Contenido - Tecnicaña

Contenido
Revista No. 17 Volumen 9
Diciembre de 2005
SIN 0123 - 0409
Publicación de la Asociación Colombiana
de Técnicos de la Caña de Azúcar - Tecnicaña
JUNTA DIRECTIVA
PRESIDENTE
Jorge Luis Traslaviña S.
Asesor
VICEPRESIDENTE
Hugo Vázquez P.
Ingenio Mayagüez
DIRECTORA EJECUTIVA
Giuseppina Marcazzo V.
Alfonso Rojas
Incauca S.A.
Luis Miguel Madriñán
Ingenio Central Castilla
Guillermo Rebolledo M.
Proveedor
Ramiro Besosa
Ingenio Providencia
Camilo H. Isaacs E.
Cenicaña
Guillermo Ramírez
Ingenio Riopaila
Jorge Paredes
Asesor
Daniel Galvis M.
Ingenio Manuelita
Ricardo Franco
Ingenio Mayaguez
Alfonso Lince L.
Proveedor
Felipe Perafán
Ingenio San Carlos
2
Presentación
Notas Técnicas
Posibilidades de Uso de la Vinaza
en la Agricultura de Acuerdo con
su Modo de Acción en los Suelos.
Alvaro García O. y
Carlos A. Rojas C.
3-13
Usos Alternativos de las Vinazas
de Acuerdo con su Composición
Química. Gonzalo Berón Medina
15-19
Usos Industriales y Agrícolas de
la Vinaza de Caña de Azúcar.
Daniel Irisarri
20-25
Manejo de Vinazas: Metanización
y Compostaje, Aplicaciones
Industriales. Philippe Conil
26-30
El Precio de la Melaza Continúa
Creciendo. José Gnecco
Mancheno
31-32
Norma Técnica
Materiales Orgánicos Utilizados
como
Fertilizantes
o
Acondicionadores de Suelos. Jairo
Ricardo Barreto Reyes
33-40
Directora de la Revista
Giusepinna Marcazzo V.
Editor
Alberto Ramírez P.
El propósito de esta publicación es servir como medio de
comunicación entre investigadores, productores y demás personas
involucradas en la agroindustria azucarera de Colombia.
Todos los artículos técnicos han sido aprobados por profesionales
de reconocida trayectoria en la agroindustria azucarera colombiana.
Los documentos no técnicos se han incluido en la edición por
considerarse un aporte valioso para nuestros lectores, a discreción
del Comité editorial.
El Comité Editorial recibirá complacido contribuciones
de los lectores e interesados.
Foto Carátula:
Destilería Incauca ,destilería Ingenio Providencia
Para el efecto dirigirse a:
Telefax: (092) 664 5985 - Cali, Colombia
E-Mail: [email protected]
Los textos y avisos publicados en la revista son
responsabilidad de cada autor.
Diagramación y Diseño
1
Tels.: 664 6453 - 666 2633
LAS VINAZAS
Presentación
La cooperación de los Procesos Biológicos y los Procesos
Mecánicos es la etapa más fascinante que se lleva a cabo
en las plantas de producción de alcohol carburante. Es
un ejemplo de la forma como la ingeniería desarrollada por
el hombre canaliza las fuerzas de los procesos biológicos
que se viven al interior de la planta y fuera de ella para
obtener los resultados esperados: alcohol carburante como
producto final y vinaza, como producto intermedio o insumo
de otros procesos de gran potencial ambiental y económico.
Esta experiencia agroindustrial, nueva en Colombia,
evidencia y hace tangible las apreciaciones que en otras
latitudes son norma y parte del desarrollo industrial. En
este número de la revista se hace referencia al
aprovechamiento continuado de los insumos y productos
que, a su vez, son un nuevo comienzo de otros procesos.
Lo que ocurre no es más que la sucesión continuada de
procesos que involucran el reaprovechamiento de una serie
de productos y subproductos con un alto potencial para el
mejoramiento de la fertilidad de los suelos o de los procesos
en la agroindustria azucarera.
Esta edición va dedicada al potencial de la vinaza y recopila
una serie de trabajos sobre investigaciones, desarrollos y
productos resultantes del aprovechamiento de este
subproducto y que fueron presentados en el Seminario:
Tecnología para integrar la vinaza al proceso económico
agroindustrial, realizado en Cali el viernes 4 de noviembre
de 2005.
Con seguridad este será uno de muchos volúmenes y
documentos que se compartirán alrededor de un tema
nuevo y del que está todo por experientar y aprender.
Giuseppina Marcazzo V.
Directora Ejecutiva.
2
Nota Técnica
Posibilidades de Uso de la Vinaza en la Agricultura de
Acuerdo con su Modo de Acción en los Suelos
Alvaro García O. y Carlos A. Rojas C*
Introducción
Composición de la vinaza
La vinaza es un material líquido resultante de
la producción de etanol, ya sea por destilación
de la melaza fermentada o de la fermentación
directa de los jugos de la caña. Su origen es,
entonces, las plantas de caña de azúcar por
lo que su composición elemental debe reflejar
la del material de procedencia. Se trata de un
material orgánico líquido que puede contener
como impurezas substancias procedentes del
proceso de extracción de los jugos y de la
fermentación. En ningún caso elementos
extraños, tóxicos o metales pesados; tampoco
puede contener elementos en exceso.
La composición de la vinaza depende de las
características de la materia prima usada en
la producción de alcohol, en este caso melaza,
del sustrato empleado en la fermentación, del
tipo y eficiencia de la fermentación y destilación
y de las variedades y maduración de la caña.
La vinaza, resultante de la destilación de
melaza fermentada, tiene un a composición
elemental interesante y contiene todos los
componentes del vino que han sido arrastrados
por el vapor de agua así como cantidades de
azúcar residual y componentes volátiles. De
manera general, los constituyentes son los
siguientes:
La caña de azúcar es una gramínea
con mecanismo fisiológico C4, lo que la hace
sumamente eficiente en la utilización del agua
y la luz en la asimilación del CO2 para la
producción de azúcares, proceso en el cual
absorbe cantidades considerables de potasio.
Por ello, este elemento es el más abundante
en la composición de la vinaza.
Puesto que su origen es la planta de
caña, la vinaza está compuesta por materiales
orgánicos y nutrientes minerales que hacen
parte de compuestos y constituyentes
vegetales como aminoácidos, proteínas,
lípidos, ácidos diversos, enzimas, bases, ácidos
nucleicos, clorofila, lignina, quinonas, ceras,
azúcares y hormona. La naturaleza en forma
normal descompone estos materiales en
procesos microbiológicos y recicla los
elementos minerales, lo que hace lógico pensar
que el destino final de la vinaza deba ser su
regreso al suelo.
*
3
•
•
•
•
•
•
Sustancias inorgánicas solubles en
las cuales predominan los iones K,
Ca y SO4.
Células muertas de levadura.
Sustancias orgánicas resultantes de
los procesos metabólicos de levaduras
y microorganismos contaminantes.
Alcohol y azúcar residual.
Sustancias orgánicas insolubles.
Sustancias orgánicas volátiles.
Composición mineral
En el Cuadro 1 se relaciona en forma general
la composición elemental de la vinaza del 55%
y del 10% y en el Cuadro 2 aparece la de la
vinaza concentrada de Sucromiles (60%) en
términos de poder fertilizante, con el contenido
promedio de los elementos mayores, menores
y algunas propiedades.
Ing.Agrónomo, M.Sc.,Ph.D. Vicepresidente Comisión de Fertilidad de Suelos y Nutrición de Plantas de la Unión
Internacional de Sociedades de la Ciencia del Suelo (2002-2006) E-mail: [email protected] e Ing.
Ambiental Sucromiles, E- mail:[email protected]
LAS VINAZAS
Cuadro 1. Composición elemental de las vinazas de 55% y de 10% de
sólidos totales.
Característica
Unidades
Vinaza 55% s.t.
Vinaza 10 % s.t.
N
kg/m3
4.30
0.63 – 1.14
P
3
0.22
0.04 – 0.11
K
3
kg/m
34.03
4.05 – 9.01
Ca
kg/m3
5.00
0.74 – 2.2
Mg
kg/m3
5.40
0.80 – 1.36
kg/m
S
kg/m
pH
_
CE
11.55
3
DS/m
1
1.28
4.3 – 4.5
3.5 – 4.3
17
11.0
Cuadro 2. Propiedades químicas de la vinaza concentrada al 60%.
Compuesto
Concentración
% m/m
kg/m
_
Sólidos totales
60
Materia orgánica
46
598
Carbono oxidable
18
234
3
Nitrógeno
0.95
12.35
Fósforo (como P2O5)
0.04
0.52
Potasio (como K2O)
4.88
63.44
Calcio (como CaO)
1.31
17.11
Magnesio (como MgO)
0.67
8.71
Sulfatos (como SO4)
2.59
33.67
ELEMENTOS MENORES
mg/kg
Manganeso (Mn)
43
_
Cobre (Cu)
10
_
Zinc (Zn)
19
_
Boro (B)
6
_
Características adicionales
Densidad (kg/m)
pH
Conductividad Eléctrica (dS/m)
Viscosidad (cPs)
1300
4.5 - 5
_
_
17
_
450
_
Fuente: Laboratorio I & D., Sucromiles S.A. y Agrilab Ltda.
4
Como se anotó la composición de la
vinaza depende de las características de la
materia prima usada en la producción de
alcohol, melaza, jugos o miel, del sustrato
empleado en la fermentación, del tipo y
eficiencia de la fermentación y destilación y
de las variedades y maduración de la caña.
En cuanto a su concentración
elemental se debe anotar que, con excepción
de K y S, los nutrientes se encuentran en
cantidades muy bajas lo que implica que su
poder fertilizante es bajo y que para suplir las
necesidades de los cultivos se deben aplicar
cantidades elevadas.
Estos resultados permiten destacar
algunas características fundamentales sobre
las cuales pueden recaer las ventajas o
desventajas de sus aplicaciones. Son ellas la
reacción extremadamente ácida y la elevada
concentración electrolítica.
Compuestos orgánicos.
En el Cuadro 3 se relacionan los principales
compuestos orgánicos presentes en la vinaza
según el estudio de Morales (2000). De
acuerdo con éste, en ella se encuentra una
Cuadro 3. Compuestos orgánicos presentes en la vinaza concentrada al 60%*.
Compuestos
Concentración
No volátiles:
(%, m/m)
Glicerol
2.70
Ácido aconítico
1.76
Sorbitol
1.39
Fructosa + glucosa
1.30
Ácido láctico
1.28
Ácido cítrico
0.80
Ácido 2,4 dihidroxipentanedioico
0.71
Ácido quínico
0.71
Trehalosa
0.31
Ácido málico
0.23
Sucrosa
0.21
2,3 Butanodiol
0.21
Ácido succínico
0.07
Ácido gicólico
0.06
Fenólicos:
Ácido Piroglutámico
*
5
(mg/kg)
165
Ácido Itacónico
93
Ácido Fumárico
93
3-metoxi-4-hidroxifenilglicerol
54
Ácido p-hidroxi-benzoico
48
Ácido Palmítico
34
Para la determinación de estos compuestos se concentró la Vinaza hasta 64.8 grados
brix, valor aproximadamente equivalente a un porcentaje de sólidos de 67% m/m.
LAS VINAZAS
gama amplia de compuestos orgánicos:
alcoholes, aldehídos, cetonas, esteres, ácidos
y azúcares. La presencia de estos compuestos
en la vinaza tiene diferentes orígenes:
provienen de la melaza, del proceso de
fermentación del alcohol ose producen por
degradación térmica en el proceso de
destilación del vino obtenido en la etapa de
fermentación alcohólica. Entre los compuestos
identificados, los de mayor concentración
fueron el glicerol, el ácido láctico y el sorbitol;
debido a su importancia comercial resulta
interesante adelantar evaluaciones técnico–
económicas para estudiar la ruta de extracción
y aprovechamiento de éstos y los restantes
compuestos de la vinaza. También se pueden
distinguir compuestos volátiles tales como
benzaldehído, ácido benzoico, etil palmitato,
2 acetilpirrol, alcohol 2-feniletílico, alcohol
furfurílico, ácido acético, ácido fórmico, 1-3
butanodiol, acetona y etanol, entre otros.
Características contaminantes
Debido a su elevado contenido de materia
orgánica, la vinaza se constituye en un material
altamente contaminante, si se dispone
directamente a un cuerpo de agua, ya que los
valores de DQOs y DBO5 para un contenido
de sólidos del 10% m/m son 116 000 y 41 200
ppm respectivamente, lo cual hace necesario
su tratamiento antes de ser eliminado. En el
Cuadro 4 se relacionan algunas de las
propiedades tomadas en cuenta para evaluar
la capacidad contaminante de la vinaza.
Cuadro 4. Comparación de características contaminantes de la vinaza diluida y concentrada al 60%.
Características
Concentración
Unidades
V10
V60*
DQO
mg/l
116 000
590 000
DBO
mg/l
41 200
240 000
PH
__
SST
mg/l
8 990
SSV
mg/l
7 100
53 900
_
Sulfatos (como SO4)
mg/l
5 626
33 750
Fósforo (como P)
mg/l
97
580
4.5
4.5
Fuente: Laboratorio Planta de Control Ambiental Sucromiles.
Clasificación CRETIP. De acuerdo con los
parámetros establecidos por El Centro
Panamericano de Ingeniería Sanitaria y
Ciencias del Ambiente (CEPIS) y las
características de la vinaza se tiene el Cuadro
5 comparativo para establecer esta
clasificación.
Usos actuales y propuestos
Por tratarse de un subproducto de la obtención
de Etanol, la Vinaza se trata como residuo
líquido industrial, de ahí que algunos de sus
usos tienen su origen como alternativas de
disposición final más que como alternativas
de aprovechamiento.
Con el paso de los años y debido a
las grandes cantidades generadas de este
material, se empezó a investigar en nuevas
aplicaciones en pro del aprovechamiento de
sus propiedades fisicoquímicas por distintas
empresas pioneras entre las cuales se puede
citar a Maizena (Corn Products), Sulco,
Sucromiles, Ingenio Providencia, ICA, Ceniuva
y Universidad Nacional y algunos particulares
como el Ing. G. Berón, quién trabaja en busca
de múltiples alternativas de tipo químico, y
Jaime Hincapié, zootecnista dedicado a la
nutrición animal. Posteriormente, ad portas
de la era del alcohol carburante, Cenicaña y
los Ingenios Azucareros iniciaron trabajos en
su gran mayoría dirigidos a explorar su uso
como fertilizante.
6
Las investigaciones realizadas en el
ICA, la Universidad Nacional y Sucromiles han
demostrado la importancia de uso de este
subproducto en la recuperación de suelos
afectados por una alta saturación de sodio
destacándose la rapidez y eficiencia del
proceso.
Ceniuva realizó investigaciones sobre
el efecto de la aplicación de vinaza como
acondicionador para suelos de texturas
pesadas en la zona vitícola del Norte del Valle
del Cauca, con resultados excelentes (García,
Marulanda y Puerto, 2004). En el Cuadro 6 se
describen algunas de las aplicaciones
propuestas.
Cuadro 5. Clasificación CRETIP de Vinaza concentrada.
Característica
Corrosividad
Parámetro CEPIS
Vinaza Concentrada
Acuoso
Acuosa, humedad del 40% m/m
2 ≤ pH ≥ 12.5
4.5 – 5.0
Tasa corrosión del acero
__
> 6.35 mm/año a 55°C.
Reactividad
Ser inestable
Estable
Reaccionar de forma violenta sin detonar.
No reacciona
Reaccionar violentamente con agua
No reacciona
Generar gases cuando es
mezclado con agua.
Reactividad
No
Poseer cianuros o sulfuros que
puedan ser liberados en
Trazas de Dimetilsulfuro
cantidades perjudiciales para la
CH3SCH3
salud y el ambiente.
Explota bajo la acción de un
fuerte estímulo inicial o de calor
No
en ambientes confinados.
Explosividad
Explotar fácilmente a 25 °C y 1atm.
Haber sido fabricada para
producir una explosión.
Toxicidad
Inflamabilidad
No
No
DL para ratas < 50mg/Kg
__
Ser líquido.
Acuosa
Punto de ignición < 60°C
480°C
Contener microorganismos o
Patogenicidad
toxinas capaces de producir
No
enfermedades.
7
LAS VINAZAS
Cuadro 6. Resumen de usos de la Vinaza.
Usos
Qué aporta
Qué hace
Observaciones
Fertilización
•
Materia orgánica
Fomenta la reproducción
Se puede aplicar con equipos
(Es el uso más
•
Potasio
de microorganismos en el
especiales o directamente
ampliamente
conocido)
•
•
Calcio
Sulfatos
suelo.
Aporte de nutrientes
con el agua de riego.
•
Micronutrientes
•
•
Sustrato para
disponibles
Sirve como fuente de energía
El exceso de V60 en la
compost
nutrientes a los microorganismos que
mezcla da lugar detención
compostan el material vegetal residual
del proceso de compostaje
de las cosechas.
debido a que por la DBO
elevada interfiere
negativamente en la
degradación del material
vegetal.
Producción de
•
Biogás y Biosólidos
Al descomponerse la
Se deben controlar las
materia orgánica en un
reactor anaerobio, se
concentraciones de ácido
sulfhídrico ya que producen
genera biogás con
malos olores y deteriora las
contenidos utilizables de
tuberías de recuperación del
metano, gas carbónico y
gas.
ácido sulfhídrico.
•
También se producen
biosólidos ricos en
Carbono, Nitrógeno y
Azufre asimilable por las
plantas
Medio de cultivo
Suplementada con Urea y Sacarosa
La proteína unicelular es
es un excelente sustrato para
promover el crecimiento de levaduras,
aquella proveniente de
bacterias, algas y hongos y
algas del género Chlorella, bacterias
se constituye en una
como Pseudomonas y Methanomonas
importante fuente de
y hongos filamentosos.
proteínas para la
alimentación animal y
humana.
Suplemento
•
Alimenticio
•
•
Proteína 5.68%
Mezcla con otros
En bovinos dosis de Potasio
m/m
elementos para elaborar
superiores a 1.5 Kg/animal
Energía Neta
concentrados para
causan efectos laxantes.
0.88 Mcal/kg
animales.
Sales minerales
•
•
Sustituye parte de la
melaza usada en la
suplementación de ganado
bovino, porcino y conejos.
Incineración
Poder calorífico
•
•
Se constituye en un buen combustible
Actualmente existen dos
1871 cal/g Límite
para incinerar y generar energía
calderas en Tailandia
Superior
térmica para distintas aplicaciones
operando con este
1621 cal/g
combustible
L.Inferior
Otros
Agente plastificante de concretos reforzados. Fabricación de ladrillos. Materia prima para obtener
Sulfatos de cloruro y potasio, potasa y carbonato de sodio, ácido glutámico y glutamina vía
fermentativa.
8
Modo de acción de la vinaza
en el suelo
El uso de la vinaza se fundamenta en los
conceptos siguientes.
Doble capa difusa.
El resultado neto de la distribución de
cargas es la formación de una doble capa de
iones conocida como la Doble Capa Difusa
(DCD) compuesta por las cargas de la partícula
arcillosa, de algunos materiales
complementarios como óxidos e hidróxidos
de hierro (Fe) y aluminio (Al), materia orgánica
y por los iones de carga opuesta que las
neutralizan lo cual se aprecia en la Figura 1.
(Bohn et al., 1979).
Concentración
Concentración
Las cargas se encuentran distribuidas
uniformemente sobre la superficie y en los
bordes rotos de las laminillas. Estas cargas
son neutralizadas por iones de carga contraria
presentes en la solución del suelo que las
rodea, los cuales son atraídos
electrostáticamente hacia la superficie cargada
negativamente en cuya proximidad se
concentran y a medida que aumenta la
distancia a la superficie tienden a estar menos
concentradas (Talibudeen, 1981).
Figura 1. Doble capa difusa. A la izquierda, distribución de cationes cerca de una
superficie cargada negativamente. A la derecha, espesor en función de la
valencia de los cationes saturantes calcio y sodio.
Las superficies de carga negativa
atraen iones de carga opuesta con una fuerza
de atracción que depende de la valencia del
ión: los iones divalentes son atraídos por una
fuerza dos veces mayor que los iones
monovalentes por lo que una DCD compuesta
por aquellos es más compacta. Cuando
aumenta la concentración electrolítica de la
solución, disminuye la tendencia de los iones
a difundirse más allá de la superficie y la DCD
se comprime.
9
El espesor de la capa doble es variable
y disminuye cuando la concentración de la
solución del suelo aumenta. En caso de
concentraciones iguales, el espesor es más
delgado para los cationes polivalentes que
para los monovalentes, tal como puede verse
en la Figura 2. El espesor de la doble capa
difusa puede aumentar hasta valores
particularmente altos cuando el catión saturante
es el Na altamente hidratado, con lo que se
originan la ya mencionada dispersión y
expansión de las interláminas de las arcillas.
LAS VINAZAS
Figura 2. Distribución de cationes y aniones monovalentes cerca de la superficie de una
partícula de montmorillonita en función de la concentración. (Adaptado por Bohn
et al., (1979) de Nielson et al., (1972).
Cuando se aproximan dos laminillas
de arcilla sus DCD se sobreponen y se produce
una fuerza de repulsión entre los dos sistemas
cargados positivament,e la cual es menor a
medida que son más compactas las DCD, o
sea cuando aumenta la concentración de sales
en la solución y la valencia de los iones
adsorbidos (Figura 3).
Cuando dos capas difusas asociadas
se encuentran o traslapan tienden a repelerse,
debido a que ambas presentan cargas
positivas.
Debido al movimiento browniano las
partículas chocan unas contra otras pero se
separan a causa de las fuerzas de repulsión.
Si la concentración de sales aumenta, las
partículas al chocar pueden pegarse unas a
otras y formar grumos que se precipitan o sea
que se produce floculación o agregación.
10
Distancia
Figura 3. Dispersión del suelo por efecto del traslape de capas difusas
Promoción de la agregación y mantenimiento del nivel crítico de floculación
Puesto que las vinazas poseen una elevada
concentración de electrolitos y estos tienen
un reconocido efecto floculante,
independientemente de su poder fertilizante,
se pueden utilizar para promover una mejor
agregación de suelos pesados,
estructuralmente degradados o con problemas
de permeabilidad.
Se conoce como nivel crítico de floculación la
cantidad de sales que deben estar presentes
en la solución para mantener el suelo o sus
arcillas constituyentes agregadas a una
condición dada de porcentaje de sodio
intercambiable (PSI). Dicho de otra forma,
para una arcilla dada existe una concentración
mínima de electrolitos que causa agregación
a un determinado valor de saturación de sodio,
el cual se conoce como valor de floculación.
En general, a mayor PSI (mayor contenido
de sodio en la fase sólida del suelo) mayor
debe ser la concentración de sales en la
solución. Estos efectos se pueden apreciar
en los Cuadros 7 y 8 (Shainberg y Letey,
1984).
Cuadro 7. Valor de floculación para dos soluciones salinas.
Tipo de arcilla
Valor de floculación (me/l)
NaCl
CaCl2
Montmorillonita
12
0.25
Illita
40-50
0.25
Cuadro 8. Valor de floculación para diferentes valores de PSI.
Tipo de arcilla
11
Valor de floculación (me/l de NaCl)
5 PSI
10 PSI
20 PSI
Montmorillonita
6
10
18
Illita
3
4
7
LAS VINAZAS
Efecto de la acidez
En el Cuadro 9 se puede apreciar que la mayor
proporción de los suelos del Valle del Río
Cauca son alcalinos. Esa condición es
consecuencia del tipo de materiales parentales
que dieron origen a los suelos de dicho valle,
a lo que se debe agregar el efecto del riego
continuado con aguas duras ricas en
bicarbonatos de calcio, Magnesio y sodio.
Cuadro 9. Distribución porcentual de los suelos de la parte plana del Valle del río Cauca según el pH y
los contenidos de materia orgánica, fósforo disponible y potasio intercambiable.
MOS
pH
(rango
suelos, %)
(rango
(rango
(mg/kg);
< 5.5
5.5–7.0
>7.0
K
P
suelos, %)
suelos,
Cmol(+)/kg; (%)
< 0.20
<2
32
< 10
21
70
2-4
63
10 – 20
20
24
>4
5
< 20
55
Paralelamente se producen efectos
químicos tales como el aumento en la
concentración relativa de iones como Mg y/o
Na, fenómeno que es particularmente
importante en zonas donde hay presencia de
aniones como sulfatos en la solución del suelo,
lo que combinado con condiciones
mineralógicas de predominancia de arcillas
vermiculíticas, caracterizadas por su alta
selectividad catiónica por el ion Mg, resulta
en dispersión de arcillas, fenómenos de
hidromorfismo, sellamiento superficial y
altísima retención de humedad a niveles no
disponibles para las plantas, y suelos con una
suelos
(%)
6
Según González y García (1999). y
González, Plá y García (2.000) una
concentración alta de carbonatos tiene efectos
sobre la dinámica de cationes básicos en
razón a que provoca la depresión en la
concentración de la solución del suelo de iones
como el Ca, el cual sale del sistema (fases
soluble - intercambiable) por precipitación,
estado en el que es inactivo. Los carbonatos
que se acumulan en el suelo se alojan en la
red porosa en donde se presentan en
diferentes formas, desde recubrimientos
delgados sobre las paredes de los poros hasta
llegar al relleno completo de los mismos, lo
que se refleja en las propiedades
hidrodinámicas resultantes. La continuidad
del espacio poroso se puede afectar en forma
variable debido a que aquellos poros que
inicialmente constituían canales activos son
obturados en segmentos que se convierten
en vesículas aisladas o que se ocluyen en
forma total.
Rango
21
0.20 -0.40 53
> 0.40
26
alta saturación de Mg (PMgI) en el complejo
de cambio.
El uso de aguas duras con alta
concentración de HCO3-, Ca y Mg condiciona
los procesos de solubilización y la
concentración de sales y, por tanto, los
productos de formación a producirse. Los
procesos de humedecimiento y secado, la
evado-transpiración y la absorción de agua
por las plantas causa concentración de la
solución del suelo y precipitación de sólidos
de acuerdo con su producto de solubilidad.
Así, se espera que los carbonatos de calcio
y magnesio con muy baja solubilidad en agua,
sean en su orden los primeros en formarse y
el sulfato de Mg debido a su alta solubilidad
permanezca en solución y determine la química
de las sales en el perfil, lo que en efecto
sucede en los cuatro suelos en estudio.
El efecto de las vinazas aplicadas al
suelo, debido a su acidez elevada, es la
disolución de las diferentes formas de
carbonatos, fosfatos de calcio y otros
compuestos precipitados facilitando su lavado
vía drenaje, con lo cual se puede lograr una
mejor nutrición de las plantas debido a una
mayor disponibilidad de nutrientes
acompañada de un mejor balance entre ellos.
Efecto sobre la actividad microbiana.
Camargo (1960) encontró que la población de
bacterias en un suelo incubado con vinaza,
creció rápidamente de la primera a la cuarta
semana de incubación aún con una dosis tan
12
baja como 150 m3/ha de Vinaza diluida
(concentración de sólidos de 10% m/m)
existiendo un aumento poblacional del 25.3%
con respecto al suelo sin Vinaza.
Los azúcares rápidamente utilizables,
como pentosas, son fácilmente descompuestas
por los microorganismos del suelo durante los
procesos de descomposición de materia
orgánica, al tiempo que la nitrificación y
denitrificación se ven alterados situación que
se puede corregir mediante la adición de
vinaza. Por ejemplo, la fijación de nitrógeno
requiere teóricamente 1.7 g de carbono por
cada gramo de nitrógeno fijado, así que si el
suelo tiene bajos contenidos de carbono, la
adición de vinaza puede mejorar este proceso.
O sea, que la vinaza se puede utilizar como
promotor de la actividad microbiana ed3n la
descomposición de residuos en campo.
Adicional a esto, varios investigadores
le han atribuido a la materia orgánica parte de
la responsabilidad por mejorar la estructura
física del suelo al aumentar su población y
actividad microbiana e incrementando la
infiltración del agua, atribuyendo éstos efectos
a los productos y secreciones de los
microorganismos al descomponer la materia
orgánica, lo cuales son aptos para unir las
partículas del suelo entre si (García, 2005)
Vinaza como agente recuperador de suelos
afectados por sodio.
Con base en su alto poder electrolítico, su
reacción ácida y su acción como activador de
la fauna microbiana del suelo es lógico su uso
como enmienda efectiva para la recuperación
de suelos afectados por una alta saturación
de sodio y/o magnesio intercambiables. La
Vinaza, como recuperador de suelos afectados
por sales con efectos deletéreos como el Na,
promueve la agregación fuerte con aumento
de la permeabilidad al tiempo que disuelve
carbonatos, fosfatos de calcio y otros
precipitados liberando el Ca necesario para el
desplazamiento del Na del complejo de cambio
Referencias
Bohn, H.L., McNeal, B.L. and O’Connor, G.A.
1979. Soil Chemistry. New York. Wiley
Interscience. 329 p.
García, A.; Marulanda, E. y Puerto, O. 2004.
Experiencias en el uso de vinazas en
13
la agricultura vallecaucana CD
Memorias Seminario “Vinazas, potasio
y elementos menores para una
agricultura sostenible” Sociedad
Colombiana de la Ciencia del suelo
Palmira, mayo 113 y 14 de 2004.
p 57 -85.
García, A. 2005. Hacia la desmitificación de
la Materia Orgánica. Memorias
Primera Jornada Científica Académica
Internacional y II Festival Agropecuario
y Agroindustrial. Universidad de
Pamplona Santander. Noviembre
1-4/05
González, A.; García, A. 1999. Efecto de la
aplicación de aguas bicarbonatadas
sobre las propiedades físicas de
suelos de Colombia. CD Memorias 14
Congreso Latinoamericano de la
Ciencia del Suelo. Pucón, Chile,
Noviembre 8 – 13 de l.999.
González-Rubio, A.; Plá- Sentís, I. and García
O, A. 2.000. Effect of high bicarbonate
waters on the physical conditions of
some Colombian soils. In: Book of
Abstracts Remade ands 2000,
International Conference on the
remediation and management of
Degraded Lands. Fremantle, Western
Australia, 30 November-2 December,
2000. pp. 146-147.
Morales A., Godshall M.A. y Larrahondo. J.E.
2004 identificación de compuestos
orgánicos en vinaza. 5 -10
Quintero, R. 2004. Perspectivas acerca del
uso y manejo de vinazas aplicadas al
suelo. 20 -39
Shainberg, I. and Letey, J. 1984. Response of
soils to sodic and saline conditions.
Hilgardia 52: 1-57.
Talibudeen, O. 1981. Cation exchange in soils.
In: The chemistry of soil processes.
Edited by D.J.Greenland and M.H.B.
Hayes, John Wiley and Sons.
pp. 115-117.
LAS VINAZAS
Nota Técnica
Usos alternativos de las Vinazas de Acuerdo
con su Composición Química
Gonzalo Berón Medina*
La vinaza al 55% de sólidos tiene sales
minerales entre 8% y 12% más cationes y
aniones muy valiosos como nutrientes de las
plantas además de encontrarse en un medio
orgánico propicio para el intercambio iónico y
probablemente en forma de quelatos que
hacen solubles a estos últimos.
Según Underkofler y Hickey esta
materia orgánica interpolando en una vinaza
de 55% en sólidos podría estar distribuida,
aproximadamente, de la manera siguiente:
(1) Azucares entre 6% y 7%, (2) Proteínas +
aminoácidos entre 5% y 7%, (3) gomas entre
11% y12%, (4) ligninas y compuestos de
estructura fenólica entre 9% y 11% y (5)
compuestos de bajo peso molecular entre 9%
y 10%. No obstante, haber sido concentrada
hasta un 55% contiene compuestos muy
volátiles.
componentes químicos. Los resultados aquí
presentados están basados en resultados
obtenidos en el estudio de Sucromiles S.A.:
‘Identificación de compuestos orgánicos en
vinaza’ por Angélica Morales A. y Heriberto
Victoria M.de Sucromiles S.A, Alonso Jaramillo
A. de la Universidad del Valle y Jesús E.
Larrahondo de Cenicaña.
Los resultados de este estudio
mostraron la siguiente composición de la
vinaza (Cuadro 1).
Cuadro 1. Algunos compuestos orgánicos de la
vinaza.
Compuesto
Concentración
(% m/m)
2,3 butanodiol
0.01
2-metil –1,3 butanodiol
0.20
Las gomas son mucílagos que se
utilizan como agente de espesamiento y
adhesivo. En el caso de las vinazas estás
son utilizadas como pegantes en la fabricación
de tableros aglomerados de bagazo de caña.
Los ácidos orgánicos pueden actuar como
solubilizadores de materia mineral, además
de que actúan como vehículos para el
transporte de micronutrientes catiónicos al
sistema radicular de la planta.
Glicerol
2.70
Sorbitol
1.40
Acido láctico
1.30
Acido succínico
0.70
Acido málico
0.23
Acido aspártico
0.05
Acido aconítico
1.80
Las ligninas sulfonadas y
neutralizadas tienen mucho uso como
dispersantes en diferentes industrias químicas,
incluyendo la formulación de fertilizantes.
Parte de esta materia orgánica está en forma
coloidal la cual juega un papel importante en
el intercambio iónico del suelo.
Acido cítrico
0.80
Acido quínico
0.70
fructofuranosa
0.50
g lu co pir an os a
0.30
Sacarosa
0.20
Trehalosa
0.30
Usos de los componentes de bajo
peso molecular de la vinaza
Para el uso racionalizado de las vinazas es
de primordial importancia conocer sus
*
Otro estudio importante es: ‘Low
molecular weight organic composition of
ethanol stillage from sugarcane molasses,
citrus waste, and sweet whey’ (J. Agric. Food
Chem. 1994),
Ing. Químico.
15
LAS VINAZAS
cuyos resultados muestran que la vinaza contiene:
0.77% de ácido láctico, 0.58% de glicerol, 0.38%
de etanol y 0.15% de ácido.
Los compuestos químicos en el Cuadro
1 suman aproximadamente 9.5% de una vinaza
al 55% de sólidos en base húmeda. Se puede
observar que, los cuatro primeros de estos
compuestos son alcoholes polihídricos siendo
los más importantes la glicerina y el sorbitol que
tienen usos muy diferentes; los siete compuestos
químicos que siguen son de bajo peso molecular
y generan enlaces coordinados con iones
metálicos, o sea, son de carácter secuestrante
y pueden ser utilizados como agentes quelantes
de cationes en muchos procesos químicos ya
que forman complejos metálicos solubles con
cationes bivalentes y trivalentes de gran utilidad
en la agricultura y en química industrial en general,
igualmente, los ácidos orgánicos forman sales
solubles con muchos metales que son nutrientes
y facilitan su absorción por las plantas; los cuatro
últimos compuestos son carbohidratos del tipo
monosacáridos y disacáridos de utilidad en
procesos de fermentación y también tienen
carácter quelante.
Neutralización de la vinaza y
recuperación de los alcoholes
polihídricos (glicerina y sorbitol)
Desde el punto de vista agroindustrial es
importante la neutralizar la vinaza para obtener
un producto sólido que facilite la mezcla en fase
sólida con los abonos corrientemente utilizados.
También es interesante recuperar la
mezcla de sorbitol y glicerina, ya que es muy
difícil su recuperación por separado debido a
que ambos tienen un punto de ebullición muy
cercano cuando el primero se encuentra en
fase líquida. En la Figura 1 se presenta el
esquema y la comparación de las propiedades
de los alcoholes polihídricos de bajo peso
molecular contenidos en la vinaza.
Desde hace varios años se ha tratado
de recuperar la glicerina de las vinazas de
melaza y remolacha. Algunos de los
procedimientos aparecen en: ‘Levaduras y
alcoholes y otros productos de la fermentación.
Manual de la técnica de la fermentación
incluyendo los aparatos correspondientes y
las nuevas normas de análisis’. Este proceso
deja un residuo sólido útil para la agricultura
que básicamente son ácidos orgánicos
contenidos en la vinaza los cuales al ser
tratados con cal se convierten en sales
insolubles en alcohol. Esta pasta que se ha
formado después del tratamiento con cal se
extrae con etanol aprovechando la propiedad
de la solubilidad de los alcoholes polihídricos
en etanol. La pasta se puede utilizar como
fuente de calcio bien sea para enmienda de
suelos o fertilizante. Finalmente se destila el
alcohol quedando una solución de glicerina
y sorbitol en agua que se puede concentrar
con arrastre de vapor al vació, un método
convencional para recuperar la glicerina.
Para las vinazas de remolacha se
utilizan otras variantes de este método que
consiste en neutralizarlas con cal y después
se agregan floculantes minerales u orgánicos.
En un recipiente de clarificación se deja
decantar las sustancias que se encontraban
en suspensión en la vinaza, se separa este
residuo sólido del fondo que se puede utilizar
Vinaza
Cal
Neutralización
Etanol
Extracción de polihídricos
Residuo sólido
para uso agrícola
Polihídricos + etanol
Glicerina
Sorbitol
Destilación de
etanol
Concentración y destilación de glicerina y sorbitol
Figura 1. Esquema de neutralización y extracción de alcoholes polihídricos de vinaza.
16
como fertilizante y la parte líquida que contiene
los alcoholes polihídricos (glicerina, sorbitol y
otros) se destila al vació concentrándolos.
Usos de la vinazas por la acidez de
los compuestos orgánicos y las
características coloidales
Los ácidos orgánicos y los coloides orgánicos
que contiene la vinaza tienen una gran facilidad
para formar enlaces de coordinación con
cationes y dispersantes cuando esta se
neutraliza con hidróxido de sodio o con
hidróxido de potasio (el sodio y el potasio son
cationes que tienen características
dispersantes).
El color limita el uso de la vinaza como
dispersante en la industria de recubrimiento
y de limpieza, no obstante, se han hecho
ensayos para mejorarlo utilizando peróxido
de hidrógeno, con resultados parcialmente
buenos.
La vinaza como extractante de
elementos secundarios
para uso agrícola
Calcio y Magnesio
Es conocido el uso de carbonato de calcio
para tratamiento de suelos ácidos o sea el
proceso conocido normalmente como
encalamiento. Este compuesto es de lenta
solubilidad en el suelo, lo que retarda su efecto.
Otras sales de calcio como el yeso (sulfato
de calcio) son más solubles y aportan iones
sulfato al suelo. La cal viva y el hidróxido de
calcio igualmente tienen las mismas
limitaciones.
Actualmente se está investigando el
uso de sales de calcio más solubles para
enmiendas de suelos sódicos y salino-sódicos,
entre ellos, nitrato de calcio y acetato de calcio.
Los ácidos orgánicos que contiene
la vinaza y sus aminoácidos al reaccionar
con el calcio producen sales que son solubles
en agua, estos ácidos además son de carácter
quelante y el producto en total contiene los
polímeros floculantes de la vinaza que lo
hacen muy apto para la enmienda de suelos
ácidos y básicos.
Si el suelo es sódico estas sales de
calcio solubles pueden desplazar el sodio del
complejo del intercambio iónico, y si tiene
buen drenaje este sodio se puede lavar. En
suelos ácido-aluminicos puede desplazar el
aluminio del complejo de intercambio iónico.
Una gran extensión del territorio
colombiano se encuentra constituido por
suelos ácidos caracterizados por una baja
fertilidad natural. En este tipo de suelos el
crecimiento de las plantas se puede ver
afectado por toxicidad de aluminio, hierro,
manganeso y algunos casos cromo y niquel
y deficiencias de calcio, magnesio, fósforo y
azufre; o por alta concentración de iones de
hidrógeno y baja disponibilidad de otros
elementos como nitrógeno y potasio.
Para obtener calcio y magnesio
soluble a partir de los ácidos orgánicos de la
vinaza se puede hacer reaccionar está con
la correspondiente sal u óxido que puede ser
cal dolomítica, óxido de magnesio, cal
agrícola, yeso, cal viva e hidróxido de calcio.
Se debe anotar que por su estructura química
los ácidos de la vinaza tienen condición buffer,
es decir, que al agregarles el neutralizante el
pH no cambia bruscamente si no lentamente
por lo tanto se puede regular adecuadamente
el pH final, y de esta manera se pueden
obtener una gama de productos de distintas
consistencias. La estructura de los ácidos
orgánicos que contiene la vinaza es la
siguiente:
Láctico:
Cítrico:
Aconítico:
Quínico:
Succínico:
17
LAS VINAZAS
Dependiendo de la cantidad de sales
de calcio o magnesio que se hagan reaccionar
con la vinaza se obtendrán productos de
consistencia liquida, pastosa y sólida y con un
pH superior a 7. El producto sólido de es muy
pegajoso e incompatible con los fertilizantes
que se mezclan en las maquinas abonadoras.
Las vinazas y los micronutrientes
La mayoría de los compuestos químicos
contenidos en las vinazas son de carácter
quelante por tener grupos aminos, diácidos e
hidróxilicos.
Generalmente, y para evitar que se
precipiten en forma de sales insolubles, los
micronutrientes se suministran a las plantas
en forma de quelatos, compuestos en los
cuales las uniones se efectúan por
compartimiento de pares de electrones. Entre
los compuestos más simples y comunes que
forman complejos de coordinación se
encuentra el amoniaco, que tiene dos
electrones que puede compartir con iones
metálicos formando una serie de complejos
amoniacales (NH3) con diferentes metales.
La etilendiamina, cuya fórmula
aparece a continuación, es uno de los primeros
quelantes que fue estudiado.
H2N — CH2 —CH2—NH2
Me
Cuando ambos pares de electrones
interaccionan con el mismo metal se forma
una configuración del metal atrapado por los
dos grupos aminos.
Así mismo los aminoácidos también
interaccionan con el mismo metal y forman
una configuración en la que queda atrapado
el metal, de la forma siguiente.
O
R - CH - CH2 - C - O
2HN
Me
Para preparar micronutrientes en
forma de quelatos, el ácido que más se utiliza
es el aminopolicarbosilico EDTA (Etilendiamino
tetracetico) o sus sales. Los compuestos
químicos que más se utilizan son los sulfatos
de hierro, manganeso, cobre y zinc que son
rápidamente solubles en la vinaza.
La vinaza se puede utilizar no
solamente como ‘secuestrante’ de estos
cationes sino también para producir sus sales
orgánicas haciendo que reaccione en caliente
con óxidos de hierro, zinc, manganeso y borax.
La vinaza en caliente se puede utilizar
para extraer micronutrientes residuales de la
industria metalmecánica o de fundición, como
escorias Thomas. También es posible ensayar
el ataque de las vinazas a minerales como
sulfuros de hierro y zinc con el objeto de liberar
cationes micronutrientes.
Reacciones de la vinaza con urea
Como fuente de nitrógeno el producto más
conocido es la urea, cuando se aplica al suelo
su primer paso consiste en que por las enzimas
ureasa forma carbonato de amonio, la solución
de agua en el suelo sube a un pH de 8.5 y
esta reacción se completa en 48 horas. El
carbonato de amonio es un compuesto muy
inestable y si no se retiene en el suelo se
volatiliza y se pierde en la atmósfera antes de
que se formen nitritos y nitratos asimilables
por la planta.
NH2
C = O + 2H2O Enzima/urea = (NH4)2CO3
NH2
Para evitar las perdidas de urea se
están usando resinas urea formaldehído que
regulan el suministro de amonio al suelo. Por
otra parte, la urea es una base débil que
reacciona con la acidez de las vinazas
formando sales orgánicas de amonio que son
más estables que el carbonato de amonio.
Estas sales también se hidrolizan por la
humedad del suelo pero forman compuestos
más estables que el carbonato de amonio con
menos perdidas el suministro de amonio al
suelo.
18
O
R - C - ONH3
+ 2HOH = 2NH4OH + R - (COOH)2
C - ONH3
O
Los aminoácidos de la vinaza en
fertilización foliar
Las proteínas y los aminoácidos de la vinaza
pueden jugar un papel muy importante en la
fertilización foliar. La vinaza se puede hidrolizar
para que la mayor parte da la proteína se
fragmente a aminoácidos. Estos no solamente
son quelantes sino que están siendo utilizados
como bioestimulantes, es decir, estimulan el
proceso de la fotosíntesis. Actualmente se
están utilizando en fertilización foliar junto con
micronutrientes. Una vinaza hidrolizada,
neutralizada y mezclada con urea puede ser
un excelente fertilizante foliar. En el proceso
de hidrólisis los compuestos de alto peso
molecular de la vinaza se fragmentan dando
compuestos de menor peso molecular y con
mejor capacidad quelante, lo que permite una
fácil translocación de la fase acuosa del suelo
a las raíces de la planta. La molécula de urea
es muy eficiente para ser absorbida por las
hojas de la planta o también se pueden utilizar
hidróxido de potasio para neutralizar la vinaza.
La vinaza como extractante
del ion fosfato
La roca fosfórica reacciona también
con los ácidos orgánicos de bajo peso
molecular contenidos en la vinaza liberando
el anión fosfato y quedando como residuo
sales orgánicas de calcio. Por otra parte estas
sales orgánicas de calcio son más solubles
que las sales minerales y por este motivo más
eficientes en el suministro de calcio a las
raíces de la planta o en la neutralización de
suelos ácidos. Esta reacción de ácidos
orgánicos con roca fosfórica ocurre cuando
los microorganismos que actúan sobre la
materia orgánica generan ácidos que atacan
los minerales fosfatados del suelo y cuando
en el laboratorio para analizar fosfatos se
extraen estos usando ácido cítrico.
En muchos estudios se ha
comprobado la necesidad de la materia
orgánica en los suelos para evitar que el ion
fosfato se precipite. Al hacer reaccionar la
vinaza en exceso en caliente con la roca
fosfórica no solamente se libera este ion sino
que en el producto final queda toda la de
materia orgánica contenida en la vinaza que
evita que el ion precipite y facilita el intercambio
aniónico. Además queda el calcio en forma
de sal orgánica de calcio soluble. Para
conseguir liberar ion fosfato es importante
hacer la reacción con un exceso de vinaza.
Uso de la vinaza como extractante
de residuos calcáreos
La roca fosfórica es la principal fuente de
fósforo para producir ácido fosfórico. Para
liberar el anión fosfato de la roca fosfórica se
hace reaccionar con ácido sulfúrico o con
ácido nítrico con lo que se obtiene libre el ion
fosfato y como residuo fosfato de calcio o
nitrato de calcio, respectivamente, según sea
el caso.
Los residuos de conchas marinas o de
cáscaras de huevo reaccionan con los ácidos
orgánicos de la vinaza produciendo no
solamente un calcio soluble sino también iones
fosfatos y otros cationes importantes para la
agricultura. En el caso de la cáscara de huevo
este material no solamente contiene carbonato
de calcio sino también proteína de la película
que reviste la cáscara en su interior, esta
proteína se convierte en amoniaco, nitritos y
nitratos.
En suelos ácidos el fosfato puede ser
absorbido por los óxidos de hierro o de aluminio
contenidos en las arcillas de tal manera que
no es disponible para las plantas; en suelos
básicos se puede neutralizar con el calcio
formando fosfato de calcio insoluble.
La harina de huesos obtenida por
molienda y tratamiento con vapor es muy
valiosa por su contenido de fosfato cálcico y
por los iones fosfatos que pueden ser más
disponibles para las plantas cuando se trata
con vinaza.
19
LAS VINAZAS
Nota Técnica
Usos Industriales y Agrícolas de la Vinaza
de Caña de Azúcar
Daniel Irisarri
Presidente de KIMEL de Colombia S.A.
Introducción
El Grupo KIMEL*, una empresa de medio
ambiente y de gestión de residuos, inició en
1996 en el Valle del Cauca un proyecto de
recuperación y transformación de vinaza de
caña de azúcar con el objeto de darle valor
agregado y mejorar su mercado.
La primera tarea consistió en caracterizar este
subproducto con base en parámetros que
permitieran compararlo con otros productos
de usos en la industria y en el agro. Antes de
esa época, la vinaza era considerada como
un residuo resultante de la destilación de
melazas con origen en la caña de azúcar, que
se producía en concentraciones del orden del
8% de sólidos totales, es decir, contenía 92%
de agua. En estas concentraciones no era
posible utilizarla ni para la industria ni para el
agro, por tanto, era preciso concentrarla hasta
el porcentaje máximo que la tecnología lo
exigía y el comportamiento de la misma vinaza
lo permitiera. No obstante, ya existían algunas
pocas destilerías en el mundo que
concentraban este efluente con el fin de reducir
su volumen y facilitar su traslado para algunos
usos, fundamentalmente en la alimentación
de vacunos.
Como elemento patrón para la caracterización
se tomó la vinaza concentrada al 50% de
sólidos totales, siendo el primer obstáculo la
definición de cuáles serían los patrones base
de sólidos disueltos y de sólidos en suspensión.
La vinaza contenía un porcentaje de sólidos
en suspensión muy variable, que oscilaba
entre 10% y 20%, lo cual obligaba a desarrollar
un Proceso de Clarificación que permitiera
obtener un producto concentrado de
características regulares y constantes en el
tiempo con una especificación muy cerrada
para los sólidos en suspensión, permitiendo
así un producto bien definido y procedente de
un proceso industrial.
Metodología
Se decidió trabajar con vinazas con un
contenido máximo de 0.5% de sólidos
insolubles o en suspensión. Este producto se
caracterizó través de todo el año con base en
componentes orgánicos e inorgánicos, ya que
la calidad era influenciada de forma directa y
significativa por las condiciones de clima
durante la zafra y por diversas circunstancias
durante los procesos de obtención de melaza
en fábrica y de destilación. Afortunadamente
se llegó a la conclusión de que en forma
representativa las alteraciones de los
parámetros de la vinaza se podían encuadrar
dentro de una ficha técnica válida para la
definición de un producto en el momento de
ser utilizado como una materia prima. Además
de las características de esta ficha técnica, la
vinaza ha sido estudiada y se le han
encontrado usos y aplicaciones válidas para
su utilización dentro de las normativas de
Medio Ambiente.
Concentradores de ILV (Foto 1) y de KQE (Foto 2).
*
Los productos y los procedimientos citados en este documento se encuentran debidamente registrados.
20
Después de caracterizar la vinaza y
compararla con otras materias primas y otros
productos elaborados que estaban en los
mercados industrial y agrícola, se llegó a la
conclusión que este subproducto tenía un
amplio campo de aplicaciones, siempre y
cuando, se conservarán las características
técnicas y la presentación fuera adecuada.
Surgió, entonces, la necesidad de
transformarla de concentrado a polvo soluble.
Este proceso y la logística necesaria para su
manejo fue algo realmente difícil de resolver,
ya que no existía en el mundo una tecnología
de secado de la vinaza de forma industrial.
Ante la imposibilidad de encontrar fabricantes
de secadores industriales responsables de la
venta o desarrollo de una planta de este tipo,
KIMEL tuvo que aceptar el reto y hacer el
desarrollo necesario lo que implicó un año de
trabajo y unas inversiones importantes que
permitieron un mayor conocimiento de la
problemática de la vinaza.
Pero no era posible ignorar los sólidos
insolubles o en suspensión, que representan
un volumen apreciable y hacen parte de la
problemática de la vinaza. En consecuencia
fue necesario dedicar investigación e
imaginación para encontrar un proceso
adecuado para su transformación en un
producto con un valor agregado, un mercado
adecuado y una tecnología de respaldo. Estos
sólidos se obtienen directamente en forma de
lodo con un alto porcentaje de vinaza formando
la parte líquida con un alto porcentaje del
complejo polimérico y por consiguiente con
sus cualidades. Todo lo anterior hizo posible
su utilización como una de las materias primas
para la elaboración de granulados especiales.
Una vez culminado con éxito el reto
de producir de forma industrial vinaza en polvo,
se estaba frente a una materia prima que
basaba sus posibles usos en la enorme
diversidad de comportamientos de su
componente orgánico, un muy especial y
polifacético complejo polimérico; además, esta
materia se encontraba en formas líquida y
polvo, que resolvían la problemática de la
logística del mercadeo.
Vinaza granulada
Planta de secado de vinaza.
21
Saco de granulado Kimelgran
LAS VINAZAS
Identificación del complejo polimérico
En estudios previos se determinó
analíticamente que el producto está compuesto
por agua, sales minerales y materia orgánica
(Cuadro 1). Para determinar y cuantificar con
mayor precisión las diferentes fracciones de
la materia orgánica se han utilizado las técnicas
analíticas: ensayos enzimáticos, RMN, IR,
Cromatografía de gases-TIR
Para determinar las características del
complejo polimérico se han realizado las
pruebas siguientes:
•
•
•
Hidrólisis con alfa-amilasa (hidrólisis
selectiva del monómero terminal).
Refleja un incremento en cinco veces
el contenido de glucosa y tres veces
el contenido en sacarosa, por lo que
se estima que los polímeros deben
ser de cadena corta (hasta 8 unidades
de monómero). Utilizando el método
viscosimétrico se calculó que el peso
molecular es de 4800 g/mol,
aproximadamente.
Grupos funcionales del complejo
polimérico KLA 1045. La siguiente
fase consistió en identificar los grupos
funcionales presentes y para ello se
realizó un espectro infrarrojo (IR), el
mostró que existen grupos funcionales
propios de las moléculas que forman
el complejo polimérico: carbonilo,
alcohol, alcanos y esteres. También
se ha detectado la presencia de fuertes
puentes de hidrógeno.
Como grupos fundamentales para la
formación de quelatos así como para
su participación en sistemas de
intercambio iónico, se encontraron los
grupos de ácido carboxilico y
carboxilatos (-COOH y –COOMe).
La cuantificación de estos grupos de
moléculas ha sido fundamental y para ello se
ha diseñado el experimento que se resume a
continuación.
1
Determinación de grupos ácido y
carboxilato por FTIR en el complejo
polimérico KLA 10451
Para la determinación cuantitativa de los
grupos ácidos y carboxilato presentes en el
complejo polimérico, mediante el método de
espectroscopia infrarroja de transformada de
Fourier (FTIR) se parte patrones siguientes:
(1) ácido etilendiamino tetraacético EDTA como
portador de grupos –COOH y (2) acetato de
zinc como portador de grupos –COOMe.
Debido a la imposibilidad de lograr la
disolución de EDTA en disolventes adecuados
para el estudio del infrarrojo en disolución, se
decidió llevarlo a cabo a partir de mezclas
físicas de estos productos con KBr en
concentraciones conocidas. Se prepararon
mezclas de concentraciones de los patrones
en las proporciones siguientes:
•
•
•
Patrón 1 = 0.1 g en 100 g de KBr
Patrón 2 = 0.2 g en 100 g de KBr
Patrón 3 = 0.3 g en 100 g de KBr
El peso final de las pastillas fue de
0.3 g y para la muestra se utilizó 0.3% en
peso. A partir de las mezclas indicadas
anteriormente se realizaron los
correspondientes espectros infrarrojos a los
que se les midió la intensidad de las bandas
debidas al grupo ácido carboxílico y al
carboxilato, en cada caso.
Se dispuso de tres espectros (0.1%,
0.2% y 0.3%) correspondientes a cada uno
de los compuestos EDTA, acetato y EDTA 2Na y espectros correspondientes a muestra
de complejo polimérico, EDTA y acetato de
zinc. Con los valores obtenidos se hicieron las
curvas de calibración correspondientes a
intensidad vs. moles de producto/100g KBr.
Con estos datos y a partir de la extrapolación
en las rectas de calibrado se han determinado
los gramos de producto que contiene 1 mol
de ácido y/o sal. Estos cálculos y su
interpretación gráfica pueden ser solicitados
al autor.
En conclusión, la presencia de
carboxilo en el complejo polimérico es de 18%
vs. una presencia de carboxilo en el EDTA de
60%, lo que supone que el complejo polimérico
posee el 30% de carboxilo comparado con el
EDTA.
Los estudios, análisis, ensayos y experimentos han sido realizados por la Fundación AZTI www.azti.es y la Universidad
del País Vasco.
22
Cuadro 1. Contenidos al 50% de concentración en el complejo polimérico.
Promedios de 10 análisis.
Elementos mayores (%)
N total
1.17
Mg (MgO)
0.8
P (P2O5) (%)
0.33
Calcio (CaO)
0.6
K (K2O)
5
B
9
Cu
8
a
Elementos menores (%)
Fe
500
Mn
70
Zn
15
Aminoácidos (%)
C orgánico total (%)
Relación C/N
Aminoácidos libres (%)
13.6
Carbohidratos
b
20
20
Proteínas
8
0.58
Azúcares (%)
Totales (%, en glucosa)
3.59
Fructosa
< 0.5
Reductores (%, en glucosa)
2.79
Glucosa
< 0.5
Acido láctico (%)
2.90
Maltosa
< 0.5
Sacarosa (%)
0.40
Lactosa
< 0.5
monohidratada
Otros componentes (%)
M.O. total
39
Acidos fúlvicos
35
Extracto húmico total
38
Acidos húmicos
Trazas
Concentración
50
Cenizas
11
Densidad aparente (g/cc)
1.28
4.5
a.
Las determinaciones de elementos menores se hicieron en base seca. Las demás
mediciones son en base fresca.
b.
(A.Asp-A. Glu-Ser-Gly-His-Arg) (Thr-Ala-Tyr-Val-Leu-lleu)
Usos de la vinaza
El principal valor de la vinaza reside en las
cualidades de su complejo polimeríco.
Después de investigar qué productos con esta
característica se encuentran en el mercado,
se encontró que existía una importante
diversidad y sorprendentemente la materia
prima Kimel compite con la mayoría de ellos
en un alto numero de aplicaciones.
23
pH
El complejo polimérico Kimel tiene un
peso molecular promedio de 4800 g/mol y los
productos en el mercado que sirvieron para
comparación tienen complejos poliméricos con
un peso molecular medio entre 50,000 y
100,000 g/mol. Aunque este hecho no es
inconveniente para homologarlos en algunos
casos y hasta para superarlos en otros, sí es
necesario reconocer que no los puede sustituir
LAS VINAZAS
en un importante porcentaje de sus
aplicaciones.
La vinaza es un producto orgánico
con un alto potencial como medio de cultivo
de microorganismos, especialmente cuando
se encuentra en estado líquido a
concentraciones bajas, que requiere un manejo
adecuado para evitar contaminaciones que
alteran sus propiedades y dificultan algunas
aplicaciones. Para obtener un producto de
buena calidad debe vigilar todo el proceso de
producción desde el campo hasta la salida de
la torre de destilación pasando por los procesos
de clarificación, concentración, adecuación al
uso específico y secado.
En la industria
El complejo polimérico de la vinaza tiene, entre
otros usos industriales, los siguientes.
Construcción. En orden de importancia en
relación con el volumen de consumo se debe
citar en primer lugar la industria del cemento
de hormigón, que demanda en el mundo
aditivos con varios millones de toneladas de
un complejo polimérico, el cual en un
importante porcentaje de sus usos es sustituible
por el complejo polimérico de vinaza. Hace
algún tiempo en Estados Unidos fue necesario
cerrar una importante factoría de poliméricos
para la industria de la construcción, creando
una situación de carencia en el mercado que
hizo necesario el uso del complejo polimérico
de vinaza de KIMEL en algunos países
afectados. Su aplicación es como aditivo en
la preparación del concreto, actuando como
fluidificante o plastificante y sustituyendo al
agua.
En la literatura se encuentran datos
que indican que es posible sustituir 16 lt de
agua por 1 kg de aditivo. La vinaza o su
complejo polimérico trabaja por vía física
(eléctrica), con un extremo o cabeza hidrófilo
(carga positiva) y el otro hidrófugo (carga
negativa). El componente hidrófugo se
introduce en la parte sólida del concreto y el
hidrófilo permanece en el extremo opuesto
formando ‘pompones’ con carga eléctrica del
mismo signo que se repelen entre sí, con el
mismo efecto de fluidificación que el agua. Al
usar menos cantidad de agua la resistencia
del concreto aumenta, o se puede usar menos
cemento para obtener un concreto de igual
resistencia.
Otros usos. El complejo polimérico
también puede ser utilizada en menores
cantidades para compactar y eliminar el
exceso de polvo en vías carreteables y
en la fabricación de aglomerados,
oxicloruro de cobreasfaltos, curtimbres y
productos para la limpieza de calderas.
En la agricultura
En agricultura es necesario entender que
la principal contribución de la vinaza ocurre
a través del complejo polimérico. En este
campo se deben tener en cuenta los
componentes orgánicos e inorgánicos de
la melaza y sus interrelaciones, ya que
muchas veces estos últimos adsorben o
retienen varios componentes orgánicos
formando acomplejados.
El análisis con espectro de rayos
infrarrojos muestra que la vinaza posee
dentro de su fracción orgánica, los
compuestos siguientes:
•
•
•
•
•
•
Grupos OH (alcohol) de pequeña
capacidad complejante.
Cadenas hidrocarbonadas
CH-OH-CH o presencia de M.O.
capaces de incorporar elementos.
Sales de ácido carboxílico
COOH-metal en forma iónica y
por tanto con gran capacidad de
cambiar cationes y complejar.
Acidos carboxílicos R-COOH
con función de agente disponible
para formar nuevos complejos.
Función esteres y alcoholes
primarios C-OH, C-O-C con
capacidad para ceder o
incorporar elementos y
complejar.
Puentes de hidrógeno –H --- Hcon capacidad para unir cadenas
y/o complejos.
Entre los componentes
inorgánicos sobresale el potasio, un
elemento que recientemente ha recibido
especial atención con mejorador de las
condiciones de suelos tropicales.
En las presentaciones de líquido
y polvo, el complejo polimérico puede ser
utilizado como acondicionador de suelos
salinos y complejante de nutrientes,
24
estabilizador de materia orgánica en el suelo,
potencializador de mezclas edáficas y foliares,
mejorador y regulador de pH, en solución
nutritiva para microorganismos benéficos,
componente en soluciones aplicadas al
momento del transplante, fertilizante quelatado
de disponibilidad inmediata y como fuente de
materia orgánica altamente disponible.
Como gránulo, el complejo polimérico
se le ha incorporado un importante porcentaje
de silicio, hierro y elementos menores y tiene
una alta capacidad de retención de agua, por
ello, además de los usos de las presentaciones
del complejo polimérico como líquido y como
polvo, se añaden los siguientes las
propiedades de la forma combinada: (1)
debido a los silicatos es un neutralizador de
aluminio; (2) mejora la capacidad de
intercambio de cationes del suelo; (3) tiene
alta capacidad como corrector de pH de agua
de riego (Cuadro 2); (4) es un corrector de la
alcalina en suelos debido a que las cadenas
hidrocarbonadas del complejo polimérico
enlazan los elementos minerales presentes
en el entorno de aplicación volviéndoles
asimilables por la planta, lo que significa no
solamente una mejor asimilación de los
nutrientes sino también una progresiva
liberación de los elementos de saturación; (5)
mejora la estructura de los suelos pobres en
materia orgánica y evita la desertización; (6)
la capacidad de intercambio catiónico del
complejo polimérico (reforzada en su forma
de grano) potencia la traslocación de cationes
por actividad eléctrica, ya que los puentes de
hidrógeno lo unen con las materias orgánicas
existentes en el suelo y las estabilizan; (7) la
alta capacidad de retención de agua, una vez
en el suelo, ejerce una acción favorable sobre
la estructura y formación de agregados,
disminuyendo la cohesión de partículas y
generando una mejor aireación que favorece
la actividad del entorno bacteriano de la zona
radicular; (8) es un medio nutritivo para
microorganismos y un potenciador de la
actividad bacteriana en los suelos; (9) actúa
como agente complejante construyendo
enlaces en forma de quelatos, proceso que
depende directamente de la disponibilidad en
estructuras carboxyl y carboxilatos (al menos
en un entorno no sintético) y de grupos
funcionales capaces de capturar cationes sin
necesidad de un gran aporte de energía; (10)
con el complejo polimérico se pueden crear
líneas básicas de mezclas con los elementos
mayores NPK para mejorar los rendimientos
de la fertilización, pero también líneas más
sofisticadas con mezclas de elementos
secundarios para corregir deficiencias
nutricionales; (11) por su bajo peso molecular
y tamaño reducidos de las cadenas que lo
forman, el complejo polimérico actúa como
agente coadyuvante en aplicaciones foliares.
Cuadro 2. Variación del pH en agua de riego pesada por la adición de complejo
polimérico.
Posición
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Complejo numérico
(/100 lt de agua)
Dilución
equivalente
(%)
pH resultante
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1.0
8.1
7.4
6.9
6.4
6.1
5.8
5.7
5.6
5.8
Conclusión
Todo lo anteriormente expuesto esta
actualmente en plena actividad y demuestra
las capacidades de la vinaza si se procesa y
trata bajo un punto de vista industrial objetivo
y de futuro.
25
Se demuestra también que las
presentaciones en forma de polvo y gránulo
son una necesidad real para solucionar el
problema de logística y para facilitar el manejo
tanto en campo como en mezclas previas y
en formulaciones.
LAS VINAZAS
Nota Técnica
Manejo de Vinazas: Metanización y Compostaje,
Aplicaciones Industriales
Philippe Conil*
Las vinazas, como subproducto de la destilación
de alcohol, tienen una carga orgánica muy alta,
que las hacen potencialmente contaminantes.
Una destilería de 150,000 litros diarios genera
la misma carga orgánica que una ciudad de 1
millón de habitantes. La carga orgánica depende
sin embargo de la materia prima utilizada (datos
aproximados):
•
•
•
melaza - 7% ST
jugo de caña – 3% ST
miel B o mezcla de melaza y jugo de
caña – 5% ST
Para facilitar la presentación de esta
exposición, utilizaremos las vinazas “más
probables” de las destilerías del Valle de Cauca
(Colombia), provenientes de una mezcla de 40%
de melaza y 60% de jugo de caña, o de una miel
B, con una carga contaminantes del orden de
5% a 6% de ST (DQO de 50.000 a 60.000 mg/l).
Afortunadamente la naturaleza de esta
carga orgánica facilita su manejo y
aprovechamiento. La vinaza siendo muy
concentrada, el volumen a manejar es bajo: 13
m3/m3 de alcohol generado, o aún menos en
caso de recirculaciones internas de la vinaza
(hasta 4 m3/m3). Además todos los componentes
de la vinaza provienen de la materia prima (jugo
de caña y melaza) y pueden servir de abono o
aún alimento. No hay patógenos ni metales
pesados ni componentes tóxicos. Los principales
limitantes a su uso son su alto contenido de
potasio, del orden del 6% de sus ST (Sólidos
Totales), tanto para abono como para alimento,
así como su alto contenido de sulfuros.
Este subproducto es idóneo, y aún ideal,
para metanización, a saber para su
descomposición anaerobia (en ausencia de aire),
primer paso de su tratamiento como efluente.
Su conveniencia para metanización varía sin
embargo según la materia prima utilizada para
la producción de alcohol, siendo ideal el jugo de
caña y más complicada la melaza, por su mayor
contenido de sulfato.
La metanización es la forma más común
de tratamiento de las vinazas en el mundo, a la
par con la ferti-irrigación. Su tratamiento por
compostaje (en pilas aireadas) es menos común
pues implica la disponibilidad de grandes
cantidades de cachaza u otra materia prima
como soporte seco y fibroso.
Compostaje
El compostaje es una técnica centenaria que
aplica para residuos secos y fibrosos. No es
aplicable a la vinaza líquida ni concentrada en
sí, pero las vinazas pueden ser añadidas al
proceso de compostaje de otros residuos (cocompostaje). Una tecnología similar se utiliza
para lodos de depuradoras, así como para los
lodos de la industria petrolera. La cachaza de
los ingenios azucareros es un sustrato ideal para
compostaje. El compostaje de la cachaza
permite reducir su humedad, volumen y peso, y
en consecuencia reducir sus costos de transporte
y de aplicación. Por esta razón este compostaje
suele justificarse económicamente, con y sin
adición de vinazas. Un Ingenio de 5.000 T de
caña por día en el Valle del Cauca produce hasta
300 toneladas diarias de cachaza. En otras
partes del planeta (países que tienen una zafra
limitada a la estación seca) la producción de
cachaza es un poco menor por tonelada de caña
molida, pero esta cachaza es mas seca y
orgánica que en Colombia, donde la cosecha
de la caña a lo largo del año arrastra mucha
tierra.
La adición de vinaza al compostaje de
cachaza se hace desde hace más de 20 años
en el mundo, con bastante éxito. Sin embargo
las cantidades añadidas son generalmente
menores de 1 m3 de vinaza por tonelada de
cachaza. Esta proporción no permite dar una
“solución” al manejo de las vinazas pues
representa una parte pequeña de la vinaza
generada. Un ingenio de 5.000 t/día con
destilería (60% jugo + 40% melaza) produce
150.000 litros de alcohol al día y 2.000 m3 de
vinazas al día, de las cuales solo 300 m3 (15%)
pueden ser incorporadas al compostaje de la
cachaza.
Dos vías existen para aumentar este
porcentaje: (1) la recirculación de las vinazas
dentro de la destilería, para reducir el volumen
de descarga (pero aumentar su concentración).
BIOTEC, www.bio-tec.net , [email protected]
26
Se puede llegar a generar solo 600 m3 de vinaza
por día al 17% de ST, en vez de 2.000 m3 al
5%; y (2) La concentración de las vinazas por
evaporación.
Ambos sistemas son factibles, con sus
ventajas y desventajas. Pueden también ser
combinados. Debe de aclararse que la
concentración de las vinazas por evaporación
tiene un costo relativamente alto de energía, así
como de químicos para el lavado periódico del
sistema, y además genera otro tipo de aguas
residuales (las flemazas) que deben también
ser tratadas.
En los mejores casos, la cantidad de
vinaza se puede reducir a 4 m3/m3 de alcohol,
lo que permite co-compostarlas con cachaza en
proporciones de 2 a 1. Es difícil pero factible.
Depende de la composición de la cachaza y de
la pluviosidad. Es mucho más difícil en Colombia
que en países con zafra. Más concentrada la
vinaza, más difícil es aumentar su proporción
en la mezcla. Al contrario, si hablamos de vinaza
tratada, se asemeja a agua de riego y es más
sencillo aumentar la dosis de aplicación.
nuevamente es alto cuando se trata de vinaza
de melaza y es mas bajo cuando se trata de
vinaza de jugo de caña.
La metanización es sólo el primer paso
de una cadena de tratamiento, hasta cumplir
con las normas de descarga fijadas por la
Autoridad ambiental.
El principal inconveniente de este
sistema de manejo para los Ingenios del Valle
del Cauca es la necesidad de cumplir con las
normas de descarga fijadas por la autoridad
ambiental
(200 mg/l de DBO = 99,1% de remoción). Una
remoción de DBO tan alta implica una gran
cadena de lagunas de ‘post-tratamiento’,
preferiblemente aireadas, con un buen nivel de
operación y mantenimiento. Es difícil pero
realizable.
Pero la metanización ‘controlada’ tiene
también ventajas sustanciales para las destilerías,
entre ellas:
•
Metanización
La metanización, o degradación anaerobia de
los efluentes, es una tecnología muy eficiente
para remover la carga de las vinazas. Permite
remover mas de 90% de su DBO, aunque solo
unos 70% de su DQO (Demanda Química de
Oxígeno), pues una parte de la DQO está en
forma “dura” (no biodegradable); esta fracción
es muy baja cuando la materia prima es jugo de
caña, muy alta cuando es melaza, e intermedia
cuando se utiliza miel A o miel B.
Sucromiles y Nabisco-Fleishmann en
el Valle del Cauca mostraron en los años noventa
dos ejemplos a gran escala de metanización de
vinazas. El primero utilizó un sistema de lagunas
anaerobias cubiertas, y el segundo de reactor
de tipo UASB, pues el tipo de vinaza era diferente,
así como el vecindario, lo que implicaba diseños
diferentes.
La metanización genera biogas como
subproducto. Este biogas de vinazas puede
tener altas concentraciones de H2S (componente
corrosivo, tóxico y oloroso) cuando la proporción
de melaza es alta en la materia prima, pues la
melaza tiene altas concentraciones de sulfatos,
provenientes del proceso de sulfitación del jugo,
que se reducen a sulfuros en el proceso
anaerobio. También puede generar olores, por
escapes de biogas no captado, o por descargas
del efluente con biogas disuelto. Este riesgo
•
•
Genera altas cantidades de
biogas, que hoy en día tiene un
mayor valor en el mercado que
hace 2 años, por el incremento
del precio del petróleo. El mundo
está buscando fuentes renovables de energía, y los Ingenios tienen
la posibilidad de ser unos actores
importantes en este suministro. El
biogas puede servir para: Vender a
Gases de Occidente para distribución
domiciliaria / Generar vapor en una
caldera de gas, y electricidad con una
turbina (24 horas al día, 365 días al
año) / Generar agua caliente para
precalentar el agua de las calderas
/ Generar electricidad en motores de
gas o turbinas de gas.
Permite registrar el proyecto como
MDL (Mecanismo de Desarrollo
Limpio- Protocolo de Kyoto), no solo
por la sustitución de energía fósil, sino
por evitar la liberación de metano a
la atmósfera, que es uno de los
principales gases de efecto invernadero. Con este registro los Ingenios
pueden vender sobre el mercado
internacional, y Europeo en particular,
“Certificados de Reducción de
Emisiones” de carbono (CER, o
“Bonos de Carbono”).
Permite aumentar la dosis de
aplicación de vinaza (tratada) al
compostaje de cachaza, pues en vez
de aplicar una materia prima, está
aplicando un líquido diluido que se
28
asemeja a agua de riego. De esta
manera es posible aplicar hasta 3 o
4 m3 de vinaza por tonelada de
cachaza, y en ciertos casos disponer
•
de toda la vinaza sin descarga alguna
al río.
Facilita los proyectos de ferti-irrigación
(el efluente tratado es de aplicación
más fácil que la vinaza cruda.
Esquema de flujo de un sistema ‘mixto’ de mecanización-compostaje de las vinazas.
Costos aproximados de los sistemas
Inversión
Sistema bio-tec de metanización para 100 t
DQO/día: US$1.5 millones.
Sistema de compostaje de cachaza y vinazas:
US$1 millón (incluyendo equipo de aplicación
agrícola por voleo)
aprovechamiento del biogas: función del tipo
de aprovechamiento (los sistemas de menor
costo son el uso en calderones y calderas, o la
venta a Gases de Occidente) ingresos
potenciales
Certificados de carbono: 100,000 t CO2/año
= US$600,000 por año
Energía: Función del tipo de aprovechamiento
y del costo de la energía sustituida.
Costos de O&M
Biodigestores: US$100.000/año
Aprovechamiento del biogas: función del tipo
de aprovechamiento.
Ejemplos en otros tipos de agroindustrias:
Estos sistemas de metanización de cargas
orgánicas altas se utilizan también en otros tipos
29
de agroindustria como las de caucho, de palma
africana o de yuca.
Los efluentes de las extractoras de
aceite de palma tienen también concentraciones
de DQO del orden de 60.000 mg/l, DBO de
30.000 mg/l y SS de 25.000 p.p.m. Estos
efluentes son también concentrados en potasio,
salen a 80 grados de la fábrica y tienen un pH
de 4. El sistema más común de tratamiento
de estos efluentes, muy similares a las vinazas,
es el lagunaje (serie de lagunas), hasta cumplir
con las normas ambientales, que en Asia son
usualmente de menos de 200 mg de DBO/l.
En Colombia existen unas 40 extractoras de
aceite de palma, que en su casi totalidad utilizan
este sistema de tratamiento, que inicia con
grandes lagunas anaerobias, generadoras de
biogas, y termina con lagunas de pulimento.
Las extractoras de aceite tienen
también un residuo fibroso y relativamente seco,
similar a la cachaza de los Ingenios (raquis o
tuza), pero son muy escasas en el mundo las
extractoras que realizan un sistema directo de
co-compostaje, pues se genera tres a cuatro
veces más efluente que raquis, y este sistema
de co-compostaje es de difícil manejo.
LAS VINAZAS
La captación y el aprovechamiento del
biogas de las lagunas anaerobias es tema de
actualidad en el sector palmero desde hace un
año, por varias razones:
•
los acuerdos de Kyoto permiten la
comercialización de Certificados de
Carbono de Emitido (mecanismos
MDL) que generan un ingreso
sustancial a los palmicultores que
captan el biogas de sus lagunas o las
convierten en biodigestores. La
Federación de palmicultores,
FEDEPALMA, está negociando para
todos ellos un acuerdo-marco
“sombrilla” que les permita beneficiarse
de estos ingresos con un mínimo de
desgaste administrativo.
el biogas tiene un valor que incrementa
a la par con el precio del petróleo; la
mayoría de estas empresas no está
conectada a la Red y depende en
parte de plantas eléctricas diesel. El
biogas sustituye el diesel. En
otras extractoras el biogas precalienta el agua de caldera o
mantiene una producción de
vapor y electricidad permanente,
los 365 días al año.
en algunos países (no es el caso
de Colombia) el Estado promueve la
generación de electricidad con fuentes
alternas de energía, y obliga a los
distribuidores a comprarla a buen precio
(mayor a 6 centavos de dólar por kWh);
es el caso de Honduras por ejemplo.
En Bélgica, además de un precio de
compra de la electricidad al precio (muy
bajo) del mercado, los productores de
electricidad renovable comercializan
“Certificados Verdes” cuyo valor
por kWh generado es mas del
doble del valor de la electricidad
vendida.
•
•
La biodigestión se hace en biodigestores
de concreto, o mucho más comúnmente en
lagunas anaerobias cubiertas (carpa flotante).
BIO-TEC ha sido pionero en Colombia en el
tratamiento de efluentes agro-industriales y en
particular en el aprovechamiento del biogas de
las lagunas de palma.
Componentes de un sistema Biotec
de metanización para efluentes de
alta carga orgánica
•
•
Enfriamiento
Lagunas de tierra impermeabilizadas,
con TRH superior a 25 días
•
•
•
•
•
•
•
•
Sistema de alimentación del efluente
Sistema de recolección del efluente
Sistema de agitación interna
Sistema de purga diaria o semanal
Sistema de disposición de los
lodos de purga (co-compostaje,
ferti-irrigación o lechos de secado)
Sistema de captación del biogas
(carpa flotante)
Red de biogas (conducción, remoción
de la humedad, filtros de H2S,
compresión)
Sistema de control y monitoreo,
incluyendo PLC y control remoto (por
Internet)
El aprovechamiento del biogas se hace
mayormente en motores de gas (o dual-fuel)
para generar electricidad (Palmeiras y PSE en
Tumaco) o en calderas (Cartones América en
Cali o Sucromiles en Palmira); en algunos casos
para distribución urbana (Sololá en Guatemala)
o alumbrado de gas (Liofilizado en Chinchiná).
En Colombia la primera planta de
metanización de efluentes de palma por medio
de lagunas cubiertas se encuentra en Tumaco
(PALMEIRAS S.A., producción de 500 kW).
BIOTEC está ahora montando una planta en
Honduras para la venta de 1 MW a la Red
nacional (ENEE).
Formas de contratación
Si bien existe una cultura “nacional” de
contratación de proyectos por fases
independientes (diseño, compras, montajes,
puesta en marcha, y operación), este sistema
que diluye la responsabilidad del funcionamiento
entre varios operadores, no es adaptado a
proyectos complejos que involucren procesos
biológicos, como es el caso de sistemas de
metanización.
El diseñador debe de
responsabilizarse del correcto funcionamiento
de sus sistemas.
Se aconseja la compra de estas plantas
‘llave en mano’, incluyendo puesta en operación,
y ojalá con varios años de operación incluida.
Empresas como BIOTEC ofertan también estos
sistemas por concesión, por mas de 20 años,
en los cuales se encargan de la inversión y de
la operación, y amortizan su inversión y costos
con la venta del biogas y de los Créditos de
Reducción de Emisiones.
30
Nota técnica
El Precio de la Melaza Continúa Creciendo
Ante el precio creciente de la melaza, la Vinaza60 es una
alternativa de sustitución económica y efectiva
José Gnecco Mancheno
Jefe de Tecnología de Planta
SUCROMILES S.A.
La alimentación constituye el 60% de los costos
de producción en la ganadería tropical. Para
el ganadero, tradicionalmente acostumbrado
a suministrar energía a sus animales mediante
el uso de la melaza, el margen de utilidad
empieza a verse afectado debido al inusitado
incremento del precio de venta de este insumo.
En el último año este incremento ha sido de
más del 122%, alcanzando valores por encima
$200/kg (Figura 1). Con la entrada en
funcionamiento de las plantas productoras de
etanol carburante esta tendencia va a continuar
y se espera que para mediados del 2006 el
precio alcance un valor cercano a los $250/kg.
Ante este panorama, la Vinaza60
_vinaza concentrada con 60% de sólidos
totales y subproducto de la destilación de
alcohol_ se presenta como una interesante
alternativa de sustitución de la melaza
comercial como energético para la alimentación
animal (Cuadro 1), como lo demuestran los
resultados de más de 30 años de uso en el
Valle del Cauca.
Los ganaderos dedicados tanto a la
producción de carne como de leche utilizan la
Vinaza60 como un sustituto de la melaza de
caña, adicionándola en las dietas para
rumiantes en una proporción que varía entre
1.5 y 2 kg/animal por día, previo un periodo
de acostumbramiento de estos de
aproximadamente 15 días. Esto significa que
1.5 kg de vinaza60 suministran al animal la
misma cantidad de energía que un 1 kg de
melaza, pero a un menor costo (Cuadro 2).
Adicionalmente la Vinaza60 contiene
un porcentaje mayor de proteína proveniente
de levadura que la melaza, su baja viscosidad
facilita su manejo, tiene excelente palatabilidad
para los animales y permite reducir
parcialmente el consumo de sal mineralizada.
SUCROMILES S.A. es una empresa
localizada en el Valle del Cauca que desde
abril de 2004 opera una planta de
concentración de Vinaza60 con capacidad
para suministrar 100 t/día d un producto estable
en calidad.
PRECIO ($/Kg)
PRECIO DE LA MELAZA EN COLOMBIA - 2005
TIEMPO (FECHA)
Figura 1. Fluctuación del precio comercial de la melaza en el periodo abril de 2004-diciembre de 2005.
31
LAS VINAZAS
Cuadro 1. Características químicas y físicas de la melaza80 y la vinaza60.
Característica
Unidad
Melaza80
Húmeda
% m/m (b.h.)
20
40
Sólidos totales
% m/m (b.h.)
80
60
Proteína
% m/m (b.h.)
2.50
5.68
Fibra
% m/m (b.h.)
0
0
Grasa
% m/m (b.h.)
0
0
Ceniza
% m/m (b.h.)
7.70
Energía neta
Mcal/kg
1.31
0.88
Extracto libre de N
% m/m (b.h.)
69.80
41.42
Calcio (como Ca)
% m/m (b.h.)
0.70
0.65
Fósforo (como P)
% m/m (b.h.)
0.018
0.085
Potasio (como K)
% m/m (b.h.)
2.05
4.4
pH
adim
5.20
4.5
Kg/m
1450
1300
cp
2500
200
3
Densidad
o
Viscosidad (40 C)
Vinaza60
12.9
Cuadro 2. Costos en fábrica y de transporte y del aporte energético de melaza y vinaza60.
Característica
Condición
Melaza
Vinaza60
Precio ($/kg)
FOT en fábrica
204
30
Transporte ($/kg)
Cali-Medellín
50
50
Costos/kg puesto en Medellín
Producto ($)
_
204
30
Transporte ($)
_
62
62
Total ($)
_
266
92
Con base en igual aporte energético
Cantidad requerida (kg)
Costo/dosis de energía ($)
_
1.33 Mcal
1
1.5
266
1.38
32
Norma Técnica Colombiana 5167
Materiales Orgánicos Utilizados como
Fertilizantes o Acondicionadores de Suelos
(Primera actualización -mayo 31 de 2004)
Jairo Ricardo Barreto Reyes2
Antecedentes.
En el Congreso de Colombiano de la Ciencia
del Suelo realizado hace cerca de 20 años en
Medellín, cuya temática fue La Materia
Orgánica del Suelo, el autor presentó los
estudios que dieron lugar a la NTC-2235 DE
1987 sobre gallinaza y productos derivados,
cuyos requisitos no tuvieron mayor
trascendencia en los parámetros de calidad
de los productos de origen aviar que se
comercializan en Colombia. Es así como hasta
hace poco tiempo se encontraban garantías
como la siguiente: gallinaza 100 % y humedad
máxima 14%, lo cual no permitía evaluar la
calidad de estos productos. De otra parte, en
estudios realizados por el Grupo GIEM de la
Universidad de Antioquia, se encontraron
valores disímiles para diferentes gallinazas
comerciales, tal como aparece en el Cuadro 1.
Cuando los datos en el Cuadro 1 se sometieron
a análisis de varianza, se encontraron altos
valores de dispersión (Cuadro 2).
Cuadro 1. Análisis de componentes (%) de gallinazas comerciales.
Muestra
(no.)
K 2O
Humedad
26.7
Cenizas
M.O.
C.O.
N
P 2O 5
C.I.C.
31.4
39
22
1.3
5.16
102
37.3
34
20
2.39
3.8
151.2
1
1.83
2
1.32
3
1.08
12.9
70.97
17
10
2
1.7
195.9
4
1.70
15.7
24
44.8
26
2.6
3.8
192.1
5
2.10
10.97
38
24
14
3
1.29
256.1
6
2.42
42.92
48
20.1
11.68
1.8
6.7
230
7
1.73
9.86
38.48
43.1
25
2.79
5.24
116.1
8
1.89
21.4
28
41
24
3
4
135
9
0.89
34.8
14
41.8
24.4
2.02
3.63
138
8.40
a. Análisis realizado por el Grupo GIEM. Depto. de Química. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.
U. de A.
2 Agrólogo. M.Sc. en Suelos y Aguas UN. Coordinador Regulación y Control de Fertilizantes y Acondicionadores
de Suelos. ICA. Calle 37 No. 8-43 Oficina 404 Bogotá D.C., Colombia. Correo Electrónico: [email protected]
33
LAS VINAZAS
Cuadro 2. Análisis de variación de muestras comerciales de gallinaza.
Medición
K2O
Humedad
Cenizas
M.O.
C.O.
N
Promedio
1.66222
20.4056
36.6833
33.8667
19.6756
2.32222
3.92444 168.489
Desviación
0.487898
12.1324
16.1543
10.7025
6.17085
0.584397
1.69458
Mínimo
0.89
8.4
14.0
17.0
10.0
1.3
1.29
102.0
Máximo
2.42
42.92
70.97
44.8
26.0
3.0
6.7
256.1
Rango
1.53
34.52
56.97
27.8
16.0
1.7
5.41
154.1
59.4562
44.037
31.6017
Coef. variación (%)
29.3522
31.363
25.1654
P2O5
43.1801
C.I.C.
52.7773
31.3239
Fuente: Investigadores Grupo GIEM. Dpto. de Química. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales UdeA.
De acuerdo con lo anterior y
observando el alto volumen de
comercialización de materiales orgánicos en
Colombia, el ICA propuso a los miembros del
C o m i t é 3 5 11 0 1 ‘ F e r t i l i z a n t e s y
Acondicionadores de Suelos’ el estudio de
algunos parámetros mínimos que permitiese
la regulación y el control de calidad de estos
materiales, cuando son utilizados como
fuentes de nutrientes para los cultivos o como
mejoradores de las propiedades biológicas o
físicas de los suelos.
Al mismo tiempo, con la promulgación
de la Resolución 544 de 1995, por parte del
Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural
sobre Producción Agropecuaria Ecológica, se
presentó la necesidad de certificar una calidad
para estos materiales, que permitiese el
acceso de los productos agrícolas en los
cuales se aplican, a los exigentes mercados
internacionales. Esta disposición fue
actualizada mediante Resolución 074 de abril
5 de 2002 e incluye en los anexos la lista de
materiales y productos permitidos para ser
considerados como Productos de Agricultura
Ecológica. Igualmente el ICA promulgó la
resolución 4057 de diciembre 27 de 2001 en
la cual se involucran prácticas de agricultura
ecológica y adoptó igualmente (Resolución
329 de 2001) disposiciones para registro de
laboratorios de control de calidad de insumos
agrícolas, con base en la Guía 17025 de la
ISO.
Finalmente, las experiencias negativas
vividas por los agricultores que aplican
estiércoles frescos en sus cultivos, tanto por
aspectos sanitarios (propagación de
Salmonellas, coliformes fecales y otras
enfermedades transmisibles a humanos y
animales domésticos) y fitosanitarios (plagas,
enfermedades, arvenses), como desde el
punto de vista ambiental, han obligado a la
generación de una norma que limite el uso de
estos materiales sin tratamiento alguno. A su
vez, la promulgación de medidas para los
compost a partir de residuos sólidos urbanos
(RSU) por parte de la Comisión Reguladora
de Agua Potable y Saneamiento Básico,
mediante el Decreto 822 de 1998, llevó a
incluir límites en lo relacionado con contenidos
de metales pesados y agentes patógenos
contaminantes.
En el Cuadro 3 se presentan como
ejemplo las disposiciones existentes en
Estados Unidos sobre límites máximos de
metales contaminantes en el compost a partir
de RSU.
Por esta razón, debe buscarse que los
materiales orgánicos sean aprovechados de
una manera segura y eficiente, siguiendo
modelos como el que se presenta en la
Figura 1.
34
Cuadro 3. Límites máximos de residuos según las Normas de la EPA.
Tierras agrícolas y forestales, sitios públicos,
recuperación de suelos
Metal
a
Límites máximos
permitidos en compostb
Concentración máxima
Aplicación máxima
(mg/kg)
(kg/ha)
(mg/kg -peso seco)
Arsénico
75
41
54
Cadmio
85
39
18
Cromo
3000
3000
1200
Cobre
4300
1500
1200
Plomo
840
300
300
Mercurio
57
17
300
Molibdeno
75
18
20
Niquel
420
420
180
Selenio
100
100
14
7000
2800
1800
Zinc
a.
Norma 503 EPA.
b.
Decreto 822/98 Ministerio de Desarrollo.
Figura 1. Ejemplo de disposición de residuos sólidos.
35
LAS VINAZAS
Limitantes actuales para el uso de
materiales orgánicos
Dentro de las diferentes limitantes que se
presentan para la comercialización de
materiales orgánicos como fertilizantes o
acondicionadores de suelos en Colombia,
merecen citarse las siguientes:
1. De índole sanitaria:
•
La resolución ICA 991 de 2001
estableció restricciones al uso de
subproductos de mataderos como
fuente de materiales fertilizantes o
acondicionadores de suelos.
•
Las heces fecales de aves y porcinos
pueden ser vehículo de patógenos
para humanos y animales domésticos,
tales como: salmonella, coliformes,
clamidia y otros.
•
Los estiércoles pueden incrementar
las poblaciones de nemátodos
fitopatógenos en los cultivos
comerciales.
•
El transporte de semillas de arvenses
de una región a otra.
•
El contenido de elementos
contaminantes y residuos tóxicos
(RSU, estiércol de bovinos recogido
de potreros aplicados con herbicidas
hormonales, etc.).
2.
Fitotoxicidad, especialmente en
aquellos subproductos de maderas
altas en taninos.
3.
Divergencia en los parámetros y
formas de expresión de los contenidos
garantizados.
4.
Resultados finales de los procesos o
tratamientos a los que son sometidos
estos materiales: molido, secado,
prensado, extracción, fermentación,
compostaje, síntesis, lombricompostaje, etc.).
5.
Destino final, según su calidad:
agricultura convencional, agricultura
ecológica, áreas de recuperación,
rellenos sanitarios, áreas de
recreación.
Norma técnica colombiana 5167 (primera
actualización de mayo 31 de 2004)
La NTC-5167 (Norma Técnica Colombiana)
tomó cerca de 3 años de discusión en el
Comité, contó con la participación de químicos
analistas, catedráticos, consultores y expertos
en materia orgánica, se consultaron
regulaciones de la Comunidad Europea
(España, Francia, Italia), Canadá, USA; se
realizaron foros en AgroExpo Bogotá (2001),
en Medellín y Bucaramanga y se recibieron
sugerencias, comentarios y críticas a través
de Internet y en las diferentes reuniones de
Comité.
Los contenidos de la NORMA son los
siguientes:
1. Objeto
Esta norma tiene por objeto establecer los
requisitos que deben cumplir y los ensayos a
los cuales deben ser sometidos los productos
orgánicos usados como abonos o fertilizantes
o como enmiendas (acondicionadores) del
suelo.
2. Definiciones
Para efectos de la presente norma se aplican
las definiciones consignadas en la NTC 1927
(Fertilizantes y Acondicionadores del Suelo.
Definiciones y Clasificación).
3. Requisitos
3.1. Generales
3.1.1. Los productos deben presentarse en forma sólida como
granulados, polvos o agregados, o
líquida como concentrados solubles,
suspensiones o dispersiones.
3.1.2. Todo producto cuyo origen sea
materia orgánica fresca, debe ser
sometido a procesos de
transformación que aseguren su
estabilización agronómica, tales como:
compostaje o fermentación.
3.1.3. Deberá declararse el origen
(clase y procedencia) de las materias
primas y los procesos de transformación empleados.
3.2. Específicos
3.2.1 Los productos orgánicos
empleados como abonos o
fertilizantes y enmiendas
(acondicionadores del suelo) deben
cumplir con los requisitos establecidos
en el Cuadro 4.
36
Cuadro 4. requisitos específicos de calidad para productos utilizados como fertilizantes o abonos orgánicos,
orgánico minerales y enmiendas orgánicas
Fertilizantes o abonos orgánicos, orgánico minerales y enmiendas orgánicas
Fertilizantes o abonos organicos
Indicaciones relacionadas
con la obtencion y los
componentes principales
Clasificación del
Producto
1
Abono Orgánico
Parámetros a caracterizar
Parámetros a garantizar
(en base húmeda)
2
3
4
Producto Sólido obtenido a partir de la
estabilización de residuos de animales
y/o vegetales, o residuos sólidos
urbanos (separados en la fuente) o
mezcla de los anteriores, que contiene
porcentajes mínimos de materia
orgánica expresada como carbono
orgánico oxidable total y
los
parámetros que se indican.
• Pérdidas por volatilización % *
• Contenido de cenizas, máximo 60 % *
• Contenido de humedad: *
- Para materiales de origen animal, máximo 20%
- Para materiales de origen vegetal, máximo 35 %
- Para mezclas, el contenido de humedad está dado por
el origen del material predominante.
• Contenido de Carbono Orgánico Oxidable Total: Mínimo 15 %
• N total, P2O5 y K2O totales (declararlos si cada uno es mayor de 1%
• Relación C / N
• Capacidad de Intercambio Catiónico: Mínimo 30 meq/100 g
• Capacidad de Retención de Humedad: Mínimo su propio peso
• pH mayor de 4 y menor de 9.
• Densidad máxima 0,6 g /cc
* Límites máximos de metales pesados en mg/Kg (ppm):
Arsénico (As)
41
Cadmio (Cd)
39
Cromo (Cr)
1200
Mercurio (Hg)
17
Níquel (Ni)
420
Plomo (Pb)
300
• Se indicará la materia prima de la cual procede el producto
Contenido de Nitrógeno Total (% N)
Contenido de carbono orgánico oxidable
total (%C)
Contenido de cenizas. (%)
Humedad máxima
(%)
pH
Densidad ( g / cc)
Capacidad
de Intercambio
Catiónico
(meq/100 g)
Capacidad de Retención de Humedad ( %)
* La suma de estos parámetros debe ser 100
Fertilizantes o abonos orgánico-minerales
Indicaciones relacionadas
con la obtencion y los
componentes principales
clasificación del
producto
1
Abono orgánico
mineral sólido.
Parámetros a caracterizar
(% en peso) y otros requisitos
2
3
Producto Sólido obtenido por
m e z cla o c omb i n a ci ón
de
abonos minerales y orgánicos de
origen animal y/o vegetal y/o
pedogenético
(geológico)
y/o provenientes de lodos de
tratamiento de aguas
residuales,
q ue
co n tie n e p o rc e nt a jes
mínimos de materia orgánica
expresada
como
carbono
orgánico oxidable total y de los
pa r á m e tr o s q u e s e i n d ica n .
• Pérdidas por volatilización % *
• Contenido de cenizas %*
• Contenido de humedad Máximo 15 %*
Parámetros a garantizar
(en base húmeda)
4
• Contenido de Carbono Orgánico Total >5 y <15%
• N, P2O5 ,K2O, CaO, MgO, elementos menores:
Reportar si la riqueza total de cada elemento
mínimo es de 2 %
• La suma de los elementos a reportar debe ser
mínimo del 10%
• Densidad: Reportar.
• pH Reportar
* Conductividad eléctrica: Reportar.
• Residuo Insoluble Máximo 50% del contenido de
cenizas
Contenido total de nitrógeno
(% N)
El nitrógeno se expresará en forma
orgánica y mineral N org N- NH4 y NNO3
Contenido de Fósforo
% P2O5
Contenido de Potasio
% K2O
Contenido de Calcio
% CaO
Contenido de Magnesio
% MgO
Contenido de Elementos menores %
Contenido de carbono orgánico oxidable
total
( % C)
Humedad máxima
%
Densidad
g / cc
Contenido en metales pesados (mg/Kg)
Residuo insoluble ( %).
Límites Máximos de metales pesados (solo para
productos de mezcla con residuos plantas de
tratamiento de aguas residuales o residuos sólidos
urbanos (separados en la fuente):
Arsénico (As)
41
Cadmio (Cd)
39
Cromo (Cr)
1200
Mercurio (Hg)
17
Níquel (Ni)
420
Plomo (Pb)
300
Se indicará la materia prima de que procede el producto
* La suma de estos parámetros debe ser 100
Continúa
37
LAS VINAZAS
Continuación Cuadro 4
Fertilizantes o abonos orgánico-minerales
Clasificación del
producto
Indicaciones relacionadas
con la obtencion y los
componentes principales
1
2
Parámetros a caracterizar
(% en peso ) y otros requisitos
3
• Sólidos suspendidos máximo 4 %.
• Contenido de Carbono Orgánico Oxidable Total
mínimo 20 g/L
• N + P2O5 + K2O: mínimo 40 g/L
* CaO, MgO. Reportar en g/L
* Elementos menores: Reportar en g/L
• Contenido de sodio: Reportar.
• Densidad: Reportar.
• pH Reportar
* Conductividad eléctrica: Reportar.
Producto Líquido
obtenido por adición de
agua a un abono
orgánico, orgánicomineral sólido o mezcla
de los anteriores, con
porcentajes mínimos de
materia orgánica
expresada como carbono
orgánico oxidable total y
de los parámetros que se
indican
Límites Máximos de metales pesados (solo para
productos de mezcla con residuos plantas de
tratamiento de aguas residuales o residuos sólidos
urbanos (separados en la fuente):
Arsénico (As)
41
Cadmio (Cd)
39
Cromo (Cr)
1200
Mercurio (Hg)
17
Níquel (Ni)
420
Plomo (Pb)
300
Abono Organico Mineral Líquido
Parámetros a garantizar
(en base húmeda)
4
Contenido total de nitrógeno
(% N)
El nitrógeno se expresará en forma
orgánica y mineral N org N- NH4 y N- NO3
Contenido de Fósforo
% P2O5
Contenido de Potasio
% K2O
Contenido de Calcio
% CaO
Contenido de Magnesio
% MgO
Contenido de Elementos menores
%
Contenido de carbono orgánico oxidable total( % C)
Humedad máxima
%
Densidad
g / cc
Contenido en metales pesados
(mg/Kg)
Residuo insoluble
( %).
Se indicará la materia prima de que procede el producto
En mi end a s orgán ic a s
Enmienda orgánica húmica
Clasificación del
producto
Indicaciones relacionadas
con la obtencion y los
componentes principales
Parámetros a caracterizar
(% en peso ) y otros requisitos
Parámetros a garantizar
1
2
3
4
Enmienda
húmica sólida
Enmienda
húmica líquida
Producto Orgánico sólido
de origen pedogenético o
geológico
con
o sin
tratamiento químico que
aplicado al suelo aporta o
genera humus mejorando
las propiedades físicas,
químicas y biológicas del
mismo y que cumple las
especificaciones que se
indican.
Producto Orgánico Líquido
obtenido mediante
solubilización en medio
alcalino o por oxidación
química, de un material de
origen pedogenético que
aporta ácidos húmicos y
fúlvicos, destinado
preferentemente a la
fertirrigación y que cumple
con las especificaciones
que se indican.
1. Si el producto no tiene tratamiento químico debe ser insoluble en
agua y su disolución en medio alcalino debe ser mínimo 50 % en
peso.
2. Si el producto tiene tratamiento químico debe ser soluble en agua
y su disolución en agua debe desarrollar pH alcalino.
• Contenido de Carbono orgánico oxidable total. Mínimo 30 %
• Extracto húmico total expresado como Carbono (carbono total
soluble en medio alcalino). Mínimo 30 % del Carbono Orgánico
oxidable Total
• Carbono del Extracto Húmico Total. Mínimo el 30% del peso de
sustancias solubles en medio alcalino.
• Carbono de Acidos Húmicos. Mínimo el 60 % del Carbono del
Extracto húmico total.
• Nitrógeno orgánico %
• Humedad máxima: 20%
• Granulometría, tamaño e partícula: Reportar.
• Indicar el origen del cual procede el producto.
Carbono orgánico total
Carbono del Extracto Húmico Total
% CEHT / % Peso S S 1/ 2 alcalino>
Carbono de Acidos Húmicos
% CAH / % CEHT
>
Humedad máxima
%C
%CEHT
% 30
% CAH
% 60
%
• Extracto húmico total expresado como Carbono del Extracto húmico
( carbono
total soluble en medio alcalino) Mín 40 g/ l
• Carbono del Extracto Húmico Total Mínimo el 30% del peso de
sustancias
solubles en medio alcalino
• Carbono de Acidos Húmicos Mínimo el 60 % del carbono del
Extracto húmico
total.
• Carbono de Acidos Fúlvicos % (declararlos)
• Ausencia de sólidos suspendidos
• pH Mayor de 10
• Contenido de Potasio (como KOH) Máx. 50 g/l
• Contenido de Fósforo y otros elementos g/l
• Densidad
Carbono del Extracto Húmico Total
CEHT (g/l) / Peso de sustancias
solubles en medio alcalino
Carbono de Acidos Húmicos
CAH (g/l) / CEHT (g/l)
Carbono de Acidos fúlvicos
Potasio ( KOH)
CEHT g/l
> % 30
CAH g/l
>
60
CAF g/l
Máx 50 g/l
Se indicará la materia prima de que procede el producto
Continúa
38
Continuación Cuadro 4
Enmienda orgánica no húmica
Clasificación del
producto
Indicaciones relacionadas con la obtencion y los
componentes principales
1
2
Producto orgánico sólido obtenido a partir de la
deshidratación y estabilización de los residuos
provenientes de las plantas industriales y de
tratamiento de aguas residuales: a) industriales
b) urbanas c) residuos sólidos urbanos separados
en la fuente
Enmienda orgánica
no húmica
Parámetros a caracterizar
(% en peso ) y otros requisitos
3
• Contenido de Carbono orgánico. Mínimo 30 %
• Capacidad Intercambio Catiónico. Mínimo 30 meq/100g
• Conductividad Eléctrica (declararla)
• Contenido de Sodio soluble (declararlo, restricciones de uso)
Parámetros a garantizar
4
Contenido
de carbono
%C
CIC meq/100g
Metales pesados mg/kg (As,
Cd, Cr, Hg, Ni, Pb)
Límites máximos de metales pesados (en base seca):
Arsénico (As)
15,0
Cadmio (Cd)
0,7
Cromo (Cr)
70,0
Mercurio (Hg)
1,0
Níquel (Ni)
Plomo (Pb)
25,0
140
Se indicará la materia prima de que procede el producto
3.2.2.
3.2.3.
Macrocontaminantes
Los límites máximos permitidos para
macrocontaminantes presentes en
Macrocontaminantes
Límite
(% en MS)
Plástico, metal, caucho >.2 mm
< 0.2
Vidrio > 2 mm
< 0.02
Piedras > 5 mm
<2
Vidrio > 16 mm, detección (si/no)
N0
Niveles máximos de patógenos. Los
fertilizantes y acondicionadores
orgánicos de origen no pedogenético
deberán demostrar que no superan
los siguientes niveles máximos de
microorganismos patógenos: (1)
Salmonella sp.: Ausentes en 25
gramos de producto final; (2)
Enterobacterias totales: Menos de
1000 UFC/g de producto final.
Además, si alguna de las materias
primas es de origen vegetal, deberán estar
exentos de fitopatógenos de los géneros:
Fusarium spp., Botrytis sp., Rhizoctonia sp.,
Phytopthora sp. y de nemátodos fitopatógenos.
39
productos sólidos, aparecen a
continuación.
De igual manera de deberá garantizar
la sanidad del material, en relación con
fitopatógenos específicos que pudieren estar
presentes por el origen de las materias primas;
por ejemplo: los subproductos de rechazo de
la industria bananera deben estar libres de
Pseudomonas solanacearum Cepa II y
Micosphaerella fijiensis.
3.2.5 Carga Microbiana. Si el producto
presenta contenidos de microorganismos benéficos debe
declararse el recuento de microorganismos mesófilos aerobios,
mohos y levaduras.
LAS VINAZAS
Toma de muestras y criterio de aceptación
o de rechazo
Brock, T. Microbiología. 6ª edición. Prentice
Hall. Mayo 1991. 956 p.
Las muestras deben ser tomadas de acuerdo
con lo indicado en las NTC – ISO 8633,
NTC – ISO 8634 y NTC 3795. Si la muestra
no cumple con uno o más de los requisitos
indicados en esta norma, el lote debe ser
rechazado. En caso de discrepancia, se
tendrán que repetir los ensayos sobre la
muestra reservada para tales efectos.
Cualquier resultado no satisfactorio en este
segundo caso, será motivo para rechazar el
lote.
Escobar, M. B. Programa Latinoamericano
de Microbiología e Higiene de los
Alimentos. Manual de Técnicas y
Procedimientos. Universidad de
Antioquia, Facultad Nacional de Salud
Pública, Medellín, 1993. 392 p.
La NTC 40 establece las condiciones
para empaque, identificación de productos y
metodologías de ensayos de caracterización.
Agradecimiento
A: Raúl Zapata, profesor de la UN sede
Medellín y Presidente de la Sociedad
Colombiana de la Ciencia del Suelo; José
Rincón, profesor de química de carbón de la
UN sede Bogotá; Jairo Gómez Zambrano,
profesor de la UN sede Palmira; y Francisco
Ramírez, experto en gestión tecnológica.
Bibliografía
González, G., Holguín, G. Manual sobre
Técnicas Microbiológicas. Universidad
de Antioquia Facultad de Química
Farmacéutica. Medellín, 1990.
232 p.
MERCK. Manual de medios de cultivo.
Pag. 58-59, 122, 141-142, 271-277.
Métodos normalizados para el análisis de
aguas potables y residuales. Décimo
séptima edición. U.S.A pp. 9-1,
9-260
Pelczar, M. Microbiología. 4ª edición. Mc
Graw Hill. México, 1992. 826 p.
Smith, D., and Onions, A.H. S. IMI Tecchnicals
Handbooks Nº2. The Preservation
and Maintenance of Living Fungi.
Second Edition.
Acevedo, L. Moreno, M. E.; Morales, G.;
Acevedo, M. y Peláez, C. Impacto
Ambiental: Gallinaza y Compost.
Grupo GIEM de la Universidad de
Antioquia.
Standard Methods.
Aline R, M.; Vega, L. C. Octavo Curso
Internacional de Microbiología e
Higiene de los Alimentos. Agosto
15 – 29 /82 Lima Perú. Centro
Latinoamericano de Enseñanza e
Investigación de Bacteriología
Alimentaria (CLEIBA)
Velásquez, L.F, Saldarriaga Y. Manual de
Laboratorio de Microbiología General.
Universidad de Antioquia. Medellín,
1986. 110 p.
Bacteriological Analytical Manual Online.
Feb. 2001.
http://www.cfsan.fda.gov/~ebam/bamtoc.html
17ª edition.
1989
U. S. Pharmacopeia. The Official Compendia
of Standards. January 01/2000.
Philadelphia, PA. P. 1809, 1830.
Wistreich, G., Lechtman, M. Laboratory
Exercises in Microbiology. 4ª edition.
U.S.A 1981; 420 p.
40