TRUJILLO - PERU
2011
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
Facultad de Ingeniería Química
Escuela Académico Profesional de Ingeniería Química
“Evaluación de los procesos de tratamiento de
las vinazas de destilerías”
Proyecto de Tesis
Para Optar el Título de
Ingeniero Químico
Autor:
Br. MARLENI ELIZABETH CASTAÑEDA PAREDES Asesor:
DR. LUIS MONCADA ALBITRES
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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TRUJILLO - PERU
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
Facultad de Ingeniería Química
Escuela Académico Profesional de Ingeniería Química
“Evaluación de los procesos de tratamiento de
las vinazas de destilerías”
Proyecto de Tesis
Para Optar el Título de
Ingeniero Químico
Autor:
Br. MARLENI ELIZABETH CASTAÑEDA PAREDES Asesor:
DR. LUIS MONCADA ALBITRES
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JURADO CALIFICADOR
---
Dr. ………
Presidente
---
Dr
. ………..Miembro
---
Dr. Luis Moncada Albitres
Miembro
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DEDICATORIA
A, Dios
Gracias padre por tu gran amor, a pesar de mí, tú siempre has sido fiel.
A mis dos madres, Lily y Marleni
A ustedes les debo mi existencia gracias por deshacerse para que yo me hiciera.
A los tres hombres de mi vida, Farid, Elohim y Noé
Ustedes son la fuerza que me mueve cada día, gracias a ustedes descubro que aun hay fuerzas cuando creo que ya no hay más.
A mis dos hermanas, Samanta y Eunice
Por su apoyo y ayuda en los momentos más difíciles
que me ha tocado pasar.
A mis dos grandes amigas, Patricia y Katherine
Grandes mujeres cuyo cariño y apoyo desinteresado me ha acompañado a lo largo de muchos años.
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UNT
V
AGRADECIMIENTO
Esta tesis de titulación, si bien ha requerido de esfuerzo y mucha dedicación por parte del autor y su asesor de tesis, no hubiese sido posible su finalización sin la cooperación desinteresada de todas y cada una de las personas que aportaron con una idea para desarrollar este trabajo y muchas de las cuales han sido un soporte muy fuerte en momentos difíciles.
Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio.
Agradecer hoy y siempre a mi familia porque se preocupan de mi bienestar, y me dan la fortaleza necesaria para seguir adelante.
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INDICE Dedicatoria III Agradecimientos V Índice VI Resumen VIII Abstract IX I. INTRODUCCIÓN 1
II. QUÉ ES LA VINAZA DE DESTILERÍA Y COMO SE PRODUCE 3
2.1 Vinazas 3
2.2 Tipos de Vinazas 3
2.3 Vinazas de destilería de jugo de caña de azúcar y melaza 4
2.4 Obtención de Etanol por Destilación de Jugo de Caña de Azúcar 5
2.4.1 Acondicionamiento 5 2.4.2 Fermentación 6 2.4.3 Separación y deshidratación 6 2.4.4 Efluentes 9 2.5 Composición de la vinaza 9
III. IMPACTO AMBIENTAL DE LAS VINAZAS 13
3.1 Opciones para el manejo de la vinaza 14
IV. OPCIONES DE ELIMINACIÓN 19
4.1 Descarga en el mar y los ríos 19 4.1.1 Consideraciones ambientales 19
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VII
4.2 La vinaza como fertilizante 23 4.2.1 Consideraciones operacionales 28 4.2.2 Consideraciones ambientales 29 4.3 Materia prima (evaporación o levadura) 31 4.3.1 Consideraciones de mercado 31 4.3.2 Métodos de producción 33 4.4 Fertilizantes (Incineración) 35 4.4.1 Consideraciones de mercado 35 4.4.2 Métodos de producción 36 4.5 Biogas (digestión anaerobia) 41 4.5.1 Consideraciones de Mercado 42 4.5.2 Métodos de Producción 44
V. IMPLICACIONES PARA LA POLÍTICA DE DESARROLLO 49 DE LA ENERGÍA
5.1 Costos 49
5.2 Normas ambientales y la ubicación de la destilería 50
5.3 Política Gubernamental 51
5.4 Una propuesta de intercambio de información para procesar la 54 información de vinaza
VI. CONCLUSIONES 57 VII. RECOMENDACIONES 58 VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 60
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RESUMEN
EVALUACIÓN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERÍAS 60 P.
Autor: Br. Marleni Elizabeth Castañeda Paredes Asesor: Dr. Luis Orlando Moncada Albitres
RESUMEN
Un elemento residual de gran potencialidad dentro de la industria alcoholera lo constituyen las vinazas de destilerías. Históricamente han sido consideradas como un subproducto indeseable de la destilación de alcohol y aún lo siguen siendo en la mayoría de los países productores de azúcar, ya que genera efectos secundarios tales como contaminación de ríos, fuentes de aguas subterráneas y mares cercanos a este tipo de industrias.
El acelerado desarrollo industrial ha conllevado restricciones cada vez más severas con relación al vertido de efluentes industriales, debiendo las destilerías tratar su citado efluente, siendo de gran utilidad encontrar nuevas alternativas para su utilización.
En este trabajo se recoge la búsqueda bibliográfica realizada con el objetivo de conocer los métodos de tratamiento más usados así como sus opciones de utilización.
PALABRAS CLAVES: Efluentes, Vinazas, Bioabono
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IX
ABSTRACT
A residual element of great potential within the alcohol industry is constituted by the stillage from distilleries. They have historically been regarded as an undesirable byproduct of the distillation of alcohol and still remain in most sugar producing countries, because it creates side effects such as pollution of rivers, groundwater sources and seas to such industries.
The rapid industrial development has led to increasingly severe restrictions with respect to the discharge of industrial effluent; distilleries must treat their effluent above, being very useful to find new alternatives for their use.
This work includes the bibliographic search in order to know the most commonly used treatment methods and their use options.
KEYWORDS: Effluent, stillage, biofertilizer
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I. INTRODUCCIÓN
El cuidado del medio ambiente ha sido de gran importancia para la humanidad, pero no es solo hasta la década del 90 que comienza a hablarse de desarrollo sostenible o sustentable, debido a la necesidad de controlar y/o disminuir la emisión de los gases de efecto invernadero, el vertimiento de residuales de alta carga dañinos para el ecosistema, la disminución o eliminación de los residuales no biodegradables y el cuidado de los recursos almacenados, fundamentalmente los hidrocarburos, como principal fuente energética del planeta. [1]
El desarrollo de procesos tecnológicos y químicos con el fin de obtener productos de gran demanda de la población, ha traído aparejado fenómenos negativos como son los provocados por los desechos industriales. Un elemento residual de gran potencialidad dentro de la industria alcoholera lo constituyen las vinazas de destilerías.
Históricamente han sido consideradas como un subproducto indeseable de la destilación del etanol y aún lo siguen siendo en la mayoría de los países productores de azúcar. Este residuo líquido presenta una alta carga de materia orgánica expresada como DQO y DBO5, iones metálicos como
hierro, cobalto, zinc, y un bajo pH. Este último afecta las comunidades biológicas de ríos, fuentes de aguas subterráneas y mares, ya que los sólidos contenidos en los residuos dificultan el paso de la luz a través del agua, y afectan la fotosíntesis y la acción auto depuradora del sistema, por lo que muchas especies biológicas desaparecen. Sin embargo, si estos desechos reciben determinados tratamientos, pudieran ser aprovechados, por lo cual dejarían de ser contaminantes, y por otro lado, se convertirían en una fuente adicional de recursos. [2]
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El acelerado desarrollo industrial ha estado vinculado a la adopción de restricciones cada vez más severas con relación al vertido de efluentes industriales. Por consiguiente, las destilerías deben tratar su citado efluente, siendo de gran utilidad encontrar nuevas alternativas para su utilización. [3]
Los desechos originados en la industria azucarera y de derivados pueden convertirse en subproductos con cierto valor económico y a la vez, evitar el impacto al medio ambiente que ocasionaría su incorrecta disposición. [1, 4]
Las vinazas de destilería de etanol se encuentran entre los residuales orgánicos de mayor efecto contaminante sobre la flora y la fauna del planeta. La problemática principal radica en que por cada litro de etanol producido a partir de miel final, se obtienen, de manera adicional, entre 10:1 y 15:1 litros de vinazas como residual, con una demanda química de oxígeno (DQO) entre 60 y 70 g/L y un pH alrededor de cuatro. [5, 6]
En muchos lugares estas vinazas son vertidas en ríos, lagos, presas y canales sin ningún tratamiento por lo que contaminan en gran medida las fuentes de aguas superficiales y subterráneas, con un fuerte impacto sobre el medio ambiente. Por citar un ejemplo, en el Perú si las 10 destilerías que forman la Asociación Peruana de Productores de Azúcar y Biocombustibles, APPAB, trabajaran a plena capacidad, las vinazas generadas, si no se trataran, crearían la misma carga contaminante que el alcantarillado doméstico de una ciudad de 4 millones de habitantes.
Las actuales perspectivas a nivelmundial de incrementar la producción dealcohol a partir de jugos y melazas para suempleo como combustible automotor, incrementa grandemente el peligro deuna mayor contaminación, si no se aplicantecnologías que disminuyan la carga contaminante.
Por todo lo anterior nos proponemos en esta oportunidad abordar el caso de las vinazas de las destilerías de alcohol por su importancia, agresividad e incremento sostenido en los próximos años.
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II. QUÉ ES LA VINAZA DE DESTILERÍA Y COMO SE PRODUCE 2.1. inazas
En los diccionarios enciclopédicos la vinaza se define como: Vino inferior que se saca de los posos y las heces. Líquido espeso que queda después de la fermentación y destilación con un color café oscuro.
Las vinazas o mostos de destilerías son los residuos líquidos que se obtienen al destilar el producto de la fermentación alcohólica de las mieles y jugos finales de caña de azúcar, remolacha, cebada y maíz. Existe una gran variedad de materias primas para la obtención de vinazas por lo que las propiedades de las mismas difieren dependiendo de su origen, tipo de levadura y productos químicos utilizados en la fermentación, características del proceso fermentativo y condiciones climáticas, tipo de destilería (autónoma o anexa) y del suelo [7].
Su constitución es líquida de color oscuro, que puede variar desde carmelita hasta casi negro, de olor fuerte debido a la presencia de melanoidinas, lo cual es avalado por los bajos valores de luminancia (Aprox. 54,4%) [8].
2.2. Tipos de Vinazas
Por la materia prima que la origina: de melaza de caña de azúcar de jugo de caña de azúcar de mieles de caña de azúcar
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de mezclas mixtas de jugo y mieles de caña de azúcar de melaza de remolacha
de maíz de cebada
Por la concentración de sólidos totales que contenga: vinaza diluida 8 a 10% de sólidos totales
vinaza semiconcentrada 20 a 30% de sólidos totales vinaza concentrada 55 a 60% de sólidos totales vinaza sólida 99 a 99.9 % de sólidos totales
2.3. Vinazas de destilería de jugo de caña de azúcar y melaza
Las vinazas o mostos de destilerías son los residuos líquidos que se obtienen al destilar el producto de la fermentación alcohólica directa de los jugos de la caña o de las mieles finales de caña (melaza).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 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
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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.
2.4. Obtención de Etanol por Destilación de Jugo de Caña de Azúcar
Es importante señalar que, el proceso productivo se inicia en el área de Campo con la preparación de los terrenos, trazado y construcción de vías de riego, drenaje y elaboración de surcos, labores previas a la siembra de la caña. Una vez concluida esta etapa, continúa la selección de la semilla y se procede a la siembra y riego de germinación, actividades que se complementan con la aplicación de abonos, control de plagas y de malezas.
Una vez tiene lugar la maduración de la caña entre los 12 y 14 meses, se procede a su cosecha, involucrando la labor agrícola del corte manual de la caña o de forma mecanizada. Se alza mecánicamente y se conduce a la fábrica por medio de azúcar y equipos de transporte, para dar comienzo a los procesos de elaboración de azúcar y alcohol.
2.4.1 Acondicionamiento
En la Fábrica, tiene lugar como fase inicial, el muestreo, pesaje y limpieza de la caña (en seco o con agua). El acondicionamiento consiste de un lavado inicial de la caña con agua a 40ºC y posteriormente una molienda o trituración donde se extrae el jugo azucarado con agua a 60ºC, retirando como subproducto el bagazo con un contenido en fibra de alrededor del 46%, que puede ser utilizado en la generación de vapor.
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El jugo de caña obtenido se somete a un proceso de clarificación en el que se le agrega óxido de calcio y una pequeña porción de ácido sulfúrico con el fin de disminuir el pH a 4,5 y provocar la hidrólisis de la sacarosa en hexosas. En el recipiente clarificador se precipita un lodo, que debe ser retirado y enviado a un filtro rotatorio al vacío. De este filtro se obtiene una torta conocida como cachaza y un filtrado que es retornado al recipiente de clarificación. Finalmente el jugo proveniente de la clarificación es esterilizado a 105ºC y enviado a la fermentación, a la cual debe ingresar con un contenido en azúcares entre 130-180 g/L [9].
2.4.2 Fermentación
En esta etapa se lleva a cabo la fermentación de glucosa y una parte de la fructosa en etanol y dióxido de carbono, mediante la levadura Saccharomycescerevisiae que es continuamente recirculada desde una centrífuga ubicada aguas abajo del fermentador. Además de la producción de etanol se tuvo en cuenta la producción en forma estequimétrica de biomasa y otras sustancias como acetaldehído, glicerol y alcoholes de fusel.
Los gases formados en la fermentación son retirados y enviados a una torre de adsorción en la cual se debe recuperar el 98% en masa del etanol arrastrado.
2.4.3 Separación y deshidratación
La destilación y la adsorción con tamices moleculares se usan para recuperar el etanol del caldo de fermentación obteniéndose etanol a 99,5% en peso de pureza. La destilación se lleva a cabo en dos columnas, la primera remueve el CO2
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disuelto (que es enviado a la torre de absorción) y la mayoría del agua obteniéndose un destilado con 50% en peso de etanol y unos fondos con una composición inferior al 0,1% en peso; en esta columna se alimenta junto al caldo de fermentación el etanol recuperado en la absorción proveniente de los gases de fermentación. La segunda columna concentra el etanol hasta una composición cercana a la azeotrópica. El agua restante es removida de la mezcla mediante adsorción en fase vapor en dos lechos de tamices moleculares. El producto de la regeneración de los tamices es recirculado a la segunda columna de destilación
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Figura 2.1. Esquema del proceso de obtención de etanol a partir de caña
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2.4.4 Efluentes
De las aguas de residuo en el proceso de obtención de etanol a partir de caña de azúcar las de mayor volumen son aquellas que provienen de los fondos de la primera columna de destilación, conocidas como vinazas.
Melazas MOL Microorganismos Etanol Fermentación Vinazas Diluidas H2O Evaporación Vinazas Concentradas CV
Figura 2.2. Esquema del proceso de obtención de vinazas concentradas a partir de fermentación alcohólica.
2.5 Composición de la vinaza
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 destilacióny de las variedades y maduración de la caña.La vinaza, resultante de la destilación demelaza fermentada, tiene una composiciónelemental interesante y contiene todos loscomponentes del vino que han sido arrastradospor el vapor de agua así como cantidades deazúcar residual y componentes volátiles. Demanera general, los constituyentes son lossiguientes:
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Sustancias inorgánicas solubles en las cuales predominan los iones K, o 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.
Usualmente, las vinazas son descargadas a altas temperaturas (95°C) y concentradas (Figura 2), contienen altas cargas de materia orgánica (polímeros nitrogenados de color café, fenoles, etc.) gran parte de la cual es recalcitrante, tienen un alto poder calorífico (Aprox. 1860 kcal/kg), contienen cenizas y presentan pHs bajos (3-5). La demanda bioquímica (DBO) y química de oxígeno (DQO) las cuales son un índice de su carácter contaminante se encuentran en un intervalo de 35 – 50 y 100 –150 g O2/L
respectivamente [10].
Están compuestas por un 93% de agua, 2% de compuestos inorgánicos (potasio, calcio, sodio, sulfatos, cloruros, nitrógeno, fósforo, etc.) y un 5% de compuestos orgánicos que volatilizan al ser calentados a 650°C [11].
Los factores que influyen en las variaciones del contenido de los diversos componentes de las vinazas son:
- Calidad de la materia prima (jugo o miel final).
- Tipo de levadura y productos químicos utilizados en la fermentación.
- Características del proceso fermentativo.
Los componentes orgánicos constituyen la fracción mayor de los mostos y están formados principalmente por:
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- Componentes presentes en las mieles que no fueron capaces de fermentar como azúcares remanentes (glucosa y fructosa). - Productos formados en la fermentación y que no fueron
extraídos en la destilación (glicerol y ácidos orgánicos). - Restos de levadura que no han sido separados en el proceso
industrial (contenido proteico).
En la Tabla 2.1 se muestran sus características físico – químicas.
TABLA 2.1
Características físico - químicas de las vinazas diluidas
Propiedad Valor medio
ºBrix 7.7 PH 4.29 Densidad (kg/m3 ) 1.031 Viscosidad (cP) 1.38 Conductividad eléctrica 16.4 Índice de refracción 1.34 Tensión superficial (Pa) 44.7 Punto de ebullición (ºC) 100.25 Calor específico (cp) (cal/ ºC g) 0.934 Calor de combustión (cal/g) 3.390
La concentración de sodio en las vinazas provenientes de caña de azúcar es más baja que la de la remolacha azucarera, altos valores de sodio son indeseables ya que pueden perjudicar el suelo y las plantas, la concentración de nitrógeno y potasio es relativamente alta mientras que la de fósforo es baja. Se ha encontrado que la adición de vinaza causa una reducción del pH que aumenta con el tiempo debido a la actividad microbiana que oxida la materia orgánica [12]. Una aproximación de los componentes de las vinazas se muestra en la tabla 2.2.
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Existe información disponible que sugiere que la mayoría de compuestos orgánicos en la vinaza de caña de azúcar son glicerol, ácido láctico, etanol y ácido acético, mientras que en la vinaza de remolacha azucarera también contiene glicerol pero su componente principal es nitrógeno rico en betaina, además pueden contener celulosa y hemicelulosa [6].
TABLA 2.2.
Composición química de las vinazas según procedencia.
Propiedad Jugo Melaza Mixto de
melaza y jugo N (kg/m3) 0.28 0.77 0.46 P2O5(kg/m3) 0.20 0.19 0.24 K2O (kg/m3) 1.47 6.00 3.6 CaO(kg/m3) 0.46 2.45 1.18 MgO (kg/m3) 0.29 1.04 0.53 SO4 (kg/m3) 1.32 3.73 2.67 Materia orgánica (kg/m3) 23.44 52.04 32.63 Fe (kg/m3) 69 80 78 Cu (kg/m3) 7 5 21 Zn (kg/m3) 2 3 19 Mn (kg/m3) 7 8 6 pH (kg/m3) 3.7 4.4 4.1
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III. IMPACTO AMBIENTAL DE LAS VINAZAS
Muchos países en todo el mundo están seriamente buscando formas de reducir sus importaciones de petróleo debido a la reciente espiral de los precios del petróleo. Ellos están mirando hacia fuentes alternativas de energía que pueden ser producidos localmente. Muchas de las nuevas tecnologías de combustibles líquidos, sin embargo, requieren grandes inversiones de capital y largos plazos antes de estar en producción a gran escala. En contraste, las destilerías de fermentación de etanol pueden entrar en producción inmediata. Gracias a la tecnología ya probada, las destileríaspueden usar una variedad de materias primas (azúcares y almidones) que se pueden producir en cualquier parte del mundo.
Existen algunos cuestionamientos al desarrollo a gran escala de alcohol combustible [14]. Muchos de los cuestionamientos giran en torno a la cuestión de que la tierra se utiliza para cultivar la materia prima, la competitividad económica de alcohol con el petróleo, o la necesidad de una fuente segura decombustibles líquidos, incluso si no es plenamente competitivo. Hay, sin embargo,también el problema de los residuos de vinaza líquida producida como un subproductodel proceso de fermentación,destilación y qué se debe hacer con él.Una destilería produce unos 13 litros de vinazapor cada litro dealcohol[15].
Una destilería típica grande, que produce 150 m3 de etanol, por lo tanto
produce un adicional de 2.000m3 de vinaza.Este volumen no es excesivo en
comparación con los volúmenes típicos de los efluentes industriales o de la capacidad hidráulica deltratamiento convencional de aguas residuales, pero cuando el volumen de la vinaza se multiplica por la concentración de la
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demanda biológica de oxígeno (DBO), que es mucho mayor que para las aguas residuales, la magnitud del problema de tratamiento del agua se vuelve enorme. Es posible obtener una perspectiva expresando la carga de DBO en términos de población equivalente. La Tabla 3.1 muestra que una destilería de 150 m3/día de melazaproducetantoDBO como las aguas residuales de una
ciudad de alrededor de 1,2 millones de habitantes.
TABLA 3.1
Población equivalente aproximada para vinazas de una destilería de melaza, asumiendo producción diaria de aguas residuales de 75 g DBO per cápita
Producción de etanol (m3 / día) Población equivalente
30 250 000 60 500 000 120 1 000 000 150 1 200 000 200 1 600 000 250 2 000 000
3.1 Opciones para el manejo de la vinaza
Todas las formas de la vinaza contienen todo lo que se añadió a la fermentación menos los azúcares fermentables además de los contenidos de metabolitos de la levadura y el contenido de células de levadura. La composición exacta de la vinaza depende de la materia prima y las técnicas de operación de destilación. Algunos análisis típicos de la vinaza se encuentran en la Tabla 2.
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TABLA 3. 2
Composición típica de la vinaza del etanol
Materia prima
Melaza Jugo de caña
pH 4.8 3.7 – 5.9 Gravedad especifica 1.05 Temperatura (oC) 90 BOD 45,000 mg/Q 20,000 mg/Q COD 113,000 mg/Q Solidos disueltos 10 % Solidos suspendidos 11 % 6 – 11 % Ceniza 3 % 2 – 3 % Materia orgánica 8 % 5 – 8 %
Todas las vinazas en base de azúcar son bajos en el pH y alto contenido de materia orgánica, lo que les da su alta DBO. El contenido de cenizas de vinaza de melaza yde jugo de caña se compone principalmente de los componentes inorgánicos de la savia de la planta de caña y es rico en potasio y magnesio.
El calcio se introduce durante la elaboración de azúcar. Los anionesprincipalespresentes son el sulfato y cloruro, y hay pequeñas cantidades de fósforo ynitrógeno. La Vinaza de melaza en general tiene una mayor carga orgánica y salqueotrosvinazas.
La vinaza puede ser manejada de varias maneras [14,16,17]: 1. Descarga de una vía fluvialo un terreno adyacente.
2. Desembocadura marítima (descarga a una distancia considerable de la costa).
3. Volver a los campos agrícolas.
4. Tratamiento de aguas residuales convencionales. 5. Laguna de tratamiento.
6. La digestión anaerobia (y la producción de metano).
7. La incineración a una ceniza que puede ser utilizado como fertilizante.
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8. Evaporación a un alimento para animales (o su utilización como pienso para la acuicultura).
Algunas características importantes de estas opciones de tratamiento de vinaza se resumen en la Tabla 3.3.Brasil ha realizado la descarga a cursos de agua (a veces con el tratamiento de laguna) y vuelto a los campos de cultivo [18]. Japón se ha incinerado la vinaza obteniendo una ceniza fertilizante, y Australia ha utilizado el tratamiento de aguas residuales convencionales, la disposición en el terreno, y desembocadura marítima[16]. Vinazas de alcohol de grano en los Estados Unidos se ha evaporado y se comercializa como alimento para animales [19].
Estas opciones varían enormemente en sus características ambientales y el grado en queson comercialmente probadas,consumo o producción deenergía, subproductos útiles, y los costos o utilidades (Tabla 3.3). Por ejemplo, tratamiento de vinazas por el método convencional de tratamiento de aguas residualesse traduciría enuna descargaecológicamente limpia, pero es muy caro. Se requeriríala expansiónsustancial de las instalaciones de tratamientoexistentes y podría añadirhasta un 20% al costo de producción del alcohol. Opciones de manejo de la vinaza, que requieren la menor inversión de capital implican la descarga de un tipo u otro. De éstas, la más barata es la descarga directamente desde la fábrica, pero esto puede tener graves consecuencias ambientales. Un poco más caro es la descarga de una desembocadura submarina, la cual no puede tener efectosperjudiciales, dependiendo de las condiciones locales. La redistribución más cara de la vinaza en los campos agrícola tiene la ventaja de la utilización de nutrientes para las plantas y acondicionadores del suelo en la vinaza, pero tiene el riesgo de efectos tóxicos ("sobrefertilización") de una aplicación excesiva. Efectos de toxicidad a partir de la aplicación de campo se puede minimizar mediante la distribución de la vinaza en un área grande, pero esto significa más gasto en el sistema de distribución.
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TABLA 3.3
Características de las opciones de manejo de vinazas de alcohol
C or rie nt e de de sca rga D esc ar ga e nel m ar Di sp os ic ión en el te rre no Tra ta m ie nt od e agua sr es id ual es Lagu na de tra tami en to Di ge st ió na nae ró bi ca Inc in er ac ión Eva pora ci ón In du str ial Eva pora ci ón s ol ar Energía Energía neta 0 - - - 0 + +b - 0 Economía Costo de capital L L-M L-M Ha M H H H L-M Costos de Operación L L M-H H L M M M L Tratamiento posterior N N N N Y Y N N N
Utilidad del producto N N Y N N Y Y Y Y
Impacto Ambiental
Efecto sobre el terreno 0 0 H L M L 0 0 M
Impacto sobre calidad del agua H M-H L-M L L 0-L 0 0 0 Impacto sobre calidad del aire 0 0 L-M 0 0 L L L L-M
Olor M-H L-M L-M L L-M L-M 0 L L-M
Flora ya fauna M-H L-M L-M L L L 0 0 L
0 Nulo H Alto a Costo de capital de la destilería es bajo si se toma ventajas de los servicios municipales
- Negativo N No b Varia con la materia prima
+ Positivo Y Si L Bajo M Moderado
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Cuatro productos principales que se pueden derivar de la vinazason alimento para el ganado, levadura forrajera, fertilizantes y biogás. El concepto de utilización de la vinaza implica la producción y venta de subproductos comercializables o la utilización por la propia destilería.Los ingresos de las ventas por producto puede cubrir el costo de la recuperación de subproductos, o incluso producir un flujo de caja rentable. Sin embargo, el costo de capital de la recuperación de subproductos útiles es considerablemente mayor que los costos de eliminación simple, a menudo tanto como la propia destilación. Si no se puede encontrar mercados (o uso interno), los subproductos pueden ser de valor negativo a la destilería.
Existen numerosas ventajas y desventajas a considerar en las opciones de manejo de la vinaza. Una revisión de algunas de las opciones disponibles y potenciales, a continuación con más detalle, pero hay que subrayar que no existe una solución simple a los problemas de aguas residuales de la destilería. La elección de un método de tratamiento de vinaza depende de una serie de factores:
1. Las características de las aguas residuales. 2. Ambiental aplicable y las normas de emisión. 3. Las necesidades de energía de la destilería. 4. Laeconomía.
5. Disponibilidad y costo de la tierra.
6. La ubicación de la destilería en relación con las aguas receptoras y de los mercados de subproductos.
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IV. OPCIONES DE ELIMINACIÓN 4.1 Descarga en el mar y los ríos
El método más simple de la eliminación de la vinaza es vertido en un cuerpo de agua convenientemente ubicado como un río o un océano. Dependiendo de la proximidad de la masa de agua, esto también podría ser el método más barato disponible en términos de capital y costos operativos, incluyendo los costos de energía. Por lo tanto, este método se espera que tenga un uso considerable. Aun cuando la eliminación acuática de la vinaza puede ser visto como "botar" un recurso valioso y puede conducir a la contaminación del agua si se realiza en exceso, sin embargo, puede ser una medida provisional hasta que un atractivo sistema de recuperación de productos esté en su lugar.
4.1.1 Consideraciones ambientales
La Tabla 4.1 enumera algunos de los efectos de la vinaza en la calidad del agua. Cuando la vinaza se agrega a un cuerpo de agua, el contenido de oxígeno disuelto en el agua se reduce rápidamente. El grado de reducción dependerá de los volúmenes relativos de la vinaza y el agua, el contenido de oxígeno original del agua, y el relleno natural de oxígeno disuelto en formas tales como la afluencia de agua dulce y la aireación de la superficie. Agotamiento del oxígeno disuelto puede proceder a un punto donde el organismo aeróbico
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(bacterias aeróbicas para los peces) ya no puede sobrevivir. Cuando prevalecen condiciones anaeróbicas, el canal puede ser desagradable, como mal olor si se producen compuestos de azufre reducidos.
TABLA 4.1
Impacto ambiental de la vinaza de alcohol en la calidad del agua y el ecosistema acuático
* El agotamiento del oxígeno disuelto * Decoloración
* Olores
La eutrofización
La salinización (en agua dulce) Acidificación
Aumento de la temperatura del agua (a nivel local)
* Cambios en la composición de especies de flora y fauna acuáticas, mortandad de peces(en casos extremos)
* Impactos más significativos
La reoxigenación natural generalmente puede reponer el contenido de oxígeno reducido de un cuerpo de agua si la vinaza es lo suficientemente diluida. La cantidad de dilución necesaria varía según las condiciones ambientales, pero la cantidad de agua implicada se puede apreciar al considerar un ejemplo en el que se supone se debe permitir que la vinaza aumente la DBO por no más de 20 mg / l. Una destilería de melazas produciendo 150 m3 de etanol/día, produce alrededor
de 2000 m3 de vinaza a 45.000 mg/ l de DBO requeriría una dilución de 2250 a 1 para lograr una concentración final de 20 mg de DBO /l. Serían necesarios 4.5 Mm3/día de agua para la dilución, el volumen de agua que sólo estaría disponible en el océano, o un gran río. Incluso con esta solución, el color de la
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mezcla final sería de alrededor de 30 unidades Hazen, más bien oscura y, posiblemente, inaceptable para el público.
Efectos de la pesca dependen de los volúmenes relativos de la vinaza y el flujo de agua. La importancia social de estos efectos depende de la importancia de la pesca para la subsistencia y el sustento de las comunidades involucradas. La importancia para la recreación también depende del uso recreativo actual y potencial de los cursos de agua y sus alrededores. Los efectos pueden ir desde la destrucción de la pesca a los problemas estéticos, como mal olor o color del agua.
Es improbable que la destilería de melaza de 150 m3/día
en la discusión precedente pudiera descargar en cualquier lugar del río más grande sin un efecto excesivo sobre el ecosistema. Cuanto menor es la destilería más posibilidades de que la descarga a una corriente podría ser una opción de eliminación razonablemente satisfactoria. Sin embargo, incluso una destilería de jugo de caña relativamente pequeña (30 m3/día) podría requerir un caudal de 900.000 m3 /día para no
superar un aumento de 20 mg/ l de DBO. Este flujo puede estar disponible en las cuencas fluviales más grandes, pero los efectos sobre otros usos del agua tendrían que ser considerados cuidadosamente.
Efectos sobre el agua potable pueden variar desde pequeños cambios en el color, de mayor contenido de sal y al agotamiento másico del oxígeno provocando la muerte de peces y otros organismos. Los cambios menores pueden ser aceptables en el tratamiento corriente del agua, pero los cambios más drásticos sólo se pueden corregir con un aumento de los costos de tratamiento de agua. Si la corriente en la que se descarga la vinaza se utiliza como una fuente de agua de riego, entonces, la vinaza puede realmente
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impartir algún beneficio a los cultivos de regadío. Esto será en lugares específicos, sin embargo, y en función del volumen relativo de agua de riego y las necesidades de nutrientes del cultivo. En algunas áreas, el riego y posteriores niveles más altos de agua está aumentando la salinidad del río y afectan a los usuarios aguas abajo. La vinaza podría exacerbar este problema.
El mar ha sido considerado como un gran cuerpo, de asimilación de recepción de los residuos vertidos. Con suficiente dispersión, las aguas del mar con facilidad, deben adaptarse a la alta DBO, el contenido de sal, y el pH bajo de la vinaza.
Vinaza puede entrar en el océano indirectamente por medio de la descarga de un estuario o un arroyo cercano. Esta sería la opción menos costosa para una destilería que no se encuentra junto al océano. A menos que la corriente sea grande, puede que no haya una dilución suficiente y restos de descarga pueden afectar los ecosistemas y estuarios. Los efectos negativos pueden tomar la forma de agotamiento del oxígeno, exceso de nutrientes alterando los balances de nutrientes, color y turbidez y disminución de disponibilidad de la luz a los organismos fotosintéticos. Si la dispersión es suficiente, los efectos pueden ser positivos, con la materia orgánica y nutriente en la vinaza estimulando la productividad a través de la cadena alimenticia. Debido a la importancia de los estuarios en el total de los ecosistemas marinos y su importancia como cultivo para la pesca comercial y de subsistencia, una evaluación adecuada de los posibles efectos es imprescindible.
Las destilerías ubicadas cerca al mar tienen una opción de muy bajo costo de llevar por tubería la vinaza a la costa y descargarla al mar. Las mejores posibilidades de lograr la
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dispersión de la vinaza son suficientes por la descarga en aguas profundas o diseñado cuidadosamente sistemas de difusión. Barcazas y descargas en aguas profundas son posibilidades pero a causa de costos de capital y de operación y la dependencia del tiempo, la selección de tal sistema es poco probable. Allí podría ser puesta la vinaza que se ha concentrado por evaporación, pero la evaporación conlleva en una ampliación de capital de fábrica y los costos de operación y consume más energía.
En alta mar los sistemas de difusores son más prometedores. El diseño y la ubicación de un difusor dependen de la dilución requerida y en las condiciones locales de las mareas, las corrientes y el fondo del mar, que puede ser evaluada por estudios hidrológicos. Impactos ambientales a ser considerados son los de la costa adyacente y estuarios, así como los arrecifes de coral, que son particularmente sensibles a pequeños cambios en la carga de nutrientes. Consideraciones ecológicas deberían influir en las decisiones de localización y, en el caso de los sistemas de arrecifes de coral, pueden determinar que el difusor se encuentra fuera de arrecifes. Algunos lugares se adecuan perfectamente a la descarga al mar, debido a aguas muy profundas o fuertes corrientes costeras. El tendido de tuberías costa afuera es posible, pero puede ser costoso debido al terreno del fondo del mar. Control de bombeo y el medio ambiente son costos adicionales.
4.2 La vinaza como fertilizante
El uso de la vinaza como fertilizante de los cultivos de irrigación y la caña de azúcar parece atractivo. La caña de azúcar requiere grandes cantidades de agua y nutrientes inorgánicos, los cuales puede proporcionar la vinaza. Parece lógico que devolver
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este material a los campos, en sustitución de la adquisición de fertilizantes y complementar el riego.
Es la utilización más ampliamente difundida de las vinazas desde mediados del siglo XX, que aparte del sustancial ahorro de agua que origina en el regadío de la caña donde son empleadas; aporta nitrógeno (N2 que se señalará por N), fósforo (P2O5 que se
designará por P) y potasio (K2O que se representará por K) que
sustituye fertilizantes químicos de formulación NPK. La tabla 4.2 muestra parcialmente un estudio cubano realizado al respecto
TABLA 4.2 Balance de N, P y K INDICADOR Demanda en kg/m3 de etanol % de la Demanda N P K N P K
Demanda para la producción 30 5 30 100 100 100 Contenido en las vinazas 4 3 20 13 60 67
Se aprecia que el K seguido del P son los nutrientes principales que aportan las vinazas a los suelos cañeros, cuando se emplean en fertirriego.
Para su utilización es requisito determinar realmente las necesidades de cada elemento químico en los suelos donde se aplicarán, y las características edáficas entre otros.
En Cuba se regula esta utilización según una metodología elaborada como norma nacional que se muestra en la Tabla 4.3, general para residuales de la industria azucarera incluida las vinazas.
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TABLA 4.3
Criterios de evaluación para las aguas residuales de la industria azucarera que se utilizarán en el riego de la caña de azúcar.
Criterios Conductividad Eléctrica (CE) mmhos/cm) Sales Solubles Totales (SST) ppm Relación de Abs. de Sodio (RAS) pH Buena < 1.50 < 960 < 4 6-7 Regular 1.50-1.80 960-1150 4-7 5-6 7-7.8 Mala 1.80-2.40 1150-1530 7-10 4-5 7.8-8.4 No se debe utilizar > 2.4 > 1530 > 10 > 8.4 < 4
Estos criterios están avalados por resultados de investigaciones científicas nacionales y extranjeras, realizadas desde la década del 60 del siglo pasado; con un grado de minuciosidad muy preciso para su aplicación práctica, con dilución con agua de riego de 1:6 a 1:10 entre otras indicaciones, recogido en este documento.
Las vinazas no tienen idénticas características con el mismo sustrato en cada destilería, y mucho menos con sustratos diferentes. Una compilación al respecto se muestra en la Tabla 4.4.
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TABLA 4.4
Características medias de vinazas de diferentes sustratos de caña
INDICADOR Melaza de caña azucarera Jugos de caña azucarera Mezcla de jugos de caña energética y melaza de caña pH 4,2- 5,0 3,7- 4,6 4,0- 4,8 Demanda biológica de oxígeno (DBO), mg/L 25 000- 30 000 6 000-16 500 10 000- 13 000 Demanda química de oxígeno (DQO), mg/L 65 000- 70 000 15 000- 33 000 30 000- 42 000 Sólidos Totales (ST), mg/L 81 500 23 700 45 500 Sólidos Volátiles (SV), mg/L 60 000 20 000 38 000 N, mg/L 450- 1 610 150- 700 300- 900 P, mg/L 180-290 10-210 100- 180 K, mg/L 450- 5 100 130- 1 540 350- 2 100 Relación carbono(C)/N 16,0- 16,3 19,7- 21,1 17,3- 18,6 Materia orgánica, mg/L 63 400 19 500 42 000 Azúcares Reductores, mg/L 9500 7 900 11 000
Puede apreciarse que los Azúcares Reductores más altos son cuando las vinazas proceden del sustrato de jugos de caña energética y melazas, toda vez que estos jugos traen azúcares naturales no fermentables desde los cañaverales, lo cual es una de las diferencias con relación a los jugos de caña azucarera tradicionales.
suelo.
La Tabla 4.5 muestra las dosis a emplear según el tipo de
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TABLA 4.5
Fertirriego de vinazas por tipo de suelos
TIPO DE SUELO Normas Parciales Netas
(m3/ ha) Ferralítico Rojo 320 Sialítico cálcico 400 Ferralítico carcítico 220 Sialítico no cálcico 330 Vertisuelos 430
No obstante, antes se indicó que es una guía para estimar, toda vez que primero hay que caracterizar los suelos, determinar el N, P y K, realizar los balances; y entonces aplicar el fertirriego con ajustes de la dosificación.
En época de lluvia esta utilización de las vinazas tiene sus limitantes, toda vez que por lo general los suelos están muy húmedos o saturados por las lluvias, y cualquier fertirrigación puede escurrir superficialmente hacia arroyos, ríos y presas causando serias contaminaciones en las aguas, con mortandad de peces como lamentablemente hace poco más de 15 años sucedía.
Nota.- En el caso cubano, más del 60% de las vinazas originadas en sus destilerías se utilizan en fertirriego, con el doble propósito de ahorro de agua y enmienda orgánica a los suelos agrícolas cañeros, con demostrados positivos resultados también en la microbiótica de los terrenos, que favorece la formación del humus; no como una solución paliativa a la disposición final de las vinazas para mitigar el riesgo de daño medio ambiental, como sucedió muy generalizado hasta finales del siglo pasado.
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4.2.1 Consideraciones operacionales
Las siguientes preguntas planteadas frente a una serie de cuestiones en la evaluación de la viabilidad de la vinaza como irrigación o fertilizante para la caña de azúcar:
1. ¿Cuál es el requerimiento de fertilizantes en el cultivo?
2. ¿Cuál es el requerimiento de agua de los cultivos? ¿Cuánto de ese requerimiento quedará satisfecho por la lluvia y el riego ya existente?¿Es necesario el riego suplementario? 3. ¿Cuál es el contenido de los fertilizantes y el equilibrio de la
vinaza?¿Cuál es el volumen de vinaza disponible?
4. ¿En qué estaciones son requeridos por el cultivo el agua de riego y los fertilizantes? Cuando se dispone de la vinaza? 5. ¿A qué distancia se encuentra el cultivo de la destilería?
¿Hasta qué punto la vinaza puede transportarse económicamente?
6. ¿Cómo será aplicada la vinaza? ¿Cuáles serán las consecuencias de la sobre aplicación de la vinaza?
7. ¿Quién controla el cultivo? ¿Cómo afectará esto a la gestión de la distribución de la vinaza?
8. ¿Qué normas y reglamentos se refieren a este tipo de aplicación de efluentes? ¿Quién es responsable de la contaminación del agua después de la aplicación de vinaza en un cultivo?
9. ¿Qué se debe hacer con la vinaza u otras aguas residuales no requeridas para la cosecha (a causa de exceso de volumen, el exceso de fertilizante, o razones de temporada)?
Una destilería de melazas es probable que opere todo el año, pero una destilería de jugo de caña sólo funciona cuando la caña está disponible. Una destilería de melazas puede estar en una situación de desventaja para las aplicaciones de sus vinazas a la tierra, ya que puede producir la vinaza en momentos en que el cultivo no requiere de riego. Una destilería de jugo de caña normalmente se
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encuentra cerca de su oferta de caña, pero una destilería de melaza puede ser ubicada en el centro para el suministro de la melaza de una serie de ingenios azucareros. Las sales en la vinaza, por lo tanto, han venido de un área grande y deben ser redistribuidas a un área grande si la sobre aplicación debe ser evitada.
La vinaza puede ser mezclada con agua de riego para entregar en la cosecha, o puede ser instalado un sistema especial de distribución tales como tuberías para los cultivos cerca de la destilería, pero los sitios más distantes sólo pueden ser servidos por tanques, que consumen combustible líquido. La organización de la distribución y la aplicación de vinaza se facilita si los operadores de la destilería también controlan el cultivo a tratar. La caña para una destilería de jugo o complejo integrado ingenio / destilería puede provenir de organizaciones de producción que van desde estados altamente organizados gestionados por el operador de una destilería, a un gran número de pequeñas propiedades operadas por pequeños productores.
4.2.2 Consideraciones ambientales
En el tratamiento de los fertilizantes tradicionales, la cuestión de la gestión es: "¿Cómo pequeñas cantidades de fertilizante puede ser agregado y lograr un aumento significativo en el rendimiento?". Con la vinaza como fertilizante, el objetivo es reducir al mínimo los costos de distribución.
Debido a que la vinaza contiene considerablemente más potasio que nitrógeno o fósforo, la cuestión de la gestión también se convierte en:" ¿Cuánto potasio puede ser añadido en forma de vinaza antes de la disminución de la producción ?".
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Efectos de la sobre aplicación de potasio pueden ser a corto plazo los cambios en la calidad de la caña y el aumento del contenido de cenizas de azúcar producido a partir de ella [20].
La cuestión más importante, sin embargo, es a largo plazo la productividad de la tierra de caña. Experiencias en la aplicación intensiva de la vinaza a las tierras de en Australia (la destilería operada por CSR Limited en Sarina, Queensland) ha indicado que las sales se acumulan en el suelo hasta que la vegetación ya no es compatible [21]. Aunque esto es reversible, los efectos provisionales sobre la viabilidad de la industria podrían ser graves.
Una cuestión importante es la responsabilidad por la contaminación y otros problemas causados por el mal uso o accidentes en el manejo de la vinaza. Un derrame del material concentrado o fuertes lluvias, poco después de la aplicación a un campo de caña podría conducir a una grave contaminación de un curso de agua. Si el derrame, la escorrentía, o una fuga de lavado se produce en o desde la propiedad de un productor, es responsable el operador de la destilería? ¿Es su responsabilidad final en la puerta de la destilería o la puerta del campo de siembra? ¿Quién es responsable durante el transporte?
Otro problema importante con la vinaza es el olor, sobre todo en soluciones acuosas, que rápidamente se vuelven anaeróbicos. Esto puede ocurrir en los campos de caña, cuando la lluvia sigue a la aplicación de vinaza. Las precipitaciones también pueden causar que aparezca las sales y el color en los lixiviados de los campos de caña y puede afectar a la calidad del agua río abajo. Reproducción de las moscas, que se ha producido en los sitios de tratamiento intensivo de la tierra, también puede ser un problema en las tierras de caña.
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4.3 Materia prima (evaporación o levadura)
La vinaza se puede utilizar como materia prima para la producción de levadura como un aditivo de alto valor proteico para alimentación animal. También se puede concentrar a la consistencia de melaza y se añade al alimento para el ganado, que actúa como un agente de unión y aportando nutrientes. Las vinazas de fermentación basada en maíz tiene un alto valor como alimento para el ganado, pero la vinaza de la fermentación de la melaza tiene un valor de mercado significativamente inferior como alimento para el ganado, principalmente debido a lagran cantidad de potasio que contiene.
4.3.1 Consideraciones de mercado
Debido a que la melaza se ha utilizado para la alimentación del ganado, la vinaza de melaza puede encontrar un mercado como alimento para el ganado mediante la sustitución de la melaza que se ha desviado de alimento para el ganado a las destilerías. Tal puede ser el caso en Hawai, donde actualmente la mayor parte de la melaza producida es exportada a los Estados Unidos para su uso como alimento para el ganado. Muchos otros países no han intensificado las operaciones de engorde de ganado, por lo que la demanda interna de vinaza para la alimentación de ganado podría ser dudosa.
Los desarrolladores de nuevas destilerías tendrían que estar seguros de la viabilidad del mercado de alimento para el ganado antes de comprometerse a la concentración de la vinaza. Un colapso del mercado podría tener efectos desastrosos sobre la economía de la producción de etanol y dejar la destilería, con un problema de eliminación de vinaza. El desarrollo de proyectos de fermentación a gran escala incluye, en muchos casos, los planes para la producción de alimentos a partir de vinazas. Por lo tanto puede ser una gran oferta de
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alimento disponible. Debido a que la vinaza de jugo de caña y destilerías de yuca tiene un valor significativamente con menos nutrientes que la de una destilería de melazas, es probable que el costo de capital involucrado en la producción de un concentrado de vinazas de jugo de caña o yuca podría ser justificado.
TABLA 4.6
Indicadores básicos de explotación/t levadura base seca
ESPECIFICACIÓN ÍNDICE
Melaza de caña 0
Vinazas de sustratos de caña 65 m3 Sulfato de amonio 380 kg/t Fosfato de amonio 110 kg/t Ácido sulfúrico 100 kg/t Antiespumante 20 kg/t Agua 135 m3 Vapor saturado 3 t/t Electricidad 900 kw-h Fuerza de operación 0,06 hombre-mes
La probable demanda estacional o la exportación de vinaza como alimento para el ganado pueden requerir una mayor concentración del material para evitar su deterioro durante el transporte o almacenamiento, añadiendo los costos de energía a los costes de producción.
4.3.2 Métodos de producción
Se ha propuesto la evaporación del agua de la vinaza en estanques solares abiertos como un método para
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producir un lodo seco de alimento para el ganado o fertilizante. Sin embargo, podría ser necesario grandes extensiones de tierra, dependiendo de la producción de las fábricas y las tasas netas de evaporación, y la vinaza concentrada es un medio excelente para obtener estos productos. Este método podría ser una propuesta viable y de bajo costo de capital en áreas con abundante terreno y de bajo costo y un exceso de evaporación sobre la precipitación. El estanque tendría que ser diseñado y manejado para minimizar o controlar la reproducción de insectos y evitar desbordes durante las fuertes lluvias para evitar la contaminación de cuerpos de agua cercanos. Tienen que ser desarrollados los métodos adecuados de eliminación de lodos, el manejo y utilización.
El método principal para la producción de alimento para el ganado es por eliminación de agua mediante la evaporación. La vinaza de melaza, sin embargo, ha sido difícil concentrarse con evaporadores de efectos múltiples, y la ampliación de las superficies de transferencia de calor es un problema recurrente. Las cantidades de alimento producidas por una planta de evaporación serán costosas y requieren la participación significativa de energía, además de los requerimientos de energía neta de la destilería. Las soluciones a los problemas de escalamiento pueden requerir sistemas complejos de limpieza, y eliminación de efluentes, añadiendo al coste de capital.
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Vinazas Miel Final Agua Proceso Fosfato Sulfato
Sol. Miel Sol. Fosfato Sol. Sulfato
Aire Fermentación Ácido Sulfúrico
Agua Enfriam. Desemulsión Antiespumante
Separación Efluentes
Termólisis
Despacho Preservación Evaporación Secado Envasado
Figura 4.1. Diagrama de Bloques Levadura de Melaza
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Puede apreciarse que se originan Efluentes cuya carga orgánica es de 30% a 50% menor que la vinaza original, por lo que tiene la función asociada de planta de tratamiento de vinazas.
Candida utilis puede producir cantidades significativas
de levaduras de alta calidad para la alimentación animal cuando se cultivan en la vinaza bien aireada. La DBO de las vinazas sólo se reduce en un 50% en la producción de levadura, por lo que aún queda un residuo substancial. También habría un requerimiento substancial de energía para la aireación, y un control más complejo de lo que se necesita para la producción de etanol. Los nutrientes pueden ser necesarios para lograr el crecimiento de levadura. Se requiere capacidad de fermentación adicional (aproximadamente igual a la utilizada para la producción de etanol), así como los equipos de recuperación de la levadura (por ejemplo, centrifugadoras) y el equipo de deshidratación (como rodillos detambor). Los costos de capital y costos de operación son altos, y los riesgos existentes para tener rentabilidad de mercado para la levadura, son por lo tanto, considerables. Es esencial el establecimiento de mercados seguros para la levadura antes de hacer un compromiso con esta opción.
4.4 Fertilizantes (Incineración)
4.4.1 Consideraciones de mercado
En la medida en que las sales de potasio y otros en la vinaza pueden sustituir a los fertilizantes comerciales para la agricultura, la vinaza o derivados de la misma tendrán un valor de mercado. El valor de venta dependerá del valor de los fertilizantes reemplazados, la compatibilidad del material de la
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vinaza con la prácticade aplicaciones existente y la posible necesidad de la compra de otros materiales para complementar los desequilibrios de nutrientes en la vinaza fertilizante. El valor de mercado tendrá que ser suficiente para cubrir los costes de distribución de la vinaza fertilizante, incluyendo los costos de capital. En 1978, la vinaza de la destilería, Queensland en Australia (50.000 m3/año de capacidad) tenía un valor de
alrededor de EE.UU. $ 6,5 millones, valor expresado en términos de los fertilizantes comerciales que podría sustituir [21]. La corriente de vinaza contiene aproximadamente 1100 mg de nitrógeno, 100 mg de fósforo, 6300 mg de potasio, 1.200 mg de calcio, y 800 mg magnesio. Un potencial valor tan alto es suficiente para generar un interés en la recuperación y distribución, pero el potencial sólo se puede lograr si el material puede ser entregado a la siembra en una forma utilizable a un precio competitivo con alternativas convencionales.
4.4.2 Métodos de producción
La concentración de nutrientes de vinaza podría llevarse a cabo si los componentes orgánicos fueran retenidos por una membrana que permita solo el paso de las sales. Debido a que está presente una proporción significativa de materia orgánica de bajo peso molecular, será necesaria una membrana con un límite de corte de peso molecular 1000. Algunos trabajos de laboratorio se ha hecho, y hay una gran cantidad de potencial para mejorar la tecnología en esta área. También se han propuesto técnicas de electrodiálisis, pero todavía queda mucho trabajo antes de que estos sistemas se puedan aplicar a escala comercial.
Los incineradores pueden ser diseñados para producir un producto de ceniza soluble con un excelente potencial para su uso como fertilizante. Esto tiene la ventaja de facilitar el
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