Taller GESTÃO DE ENERGIA E RESÍDUOS NA AGROINDÚSTRIA SOCROOLCOHOLEIRA

RED TEMATICA IVH Empleo de la biomasa azucarera como fuente de alimento, energía, derivados y su relación con la preservación del medio ambiente (BAZDREAM)

Pirassununga JUNIO

2007

LOS RESIDUALES LIQUIDOS DE LA PRODUCCIÓN DEL ALCOHOL.

Ing. Antonio Valdes Delgado PhD Centro Gerencia Programas y Proyectos Priorizados Ministerio Ciencia Tecnologia y Medio Ambiente Cuba

Tel. 0 537 203 0778 Fax 0 537 202 9372 ce: [email protected]

INTRODUCCION

1. CARACTERIZACION DE LOS RESIDUALES LIQUIDOS DE LA PRODUCCION DE ALCOHOL

2. LAS POSIBLES ALTERNATIVAS PARA LA DISPOSICIÓN DEL EFLUENTE DE LA PRODUCCIÓN DE ALCOHOL

INTRODUCCION EL ALCOHOL PUEDE PRODUCIRSE • DEL JUGO DE LA CAÑA • DE LAS MIELES FINALES • DE LA CELULOSA DEL BAGAZO Y/O LOS RAC

INTRODUCCION EN EL CASO DEL JUGO • CON UN RENDIMIENTO INDUSTRIAL DE 80 LITROS POR LA TONELADA DE CAÑA MOLIDA

• UN RENDIMIENTO AGRÍCOLA DE 50 TONELADAS POR HECTÁREA • REPRESENTARÁ 4000 L DE ALCOHOL POR HECTÁREA • CORRESPONDIENDO A 17-19 TONELADA CAÑA POR TONELADA DE ALCOHOL.

INTRODUCCION

EN EL CASO DE LAS MIELES FINALES CONSUMO DE MIELES FINALES ESTÁ EN EL ORDEN DE

4.4 - 4.3 TONELADAS DE MIEL FINAL POR

TONELADA DE ALCOHOL

INTRODUCCION EL DBO5 DE LAS VINAZAS:

MIELES FINALES ………. 60 000 PPM MATERIA ORGÁNICA DE 7 g/l. JUGO ……………………. 10 000 A 15 000 PPM

MATERIA ORGÁNICA DE 2 g/l

1.- CARACTERIZACION DE LOS RESIDUALES DE LA PRODUCCION DE ALCOHOL Indicador

Mieles

Jugo

pH

4.2-5.0

3.7-4.6

DBO (mg/l)

25 000

6 000-16 500

DQO (mg/l)

65 000

15 000-33 000

Sólidos totales (mg/l)

81 500

23 700

Sólidos volátiles (mg/l)

60 000

20 000

Nitrógeno (mg/l)

450-1610

150-700

Fósforo P2O5 (mg/l)

180-290

10-210

Potasio (mg/l)

450-5100

130-1540

Relación C/N

16.0-16.3

19.7-21.1

Materia orgánica (mg/l)

63 400

19 500

Azucares reductores (mg/l)

9500

7 900

Carlos A. Gomez. (1988) El Uso del agua y la generacion de efluentes en la produccion de azucar y alcohol para combustibles Primera Jornada Internacional sobre Energia y Ambiente Cordoba, Argentina Fuente CETESB (BR) Traducido Obaya M. C.; Valdes E.; Garcia L. Valor biofertilizante de los residuales de las destilerías de alcohol. Sobre los Derivados Vol. XXII,

RESIDUOS EMITIDOS DE UNA DESTILERÍA DE 1000 m3/dia

IGUALAN RESIDUOS DE UNA POBLACIÓN DE 625 000 HABITANTES

2.- LAS POSIBLES ALTERNATIVAS PARA LA DISPOSICIÓN DEL EFLUENTE DE LA PRODUCCIÓN DE ALCOHOL A.- La irrigación y fertilización de la tierra B.- La producción de compost C.- La producción de levadura Torula D.- La producción del biogás E.- La concentración y usó como combustible en calderas. F.- Alimento animal

A.- LA IRRIGACIÓN Y

FERTILIZACIÓN DE LA TIERRA

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE VINAZAS EN ARGENTINA LA APLICACIÓN DE VINAZAS A RAZÓN DE 900 m3/ha: • AUMENTO LOS RENDIMIENTOS DE AZÚCAR. • EL RIEGO AUMENTÓ LAS CENIZAS Y EL POTASIO EN LOS JUGOS DE CAÑA

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE VINAZAS

UNA APLICACIÓN DE 150 Y 300 m3/ha: PRODUJO UN AUMENTO EN EL RENDIMIENTO DE 35%,

APLICACIONES DE 600 Y 900 m3/ha: PRODUJO UN AUMENTO DE 17% CON 1200 m3/ha: EL AUMENTO FUE SÓLO DE UN 10%, DURANTE ESTA ÚLTIMA APLICACIÓN SE OBSERVÓ QUE LA PLANTA TENÍA AFECTACIÓN EN SU CRECIMIENTO.

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE VINAZAS: EN BRASIL EN LA FABRICA SAO JOAO.

EL 50% DE LAS VINAZAS SE APLICAN POR - CAMIONES CON TANQUES DE 15/16 m3 - APLICAN A RAZÓN DE 60-80 m3/ha - SE COMPLEMENTA LA FERTILIZACION CON 90 kg/ha DE NITRÓGENO.

EL OTRO 50% SE DILUYE CON: • AGUAS CONDENSADORES BAROMÉTRICOS • LOS EFLUENTES SISTEMA LAVADO DE CAÑA POR UN SISTEMA DE TUBERÍAS SE TRANSPORTA A LOS CAMPOS APLICANDOSE POR UN SISTEMA DE ROCIADORES

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE VINAZAS LA APLICACIÓN DE LAS VINAZAS INDICA UNA DOSIFICACIÓN PARA APLICAR EN RIEGO DE LAS MIELES FINALES A RAZON DE 35-50 m3/ha

DE LOS JUGOS LA DOSIFICACIÓN ES DE 100150 m3/ha.

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE VINAZAS: ESTUDIOS REALIZADOS EN CUBA INDICAN QUE DOSIS SUPERIORES A:

100 m3/ha EN SUELOS DE ARCILLA 1:1 (FERROLITICOS Y SIMILARES) 50 m3/ha EN SUELOS ARCILLOSOS 2:1 (VERTISUELOS, ETC)

PROVOCAN AFECTACIONES AL CULTIVO Y AL SUELO y se produce un desbalance nutricional al predominar el potasio.

LA APLICACIÓN EN EL RIEGO • POR PRESENTAR COMPUESTOS QUE PUEDEN SER PERJUDICIALES A LOS SUELOS • EN CORRESPONDENCIA CON EL COMPUESTO Y SU MAGNITUD • SE NECESITA REALIZAR SU CARACTERIZACIÓN

PREVIA A SU APLICACIÓN.

CRITERIOS PARA CONTROLAR SU CALIDAD Y DETERMINAR SU APTITUD PARA EL RIEGO. Criterio Conductividad Sales eléctrica solubles (CE) totales (SST) Mmhos/cm ppm

Razón de absorción de sodio (RAS)

pH

1.5

960

4

6-7

Regular

1.5-1.8

960-1150

4-7

5.0-6.0 7.0-7.8

Mala

1.8-2.4

11501530

7-10

4.0-5.0 7.8-8.4

2.4

1530

10

 4.0 o 8.4

Buena

No usable

RAS CON VALORES SUPERIORES A 2 INDICA:

- Aumento presión osmótica y bloquea la absorción del agua por la planta - Bloquea la absorción de calcio y magnesio

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA CON VALORES MAYORES A 3.5 Mmhos INDICA

- Afectación al suelo por perder aeración.

CONCEPTOS Y RECOMENDACIONES PARA APLICAR AGUAS RESIDUALES EN EL RIEGO • El riego debe ser considerado como una necesidad del suelo y la planta y no como una vía para el vertimiento de un residual.

• Las corrientes ácidas y con alto contenido de sales deben ser segregadas de la corriente principal. • Las aguas residuales den ser enfriadas y homogeneizadas antes de su riego. • Las áreas de aplicación deben ser rotadas cada año en suelos ligeros y cada dos en suelos pesados. • La cantidad a aplicar no debe ser mayor 300-400 m3/ha con intervalos de 10-15 días.

Fertilización líquida específica

Claudia Ximena Programa de Producción de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana Congreso Diversificación 2006 Ciudad Habana Junio

Claudia Ximena Programa de Producción de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana Congreso Diversificación 2006 Ciudad Habana Junio

B.- LA PRODUCCION DE COMPOST

EL COMPOST (ABONO O FERTILIZANTE)

UN PRODUCTO OBTENIDO POR DEGRADACIÓN MATERIA ORGÁNICA :

• POR MEDIO NATURAL • POR CONTROL DEL PROCESO BIOTECNOLÓGICO

FUENTES MATERIA ORGANICA

CACHAZA, RESIDUOS AGRÍCOLA COSECHA, BAGAZO, VINAZAS, ESTIÉRCOL ANIMAL Y OTROS MATERIALES ORGÁNICOS.

USO DEL COMPOST

•MEJORADOR DE SUELO

•SUSTITUTO DE FERTILIZANTES BALANCEADOS.

APLICACIÓN UN COMPOST PRODUCIDO A PARTIR DE LA CACHAZA, PAJA DE CAÑA, VINAZAS, BAGAZO Y ESTIÉRCOL.

SE INDICA UNA APLICACIÓN A RAZÓN DE 20-25 t/ha EN EL FONDO DEL SURCO PARA TODO EL CICLO COMERCIAL DE LA PLANTA. SE INDICA TAMBIEN UNA CIFRA DE 10 t/ha PARA CINCO COSECHAS

ETAPAS EN LA PRODUCCION DE COMPOST

MESOFILA: SE INICIA AUMENTO TEMPERATURA Y OPERAN LOS MICOORGANISMOS MESOFILOS

TERMOFILA: AUMENTA LA TEMPERATURA A 40/70 OC Y OPERAN LAS BACTERIAS TERMOFILAS ENFRIAMIENTO: DESCIENDE LA TEMPERATURA

MADURACION: SE FORMA EL HUMUS

PRODUCCION Y USO • SE REDUCE EN UN 50% EL VOLUMEN INICIAL DEL MATERIAL • MAS COMPETITIVO DESDE EL PUNTO DE VISTA DE SU TRANSPORTACION Y APLICACION

BENEFICIOS COMPOST

CONTRIBUYE PARA RECUPERAR LA FERTILIDAD DE LAS TIERRAS PROCEDIMIENTO ELABORACION TIEMPO TOTAL ELABORACIÓN: 60 A 90 DÍAS

LA MASA INICIAL DISMINUYE DEBIDO A LA EVAPORACIÓN DE AGUA. OTROS ESTUDIOS INDICAN TIEMPOS TOTALES DE 75 A 120 DÍAS .

COMPOSICIÓN MEDIA MATERIALES PARA LA PRODUCCIÓN DE COMPOST Material

Humedad %

Cantidad media base seca en % Materia OrgaC nica

N

P2O5

K2O

Relacion C/N

Excreta vacuna

70.0

82

45.5

1.9

1.5

2.0

Residuos agricola cosecha

40.0

94

52.2

0.35

0.20

1.25 149.1

Residual Levadura

90.2

74

41.0

0.15

0.12

----

23.9

273.3

COMPOSICIÓN MEDIA MATERIALES PARA LA PRODUCCIÓN DE COMPOST Material

Humedad Cantidad media base seca en % % Materia OrgaC nica

N

P2O5

Cachaza

80.0

80

44.4 1.5 1.8

Bagazo

50.0

90

50.0

0.39

Vinaza Destilería

94.5

76

42.2

12.7

Relacion C/N

K2O 0.30

29.6

1.02

0.87

128.2

2.70

36.5

3.3

CANTIDAD VINAZAS POSIBLE DE UTILIZAR PARA ESTA CANTIDAD DE COMPOST PRODUCIDO Fabrica azúcar: 5000 ton caña/día Cantidad miel producida: 150 ton/día Cantidad cachaza obtenida: 200 ton/día Cantidad etanol producido: 34 ton/día Cantidad vinazas obtenidas en peso: 511 ton/día Cantidad vinazas obtenidas en volumen: 425 m3/día Utilizando toda la cachaza en la elaboración de compost indica el uso de 14 toneladas de vinazas que representa el 2.7% de la cantidad producida. DENSIDAD VINAZAS: 1200kg/m3

RESUMEN COMPOST - PROMEDIO ELABORACION: 2.5-4.0 MESES

- DISMINUYE REQUERIMIENTO FERTILIZANTE EN 50% - DISMINUYE EL COSTO DE FERTILIZAR EN 30-40 % - SE PRODUCE AUMENTO RENDIMIENTO EN 15-30% - SE PRODUCE A RAZON DE 50kg/ton CAÑA (USANDO RAC-CACHAZA-CENIZAS-UREA) - SE APLICA A RAZON DE 20-25 t/ha PARA UN CICLO

PLANTACION

INDIA:

EJEMPLO TRATAMIENTO VINAZAS

FABRICA THIRU AROORAN SUGARS LTD. TRATAMIENTO EN TRES ETAPAS

PRIMERA ETAPA: Tratamiento para producir BIOGAS y se usa como combustible en calderas. SEGUNDA ETAPA: Tratamiento aeróbico, concentrado en un evaporador a múltiple efecto y almacenado.

TERCERA ETAPA: Se mezcla con cachaza y se produce compost. (se indica un aumento en el rendimiento agrícola de la caña de 30 a 40 ton acre) Successful Environment Friendly Technologies at Thiru Arooran Sugars Bio Energy News Vol.1 No.4 June 1997 p. 9

CACHAZA: USO COMO ABONO DIRECTO APORTA POR CADA TONELADA:

4.1 kg DE NITRÓGENO, 3.7 kg DE FÓSFORO, 1.2 kg DE POTASIO Y 200 kg DE MATERIA ORGÁNICA. SE RECOMIENDA UNA APLICACIÓN DE 35 t/ha SIGNIFICANDO UNA SUSTITUCIÓN DE

312 kg DE UREA 282 kg DE SUPERFOSFATO 70 kg DE CLORURO DE POTASIO.

COMPOST: SE APLICA A RAZON DE 20-25 t/ha PARA UN CICLO PLANTACION

Compost Proceso de descomposición aeróbica de materiales orgánicos en forma controlada por la acción de microorganismos

Claudia Ximena Programa de Producción de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana Congreso Diversificación 2006 Ciudad Habana Junio

Equipo para mezclado de los componentes de compost

Disposición de las vinazas que se producirán en las destilerías del sector azucarero colombiano Carlos Omar Briceño JORNADAS IBEROAMERICANAS DE ASIMILACIÓN DE TECNOLOGÍAS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL Y EL USO DE SUS RESIDUALES.CFCE de Cartagena de Indias 3 al 7 de Octubre de 2005

C.- LA PRODUCCIÓN DE LEVADURA TORULA

USANDO LAS VINAZAS EN LA PRODUCCIÓN DE LEVADURA DE TORULA • PUEDE PERMITIR LA SUBSTITUCIÓN PARCIAL

DE LAS MIELES FINALES • ES POSIBLE SUSTITUIR ENTRE UN 20% Y UN 80% • MANTENIENDO UN RENDIMIENTO DE BIOMASA/SUSTRATO DE 40%.

ESQUEMA GENERAL DE LA PRODUCCIÓN DE LEVADURA

AGUA

Vinazas: 60-65 m 3 DQO: 60-70 kg/m 3

NUTRIENTES

1 t Miel final 80 oBx (52%ART)

FERMENTACIÓN

VAPOR

AIRE

El esquema tecnológico se divide en: 1.

Preparación de materias primas (tanques de almacenamiento, sistemas de trasiego)

2.

Fermentación sopladores, tanques)

3.

(fermentadores,

Agua

AGUA

TERMÓLISIS Y CONCENTRACIÓN

Área de recuperación de producto (separadoras, evaporadores, tanques, secadores ) COMBUSTIBLE

4.

SEPARACIÓN Y LAVADO

SECADO Y ENVASE

Otras facilidades auxiliares ( agua, electricidad vapor)

1 t LEVADURA SECA

(base seca)

Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad Habana

100 m 3 EFLUENTES DQO: 10-15 kg/m 3

VAPOR

EJEMPLO USO VINAZAS LEVADURA TORULA • PRODUCCION 40 TON/DIA • OPERANDO 300 DÍAS POR AÑO • SUBSTITUCIÓN DE 30% DE LAS MIELES FINALES POR VINAZAS DE LA DESTILERIA

REPRESENTARÁ UN AHORRO ANUAL DE 12 000 TONELADAS DE MIELES

RENDIMIENTO BIOMASA/SUSTRATO PARA DIFERENTES PROPORCIONES DE VINAZA/MIELES Proporcion de Vinazas/Mieles

Rendimiento Proteina Biomasa/Sustrato Bruta (%) (%)

0/100

49.03

46,60

70/30

46.27

48.27

80/20

47.49

49.99

90/10

40.67

49.31

100/0

39.70

53.62

Gomez R.; Romano J. Complementacion con vinazas de destileria para su utilizacion mas eficiente en la produccion de levadura forrajera. Revista ICIDCA Vol XXI No. 3 1987 p. 1

Las LEVADURAS, producto indispensable en la industria moderna con aplicaciones alimenticias, farmacéuticas y químicas. Composición típica de la levadura de vinazas Componente Levadura de vinazas

Levadura de mieles

Harina de soja

Proteína bruta

45.0

47.0

44.0

Extracto etéreo

1.2

1.5

2.3

Fibra bruta

0.63

0.57

6.3

1.95 3.90 4.07 1.08 3.24 2.19 1.07 2.29

2.00 4.06 4.05 0.99 3.89 2.13 1.12 2.17

1.98 3.29 2.90 1.15 3.63 1.71 0.90 2.15

Aminoácidos Isoleucina Leucina Lisina Metionina + cistina Fenilalanina + Tirosina Treonina Triptófano Valina

Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad Habana

La LEVADURA TORULA producida a partir de vinazas, no difiere significativamente en cuanto a su calidad nutricional de la producida sobre mieles finales de caña. Se muestran los resultados obtenidos en experimentos controlados en cerdos de engorde. Composición de las diferentes raciones en la ceba Grupo Consumo Consumo miel B, proteína, g/día g/día Harina de soja 100% + miel B 340 1147 Levadura de miel 100% + miel B 337 1105 Levadura de miel 66% + levadura 338 1089 de vinazas 33% + miel B Levadura de miel 33% + levadura 336 1112 de vinazas 66% + miel B Levadura de vinazas 100% + miel B 340 1098

Ganancia, g/día 586 584 580 582 587

Fuente. IIP.2002 Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad Habana

ALTERNATIVA PARA AHORRAR MIELES:

MEZCLAR EL JUGO DEL FILTRO CON LA VINAZA DE LA DESTILERÍA CON PROPORCIÓN DE 25 Y 42 m3/hr RESPECTIVAMENTE. PARA 40 t/dia DE PRODUCCIÓN DE LEVADURA DE TORULA ESTA ALTERNATIVA PUEDE AHORRAR 3 TONELADAS DE MIEL FINAL POR TONELADA DE LEVADURA TORULA PRODUCIDA.

Experiencia cubana en la producción comercial de Levadura Torula a partir de vinazas de destilería Las destilerías asociadas actualmente a plantas de levadura sus capacidades son:

  



Antonio Guiterras (Las Tunas) 850hl/d (en el programa de modernización su capacidad será 1000 hl/d). Esta instalación tiene sistema de recuperación.



Antonio Sánchez(Cienfuegos) 1000hl/d. No tiene sistema de recuperación de levadura.



Arquímedes Colina (Granma). Capacidad 500hl/d. Tiene sistema de recuperación de fondajes. Instalación Antonio Guiterras Antonio Sánchez Arquímedes Colina

Capacidad (hl/d) 850 1000 500

Producción de SC (t/d) 8.5 0 0.5

Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad Habana

Este proceso permite adicionalmente debido a la producción de levadura, una reducción de la carga contaminante de las vinazas desde 70-80 Kg./m3 hasta 10-15 Kg./m3 Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad Habana

LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA PRODUCCION DE LEVADURA DE TORULA INDICAN :

• VALORES DE 8 000 mg/l DE DQO • UNA CANTIDAD DE AGUAS RESIDUALES DE 70 m3/ton DE LEVADURA SECA.

ESTAS PERMITEN LA PRODUCCION DE BIOGAS

Capacidad: 26t/d Levadura Torula (Base 92% m.s.)

.

Vista general de planta de levadura de vinazas anexa a destilería de alcohol “Arquimides Colina” de 500 hl/dia de la provincia Gramma .Cuba

D.- LA PRODUCCIÓN DE BIOGAS

COMPOSICIÓN RESIDUALES LÍQUIDOS DE DIFERENTES PRODUCCIONES AZUCARERAS

Parámetro

Azúcar

Alcohol

Levadura

DQO (mg/l)

5 000

60 000

10 000

Temperatura (oC)

38

77

35

pH

6.1

4.0

5.0

S Totales (mg/l)

4 360

35 400

9 224

S Disueltos (mg/l)

3 750

57 040

2 393

S Fijos (mg/l)

1 120

14 370

2 416

S Volatiles (mg/l)

3 550

47 090

6 808

S Sedimentables (mg/l)

28

442

42

Nitrógeno (mg/l)

50

900

105

Fósforo (mg/l)

75

320

130

0.5 -/ton

1.6 -/hl

80 -/ton

Índice agua (m3/-)

CARACTERÍSTICAS RESIDUALES PRODUCCIONES AZUCARERAS. Aguas residuales

Datos (mg/l)

Azúcar

Alcohol

Levadura Torula

Cachaza

Sólidos totales

4360

35400

9224

27 200-37 200

Sólidos disueltos

3750

57040

2393

-----

Sólidos fijos

1120

14370

2416

4 800-12 600

Sólidos volátiles

3550

47090

6808

18 500-27 500

Sólidos sedimentables

28

442

42

----

Nitrógeno

50

900

105

Fósforo

75

320

130

1 500-2 500 ----

CARACTERISTICAS MOSTOS DE DIFERENTES SUSTRATOS PARÁMETRO

MIEL

JUGO

DBO (mg/l)

25 000

6 000-16500

19 000

DQO (mg/l)

65 000

15 000-33 000

45 000

Sol, Totales (mg/l)

81 500

23 700

52 000

Sol. Volatiles (mg/l)

60 000

20 000

40 000

Sol. Fijos (mg/l)

21 500

37 000

12 700

Materia (mg/l)

63 400

19 500

38 000

9 500

7 900

8 300

orgánica

Azucares Reductores (mg/l)

MIXTO

BIOGÁS DE LAS VINAZAS POR SU TRATAMIENTO ANAERÓBICO. PRODUCIR 1000 m3 DE BIOGÁS CON UNA COMPOSICIÓN DE 54-70% DE METANO Y 27-45% DE CO2 NECESARIO ALIMENTAR UN DIGESTOR CON: 42 m3 DE VINAZA CON 68 kg DE DQO/m3 Y 104 m3 DE AGUA. LAS CORRIENTES DE SALIDA DEL DIGESTOR SERÁN DE:

1m3 DE FANGO RESIDUAL, 144 m3 DE AGUA Y 1000 m3 DE BIOGÁS

RENDIMIENTO DE BIOGÁS DE 0.45 Nm3/kg DE DQO REMOVIDO

TIPOS Y CAPACIDADES DIGESTORES •

Domo fijo o chino.

•

Domo flotante o hindú

•

Flujo pistón u horizontal

•

Bolsa plástica

•

UASB (Up Flow Anaerobic Sludge Blanket)

•

Filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA)

•

Bifásico

COMPARACION DIFERENTES TIPOS REACTORES

Tipo Reactor

Velocidad carga DQO (kg/m3/d)

Remocion (%)

Contacto

1-6

70-95

Filtro ascendente

1-10

70-95

Filtro descendente

5-15

70-90

Cama fluidizada/extendida

1-20

70-90

USAB

5-30

75-95

UASB (Up Flow Anaerobic Sludge Blanket)

Diseñado para: • bajos contenido sólidos en suspensión • altas velocidades volumétricas

• bajos tiempos retención hidráulico.

UASB (Up Flow Anaerobic Sludge Blanket) • CONSISTE EN RECIPIENTES CILÍNDRICOS CON FLUJO ASCENDENTE. • SE USAN EN SISTEMAS DE ALTA DILUCION • ES UN SISTEMA ANAEROBICO INTENSIVO.

• SE REPORTA INSTALACIONES EN EL TRATAMIENTO DE RESIDUALES PORCINOS Y DE ALCOHOL

* New Developments in Bioreactor Design for Biomethanation Process Dr. T. R. Sreekrishnan and Ms. Muna Ali Bio-energy News Vol 3 No.4 pag. 21 Sep. 1999

CARACTERISTICAS VINAZAS ENTRADA Y SALIDA DE UN REACTOR UASB VARIABLE

PROMEDIO

ENTRADA REACTOR DQO (mg/l)

71 200

pH

4 470

ST

(mg/l)

52 670

STV (mg/l)

38 670

SST (mg/l)

5 140

CE (mS/cm)

8.36

SALIDA REACTOR DQO(mg/l)

pH

6 000

7-8

ST (mg/l)

3 500

STV (mg/l)

2 300

SST (mg/l)

Menor que 300

CE (mS/cm) INFORME PROYECTO ICIDCA 2004

4

CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO DEL DIGESTOR

• Debe tener buena hermeticidad • Debe ser resistente a la corrosion • Debe tener posibilidades de instalar aditamentos para la salida gas

• Debe tener estructura sólida para soportar carga liquido • La campana deben tener capacidad de 60-70 % de la producción diaria. • La presión del gas debe estar entre 75 a 90 mm de agua para la coccion de alimentos.

USOS BIOGÁS •

Cocción alimentos para tres veces por día se consumen 1.5 m3 por familia de cinco personas.

y SE NECESITARÍA excretas de 3-4 vacas • Energia electrica se puede producir entre 1.4 – 2.0 kWh por m3 biogás.

USOS / CONSUMOS BIOGAS Usos Cocción alimentos

Indicadores Consumos m3/dia/persona

Iluminación

m3/hr/60 watt

0.12-0.15

Refrigerador domestico

m3/hr

100 capacidad

Motor interna

m3/HP/hr

0.42

Purificar(96% metano) y Comprimir a 15 kg/cm2

--

Purificar (96% metano) y Comprimir a 150 kg/cm2

--

combustión

OXICORTE METALES Transporte automotor

de

Valores 0.23-0.30

l

NECESIDADES BIOGAS EN LA COCCION ALIMENTOS

Uso

Cantidad comensales

Capacidad digestor (m3)

Comedor trabajadores

50

18

150

53

300

105

6

3

12

6

18

9

Vivienda campesina

EQUIVALENCIAS Y ACTIVIDADES A REALIZAR POR UN METRO CUBICO DE BIOGAS

Equivale a: 0.5 kg fuel oil, 0.4 kg diesel, 0.8 kg gasolina,1.0 l alcohol, 0.5 kg butano, 3.6 kg carbón vegetal, 0.6 kg keroseno, 1.5 m3 gas ciudad.

Actividad: generar 1.25-1.60 kWh, alimentar un motor de combustión interna por dos horas, alimentar una lámpara de 60 watt por 7 horas, mover un camión a razon de 1.3-1.5 kilómetros, mover un jeep 100 kilómetros con un balón de 7 m3 a 150 atm

* Bio Energy News Vol 3 No.3 June 1999

USO BIOGAS ALIMENTAR MICROTURBINAS (MT) PARA GENERAR ENERGIA ELECTRICA

Existen microturbinas de 30-250 kW en rellenos sanitarios. En los USA unos 3.5 MW – a partir de unas 100 MT instaladas- las instalaciones son de 10,12 y hasta 50 microturbinas. PUEDEN OPERAR CON MENOS DEL 30% DE METANO MIENTRAS QUE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA YA CON 40% TIENEN DIFICULTADES.

CANTIDAD DE BIOGÁS QUE SE PUEDE PRODUCIR ANUALMENTE EMPLEANDO LOS PRODUCTOS RESIDUALES AZUCAREROS Y CANTIDAD DE PERSONAS QUE PUDIERAN EMPLEARLO EN LA COCCIÓN DE ALIMENTOS Producto residual de la producción de:

Azúcar1

Biogás que se puede producir anualmente (m3 x 106)

Cantidad de personas (miles)

Proporción (%)

105

955

71,0

Alcohol2

26,8

243

18,0

Levadura3

16

146

11,0

147,8

1 344

100,0

Total 1El

cálculo se realiza para 4 000 000 t de azúcar por zafra. 2El cálculo se realiza para una producción de 800 000 hL/a. 3El cálculo se realiza para una producción de 80 000 t de levadura/a.

INDIA* La cantidad de DBO a partir de los residuales de las destilerías es de unos 6.2 billones

Materia Orgánica equivalente a 7 veces poblacion del país. Este residual proveniente de 285 destilerías indica un potencial de: BIOGAS de 1,100,000,000 de m3 . NITROGENO de 12 212 ton. POTASIO de 244 204 ton. * Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3 No.3 pag.11 June 1999

EL GOBIERNO DE LA INDIA HA ESPECIFICADO ESTANDARDS MINIMOS PARA EL VERTIMIENTO DE RESIDUAES LIQUIDOS: PH……………………………………………..5.5 a 9.0 SOLIDOS EN SUSPENSION…… 100 mg/l MAXIMO

DBO PARA SUPERFICIES ACUATICAS INTERIORES……………………………… 30 mg/l DBO PARA SUPERFICIES AGRICOLA.. 100 mg/l * Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3 No.3 pag.11 June 1999

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE L TRATAMIENTO ANAEROBICO DE LAS VINAZAS VENTAJAS: • Puede aceptar cargas orgánicas altas • Produce biogás • La energía del biogás mayor que requiere sistema para operación

• No hay mal olor

DESVENTAJAS: • Es un proceso lento • Se requieren largos tiempos en su puesta en marcha

• Se necesita en algunos casos un segundo tratamiento al residual • Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3 No.3 pag.11 June 1999

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS ANAEROBICOS • LAGUNAS • DIGESTORES • FILTROS • REACTORES DE CONTACTO

• UASB • CAMAS FLUIDIZADAS Y EXPANDIDAS * Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3 No.3 pag.11 June 1999

DATOS TECNICOS DE DIFERENTES TIPOS DE REACTORES PROCESO

UASB

TIEMPO RESIDENCIA (DIAS)

CARGA ORGANICA (kg DQO /m3/dia)

BIOGAS PRODUCIDO (m3/kgDQO REMOVIDO)

CONTENIDO METANO EN EL BIOGAS (%)

2.5-6.0

10-25

0.30-0.50

65-80

Cama inmovilizada

---

8-25

0.13-0.32

55-70

Cama fluidizada

0.2

10-25

0.37

65

* Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3 No.3 pag.11 June 1999

Caso Ingenio Azucarero usando mezcla residuales azucareros con residuales de destilerías alcohol Datos Digestor 1 Digestor 2 Dimensiones (m) 17x7x3.5 19x16x3.5 Volumen total (m3) 416 1064 Volumen trabajo (m3) 345 850 Volumen campana (m3) 71 214 Carga día Cachaza (ton/dia) 2.5 4.5 Mostos (m3/día) 10 20 Eficiencia (%) 80-90 80-90 Producción biogás (m3/día) 250 750 Tiempo retención hidráulica (días) 30 30

Fertilizante producido

(ton /año) (m3/día) N (ton /año) P (ton /año) K (ton /año) Suelo a fertilizar (ha)

438 250 6.5-11 5-6.1 3-3.9 87.6

876 750 13.1-21.9 10.1-12.2 6.1-7.8 175.4

Caso Destilería alcohol con produccion biogas de los mostos Fabrica alcohol de 500 Hl/dia con un DQO de

64 000 mg/l.

• Producirá 20-22 m3 biogas/ m3 mostos

o 32 m3 biogas/hl alcohol o sea 16 000 Nm3 de biogás • Tratara 800 m3 de vinazas /día y producirá también 3.5 ton lodos y 2400 m3 vinazas tratadas con un 70-75% menos de carga orgánica. • Se alimenta agua para bajar la carga de 64 000 a 20 000mg/l DQO para entrar al reactor.

• Rendimiento biogás: 0.45 m3/kg DQO removida. • Tipo digestor UASB

DISEÑO GENERACION ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE BIOGAS PRODUCIDO DE LOS RESIDUALES DE UNA PLANTA DE ETANOL PARA EL USO EN VIVIENDAS Datos planta

Capacidad destilería etanol: 500 S.S./día Cantidad vinazas: 800 m3/día Demanda química de oxigeno en las vinazas: 65 kg DQO/m3 vinazas Dilución a 20 kg DQO/m3 vinazas

Cantidad vinazas diluidas: 800(65)=20(x) X=2500 m3

DISEÑO GENERACION ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE BIOGAS PRODUCIDO DE LOS RESIDUALES DE UNA PLANTA DE ETANOL PARA EL USO EN VIVIENDAS

Remoción : 70%=14 kgDQO/m3 vinazas Contenido DQO salida residual: 6 Kg/m3 vinazas Índice producción biogás: 0.45 m3 biogás/kg DQO removido Cantidad biogas producido: 14(2500)(0.45) =15 760 m3 biogas/dia

DISEÑO

GENERACION ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE BIOGAS PRODUCIDO DE LOS RESIDUALES DE UNA PLANTA DE ETANOL PARA EL USO EN VIVIENDAS Cantidad energía eléctrica producida. Índice: 1.4 kw-hr/m3 de biogás

15 760(1.4)=918 kw-hr NUMERO FAMILIAS QUE PUEDEN SATISFACER LAS NECESIDADES DE ESTA ENERGIA =

OTRAS SALIDAS PLANTA BIOGAS

LODO ESPERADO: 20 kg/m3 UNA COMPOSICIÓN DEL LODO DE 2.27 kg POTASIO/ton y 0.1 kg FÓSFORO/ton. EL AGUA RESIDUAL PUEDE USARSE PARA RIEGO YA QUE UN 70% DEL DQO Y UN 8090% DEL DBO5 SE REMUEVEN.

D.- CONCENTRACIÓN Y USO COMO COMBUSTIBLE EN CALDERAS

ALTERNATIVA CONCENTRACION VINAZAS PARA USO COMO COMBUSTIBLE. • NECESARIO EVAPORACIÓN HASTA ALCANZAR UN CONTENIDO DE SÓLIDOS SOLUBLES ENTRE 38-40 ºBe o 70-75% oBx • ALIMENTACION A LA CALDERA SIMILAR A LA DE UN COMBUSTIBLE FÓSIL.

ESTUDIO CASO I Destilería OLMOCT LA VINAZA SE CONCENTRA HASTA UN 75%

1. SE QUEMA EN UNA CALDERA 2. PRODUCE SUFICIENTE VAPOR PARA •

REALIZAR LA CONCENTRACION DE LA VINAZA

•

SUPLIR PARTE DE LAS NECESIDADES DE COMBUSTIBLE DE LA DESTILERIA

ESTUDIO CASO I DESTILERÍA DE 400 hl/dia: SE PRODUCEN 12-14 t/hr DE VINAZAS A 10.8 Bx. EVAPORACION A QUÍNTUPLE EFECTO SE EVAPORAN 10 t/hr DE AGUA CONCENTRÁNDOSE LA VINAZA HASTA 38-40 (0Be) o 75 % DE SÓLIDOS SOLUBLES (oBx). QUEDAN 2.0-2.5 t/hr DE VINAZAS CON UN VALOR CALÓRICO DE 2600 kcal/kg. SE INDICA UNA PRODUCCIÓN DE 2.2 t vapor /t VINAZAS COMBUSTIONADA

ESTUDIO CASO I (cont) • CONSUMO VAPOR PARA LA PRODUCCION DE ETANOL: 8 ton/hr • VAPOR POSIBLE PRODUCIR a PARTIR DE LAS VINAZAS: 4.4-5.6 ton/hr • CANTIDAD VAPOR necesario para la concentración de las vinazas: 70% del producido a partir de las

vinazas

ESTUDIO CASO I: DATOS CALDERA CAPACIDAD GENERACION VAPOR: 5.6 t/h PRESION VAPOR: 8-10 kg/cm2 TEMPERATURA VAPOR: 185OC COMBUSTIBLES: VINAZAS A 35-40 OBe

VALOR CALORICO: VINAZAS: 2600 kcal/kg

FUEL OIL: 9800 kcal/kg

CONSUMO FUEL OIL: 0.25 t/h SOLO ARRANCADAS Y PARA CASO DE BAJAS CONCENTRACIONES VINAZAS CONSUMO VINAZAS: 2.5 t/h

ESTUDIO CASO I: DISTRIBUCION VAPOR

PRODUCIDO Atomización vinazas en el quemador: 0.3 t/h Precalentamiento vinazas antes de entrada al quemador: 0.3 t/h

Concentración vinazas: 3.7 t/h Envío proceso etanol: 1.0 t/h Consumo proceso aeración: 0.3 t/h Total 5.6 t/h

ESTUDIO CASO I: CONCENTRACION VINAZAS

Consumo vapor total 0.5 t/Hl

ALCOHOL (4000 Hl/día) Vapor (7t/h)

DESTILERIA ALCOHOL

Vapor (1t/h)

VINAZAS (12t/h)

Agua evaporada (10t/h)

10.8 Bx

EVAPORADOR

Vapor (5.6 t/h) Vapor (3.7t/h)

CALDERA

VINAZAS (2t/h) 75 Bx

Vapor (4.7t/h)

Vapor (0,9t/h)

ESTUDIO CASO II DESTILERÍA EN BRASIL DE 120 m3/dia DE ALCOHOL DEL JUGO • CANTIDAD DE VINAZA DE 3 000 kg/hr CON 8% DE SÓLIDOS. • SE CONCENTRA A VALORES RECOMENDADOS

PARA PODER USARLO COMO COMBUSTIBLE • SE GENERARIA VAPOR A RAZON DE 20 t/hr DE VAPOR Y 2 t/hr DE CENIZAS SECAS CON 0.65 t/hr K2O QUE PUEDE USARSE COMO FERTILIZANTE.

ESTUDIO CASO II • Se producen 65 000 l/hr de vinazas con 8% oBx. • La concentración a 60% sólidos solubles (0Bx) se

necesitan 0.22 kg vapor/ton de agua a evaporada. • La combustión de la vinaza a 60oBx permite generar 20 ton/hr de vapor quedando un sobrante de 7.6 ton/hr que se puede usar en la propia producción del etanol.

ESTUDIO CASO III COMPARACION DE SU USO COMO COMBUSTIBLE EN CALDERAS*

- COMO BIOGAS

- COMO COMBUSTIBLE DIRECTO CONCENTRADO Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy geneneration through distillery effluent treatment. N.A ISSCT Congress Jakarta

ESTUDIO CASO III Destilería alcohol con combustión residual: directo o

biogas

Planta de 300 Hl de etanol por dia

Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy genenerationthrough distillery effluent treatment. N.A ISSCT Congress Jakarta

Parámetros PH Color Temperatura Contenido sólidos Sólidos totales Sólidos orgánicos Sólidos inorgánicos Cenizas P2O5 K2O MgO DQO DBO

Valores 3.8-4.6 Rojo-carmelita 85-90 C 8-10% 65 000-85 000 ppm 40 000-60 000 ppm 10 000-30 000 ppm 2,8% 0.15% 0.8% 0.25% 60 000-65 000 30 000-45 000

ESTUDIO CASO III

A.- COMBUSTIONANDO EL BIOGÁS

Para generar energía térmica con: • temperatura de agua de alimentación de 95C • presión vapor de 42 kg/cm2 y 385 C, • eficiencia en la caldera de 80% usando solo metano se produciría 6.88 kg vapor por m3 de gas metano, en el caso de una capacidad de 30 hl/dia

se produciría 3.23

ton vapor / hr.

Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy genenerationthrough distillery effluent treatment. N.A ISSCT Congress Jakarta

ESTUDIO CASO III

B. COMBUSTIONANDO LA VINAZA

LA COMBUSTIÓN DE LA VINAZA NECESITA AUMENTAR CONTENIDO SÓLIDOS SOLUBLES HASTA 60-65%. CON VALOR CALÓRICO DE 2200 Kcal/Kg • 85% eficiencia caldera • 2,82 kg vapor se puede producir por kg vinaza

para el caso estudiado se producirían 7.76

t/h de

vapor. Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy genenerationthrough distillery effluent treatment. N.A ISSCT Congress Jakarta

CONCENTRACION DE VINAZA Condensador Vapor Separador Liq-Vapor 1

Separador Liq-Vapor 2

Vinaza al 35% Evap. I destilación

Vapor de baja presión

Finalizador

Flubex Condensados

Vapor de baja presión Separador Liq-Vapor 3

Flubex

Condensados

Condensados Vinaza al 45% Vinaza al 50% Laguna de Mezcla

Tanque recibidor de Vinaza 60%

Experiencia en el arranque de una planta de alcohol carburante Ángela Maria Concha Peláez Aprovechamiento económico de co-productos industria azucarera Jornada Internacional CYTED Cali, Colombia Mayo 2006

ESTUDIO CASO III

Generación energía

Capacidad DESTILERIA m3/dia

Combustión metano Vapor (t/h)

Potencia (kW)

Combustión vinaza Vapor (t/h)

Potencia (kW)

30

3.23

255

7.76

625

45

4.84

385

11.63

940

75

8.06

640

19.39

1565

100

10.75

855

25.85

2090

Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy genenerationthrough distillery effluent treatment. N.A ISSCT Congress Jakarta

ESTUDIO CASO III

A) PRODUCCIÓN DE BIOGAS DE LA VINAZA Y SU COMBUSTIÓN EN CALDERA

En el caso de la producción de biogás para la planta de 300Hl se indica un consumo interno de 50 KW lo que indica que se tendría una potencia neta disponible de 205 KW

B) CONCENTRACIÓN DE LA VINAZA Y SU COMBUSTIÓN EN CALDERA

En el caso de la concentración de la vinaza para la planta de 300Hl se indica un consumo interno de 250 KW lo que indica que se tendría una potencia neta disponible de 375 KW

E.- ALIMENTO ANIMAL GICABU es un producto que combina el uso de la cachaza y la vinaza.

El alimento obtenido puede reemplazar 15% de materia seca en una dieta para el ganado de leche y entre 45-60% en una dieta de mantenimiento. La cantidad de cachaza requerida es de cuatro toneladas y 0.86 TONELADA DE VINASA POR TONELADA DEL ALIMENTO PRODUCIDO.

FIN PRESENTACION