Tratamiento de aguas residuales en la producción de panadería y bollería industrial

5 de abril de 2024 (Lectura 11 mins)
Jordi Fabregas

1. Producción de pan y bollería industrial

Durante la producción de pan y bollería industrial, se utilizan una amplia variedad de materias primas, entre las que destacan:

  • Cereales como el trigo y la avena
  • Aceites de girasol, palma, u oliva
  • Grasas vegetales y animales
  • Derivados lácteos
  • Huevos
  • Semillas
  • Azúcar
  • Sal
  • Levaduras    

Las etapas principales en la producción de pan y bollería industrial son las siguientes:

  1. Mezcla de ingredientes: se combinan harina, agua, levadura, sal, azúcar y otros ingredientes según la receta específica.          
  2. Amasado: La mezcla se amasa para desarrollar el gluten, lo que proporciona estructura y elasticidad al producto final.
  3. Fermentación: la masa resultante se deja reposar y fermentar. Durante esta fase la levadura produce dióxido de carbono, lo que hace que se expanda y se vuelva esponjosa.
  4. Reposo. De forma habitual, es preciso un tiempo de reposo antes de someter estos productos al horneado.
  5. Horneado: Esta operación se realiza en el interior de hornos específicos, los cuales se precalientan antes de hornear los productos durante un tiempo concreto y a unas temperaturas determinadas, lo que permite su correcta cocción interior y el dorado exterior.
  6. Acabados y rellenos: en muchas ocasiones, los productos horneados se rellenan y/o recubren con chocolate, lácteos, azúcares, cereales, etc.
  7. Empaquetado: los productos acabados son sometidos a estrictos controles de calidad y a su posterior empaquetado para su distribución y venta. Los productos defectuosos se reciclan o se consideran como residuos para elaborar subproductos.

2. Composición de las aguas residuales generadas en la producción de pan y bollería industrial

Aunque no es una industria que consuma cantidades excesivas de agua, sus aguas residuales suelen alcanzar altos valores de contaminación, especialmente orgánica.

Por otro lado, muchos de los residuos que son arrastrados por las aguas residuales son susceptibles de ser recuperados para su posterior reutilización en la elaboración de subproductos, como es el caso de restos de harinas, aceites y grasas.

Durante la producción de pan y bollería industrial se generan aguas residuales muy contaminadas, especialmente debido a la alta concentración de materia en suspensión de la harina y al elevado contenido de azúcar, levadura y grasas.

Por otra parte, es habitual el uso de fuertes detergentes para la limpieza de equipos e instalaciones, como es preceptivo en la producción de alimentos por razones higiénicas y sanitarias. Los vertidos con detergentes representan un riesgo para el tratamiento biológico de las aguas residuales.

Los valores de los contaminantes presentes en las aguas residuales de esta industria pueden variar significativamente dependiendo de varios factores, que incluyen:

  • Tamaño de la planta
  • Procesos de producción específicos
  • Ingredientes utilizados
  • Prácticas de gestión de residuos

Sin embargo, podemos considerar que los valores medios para los parámetros de contaminación básicos son los siguientes:     

DQO (mg/l)DBO5 (mg/l)TSS (mg/l)Aceites y Gr. (mg/l)Nitrógeno Total (mg/l)Nitrógeno amoniacal (mg/l)
             1000- 3000               400 – 1000           200 -800 50 – 200   30 -100     10 – 50  

3. Tratamiento de aguas residuales en la producción de pan y bollería industrial

Una planta común para el tratamiento de las aguas residuales generadas durante la producción de pan y bollería industrial se compone de tres etapas básicas:

Tratamiento primario

En esta primera fase se separan los sólidos de mayor tamaño presentes en los vertidos, algunos de los cuales pueden ser aprovechados para elaborar subproductos, o como materias primas para otros productos. Las tecnologías de tratamiento primario más comúnmente utilizadas son:

  • Tamices y rejas para la separación de los sólidos de mayor tamaño.
  • Balsas de regulación, homogeneización y atemperamiento, para homogeneizar cargas, caudales y temperaturas en los vertidos generados.
  • Ajuste de pH, para adecuar los efluentes a los posteriores tratamientos de clarificación y depuración biológica.
  • Adición de reactivos coagulantes y floculantes para verificar una correcta separación de los micro sólidos en suspensión y el material coloidal.
  • Clarificación mediante sedimentación o flotación, en función de las características de los efluentes a tratar y los flóculos formados.

Tratamiento secundario

Tras la separación de los sólidos suspendidos totales, quedarán los contaminantes en disolución, que básicamente serán la DQO, la DBO, el nitrógeno y el fósforo.  

Los sistemas más eficientes para eliminar los compuestos orgánicos biodegradables son los tratamientos biológicos. Las tecnologías más utilizadas son el tratamiento biológico aerobio y el tratamiento anaerobio. La elección entre uno y otro depende del tipo y concentración de las cargas contaminantes

En el tratamiento aerobio se aplican procesos como el de oxidación biológica, con recirculación y extracción de fangos activados, u otros procesos más específicos como el MBBR, si se tienen en cuenta las elevadas concentraciones de nitrógeno que suelen acompañar a estos vertidos.

El tratamiento secundario puede ser suficiente para producir efluentes depurados con reducidas cargas contaminantes, que no superen los límites de vertido establecidos por ley.

Tratamiento terciario

El tratamiento terciario se aplica cuando se pretende reutilizar el aguas residual e incorporarla como agua de proceso en elementos como calderas, circuitos de refrigeración, lavados de maquinaria y conducciones, etc. Entre los tratamientos terciarios destacan la tecnologías de filtración por membranas (ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa) y las tecnologías de intercambio iónico (IX).

Tratamiento de fangos

Tanto los lodos y sólidos suspendidos separados en el tratamiento primario (harinas, aceites y materia orgánica), como los lodos procedentes del tratamiento secundario (fangos biológicos) pueden ser recuperados para su reutilización.

Para ello, se dispone de distintas tecnologías cuya elección depende del tipo de fangos a tratar, entre las que destacan:

  • Espesadores
  • Secado mecánico
  • Concentración al vacío
  • Digestores anaerobios para producción de energía

4. Función de los sistemas DAF

La flotación por aire disuelto (DAF) se utiliza durante el tratamiento primario de las aguas residuales producidas por las industrias panificadoras y de bollería.

Se trata de un proceso muy eficaz para la eliminación de sólidos suspendidos, grasas, aceites y otros contaminantes presentes en este tipo de efluentes.

Estas son las etapas que tienen lugar durante un tratamiento primario mediante flotación por aire disuelto:

  1. Acondicionamiento del efluente:  Antes de someterlo a flotación, el efluente es sometido a un tamizado para eliminar los sólidos de mayor tamaño, y otros que puedan producir problemas mecánicos en la instalación del equipo DAF. Para ello, se emplean sistemas como tamices, rejas, trampas de grasas, etc.
  2. Generación de microburbujas de aire: El proceso DAF implica la disolución de aire presurizado en el caudal de vertido tratado que sale del equipo, y que se recircula a la entrada. El aire se aporta en un balón de contacto o saturador.
  3. Mezcla y contacto: La mezcla de las microburbujas de aire con el efluente se produce de forma homogénea en la cámara de contacto del DAF.
  4. Flotación y separación de sólidos suspendidos: La mezcla del aire y los contaminantes presentes en el agua se conducen a una cámara de flotación, en la que se produce la separación de las partículas previamente coaguladas y floculadas, las cuales ascienden, al ser menos densas, hasta la superficie del tanque, donde forman un manto de espuma que es recogida por un sistema skimmer.

Un sistema DAF ofrece un conjunto de ventajas importantes si se compara con otras tecnologías de tratamiento primario para las aguas residuales procedentes de la producción de pan y bollería industrial:

  • Elevada eficiencia en la separación de sólidos suspendidos, aceites y grasas.
  • Puede operar con cargas y composiciones variables en los efluentes.
  • Requieren menos espacio que otros tratamientos alternativos.
  • Permiten una operación continua y automatizada, con lo que reducen la intervención humana en su operativa.
  • Facilitan la recuperación de materias reutilizables para la elaboración de subproductos.

Los sistemas DAF también suelen disponerse tras el tratamiento de biodegradación de los contaminantes disueltos, en el tratamiento secundario de los vertidos. El proceso de flotación se suele disponer en lugar de decantadores secundarios, por las ventajas antes comentadas.

5. Aplicación de los sistemas MBR

Los efluentes procedentes del tratamiento primario contienen algunos restos de sólidos suspendidos y los sólidos solubles, que en su mayoría son compuestos orgánicos.

Por su tamaño y naturaleza, pueden ser susceptibles de separación parcial por membranas, pero dada la elevada carga de contaminantes, se hace precisa una oxidación previa de los mismos.

Para efluentes biodegradables, como es el caso que nos ocupa, se impone el tratamiento biológico por su economía, alto rendimiento y simplicidad.

El único caso en que se debería aplicar un tratamiento químico de oxidación avanzada es cuando nos encontramos con una DQO refractaria que no puede ser descompuesta por las bacterias del tratamiento biológico. Esta circunstancia es poco frecuente en la producción de pan y bollería industrial, ya que, aunque se emplean agentes desinfectantes y de limpieza, estos se aplican en zonas específicas controladas, y con reactivos que afectan el mínimo posible al tratamiento biológico.

Por otro lado, la creciente demanda de métodos que permitan reutilizar las aguas residuales en procesos de la misma fábrica o para servicios auxiliares, obliga a emplear tratamientos terciarios que reduzcan la contaminación al mínimo. En este sentido, un sistema MBR es una solución óptima, ya que combina un proceso biológico con una separación de contaminantes mediante membranas de ultrafiltración (UF), a la vez que mantiene una concentración de fangos activos correcta para la biodegradación y facilita la extracción de fangos en exceso.

El proceso MBR consta de las siguientes etapas básicas:

  1. Reactor biológico: El efluente se introduce en un tanque biorreactor, donde se lleva a cabo la descomposición biológica de los contaminantes orgánicos por microorganismos. En este proceso aeróbico, las bacterias y otros microorganismos metabolizan los compuestos orgánicos presentes en el efluente.
  2. Filtración por membranas: Después de la etapa biológica, el efluente se bombea a través de membranas de ultrafiltración o microfiltración. Estas membranas tienen poros muy pequeños que retienen los sólidos suspendidos, bacterias y otros microorganismos, permitiendo que solo el agua pase a través de ellas.
  3. Recirculación y Concentración de Lodos: Los fangos biológicos generados en el biorreactor son recirculados al sistema para mantener una población microbiana controlada, activa y eficiente. La concentración del lodo en el MBR puede ser considerablemente mayor que en los sistemas convencionales, lo que resulta en una mayor eficiencia de tratamiento y una reducción en el tamaño del equipo.
  4. Desinfección: Dependiendo de los requisitos de descarga, el efluente tratado puede ser desinfectado antes de su vertido final al medio ambiente. Esto se puede lograr mediante cloración, ozonización, radiación ultravioleta, u otros métodos de desinfección.
  5. Nitrificación y desnitrificación: Para reducir la carga contaminante del nitrógeno presente en este tipo de efluentes, se dispone una cámara anóxica previa al reactor biológico. Esta cámara de nitrificación va seguida del proceso de depuración biológica aerobia y del proceso de desnitrificación.

La tecnología MBR ofrece importantes ventajas frente a otros procesos de depuración de las aguas residuales:

  • Elevada eficacia en la eliminación de contaminantes orgánicos y sólidos suspendidos.
  • Producción de un efluente de alta calidad que cumple con los estándares regulatorios más estrictos, y que, en muchas ocasiones, puede ser reutilizado.
  • Reducción significativa del espacio requerido en comparación con los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales.
  • Mayor flexibilidad operativa y resistencia a las variaciones de carga y condiciones de operación.

6. Recuperación de agua reutilizable, materias primas y subproductos

Como hemos visto a lo largo del artículo, existen diferentes tecnologías que permiten la reutilización de agua y la valorización de residuos presentes en las aguas residuales generadas en la producción de pan y bollería industrial.

Recuperar recursos valiosos que están presentes en el efluente residual contribuye a optimizar costes y minimizar el impacto ambiental.

Estos son algunos ejemplos de residuos generados en la producción de pan y bollería industrial que se pueden valorizar:

  • Además de los vertidos líquidos, las industrias panificadoras y de bollería también generan residuos sólidos, como residuos de harina, envases y productos desechados. Estos residuos pueden ser segregados, reciclados o tratados para su disposición adecuada, minimizando así el impacto ambiental de la producción.
  • Reciclaje de Agua: El agua tratada puede ser reciclada y reutilizada en diversas operaciones dentro de la planta de producción. Por ejemplo, el agua tratada puede ser utilizada para el lavado de equipos, la limpieza de instalaciones o incluso para algunas aguas de proceso. Esto reduce la demanda de agua fresca y disminuye la cantidad de agua residual que necesita ser tratada y descargada.
  • Recuperación de nutrientes: Los nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, que están presentes en las aguas residuales, pueden ser recuperados y utilizados como fertilizantes en la agricultura, o en la producción de bioproductos. Los procesos de recuperación de nutrientes pueden incluir la precipitación química o la extracción biológica para concentrar estos compuestos en forma de fertilizantes.
  • Recuperación de materias primas: Algunos componentes presentes en las aguas residuales, como las grasas y los aceites, pueden ser recuperados y reutilizados en procesos industriales o incluso en la producción de biocombustibles. Los residuos de harina u otros subproductos de la producción también pueden ser valorizados como ingredientes en la alimentación animal o en la producción de biogás.
  • Tecnologías como la ósmosis inversa o la electrocoagulación permiten concentrar aún más los contaminantes presentes en las aguas residuales y facilitar su recuperación. Esto puede ser especialmente útil para la recuperación de sales u otros compuestos específicos presentes en los vertidos.
  • Recuperación de Energía: Los residuos orgánicos presentes en las aguas residuales pueden ser una fuente potencial de energía. La digestión anaerobia de los lodos generados en el proceso de tratamiento puede producir biogás, que puede ser utilizado como combustible para generar electricidad y calor. Este enfoque no solo reduce la dependencia de combustibles fósiles, sino que también ayuda a mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero.

7. Conclusión

La producción de pan y bollería industrial genera aguas residuales que pueden ser una fuente significativa de contaminación si no se gestionan adecuadamente. Estas aguas residuales contienen una variedad de contaminantes, como grasas, aceites, carbohidratos y otros compuestos orgánicos, que requieren tratamiento antes de su descarga en el medio ambiente.

La flotación por aire disuelto es la mejor opción para el tratamiento primario de estas aguas residuales, gracias a su eficiencia para eliminar contaminantes suspendidos y grasos.

Al proporcionar una separación efectiva de los contaminantes antes de su ingreso a procesos de tratamiento, la flotación DAF contribuye a la mejora de la calidad del efluente final y al cumplimiento de los estándares ambientales y regulatorios.

Por su parte, los biorreactores de membranas (MBR) son una solución eficaz y robusta para la eliminación de contaminantes orgánicos y sólidos suspendidos. Al integrar procesos biológicos con membranas de filtración, un sistema MBR proporciona un tratamiento completo y fiable que garantiza la producción de un efluente de alta calidad que puede ser reutilizado para procesos propios. La recuperación de vertidos y residuos presentes en las aguas residuales contribuye a la protección del medio ambiente, a la vez que genera beneficios económicos, ya que se recuperan recursos valiosos y se reducen los costes de tratamiento y disposición. Para lograr una gestión sostenible de los vertidos y residuos, es fundamental adoptar un enfoque integral que combine tecnologías de tratamiento avanzado con estrategias de recuperación de recursos.

Bibliografía y consultas

UPV|Curso:LAS INDUSTRIAS DE LA PANIFICACION Y BOLLERIA INDUSTRIAL octubre-2021

Proceso: Industria de la Panificación – Biblioteca virtual VirtualPro.co

PROGRAMA FORMATIVO. Operaciones básicas de panadería y bollería (1library.co)

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