Las aguas residuales del café , también conocidas como efluentes del café , son un subproducto del procesamiento del café . Su tratamiento y eliminación es una consideración ambiental importante para el procesamiento del café, ya que las aguas residuales son una forma de contaminación industrial del agua . [1]
El fruto sin cosechar del cafeto, conocido como cereza del café, se somete a un largo proceso para dejarlo listo para el consumo . Este proceso implica a menudo el uso de grandes cantidades de agua y la producción de cantidades considerables de residuos sólidos y líquidos. El tipo de desperdicio es resultado del tipo de proceso por el que pasan las cerezas de café. La conversión de la cereza en oro [nota 1] o grano verde (el grano de café seco listo para ser exportado) se logra mediante un proceso seco, semilavado o totalmente lavado.
Las cerezas de café se secan inmediatamente después de su cosecha mediante secado al sol, secado solar o secado artificial. En el secado al sol, las cerezas de café se colocan sobre un piso limpio y se dejan secar al aire libre. En el secado solar, las cerezas se colocan en un gabinete cerrado, que tiene orificios de ventilación para dejar salir la humedad. El secado artificial se utiliza principalmente durante la estación húmeda, cuando el bajo nivel de luz solar extiende el tiempo necesario para el secado solar y las cerezas son propensas al crecimiento de moho. Después del secado, las cerezas se descascaran. En este proceso se elimina mecánicamente la capa exterior seca de la cereza, conocida como pericarpio .
En el proceso semilavado, las cerezas se despulpan para quitarles el pericarpio. Después de esto se retira la capa viscosa de mucílago que recubre el frijol. Esto se hace mecánicamente introduciendo los granos en un dispositivo cilíndrico que los transporta hacia arriba. Si bien la fricción y la presión ejercidas sobre los frijoles mediante este proceso son suficientes para eliminar la mayor parte del mucílago, aún quedará una pequeña cantidad en el corte central de los frijoles. Esta técnica se utiliza en Colombia y México con el fin de reducir el consumo de agua procedente del largo proceso de fermentación y los extensos lavados.
Para reducir la contaminación generada por el proceso húmedo de los frutos del café, científicos de Cenicafé desarrollaron una tecnología que evita utilizar agua cuando no es necesaria y utiliza el agua adecuada cuando es necesaria. La tecnología, denominada Becolsub ( tomado de las siglas en español para proceso ecológico de café húmedo con manejo de subproductos: Beneficio Ecológicos Sub -productos [2] ), controla más del 90% de la contaminación generada por su predecesora. La calidad del café procesado de esta manera es la misma que la del café procesado por fermentación natural.
La tecnología Becolsub consiste en despulpar sin agua, desmucilar mecánicamente y mezclar los subproductos (piel del fruto y mucílago) en un transportador de tornillo. La tecnología también incluye un dispositivo hidromecánico para retirar frutos flotantes e impurezas ligeras, así como objetos pesados y duros, y una criba cilíndrica para retirar los frutos cuya piel no fue separada en la despulpadora. Científicos de Cenicafé descubrieron que un fruto de café con mucílago (los frutos inmaduros y secos no tienen mucílago) tiene suficiente agua en su interior para que la piel y las semillas puedan ser separadas en despulpadoras convencionales sin agua, que el líquido solo se requería como medio de transporte y que La pulpa sin agua evita el 72% de la contaminación potencial.
La eliminación del mucílago se ha realizado mediante un proceso de fermentación, que dura entre 14 y 18 horas, hasta que el mucílago se degrada y se puede eliminar fácilmente con agua. El lavado del mucílago fermentado requiere, en el mejor de los casos, 5,0 L/kg de DPC. Científicos de Cenicafé desarrollaron una máquina para quitar el mucílago que recubre las semillas de café. Esta máquina, llamada Deslim (las iniciales del desmucílago, el lavador y limpiador mecánico) elimina más del 98% del mucílago total (lo mismo que una fermentación bien conducida) ejerciendo estrés y generando colisiones entre granos, utilizando sólo 0,7 L. /kg de DPC. La mezcla altamente concentrada resultante de agua, mucílago e impurezas es viscosa y se agrega a la piel de la fruta separada en un transportador de tornillo. En el transportador de tornillo la retención es superior al 60%, lo que supone un control adicional del 20% de posible contaminación.
Los dos subproductos se utilizan ampliamente como sustrato de lombrices para producir fertilizantes naturales. Sin embargo, la alta concentración del mucílago obtenido del desmucílago brinda la oportunidad de industrializar el subproducto.
Este proceso se utiliza principalmente cuando se procesa Coffea arabica . [3] Después del despulpado, los granos se recogen en tanques de fermentación donde se realiza la eliminación bacteriana del mucílago durante 12 a 36 horas. [4] La fase de fermentación es importante en el desarrollo del sabor del café, lo cual se debe en parte a los procesos microbiológicos que tienen lugar. La aparición de levaduras y mohos en agua ácida puede provocar sabores desagradables como café agrio y sabor a cebolla . Sin embargo, se cree que el procesamiento húmedo produce café de mayor calidad que otros procesos, ya que pequeñas cantidades de sabores desagradables le dan al café su sabor y "cuerpo" particulares. [5]
Cuando se completa la fermentación, los granos se lavan a fondo para eliminar los residuos de fermentación y cualquier resto de mucílago. Si no se eliminan, provocan la decoloración del pergamino y hacen que los frijoles sean susceptibles a las levaduras. Después del lavado, los frijoles se secan. Cuando el proceso de secado no es lo suficientemente rápido, aparecen olores terrosos y mohosos, como el sabor de Río . [6]
La cantidad de agua utilizada en el procesamiento depende en gran medida del tipo de procesamiento. El procesamiento húmedo y completamente lavado de las cerezas de café requiere la mayor cantidad de agua dulce y el procesamiento en seco el mínimo. Las fuentes indican una amplia gama en el uso del agua. [ cita necesaria ] El reciclaje de agua en el proceso de despulpado puede reducir drásticamente la cantidad necesaria. Con la reutilización y mejores técnicas de lavado, se pueden lograr hasta 1 a 6 m 3 de agua por tonelada de cereza de café fresca; sin reutilización es posible un consumo de hasta 20 m 3 /tonelada.
El agua utilizada en el procesamiento del café sale de la unidad de procesamiento del café con altos niveles de contaminación . El componente principal es la materia orgánica , proveniente del despulpado y remoción de mucílago . [15] La mayoría de la materia orgánica en las aguas residuales es altamente resistente y los valores de DQO , la cantidad de oxígeno necesaria para estabilizar la materia orgánica mediante el uso de un oxidante fuerte, constituyen el 80% de la carga contaminante, con valores de hasta 50 g/L. . [16] [17] La DBO , la cantidad de oxígeno necesaria para la descomposición biológica de la materia orgánica en condiciones aeróbicas a una temperatura y tiempo de incubación estandarizados, [18] procedente de material orgánico biodegradable puede alcanzar valores de 20 g/L.
Con un cribado (áspero) y eliminación de la pulpa, los valores de DQO y DBO se vuelven considerablemente más bajos. Se encontraron valores en el rango de 3 a 5 g/L para DQO y de 1,5 a 3 g/L para DBO 5 [nota 2] . [11] Valores registrados de 2,5 g/L para DQO y 1,5 g/L para DBO 5 . [19] [20]
Gran parte de la materia orgánica, las pectinas , precipita como sólidos mucilados y podrían eliminarse del agua. [16] Cuando estos sólidos no se eliminan y los valores de pH aumentan y se puede observar un aumento de DQO.
Para optimizar el tratamiento anaeróbico de las aguas residuales, los valores de pH deberían estar entre 6,5 y 7,5, en lugar de los valores habituales de pH = 4, que son muy ácidos. Esto se obtiene añadiendo hidróxido de calcio (CaOH 2 ) al agua residual. Esto dio como resultado una solubilidad recuperada de las pectinas, aumentando la DQO de un promedio de 3,7 g/L a un promedio de 12,7 g/L.
El agua se caracteriza además por la presencia de compuestos flavonoides procedentes de la piel de las cerezas. Los compuestos flavonoides dan como resultado una coloración oscura del agua a un pH = 7 o superior, pero no aumentan los niveles de DBO o DQO de las aguas residuales, ni tienen impactos ambientales importantes. Sin embargo, niveles más bajos de transparencia pueden tener un impacto negativo en los procesos fotosintéticos y en el crecimiento y las transformaciones de nutrientes de (especialmente) las plantas acuáticas enraizadas. Muchos esfuerzos en las industrias procesadoras de aceitunas y vinos , con fondos relativamente grandes para investigación, han estado tratando de encontrar una solución a este problema. Calvert menciona investigaciones realizadas sobre la eliminación de compuestos polifenólicos y flavonoides por especies de hongos que digieren la madera ( basidiomicetos ) en una solución sumergida con aireación mediante aire comprimido. [21] Estos procesos complejos parecían ser capaces de eliminar los compuestos de color, pero las técnicas simplificadas y más baratas que utilizaban otros tipos de hongos (es decir, Geotrichum , Penicillium , Aspergillus ) sólo prosperaban en aguas residuales altamente diluidas.
Las aguas residuales del café no son un flujo constante de agua con cargas uniformes de contaminación. El procesamiento de la cereza de café es un proceso discontinuo y respecto a los flujos de agua se pueden determinar dos procesos: despulpado y fermentación/lavado.
El agua utilizada para despulpar las cerezas se denomina agua de despulpado. Representa poco más de la mitad del agua utilizada en el proceso. Según Von Enden y Calvert, "el agua para despulpar se compone de azúcares que se fermentan rápidamente tanto de la pulpa como de los componentes del mucílago. La pulpa y el mucílago se componen en gran medida de proteínas, azúcares y el mucílago, en particular de pectinas, es decir, carbohidratos polisacáridos. [15] Estos Los azúcares se fermentan utilizando las enzimas de las bacterias de las cerezas. Otros componentes del agua para despulpar son ácidos y sustancias químicas tóxicas como polifenólicos (taninos) o alcaloides (cafeína).
El agua de despulpado se puede reutilizar durante el despulpado de la cosecha de un día. Esto da como resultado un aumento de la materia orgánica y una disminución del pH. La investigación en Nicaragua mostró que los promedios de DQO aumentaron de 5.400 mg/L a 8.400 mg/L con la mayor parte de la pulpa eliminada. [14] La caída del pH se puede atribuir al inicio de la fermentación del agua de despulpado. Esta caída continúa hasta que finaliza la fermentación y se alcanzan niveles de pH en torno a 4. Durante esta investigación se determinó el contenido de nutrientes del agua de pulpa con la carga máxima de DQO, que se consideró que reflejaba la contaminación máxima. La concentración de nitrógeno total (TN) en las muestras osciló entre 50 y 110 mg/L con un promedio en todas las muestras de 90 mg/L. La concentración de fósforo total (TP) en las muestras osciló entre 8,9 y 15,2 mg/L con un promedio en todas las muestras de 12,4 mg/L.
El lavado de los granos fermentados produce aguas residuales que contienen principalmente pectinas del mucílago, proteínas y azúcares. La fermentación de los azúcares (carbohidratos disacáridos) en etanol y CO 2 produce condiciones ácidas en el agua de lavado. El etanol se convierte en ácido acético después de reaccionar con el oxígeno, lo que reduce el pH a niveles de alrededor de 4. La alta acidez puede afectar negativamente la eficiencia del tratamiento de las instalaciones de tratamiento que tratan las aguas residuales del café como un reactor anaeróbico o humedales construidos y se considera perjudicial. para la vida acuática cuando se descargan directamente en aguas superficiales .
Durante el proceso de lavado la investigación en Nicaragua mostró una clara disminución en la contaminación de las aguas residuales. [14] Los valores de DQO caen de un promedio de 7200 mg/L a menos de 50 mg/L. A pesar de que en Nicaragua se permite descargar aguas residuales con valores de DQO inferiores a 200 mg/L en los cursos de agua naturales, es aconsejable redirigir todas las aguas residuales al sistema de tratamiento. Esto se debe a que los niveles de DQO no se pueden determinar in situ durante el proceso de lavado y la descarga de aguas residuales a aguas superficiales se basa en una inspección visual. Cuando el agua es "clara", se considera lo suficientemente limpia, pero los valores de DQO medidos durante la investigación mostraron que la descarga generalmente se realizaba demasiado pronto, lo que resultaba en aguas residuales con niveles de DQO más altos que los permitidos. Otro efecto positivo de desviar las aguas residuales a un sistema de tratamiento es la dilución de las aguas residuales, lo que permite un mejor tratamiento por parte de bacterias anaeróbicas debido a valores de pH más favorables y un mejor postratamiento debido a concentraciones más bajas de amonio.
La concentración de TN en las muestras de aguas residuales provenientes del lavado osciló entre 40 y 150 mg/L con un promedio en todas las muestras de 110 mg/L. La concentración de TP en las muestras osciló entre 7,8 y 15,8 mg/L con un promedio en todas las muestras de 10,7 mg/L.
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