E12 - Tratamiento de RILes en industrías Vitivinícolas. Alternativas de tratamiento

Ingeniería Ambiental - IWQ364 “Tratamiento de RILes en Industrias Vitivinícolas. Alternativas de Tratamiento”

Integrantes: Adolfo Cabrera Palacios Natalia Moreno Morales Felipe Norambuena Solís Francisco Sandoval Quidel Henrik Hansen K. Profesor: Ayudantes: Anna Espinoza Tofalos Rodrigo Solís Hernández Fecha de entrega: 16/09/2011

2751024 8 2751045 0 2751039 6 2611042 4 ‐

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Tratamiento de RILes en Industrias Vitivinícolas. Alternativas de Tratamiento.

Resumen Ejecutivo El presente proyecto presenta alternativas de tratamiento de RILes provenientes de industrias vitivinícolas. Se realiza un análisis cuantitativo para determinar la alternativa más económica para tratar un caudal de 150 [m 3 /día] de RIL para obtener agua para regadío que cumpla con la normativa vigente de la NCh 1.333 y la guía SAG. Dado que la elaboración de vinos es estacional se considerarán 60 días de producción, generándose así 9000 [m 3 /año] de RIL. La producción anual es 4.500.000 litros de vino Cabernet Sauvignon, cuyo valor agregado se calculó en $ 2.101,14. Los RILes vitivinícolas presentan una elevada carga de materia orgánica que se caracteriza por presentar valores promedios entre 2000 y 3000 [mg/L] en DBO 5, mientras que para sólidos suspendidos totales el promedio oscila entre 200 y 500 [mg/L]. El proyecto se sitúa en la viña Los Vascos ubicada en la provincia de Colchagua en la sexta región. La producción anual de vino es de 4500 [ton/año] para lo cual se emplean 6000 [ton/año] de materia prima bruta, es decir, la uva y los desechos como pepitas y ramas. Las características principales del RIL sin tratar son: 2000 [mg/L] de DBO 5, 650 [mg/L] de SST, 38 [mg/L] de NTK y 4 de pH. El RIL tratado cumple con las siguientes características 91 [mg/L] de DBO 5, 42.25 [mg/L] de SST, 16.72 [mg/L] de NTK y 7.5 de pH, valores obtenidos a partir de cálculos de eficiencia de remoción de contaminantes para la configuración de equipos seleccionada. Con los datos presentados, la eficiencia de remoción de SST es de 93.5%, la de DBO 5 es 95.4% y la de NTK es de 56%, valores con los cuales se cumplen las la s normas ambientales de RILes. La cuantificación del valor agregado preliminar se realizo empleando los datos de un documento de la CORFO titulado “ESTUDIO DE COSTOS COMPARATIVOS EN LA INDUSTRIA VITIVINICOLA EN LA REGIÓN DEL MAULE”. Según este informe los costos de inversión de bodega y producción para 1 millón de litros son de US$ 2.2 millones cada uno. La producción de nuestra viña es de aproximadamente 4.5 millones de litros y considerando el precio de dólar actual en $ 478 pesos chilenos, el costo de inversión es de $ 4.732.200.000 y el costo de producción anual es de $ 4.732.200.000. Si consideramos un plazo de 20 años para recuperar la inversión se tiene que anualmente se descuenta de la inversión $ 236.610.000. El costo de formación de una hectárea de viña se estima en US$ 20.479. Este costo puede recuperarse en 20 años a un precio de US$0,42 por kilogramo de uva, lo que equivale a decir que el costo promedio del kilo de uva es $200.76 y se requieren 6000 [ton/uva] por año, entonces el costo anual de uva es de $ 1.204.560.000. El precio de venta para vino tinto lo tomamos del estudio “Determinantes del Precio del Vino en el Mercado Chileno: Un Estudio de Precios Hedónicos.”. Seleccionamos el Cabernet Sauvignon, pues su precio hace rentable una inversión en una viña de calidad. Considerando la mediana de los precios para el año 2004 que fue de $ 3.473 y que el formato de venta son botellas de 1 litro, el total de las ventas anuales medio medio esperado es $15.628.500.000. Con los valores presentados presentados se puede calcular la ganancia financiera anual restando de la las ventas el valor de la materia prima, costos de producción e inversión, obteniéndose así que las ganancias medias anuales ascienden a $ 9.455.130.000. Recordando que la producción anual es de 4.500.000 litros de vino y este se vende en botellas de 1 litro, entonces, el valor agregado de nuestro producto es de $ 2.101,14.

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Resumen Ejecutivo El presente proyecto presenta alternativas de tratamiento de RILes provenientes de industrias vitivinícolas. Se realiza un análisis cuantitativo para determinar la alternativa más económica para tratar un caudal de 150 [m 3 /día] de RIL para obtener agua para regadío que cumpla con la normativa vigente de la NCh 1.333 y la guía SAG. Dado que la elaboración de vinos es estacional se considerarán 60 días de producción, generándose así 9000 [m 3 /año] de RIL. La producción anual es 4.500.000 litros de vino Cabernet Sauvignon, cuyo valor agregado se calculó en $ 2.101,14. Los RILes vitivinícolas presentan una elevada carga de materia orgánica que se caracteriza por presentar valores promedios entre 2000 y 3000 [mg/L] en DBO 5, mientras que para sólidos suspendidos totales el promedio oscila entre 200 y 500 [mg/L]. El proyecto se sitúa en la viña Los Vascos ubicada en la provincia de Colchagua en la sexta región. La producción anual de vino es de 4500 [ton/año] para lo cual se emplean 6000 [ton/año] de materia prima bruta, es decir, la uva y los desechos como pepitas y ramas. Las características principales del RIL sin tratar son: 2000 [mg/L] de DBO 5, 650 [mg/L] de SST, 38 [mg/L] de NTK y 4 de pH. El RIL tratado cumple con las siguientes características 91 [mg/L] de DBO 5, 42.25 [mg/L] de SST, 16.72 [mg/L] de NTK y 7.5 de pH, valores obtenidos a partir de cálculos de eficiencia de remoción de contaminantes para la configuración de equipos seleccionada. Con los datos presentados, la eficiencia de remoción de SST es de 93.5%, la de DBO 5 es 95.4% y la de NTK es de 56%, valores con los cuales se cumplen las la s normas ambientales de RILes. La cuantificación del valor agregado preliminar se realizo empleando los datos de un documento de la CORFO titulado “ESTUDIO DE COSTOS COMPARATIVOS EN LA INDUSTRIA VITIVINICOLA EN LA REGIÓN DEL MAULE”. Según este informe los costos de inversión de bodega y producción para 1 millón de litros son de US$ 2.2 millones cada uno. La producción de nuestra viña es de aproximadamente 4.5 millones de litros y considerando el precio de dólar actual en $ 478 pesos chilenos, el costo de inversión es de $ 4.732.200.000 y el costo de producción anual es de $ 4.732.200.000. Si consideramos un plazo de 20 años para recuperar la inversión se tiene que anualmente se descuenta de la inversión $ 236.610.000. El costo de formación de una hectárea de viña se estima en US$ 20.479. Este costo puede recuperarse en 20 años a un precio de US$0,42 por kilogramo de uva, lo que equivale a decir que el costo promedio del kilo de uva es $200.76 y se requieren 6000 [ton/uva] por año, entonces el costo anual de uva es de $ 1.204.560.000. El precio de venta para vino tinto lo tomamos del estudio “Determinantes del Precio del Vino en el Mercado Chileno: Un Estudio de Precios Hedónicos.”. Seleccionamos el Cabernet Sauvignon, pues su precio hace rentable una inversión en una viña de calidad. Considerando la mediana de los precios para el año 2004 que fue de $ 3.473 y que el formato de venta son botellas de 1 litro, el total de las ventas anuales medio medio esperado es $15.628.500.000. Con los valores presentados presentados se puede calcular la ganancia financiera anual restando de la las ventas el valor de la materia prima, costos de producción e inversión, obteniéndose así que las ganancias medias anuales ascienden a $ 9.455.130.000. Recordando que la producción anual es de 4.500.000 litros de vino y este se vende en botellas de 1 litro, entonces, el valor agregado de nuestro producto es de $ 2.101,14.

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Habiendo visto la rentabilidad del proyecto presentamos las características del proceso de tratamiento de RILes que autorizarían su realización. El sistema de tratamiento se compone inicialmente de filtros que retiene partículas mayores a 1[mm] para continuar con una cámara neutralizadora de pH, luego continua un sistema de sedimentación para proceder a un tratamiento biológico de una etapa (Lodos Activados). Finalmente el efluente es almacenado en estanques o un embalse aireado para su disponibilidad como agua de riego. El presente proyecto si entra en la categoría de proyectos o actividades susceptibles a causar impacto ambiental según la Ley Nº 19.300 debido que coincide con la letra o) del artículo 10 de la presente Ley. En la actualidad solo se fiscaliza la descarga a aguas superficiales, debido a que este procedimiento puede filtrar y afectar napas subterráneas, las cuales se conectan con otros cuerpos de agua mayor pudiendo resultar perjudicial para la población. Si bien el presente proyecto plantea establecer una planta de tratamiento para poder generar, a partir de RILes, agua de regadío conllevando claramente una mayor inversión debido a las bajas concentración exigidas en comparación con tratamiento de agua para descarga al alcantarillado este costo es amortizado por el hecho en el ahorro del suministro de agua de regadío que sería autogenerada. Las etapas de tratamiento del RIL en este proyecto comprenden las etapas de tamizado, neutralización, homogeneización, tratamiento biológico con lodos activados, sedimentación y embalsamiento. Según lo expuesto en la tabla 6 el tratamiento mínimo del RIL debe seguir una configuración de tratamiento primario compuesta por la separación de sólidos y neutralización, mientras que el tratamiento secundario corresponde a sistema de lodos activados.

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Índice de Contenidos Resumen Ejecutivo…………………………………………………………………………………2 Introducción…………………………………………………………………………………………9 Objetivos…………………………………………………………………………………………...11 Antecedentes……………………………………………………………………………………...12 Alcance…………………………………………………………………………………………….14 Desarrollo………………………………………………………………………………………….18 Capítulo 1: Análisis de Mercado……………………………………………………………..18 Capítulo 2: Descripción del Proceso………………………………………………………….21 Capítulo 3: Estimación de Costo de Inversión y Operación…………………..…………...33 Capítulo 4: Impacto Ambiental del Proyecto…………………………………………………36 Capítulo 5: Discusión…………………………………………………………………………..39 Conclusiones………………………………………………………………………………………41 Recomendaciones………………………………………………………………………………..42

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Índice de Tablas Tabla 1. Contaminantes principales presentes en el RIL…………………………………….12 Tabla 2. Caracterización del RIL vitivinícola viña Los Vascos……………………………….13 Tabla 3. Comparación Normas para la disposición de RILes en suelo vía riego………….15 Tabla 4. Exportaciones vino Chile 2010………………………………………………………..18 Tabla 5. Exportaciones vino embotellado Chile 2010………………………………………...19 Tabla 6. Tratamiento mínimos requeridos para RILes del sector vitivinícola………………25 Tabla 7. Eficiencias por equipo para el tratamiento requerido en RILes del sector vitivinícola………………………………………………………………………………………….25 Tabla 8. Presentación de los Registros de Precipitación y Evaporación Potencial de la Zona de Peralillo………………………………………………………………………………….29 Tabla 9. Cálculo de Demanda Hídrica y Tasa de Riego Unitaria para Vid Vinífera, variedad Tinta, en la Macrozona Centro…………………………………………………………………30 Tabla 10. Cálculo de Uso y Requerimiento de Embalse……………………………………..30 Tabla 11. Costos de operación proceso de producción……………………………………...33 Tabla 12. Sistema de bombas del proceso…………………………………………………….35

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Índice de Diagramas Diagrama 1. Proceso de producción vino tinto………………………………………………...24 Diagrama 2. Balance de masa molineta rotatoria……………………………………………..26 Diagrama 3. Balance de masa etapa de neutralización……………………………………...27 Diagrama 4. Balance de masa tratamiento secundario, lodos activados…………………..27 Diagrama 5. Esquematización de la guía de uso de agua de RILes en riego agrícola…...28 Diagrama 6. Proceso de tratamiento de RILes industria vitivinícola………………………..32

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Índice de Gráficos Gráfico 1. Exportaciones vino por valor Chile 2010…………………………………………..19 Gráfico 2. Exportaciones vino por volumen Chile 2010………………………………………20 Gráfico 3. Exportaciones vino embotellado por valor Chile 2010……………………………20 Gráfico 4. Exportaciones vino embotellado por volumen Chile 2010……………………….20

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Índice de Figuras Figura 1. Uva aprobada y uva descartada……………...……………………………………...21 Figura 2. Despalilladora/Maceradora…………………………………………………………...21 Figura 3. Membrana abierta, Membrana cerrada y canasta………………………………...23 Figura 4. Molineta Separador de Sólidos……………………………………………………...34 Figura 5. Lagunas de aireación con sistema de aireación. Al fondo laguna de sedimentación……………………………………………………………………………….…….34 Figura 6. Estanque bioreactor……………………………………………….….……………….35 Figura 7. Espesador de Lodos………………………………..…………….…….……………..35

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Introducción Este proyecto apunta al tratamiento de RILes producidos por la industria vitivinícola, para luego ser utilizados como agua de regadío dentro de la misma viña, es por esto que solo se considerara el monitoreo y tratamiento de DBO 5 y SS, para lo cual es necesario tratamientos primarios y secundarios. Antes de iniciar el desarrollo del tema, se debe especificar claramente algunos términos de importancia crucial para lo que sigue: •

•

Residuos Industriales Líquidos (RILes): Los RILes son aguas de desecho generadas en establecimientos industriales como resultado de algún proceso, actividad o servicio. Residuo Industrial Líquido Contaminante: Se considera que un RIL es contaminante cuando es un efluente industrial que contiene compuestos químicos o especies biológicas, que produzcan en los cursos receptores condiciones inadecuadas para los usos definidos para el recurso hídrico, o en su defecto, que contenga materia orgánica que, al descomponerse en el trayecto, reduzca el contenido de oxígeno disuelto en el agua hasta un grado que impida la vida acuática y sea fuente de condiciones desagradables para los vecinos cercanos a ella.

•

•

•

•

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO 5): es quizás el parámetro más conocido de todos, junto con el pH y el color, para el análisis de residuos industriales líquidos. La DBO 5 mide la cantidad de materia orgánica biodegradable capaz de consumir oxígeno en una muestra de agua. Demanda Química de Oxígeno (DQO): Es un parámetro que mide la materia orgánica e inorgánica oxidable. Esta mide la materia orgánica total y no la que realmente es la que consume oxígeno para los organismos existentes en los cursos de agua. Sólidos Suspendidos (SS): pueden pronosticar la presencia de obstrucciones, de reducción en la penetración de luz, además de efectos en la fotosíntesis. Nitrógeno Kjeldahl Total (NKT): es la suma del nitrógeno orgánico y el nitrógeno amoniacal.

Existen diversos tipos de tratamientos de RILes, sin embargo en este proyecto se utilizaran los siguientes: 1. Tratamientos primarios: Se denominan así porque son los que se realizan cuando el RIL ingresa para su tratamiento, estos son procesos físicos que involucran operaciones gravitacionales, manuales o mecánicas que permiten remover los sólidos de distinta granulometría y 9


densidad del efluente. Son empleados para la eliminación de sólidos en suspensión y materiales flotantes, entre los cuales se encuentran: Sedimentación: Es una operación que permite realizar la separación de los sólidos presentes en el RIL de carácter sedimentable; esto se logra a través de equipos sedimentadores donde el RIL queda detenido por un lapso de tiempo para luego ser retirados. Filtración: Este procedimiento permite retirar los flóculos formados en las fases anteriores con partículas de tamaño medio. Neutralización: En esta etapa se requiere la acción de una base o ácido fuerte para neutralizar el pH que contiene el RIL. Este proceso es muy importante, por el desgaste que se tiene al dejar el RIL por mucho tiempo con características tanto ácidas o básicas. 2. Tratamientos secundarios: Estos tratamientos consisten en tratar químicamente el RIL de manera de reducir la cantidad de sustancias tóxicas o de materia biodegradable presentes en el RIL y que no fueron retiradas por los procesos anteriores (tratamientos primarios). Lagunas Aireadas: Estas lagunas permiten que el RIL pueda tener una gran penetración de luz en ella, lo cual permite que el agua se oxigene y pueda perder turbiedad. Lodos Activados: En esta etapa los RILes son llevados a un estanque donde son adsorbidos por unos lodos que permiten la oxigenación del agua, al atrapar las partículas de grasa y de gran peso molecular, permitiendo que el RIL esté más limpio y con menos olores.

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Objetivos Objetivo General -

Analizar las diferentes opciones de sistemas tratamiento de RILes en industrias vitivinícolas y diseñar el sistema de tratamiento de RILes más adecuado para descontaminar un caudal de 150 [m3 /día].

Objetivos Específicos -

Analizar el mercado nacional e internacional de la industria vitivinícola para interiorizarnos con el desarrollo actual de esta.

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Investigar sobre los actuales métodos de tratamiento de RILes vitivinícolas con la finalidad de interiorizarnos con la tecnología disponible en la actualidad.

-

Investigar sobre normativa y legislación ambiental nacional e internacional atingente a la producción vitivinícola y el tratamiento de RILes vitivinícolas para establecer los límites del proyecto.

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Analizar y cuantificar los costos asociados a la inversión y operación del sistema de tratamiento de RILes vitivinícolas elegido para verificar la factibilidad económica del proyecto.

Objetivos Transversales -

Desarrollo organización, colaboración y trabajo en equipo.

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Desarrollo de discusión y debate grupal en toma de decisiones.

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Antecedentes El consumo de agua y en consecuencia la generación de RIL en la industria vitivinícola varía entre 2.9 y 4.8 [L] de RIL por litro de vino producido. Además, se presenta una fuerte estacionalidad en la producción y por ende en la generación del RIL, esta puede aumentar por un factor de 3 a 5 durante la vendimia con respecto al resto de año. La generación del RIL se concentra principalmente en la época de vendimia con importantes concentraciones de materia orgánica. La experiencia internacional demuestra, que se puede bajar la carga especifica en un 95 %, empleando medidas de producción limpia y retención sobre todo en los procesos de lavado, ya que la mayor cantidad de RILes se generan en las distintas actividades de lavado como: • • • • • •

Aguas de lavado de la despalilladora y prensa (solo durante la vendimia). Lavado de filtros. Lavado de cubas. Lavado de barricas. Aguas de lavado de la embotelladora. Aseo general de la bodega, área de embotellado y equipos.

Los RILes de la agroindustria vitivinícola están caracterizados principalmente por su contaminación orgánica, derivada del contenido de azucares, ácidos, fructosas, alcohol, y compuestos orgánicos con alto contenido de nitrógeno, provenientes de pérdidas de producto, mosto y orujo. Contaminante Escobajo Orujos

Borras

Tierra Filtrante

Parámetro Sólidos sedimentables Sólidos sedimentables Sólidos suspendidos Demanda Bioquímica de Oxígeno Sólidos sedimentables Sólidos suspendidos Demanda Bioquímica de Oxígeno pH Sólidos sedimentables Sólido suspendidos

Acidez

pH

Materia orgánica

Sólidos sedimentables Sólidos suspendidos Demanda Bioquímica de Oxígeno

Origen Molienda Descube y prensado después de fermentación de vino tinto; Molienda de cepas blancas Descube y lavado de cubas y barricas Operación de filtración Pérdidas de producto, empleo de detergente y agente salitizantes Prácticamente en todos procesos productivos

Tabla 1. Contaminantes principales presentes en el RIL.

La composición de los RILes sin tratar considera una alta carga de materia orgánica (DBO5, con un promedio, de entre 2.000 y 3.000 [mg/L], llegando hasta sobre 6.000 12


[mg/L]), sólidos suspendidos (con un promedio de 200 a 500 [mg/L], y en algunos casos sobre 1.000 [mg/L]) y un pH normalmente ácido. Este proyecto se situará en la planta de tratamiento de RILes de la vitivinícola “Los Vascos”, ubicada en la provincia de Colchagua, región del Libertador Bernardo O’Higgins, en esta planta se realizara el tratamiento del RIL para luego ser utilizado como agua de regadío dentro de la misma viña. La viña se caracteriza por ser estacional, donde la mayor actividad ocurre en temporada de vendimia (febrero - abril), donde se recibe y procesa la uva para la elaboración de vinos, y disminuye en tiempo de no vendimia (mayo – enero). Durante el año se procesan 6000 [ton/año] de materia prima logrando una producción de 4500 [m 3 /año] de vino, específicamente vino tinto, lo cual genera 150 [m 3 /día] de RIL promedio lo que al año será 9000 [m3 /año], ya que se considera solo 60 días de producción al año. Las diferentes actividades generan los siguientes m 3 de RIL. − − − − −

Recepción y despalillado 4.0 m3/ 10.000 L vino. Manipulación de jugo 3.0 m3/ 10.000 L vino. Primer descube 7.0 m3/ 10.000 L vino. Segundo descube 4.0 m3/ 10.000 L vino. Almacenamiento y embotellado 20.0 m 3 / 10.000L vino.

El uso del RIL para el regadío debe cumplir con la NCh 1.333 y la guía SAG. Hay que considerar además el almacenamiento del efluente en embalse durante periodos sin posibilidad de riego, lo que puede tardar meses, por lo cual el mismo embalse debe ser aireado para evitar la generación de olores y por lo tanto puede ser utilizado para la degradación de la materia orgánica. A continuación se expondrá la especificación del RIL proveniente de la viña Los Vascos: Parámetro

Unidad de medición

Concentración en RIL

DBO5 SST NKT pH

mg/l mg/l mg/l upH

2000 650 38 4-6

Tabla 2. Caracterización del RIL vitivinícola viña Los Vascos.

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Alcances El presente proyecto consiste en el análisis y el posterior diseño de un sistema de tratamiento de Residuos Líquidos Industrias (RILes) producidos por la industria vitivinícola, específicamente procedentes de la viña Los Vascos, ubicada en la VI región. Su finalidad es tratar los residuos líquidos generados en el proceso de producción obteniendo un RIL útil para riego según Noma Chilena Nº 1333, implicando una solución tangible a la eliminación del RIL generado, además una minimización de los costos para suministro de riego y también una ayuda al medioambiente. A lo señalado anteriormente se debe adicionar que el uso del RIL para riego, requiere que ciertos parámetros físicos químicos estén regulados, para satisfacer las necesidades hídricas del o los cultivos, así como condiciones técnicas en los sistemas de riego, por esto resulta necesario un sistema de tratamiento de RILes, para obtener la calidad optima de agua para riego. En la actualidad el 85% de la industria vitivinícola nacional cuenta con planta de tratamiento de RILes debido a la incorporación del “acuerdo de producción limpia, industria vitivinícola” (APL, industria vitivinícola) en la cual se comprometen a cumplir con 5 puntos que garanticen la preservación del medio ambiente: (i) minimización y consumo eficiente de los insumos, agua y energía; (ii) minimización de uso de insumos tóxicos; (iii) minimización del volumen y toxicidad de todas las emisiones que genere el proceso productivo; (iv) reciclaje de la máxima proporción de residuos en la planta o fuera de ella; (v) reducción del impacto ambiental de los productos en su ciclo de vida. Marco Legal Respecto al Marco Legal aplicable al proyecto a nivel nacional se consideran: - Ley Nº 19.300, “Aprueba ley sobre bases generales del medio ambiente”. - Ley Nº 18.455, “Fija normas sobre producción, elaboración y comercialización de alcoholes etílicos, bebidas alcohólicas y vinagres”. - Nº 78, “Reglamenta Ley Nº 18.455 que fija normas sobre producción, elaboración y comercialización de alcoholes etílicos, bebidas alcohólicas y vinagres”. - Nº 464, “Zonificación vitícola y denominación de origen”. - Norma Chilena Nº 1333, “Norma chilena sobre requisitos de calidad del agua para diferentes usos”. - Guía, “condiciones básicas para la aplicación de RILes de Agroindustrias en riego”. Respecto al Marco Legal aplicable al proyecto a nivel internacional se consideran: - ISO 14001:2004 Sistemas de gestión ambiental. Requisitos con orientación para su uso. - OHSAS 18001:2007 Seguridad y Salud Laboral. 14


- ISO 14004, ISO 14005, ISO 140014, ISO 14020, ISO 14023, entre otros. A continuación se presenta un análisis comparativo entre los valores normados, por la Norma Chilena Oficial NCh 1.333 “Requisitos de Calidad del Agua para Diferentes Usos Requisitos de Agua para Riego” y aquellos recomendados en la Guía “Condiciones Básicas para la Aplicación de RILes de Agroindustrias en Riego”, para la disposición de RILes agroindustriales en suelos, vía riego. Parámetro Aceites y Grasas (A&G) Cloruros (Cl-) Demanda Biológica de Oxigeno (DBO 5) Detergentes Fenoles Fósforos Nitrógeno Total (orgánico + inorgánico) pH Sólidos suspendidos Salinidad Sólidos disueltos totales Sulfatos Sodio (Na) Temperatura

Unidad

Valores Máximos NCH 1.333 Recomendados mg/l 10 mg/l 200 300 mg/l 410 mg/l 0,5 mg/l 41 mg/l 4,3-7,9 mg/l 30 upH 5,5-9,0 5,5-8,5 mg/l 80 80 umhos/cm 750-7500 2250 mg/l 500-5000 1500 mg/l 250 1000 % <35 <35 °C 35

Tabla 3. Comparación Normas para la disposición de RILes en suelo vía riego.

Marco Teórico El presente proyecto posee las siguientes etapas de tratamiento de Residuos Líquidos Industriales: -

Tamizado. Neutralización. Homogenización. Tratamiento biológico de una etapa (Lodos Activados). Sedimentación. Embalsamiento.

Respecto a las etapas presentes se indicaran los fundamentos teóricos, balances de materia, ecuaciones y leyes que gobiernan cada una de ellas.

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En el caso del Tamizado: La teoría que gobierna esta etapa es recolectar físicamente los sólidos presentes en el RIL con la finalidad de solamente dejar en este sólidos sedimentables y sólidos suspendidos de tamaño inferior a 1 [mm]. Balance de materia global en Tamizado: Donde,

Q RIL   QRIL  mó

1.1

Q RIL  = Caudal Residuos Líquidos Industriales. Q RIL = Caudal de Residuos Líquidos Industriales. mó = Masa de sólidos retenidos.

En el caso de la Neutralización: La teoría que gobierna esta etapa es la reacción química de neutralización ácido-base, ya que mediante la adición de soluciones básicas (NaOH) se busca amortizar el efecto de los compuestos ácidos en el RIL generado. En el caso del tratamiento de Lodos Activados: La teoría que gobierna esta etapa es el consumo de la materia orgánica mediante el uso de microorganismos. La tasa de crecimiento bacteriano 1 está dada por la siguiente expresión: dx dt

 µ · X  k  · X

1.2

Donde, dx/dt = Tasa de crecimiento bacteriano. µ = Tasa de crecimiento específico. X = Concentración de microorganismos. k  = Coeficiente de descomposición endógena. Si existe el caso en que el sustrato es limitado el crecimiento bacteriano se debe regir por la ecuación de Monod 2 (1942): µ

µ · S k   S

1.3

Donde, µ = Tasa de crecimiento específico. µ = Máxima tasa de crecimiento específico. k  = Afinidad de la célula por el sustrato (constante de Monod) S = Concentración de materia orgánica en solución. La tasa de decaimiento o consumo de materia orgánica 3 está dada por la siguiente expresión: r  K · X · S 1 2

, y 3 Libro Metcalf & Eddy Inc, Ingeniería de aguas residuales. McGraw-Hill, 1998 16

1.4


Donde, r = Tasa de decaimiento de materia orgánica. K  = Constante de saturación. X = Concentración de microorganismos. S = Concentración de materia orgánica en solución. En el caso de la Sedimentación: La teoría que gobierna esta etapa es la separación de los sólidos y materia orgánica presentes luego de la aplicación de microorganismos. Balance materia global en el Sedimentador: Q  QRIL  m  QA  m

1.5

Donde, Q0 = Flujo total. QRIL = Flujo de Residuos Líquidos Industriales. mmicro= Flujo de microorganismos. QAC= Flujo de agua clarificada. mfango = Flujo de fango sedimentado. Balance materia del sólido suspendido en el Sedimentador: Q · C  QU · CU  QA · CA

Donde, Q0 = Flujo total. C0 = Concentración de materia orgánica en todo el estanque. QU. = Flujo de fango sedimentado. CU = Concentración de materia orgánica en fango. QAC = Flujo de agua clarificada. CAC = Concentración de atería orgánica en agua clarificada.

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1.6


Desarrollo Capítulo 1: Análisis de Mercado4 Chile es el séptimo mayor productor de vino en el mundo, y el quinto mayor en las exportaciones. Se encuentra justo detrás de países extra-regionales como Italia, Francia, España y Australia. Las exportaciones de vino crecieron 11,5% en 2010 con respecto al año anterior, con envíos que alcanzaron a 1.552 millones de dólares, (Oficina de Estudios y Políticas Agrarias). En los últimos años las exportaciones de vinos y alcoholes han ido creciendo sostenidamente en el tiempo, tanto en volumen como en valor, lo que se debe al gran dinamismo del sector vitivinícola en 2010. Donde los principales países de destino fueron Estados Unidos (16%), Reino Unido (15%), Canadá (6%), Holanda (5%), China (5%), Japón (5%), Alemania (5%), Brasil (5%) y Dinamarca (4%), y los principales productos exportados fueron vino tinto mezclas (282 millones de dólares); Cabernet Sauvignon (276 millones); Sauvignon Blanc (151 millones); Merlot (110 millones); Chardonnay (108 millones) y Carménère (74 millones). Actualmente en Chile se producen aproximadamente 1.000 millones de litros de vino al año y las mayores productoras de este se localizan en las regiones séptima, sexta y metropolitana. A continuación se presentan el detalle de las exportaciones de chile en el 2010 y su variación con respecto al año 2009. ENERO 2010 - DICIEMBRE 2010 LITROS US$ PRECIO PR. (Miles) (Miles) US$/LTRS PRODUCTO EMBOTELLADO 425.774 1.276.848 3 ENVASADO 27.106 49.645 1,83 GRANEL 274.754 201.799 0,73 CHAMPAGNE 3.340 12.995 3,89 ESPUMOSOS y OTROS 2.279 10.727 4,71 TOTAL 733.253 1.552.014 2,12

VARIACIÓN % 2009/2010 LITROS US$ PRECIO PR. %

%

%

11,20 -1,30 -1,60 36,90 46,60 5,70

12,10 -4,90 15,90 35,80 71,10 12,40

1,00 -3,70 17,70 -0,80 16,90 6,50

Tabla 4. Exportaciones vino Chile 2010.

Al observar la variación porcentual del 2010 con respecto al 2009, tanto del vino embasado como el granel se puede apreciar una disminución en la exportación, esto se debe al terremoto ocurrido el 2010, sin embargo la industria del vino a seguido creciendo durante el 2011 (aunque aún no se tiene la estadística exacta dado que es un año en desarrollo) Detalle de exportación por países de destino de vino embotellado (dado que es lo que más se exporta): 4

http://www.vinasdechile.com 18

Tratamiento de RILes en Ind strias Vitivinícolas. Alter nativas de Tratamiento.

ENER PAISE

REINO UNIDO ESTADOS U IDOS CANAD HOLAND A BRASI JAPON DINAMARCA IRLAND ALEMANIA CHINA Subtotal RESTO TOTAL Tabla 5.

- DICIEM RE 2010

CAJAS (9 L ) US$ (Miles) (Miles) 10.293 213.1 3 7.570 208.6 0 2.146 81.93 2.747 73.93 2.727 70.69 2.401 62.56 1.455 46.34 1.444 42.65 1.482 41.21 1.233 37.37 33.498 878.5 9 13.810 398.3 9 47.308 1.276.848

Exportaciones vino e botallado

PRECIO PR. US$/ CAJA 20,71 27,57 38,18 26,92 25,92 26,05 31,85 29,54 27,81 30,32 26,23 28,84 26,99

hile 2010.

EXPORT CIONES DE VINO TOTAL S POR PRODUCTO EN RO 2010 - DICIEMBRE 2010 (Val r) ENVASADO 3,2%

GRANEL 13,0%

CHAMPAGNE 0,8%

ESPUMOSOS y OTROS 0,7%

E BOTELLADO 82,3%

Total Valor Exportaciones = US$ 1.552 millones Gráfico 1.

Exportaciones vin por valor Chile 2010.

19

Tratamiento de RILes en Ind strias Vitivinícolas. Alter nativas de Tratamiento.

EXPORTA IONES DE VINO TOTALES POR PRODU TO ENERO 2010 - DI IEMBRE 2010 (Volumen) GRANEL 37,5%

ESPUMOSOS y OTROS 0,3%

EN ASADO ,7%

CHAMPAGNE 0,5%

EMBOTELLAD O 58,1%

otal Volumen xportaciones = 733,3 millones de litros Gráfi o 2.

Export ciones vino por volume Chile 2010.

EXPORTACIONES DE VI O EMBOTELLADO 10 PRINCIPALE PAISES ENERO 2010 - DI IEMBRE 2010 (Volumen) HOLANDA BRASIL 5,8% 5,8%

IRLANDA JAPON DINAMARCA ALEM NIA 3,1% 3,1% 3,1 5,1%

RESTO 29,2%

CANADA 4,5%

ESTAD S UNIDOS 16,0

Gráfico 3.

CHINA 2, %

REINO UNIDO 21,8%

Total Volumen Exportaciones = 47,3 millo es de cajas

xportaciones vino emb tellado por alor Chile 2 010. EXPORTACI NES DE VINO EMBOTEL ADO 10 PRINCIPALE PAISES ENE O 2010 - DI IEMBRE 2010 (Valor)

JAPON 4,9% BRASIL 5,5% HOLANDA 5,8%

ALEMANIA CHINA DINAMARCA I LANDA 3,3% 3,2% ,9% 3,6%

RESTO 31,2%

CANADA 6,4% ESTADOS UNID S 16,3

Gráfico 4.

REINO UNIDO 16,7%

Total Valor Exportaciones = US$ 1.276,8 millones

Exportaciones vino embot llado por vo lumen Chile 2010.

20


Capítulo 2: Descripción del Proceso Proceso Productivo: Elaboración de Vinos 5. El proceso de producción de vinos comienza con la selección de las uvas y termina con el embotellado. A continuación, se detallan cada una de las etapas para producir vino tinto, y se especifican además los equipos involucrados, sus capacidades y consumo de electricidad. Selección: La selección de la uva que va al proceso se hace con diversos equipos y también de modo manual en viñas pequeñas. Los procesos automatizados usan sensores ópticos que, por ejemplo, identifican por sectores en una correa transportadora cual uva cumple con los estándares. Si la uva no cumple con los requisitos, ya sea de forma, tamaño, color, etc., se descarta al final de la correa transportadora usando un chorro de vapor que desvía la uva defectuosa. Las pérdidas en estos equipos son menores al 1%. El sensor óptico también descarta hojas, tallos y otros elementos indeseables. Capacidad Trabajo: 6-8 [Ton/h] Potencia: 1 [kW]

Figura 1. Uva aprobada (izq.) y uva descartada (der.)

Recepción de Uva: Control de ingreso uva al pozo de vendimia, origen y Kg., análisis azúcar, pH, acidez, alcohol probable. Despalillado: Proceso mecánico que separa el raquis de las bayas, es decir, se separa la uva de los tallos y hojas. Esta operación se realiza en un equipo llamado despalillador. Capacidad Trabajo: 5-8 [Ton/h] Potencia: 1,1 [kW]

Figura 2. Despalilladora/Maceradora 6. 5 J. 6

Robinson, ed (2006). The Oxford Companion to Wine (3.ª edición). Oxford University Press. Catálogo Collopack Grape & Wine Processing Equipment (www.collopack.com). 21


Maceración PRE fermentativa: Maceración del mosto (pulpa) con los orujos (residuo de pieles y pepitas) a baja temperatura antes de adicionar levaduras y alcanzar la temperatura de fermentación. En este proceso se aprietan ligeramente las uvas, con lo cual se rompe la piel de estas, liberando el contenido de la uva. Esta operación se realizaba tradicionalmente usando los pies durante la fiesta de la vendimia. Sin embargo, actualmente esta operación ocurre en una máquina, generalmente, la misma que se usa para despalillar, por lo cual el costo de esta operación es nulo. La maceración es un proceso de extracción sólido-líquido. El producto sólido (materia prima) posee una serie de compuestos solubles en el líquido extractante que son los que se pretende extraer. Separación de Claros: Proceso en el cual se precipitan las partículas en suspensión y se obtiene mosto limpio. Esta operación ocurre en un estanque sedimentador. Remontaje: Bombeo del mosto PRE fermentativo o en fermentación en donde se extrae por alguna de las válvulas de la base de la cuba y se reingresa por el portalón superior. Inoculación: Adición de levaduras para iniciar la fermentación. Fermentación: Proceso en donde la levadura transforma el azúcar en alcohol y dióxido de carbono. Esta fermentación se realiza por 1 o 2 semanas, usando la levadura presente en las uvas de forma natural (puede verse como polvo en las uvas). Descube: Separación del mosto fermentado (vino) de sus orujos (pieles y pepitas). Esto se realiza por bombeo, movilizando el vino de un estanque a otro y recuperando el orujo para extraer más vino. Prensado de Orujo: Los orujos del descube se introducen en la prensa neumática en donde se extrae el vino de aún se encuentra en ellos. Existen 3 tipos principales de prensas: membrana abierta, membrana cerrada y canasta. Todas aplican el mismo principio de usar una presión controlada para evitar quebrar las semillas, las cuales liberan taninos, que son sustancias que afectan las propiedades organolépticas, y más específicamente, el sabor del vino. Cada una de estas prensan operan en forma discontinua: Se carga, luego se prensa obteniéndose producto de manera continua, se limpia y se vuelve a cargar. Existe un cuarto tipo de prensa, que opera de forma continua, llamada tornillo continuo, sin embargo está produce un vino de baja calidad. El prensado es opcional. Se realiza muchas veces para cumplir con las exigencias de producción, en virtud de que el jugo contenido en el orujo representa en el 15.30% del volumen de la uva. La presión aplicada es de 2 [bar]. La selección de una prensa u otra depende principalmente de la capacidad que se quiera procesar. Las prensas de membrana abierta o cerrada consisten básicamente en un rodillo horizontal que prensa y está ubicado sobre una correa transportadora. La prensa de canasta es básicamente un recipiente lleno de uvas maceradas u orujos y, sobre esta, un cilindro que ejerce presión como un pistón. Se decidió usar un equipo de membrana cerrada en virtud de su mayor capacidad. Tiempo operación: 3-6 [horas] 22


Capacidad: 2-75 [ton] Potencia: 1.1-1.5 [kW/ton] La figura 3 muestra cada una de estas prensas. Membrana abierta (izq.), Membrana cerrada (centro) y canasta (der.).

Figura 3. Membrana abierta (izq.), Membrana cerrada (centro) y canasta (der.) 7.

Finalmente el vino se traspasa a otros estanques. Estabilización Fría: Este proceso reduce los cristales tártaros (sales de ácido tártricos) presentes en el vino. El vino se deja reposar durante 1 o 2 semanas a temperaturas cercanas a la congelación del agua. El vino siempre retiene un poco de este compuesto, por lo cual es posible observar cristales blancos en botellas de vino almacenadas en frío por mucho tiempo. Fermentación malo láctica: Inoculación de bacterias lácticas que transforman el acido málico en ácido láctico. Este proceso reduce el pH del vino y suaviza su sabor. Sulfitado: Adición de SO2. Esta etapa tiene como finalidad la conservación del producto sin deterioro. Almacenamiento en Barriles: Traspaso del vino ya fermentado a la guarda en barriles 12 o 18 meses según su calidad. Es común que el vino se almacene en barriles hechos de roble, el cual transfiere parte de sus aromas al vino. Clarificación y reproceso: El producto proveniente de los barriles se deja sedimentar. El vino clarificado se puede continuar procesando, mientras que el fondo se recircula. Esta operación puede realizarse en un estanque sedimentador. Mezcla de Productos: Mezcla de vinos provenientes de los distintos lugares de la viña de manera de obtener las características organolépticas deseadas según la categoría del vino. Esta etapa es optativa. Estabilización: Proceso en donde se pueden adicionar productos enológicos o simplemente aplicar frio para precipitar sales o proteínas evitando que precipite en la botella una vez envasado. 7

Vinquip S.A. (www.vinquip.co.za) 23


Filtración por Tierra: Filtración para eliminar partículas en suspensión propias de la uva y del proceso de la vinificación. El producto de esta etapa es el vino. La filtración tiene dos objetivos, la clarificación y reducción de microorganismos que puedan continuar la fermentación o degradar el producto. Embotellado: El vino se traspasa a botellas, luego estas se guardan en cajas quedando el vino listo para su comercialización.

Diagrama 1. Proceso de producción vino tinto.

24


Proceso de tratamiento: Tratamiento de RILes La literatura señala un amplio número de técnicas para el tratamiento de los RILes, las cuales en forma combinada, permiten obtener altos niveles de eficiencia en el abatimiento de los contaminantes. En términos generales, normalmente se recurre a Tratamiento Primario, Secundario y Terciario, dependiendo de las características (cantidad y calidad) de los componentes que deben ser abatidos. A continuación se modelan diferentes sistemas de abatimiento para diferentes cargas de RIL afluente, las cuales determinan en su conjunto el tratamiento mínimo requerido para efectos de obtener un RIL efluente con la calidad propuesta.

Trata. Mínimo Carga Baja SS-N-LA Carga Media 1 SS-N-FS-LA Carga Media 2 SS-N-FS-LE Carga Máxima 1 SS-N-UASB-LA Carga Máxima 2 SS-N-UASB-LE

DBO min máx 92% 99%

Carga Contaminante SST A&G min máx min máx 90% 97% 88% 93%

NTK min máx 41% 71%

100%

94%

100%

95%

99%

91%

95%

41%

71%

100%

93%

99%

97%

100%

46%

57%

61%

77%

100%

97%

100%

98%

100%

88%

93%

46%

78%

100%

97%

100%

90%

100%

28%

36%

65%

83%

100%

pH

Tabla 6. Tratamiento mínimos requeridos para RILes del sector vitivinícola 8.

Además se presentan las eficiencias por equipo de los sistemas de tratamiento evaluados, con indicación de la eficiencia de abatimiento esperada para los principales contaminantes presentes en los RILes agroindustriales. Tipo de tratamiento SS N FL FC FS FSD LA UASB LE

Descripción Separación de sólidos o cribado Neutralización Flotación Coagulación- Floculación Sedimentación Física Sedimentación física con desengrasadota Lodos activados Reactor anaeróbico Lagunas de estabilización

DBO5 (mg/l) 30-40% 70-95% 75-85% 25-70%

SS (mg/l) 30-40% 85-95% 85-95% 50-70%

A&G (mg/l) 20-30% 85-95% 75-85% 25-40%

pH 100% -

60-80% 88-98% 70-90% 86-95%

65-85% 85-95% 80-90% 92-98%

100% 85-95% 0% 10-20%

-

Tabla 7. Eficiencias por equipo para el tratamiento requerido en RILes del sector vitivinícola 9.

8 9

Anexo E, Guía “Condiciones Básicas para la Aplicación de RILes de Agroindustrias en Riego” Tabla 2.5, Guía “Condiciones Básicas para la Aplicación de RILes de Agroindustrias en Riego” 25


El RIL crudo generado en la producción de la viña Los Vascos posee una caracterización dada por la tabla 2, correspondiente a una carga de contaminantes baja. Según lo expuesto en la tabla 6 el tratamiento mínimo del RIL debe seguir una configuración de tratamiento primario compuesta por la separación de sólidos y neutralización, mientras que el tratamiento secundario corresponde a sistema de lodos activados. A continuación se describe la configuración a utilizar en el tratamiento del RIL crudo con el objetivo de cumplir con las recomendaciones de la Guía “Condiciones Básicas para la Aplicación de RILes de Agroindustrias en Riego”. Tratamiento Primario. a. Separación de sólidos: El tratamiento tiene como objetivo el proteger la instalación de la llegada de objetos capaces de producir obstrucciones en todas las etapas del proceso, dependiendo su eficiencia de operación, del tamiz utilizado. Para el tratamiento primario del RIL se ha propuesto trabajar con un sistema de molineta rotatoria, que permite capturar los sólidos entre un rango de 0,30 a 0,50 mm aproximadamente, construida de acero inoxidable. Considerando las eficiencias dadas en la tabla 7 para los tipos de tratamientos, es posible realizar un balance de masa en el equipo. DBO5: 2000 [mg/l] SS: 650 [mg/l] NTK: 38 [mg/l] pH: 4

Molineta

DBO5: 1300 [mg/l] SS: 422,5 [mg/l] NTK: 38 [mg/l] pH: 4

DBO5: 700 [mg/l] SS: 227, 5 [mg/l] NTK: 0 [mg/l] pH: 4 Diagrama 2. Balance de masa molineta rotatoria.

b. Neutralización: Tratamiento químico que está destinado a llevar el pH del RIL próximo a la neutralidad. Se establecerá un sistema de regulación de pH y homogenización, este sistema incorporaría un estanque o piscina, que permitiría una homogenización y una neutralización del RIL previo a la etapa del tratamiento biológico. El tamaño de estanque será definido según las variaciones punta del RIL de ingreso en vendimia, donde se considera una retención de mínimo en turno de 8 horas, por lo que se establecerá construir una piscina para albergar 50 m 3, en dicho estanque se instalarían los equipos de control y la adición de un álcali, la que puede ser una solución de soda cáustica, carbonato de sodio o leche de cal. 26


DBO5: 1300 [mg/l] SS: 422,5 [mg/l] NTK: 38 [mg/l] pH: 4

Neutralización

DBO5: 1300 [mg/l] SS: 422,5 [mg/l] NTK: 38 [mg/l] pH: 7,5

Diagrama 3. Balance de masa etapa de neutralización.

Tratamiento Secundario. Lodos Activados: La propuesta consiste en un tratamiento aeróbico, en que es utilizado un cultivo bacteriano disperso en flóculos (lodos activos) en un depósito agitado y aireado, el que es alimentado con el RIL que se requiere tratar, seguido de una sedimentación. El lodo está compuesto por una población de microorganismos heterogénea, la que cambia continuamente en función de la composición del RIL. El sistema contempla un bioreactor de 6000 l de capacidad, está constituido de polietileno de alta densidad, y su función es la creación y generación de bacterias para degradar la materia orgánica, permitiendo una rebaja considerable, de los parámetros de DBO 5 y sólidos suspendidos disueltos, lo que permitiría garantizar el resultado final del agua tratada. Operacionalmente el bioreactor estará conectado con la laguna de aireación y, lo cual permitiría la inoculación de una carga de bacterias y bioenzimas (*), mediante una bomba dosificadora, al bioreactor se insufla oxigeno proveniente del aire ambiental. La aplicación de este tratamiento puede ser utilizado para concentraciones de DBO 5 de hasta 12.000 mg/l, aproximadamente, o bien después de un tratamiento anaeróbico para concentraciones mayores de DBO 5. Finalmente se considerará en la configuración del tratamiento la incorporación de un estanque de almacenamiento de todos los lodos recuperados del proceso, que proviene esencialmente de la laguna de aireación y sedimentación, para ello los lodos se succionaran mediante una bomba tipo voltex, los cuales ingresara por la tranquilizador central del esperador y las aguas contenidas regresaran a las lagunas por un sistema de rebosadero y retorno. DBO5: 1300 [mg/l] SS: 422,5 [mg/l] NTK: 38 [mg/l] pH: 7,5

Lodos activados

DBO5: 91 [mg/l] SS: 42,25 [mg/l] NTK: 16,72 [mg/l] pH: 7,5

DBO5: 1209 [mg/l] SS: 380, 25 [mg/l] NTK: 21,28 [mg/l] pH: 7,5 Diagrama 4. Balance de masa tratamiento secundario, lodos activados. (* )

Ficha Técnica de Microorganismos al final del capítulo. 27


Definidas las variables del RIL a tratar (volumen, distribución y calidad) y los tratamientos de abatimiento de contaminantes para cumplir los requisitos establecidos, se procede a realizar el balance hídrico. Se presenta la metodología considerada en la Guía “Condiciones Básicas para la Aplicación de RILes de Agroindustrias en Riego”, para la caracterización de los parámetros que definen la oferta hídrica de calidad proveniente del sector productor de vinos, con respecto a los parámetros que definen la demanda hídrica de un cultivo, para diferentes condiciones geográficas. En la Diagrama 5 se presenta el esquema general, donde se indican cada una de las variables influyentes y en qué etapa del proceso intervienen.

Diagrama 5. Esquematización de la guía de uso de agua de RILes en riego agrícola.

Caracterización agroclimática. En la Tabla 8 se presentan los datos climáticos necesarios, registrados en la zona de Peralillo.

28


Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Total

Precipitación (mm/mes)10 5,6 5,7 9,1 22,3 74,6 87,4 72,8 61,3 27,3 16,7 9,6 6,8 399,2

Precipitación efectiva (mm/mes) 0 0 0 0 67,3 75,3 66,1 57,9 0 0 0 0 266,8

ETo (mm/mes)10 182 171,3 142,6 101,7 62,9 35,9 24,8 35,7 65,1 103,2 141,5 170,8 1237,5

Tabla 8. Presentación de los Registros de Precipitación y Evaporación Potencial de la Zona de Peralillo.

La demanda hídrica neta depende del cultivo establecido, ya que se obtiene a través de la diferencia entre la Evapotranspiración de cultivo (ETc) y el aporte de la precipitación, particularmente, de la precipitación efectiva. Para el cálculo de la precipitación efectiva, se emplean diversos criterios. Este parámetro no se obtiene directamente de las estaciones meteorológicas, por lo que es necesario realizar un cálculo teórico. Tanto en la macrozona I, como la II se recomienda proceder al cálculo de la precipitación efectiva según el método propuesto por Blaney y Criddle, cuya aplicabilidad se ajusta especialmente a zonas áridas y semiáridas. El cálculo se realiza a partir de la precipitación real mensual expresada por la siguiente ecuación: Y= -0,0032 x2+1,1415 x

Donde, Y = Precipitación Efectiva Mensual, expresada en mm X = Precipitación Real Mensual, expresada en mm

(1.7)

Tasa de riego, Superficie de Cultivo y Capacidad de Embalsamiento. a. Tasa de Riego: Con los antecedentes de evapotranspiración y los Kc mensuales reconocidos para la especie Vid vinífera, se procede a determinar la tasa de riego neta, antecedentes que se resumen en la Tabla 9.

10

“Atlas Agroclimático de Chile, Regiones VI y VI”, Fernando Santibáñez.1990. 29


Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Total

Kc 11 0,54 0,24 0,18 0 0 0 0 0 0,35 0,45 0,55 0,54

ETo (mm/mes) 182 171,3 142,6 101,7 62,9 35,9 24,8 35,7 65,1 103,2 141,5 170,8 1237,5

ETc (mm/mes) 98,28 41,11 25,67 0 0 0 0 0 22,79 46,44 77,83 92,23 404,34

Tasa de Riego (m3/mes/ha) 1404 587 367 0 0 0 0 0 326 663 1112 1318 5776

Tabla 9. Cálculo de Demanda Hídrica y Tasa de Riego Unitaria para Vid Vinífera, variedad Tinta, en la Macrozona Centro. ETo: Evapotranspiración potencial Kc: coeficiente de cultivo ETc: Evapotranspiración efectiva

La Tasa de Riego considera una eficiencia de aplicación de un 70%, estimada para un riego por surcos con sistema de recirculación.

b. Superficie requerida: El volumen de RIL disponible es de 4500 m3 /año, lo que divido por la demanda unitaria (5.776 m3 /año/ha), determina una necesidad de superficie equivalente a 0,78 ha. c. Capacidad de embalsamiento: Reconocidos los antecedentes de oferta y demanda hídrica y, establecido que la demanda es efectiva desde septiembre a abril (8 meses) para una oferta continua, se evalúa el requerimiento de embalsamiento para los meses en que la oferta excede a la demanda.

Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio 11

Caudal RIL Tasa de Uso de RIL Demanda de Embalsamiento tratado Riego Embalsado embalse acumulado 3 3 3 3 (m /mes) (m /mes) (m /mes) (m /mes) (m3) 1095 1095 0 458 458 0 286 286 0 1500 0 0 1500 1500 1500 0 0 1500 3000 1500 0 0 1500 4500 0 0 0

Kc de la vid se obtuvo de Doorenbos and Pruitt, 1976. 30


Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Total

4500

0 254 517 867 1028 4500

0 254 517 867 1028 4500

0 0 0 0 0 4500

Tabla 10. Cálculo de Uso y Requerimiento de Embalse.

El volumen máximo de acumulación de agua que debe ser almacenada en un tranque de acumulación, cantidad que determina el tamaño de diseño del mismo. Como se mencionó anteriormente, para dar un margen de seguridad a la operación, se debe incrementar este volumen en un 20% (a 5400 m 3). Este podría tener las siguientes dimensiones, profundidad 3,1 m, largo 43,4 m y ancho 40,3 m. Ficha Técnica 12 Producto: Tratamiento para la Bio Masa de vinos. Código: BCP56. Descripción: Microorganismos utilizados para el tratamiento biológico de desechos líquido de frutas, vegetales y vinos. Atributos: -

BCP56, entrega gran resistencia a los inhibidores orgánicos en frutas, vegetales y vinos. Es utilizado en el proceso de producción de frutas, vinos y vegetales.

Beneficios: -

Ayuda a la partida de nuevas plantas de tratamiento. Mejora la calidad del efluente. Incrementa la eficiencia del tratamiento de los desechos líquidos. Reduce la generación de grasas. Controla los organismos filamentosos. Reduce olores y la espuma.

Características Técnicas. Distintas dosis, según aplicación: - Plantas de tratamientos. - Filtros activados. Sistemas de lagunas.

12

Catálogo Bionetix International, representada en Chile por Biomax S.A. 31


Diagrama 6. Proceso de tratamiento de RILes industria vitivinícola.

32


Capítulo 3: Estimación de Costos de Inversión y Operación Costos de operación y Mantención en Proceso de Producción Los principales costos de operación son los asociados a la operación de las máquinas de proceso, principalmente el consumo de electricidad de los equipos. Otros costos relevantes son los de limpieza y mantenciones de rutina. Se presenta una tabla con el detalle de los equipos y su consumo de electricidad. Costos operación Equipo

Capacidad [ton/h] Selección 8 Despalillado/Macerado 8 Prensado orujo 12,5 Bombeo 18

Potencia [kW] 1 1,1 1,3 4

Consumo [kWh] 12,5 13,75 10,4 32

Costo [$/día] 1875 2062,5 1560 4800 Total

Costo [$/año] 112500 123750 93600 288000 617.850

Tabla 11. Costos de operación proceso de producción.

Los resultados de consumo presentados se derivan de la producción y la capacidad de procesamiento de los equipos individuales. Se consideró una capacidad de procesamiento de 6.000 [ton/año] de uva y 60 días de producción, asociado al tiempo de vendimia. Se calcula que cada día se procesan, en consecuencia, 100 [ton/día]. El proveedor de los equipos es la empresa “Collopack”. En su sitio web se puede encontrar información más detallada. De la tabla presentada, es importante destacar la capacidad de los equipos de selección y despalillado que es de hasta 8 [ton/h]. En base a esta característica, es decir, usando sólo una de estas máquinas, especificamos el tiempo de operación. 100ton/día Tiempo operación 

8 ton/h

Tiempo operación  12,5 h/día

De este resultado se concluye que durante la vendimia, se trabajará con 2 turnos de 8 horas, con lo cual se cumple con la producción y a su vez, con los tiempos muertos, que son la carga, descarga, limpieza y mantenciones, especialmente de las prensas, que operan de modo discontinuo. Se deduce a partir de estos resultados y la capacidad de los equipos, que el equipo seleccionador de uva y el despalillador operan por 12.5 horas, mientras que las bombas y las prensas trabajarían sólo 8 horas a su capacidad total. Por lo tanto, el costo de operación por año es de $ 617.850. Se asignará un presupuesto para limpieza y mantenciones de $ 1.000.000. 33


Costos de operación y Mantención en Proceso de Tratamiento. El proceso de abatimiento de lodos anteriormente propuesto contempla los siguientes equipos. a. Molineta rotatoria 13: La inversión es de US$ 10.000 a 20.000 para flujos de 5 a 25 L/s con sistema de transporte, lavado y compactado incorporado.

Figura 4. Molineta Separador de Sólidos.

b. Lodos Activados 14: La inversión por carga orgánica de diseño es de 95 a 1250 US$/ Kg DBO5. Por volumen de RIL de diseño es de 440 a 5.000 US$/m 3.Los costo de operación por carga orgánica eliminada es de 30 a 400 $/ kg de DBO 5.

Figura 5. Lagunas de aireación con sistema de aireación. Al fondo laguna de sedimentación.

c. Equipos de aireación 13: Los flotantes anclados con cables de acero a las orillas de la laguna, U.S. Electrical 7,5 HP, potencia de aireación 2x 5,5 KW y una tasa de adición de oxigeno a la laguna de 13 Kg/h. d. Bioreactor 13: Operacionalmente el bioreactor está conectado con la laguna de aireación

y, lo cual permitiría la inoculación de una carga de bacterias y bioenzimas, mediante una bomba dosificadora, al bioreactor se insufla oxigeno proveniente del aire ambiental. Los costos de inversión son aproximadamente $7.225.000.

13

Catálogo Sacaf Ingeniería Agroindustrial (www.sacaf.cl) 34


Figura 6. Estanque bioreactor.

e. Espesador de Lodos 14: La incorporación esperadora de lodos, es un estanque de almacenamiento de todos los lodos recuperados del proceso y que proviene esencialmente de la laguna de aireación y sedimentación, para ello los lodos se succionaran mediante una bomba tipo voltex, los cuales ingresara por el tranquilizador central del esperador Con la instalación y funcionamiento del esperador se regularan y eliminaran los lodos exceso y se mantendrá el equilibrio biológico del sistema. Los costos de inversión son aproximadamente $13.180.000.

Figura 7. Espesador de Lodos.

Equipo 15 Bomba VOGT A901 DMS/150 Bomba VOGT A751 FMS/150 Bomba Fligt Bomba dosificador Pedrolio Bomba VOGT A751 FMS/150

Potencia [kW] 5,5 4 5,9 0,4 5,5

Consumo diario [kW] 110,4 80,9 117,7 0,9 80,9

Tabla 12. Sistema de bombas del proceso. 14 15

Catálogo Wetland Tecnología Ambiental (www.wetland.cl) Catálogo VOGT Líderes en la Impulsión de Fluidos. (www.vogt.cl) 35

Costo [$/año] 993.600 728.100 1.059.300 8100 728.100


Capítulo 4: Impacto Ambiental del Proyecto Marco legal nacional de normativa ambiental atingente al proyecto. Las principales normativas ambientales que rigen el presente proyecto a nivel nacional son las siguientes: - Ley Nº 19.300, “Aprueba ley sobre bases generales del medio ambiente”, Ministerio Secretaria General de la Presidencia 16. Se presentan disposiciones generales e instrumentos de gestión ambiental, además se establece la responsabilidad de daño ambiental y su respectiva fiscalización. Finalmente se refiere a la creación del Ministerio de Medio Ambiente. - Ley Nº 18.455, “Fija normas sobre producción, elaboración y comercialización de alcoholes etílicos, bebidas alcohólicas y vinagres”, Ministerio de Agricultura 17. Se presentan disposiciones generales, normas de producción de diversos alcoholes, comercialización, sanciones productivas y administrativas. Además anexa Decreto Nº 78 y Decreto Nº 464. - Decreto Nº 78, “Reglamenta Ley Nº 18.455 que fija normas sobre producción, elaboración y comercialización de alcoholes etílicos, bebidas alcohólicas y vinagres”, Ministerio de Agricultura 18. El presente decreto reglamenta y complementa la Ley 18.455. - Decreto Nº 464, “Zonificación vitícola y denominación de origen”, Ministerio de Agricultura 19. Se establecen regiones vitivinícolas del país, clasificación de vino según cepa utilizada y se refiere a la creación de una comisión asesora del Servicio Agrícola y ganadero. - Norma Chilena Nº 1333, “Norma chilena sobre requisitos de calidad del agua para diferentes usos”, Ministerio de Obras Publicas 20. Se establecen requisitos de calidad de agua de acuerdo a su uso, concentraciones máximas permitidas de contaminantes. - Guía, “condiciones básicas para la aplicación de RILes de Agroindustrias en riego”, Ministerio de Agricultura 21. Se presenta la caracterización de contaminantes de diversos RILes de industrias agropecuarias, clasifica el agua de riego por calidad, compara la normativa nacional frente a la internacional y muestra diversas alternativas de tratamiento de RIL. Marco legal internacional de normativa ambiental atingente al proyecto. 16 17 18 19 20 , , , y 21

Documentos Biblioteca del Congreso Nacional de Chile online (www.leychile.cl) Documento página oficial Servicio Agrícola y ganadero (www.sag.cl) 36


Las principales normativas ambientales que rigen el presente proyecto a nivel internacional son las siguientes: - ISO 14001:2004 Sistemas de gestión ambiental. Requisitos con orientación para su uso22. Norma aceptada internacionalmente que establece como implementar un sistema de gestión ambiental eficaz. Busca reducir el impacto ambiental del proyecto sin ver perjudicada su rentabilidad. Inicialmente analiza y comprende todas las normativas medioambientales pertinentes al proyecto para luego, mediante revisiones periódicas, lograr objetivos de mejora. - OHSAS 18001:2007 Seguridad y Salud Laboral 23. Especificación de evaluación aceptada internacionalmente para sistemas de gestión de la salud y la seguridad en el trabajo. Considera planificación, evaluación y control de riesgos, preparación y respuesta ante emergencias y además establece un control de funcionamiento del proyecto lo que con lleva a un mejor rendimiento. Además otras normativas que pueden ser consideradas: - ISO 14004, ISO 14005, ISO 140014, ISO 14020, ISO 14023, entre otros 24. Análisis de Pertinencia para ingreso al Sistema de Evaluación Ambiental (SEA) 25. El análisis de Pertinencia para ingreso al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA) tiene como objetivo decidir si un determinado proyecto o actividad debe someterse a este sistema. Los antecedentes que deben ser presentados para evaluar el ingreso al SEA son los siguientes: •

Descripción del proyecto o actividad, indicando si pertenece al sector o rubro agrícola, industrial, minero, entre otros.

Planta de tratamiento de Residuos Industriales Líquidos de viña Los Vascos. •

Lugar donde se ejecutará el proyecto o actividad (comuna(s), provincia(s), región(es) y coordenadas geográficas indicando la referencia utilizada).

Valle de Colchagua, Provincia de Colchagua, VI Región del Libertador General Bernardo O'Higgins.

22 23 24 , y Documentos 25

página oficial Organización Internacional de Estandarización (www.iso.org) Procedimiento planteado página oficial Servicio de Evaluación Ambiental (www.sea.gob.cl) 37


•

Indicar las características generales del proyecto o actividad y sus cualidades específicas, de acuerdo con las posibles tipologías aplicables del artículo 10 de la Ley Nº 19.300 en que podría ser subsumido.

El sistema de tratamiento se compone inicialmente de filtros que retiene partículas mayores a 1[mm] para continuar con una cámara neutralizadora de pH, luego continua un sistema de sedimentación para proceder a un tratamiento biológico de una etapa (Lodos Activados). Finalmente el efluente es almacenado en estanques o un embalse aireado para su disponibilidad como agua de riego. El presente proyecto si entra en la categoría de proyectos o actividades susceptibles a causar impacto ambiental según la Ley Nº 19.300 debido que coincide con la letra o) del artículo 10 de la presente Ley. Finalmente el proyecto es analizado mediante los artículos 5, 6, 8, 9, 10 y 11 del Decreto Supremo Nº95, resultando afecto al artículo 6 por ende se debiese realizar un Estudio de Impacto Ambiental (EIA) para su normal ejecución.

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Capítulo 5: Discusión El proyecto propuesto es una alternativa de tratamiento a implementar en Viña Los Vascos, ubicada en la VI región, ya que en la situación actual de la viña los desechos producidos por la producción de vino (RILes) son descargados directamente en el alcantarillado sin un mayor tratamiento, no cumpliendo las normas mínimas y dañando significativamente el medioambiente. Los RILes generados sin un tratamiento adecuado mantendrán sus concentraciones de contaminantes, los cuales afectan al medioambiente de las siguientes formas: Demanda Biológica de Oxígeno (DBO 5) -

Aguas: Una elevada carga se traduce en el agotamiento del oxígeno disuelto en el agua, lo que impide la sobrevivencia de la flora y fauna acuática.

-

Suelo: La presencia de materia orgánica (en estado húmico) es siempre deseable, ya que por su intermedio se desarrollan procesos de integración estructural del particulado fino, favoreciendo así las propiedades de infiltración y retención de agua. También permite, a través de la degradación, la entrega de micronutrientes esenciales para las plantas. No obstante lo anterior, descargas de materia orgánica fresca producen una fuerte competencia entre los microorganismos del suelo con la planta, por lo que se debe cuidar que la relación Carbono/Nitrógeno (C/N) se mantenga en los rangos 8:1 a 15:1.

-

Atmósfera: Su presencia en exceso condiciona reacciones anaeróbicas, las cuales pueden generar olores molestos.

Sólidos Suspendidos -

Aguas: En aguas superficiales, produce una disminución de la transparencia así como modificaciones en el color, afectando con ello a los organismos fotosintéticos.

-

Suelos: Las distintas partículas se depositan directamente sobre el horizonte superficial formando costras de diferente espesor, reduciendo el espacio poroso, sellando e impidiendo el intercambio gaseoso suelo-atmósfera, reduciendo o anulando la permeabilidad e infiltración del agua, afectando directamente la nitrificación y el crecimiento y desarrollo de las plantas.

-

Riegos: En riegos localizados (goteo o microaspersión) se produce la obstrucción de los goteros con concentraciones mayores a los 100 mg/l.

Otro tema a discutir es el hecho de que la Norma Chilena 1333 no es tan restrictiva como debiese ser, en comparación con otros países, es por esto que se ha implementado y en la actualidad se exige normar los RILes mediante el uso de la guía “Condiciones Básicas para la Aplicación de RILes de Agroindustrias en Riego” elaborada por la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile, la cual es un compendio de diversas leyes y normativas nacionales. 39


En Chile la fiscalización del cumplimiento de estas normas no está totalmente regularizada, son tantas empresas las que deben regirse por esta legislación que el cumplimiento de estas queda, en la mayoría de los casos, en manos de las mismas empresas, las cuales simplemente se rigen por criterios como si la contaminación afecta la producción o si esta tiene efectos inmediatos en el medioambiente cercano. En la actualidad solo se fiscaliza la descarga a aguas superficiales, debido a que este procedimiento puede filtrar y afectar napas subterráneas, las cuales se conectan con otros cuerpos de agua mayor pudiendo resultar perjudicial para la población. Si bien el presente proyecto plantea establecer una planta de tratamiento para poder generar, a partir de RILes, agua de regadío conllevando claramente una mayor inversión debido a las bajas concentración exigidas en comparación con tratamiento de agua para descarga al alcantarillado este costo es amortizado por el hecho en el ahorro del suministro de agua de regadío que sería autogenerada. Además un tema ligado al anterior es el hecho del beneficio que implica la implementación de un proyecto como el presente, ya que es vital en el control de la emanación de olores indeseados los cuales pueden ser factores beneficiosos para la proliferación o aparición de vectores insalubres, entiéndase ratones, moscas y otros tipo de plagas.

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Conclusiones Se estudió la rentabilidad de preparar una viña con una capacidad anual de 6000 [ton] de uvas para producir 4.500.000 litros de vino tinto Cabernet Sauvignon para comercializar dentro del país, principalmente, y se investigaron alternativas para procesos de tratamientos de RILes que cumplan con la normativa ambiental para la aprobación del proyecto. La producción de vinos es estacional y contempla un periodo de 60 días de vendimia. Se planea vender el vino a un precio representativo del mercado nacional de $ 3.473, correspondiente a la mediana de los precios del año 2004. Se descartó la posibilidad de producir vino corriente pues el precio de venta que es inferior a $ 1.000 no justifica una inversión tan grande como lo es una planta de calidad internacional que vela por cumplir con la normativa ambiental. Además, el costo de producción de una botella de vino con la información disponible asciende a $ 1.372. Considerando costos de producción (electricidad, mano de obra y mantenimiento), materias primas y una inversión de bodega, plantas de proceso y tratamiento de RILes por un periodo de recuperación de inversión de 20 años, resulta que el valor agregado de nuestro vino es de $ 2.101,14 lo que hace rentable el proyecto en la medida que las ventas sean al menos el 40% de la producción anual. No se descarta la exportación del vino solo que no fue parte del estudio. Se considera dejar un porcentaje para exportación, manteniendo la producción, durante los primeros años, ya que es de esperarse que las ventas en Chile los primeros años sean bajas por la intensa competencia que ejercen los viñedos más antiguos y ampliamente conocidos en el mercado del vino chileno. La elaboración de vinos genera un RIL difícil de predecir de antemano por que la materia prima principal, la uva, no es uniforme. Por esta razón se emplearon las características medias de una viña conocida llamada “Los Vascos” que se ubica dentro de la sexta región. El RIL tratado ha de cumplir con la cualidad de servir para regadío de acuerdo a la normativa chilena. Las características principales del RIL sin tratar son 2000 [mg/L] de DBO 5, 650 [mg/L] de SST, 38 [mg/L] de NTK y 4 de pH. El RIL tratado cumple con las siguientes características: 91 [mg/L] de DBO 5, 42.25 [mg/L] de SST, 16.72 [mg/L] de NTK y 7.5 de pH, valores obtenidos a partir de cálculos de eficiencia de remoción de contaminantes para la configuración de equipos seleccionada. Con los datos presentados, la eficiencia de remoción de SST es de 93.5%, la de DBO 5 es 95.4%, la de NTK es de 56% y el pH resultante cumple con la norma. Finalmente cabe destacar que un aumento en la producción de vinos elevará la cantidad de RIL en el proceso, aunque la configuración del tratamiento del RIL establecida en este estudio abarca un cierto margen de aumento del RIL, en caso de que la carga del RIL pase a media o alta en la tabla 6 es posible determinar la configuración necesaria para el abatimiento del RIL, con lo cual se debería considerar un arreglo del tratamiento aprovechando la instalación preexistente.

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E12 - Tratamiento de RILes en industrías Vitivinícolas. Alternativas de tratamiento

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