National Raisin Company de Fowler, California, tenía una buena noticia y una mala noticia. La buena noticia era que las ventas y la producción de sus pasas de uva Champion estaban aumentando rápidamente. La mala noticia era que sus costos en concepto de aguas residuales estaban aumentando con la misma rapidez. Afortunadamente, gracias a un nuevo sistema de filtración por membranas, National Raisin no solo pudo reducir sus costos en concepto de aguas residuales sino que también crearon una fuente posiblemente lucrativa de ingresos adicionales. Aunque actualmente esta solución en particular solo está siendo utilizada en el procesamiento de pasas de uva, los productores de cualquier fruta desecada (ciruelas pasas, damascos desecados, etc.) probablemente obtendrían beneficios similares.
Con un procesamiento de alrededor de 50.000 toneladas de pasas de uva por año (200 toneladas por día), National Raisin es el segundo procesador y distribuidor de pasas de uva en los EUA. La compañía genera entre 60.000 y 80.000 galones/día (227.125 y 302.833 litros/día) de aguas residuales, principalmente del proceso de lavado de pasas de uva. Las pasas de uva tienen un fino recubrimiento de polvo que proviene del suelo arenoso del Valle Central de California y es necesario lavarlo antes del empaquetado.
Si este polvo fuera el único problema, simples tanques o filtros de sedimentos podrían eliminarlo y el agua de enjuague podría ser utilizada nuevamente para riego y otros fines o podría ser desechada en la planta local de aguas residuales a un costo muy bajo. Sin embargo, el problema real con el agua de enjuague es que, cuando lava el polvo de las pasas de uva, parte del azúcar en las pasas de uva también se disuelve en el agua. El agua de enjuague ahora tiene azúcar y esto crea una alta demanda biológica de oxígeno (biological oxygen demand, BOD). La aplicación (el riego) en la tierra de agua con BOD requiere un permiso especial cuya obtención puede tomar mucho tiempo y ser costosa. Además, para mantener los permisos se necesitan más papeleo y una revisión reglamentaria constante, y las reglamentaciones sobre la aplicación en la tierra en California son cada vez más rígidas. Esta reglamentación se considera necesaria para mantener la calidad general del agua subterránea. También se pueden producir olores desagradables cuando se desecha agua de enjuague cargada de azúcar por medio de la aplicación en la tierra.
Las pasas de uva ingresan al sistema de lavado por medio de una cinta transportadora, a una tasa de 200 toneladas por día.
Por todos estos motivos, la familia Bedrosian, propietaria de National Raisin Company, quiso encontrar una alternativa a las aplicaciones en la tierra. Se crió en el área de Fowler, cerca de la planta de procesamiento de pasas de uva y participa en las actividades cívicas locales. Se enorgullece de su comunidad y la compañía siempre ha estado comprometida con la protección del medioambiente local.
“Este es un pueblo pequeño”, señala Ernie Bedrosian, presidente, y el mayor de los tres hermanos que son propietarios de la compañía. “Solo hay cuatro mil o cinco mil habitantes y conocemos a casi todos. Existen maneras más baratas de desechar el agua de enjuague de las pasas de uva pero la familia quiso hacer lo correcto por la comunidad.
Aunque la aplicación en la tierra puede consumir mucho tiempo y no ser respetuosa con el medioambiente, enviar el agua a la planta local municipal de aguas residuales no es una alternativa atractiva. Cuesta más procesar agua con alta BOD, por lo que las plantas de aguas residuales municipales les cobran más a sus clientes: alrededor de $50.000 por mes en el caso de National Raisin.
Lógicamente, el empaquetador decidió que sería más económico eliminar el azúcar, la fuente de BOD, del agua de enjuague. Esto reduciría los cargos municipales por aguas residuales y eliminaría las inquietudes medioambientales que surgieron con la aplicación en la tierra.
Por ende, la decisión de eliminar el azúcar del agua de enjuague antes del desecho fue fácil. Lo que la hizo aún más fácil fue el hecho de que, si la concentración de azúcar de uva en el agua de enjuague era lo suficientemente alta, se podría vender a las destilerías locales para fabricar alcohol de uva. A su vez, este alcohol se utiliza para fabricar vinos fortificados como jerez y oporto, y para fabricar brandy. Una destilería local afirmó que estaría interesada en adquirir el agua si tenía un mínimo de 8% de azúcar. Esto significaba que el contenido de azúcar debía duplicarse o cuadruplicarse del 2% y 4%, que era lo normal en el agua de enjuague de las pasas de uva. Entonces, la decisión más difícil sería decidir cómo concentrar mejor el agua de enjuague de las pasas de uva, ya que había varias opciones.
Las opciones más lógicas fueron la evaporación o la ósmosis inversa (RO). Incluso los evaporadores de última generación y de alta eficiencia, que operan bajo vacío, requieren mucha energía para evaporar por hervor suficiente agua de enjuague para concentrar el azúcar al nivel deseado. La ósmosis inversa, por el otro lado, solo requiere la suficiente energía como para generar la presión suficiente que fuerce el agua a través de una membrana que retenga y concentre el azúcar. Por ende, la RO parecía el enfoque más probable.
Se desparraman millones de pasas de uva como preparación para el lavado.
El ingeniero de planta, John Minazzoli, afirma que consideraron los elementos de membranas de RO en espiral, que son relativamente poco costosos y requieren la menor cantidad de espacio de planta. No obstante, se descubrió que el polvo y otros sólidos de uva (pedazos de tallos y piel) bloquean los pequeños canales en estos elementos en espiral. También se bloquearon los filtros previos convencionales utilizados antes en el proceso que los elementos en espiral.
En este punto, el Sr. Minazzoli planteó la cuestión con el Dr. Jatal Mannapperuma del Instituto de Investigaciones Alimentarias y Agrarias de California (California Institute of Food and Agricultural Research, [CIFAR]). El Dr. Mannapperuma realiza actividades de consultoría con productores en toda California y opera un remolque móvil que contiene varias opciones de membranas para la experimentación.
En primer lugar, intentaron utilizar ultrafiltración (UF) por membranas de cerámica tubulares como filtración previa antes de la membrana de RO en espiral. El filtrado de la unidad de UF de cerámica proporcionó un aporte aceptable para la membrana de RO en espiral pero, desafortunadamente, el polvo que atravesaba la membrana de cerámica erosionó la superficie de la membrana, lo que redujo su vida útil.
En este punto, el Dr. Mannapperuma recomendó evaluar las membranas de RO poliméricas y se incorporó a Peter Allan, quien, en ese entonces, era ingeniero de ventas de PCI Membrane Systems y, en la actualidad, es uno de los directores de Membrane Specialists, LLC. Los canales tubulares de ½ in (13 mm) en las membranas de RO no requieren una filtración previa y la superficie de la membrana polimérica es más resistente a la abrasión que los materiales inertes como la cerámica. En otras palabras, National Raisin podría lograr su meta de concentración de azúcar en un paso en lugar de dos.
Las pasas de uva caen en cascada por el proceso de lavado, que produce entre 60.000 y 80.000 galones/día de aguas residuales.
La prueba inicial en el remolque del CIFAR comprobó que la membrana de RO tubular concentraba el azúcar hasta los niveles de 8% a 10% requeridos por la destilería y se organizaron pruebas adicionales a una escala mayor, directamente con el Sr. Allan para determinar el tamaño del sistema final. Las pruebas de mayor escala también fueron exitosas y se instaló un sistema de escala industrial.
Una vez que se elimina el agua de azúcar concentrada (denominada “retentado” en la jerga de filtración por membranas), el agua restante (denominada “permeado”), en realidad, tiene menos cantidad de sólidos disueltos que el agua de pozo que se suministra a la planta. Por lo tanto, se puede utilizar nuevamente en el proceso de lavado de pasas de uva o puede enviarse para regar viñedos cercanos sin inquietudes acerca del olor ni la contaminación del suelo.
La planta de filtración por membranas instalada en National Raisin Company incorpora 80 módulos de filtración Modelo B1 y está diseñada de modo que pueda expandirse con facilidad un 50% hasta 120 módulos para satisfacer un aumento de demanda en el futuro. La vida útil de las membranas se garantiza durante un año y el primer conjunto se reemplazó después de un año de uso.
“Fue muy bueno trabajar con PCI Membrane Systems”, expresa el Sr. Minazzoli. “Peter Allan y la gente en su planta principal (ubicada cerca de Cincinnati, OH) sabían lo que hacían y fueron muy útiles. Incluso después de instalar el sistema estaban presentes para asistirnos en cuanto los necesitásemos”.
National Raisin está continuando su programa para optimizar el uso de la RO para obtener el máximo retorno de su inversión. La demanda del agua de azúcar de uva tiende a fluctuar (incluso disminuye a cero ocasionalmente), pero el ahorro en la factura de desagüe de National Raisin asciende a alrededor de $300.000 por año. Esto es suficiente para mantener el retorno de la inversión del sistema dentro del plan original de 3 años. Cualquier ingreso adicional que provenga de comercializar el agua de azúcar concentrada a destilerías simplemente acelerará el proceso. Mientras tanto, la familia Bedrosian es consciente de que ha hecho lo correcto para el medioambiente y para sus vecinos.
Membrane Specialists, LLC adopta un enfoque imparcial para la selección de membranas de flujo cruzado, lo que garantiza una solución verdaderamente independiente, ideal para cada aplicación. Membrane Specialists ofrece toda la gama de geometrías de membranas, incluidas las membranas en espiral, las membranas de fibra hueca y las membranas de cerámica y poliméricas tubulares. Esta selección de configuraciones posibilita la realización de pruebas en todo el espectro de filtración: desde la ósmosis inversa, pasando por la nanofiltración y la ultrafiltración hasta la microfiltración. Las pruebas se pueden llevar a cabo en los laboratorios de Membrane Specialists o en su sitio de trabajo, con o sin asistencia.
La planta de filtración por membranas instalada en National Raisin Company incorpora 80 módulos de filtración Modelo B1 y está diseñada de modo que pueda expandirse con facilidad un 50% hasta 120 módulos para satisfacer un aumento de demanda en el futuro.