procedimiento de larga duración que es la degradación con ayuda de estanques escalonados en lagunas podría resolver el problema de las aguas residuales de la industria del azúcar de remolacha si se dispusiera de los suficientes terrenos para estanques. Por regla general, la industria elaboradora del azúcar de caña dispone de tierras suficientes, por lo que se utiliza casi exclusivamente el método de los estanques escalonados en lagunas.

Durante la degradación de las sustancias orgánicas se desarrollan procesos aerobios y anaerobios. En las etapas anaerobias tienen lugar fermentaciones y pudriciones, por lo que no pueden excluirse molestias por malos olores, debidos predominantemente a la formación de ácido sulfhídrico y butírico. Eligiendo lugares apropiados y con una ventilación adicional suficiente pueden compensarse sin embargo tales inconvenientes. Con el método del lodo activado, el oxígeno del aire se introduce en el agua a través de un sistema de aireación.

Las plantas de funcionamiento continuo y de pequeño volumen trabajan con densidades de microorganismos considerablemente superiores y con un abastecimiento de oxígeno más elevado; el rendimiento de degradación alcanza aquí un 90 % aproximadamente. La contaminación ambiental es considerablemente superior, situándose entre 2 y 7 kg de DQO/(m³/día). La energía necesaria para la aportación de aire se sitúa en 3,5 kWh/(m³/día) aproximadamente.

Las instalaciones destinadas a la depuración anaerobia de aguas residuales consisten en grandes tanques (aprox. 3.000 a 7.000 m³) en los que bacterias anaerobias degradan la contaminación orgánica, produciendo biogás (75 a 85 % de metano aproximadamente). El rendimiento es particularmente bueno en el caso de aguas residuales muy contaminadas. Las sustancias componentes orgánicas se degradan en aproximadamente un 80 a un 85 %, y la restante degradación tiene lugar por vía aerobia en el sistema de ventilación. Las ventajas de este procedimiento son que el gas metano puede utilizarse directamente como fuente de energía para la calefacción de los tanques, que pueden dominarse los problemas de malos olores y que además se requiere mucho menos espacio que en el caso de los estanques.

En comparación con las grandes cantidades de lodo que se originan en el circuito del agua de flotación y de lavado y eventualmente también como lodo cálcico de la purificación del jugo, las cantidades que se originan del tratamiento de las aguas residuales son muy escasas. Este lodo puede aprovecharse en forma similar al lodo de filtrado. El "tratamiento extensivo de aguas residuales" tiene lugar generalmente en forma de aspersión, y sólo raramente por irrigación. La condición es disponer de tierras llanas, no drenadas, con suelos profundos sin tendencia al enlodamiento, así como un nivel bajo de las aguas freáticas (a profundidad superior a los 1,30 m). Al atravesar el suelo se desarrollan los siguientes procesos:

filtración mecánica en la superficie
absorción de las sustancias disueltas por las bacterias del suelo
oxidación biológica del material filtrado y adsorbido por las bacterias del suelo durante las pausas entre los distintos vertidos de aguas residuales.

La irrigación tiene lugar generalmente en pequeñas parcelas rodeadas de diques de tierra (lo llamados filtros de estancamiento). La mecanización se ve muy obstaculizada por el tamaño de las parcelas y por los diques de tierra. Sólo resultan apropiados cultivos de crecimiento erguido y no sensible al encharcamiento, como pueden ser cultivos arbóreos y praderas.

La aspersión es el método de depuración biológica más complejo y costoso. Es necesario eliminar las sustancias precipitables a fin de minimizar las perturbaciones en los sistemas de aspersión. La carga debería producirse en forma intermitente, manteniéndose reducida la cantidad aplicada por unidad de superficie. Si se practica una pre-depuración de las aguas residuales en estanques escalonados en lagunas, pueden regarse también superficies drenadas, siempre y cuando el nivel de las aguas freáticas sea correspondientemente bajo. Además de la depuración propiamente dicha de las aguas residuales en el suelo, el uso de las aguas residuales para el riego tiene también un efecto fertilizante.



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