MANEJO INTEGRADO DEL AGUA
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PABLO ALONSO BOTERO ALVAREZ
Docente:
Dr. Nelson Rodríguez Valencia.
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONOMICAS Y ADMINISTRATIVAS
MAESTRIA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
COHORTE XIII
MANIZALES, COLOMBIA
2015
1. RESUMEN
Colombia es uno de los productores de café suave lavado, lo que da unas
características diferenciales con otros tipos de cafés en el mundo.
El procesamiento del café, es una de las prácticas más contaminantes y con un gran
impacto ambiental debido a la generación de una alta carga contaminante. Con el fin
de buscar tecnología que permitiera a la Caficultura cumplir con el decreto 1594
expedido en 1984 por la legislación Colombiana y reducir esta peligrosa carga
contaminante, Se empezó desarrollar una serie de investigaciones enfocadas al
tratamiento y disposición final de los subproductos en el proceso de beneficio del
café; siendo para este cultivo, la Institucionalidad cafetera a través de Cenicafé, la
entidad que ha desarrollado e investigado la tecnología para dicho fin.
Dichas investigaciones llevaron a la implementación en la reducción en la cantidad
de agua requerida para el beneficio y una serie de prácticas de manejo de los
subproductos derivados del beneficio del café. Es así como actualmente se cuenta
con tecnología que permite pasar de 40-50 litros de agua requerida para producir 1
kilo de Café Pergamino Seco de un beneficiadero tradicional, a 1 litro de agua si se
utiliza un beneficiadero ecológico o hasta 0,4 litros de agua con la utilización de la
tecnología ecomill, permitiendo una menor carga de solidos suspendidos.
Igualmente la tecnología disponible permite reducir la Demanda Química de
Oxigeno de 115 g DQO por kilogramo de fruto de un beneficio tradicional que
consume 40 litros de agua, a 10.6 y 30 g DQO con el Beneficio ecológico y tanque
tina que utiliza entre 0,4 a 5 litros de agua respectivamente.
Los subproductos resultantes derivados del beneficio del café pueden ser usados
para otros fines como, Producción de abono Orgánico, Producción Hongos
Comestibles y Medicinales, ensilaje para alimentación animal, Producción de
Pectinas, producción de biocombustibles, aglomerantes para construcción y
Producción de plásticos biodegradables.
2. INTRODUCCION
El Departamento de Caldas es el departamento en el cual el café tiene el mayor
peso en su economía (Comité cafeteros, 2015). Algunas cifras que demuestran la
importancia de la actividad cafetera en el departamento son:
34.221 caficultores.
26.129 caficultores cedulados.
74.528 hectáreas en café.
43.643 fincas.
1`133.876 sacos de 60 kg (9.34% de Colombia).
25 municipios cafeteros (93% de Caldas).
24 Comités Municipales (7% del país).
167.000 personas habitan en fincas cafeteras que representan más del 56% de la
población rural del departamento.
300.000 personas están asociadas a la actividad productiva del café.
74.000 empleos directos, 24% del empleo total en Caldas.
54.4% del PIB Agrícola en Caldas.
Lo anterior hace que la contaminación generada por el beneficio del café en el
Departamento sea de gran proporción y tenga un impacto tan importante al medio
ambiente. Esta situación hace que tome gran importancia poder proveer de
tecnologías limpias a los caficultores para mitigar este impacto negativo.
Los caficultores en Caldas están clasificados en tres tipos de economías, las cuales
se caracterizan por tener un alto grado de heterogeneidad que está determinado
principalmente por diferencias en el tamaño y propiedad de la tierra, el grado de
dependencia del productor del ingreso cafetero, la forma de explotación de la mano
de obra, los sistemas de producción utilizados, la oferta ambiental y la adopción de
tecnología (Comité de Cafeteros, 2015).
Lo anterior hace que la tecnología utilizada esté diseñada para los diferentes tipos
de Caficultores y de acuerdo al tamaño de áreas productivas en café.
3. OBJETIVOS
3.1. Objetivo General
Conocer impacto de las tecnologías existentes para el tratamiento de las aguas
residuales provenientes del beneficio del café.
3.2. Objetivos Específicos
Identificar la contaminación generada por el beneficio del café
Conocer las prácticas para el manejo de aguas residuales en el café
4. MARCO TEORICO Y DISCUSIÓN
La necesidad de aumentar al máximo la productividad del café por parte de los
caficultores para tener la mayor rentabilidad, ha hecho que el cultivo se explote de
manera intensiva, dejando de lado la protección de los ecosistemas, agotando de
paso los recursos naturales disponibles.
El mundo ha experimentado una época donde la agricultura se ha transformado en
un agro-negocio, en el cual los agricultores han sido urgidos a maximizar la
producción con pocas consideraciones acerca de su futuro, del medio ambiente o de
la gente que allí habita. Por eso, en términos de sostenibilidad, el pilar económico se
ha tornado más fuerte a expensas de los pilares ambiental y social (Baker & Duque
O., 2007).
El café colombiano no ha sido inmune a los problemas de la agricultura intensiva,
pero la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia consideró, desde las etapas
más tempranas de la caficultura, que en su labor de producción era necesario
proteger los suelos y aguas. A través de la investigación de CENICAFE, durante
varias décadas se ha promovido las sostenibilidad mucho antes de que el término
sostenible comenzara a utilizarse en forma frecuente (Baker & Duque O., 2007).
La Federación Nacional de Cafeteros a través de CENICAFE ha desarrollado
diferentes tecnologías para una apropiada producción del cultivo, que permita
desarrollar la actividad de manera sostenible y con la menor afectación del
ambiente; la transferencia de la investigación a los caficultores es realizada por el
Servicio de Extensión de los Comités de cafeteros.
En el caso de la producción de café puede haber dos tipos de contaminación, la
orgánica como es el caso de la pulpa y el mucilago en el beneficio, y la química,
esta última en el caso del nitrógeno proveniente de la fertilización, el cobre de
productos utilizados como fungicidas en las aspersiones y otros químicos utilizados
como insecticidas.
4.1. El Café en Caldas
El Departamento de Caldas cuenta con 34.221 caficultores, 43.643 fincas cafeteras
y 74.528 hectáreas en café; 25 de los 27 Municipios del Departamento son
cafeteros, lo cual muestra la importancia que tiene este cultivo para el departamento
de Caldas, zona que cuenta con cerca del 8% del total del café del país que tiene un
total de 948.530 hectáreas (Comité cafeteros, 2015), mostrando una tendencia
creciente en el número de hectáreas sembradas.
Actualmente la caficultura colombiana cuenta con una productividad promedio
superior a los 16,2 sacos por hectárea, gracias a la renovación de 3.250 millones
de árboles desde el año 2009.
4.2. El Café y el Medio ambiente
En el año 2002, se presentó la Guía ambiental para el subsector cafetero, cuyo
alcance era permitir al sector cumplir con los requisitos establecidos en la legislación
y política ambiental colombiana. Busca establecer reglas claras para mejorar el
desempeño ambiental de la actividad frente a la sociedad y a las autoridades
ambientales con el fin de lograr la sostenibilidad, competitividad y productividad del
subsector en el mediano y largo plazo, buscando promover el uso eficiente de los
recursos naturales y la adopción de tecnologías ambientales y económicamente
viables que permitan mejorar las relaciones productivas con el entorno natural y la
comunidad. (Guía ambiental, 2002).
4.3. La contaminación generada por los subproductos del café
La producción cafetera genera en su beneficio subproductos contaminantes que
pueden afectar severamente el medio ambiente, entre ellos la pulpa y el mucílago
del café.
La contaminación que la pulpa y el mucílago producen se debe a que parte de su
materia orgánica se disuelve o queda en suspensión en las aguas, en las diferentes
etapas de transporte y del beneficio. El material orgánico disuelto puede retirar o
consumir muy rápidamente el oxígeno del agua que lo contiene, en un proceso de
natural de oxidación. La pulpa y el mucílago contenidos en un kilogramo de café
cereza pueden retirarle todo el oxígeno a 7,4 metros cúbicos de agua pura,
propiciando su rápida putrefacción en 24 horas. (Roa et al, 1999).
Los residuos orgánicos del beneficio del café, pueden ocasionar los siguientes
problemas:
Muerte de los animales y plantas por la falta de oxígeno y cambio del pH, al
aumentar la acidez.
Proliferación de microorganismos indeseables.
Impotabilidad e inutilización de las aguas para uso doméstico.
Inutilización de las aguas resultantes del beneficio del café.
Proliferación de malos olores, atracción de moscas y otros insectos.
El estudio del balance de materia (Cenicafé, 1984, Figura 1), y la determinación de
la capacidad contaminante (expresada como DQO), de los subproductos generados
en el proceso de beneficio, así como su distribución al entrar en contacto con el
agua (Cenicafé, 1989, figura 2), permiten calcular que la pulpa proveniente del
despulpado seco de 5 kilogramos de café cereza, si es arrojada directamente a las
corrientes de agua, produce una contaminación equivalente a los excrementos y
orina generados por 6 personas en un día.
Figura 1. Distribución en peso de los subproductos
en el beneficio del café (b. s.).
Figura 2. Capacidad contaminante de los subproductos
Del beneficio del café.
Los subproductos del beneficio húmedo del café, para la obtención de una arroba de
café pergamino seco, producen una contaminación equivalente a la de 100
personas en un día.
En el proceso de beneficio húmedo del café se generan dos subproductos: la pulpa
y el mucílago, los cuales tienen una alta capacidad contaminante para las aguas
utilizadas.
Cuando el café es despulpado de manera tradicional, utilizando agua y
transportando la pulpa hidráulicamente, la pulpa puede perder más de la mitad de
su materia seca, lo cual constituye casi la tercera parte de la capacidad
contaminante (DQO) total de los subproductos del proceso.
De acuerdo con las observaciones anteriores, es lógico que el planteamiento de una
solución al problema de contaminación generado en el proceso de beneficio
húmedo del café, debe involucrar un despulpado en seco (Alvarez, 1991), o con
muy poca agua, y un transporte no hidráulico de la pulpa y del café en baba (por
gravedad, manual, mecánico y neumático, entre otros). En el peor de los casos, se
deben construir sistemas de recirculación de aguas usadas en el transporte de la
pulpa y del café.
Por cada 10 millones de sacos de 60 kilos de café verde que se producen en
Colombia, la pulpa y el mucílago como subproductos secos del proceso
convencional de beneficio húmedo del café PBHC, equivalen a 373 mil toneladas,
teniendo en cuenta factores de conversión encontrados por Calle (1977), Uribe
(1977) y Zambrano (1994). En el caso de que estos subproductos no se utilicen o se
dispongan convenientemente para su descomposición, se pueden convertir en una
fuente de contaminación del medio ambiente (Zuluaga, 1993).
4.4. Manejo Integral del agua en el beneficio del café:
El despulpado y transporte de la pulpa sin agua a fosas techadas, se constituye en
una importante acción ambiental preventiva, ya que solo está práctica evita que el
72% de la contaminación potencial de los subproductos del beneficio húmedo del
café llegue a las fuentes hídricas a través de la pulpa.
El 28 % restante de la contaminación la genera el mucilago, y su disposición se
oriente hacia el tratamiento utilizando Sistemas Modulares de Tratamiento
Anaerobio (SMTA), en pequeñas y medianas fincas cafeteras, que remueven el
mucílago por fermentación natural y utilizan el tanque tina para lavar el grano, con
consumos de agua entre 4 y 5 litros por kilo de café pergamino seco. (Zambrano et
al, 2010); esta práctica deberá acompañarse con un postratamiento, que permita
atenuar el impacto sobre los organismos acuáticos e incrementar las eficiencias de
remoción de la contaminación orgánica del agua residual (Rodríguez, 2009), desde
el 80% con solo SMTA, hasta cerca del 95% utilizando humedales artificiales con
macrófitas acuáticas.
Para productores grandes que utilizan desmucilaginador mecánico y la mezcla de
mucilago con la pulpa, se hace necesaria la utilización de los sistemas de
tratamiento primario para lixiviados provenientes del Becolsub (Zambrano y
Cárdenas, 2000), que permitan disminuir la carga orgánica de las aguas residuales
hasta valores que permitan su tratamiento posterior, utilizando el SMTA como
tratamiento secundario (Zambrano, 2006), y un postratamiento en serie con
macrófitas acuáticas en humedales artificiales (Rodríguez, 2009).
Las demandas biológicas y químicas de oxigeno están alrededor de 15.000 a
30.000 ppm en las aguas mieles, y entre 60.000 y 120.000 ppm en los lixiviados en
la mezcla pulpa-mucílago (Zambrano y Rodríguez, 2008).
4.4.1. Tratamiento de Aguas residuales del proceso húmedo del café:
Los SMTA involucran tecnología de tratamiento biológico con separación de fases
hidrolítica –acidogénica de la metanogénica, apta para alcanzar altas eficiencias en
la remoción de carga orgánica, el flujo se hace por gravedad y con unidades de
polietileno negro y con tapa, que permiten elevar la temperatura interna de los
tanques hasta 30 °C, favoreciendo los procesos biológicos y controlando la
presencia de malos olores a los alrededores (Orozco, 2003).
Este sistema permite reducir más del 80% de la contaminación presente en las
aguas residuales de lavado, producida por beneficiaderos que retiran el mucílago
con fermentación natural.
La figura 4 muestra el Sistema Modular de Tratamiento Anaerobio SMTA, el cual se
compone de:
Una trampa de pulpas, que evita la entrada de material suspendido con
tamaño de partícula superior a 5 mm, y cuya acumulación puede ocasionar
taponamiento de la tubería.
Uno o varios tanques de polietileno (RHA), en los cuales ocurre la
solubilización del material orgánico suspendido.
Una o más recamaras dosificadoras, que permiten el material orgánico
articulado particulado no solubilizado y el control del caudal del sistema.
Uno o más tanques de polietileno (Reactores Metanogénicos), empacados
con trozos de guadua o de botellas no retornables.
Figura 4. Sistema Modular de Tratamiento Anaerobio, referencia 300 (Manual
del Cafetero Colombiano, 2013).
4.4.2. Sistema de Tratamiento de lixiviados generados en la tecnología
Becolsub.
Para los Caficultores que remueven el mucilago con métodos mecánicos como el
desmucilaginador, y que adicionen el mucílago sobre la pulpa, se diseñó y evalúo un
sistema de tratamiento primario de lixiviados, los cuales tienen una concentración de
DQO cercana a 110.000 ppm.
El sistema consta de:
Un acondicionador de pulpa, el cual consiste en una caseta cerrada
fabricada en guadua, esterilla, ladrillo y plástico en donde se deposita la
mezcla pulpa –mucílago.
Una unidad de control de insolubles, cuyo propósito es permitir la
hidrolisis/acidogénesis de los lixiviados provenientes del acondicionador de
pulpa.
Un lecho de secado para el tratamiento de lodos provenientes de la unidad
de control de insolubles.
Un filtro preacidificador, el cual se empaca con piedra caliza y tiene como
objetivo incrementar la alcalinidad del efluente para favorecer el tratamiento
posterior en un SMTA.
Con este tratamiento se logra una remoción del DQO cercana a las 2/3 partes,
estimando una vida útil del 5 años para este sistema (Zambrano y Cárdenas, 2000).
4.5. Postratamiento de las aguas residuales del proceso del beneficio
húmedo del café.
Busca la eliminación de materia orgánica, solidos suspendidos y remoción de
nutrientes que no se alcanzaron en el sistema modular. Se logra mediante la
implementación de humedales utilizando macrófitas flotantes y emergente, con el
propósito de disminuir la concentración de la carga orgánica y de N, P, K.
(Rodríguez, 2009).
Se demostró que los efluentes del beneficio húmedo sin tratamiento pueden ser
tóxicos en el ecosistema en concentraciones superiores a 300 ppm de DQO. Las
aguas de lavado tratadas anaerobiamente son tóxicas en concentraciones
superiores a 500 ppm. Todos los efluentes deben ser tratados antes de ser vertidos
a los cuerpos de agua, inclusive aquellos provenientes del SMTA (Matuk et al,
1997).
4.6. Aprovechamiento de la pulpa y el mucílago de café.
Producción de abono Orgánico.
Producción Hongos Comestibles y Medicinales.
Ensilaje para alimentación animal.
Producción de Pectinas.
Producción de biocombustibles.
Aglomerantes para construcción y Producción de plásticos biodegradables.
5. CONCLUSIONES
Las aguas residuales que se producen en el proceso de beneficio húmedo
del fruto del café son biodegradables, pero poseen características
fisicoquímicas particularmente agresivas con el medio ambiente: pH bajo,
acidez alta, concentración de materia orgánica alta, que corresponden a
poderes contaminantes entre 60 y 240 veces superiores a las aguas
residuales domésticas (Zambrano y Rodríguez, 2008).
Los Caficultores pequeños pueden tratar el agua con un SMTA, los
medianos con un SMTA y un lecho de postratamiento y en las fincas con
grandes áreas de café que mezclan la pulpa con el mucílago, se pueden
instalar sistemas de tratamiento primario para lixiviados provenientes del
BELCOSUB, seguidos de un SMTA y de un lecho de postratamiento (Manual
del Cafetero Colombiano, 2013).
A partir de los subproductos del café se pueden generar energía renovable
(bioetanol y biogás), alimento para consumo humano (hongos), alimento
para consumo animal (Lombrices) y abono orgánico.
Se requiere el apoyo de las entidades públicas y privadas que fomenten el
uso de las tecnologías disponibles por parte de los Caficultores, al igual que
crear fuentes de financiación como apoyo a la implementación de estas
tecnologías.
Por cada millón de sacos de 60 kilogramos de café almendra producida, se
generan 162.900 toneladas de pulpa fresca, la cual es equivalente a la
contaminación generada por excretas y orina de 870.000 personas en un
año.
Se debe fomentar la conciencia ambiental a todo nivel, desde estudiantes a
productores, con el fin de poder fomentar el uso de prácticas que reduzcan el
impacto negativo ambiental en la producción y procesamiento del café.
La mejor práctica para reducir en gran medida la contaminación generada en
el procesamiento del café y la más económica, es reducir al máximo posible
el consumo de agua durante el proceso del café.
BIBLIOGRAFIA
Alvarez G., J. (1991) Despulpado de café sin agua. (Avances técnicos Cenicafé N°
164).Chinchiná. Cenicafé. 6 p.
Aristizabal A., C.; Duque O., H. (2005). Caracterización del proceso de beneficio de
café en cinco departamentos cafeteros de Colombia. Chinchiná. Cenicafé 56(4):299-
318.
Baker, P.S.; Duque O., H. (2007). Guía de para la caficultura sostenible en
Colombia. Un trabajo articulado con los caficultores, extensionistas y la comunidad.
Chinchiná (Colombia), Cenicafé. 312 p.
Calle V., H. (1977). Subproductos del café. (Boletín Técnico N.6). Chinchiná:
Cenicafé. 84 p.
Comité Departamental de cafeteros de Caldas. Informe de gestión 2014. (2015). En
http://www.federaciondecafeteros.org/particulares/es/nuestros_caficultores/
comites_departamentales/.
Federación Nacional De Cafeteros De Colombia, Centro Nacional de
Investigaciones del Café. (1984). Sección de Química Industrial. Balance de
materia en un proceso de beneficio húmedo de café. Segunda reunión del grupo de
proceso y control de calidad de café FEDERACAFE. Noviembre de 1984. Chinchiná:
Cenicafé. 19 p.
Federación Nacional De Cafeteros de Colombia, Centro Nacional de Investigaciones
del Café. (1989). Sección de Química Industrial. Chinchiná. Informe anual octubre
de 1988 – septiembre de 1989. Chinchiná: Cenicafé. 112 p.
Federación Nacional De Cafeteros De Colombia, Centro Nacional de
Investigaciones del Café. (2013). Manual del Cafeteros Colombiano. Tomo 3.
Chinchiná: Cenicafé.
Federación Nacional De Cafeteros de Colombia, Centro Nacional de Investigaciones
del Café. (2004). Cartilla Cafetera. Beneficio del café 1: Despulpado, Remoción del
Mucílago y Lavado. Tomo 2. Chinchiná: Cenicafé. 152-172.
Guía Ambiental Para El Subsector Cafetero. (2002). Dirección general ambiental
sectorial. Ministerio del medio ambiente, Federación Nacional de Cafeteros de
Colombia, Sociedad de Agricultores de Colombia. P. 11.
Matuk V. V., Puerta Q. G. I., Rodríguez V. N. (1997). Impacto biológico de los
efluentes del beneficio húmedo de café. Revista Cenicafé N° 48 (4). Chinchiná.
Cenicafé. P. 234-252.
Oliveros T., C.E.; Sanz U., J.R.; Ramírez G., C.A.; Tibaduiza V., C.A. (2013)
ECOMILL® Tecnología de bajo impacto ambiental para el lavado del café. Avance
Técnico No. 432. Chinchiná: Cenicafé.
Orozco, R. P. A., (2003). Arranque y puesta en marcha de un reactor metanogénico
tipo UAF para el tratamiento de las aguas residuales del lavado del café, tesis de
grado Universidad Nacional. Manizales.
Roa M., G., Oliveros T., C. E.; Alvarez G., J.; Ramírez G., C.A.; Alvarez H., J.R.;
Dávila A., M.T.; Zambrano F., D.A.; Puerta Q., G.I.; Rodríguez V., N. (1999).
Beneficio ecológico del café. Chinchiná: Cenicafé. 273 p.
Rodríguez V. N., (2009). Estudio de biosistemas integrado para el postratamiento de
las aguas residuales del café utilizando macrófitas acuáticas. Universidad
politécnica de Valencia. Departamento de ingeniería hidráulica y medio ambiente.
Tesis.
Uribe H., A. (1977). Constantes físicas y factores de conversión en café. Avances
Técnicos Cenicafé No 65. Chinchiná: Cenicafé.
Zambrano G. A. J., (2006). Diseño de un sistema integral para el manejo y
tratamiento de los residuos generados en la tecnología Becolsub en una finca.
Universidad Católica de Manizales. Tesis. Manizales.
Zambrano F. D. A., Cárdenas C. J., (2000). Manejo y tratamiento primario de
lixiviados producidos en la tecnología Becolsub. Avance técnico 280. Cenicafé.
Chinchiná.
Zambrano F. D. A., Rodríguez V. N., (2008). Sistema para el tratamiento de aguas
mieles: investigación aplicada en beneficio de los productores cafeteros. Cenicafé:
Chinchiná
Zambrano F. D. A., Rodríguez V. N., López P. U., Zambrano G. A. J. (2010).
Construya y opere un sistema modular de tratamiento anaerobio para las aguas
mieles. Cenicafé. Chinchiná.
Zambrano, D.; Zuluaga, J. (1993). Balance de materia en un proceso de beneficio
húmedo del café. Cenicafé 44(2): 45-55.
Zambrano F., D.; Isaza H., J. D. (1994). Lavado del café en los tanques de
fermentación. Cenicafé 45(3):106-118.
Zambrano F., D.A.; Isaza H., J. D. (1998). Demanda química de oxígeno y nitrógeno
total, de los subproductos del proceso tradicional de beneficio húmedo del café.
Cenicafé 49(4): 279-289.
Zuluaga V., J.; Zambrano F., D. A. (1993). Manejo del agua en el proceso de
beneficio húmedo del café para el control de la contaminación. Avances Técnicos
Cenicafé No. 187:1-8. Chinchiná: Cenicafé.
Recommended
