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Aguas residuales de café

Las aguas residuales del café , también conocidas como efluentes del café , son un subproducto del procesamiento del café . Su tratamiento y eliminación es una consideración ambiental importante para el procesamiento del café, ya que las aguas residuales son una forma de contaminación industrial del agua . [1]

El fruto sin cosechar del cafeto, conocido como cereza del café, se somete a un largo proceso para dejarlo listo para el consumo . Este proceso a menudo implica el uso de grandes cantidades de agua y la producción de cantidades considerables de desechos sólidos y líquidos. El tipo de desperdicio es el resultado del tipo de proceso por el que pasan las cerezas de café. La conversión de la cereza en oro [nota 1] o grano verde (el grano de café seco que está listo para ser exportado) se logra mediante un proceso seco, semilavado o completamente lavado.

Procesando

Seco

Las cerezas de café se secan inmediatamente después de su cosecha mediante secado al sol, secado al sol o secado artificial. En el secado al sol, las cerezas de café se colocan en un piso limpio y se dejan secar al aire libre. En el secado solar, las cerezas se colocan en un gabinete cerrado, que tiene orificios de ventilación para dejar salir la humedad. El secado artificial se usa principalmente durante la temporada de lluvias, cuando el bajo nivel de luz solar prolonga el tiempo necesario para el secado solar y las cerezas son propensas al crecimiento de moho. Después de secarse, las cerezas se descascaran. En este proceso, la capa exterior seca de la cereza, conocida como pericarpio , se elimina mecánicamente.

Semi-lavado

En el procesamiento semi-lavado, las cerezas se despulpan para eliminar el pericarpio. Después de esto, se elimina la capa viscosa de mucílago que cubre el frijol. Esto se hace mecánicamente introduciendo los granos en un dispositivo cilíndrico que los transporta hacia arriba. Si bien la fricción y la presión ejercida sobre los frijoles por este proceso es suficiente para eliminar la mayor parte del mucílago, una pequeña cantidad aún permanecerá en el centro del corte de los frijoles. Esta técnica se utiliza en Colombia y México con el fin de reducir el consumo de agua por el proceso de fermentación prolongado y el lavado extensivo.

Becolsub

Con el fin de reducir la contaminación generada por el proceso húmedo de los frutos del café, los científicos de Cenicafé desarrollaron una tecnología que evita usar agua cuando no se necesita y usa el agua adecuada cuando se necesita. La tecnología, llamada Becolsub (tomado de las iniciales de la española para el proceso de café húmedo ecológico con subproductos de manipulación: B eneficio Ecol ogicos Sub -productos [2] ), los controles de más de 90% de la contaminación generada por su predecesor. La calidad del café procesado de esta manera es la misma que la del café procesado por fermentación natural.

La tecnología Becolsub consiste en el despulpado sin agua, el desmucilaje mecánico y la mezcla de los subproductos (piel exterior de la fruta y mucílagos) en un transportador de tornillo sin fin. La tecnología también incluye un dispositivo hidromecánico para remover frutas flotantes e impurezas ligeras, así como objetos pesados ​​y duros, y una pantalla cilíndrica para remover las frutas cuya piel no fue separada en la despulpadora. Los científicos de Cenicafé descubrieron que una fruta de café con mucílago (las frutas inmaduras y secas no tienen mucílago) tiene suficiente agua en su interior para separar la piel y las semillas en máquinas despulpadoras convencionales sin agua, que el líquido solo se requería como medio de transporte y que el despulpado sin agua evita el 72% de la contaminación potencial.

La eliminación del mucílago se ha realizado mediante un proceso de fermentación, que tarda entre 14 y 18 horas, hasta que el mucílago se degrada y se puede eliminar fácilmente con agua. El lavado del mucílago fermentado requiere, en el mejor de los casos, 5,0 L / kg de DPC. Los científicos de Cenicafé desarrollaron una máquina para eliminar el mucílago que cubre las semillas de café. Esta máquina, llamada Deslim (las iniciales del demucilager español, la lavadora y limpiadora mecánica) elimina más del 98% del mucílago total (lo mismo que una fermentación bien conducida) ejerciendo estrés y generando colisiones entre granos, utilizando solo 0,7 L / kg de DPC. La mezcla resultante altamente concentrada de agua, mucílago e impurezas es viscosa y se agrega a la piel de la fruta separada en un transportador de tornillo sin fin. En el transportador de tornillo sin fin la retención es superior al 60%,lo que significa un control adicional del 20% de la contaminación potencial.

Los dos subproductos se utilizan ampliamente como sustrato de lombrices para producir fertilizantes naturales. Sin embargo, la alta concentración del mucílago obtenido del demucilagador brinda la oportunidad de industrializar el subproducto.

Totalmente lavado

Este proceso se utiliza principalmente en el procesamiento de Coffea arabica . [3] Después del despulpado, los granos se recolectan en tanques de fermentación donde la eliminación bacteriana del mucílago se lleva a cabo durante 12 a 36 horas. [4] La fase de fermentación es importante en el desarrollo del sabor del café, lo cual se debe en parte a los procesos microbiológicos que tienen lugar. La aparición de levaduras y mohos en el agua ácida puede provocar sabores desagradables como el café agrio y el sabor a cebolla . Sin embargo, se cree que el procesamiento húmedo produce un café de mayor calidad que los otros procesos, ya que pequeñas cantidades de sabores desagradablesdar al café su particular sabor y "cuerpo". [5]

Cuando se completa la fermentación, los granos se lavan a fondo para eliminar los residuos de fermentación y cualquier mucílago restante. Si no se quitan, estos provocan la decoloración del pergamino y hacen que los frijoles sean susceptibles a las levaduras. Después del lavado, los frijoles se secan. Cuando el proceso de secado no es lo suficientemente rápido, aparecen manchas terrosas y a humedad, como el sabor de Río . [6]

Uso de agua

La cantidad de agua utilizada en el procesamiento depende en gran medida del tipo de procesamiento. El procesamiento en húmedo y completamente lavado de las cerezas de café requiere la mayor cantidad de agua fresca, el procesamiento en seco es el que menos. Las fuentes indican una amplia gama de usos del agua. [ cita requerida ] El reciclaje de agua en el proceso de despulpado puede reducir drásticamente la cantidad necesaria. Con la reutilización y las técnicas de lavado mejoradas, se pueden alcanzar de 1 a 6 m³ de agua por tonelada de cereza de café fresca; sin reutilización es posible un consumo de hasta 20 m³ / tonelada.

Uso de agua en el procesamiento del café.
País Proceso Uso de agua m³ / tonelada de cereza Fuente
India Procesamiento húmedo semi-lavado 3 [7]
Kenia Totalmente lavado, reutilización de agua. 4-6 [8]
Colombia Procesamiento ambiental y completamente lavado (BECOLSUB) 1-6 [8]
Papúa Nueva Guinea Uso de agua completamente lavado y reciclado 4-8 [8]
Vietnam Semi húmedo y completamente lavado 4-15 [8]
Vietnam Tradicional, completamente lavado 20 [9]
India Tradicional, completamente lavado 14-17 [10]
Brasil Demucílago mecánico semi-lavado 4 [11]
México Demucílago mecánico semi-lavado 3.4 [12]
Nicaragua Tradicional, completamente lavado dieciséis [13]
Nicaragua Totalmente lavado, reutilización de agua. 11 [14]

General

Las cerezas de café se separan con agua en cubas de separación.

El agua utilizada en el procesamiento del café sale de la unidad de procesamiento del café con altos niveles de contaminación . El componente principal es la materia orgánica , proveniente del despulpado y eliminación de mucílagos . [15] La mayoría de la materia orgánica en las aguas residuales es altamente resistente y los valores de DQO , la cantidad de oxígeno necesaria para estabilizar la materia orgánica mediante el uso de un oxidante fuerte, constituyen el 80% de la carga contaminante, con valores de hasta 50 g / l. . [16] [17] La DBO , la cantidad de oxígeno necesaria para la descomposición biológica de la materia orgánica en condiciones aeróbicas a una temperatura y tiempo de incubación estandarizados,[18] procedente dematerial orgánico biodegradable puede alcanzar valores de 20 g / l.

Con un cribado (rugoso) y la eliminación de la pulpa, los valores de DQO y DBO se vuelven considerablemente más bajos. Se encontraron valores en el rango de 3 a 5 g / l para DQO y de 1,5 a 3 g / l para DBO 5 [nota 2] . [19] Valores registrados de 2,5 g / l para DQO y 1,5 g / l para DBO 5 . [20] [21]

Una gran parte de la materia orgánica, las pectinas , se precipita como sólidos mucilados y podría sacarse del agua. [22] Cuando estos sólidos no se eliminan y los valores de pH aumentan y se puede observar un aumento en la DQO.

Para optimizar el procesamiento anaeróbico de las aguas residuales, los valores de pH deben estar entre 6,5 y 7,5, en lugar de los valores generalmente presentes de pH = 4, que es muy ácido. Esto se obtiene agregando hidróxido de calcio (CaOH 2 ) al agua residual. Esto resultó en una solubilidad recuperada de las pectinas, elevando la DQO de una media de 3,7 g / la una media de 12,7 g / l.

El agua se caracteriza además por la presencia de compuestos flavonoides , provenientes de la piel de las cerezas. Los compuestos flavonoides dan como resultado una coloración oscura del agua a un pH = 7 o más, pero no aumentan los niveles de DBO o DQO de las aguas residuales, ni tienen impactos ambientales importantes. Sin embargo, niveles más bajos de transparencia pueden tener un impacto negativo en los procesos fotosintéticos y en el crecimiento y las transformaciones de nutrientes de (especialmente) las plantas acuáticas enraizadas. Muchos esfuerzos en las industrias de procesamiento de la aceituna y el vino , con fondos relativamente grandes para la investigación, han estado tratando de encontrar una solución a este problema. Calvert menciona la investigación realizada sobre la eliminación de polifenolesy compuestos flavonoides por especies de hongos digestivos de la madera ( Basidiomycetes ) en solución sumergida con aireación mediante aire comprimido. [23] Estos procesos complejos parecían ser capaces de eliminar los compuestos de color, pero técnicas simplificadas y más baratas que utilizaban otros tipos de hongos (es decir , Geotrichum , Penicillium , Aspergillus ) solo prosperaron en aguas residuales muy diluidas.

Las aguas residuales del café no son un flujo constante de agua con cargas uniformes de contaminación. El procesamiento de las cerezas de café es un proceso por lotes y con respecto a los flujos de agua, se pueden determinar dos procesos: despulpado y fermentación / lavado.

Despulpado

Un separador mecánico despulpa las cerezas de café con la ayuda de agua

El agua utilizada para despulpar las cerezas se denomina agua de despulpado. Representa poco más de la mitad del agua utilizada en el proceso. Según Von Enden y Calvert, "el agua de despulpado consiste en azúcares de fermentación rápida tanto de la pulpa como de los componentes del mucílago. La pulpa y el mucílago están compuestos en gran medida por proteínas, azúcares y el mucílago en particular por pectinas, es decir, carbohidratos polisacáridos. [15] Estos los azúcares se fermentan utilizando las enzimas de las bacterias de las cerezas. Otros componentes del agua de despulpado son ácidos y sustancias químicas tóxicas como polifenoles (taninos) o alcaloides (cafeína).

El agua de despulpado se puede reutilizar durante el despulpado de la cosecha de un día. Esto da como resultado un aumento de la materia orgánica y una disminución del pH. La investigación en Nicaragua mostró que los promedios de DQO aumentaron de 5.400 mg / l a 8.400 mg / l con la mayor parte de la pulpa eliminada. [14]La caída del pH se puede atribuir al inicio de la fermentación del agua de despulpado. Esta caída continúa hasta que finaliza la fermentación y se alcanzan niveles de pH en torno a 4. Durante esta investigación se determinó el contenido de nutrientes del agua de despulpado a la carga máxima de DQO, que se consideró que reflejaba la contaminación máxima. La concentración de nitrógeno total (TN) en las muestras osciló entre 50 y 110 mg / l con un promedio en todas las muestras de 90 mg / l. La concentración de fósforo total (TP) en las muestras osciló entre 8,9 y 15,2 mg / l con un promedio en todas las muestras de 12,4 mg / l.

Lavado

El lavado de los granos fermentados conduce a aguas residuales que contienen principalmente pectinas del mucílago, proteínas y azúcares. La fermentación de los azúcares (carbohidratos disacáridos) en etanol y CO 2 conduce a condiciones ácidas en el agua de lavado. El etanol se convierte en ácido acético después de la reacción con oxígeno, lo que reduce el pH a niveles de alrededor de 4. La alta acidez puede afectar negativamente la eficiencia del tratamiento de las instalaciones de tratamiento que tratan las aguas residuales del café como un reactor anaeróbico o humedales artificiales y se considera perjudicial. para la vida acuática cuando se descarga directamente en aguas superficiales .

Durante el proceso de lavado, la investigación en Nicaragua mostró una clara disminución de la contaminación de las aguas residuales. [14]Los valores de DQO caen de un promedio de 7.200 mg / la menos de 50 mg / l. A pesar de que se permite la descarga de aguas residuales con valores de DQO inferiores a 200 mg / l en las vías fluviales naturales de Nicaragua, es aconsejable redirigir todas las aguas residuales al sistema de tratamiento. Esto se debe a que los niveles de DQO no se pueden determinar en el sitio durante el proceso de lavado y la descarga de las aguas residuales en las aguas superficiales se basa en una inspección visual. Cuando el agua es "clara", se considera lo suficientemente limpia, pero los valores de DQO medidos durante la investigación mostraron que la descarga generalmente era demasiado rápida, lo que resultaba en aguas residuales con niveles más altos de DQO de lo permitido.Otro efecto positivo de desviar las aguas residuales a un sistema de tratamiento es la dilución de las aguas residuales que permite un mejor tratamiento por bacterias anaeróbicas debido a valores de pH más favorables y un mejor postratamiento debido a menores concentraciones de amonio.

La concentración de TN en las muestras de aguas residuales derivadas del lavado osciló entre 40 y 150 mg / l con un promedio en todas las muestras de 110 mg / l. La concentración de TP en las muestras osciló entre 7,8 y 15,8 mg / l con un promedio en todas las muestras de 10,7 mg / l.

Ver también

Notas

  1. ^ Procedente de la palabra española para oro, debido al color del frijol seco
  2. ^ Valores de DBO después de 5 días

Referencias

  1. ^ Nemerow 1971 .
  2. ^ Cuervo 1997 , p. 3.
  3. ^ "Café" . www.herbs2000.com . Consultado el 22 de abril de 2018 .
  4. ^ Von Enden 2002 , p. 3-4.
  5. ^ Calvert 1998 , p. 9-13.
  6. ^ Calvert 1999 .
  7. ^ Murthy, D'Sa y Kapur 2004 .
  8. ↑ a b c d Von Enden y Calvert 2002b , p. 3.
  9. ^ Von Enden y Calvert 2002a .
  10. ^ Deepa y col. 2002 .
  11. ^ De Matos y col. 2001 .
  12. ^ Bello-Mendoza y Castillo-Rivera 1998 .
  13. ^ BIOMAT 1992 .
  14. ↑ a b c Grendelman, 2006 .
  15. ↑ a b Von Enden y Calvert 2002a , p. 4.
  16. ^ Von Enden y Calvert 2002 , p. 6.
  17. ^ Treagust 1994 .
  18. ^ Droste 1997 .
  19. ^ De Matos 2001 .
  20. ^ Bello-Mendoza y col. 1995 .
  21. ^ Bello-Mendoza y Castillo-Rivera 1998 , p. 220.
  22. ^ Von Enden y Calvert 2002a , p. 6.
  23. ^ Calvert 1997 .

Bibliografía

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Lectura adicional

  • Guía para las características de descarga de efluentes industriales . 3 . Ginebra: Organización Mundial de la Salud . 1995. págs. 231-236.
  • Devi, Rani; Singh, Vijender; Kumar, Ashok (abril de 2008). "Reducción de DQO y DBO de las aguas residuales del procesamiento del café utilizando carbón de cáscara de aguacate". Tecnología de Bioresource . 99 (6): 1853–1860. doi : 10.1016 / j.biortech.2007.03.039 . PMID  17493806 .