Escudo de la República de Colombia Escudo de la República de Colombia
UN Periódico Digital

Resultados de Búsqueda:

UN Periódico Digital
Electricidad limpia aguas residuales de la industria de café instantáneo

El cultivo del café ha sido vital en el desarrollo de Colombia. De él se desprenden muchas industrias paralelas como la de café soluble o instantáneo, que en la actualidad es uno de los sectores con mayor crecimiento internacional.

Según la Federación Nacional de Cafeteros, aunque primordialmente se esté exportando el grano verde, el comercio de café soluble ha venido creciendo en los últimos años y ya representa un porcentaje importante de ventas en el exterior, cercano al 7,4 %. La tendencia mundial también ha marcado la comercialización de este tipo café como un sector en constante desarrollo, de tal forma que se estiman transacciones por cerca de 28.000 millones de dólares anuales y se cree que para 2020 crecerán en 8,3 billones de dólares.

Pese a dicho potencial, la elaboración de café instantáneo genera altas cantidades de aguas residuales con un considerable nivel de contaminación; por ejemplo, un elevado contenido de moléculas como polisacáridos, cafeína y  ácidos clorogénicos, que cuando se descargan al medioambiente, dificultan el proceso de degradación natural de la materia orgánica que los acompaña.

El investigador Harold Norbey Ibarra Táquez, doctor en Ingeniería - Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), afirma que se generan entre 40 y 45 m3 de agua residual por tonelada procesada de café, valores que pueden variar según de las prácticas de ahorro de agua, el tipo de extracción y las técnicas aplicadas para remoción de sólidos.

Para obtener café soluble se utilizan dos procesos: el secado por aspersión (spray dry) y la liofilización. En los dos casos, el tueste del grano se hace a menor temperatura (entre 190 y 210 oC) y a continuación es molido y solubilizado en agua caliente. El líquido obtenido se centrifuga y luego se seca. En el proceso spray-dry el secado se realiza por aire caliente, mientras que en la liofilización se hace por congelación brusca a bajas temperaturas. El café obtenido equivale a cerca de un 40 % del peso del café verde.

En Caldas, por ejemplo, a consecuencia de estos procesos, la claridad y pureza de la quebrada Minitas-Olivares, que representa el 30 % del agua que surte a Manizales, se ve afectada en sus cerca de 5.000 hectáreas de extensión. Sumado a ello, las aguas domésticas, del matadero y hasta del relleno sanitario de la ciudad dificultan aún más la situación.

Estas aguas llegan hasta los ríos Guacaica, luego al Chinchiná y de este al Cauca –segunda afluente más importante del país– que, a su vez, termina depositándolas en el Magdalena, principal arteria fluvial de Colombia. Tal recorrido de aguas residuales provoca la pérdida de la biodiversidad en el ecosistema acuático y, según la Organización de las Naciones Unidas (ONU), resolver este problema de manera razonable para América Latina acarrea un costo cercano a los 12.000 millones de dólares, durante unos 10 años, y para los 140 países de todo el mundo el monto equivaldría a 280.000 millones de dólares.

Con el objetivo de explorar procesos eficaces de tratamiento para reducir el color y obtener altos niveles de mineralización de las aguas residuales provenientes de la industria del café soluble, el investigador probó dos procesos electroquímicos: electrocoagulación y procesos electroquímicos avanzados de oxidación. Dentro de estos últimos se seleccionó la oxidación anódica como la opción más adecuada para tratar las aguas residuales de esta industria. Un trabajo que realizó conjuntamente con el grupo de investigación en Procesos Reactivos Intensificados con Separación y Materiales Avanzados (Prisma) de la UNAL Sede Manizales.

Eliminar los rastros del café

La electrocoagulación consiste en la desestabilización de los contaminantes suspendidos o disueltos en el agua, mediante la acción de corriente eléctrica directa de bajo voltaje y por la acción de electrodos metálicos. En este proceso se genera una elevada carga de iones con carga eléctrica positiva, conocidos como cationes, que desestabilizan los contaminantes del agua residual generando gases como hidrógeno y oxígeno, capaces de absorber y producir un conjunto de partículas pequeñas aglutinadas de contaminantes llamados flóculos.

El investigador explica que por la acción del hidrógeno y el oxígeno se generan turbulencias que empujan los flóculos producidos hacia la superficie del recipiente transparente de forma cilíndrica conocido como “beaker”.

Este proceso elimina contaminantes como aceites y grasas, metales pesados, coloides, moléculas orgánicas y color, entre otros, obteniendo un desecho en forma acuosa compuesto por especies químicas de hierro ligadas a arsénico. Se trata de una tecnología de bajo coste y que necesita poca inversión en mantenimiento.

Además se obtiene la oxidación de metales, se degrada la demanda química de oxígeno, una medida utilizada para identificar la cantidad de sustancias disueltas en el agua, susceptibles de ser oxidadas por medios químicos, y la demanda biológica de oxígeno, que mide la cantidad de oxígeno molecular al degradar la materia orgánica en el agua.

Sin embargo el ingeniero considera que la electrocoagulación se debe complementar con otra tecnología para alcanzar los estándares impuestos por la legislación colombiana vigente respecto a la concentración de demanda química de oxígeno.

Una segunda alternativa

Con respecto al segundo proceso, el de oxidación anódica, se trabaja introduciendo en el agua a tratar uno o varios electrodos, ánodo (polo negativo) y cátodo (polo positivo) y aplicando una tensión continua. La base de esta tecnología se realiza en estos electrodos que provocan una reacción de migración de iones y convierten la energía eléctrica directamente en reacciones químicas.

A diferencia de la electrocoagulación, en este proceso los ánodos de metal son reemplazados por ánodos de grafito y diamante dopado con boro. “Este material, trabajado por separado, es muy utilizado en la oxidación anódica porque logra romper las moléculas y genera lo que nosotros llamamos radicales hidroxilos, que oxida los contaminantes que hay dentro del agua y los convierte en sustancias inocuas o menos perjudiciales para el medio ambiente”, explica el investigador.

Además comenta que para los 200 mL (mililitros) de agua residual tratada, se requirieron 425,4 A. m² (amperios por metro cuadrado), para el sistema de un ánodo de grafito, mientras para el sistema con diamante dopado con boro se necesitan 300 A. m².

No obstante, “entre el grafito-acero y el diamante dopado con boro, el segundo, aunque es más costoso, es más efectivo porque la reducción de demanda química de oxígeno, de carbón orgánico total y de color son más rápidas, casi dos horas y media de operación, en esa etapa de oxidación anódica cuando utilizan este electrodo”, indica el investigador, quien contó con la colaboración de sus directores de tesis Miguel Ángel Gómez e Izabela Dobrosz-Gómez, docentes de la UNAL.

Comparando los resultados con la norma colombiana, se encontró que, por ejemplo, en demanda química de oxígeno se exigen 1.000 mg/L y se alcanzaron 950 mg/L; en sólidos totales lo máximo son 400 mg/L, y después del tratamiento el agua alcanzó una concentración de apenas 70 mg/L; en demanda biológica de oxígeno la legislación lo limita hasta 600 mg/L y con el proceso se obtuvo hasta 280 mg/L y finalmente el pH, que debe estar entre 6 y 9, alcanzó un nivel mínimo de 6.

“Cada uno de estos valores están por debajo de lo que exige la legislación colombiana en su Resolución 631 de 2015. Además, el gasto no es excesivo. Por ejemplo, se obtuvo que la reducción de demanda química de oxígeno en proceso de oxidación anódica tuvo un costo operacional de 10,8 dólares/m3, mientras que por electrocoagulación su costo es de 8,4 dólares/m3”, amplía.

Para el investigador, las aguas analizadas se degradan a un líquido residual que no es tóxico para organismos acuáticos sensibles a la contaminación. Por ahora estos dos procesos son dos “técnicas” prometedoras que se utilizan por primera vez para limpiar con éxito aguas contaminadas por la industria del café a escala de laboratorio. Llevarlo a un nivel industrial es una tarea que requiere de varios años de investigación adicional para evaluar la viabilidad desde el punto de vista técnico y económico en el tratamiento de estas aguas.

Lea la tesis doctoral “Procesos electroquímicos para el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria de café soluble”.

Relacionados

340,2313,1598,2314,2315,2316

En Manizales, un grupo de mujeres está cambiando un estilo de vida propio del campo. Tras enfrentarse al machismo tradicional de la región, superaron...

Este residuo, que representa el 44 % del peso fresco del grano, se puede convertir en un problema para su disposición final por parte de los...

La especulación proveniente desde los fondos de inversión internacionales han puesto en jaque al mercado del grano en el mundo, el cual, además de los...

Además de los bajos precios, con los que no alcanzan a cubrir los costos de producción, los cerca de 34.000 caficultores caldenses se enfrentan a los...

Endémica de Colombia, podría aprovecharse como planta ornamental y en la industria farmacéutica. Los investigadores que la identificaron dieron su...

Consejo Editorial