monografia cerveza
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FACULTAD DE INGENIERÍA EN
INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
INDUSTRIA CERVECERA
CATEDRÁTICO : Ing. CESAR LIMAS AMORIN
ALUMNOS : BRAVO HINOSTROZA RITA
GAVILAN GUILLEN NARDA
LEON ROBLADILLO MARTHA
MORENO RAMIREZ DANIEL
SILVA RUIZ JUANA
YUPANQUI CHUQUILLANQUI TONY
Semestre : IX
Huancayo – Perú
- 2013-
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ. FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS. CÁTEDRA: TRATAMIENTO DE AGUAS
Ing. CESAR LIMAS AMORIN
I. INTRODUCCION
Es de nuestro conocimiento que en las últimas tres décadas se ha registrado un marcado
crecimiento industrial y comercial, en especial en las principales ciudades de nuestro
país. Esto trae como consecuencia mayor progreso y desarrollo, pero al mismo tiempo
el aumento de residuos industriales, los cuales al no ser manejados adecuadamente
causan un gran impacto en el ambiente ya que contaminan el suelo, al aire y el agua, ya
que son utilizados como si fueran un sumidero para la colocación de los residuos,
empeorando su calidad de tal forma que no serán útiles por mucho tiempo para
quienes necesiten de estos elementos básicos de la naturaleza.
Si hablamos del caso específico de la industria cervecera, hay que reconocer que el mal
manejo de los residuos industriales está convirtiendo el medio ambiente de la capital en
un lugar insalubre, no sólo para la especie humana, sino también para la flora y fauna.
Desafortunadamente la legislación existente en el país referente al tema, tiene poca o
ninguna aplicabilidad, dejando al industrial en libertad de hacer poco o nada en cuanto
al manejo racional de sus desechos.
LOS OBJETIVO PLANTEADOS POR EL GRUPO SON:
Analizar los parámetros del agua residual tratada de la industria Cervecera en
función de un posible uso.
Mostrar que beneficios trae la reutilización del agua residual tratada para la
Cervecería, a través de una evaluación ambiental, económica y social.
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II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. FUENTES PRINCIPALES DE CONTAMINACION
Se clasifican según su origen de la siguiente manera:
Contaminantes propios del proceso
Contaminantes por combustión
Contaminantes por para proceso
Las cervecerías, contienen focos de contaminación ambiental tanto en el proceso de
elaboración, como en la etapa de embotellamiento y servicios industriales. El siguiente
esquema ilustra los principales contaminantes generados en la industria cervecera.
2.2. CONTAMINANTES PROPIOS DEL PROCESO.
En primera instancia, se realiza el análisis con el proceso de elaboración, ya que es en el
lugar de elaboración de la cerveza, en donde se presentan los mayores problemas
ambientales del proceso.
2.2.1. EMISIONES
a. En el molino:
Cuando se lleva a cabo la molienda de la malta, la harina de malta y
cascarilla pasan a una tolva, pero de este proceso, se genera gran
cantidad de material particulado residual; las partículas grandes, son
recogidas en una tolva mediante un ciclón localizado en el techo del
edificio y empacadas para vender a las plantas fabricantes de alimentos
para animales, pero existe sólido ultrafino que es muy difícil de controlar
y éste es venteado a la atmósfera.
b. Fugas de CO2
En la fermentación, hay gran desprendimiento de CO2 el cual es tratado
posteriormente para ser utilizado nuevamente inyectándolo en la
cerveza. Cuando hay superproducción de este gas por alteraciones en las
condiciones de fermentación, este es venteado a la atmósfera siendo
nocivo por ser gas promotor del efecto invernadero; además las
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emisiones de CO2 generadas en la fermentación provocan olores
incómodos en la zona. La fermentación genera entre 30 - 40 Kg de
CO2/Ton de mosto (3 - 4 Kg de CO2/Hl de mosto). Este es un problema
ocasional, ya que los procesos hoy en día están automatizados, lo que
permite controlar con mayor facilidad las condiciones en esta etapa.
El consumo de CO2 está determinado por: La cantidad de cerveza
empacada (en el llenado de las botellas). Los tanques de contrapresión.
Nivel de carbonatación elegido para la cerveza. Consumo humano.
c. En la sala de cocimientos
Las ollas cuentan con chimeneas, por las que salen a la atmósfera vapores
(agua) a altas temperaturas (100°C) lo cual representa una descarga
térmica de 650 calorías por gramo de mosto que se está evaporando y
generación de olores. La descarga térmica varía de acuerdo con la
capacidad de la planta.
d. En la zona de embotellamiento
Emite a la atmósfera vapor de agua utilizado en la lavadora de botellas y
en la pasteurización. Además es la zona de una cervecería que más
inconvenientes presenta por los excesivos niveles de ruido (superiores a
80 dB).
2.2.2. VERTIMIENTOS
a. En las cocinas:
Cuando hay cambio de producto, en todos los equipos y líneas hay
descargas de mosto por purgas o drenajes (aporte de nitratos, fosfatos,
sólidos suspendidos, pH ácido), con el fin de garantizar que el producto
deseado, cumpla con las características requeridas. La cantidad de
sedimento resultante en el Whirlpool es de 0.2 - 0.4% volumen del
mosto, con contenido de materia del 15 - 20% en base seca; al no ser
reutilizado y por el contrario, se es arrojado dentro de las aguas
residuales aportan una carga de DBO alrededor de 110000 mg/Kg de
sedimento húmedo.
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b. La levadura:
En la fermentación, la levadura es reutilizada el mayor número de veces
que sea posible (contando con un buen rendimiento puede ser
reutilizada hasta 7-8 veces). Cuando pierde su eficiencia, en algunas
partes se seca, pero en otras se almacena y es transportada presentándose
problemas de derrames cuyo destino es la alcantarilla. Además en el
lavado tanto de los tanques de fermentación y maduración, como del
filtro de tierras diatomáceas, hay grandes descargas de materia orgánica
atribuidas a los restos de levadura que quedan impregnados en las
paredes de los equipos. Cuando no hay sistemas de secado de levadura y
esta vierte en el caudal de aguas residuales, esta levadura en suspensión
aporta una carga de DBO entre 120000-140000 mg/l.
2.2.3. LOS SISTEMAS DE LAVADO DE EQUIPOS CIP
Este proceso de lavado, presenta tres fases: Primero pasa agua por las líneas y
equipos. Luego el recorrido lo hace una solución de soda cáustica (2-4%) que se
encarga de esterilizar. Por último, se hace circular agua de nuevo arrastrando
restos del álcali impregnados en las paredes. Esta es arrojada a la cañería. La
solución de soda, es recolectada y enviada a los tanques de recuperación.
Aguas de lavado de las tierras diatomáceas: Estas aguas contienen alto contenido de
DOB por la levadura retenida en las tierras que no logró sedimentarse en los tanques de
maduración.
Cerveza residual: Las principales fuentes de cerveza residual están en:
Cerveza remanente en los tanques de proceso después de ser desocupados. Esta
cantidad depende de la eficiencia con las que éstos han sido desocupados.
En el filtro de tierras diatomáceas. Al poner en marcha el filtro, éste primero es
lleno de agua la cual es empujada por cerveza. Cuando se para la operación del
filtro, la cerveza es empujada con agua. En estos períodos (puesta en marcha y
parada) resulta una mezcla de cerveza y agua.
En el lavado de tuberías, primero se llenan de agua para retirar la cerveza
remanente en las paredes; por consiguiente sale una mezcla de agua y cerveza.
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Cerveza que contienen las botellas rechazadas cuando éstas no cumplen las
especificaciones requeridas (volumen, partículas en suspensión, etc.).
La cantidad de cerveza residual se encuentra alrededor de 1 - 5% del total de la
producción y si ésta es descargada, aporta una carga de DBO de 80000 mg/l.
Se presentan descargas de aguas alcalinas en la última fase del lavado de
botellas. En la lavadora, se produce hidrógeno cuando las hojas de aluminio
entran en contacto con la soda cáustica y pueden resultar explosiones. Para
evitar esta reacción, la lavadora de botellas debe estar debidamente ventilada.
Las bandas son lubricadas con un jabón que permanentemente escurre y cae al
piso y por consiguiente a los sifones.
2.2.4. ENVASADORA:
Se presentan derramamientos de cerveza por desbordamientos de espuma en las
botellas, antes de ser tapadas. También, éste líquido cae al piso. Cuando alguna
botella ya envasada se rompe en las bandas (por colisiones con otra botella) el
contenido se pierde y se aumenta la cantidad de DBO en las aguas residuales.
2.2.5. MATERIAL SÓLIDO
El afrecho húmedo algunas cervecerías tradicionales, no cuentan con
secadores de afrecho. Este es almacenado y transportado húmedo,
por lo tanto en los camiones hay escurrimientos de licor. Cuando se
cuenta con secadores, el afrecho seco se utiliza para concentrado de
animales. Con un proceso de secado, se logra reducir la humedad al
10%. El licor del afrecho es almacenado y se vende a los
porcicultores de la región cuando existe la demanda.
Las tierras diatomáceas: Generalmente se someten a lavado para ser
reutilizadas, aunque luego de continuas filtraciones, éstas van
perdiendo eficiencia y se convierten en materiales de desecho. Se
acostumbra secarlas mezcladas con los afrechos. Usualmente se
producen como residuo 1-3 Kg de tierras filtrantes por Tonelada de
cerveza (0.1-0.3 Kg de tierras filtrantes por hectolitro de cerveza).
En la lavadora de botellas: Gran descarga de sólidos (etiquetas,
pitillos, esquirlas de vidrio, etc.). El piso tiene una serie de rejillas
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que retiene buena parte de estos, pero alcanza a pasar parte de
material. Las etiquetas no son recicladas, por presentar adheridas
esquirlas de vidrio que impiden un tratamiento posterior en las
plantas productoras de papel, ya que los equipos pueden verse
seriamente afectados por la presencia de los restos de vidrio.
En las bandas transportadoras: Durante el desplazamiento, hay
rompimientos de botellas (8.5 Kg/Ton de cerveza (0.85 Kg/Hl de
cerveza) aproximadamente). Los vidrios son recogidos y enviados a
la planta productora de envases. Usualmente se emplean trampas de
vidrio en el piso, sin embargo pequeños trozos de vidrio alcanzan a
traspasar las rejillas convirtiéndose una carga de sólidos dentro del
vertimiento general de la planta.
En la siguiente tabla se presentan los residuos sólidos que generalmente se
producen en la industria cervecera con planta aerobia de tratamiento de aguas
residuales y los generados por una de las cervecerías más grandes y modernas
del país.
TABLA 1. Residuos Sólidos generados en una cervecería.
RESIDUO
CANTIDAD
GENERICA
(Kg/Ton de cerveza)
(Kg/Hl de cerveza)
CANTIDAD EN
CERVECERIA. (Kg/Ton
de cerveza)
(Kg/Hl de cerveza)
Afrecho 140(20% sólidos)
14 (20% sólidos)
12 (80% de humedad)
120 (80% de humedad)
Levadura 20-40
2-4
39 (85% de humedad)
3.9 (85% de humedad)
Tierras diatomáceas 1-3
0.1-0.3
5 (80% de humedad)
0.5 (80% de humedad)
Lodos de aguas
residuales
1-8
0.1-0.8
5
0.5
Etiquetas 2
0.2
1.5
0.15
Papel y plástico 0.059
0.0059
0.01
0.001
FUENTE. GERENCIA DE CALIDAD DE LA CERVECERIA EN ESTUDIO. 1996.
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2.3. CONTAMINANTES POR COMBUSTIÓN:
Las cervecerías, cuentan con la generación de vapor como uno de los servicios
industriales más importantes en la planta, y por lo tanto, como una fuente significativa
de contaminación.
2.3.1. EMISIONES.
De la generación de vapor, se producen emisiones en forma de gases
contaminantes primarios (NOx, SOx, CO y CO2 entre otros), y como descarga
térmica a la atmósfera (descargas energéticas debido a las altas temperaturas de
los gases de chimenea).
En algunas cervecerías se quema crudo de castilla, en otras gas natural, carbón o
fuel oil en sus calderas. Estas tienen sus respectivas chimeneas, aunque los
operarios se preocupen por mantener las condiciones adecuadas para una buena
combustión, se emiten gases y restos de hollín (dependiendo del combustible)
por no contar con ciclones antes de la entrada a las chimeneas.
Con respecto a las humos emitidos en una caldera, vale la pena un análisis y por
lo tanto un control muy estricto de éstos, ya que su aporte al medio es
considerable y desafortunadamente es altamente nocivo por sus componentes.
En una cervecería se requiere de una gran cantidad de vapor, como lo
mencionamos anteriormente, por lo tanto las calderas están permanentemente
en funcionamiento, lo cual demanda gran cantidad de combustible. Estos
combustibles son de origen fósil como el gas natural, carbón, crudo de castilla y
combustóleo utilizados en las cervecerías del país.
Las principales emisiones generadas por el empleo de este tipo de combustibles
son:
Óxidos de Nitrógeno (NOx).
Óxidos de Azufre (SOx).
Material Particulado (PM).
Monóxido de Carbono (CO).
Gases promotores del efecto invernadero. (CO2, CH4 y NO2).
Compuestos orgánicos (TOCs).
a. Óxidos de Nitrógeno (NOx): Es de los mayores contaminante en la
combustión de combustibles como crudos, carbones, combustóleos y gas
natural y sus niveles de emisión pueden variar considerablemente con el tipo
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y tamaño de lo quemadores y condiciones de operación (temperatura del
aire, carga y nivel de exceso de aire).
Se forman en los procesos de combustión de dos maneras. Una es debido a
la mezcla térmica del nitrógeno presente en la atmósfera con el aire de
combustión resultando el NOx térmico. La velocidad de formación está
fuertemente ligada con la temperatura (sobre 3200ºF con exceso de aire). A
altas temperaturas, las moléculas estables de oxígeno se disocian a átomos
de éste elemento, los cuales son muy reactivos. Los átomos de oxígeno (O)
reaccionan con otras moléculas estables de nitrógeno, N2, para formar el
NOx (térmico). Su formación se ve afectada por cuatro factores:
concentración de nitrógeno, concentración de oxígeno, picos de
temperatura y tiempos de exposición al pico de temperatura.
Otro tipo de formación del NOx es por conversión química del nitrógeno
presente en el combustible denominándose NOx combustible. Su formación
depende de la concentración de nitrógeno en el combustible. Algunos
estudios revelan que este tipo de NOx es significativo y puede aún
predominar sobre el térmico; está sobre el 50% del total de NOx
producido por la combustión de crudos residuales (combustóleos) y
aproximadamente el 80% del NOx generado con la combustión de carbón.
En el caso del gas natural, casi todo el NOx formado es térmico dado el
bajo contenido de nitrógeno en el gas.
Las emisiones de los óxidos de nitrógeno trae como consecuencia la
formación de lluvia ácida por contacto con el agua en la atmósfera, además
el NO2 que es uno de los óxidos de nitrógeno contaminantes más peligroso,
se descompone por la acción de la luz solar dando lugar a la formación de
oxígeno atómico, que es muy reactivo y convierte al oxígeno en ozono.
La siguiente tabla muestra los factores de emisión del NOx para diferentes
clases de combustibles fósiles.
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TABLA 2: Factores de emisión de NOx para diferentes combustibles.
COMBUSTIBLE LB NOX/UNIDAD DE MASA O
VOLUMEN DE COMBUSTIBLE
Carbón Bituminoso y
Subbituminoso
Pulverizado, fondo
seco, quemado en
pared.
Pulverizado, fondo
seco, quemado
tangencialmente.
Pulverizado, quemado
en fondo húmedo.
10.85 Kg/Ton
7.2 Kg/Ton
17 Kg/Ton
Combustóleo 5 lb/103 gal
Gas Natural 550c lb/10
6 ft
3
FUENTE: FACTORS EMISSION (1996)
b. Óxidos de Azufre: Estos óxidos son generados durante la combustión, por la
oxidación del azufre contenido en el combustible. Las emisiones de SOx
provenientes de sistemas convencionales de combustión predominan en
forma de SO2 y no están sujetas al diseño de quemadores o tamaños de
calderas, sólo dependen del contenido de azufre en el combustible. En
promedio más del 95% del azufre combustible es convertido a SO2, 1 - 5 %
es oxidado a SO3 (trióxido de azufre) y 1 - 3% es emitido como azufre
particulado. El SO3 reacciona con el vapor de agua de la atmósfera y de los
gases circulantes de combustión formando así el ácido sulfúrico, que
contribuye, de igual manera que los óxidos de nitrógeno, a la formación de
la lluvia ácida.
Entre los combustibles de mayor generación de SOx están el carbón, crudo y
combustóleos. El gas natural, por ser un gas combustible previamente
tratado, tiene muy bajas cantidades de azufre (menos de 0.1%). Sin
embargo, ciertas cantidades de mercaptanos son adicionados al gas con
propósitos de detección de éste en caso de fugas, por consiguiente
conllevan a pequeñas generaciones de SOx.
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En la tabla se presentan los factores de emisión de SOx para los
combustibles más utilizados en calderas.
TABLA 3. Factores de emisión de SOx para diferentes combustibles.
Combustible lb SOx/unidad de peso o
volumen de combustible
Carbón Bituminoso y
Subbituminoso
Pulverizado, fondo seco,
quemado en pared.
Pulverizado, fondo seco,
quemado tangencialmente.
Pulverizado, quemado en
fondo húmedo.
19S=25.27 lb SO2/Ton
19S=25.27 lb SO2/Ton
19S=25.27 lb SO2/Ton
Combustóleo
157S=392.5 lb SO2/103gal
5.7S=14.25 lb SO3/103gal
Gas Natural 0.6 lb/106 ft
3
FUENTE: FACTORS EMISSION (1996)
Se indica el porcentaje en peso del contenido de azufre en el combustible y
debe ser multiplicado por el valor dado. Para el carbón utilizado en
Colombia S=1.3.
Material Particulado: Las emisiones de material particulado dependen de el
grado de combustión realizado, así como del contenido de cenizas del
combustible utilizado.
Dentro del MP se encuentran partículas filtrables sólidas de diámetros muy
pequeños (micrones) y fracciones condensables.
El material particulado filtrable es emitido principalmente por la combustión
de carbón, crudo y de combustibles residuales o combustóleos pesados (N°
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6), los cuales poseen altos contenidos de ceniza. MP condensable se da
principalmente en la combustión de gas natural.
Los siguientes son los factores de emisión de material particulado en varios
combustibles.
TABLA 4. Factores de emisión de Material Particulado para diferentes
combustibles.
Combustible
Material Particulado (MP)
lb/unidad de masa o
volumen del combustible
Carbón Bituminoso y
Subbituminoso
Pulverizado, fondo seco,
quemado en pared.
Pulverizado, fondo seco,
quemado tangencialmente.
Pulverizado, quemado en
fondo húmedo.
Filtrable MP
5A=340.7
Kg/Ton
5A=340.7
Kg/Ton
3.5A=238.5
Kg/Ton
PM menor 10
µm
1.15A=102.21
Kg/Ton
1.15A=102.21
Kg/Ton
1.3A=88.58
Kg/Ton
Combustóleo
9.19(S)+3.22=15.17 lb MP
filtrable/103 gal
Gas Natural
1-5 lb MP filtrable/106 ft
3
No disponible dato MP
condensable
para calderas industriales
FUENTE: FACTORS EMISSION (1996)
El factor A indica el contenido de ceniza del combustible, para obtener el
factor de emisión de material particulado para el carbón, multiplicar el
valor de A por el valor dado (5, 3.5, 1.5, 1.3).
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c. Monóxido de Carbono: La cantidad de CO depende exclusivamente de la
eficiencia de la combustión. La presencia de CO en los gases de chimenea
resulta principalmente de una combustión incompleta del combustible.
Algunas causas de combustión incompleta se atribuyen a insuficiente oxígeno
disponible para la combustión, mezcla pobre de aire-combustible, bajas
temperaturas de combustión, reducción de los tiempos de residencia de los
gases de combustión y reducción de la carga (es decir, reducción de la
intensidad de combustión). Con el fin de reducir la cantidad de NOx en los
humos se puede incrementar la producción de CO, por lo tanto se debe
operar cuidadosamente la combustión para lograr un equilibrio.
TABLA 5. Factores de emisión de CO para diferentes combustibles.
Combustible
lb CO/unidad de peso o
volumen de combustible
Carbón Bituminoso y
Subbituminoso
Pulverizado, fondo seco,
quemado en pared.
Pulverizado, fondo seco,
quemado tangencialmente.
Pulverizado, quemado en
fondo húmedo.
0.25/Ton
0.25/Ton
0.25/Ton
Combustóleo 5 lb/103 gal
Gas Natural 40 lb/106 ft
3
FUENTE. FACTORS EMISSION (1996)
d. Gases promotores del efecto invernadero: El dióxido de carbono (CO2),
metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), son los principales gases que
contribuyen al efecto invernadero y son producidos durante el proceso de
combustión de com0bustibles fósiles. El CO2 se forma por la oxidación de
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CO formado durante la reacción del carbono combustible y el oxígeno del
aire. Cuando la reacción es completa, todo el CO se oxida a CO2.
La formación de N2O durante la combustión está gobernada por una serie
compleja de reacciones. Esta formación se minimiza manteniendo la
temperatura de combustión por encima de 1475ºF y el exceso de aire en
mantenido en el mínimo (menos del 1%). Las emisiones de metano (CH4)
son altas en períodos de baja temperatura de combustión o combustión
incompleta como en los ciclos de encendido y apagado de las calderas.
Generalmente las condiciones que favorecen la formación de N2O
favorecen así mismo la formación de metano.
e. Compuestos Orgánicos: Pequeñas cantidades de compuestos orgánicos son
emitidos durante los procesos de combustión. Así como las emisiones de
CO2, el flujo de compuestos orgánicos emitidos depende de la eficiencia de
combustión en la caldera.
TABLA 6. Factores de emisión de CO2 para diferentes combustibles.
Combustible
lb CO2/unidad de peso
o volumen de
combustible
Carbón Bituminoso y
Subbituminoso
Pulverizado, fondo seco,
quemado en pared.
Pulverizado, fondo seco,
quemado tangencialmente.
Pulverizado, quemado en
fondo húmedo.
Combustóleo 24400 lb/103 gal
Gas Natural 1.2x105lb/10
6ft
3
FUENTE: FACTORS EMISSION (1996)
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Los Compuestos Orgánicos Totales (TOCs) incluyen VOCs, compuestos
orgánicos semivolátiles y compuestos orgánicos condensables. Las emisiones
de VOCs son principalmente caracterizadas por hidrocarburos en fase
gaseosa no quemados. Estas emisiones casi siempre son de alifáticos,
oxigenados y compuestos aromáticos de bajo peso molecular (alcanos,
alquenos, aldehídos, ácidos carboxílicos, benceno, tolueno, xileno y etil
benceno) los cuales se encuentran en fase gaseosa en los gases circulantes de
combustión.
Las emisiones orgánicas restantes están compuestas por grandes cantidades
de compuestos emitidos de las fuentes de combustión en fase condensada.
Estos compuestos pueden ser casi exclusivamente clasificados dentro del
grupo conocido como Material Orgánico Policíclico (POM) y subgrupo de
compuestos llamados Hidrocarburos Aromáticos Polinucleares (PAH o
PNA).
El formaldehido es formado y emitido durante la combustión de
hidrocarburos presentes en combustibles como carbón y crudos. El
formaldehido se encuentra presente en los gases circulantes de combustión
en fase gaseosa. Este está sujeto a oxidación y descomposición a altas
temperaturas alcanzadas en el proceso de combustión.
A continuación se presentan las principales emisiones típicas en una
cervecería, quemando los tres combustibles más comunes.
TABLA 7. Principales emisiones por combustión en una planta de ineficiente operación
por hectolitro de cerveza.
COMBUSTIBLE INEFICIENTE OPERACIÓN
(NOx lb/Ton)
(NOx lb/Hl)
SOxlb/Ton
(SOxlb/Hl)
MP lb/Ton
(MP lb/Hl)
CO lb/Ton
(CO lb/Hl)
CO2lb/Ton
(CO2lb/Hl)
Carbón Bitum y subbitum.
Pulverizado. Fondo seco
quemado en pared
2.04 (0.204)
1.3 (0.13)
3.2 (0.32)
4.75 (0.475)
64 (6.4)
64 (6.4)
44.8 (4.48)
0.047
(0.0047)
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Pulverizado, fondo seco,
quemado tangencialmente.
Pulverizado, quemado en
fondo húmedo.
Combustóleo 2.4 (0.24)
14.5 (1.45
SO2)
0.52 (0.052
SO3)
0.56
(0.056)
0.185
(0.0185)
927.5
(92.75)
Gas natural 2.4 (0.24) 0 0
0.174
(0.0174)
655.1
(65.51)
FUENTE: Cálculos Convenio UIS-IDEAM.
TABALA 8. Principales emisiones por combustión en una planta bien operada por
hectolitro de cerveza.
COMBUSTIBLE BUENA OPERACION
NOx
lb/Ton
(NOx
lb/Hl)
SOx lb/Ton
(SOx lb/Hl)
MP lb/Ton
(MP lb/Hl)
CO lb/Ton
(CO lb/Hl)
CO2lb/Ton
(CO2lb/Hl)
Carbón Bitum y subbitum.
Pulverizado. Fondo seco
quemado en pared
Pulverizado, fondo seco,
quemado tangencialmente.
Pulverizado, quemado en
fondo húmedo.
0.87
(0.087)
0.58
(0.058)
1.37 (0.137)
2.03
(0.203)
27.4 (2.74)
27.4 (2.74)
19.2 (1.92)
0.02
(0.002)
Combustóleo 1.06 (0.106)
6.24
(0.624) SO2
0.23
(0.023) SO3
0.24
(0.024)
0.08
(0.008)
388 (38.8)
Gas natural 1.02 (0.102) 0 0
0.074
(0.0074)
224.2
(22.42)
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FUENTE: Cálculos Convenio UIS-IDEAM.
Los anteriores datos de la tabla, fueron obtenidos tomando como base los
consumos de combustibles típicos en las cervecerías. Los factores de emisión
presentados en tablas anteriores se multiplicaron por el combustible consumido
en las calderas.
2.3.2. DESCARGAS TÉRMICAS A LA ATMÓSFERA.
La tabla a continuación, presenta la descarga térmica para diferentes tipos de
combustibles que se utilizan en varias cervecerías, suponiendo eficiencias en
calderas de 0.65 para aquellas que queman carbón y 0.75 para las que queman
crudo, combustóleo y gas natural. Se supone un consumo de energía de 1500
HJ/Ton (150 MJ/Hl) de cerveza para una cervecería bien operada y de 3500
MJ/Ton (350 MJ/Hl) de cerveza para cervecerías antiguas y con bajos niveles de
operación.
TABLA 9. Descarga térmica de los principales combustibles en cervecerías.
Combustible
Descarga térmica - MJ/Ton
(MJ/Hl)
Buena
operación
Operación
ineficiente
Carbón 525 (52.5) 1225 (122.5)
Crudo de Castilla 375 (37.5)
875.1
(87.51)
Combustóleo 375 (37.5)
875.1
(87.51)
Gas natural 375 (37.5)
875.1
(87.51)
FUENTE: Cálculos Convenio UIS-IDEAM.
La descarga térmica depende del consumo de energía y de la eficiencia de la
caldera, la que a su vez depende del combustible utilizado. La descarga térmica
además revela la cantidad de energía que está siendo arrojada a la atmósfera
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indiscriminadamente, lo cual contribuye a un sobrecalentamiento en el ambiente
entorno a la fábrica.
2.3.3. VERTIMIENTOS.
Purgas en las calderas: Se extrae agua de la caldera, con el fin de evitar que se
rebasen los límites de concentración de cada componente en ella.
Existen dos corrientes de purga en una caldera. En la primera se encuentra el
flujo de purgado que se controla para regular los sólidos disueltos u otros
factores en el agua de caldera. La segunda, proviene del tambor de lodos o de
los cabezales de la pared de agua y el que se opera en forma intermitente a una
carga reducida de la caldera para liberarla de los sólidos sedimentados
acumulados en las áreas relativamente estancadas.
En un día, 100000 Lb de purgado tienen un contenido de sólidos de 1000 mg/L
y 100 Lb de sólidos removidos. Dentro del examen típico de las pérdidas de
energía en un sistema de calderas se tiene que por purga se pierde 170 millones
BTU/día.
2.3.4. Material Sólido.
a. Cenizas de las calderas: Después de la combustión dentro de las calderas,
resultan como producto de combustión la escoria y las cenizas. Las cenizas
del hogar de una caldera, al no contarse con ciclones antes de las
chimeneas, salen a la atmósfera convirtiéndose en un serio problema de
contaminación. Este material, en grandes cantidades causa afecciones
respiratorias. La cantidad de cenizas depende del combustible que se esté
empleando, por ejemplo el carbón es de los combustibles sólidos el que
mayor contenido de cenizas posee; por el contrario del gas natural que
carece completamente de éstas.
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2.4. CONTAMINACIÓN EN PARA PROCESOS.
2.4.1. EMISIONES
En los procesos de secado de subproductos se libera vapor de agua a la
atmósfera. Este vapor sale a temperaturas superiores de los 100ºC ocasionando
grandes pérdidas de energía por descargas térmicas al ambiente. Si una
cervecería produce anualmente 2800000 Kg de afrecho húmedo con 80% de
humedad, al secarlo se están liberando 1568000 Kg de agua evaporada en el
año (3-4 ton de agua en promedio diariamente).
a. Fugas de refrigerante del ciclo de refrigeración
El amoníaco es usado hoy en día como refrigerante en las cavas de
fermentación y maduración. También cuenta con un sistema de
tratamiento, que aunque es cerrado, se presentan fugas, las cuales pueden
ser cuantificadas de acuerdo a la frecuencia de reposición de refrigerante al
sistema (dato desconocido por ser propio de cada planta). Se recomienda la
instalación de válvulas automáticas shutt-off y un sistema de ventilación en
caso de emergencia.
2.4.2. VERTIMIENTOS.
En la planta de recuperación de CO2 se utiliza agua para lavar el gas. El agua
arrastra las impurezas contenidas en éste y por ende se contamina. Al no contar
con planta de tratamiento de aguas residuales, el agua de lavado del CO2 se
convierte en un vertimiento más de la planta de fabricación de cerveza.
La ósmosis inversa, como proceso de depuración del agua para la elaboración
del mosto cervecero, genera un caudal de agua concentrado en sales minerales,
el cual al ser descargado en los cuerpos de agua, crea como consecuencia la
desestabilización química de éstos.
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2.4.3. MATERIAL SÓLIDO
Membranas semipermeables inservibles. Con el tiempo las membranas utilizadas
en la planta de depuración de agua por ósmosis inversa se van saturando y
desgastando con el tiempo, convirtiéndose en un desecho sólido. El tiempo de
vida de una membrana, depende de la calidad en la construcción de ésta.
2.5. GENERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE LAS CERVECERÍAS
La mayor parte de las aguas residuales se generan en operaciones de lavado y limpieza.
A su vez también existen una gran variabilidad en las características de las aguas
residuales generadas, algunas de estas características son:
Volumen de generación
Carácter orgánico (elevada DQO y DBO5)
Biodegradabilidad elevada (DBO5 / DQO > 0.6)
Gran parte de la materia orgánica esta en forma soluble
Presencia de sólidos en suspensión
Ocasionalmente puede tener un pH extremo debido a las operaciones de
limpieza.
Tabla 10: Valores aproximados de referencia para algunos parámetros de las aguas
residuales en las cervecerías.
PARAMETROS
VALORES
APROXIMADOS
Volumen de agua residual (hL/hL de cerveza) 3.5-8
DBO( kg DBO/hL de cerveza) 0.6-1.8
Solidos en suspensión (kg DBO/hL de cerveza) 0.2-0.4
DBO/DQO 0.58-0.66
Nitrógeno (mg/L) 30-100
Fosforo (mg/L) 30-100
FUENTE: Envaironmental Management in Brewing Industry.
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2.6. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA
CERVECERÍA
La Cervecería cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales la cual esta
equipada con la mejor tecnología. La planta cuenta con lo siguiente: Tamiz, tanque
mezclador, sistema anaerobio, sistema aerobio, clarificador, tanque de contacto donde
se agrega cloro, canaleta parshall que es donde ya se entrega el agua al río.
En la figura 1 se muestra la planta de tratamiento de aguas residuales de la Cervecería,
ubicada en la parte de atrás de la cervecería ya que las aguas tratadas son vertidas al río
Cauca, en imagen se pueden observar los tratamientos, al igual que su gran tamaño,
esta planta está en la capacidad de tratar 370 m3/h.
Figura 1. Planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR)
La Cervecería cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). Esta
planta consta de dos sistemas principales para la remoción de materia orgánica, esto
debido a que la composición del agua residual de las cervecerías es en gran medida
materia orgánica originada de los procesos de preparación de esta bebida. Los
principales contaminantes del agua residual originada son afrecho, levadura, soda esto
se debe a las limpiezas del envase y coliformes fecales por las aguas residuales
domesticas que son combinadas con las industriales, este tipo de aguas no presentan
problemáticas por contaminación de metales pesados ya que es una industria de
bebidas y en sus procesos no utilizan nada que contengan estos metales, de igual
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manera se tiene mucha precaución en los lavados de los montacargas o vehículos ya
que esto si podría ocasionar que el agua se contamine con estas sustancias peligrosas.
Por esta razón el tratamiento esta enfocado en la remoción de materia orgánica
principalmente. Los dos tratamientos o procesos con los que cuenta esta planta son el
sistema anaerobio y aerobio, los cuales en conjunto cumplen con la remoción de los
contaminantes del agua. Esta planta es automatizada, se opera desde un panel central o
supervisorio, por el cual se puede controlar completamente la planta, principalmente de
forma automática, esto facilita el manejo y el control de la planta para que haya un
buen funcionamiento de esta. La automatización de la planta facilita el control de
posibles fallas que ocurran, es decir desde el supervisorio se puede detectar los
problemas que estén ocurriendo en el proceso de tratamiento del agua residual, debido
a que se incorporaron una serie de alarmas las cuales avisan de algún problema que se
esté originando, esto también ayuda a prevenir daños en los lodos ya que si el agua está
fuera de los parámetros correspondientes, tales como temperatura y pH, la planta se
para automáticamente, y así impidiendo que el agua pase a los dos procesos,
impidiendo que se perjudiquen los lodos de los dos sistemas.
Al igual que esta automatización se cuenta con un laboratorio en el cual los operarios
de la planta realizan diariamente los análisis correspondientes para saber el estado del
agua y así mismo el estado de los dos sistemas principales, y detectar una falla a tiempo
y no se vean afectados los lodos anaerobios y aerobios. En La operación de la planta se
analizan varios parámetros que son monitoreados diariamente, o semanalmente u otras
bases regulares. Eso se necesita para monitoreo propio y para documentación de buena
operación. Y así establecer el cumplimiento de los requerimientos legales y los
requerimientos señalados en el permiso de operación. Los análisis son realizados por los
operarios de la planta y otro análisis por laboratorios externos.
La identificación y documentación de estos parámetros son de ayuda y de mucha
importancia para detectar el funcionamiento y el estado de los sistemas que comprende
esta planta de tratamiento de aguas residuales. El primer paso del proceso es un tanque
donde llega el agua residual domestica e industrial, este tanque se llama tanque de
llegada o tanque B100, este cuenta con tres bombas sumergibles las cuales cumplen la
función de llevar el agua al proceso. Diariamente llegan aproximadamente 2000 m3 de
agua residual (23 L/s). A este tanque llega el agua residual con residuos sólidos,
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principalmente afrecho, pitillos y algo de etiqueta, estos residuos son generados
principalmente de los procesos de cocción (esto cuando se daña una cochada) y de
lavado de botellas y canastas de envase. Este tanque es de aproximadamente 3 metros.
Las bombas trabajan en diferentes tiempos esto dependiendo de la cantidad y las
condiciones del agua. El tanque B100 permite controlar la cantidad de agua que se
puede tratar, y almacenar el agua por un tiempo corto cuando el agua no cumpla con
el parámetro de temperatura el cual debe ser menor a 40 °C ya que esto puede afectar
las bombas y el tamiz rotatorio. Este tanque también sirve de retención de solido
grandes y de otros contaminantes como tierra diatomácea, los cuales se decantan y así
se previene en gran medida el paso de esta al proceso, ya que esta tierra es perjudicial
para los lodos anaerobios.
Figura 2. Bombas sumergibles y el tanque B100
En la figura 2 se observa las bombas sumergibles y el tanque B100, estas bombas se
pueden manejar manual o automáticamente, por medio del supervisorio. Después de
este paso el agua es llevada a un tamiz rotatorio para la remoción de los sólidos, estos
sólidos deben ser retirados debido a que afectarían los sistemas anaerobio y aerobio, y
mejorar la calidad del agua residual, esta primera fase es física, se remueven los sólidos
de gran tamaño. El tamiz está en constante movimiento, girando remueve los sólidos
del agua.
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Figura 3. Tamiz Rotatorio
La figura 3 muestra el tamiz, la tubería que se observa es la que trasporta el agua
residual hacia el tamiz para que este remueva los sólidos, el funcionamiento de este
depende de las bombas sumergibles del tanque B100, a este se le inyecta agua potable
mientras gira para que los sólidos caigan a una tolva y después a una góndola para su
almacenamiento temporal, estos sólidos son principalmente afrecho, pitillos, etiquetas,
residuos que se generan en el proceso de la cervecería.
Luego de haber pasado el agua por el tamiz rotatorio esta es depositada en un tanque
de mezcla o tanque de ecualización, en este tanque se acondiciona el agua para los
siguientes procesos. Dependiendo de las condiciones del agua en cuanto al parámetro
de pH, se agrega ácido o soda para neutralizarlo, ya que para pasar al sistema
anaerobio el pH del agua debe estar en un rango de 4.5 – 9.0, permitiendo una
acidificación biológica parcial en el sistema anaerobio. Este tanque cuenta con dos
mezcladores los cuales siempre están a una velocidad constante para poder mezclar el
agua con la soda o el ácido, cuenta con dos tuberías por las cuales agregan estos
químicos dependiendo de la situación.. Después de esta fase el agua pasa a un tanque
B102 o tanque de recirculación, ya en este tanque el agua residual que llega es
combinada con parte del agua que sale del tratamiento anaerobio, esto con el fin de
acondicionar el agua para que no afecte el tratamiento anaerobio, este
acondicionamiento es en cuanto a la temperatura ya que en muchas ocasiones el agua
llega con temperaturas muy altas las cuales pueden afectar los lodos del sistema
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anaerobio, la temperatura que el sistema acepta es entre 22 °C a 30 °C, pero esta
recirculación principalmente se realiza con el fin de que el flujo de agua de entrada al
sistema anaerobio se constante para que no exista un levantamiento del manto de
lodos. Este tanque tiene principalmente dos funciones ecualizar las variaciones de la
composición y cantidad del agua residual. Después de este acondicionamiento donde se
mezcla el influente y efluente reciclado, pasa al sistema principal que es el anaerobio
este proceso es el más recomendado para tratar este tipo de aguas residuales las cuales
poseen en gran medida material orgánico, este tipo de sistema es llamado UASB “cama
anaeróbica de flujo ascendente de lodo”.
El UASB es el sistema principal de la planta, ya que oxida en gran medida la materia
orgánica. En el proceso de degradación de materia orgánica por este sistema se origina
gas metano el cual es quemado para evitar una mayor contaminación, en la actualidad
la cervecería esta pensando en recuperar este gas para ser usado en las calderas. Este
proceso va primero que el aerobio para la disminución de costos, debido a que el agua
que pasa al sistema aerobio lleva un mínimo contenido de contaminantes, ya que gran
parte han sido oxidados en el sistema UASB, generando que el tratamiento aerobio
trabaje menos, y así mismo se disminuya el consumo de energía puesto que en este
sistema se usan tres sopladores, los cuales son una gran fuente consumidora de energía.
Figura 4. Tratamiento Anaerobio
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Figura 5. Llama de gas metano
En la figura 3 y 4 se muestra el sistema UASB y la llama en la que se quema el gas
metano.
Después de que el agua pasa por el tratamiento anaerobio, pasa por rebose al sistema
aerobio siendo este proceso un complemento para terminar de oxidar materia orgánica.
En este sistema se inyecta oxígeno a través de tres sopladores controlados en el
supervisorio ya que solo trabaja uno, y varían para evitar su desgaste. Esta aireación se
realiza debido a las bacterias que habitan en él, éstas necesitan de oxígeno para vivir y
realizar su actividad de degradar materia orgánica. El sistema de lodo activado consta
de un tanque de aeración y un clarificador para la remoción de los biosólidos. Este paso
consiste en separar el agua de los lodos generados en la degradación de toda la materia
orgánica del agua residual. El lodo sedimentado activo es regresado al tanque de
aeración. Cuando el aumento del lodo en el sistema aerobio es muy elevado el lodo es
deshidratado en la fase de tratamiento del lodo, esta fase consta de un tambor
mecánico el cual tiene la función de adelgazamiento del lodo, este consta de una correa
filtro la cual ejerce una presión y así eliminar la humedad del lodo, antes de esto el agua
con lodo es acondicionada para que el lodo se compacte, es decir se agrega un
polímero cuya función es la de flocular el lodo, compactándose por la presión de la
correa filtro, generando la eliminación de agua del lodo. El lodo que sale de esta prensa
presenta un mínimo de humedad (aproximadamente un 30 %), y luego se realiza su
disposición final.
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Figura 5. Tratamiento Aerobio
Figura 6. Clarificador
En las anteriores figuras se muestra el sistema aerobio y el clarificador, donde ya se ha
removido la materia orgánica del agua. Después de estos procesos el agua residual, pasa
a una canaleta de contacto donde se agrega hipoclorito para realizar una desinfección,
en este proceso lo que se pretende es eliminar los coliformes totales y fecales, para
cumplir con las normas. Después de esta desinfección pasa a la canaleta parshall para ser
ya enviada al rió Cauca.
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Figura 7. Canaleta de Contacto
Figura 8. Canaleta Parshall
En la figura 8 se muestra la canaleta de contacto, en la cual se mezcla el hipoclorito con
el agua para su desinfección, su flujo es lento para obtener una mejor mezcla, es un
proceso hidráulico debido a que se necesita una mezcla del hipoclorito con el agua. En
la figura 17 se observa la canaleta Parshall, en esta canaleta se mide el caudal de salida,
el pH y la temperatura por medio de un sensor, esta medición se realiza por medio de
una recolección automática de agua y se almacenan en la nevera que se muestra en esta
foto. Luego de todos los procesos anteriores el agua es llevada por medio de tuberías al
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río Cauca con las mejores condiciones, cumpliendo con toda la normativa exigida por
la ley colombiana y las normas de Sabmiller.
2.6.1. Descripción breve del tratamiento:
a. B100, Bomba de colector de agua influente:
75 m³ volumen recipiente de concreto, aprox. de dimensiones: 7.5 x 4 x
2.5 m profundidad del agua (abajo del influente de alcantarilla),
construido con canales de entrada y plataforma adyacente y escalera de
acceso.
Pantalla Rotatoria (Tamiz): Tipo de alimentación interna, con aspersores
internos y externos.
b. B103 tanque de lodo anaeróbico:
100 m³ volumen húmedo,
Recipiente de concreto con unas medidas aproximadas de 4.2 x 4 x 6.5
m (6.0 m altura máx. de profundidad de agua), sin pintar.
c. D201 Tanque de Aeración:
20.6 x 16.5 x 5.5 m altura del agua,
altura total 6.3 m, concreto.
d. S20 Clarificador Final:
tipo circular, diámetro 26m,
altura del agua en el limite 2.5 m
concreto
e. B401 Recipiente de contacto:
volumen húmedo. 120 m³
recipiente de concreto
dimensiones aproximadas 11 x 3 x 3.5 m
La planta ha presentado un buen funcionamiento y rendimiento, por el buen manejo de
las personas encargadas, a cumplido con lo establecido en su fase de diseño. El diseño
de esta planta fue el mejor para tratar este tipo de aguas con un alto contenido de
materia orgánica, sus dimensiones son las adecuadas para tratar toda el agua que se
genera en la cervecería. El funcionamiento de ella es bueno cumple con el objetivo de
eliminar los contaminantes del agua residual y así cumplir con todas las normas exigidas.
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Figura 9. Esquema de La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Fuente. Portal corporativo de Valle, 2008
2.7. NEUTRALIZACIÓN COMPLETAMENTE AUTOMÁTICA DE
LAS AGUAS RESIDUALES EN LA INDUSTRIA DE LA CERVEZA
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Como última etapa del tratamiento de aguas residuales en la fábrica de cerveza se
realizó una moderna instalación completamente automatizada para la neutralización.
Dicha neutralización de las aguas residuales se realiza gracias a los componentes de un
circuito de regulación que se adaptan perfectamente entre sí. La mayor parte del agua
residual resultante para la neutralización proviene de la regeneración del procesamiento
del agua para cerveza y del equipo CIP. La limpieza CIP comprende fundamentalmente
los recipientes del brebaje, los tanques de fermentación y levadura, las tuberías y una
instalación de filtrado. Como agentes limpiadores se emplean, de manera alternada,
lejía de sosa al 2 % con aditivos y productos de limpieza ácidos. Por el contrario, las
aguas residuales de la regeneración procedentes del procesamiento del agua para
cerveza contienen ácido clorhídrico. Junto con el agua del pre aclarado y el agua de
salida de producción, el agua residual llega a la instalación para su neutralización. La
velocidad del caudal del agua residual puede ser de hasta 10 m³/h.
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III. CONCLUSION
La reutilización de estas aguas residuales es viable económicamente debido a que
permite a la producción de Cervecería disminuir el consumo de agua potable en
actividades que no ameritan el uso de esta haciendo mucho más rentable la
reutilización residual tratada. También cabe resaltar que este tipo de agua
residual puede servir como recurso a los agricultores.
Desde el punto de vista ambiental, los procesos que usa la Cervecería para tratar
el agua residual, disminuyen la contaminación del rio siendo este el receptor de
estas aguas. El reciclaje del agua contribuye a un saneamiento sustentable y así a
un desarrollo sostenible en donde la sociedad se beneficia. De este modo se
podrá evitar el deterioro de la fauna y flora. Por otra parte, ayudará a mantener
la gran diversidad hídrica de nuestras tierras.
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IV. BIBLIOGRAFIA
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