Nota Técnica

Manejo de Vinazas: Metanización y Compostaje,Aplicaciones Industriales

Philippe Conil*

Las vinazas, como subproducto de la destilaciónde alcohol, tienen una carga orgánica muy alta,que las hacen potencialmente contaminantes.Una destilería de 150,000 litros diarios generala misma carga orgánica que una ciudad de 1millón de habitantes. La carga orgánica dependesin embargo de la materia prima utilizada (datosaproximados):

• 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 estaexposición, utilizaremos las vinazas “másprobables” 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 mielB, con una carga contaminantes del orden de5% a 6% de ST (DQO de 50.000 a 60.000 mg/l).

Afortunadamente la naturaleza de estacarga orgánica faci l i ta su manejo yaprovechamiento. La vinaza siendo muyconcentrada, el volumen a manejar es bajo: 13m3/m3 de alcohol generado, o aún menos encaso de recirculaciones internas de la vinaza(hasta 4 m3/m3). Además todos los componentesde la vinaza provienen de la materia prima (jugode caña y melaza) y pueden servir de abono oaún alimento. No hay patógenos ni metalespesados ni componentes tóxicos. Los principaleslimitantes a su uso son su alto contenido depotasio, del orden del 6% de sus ST (SólidosTotales), 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 sudescomposición anaerobia (en ausencia de aire),primer paso de su tratamiento como efluente.Su conveniencia para metanización varía sinembargo según la materia prima utilizada parala producción de alcohol, siendo ideal el jugo decaña y más complicada la melaza, por su mayorcontenido de sulfato.

La metanización es la forma más comúnde tratamiento de las vinazas en el mundo, a lapar con la ferti-irrigación. Su tratamiento por

compostaje (en pilas aireadas) es menos comúnpues implica la disponibilidad de grandescantidades de cachaza u otra materia primacomo soporte seco y fibroso.

Compostaje

El compostaje es una técnica centenaria queaplica para residuos secos y fibrosos. No esaplicable a la vinaza líquida ni concentrada ensí, pero las vinazas pueden ser añadidas alproceso de compostaje de otros residuos (co-compostaje). Una tecnología similar se utilizapara lodos de depuradoras, así como para loslodos de la industria petrolera. La cachaza delos ingenios azucareros es un sustrato ideal paracompostaje. El compostaje de la cachazapermite reducir su humedad, volumen y peso, yen consecuencia reducir sus costos de transportey de aplicación. Por esta razón este compostajesuele justificarse económicamente, con y sinadición de vinazas. Un Ingenio de 5.000 T decaña por día en el Valle del Cauca produce hasta300 toneladas diarias de cachaza. En otraspartes del planeta (países que tienen una zafralimitada a la estación seca) la producción decachaza es un poco menor por tonelada de cañamolida, pero esta cachaza es mas seca yorgánica que en Colombia, donde la cosechade la caña a lo largo del año arrastra muchatierra.

La adición de vinaza al compostaje decachaza se hace desde hace más de 20 añosen el mundo, con bastante éxito. Sin embargolas cantidades añadidas son generalmentemenores de 1 m3 de vinaza por tonelada decachaza. Esta proporción no permite dar una“solución” al manejo de las vinazas puesrepresenta una parte pequeña de la vinazagenerada. Un ingenio de 5.000 t/día condestilería (60% jugo + 40% melaza) produce150.000 litros de alcohol al día y 2.000 m3 devinazas al día, de las cuales solo 300 m3 (15%)pueden ser incorporadas al compostaje de lacachaza.

Dos vías existen para aumentar esteporcentaje: (1) la recirculación de las vinazasdentro de la destilería, para reducir el volumende descarga (pero aumentar su concentración).

BIOTEC, www.bio-tec.net , philippe.conil@skynet.be

26

28

Se puede llegar a generar solo 600 m3 de vinazapor día al 17% de ST, en vez de 2.000 m3 al5%; y (2) La concentración de las vinazas porevaporación.

Ambos sistemas son factibles, con susventajas y desventajas. Pueden también sercombinados. Debe de aclararse que laconcentración de las vinazas por evaporacióntiene un costo relativamente alto de energía, asícomo de químicos para el lavado periódico delsistema, y además genera otro tipo de aguasresiduales (las flemazas) que deben tambiénser tratadas.

En los mejores casos, la cantidad devinaza se puede reducir a 4 m3/m3 de alcohol,lo que permite co-compostarlas con cachaza enproporciones de 2 a 1. Es difícil pero factible.Depende de la composición de la cachaza y dela pluviosidad. Es mucho más difícil en Colombiaque en países con zafra. Más concentrada lavinaza, más difícil es aumentar su proporciónen la mezcla. Al contrario, si hablamos de vinazatratada, se asemeja a agua de riego y es mássencillo aumentar la dosis de aplicación.

Metanización

La metanización, o degradación anaerobia delos efluentes, es una tecnología muy eficientepara remover la carga de las vinazas. Permiteremover mas de 90% de su DBO, aunque solounos 70% de su DQO (Demanda Química deOxígeno), pues una parte de la DQO está enforma “dura” (no biodegradable); esta fracciónes muy baja cuando la materia prima es jugo decaña, muy alta cuando es melaza, e intermediacuando se utiliza miel A o miel B.

Sucromiles y Nabisco-Fleishmann enel Valle del Cauca mostraron en los años noventados ejemplos a gran escala de metanización devinazas. El primero utilizó un sistema de lagunasanaerobias cubiertas, y el segundo de reactorde tipo UASB, pues el tipo de vinaza era diferente,así como el vecindario, lo que implicaba diseñosdiferentes.

La metanización genera biogas comosubproducto. Este biogas de vinazas puedetener altas concentraciones de H2S (componentecorrosivo, tóxico y oloroso) cuando la proporciónde melaza es alta en la materia prima, pues lamelaza tiene altas concentraciones de sulfatos,provenientes del proceso de sulfitación del jugo, que se reducen a sulfuros en el procesoanaerobio. También puede generar olores, porescapes de biogas no captado, o por descargasdel efluente con biogas disuelto. Este riesgo

nuevamente es alto cuando se trata de vinazade melaza y es mas bajo cuando se trata devinaza de jugo de caña.

La metanización es sólo el primer pasode una cadena de tratamiento, hasta cumplircon las normas de descarga fijadas por laAutoridad ambiental.

El principal inconveniente de estesistema de manejo para los Ingenios del Valledel Cauca es la necesidad de cumplir con lasnormas de descarga fijadas por la autoridadambiental(200 mg/l de DBO = 99,1% de remoción). Unaremoción de DBO tan alta implica una grancadena de lagunas de ‘post-tratamiento’,preferiblemente aireadas, con un buen nivel deoperación y mantenimiento. Es difícil perorealizable.

Pero la metanización ‘controlada’ tienetambién ventajas sustanciales para las destilerías,entre ellas:

• Genera altas cantidades debiogas, que hoy en día tiene unmayor valor en el mercado quehace 2 años, por el incrementodel precio del petróleo. El mundoestá buscando fuentes renova-bles de energía, y los Ingenios tienenla posibilidad de ser unos actoresimportantes en este suministro. Elbiogas puede servir para: Vender aGases de Occidente para distribucióndomiciliaria / Generar vapor en una caldera de gas, y electricidad con unaturbina (24 horas al día, 365 días alaño) / Generar agua caliente paraprecalentar el agua de las calderas/ Generar electricidad en motores degas o turbinas de gas.

• Permite registrar el proyecto comoMDL (Mecanismo de DesarrolloLimpio- Protocolo de Kyoto), no solopor la sustitución de energía fósil, sinopor evitar la liberación de metano ala atmósfera, que es uno de losprincipales gases de efecto inverna-dero. Con este registro los Ingeniospueden vender sobre el mercadointernacional, y Europeo en particular,“Cert i f icados de Reducción deEmisiones” de carbono (CER, o“Bonos de Carbono”).

• Permite aumentar la dosis deaplicación de vinaza (tratada) alcompostaje de cachaza, pues en vezde aplicar una materia prima, estáaplicando un líquido diluido que se

29 LAS VINAZAS

asemeja a agua de riego. De estamanera es posible aplicar hasta 3 o4 m3 de vinaza por tonelada decachaza, y en ciertos casos disponer

de toda la vinaza sin descarga algunaal río.

• Facilita los proyectos de ferti-irrigación(el efluente tratado es de aplicaciónmás fácil que la vinaza cruda.

Esquema de flujo de un sistema ‘mixto’ de mecanización-compostaje de las vinazas.

Costos aproximados de los sistemas

InversiónSistema bio-tec de metanización para 100 tDQO/día: US$1.5 millones.Sistema de compostaje de cachaza y vinazas:US$1 millón (incluyendo equipo de aplicaciónagrícola por voleo)aprovechamiento del biogas: función del tipode aprovechamiento (los sistemas de menorcosto son el uso en calderones y calderas, o laventa a Gases de Occidente) ingresospotencialesCertificados de carbono: 100,000 t CO2/año= US$600,000 por añoEnergía: Función del tipo de aprovechamientoy del costo de la energía sustituida.

Costos de O&MBiodigestores: US$100.000/añoAprovechamiento del biogas: función del tipode aprovechamiento.

Ejemplos en otros tipos de agroindustrias:

Estos sistemas de metanización de cargasorgánicas altas se utilizan también en otros tipos

de agroindustria como las de caucho, de palmaafricana o de yuca.

Los efluentes de las extractoras deaceite de palma tienen también concentracionesde DQO del orden de 60.000 mg/l, DBO de30.000 mg/l y SS de 25.000 p.p.m. Estosefluentes son también concentrados en potasio,salen a 80 grados de la fábrica y tienen un pHde 4. El sistema más común de tratamientode estos efluentes, muy similares a las vinazas,es el lagunaje (serie de lagunas), hasta cumplircon las normas ambientales, que en Asia sonusualmente de menos de 200 mg de DBO/l.En Colombia existen unas 40 extractoras deaceite de palma, que en su casi totalidad utilizaneste sistema de tratamiento, que inicia congrandes lagunas anaerobias, generadoras debiogas, y termina con lagunas de pulimento.

Las extractoras de aceite tienentambién un residuo fibroso y relativamente seco,similar a la cachaza de los Ingenios (raquis otuza), pero son muy escasas en el mundo lasextractoras que realizan un sistema directo deco-compostaje, pues se genera tres a cuatroveces más efluente que raquis, y este sistemade co-compostaje es de difícil manejo.

30

La captación y el aprovechamiento delbiogas de las lagunas anaerobias es tema deactualidad en el sector palmero desde hace unaño, por varias razones:

• los acuerdos de Kyoto permiten lacomercialización de Certificados deCarbono de Emitido (mecanismosMDL) que generan un ingresosustancial a los palmicultores quecaptan el biogas de sus lagunas o lasconvierten en biodigestores. LaFederac ión de pa lmicu l to res ,FEDEPALMA, está negociando paratodos el los un acuerdo-marco“sombrilla” que les permita beneficiarsede estos ingresos con un mínimo dedesgaste administrativo.

• el biogas tiene un valor que incrementaa la par con el precio del petróleo; lamayoría de estas empresas no estáconectada a la Red y depende enparte de plantas eléctricas diesel. Elbiogas sustituye el diesel. Enotras extractoras el biogas pre-cal ienta el agua de caldera omantiene una producción devapor y electricidad permanente,los 365 días al año.

• en algunos países (no es el casode Colombia) el Estado promueve lageneración de electricidad con fuentesalternas de energía, y obliga a losdistribuidores 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 decompra de la electricidad al precio (muybajo) del mercado, los productores deelectricidad renovable comercializan“Certificados Verdes” cuyo valorpor kWh generado es mas deldoble del valor de la electricidadvendida.

La biodigestión se hace en biodigestoresde concreto, o mucho más comúnmente enlagunas anaerobias cubiertas (carpa flotante).BIO-TEC ha sido pionero en Colombia en eltratamiento de efluentes agro-industriales y enparticular en el aprovechamiento del biogas delas lagunas de palma.

Componentes de un sistema Biotecde 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 • S is tema de agi tac ión in terna • 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, remociónde la humedad, filtros de H2S,compresión)

• Sistema de control y monitoreo,incluyendo PLC y control remoto (porInternet)

El aprovechamiento del biogas se hacemayormente en motores de gas (o dual-fuel)para generar electricidad (Palmeiras y PSE enTumaco) o en calderas (Cartones América enCali o Sucromiles en Palmira); en algunos casospara distribución urbana (Sololá en Guatemala)o alumbrado de gas (Liofilizado en Chinchiná).

En Colombia la primera planta demetanización de efluentes de palma por mediode lagunas cubiertas se encuentra en Tumaco(PALMEIRAS S.A., producción de 500 kW).BIOTEC está ahora montando una planta enHonduras para la venta de 1 MW a la Rednacional (ENEE).

Formas de contratación

Si bien existe una cultura “nacional” decontratación de proyectos por fasesindependientes (diseño, compras, montajes,puesta en marcha, y operación), este sistemaque diluye la responsabilidad del funcionamientoentre varios operadores, no es adaptado aproyectos complejos que involucren procesosbiológicos, como es el caso de sistemas demetanización. El diseñador debe deresponsabilizarse del correcto funcionamientode 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 estossistemas por concesión, por mas de 20 años,en los cuales se encargan de la inversión y dela operación, y amortizan su inversión y costoscon la venta del biogas y de los Créditos deReducción de Emisiones.