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Introducción
El agua es uno de los recursos naturales imprescindibles para la vida y el desarrollo, de ahí que el bienestar socio-económico de las poblaciones dependa en gran medida de los volúmenes y calidad disponibles. Las políticas de gestión de estas riquezas, se han concentrado en la satisfacción de las necesidades siempre crecientes del agua y de bienes y servicios relacionados con dicho recurso (Suárez y Hernández, 2016).
La industria depende en alto grado de un adecuado abastecimiento de agua, la que se utiliza como componente de productos o de manera indirecta en el control del proceso de producción, como en el enfriamiento de máquinas que generan calor, o en la higienización de determinadas operaciones y partes del proceso productivo. En los últimos años su consumo ha aumentado a razón de 1 a 1,5 % por año, fundamentalmente en los países desarrollados (González et al., 2015).
Una de las fábricas que emplean cantidades considerables de agua durante el proceso de producción son los centrales azucareros, demanda que se amortiza con la propia agua que contiene la caña de azúcar (Saccharum officinarum L.) que fluctúa entre 80-85% de su peso (Velásquez y col, 2010).
Los vapores generados en el proceso fabril, son empleados como fuente de energía térmica en el proceso, y algunos de los vapores vegetales ya condensados son susceptibles de ser recuperados para emplearlos en otras etapas de la operación, aunque no se descarta su uso fuera de las labores productivas de los propios centrales azucareros (Velásquez y col, 2010).
Conociendo todas las potencialidades que posee la gramínea en el proceso del azúcar, en el año 2018 se solicitó al Centro de Investigaciones Hidráulicas (CIH) hacer un estudio de la calidad del agua de condensado vegetal que se logra en los centrales azucareros, producto del proceso de obtención del azúcar crudo y refinado. Esquijarosa (2018) y Ramírez (2018) efectuaron las primeras evaluaciones del condensado en el central 30 de Noviembre, continuando las mismas en el central Boris Luis Santa Coloma por Márquez (2019).
El objetivo del presente trabajo fue realizar una caracterización físico-química y microbiológica a las aguas de condensado vegetal de dos centrales azucareros del país, el 30 de Noviembre y el Boris Luis Santa Coloma y para poder valorar su empleo como agua de bebida a partir de los estándares dispuestos en la norma NC 827:2012 (2012) y lo establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) (2018).
Materiales y métodos
Las evaluaciones a los condensados vegetales de los centrales azucareros cubanos 30 de Noviembre y Boris Luis Santa Coloma se realizaron en los años 2018 y 2019, analizándose física, química y microbiológicamente las aguas en los laboratorios acreditados del Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), Empresa de Perforación y Extracción de Petróleo Centro (EPEPC) y la Empresa Los Portales S.A.
Se hizo una valoración de cada indicador a modo de identificar posibles riesgos sobre la salud humana, no siendo posible estudiar todos los parámetros que exigen las normas de agua potable. No obstante, se exponen en el presente estudio algunos de los que resultan necesarios para los fines que se persiguen.
A continuación, se hace una breve descripción de las características de ambos centrales y la disponibilidad de agua de condensado vegetal.
Central 30 de Noviembre
El central 30 de Noviembre está ubicado en el municipio de San Cristóbal, provincia de Artemisa. Muele un aproximado de 8 000 t de caña por día. Está concebido tecnológicamente para obtener azúcar crudo y refinado. El período de zafra azucarera se enmarca entre el 1ro de diciembre y el 30 de abril. La producción de caña que abastece a la industria garantiza la molida durante 150 días al año.
El condensado vegetal se obtiene en tres de los cinco vasos conectados entre sí (evaporadores del V1 al V5) (figura 1). Al primer vaso conocido como vaso pre (V1) se le introducen 131,35 m3/h de agua de vapor y del mismo se extraen 59,59 m3/h de condensado vegetal (1 430 m3/d) y del segundo vaso (V2) se extraen 26,04 m3/h (624,96 m3/d). Ambos condensados se utilizan para alimentar las calderas del propio central por considerarse los de mejor calidad y el del vaso restante (V3) solo se usa con fines tecnológicos como imbibición, agua de proceso y requerimientos en tachos (c.p.).
(Figura cortesía del central 30 de Noviembre)Figura 1 Esquema de evaporación a quíntuple efecto del central 30 de Noviembre.
Central Boris Luis Santa Coloma
El central Boris Luis Santa Coloma está ubicado en el municipio Madruga, provincia de Mayabeque. Muele 3 100 t de caña por día aproximadamente. La fábrica está concebida tecnológicamente para obtener azúcar crudo y refinado. El período de zafra se enmarca desde la segunda mitad de noviembre hasta la primera mitad de abril. La producción de caña garantiza la molida durante 120 días al año.
El condensado vegetal se obtiene en dos de los cinco vasos conectados entre sí (del V1 al V5) (figura 2). Al V1 se le introducen 53,39 m3/h de agua de vapor y del mismo se extraen 33,33 m3/h de condensado vegetal (799,92 m3/d) y del V2 se extraen 7,68 m3/h (184,32 m3/d). Estos condensados se utilizan para alimentar las calderas del central.
(Figura cortesía del central Boris Luis Santa Coloma)Figura 2 Esquema de evaporación a quíntuple efecto del central Boris Luis Santa Coloma.
Toma de muestras
En el central 30 de Noviembre se realizó el monitoreo en abril de 2018 y en el Boris Luis Santa Coloma en marzo de 2019. En ambos centrales azucareros se recolectó agua en el V1 y en el V2 en llaves colectoras específicas para el control de la calidad del agua de condensado que realizan como rutina los propios centrales. Las muestras fueron debidamente almacenadas en pomos plásticos de 1L de capacidad, resistentes al calor y trasladadas a los diferentes laboratorios para su análisis.
Análisis efectuados
Los análisis efectuados al condensado vegetal resultaron los siguientes: pH (u), salinidad (ups), turbiedad (UNT), sólidos disueltos totales - SDT (mg/L) y conductividad eléctrica - CE (µs/cm), todos ellos con sonda multiparamétrica HANNA HI 9828 con precisión de 0,01 unidades; la alcalinidad total - AT (mg/L), dureza total - DT (mg/L), nitrito - NO2- (mg/L), nitrato - NO3- (mg/L), amonio - NH4+ (mg/L), fosfato - PO4 3- (mg/L), sulfato - SO4 2- (mg/L), potasio - K+ (mg/L), sodio - Na+ (mg/L), cloruro - Cl- (mg/L) e hierro - Fe2+ (mg/L), con los métodos estándares expuestos en el APHA (2005), al igual que los coliformes totales - CT (UFC/mL) y coliformes fecales - CF (UFC/mL).
Resultados y discusión
En las tablas 1 y 2 se plasman los resultados obtenidos una vez realizadas las caracterizaciones físico-químicas a las aguas de los V1 y V2 procedentes de los centrales 30 de Noviembre y Boris Luis Santa Coloma respectivamente.
Tabla 1 Resultados derivados de los análisis físicos realizados a las aguas de condensado vegetal de los centrales 30 de Noviembre y Boris Luis Santa Coloma respectivamente. Exposición de la NC 827:2012 (2012)
| Central | Muestra | Olor y sabor | pH (u) | Salinidad (ups) | Turbiedad (UNT) | SDT (mg/L) | C E (µs/cm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 30 de Noviembre | V1 V2 | Ligeramente a guarapo | 5,4 4,5 | 0,04 0,02 | 3,7 2,4 | 44 27 | 87 54 |
| Boris Luis Santa Coloma | V1 V2 | Ligeramente a guarapo | 5,1 5,8 | 0,01 0,04 | 0,5 10,3 | 17 40 | 34 79 |
| NC 827:2012 (2012) | Inodora y sabor agradable característico | 6,5 - 8,5 | - | 5 | 1 000 | - |
- : No aparece en la norma
Tabla 2 Resultados derivados de los análisis químicos realizados a las aguas de condensado vegetal de los centrales 30 de Noviembre y Boris Luis Santa Coloma respectivamente. Exposición de la NC 827:2012 (2012)
| 30 de Noviembre | Boris Luis Santa Coloma | NC 827:2012 (2012) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Variables | V1 | V2 | V1 | V2 | |
| Alcalinidad total (mg/L CaCO3) | 3,8 | 0 | 22,94 | 40,15 | - |
| Dureza total (mg/L CaCO3) | 0 | 0 | 0 | 0 | 400 |
| Nitrito (mg/L) | 0,030 | 0,007 | 0,018 | 0,015 | 0,01 |
| Nitrato (mg/L) | 4,25 | 0,48 | 3,0 | 2,45 | 45 |
| Amonio (mg/L) | 17,85 | 47,16 | 60 | 45 | - |
| Fosfato (mg/L) | 0,009 | 0,009 | 0,0745 | 0,08 | - |
| Sulfato (mg/L) | 10,5 | 9,22 | 10,5 | 9,25 | 400 |
| Potasio (mg/L) | 0 | 0 | 0,25 | 0,18 | - |
| Sodio (mg/L) | 0,23 | 0,19 | 1,49 | 1,54 | 200 |
| Cloruro (mg/L) | 2,2 | 2,48 | 1,00 | 0,99 | 250 |
| Hierro (mg/L) | 0,11 | 0,21 | 0 | 0,031 | 0,3 |
- : No aparece en la norma
Análisis de los resultados físico-químicos de las aguas de condensado vegetal
A continuación, se realiza una valoración de los resultados derivados de los análisis efectuados a las aguas de condensado vegetal de los dos centrales monitoreados, evaluación basada en los estándares expuestos en las guías de calidad del agua de consumo humano de la OMS en el 2018, en su cuarta edición (tabla 3).
pH: el pH en el agua de bebida debe estar aproximadamente entre 6,5 y 8,0 aunque la OMS no propone ningún valor de referencia basado en los efectos sobre la salud, porque este parámetro no suele afectar directamente a los consumidores. En las muestras analizadas, todos los valores presentaron una tendencia a la acidez, con un pH mínimo de 4,5 en el central 30 de Noviembre. Igualmente en el central Boris Luis Santa Coloma, predominaron valores que indican acidez, todos ellos por debajo de 6,5.
Hay que tener en consideración que las aguas para consumo no deberían tener pH ácidos, ni ligeramente ácidos y que aunque el agua de condensado vegetal aún no se haya utilizado con tales fines, sí debería existir una vigilancia constante de este parámetro, para minimizar la posible corrosión del sistema de tuberías en las instalaciones fabriles.
Según la OMS, es necesario aumentar ligeramente el valor del mismo, si se quiere emplear esta agua como bebida.
Tabla 3 Estándares propuestos por la OMS (2018) según el componente analizado en las aguas de condensado vegetal
| Variables | Estándares propuestos por la OMS (2018) |
| pH (u) | 6,5- 8,5 |
| Salinidad (ups) | No contemplado |
| Turbiedad (UNT) | < 5 |
| SDT (mg/L) | < 600 |
| C E (µs/cm) | No contemplado |
| Dureza total (mg/L CaCO3) | Entre 100 y 300 |
| Nitrito (mg/L) | < 3 |
| Nitrato (mg/L) | < 50 |
| Amonio (mg/L) | < 35 |
| Fosfato (mg/L) | No contemplado |
| Sulfato (mg/L) | < 500 |
| Potasio (mg/L) | No contemplado |
| Sodio (mg/L) | < 200 |
| Cloruro (mg/L) | < 250 |
| Hierro (mg/L) | < 0,3 |
Salinidad: la salinidad, en las muestras de ambos centrales, se comportó con valores muy bajos, entre 0,01 y 0,04 ups debido probablemente a las concentraciones insignificantes de sales disueltas presentes en las mismas. Este parámetro no está contemplado por la OMS como de consideración por su efecto sobre la salud.
Turbiedad: aunque no aparece valor de referencia alguno dictaminado por la OMS, hay que tener sumo cuidado con este indicador, que muestra la presencia de partículas de materia que aparecen en el medio por diferentes motivos. Un agua con 5 UNT o menos es aceptable para el consumo, de ahí que el agua del V2 del central Boris Luis Santa Coloma no cumpla con estos estándares, recomendándose algún tratamiento previo que logre disminuir ese valor, que fue de 10,3 caso que se planifique usar como agua de bebida.
Sólidos disueltos totales: la OMS no ha propuesto valor alguno con respecto a este parámetro, aunque sí se enfatiza que un agua con 600 mg/L se considera aceptable para su consumo. Ya con concentraciones por encima de 1 000 mg/L, la aceptabilidad del sabor del agua disminuye progresivamente.
Resultados de SDT altos se traduce en sabor indeseable que podría ser salado, amargo o metálico. También podría indicar la presencia de minerales tóxicos. El nivel máximo recomendado por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de SDT en el agua es de 500 mg/L.
Relativo a los centrales azucareros, los SDT de las muestras analizadas en los diferentes evaporadores se mantuvieron muy bajos, entre 17 y 44 mg/L, no representando en lo absoluto peligro alguno para su consumo.
Conductividad eléctrica: la CE se presentó entre 34 y 87 µs/cm en los V1 y V2 respectivamente y tal y como se señaló con los SDT, no presuponen peligro para el organismo. Estos valores pocos significativos están condicionados a las bajas concentraciones de iones tales como el NO3-, Na+, K+ y Cl- entre otros.
Alcalinidad y dureza total: la alcalinidad no es un parámetro que se tome de referencia basado en los efectos sobre la salud, pero está muy en correspondencia con la dureza del agua, que al igual que la alcalinidad, no propone valor de referencia. No obstante y según la OMS, el grado de dureza del agua puede afectar su aceptabilidad debido al sabor que pueda percibir el consumidor. Las alcalinidades más altas se presentaron en el V1 y V2 del central Boris Luis Santa Coloma, con concentraciones de 22,94 y 40,15 mg/L CaCO3 respectivamente. Por su parte, en todas las muestras hubo ausencia de dureza, por lo que se asume que la temperatura pudo haber sido determinante en el proceso de ablandamiento. Se propone tener muy en consideración la dureza de estas aguas de condensado, porque existen indicios de que las aguas muy blandas pueden producir un efecto adverso en el equilibrio mineral que se lleva a cabo en el organismo. La OMS revela que los valores aceptados para este parámetro se encuentran entre 100 y 300 mg/L CaCO3.
Nitritos: los valores relacionados con NO2- en el agua de condensado vegetal estuvieron entre 0,007 y 0,03 mg/L para ambos centrales. Estos resultados no superan los de referencias expuestos por la OMS. El valor que sugiere efectos crónicos del NO2- se considera temporal, fijándose en 3 mg/L, debido a la incertidumbre que existe sobre la relevancia de los efectos adversos para la salud de las personas. El principal riesgo para los humanos es la aparición de la metahemoglobinemia a los lactantes alimentados con biberón y a otros subgrupos de la población.
Nitratos: los valores relacionados con NO3- en el agua de condensado vegetal estuvieron entre 4,25 y 0,48 mg/L para ambos centrales, siendo el valor de referencia según dictamen de la OMS de 50 mg/L, muy por encima de los encontrados en el agua de condensado. Concentraciones superiores a este valor afectan directamente a los lactantes alimentados con biberón, los que pueden padecer el síndrome del recién nacido cianótico. De igual forma es importante conocer las concentraciones que prevalecen en el agua, si se pretende su uso como bebida, ya que el NO3− provoca cáncer gástrico a merced de las nitrosaminas.
Amonio: el umbral gustativo del NH4+ está en el orden de los 35 mg/L según la OMS y aunque no aparece ningún valor de referencia para este ion por no haberse detectado efecto alguno sobre la salud, si se precisa eliminarlo del agua cuando está en concentraciones que rebase lo establecido por esta organización, con consecuencias desagradables al paladar. Téngase en cuenta que la concentración encontrada en el agua del V1 en el central Boris Luis Santa Coloma fue de 60 mg/L, disminuyendo discretamente en el V2, similar al valor hallado en el V2 del central 30 de Noviembre, lo que sugiere realizar un tratamiento posterior si se quiere usar el agua con fines de bebida.
Fosfatos: los valores relacionados con PO4 -3 en las muestras analizadas estuvieron entre 0,009 y 0,08 mg/L respectivamente. No se vinculan problemas en la salud a raíz de la presencia del ion en cuestión, aunque la OMS no lo contempla en las guías para calidad del agua.
Sulfatos: el SO4 -2 en todas las muestras estudiadas se comportó sin variaciones significativas, fluctuando entre 9,22 y 10,5 mg/L aproximadamente, no representando peligro alguno para la ingestión según la OMS, que certifica que el promedio de ingesta diaria en el humano, cuando dicho ion proviene de los alimentos, del aire y del agua de consumo, no deberá exceder los 500 mg/L, valor que está muy distante de los reportados en el agua estudiada proveniente de los distintos evaporadores. La presencia de SO4 -2 en el agua de consumo humano puede generar un sabor perceptible en niveles altos, dependiendo de la naturaleza del catión asociado.
Potasio: el K+ en las muestras de ambos centrales estuvo por debajo de 0,25 mg/L, valor que no sugiere problemas adversos para el organismo, ya que la ingesta diaria puede tolerarse hasta de 3 000 mg en personas sanas, de ahí que la OMS no haya establecido un valor de referencia. En el agua de consumo humano el K+ puede estar presente como consecuencia de la utilización de permanganato de potasio (KMnO4) cuando se usa en el tratamiento de agua o cloruro de potasio (KCl) cuando se efectúa el ablandamiento del agua domiciliaria. Ambos escenarios no deberían aportar un aumento del ion en el agua de condensado de los centrales azucareros, de ahí que no sugiera un problema para la ingesta de los humanos.
Sodio: las concentraciones de Na+ en el agua de consumo normalmente se reportan por debajo de 20 mg/L y para los casos de estudio estuvieron en el orden de los 1,5 mg/L en los evaporadores del central Boris Luis Santa Coloma, y algo inferiores en los evaporadores del central 30 de Noviembre. Los resultados expuestos sugieren que este ion no resulta un problema para el agua de bebida cuando de afectación a la salud se trata, de ahí que la OMS no haya propuesto ningún valor de referencia. No obstante, si las concentraciones rebasan los 200 mg/L, el agua podría tener un gusto inaceptable, asociado a su vez a la temperatura de la solución.
Cloruro: concentraciones inferiores a 250 mg/L en el agua no representan problema alguno para la salud humana, aunque se aprecia un sabor salado en el agua y en otras bebidas no de total aceptación para la gran mayoría de los consumidores. Los umbrales gustativos del ion cuando se está en presencia del cloruro de sodio (NaCl), cloruro de calcio (CaCl2) o KCl y están entre 200 y 300 mg/L, muy superiores a la concentración más elevada encontrada en los evaporadores de los centrales monitoreados, que ofreció su valor máximo de 2,49 mg/L en el central 30 de Noviembre.
Hierro: a pesar que la OMS no propone valor de referencia alguno que relacione este ion con la salud humana, es importante destacar que concentraciones por encima de 0,3 mg/L logran impregnarle al agua un sabor característico, aunque puede presentarse alguna coloración o turbiedad desagradable a la vista. El valor más alto hallado en las aguas de los evaporadores fue de 0,21 mg/L, sugiriendo así que este ion no ofrece peligro si se desea usar el agua con fines de bebida. Las necesidades diarias mínimas de este elemento varían en función de la edad, el sexo y el estado físico de la persona y no solo llega al organismo proveniente de las aguas, sino también de otros alimentos como las carnes, la yema de huevo, el hígado y la morcilla entre otros.
Haciendo una valoración de los comentarios realizados anteriormente a raíz de lo establecido por los requerimientos de la OMS (2018) (tabla 3) y la NC 827:2012 (2012) para aguas de bebida (tablas 1 y 2), se deduce en función de los análisis efectuados, que el agua de condensado vegetal de los centrales azucareros estudiados no se debe consumir sin hacer ajustes a determinados parámetros tales como pH, dureza y amonio, aunque también hay que tomar en consideración que el olor y sabor no son apropiados para un agua de bebida, ya que se presentaron similares al guarapo (jugo de la caña), todo ello sin obviar que la turbiedad del V2 del central Boris Luis Santa Coloma excedió las 5 UNT que indican los patrones de calidad.
Es bueno destacar que existen otros componentes químicos inorgánicos y orgánicos que no se determinaron y que están presentes en dicha norma.
Resultados microbiológicos de las aguas de condensado vegetal
Los resultados microbiológicos demostraron que las muestras de agua no presentan crecimiento microbiano ni formación de gas en la campana de Durham en ninguna de las diluciones ensayadas, no encontrándose la presencia de coliformes totales ni fecales.
Resultados precedentes referidos a las aguas de condensado vegetal de la caña de azúcar
A continuación, se exponen resultados de otras investigaciones vinculadas con la obtención de agua de bebida a partir de condensados vegetales de la caña de azúcar y que han sido reportados en la bibliografía. Las siguientes tablas muestran los valores de caracterización obtenidos (tablas 4 y 5).
Tabla 4 Análisis físicos del agua de condensado vegetal de diferentes centrales azucareros
| Nombre del Central | pH | SDT (mg/L) | CE (µs/cm) | Salinidad (ups) | Turbiedad (UNT) | Bibliografía |
| Independencia | 5,9 | 54 | - | - | - | DHTA (1975) |
| La Margarita | 8,9 | 46 | - | - | - | DHTA (1975) |
| La Concepción-1 | 7,1 | 126 | - | - | - | DHTA (1975) |
| La Concepción-2 | 4,6 | 75 | - | - | - | DHTA (1975) |
| Motzorongo-1 | 5,3 | 62,7 | 244 | 0,014 | - | Poy y Sarmiento (1993) |
| Motzorongo-2 | 5,15 | - | 948 | - | - | Poy y Sarmiento (1993) |
1: monitoreo No 1
2: monitoreo No 2
-: no se realizó
Tabla 5 Análisis químicos del agua de condensado vegetal de diferentes centrales azucareros
| Nombre del Central | Independencia | La Margarita | La Concepción-1 | La Concepción-2 | Motzorongo-1 | Motzorongo-2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Alcalinidad (mg/L CaCO3) | - | - | - | - | 27,30 | - |
| Acidez (mg/L CaCO3) | - | - | - | - | 47,55 | - |
| D.T.(mg/L CaCO3) | - | - | - | - | 6,4 | - |
| DBO (mg/L) | 300 | 240 | 402 | 321 | - | - |
| DQO (mg/L) | 416 | 823 | 894 | 745 | - | - |
| Ca+2 (mg/L) | - | - | - | - | - | 3,4 |
| Mg+2 (mg/L) | - | - | - | - | 0,35 | 14,45 |
| Se+4 (mg/L) | - | - | - | - | - | 1,4 |
| Fe+2 (mg/L) | - | - | - | - | - | - |
| Na+ (mg/L) | - | - | - | - | 1,0 | 2,0 |
| K+ (mg/L) | - | - | - | - | 1,0 | - |
| Cl-(mg/L) | - | - | - | - | 0 | 1,4 |
| HCO3 - (mg/L) | - | - | - | - | - | 82,3 |
| NH4 + (mg/L) | - | 2,2 | 0,05 | 0,7 | - | - |
| NO2 - (mg/L) | - | - | - | - | - | - |
| NO3 -(mg/L) | - | - | - | - | - | 0,824 |
| PO4 -3 (mg/L) | 0,26 | 0,06 | 0,4 | - | - | 0,033 |
| SO4 -2 (mg/L) | - | - | - | - | - | 31,62 |
| Bibliografía | DHTA (1975) | DHTA (1975) | DHTA (1975) | DHTA (1975) | Poy y Sarmiento (1993) | Poy y Sarmiento (1993) |
1: monitoreo No 1
2: monitoreo No 2
- : no se realizó
Como se aprecia, los datos reportados en la bibliografía suelen ser muy dispersos, aunque dan una visión del comportamiento de esos valores en los diferentes escenarios. Se enfatiza que la gran mayoría de las concentraciones de las aguas de los centrales cubanos monitoreados son similares o inferiores a los encontrados en estudios precedentes, lo que atestigua la validez de los métodos empleados en la caracterización del agua, así como la similitud en la calidad de los condensados.
Conclusiones
Las aguas de condensado vegetal de los centrales 30 de Noviembre y Boris Luis Santa Coloma no presentan buenas características para su uso como agua de bebida sin un tratamiento posterior, existiendo indicadores como el olor, el sabor, el pH, la dureza, así como el contenido de NH4+ que no cumplen lo establecido por la norma cubana de agua potable (NC 827:2012 (2012), así como lo estipulado por la OMS (2018).
