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Desarrollos tecnológicos: proceso integral de café

  • 01 agosto 2018
  • Por Yolanda Torres López

La industria del café es una de las más grandes, México se sitúa en el noveno lugar como país productor de café a nivel mundial. En el periodo 2015-2016, la Organización Internacional del Café reportó una producción mundial total de 9.1 millones de toneladas de café, de la cual 186,000 toneladas corresponden a la producción de México.

El CIATEJ participó en el tema “Desarrollo tecnológico a nivel piloto de un sistema de tratamiento biológico para las aguas residuales del proceso de beneficiado húmedo de café” de tal forma que los procesos productivos sean sustentables desde un punto de vista ambiental. Este proyecto fue financiado por el Programa de Estímulos a la Innovación - CONACYT, en la modalidad PROINNOVA. El proyecto dio inicio en el mes de octubre del año 2015 y concluyó en noviembre del 2017. Participaron en este proyecto el Dr. Alberto López López (Q.E.P.D.), la Dra. Elizabeth León Becerril, el Dr. Jorge del Real Olvera y el Dr. Ramiro Vallejo Rodríguez, investigadores del área de Tecnología Ambiental de nuestro centro.

El beneficiado del café es el proceso mediante el cual se prepara el café para su consumo, el cual comprende una serie de etapas o actividades para la estabilización de las cualidades del fruto; el objetivo es mantener la calidad natural del café. Las cerezas de café se procesan principalmente por dos vías: húmeda y seca. El beneficiado húmedo produce los cafés "suaves" o "lavados" que se distinguen por su alta calidad de taza, siendo los preferidos de los países consumidores; este sistema utiliza agua en algunas etapas de preparación. El beneficiado por vía seca produce los cafés "naturales" los cuales son de inferior calidad y requieren mucha energía para secar la fruta. Los procesos húmedos son los que predominan con un 90% del total y comprenden básicamente las etapas siguientes: recibo, despulpado, remoción de mucílago, lavado, clasificado y secado del café al 12% de humedad. En cada etapa del proceso se va clasificando y seleccionando la fruta para obtener la mejor calidad.

El beneficiado húmedo del café genera importantes volúmenes de agua residual, de 100 hasta 800 litros de agua por quintal de café cereza procesado, representando un riesgo para el ambiente, por su alto contenido de materia orgánica en términos de DQO (demanda química de oxígeno) de 50,000 mg/L y de DBO (demanda bioquímica de oxígeno) de 20,000 mg/L, un pH ácido inferior a 4.4, presentan un color superior a 2,000 unidades de Pt-Co, además de la presencia de compuestos fenólicos, taninos y alcaloides (cafeína). Esto quiere decir que un litro de agua generada en un beneficio de café equivale a 125 L del agua residual doméstica que se genera en una casa habitación, lo que da una idea del impacto potencial de contaminación.

En los últimos años ha sido notorio el impacto negativo de las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores de agua, debido principalmente a la falta de tecnología disponible para su tratamiento. Existen muy pocos productores de café que cuentan con alguna tecnología para el tratamiento de aguas residuales de café, y sólo se limitan a tratar volúmenes pequeños o los sistemas de tratamiento presentan deficiencias en su diseño y operación. Ante esta problemática ambiental y de necesidad tecnológica para tratar las aguas residuales del beneficiado húmedo del café, surge la necesidad de desarrollar y emplear una tecnología adecuada para reducir este problema que impacta directamente en el ambiente.

Este proyecto evaluó procesos fisicoquímicos y biológicos para el tratamiento de aguas residuales generadas en el beneficio húmedo del café para pequeños productores (1250 kg de café cereza procesados al día, es decir, 1 quintal de café cereza) que fuera técnica y económicamente viable. Para el sistema de tratamiento propuesto se consideró que el proceso de beneficiado de café es temporal (noviembre a marzo), por lo que la estimación de generación de agua fue considerada anual. El tratamiento de agua por procesos biológicos es limitado, pues se debe alimentar agua de forma continua para mantener la estabilidad del sistema.

El proceso fisicoquímico de coagulación-floculación permitió la remoción de materia orgánica expresada como DQO del 42%, la reducción del color en 88% y de sólidos disueltos totales del 74%. Este proceso consistió en agregar sustancias químicas que aglutinaban mediante sedimentación los contaminantes en el fondo del tanque donde se trataba el agua residual. Sin embargo, dadas las características del agua, se tuvo que dar un tratamiento de pulimento de tipo biológico mediante el uso de humedales artificiales que consiste en una operación simple y económica, con lo cual se logra reducir aún más la materia orgánica presente (76%) el agua y el color (83%). Un humedal artificial es una réplica controlada de lo que sucede en la naturaleza y es una zona de tierra, generalmente plana, cuya superficie se inunda de manera permanente o intermitentemente y donde se colocan plantas. De forma global, mediante este tratamiento se reduce el color en 98%, y la materia orgánica expresada como DQO en 90%.

También se realizaron experimentos para evaluar el potencial de producción de metano, que pudiera ser usado como fuente alterna de energía, a la vez que se le da un tratamiento a las aguas residuales. La máxima remoción de materia orgánica expresada como DQO fue de 80% y la velocidad de generación de metano fue de 52 mL CH4/Lr-h.

Esto permitió generar información relevante para establecer un sistema de tratamiento de aguas residuales generadas en el proceso de beneficio húmedo del café Se propuso el diseño y desarrollo de la ingeniería conceptual y básica del sistema de manejo integral del agua residual generada en el proceso del beneficio húmedo del café para pequeños productores, atendiéndose a una empresa en particular.

También participaron estudiantes de maestría del Ciatej y algunos de licenciatura que desarrollaron sus temas de tesis a partir de la temática del proyecto como Daniela Lepe Cervantes. Evaluación de la actividad metanogénica en el tratamiento de aguas residuales del proceso húmedo del café. Tesis de Maestría en Innovación Biotecnológica, Opción terminal: Ciencias Ambientales, Ingeniería Ambiental, CIATEJ, Guadalajara, Jalisco. Agosto 15, 2017.

Laura Alfaro Vázquez. Desarrollo tecnológico de un sistema de tratamiento de aguas residuales generadas en el proceso del beneficio húmedo del café. Tesis de Maestría en Ciencia y Tecnología, Opción terminal: Ingeniería Ambiental, Posgrado Interinstitucional de Ciencia y Tecnología-CIATEJ, Guadalajara, Jalisco. En proceso.

Dulce Alejandra Durante Pérez, Prácticas profesionales. Licenciatura en Ingeniería Ambiental Universidad Politécnica de Chiapas. 04 de Mayo al 24 de Julio del 2015.

Carlos Armin Arcos López, Prácticas profesionales. Licenciatura en Ingeniería Ambiental Universidad Politécnica de Chiapas. 04 de Mayo al 24 de Julio del 2015.

El tratamiento de las aguas residuales generadas en el proceso del beneficio húmedo del café evitará la contaminación de cuerpos de agua y suelo, contribuyendo a la calidad de salud de los habitantes aledaños a las comunidades donde se encuentre el beneficio. Las empresas que realizan el proceso de beneficiado húmedo del café serán socialmente responsables al tratar el agua residual generada.

El proyecto permite reducir las descargas de agua residual que se generan en un beneficio del café sin previo tratamiento a cuerpos de agua y suelo. El impacto negativo evitado al ambiente se hará notable, pues las aguas residuales recibirán un tratamiento tal que permitirá que el proceso de producción de café no comprometa los recursos naturales.

El proyecto se desarrolló para una empresa localizada en Coatepec, Veracruz, por lo que se logró un impacto local. Sin embargo, la producción de café en México abarca otros estados de México, por lo cual el impacto de mitigación de la problemática a nivel nacional es de gran potencial de aplicación.

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