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Uso y reutilización de agua en la industria de la caña de azúcar en Brasil
Autor: André Elia Neto
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Uso y reutilización de agua en la industria de la caña de azúcar en Brasil
Guatemala, 08/08/2017
Agradecimientos:
- Ing. Omar Enrique Escobar Solís Presidente ATAGUA- Licda. María Estela Brán de López Admin. ATAGUA- Joel Morales
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Contenidos:
Flujograma de agua de proceso
Agua utilizada en el proceso industrial
Uso y reutilización de agua en el sector de la caña
Usinas y cuencas hidrográficas
Efluentes industriales
Tratamiento de los efluentes
Vinaza
Avances tecnológicos
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Introducción
Engº André Elia Neto
Coordenador Técnico da Publicação
CTC - CENTRO DE TECNOLOGIA CANAVIEIRA
São Paulo, SP 02/12/2009
Descargar: www.ctcanavieira.com.br (em publicações)
Manual de Conservación y Reuso de Agua en la Agroindustria
Sucroenergética
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5
Proceso IndustrialFuente: folleto de la Usina Santa Elisa
Recepción, Preparación y
Extracción
Producción
de Energía
Preparación del Caldo
Fábrica de Azúcar
Destilación
del Etanol
Fermentación
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6
Usos Medios de AguaSector Finalidad Uso Específico Uso medio
[m3/t.caña] [%]
Alimentación,
preparación y
extracción
(moliendas y
difusores)
Lavado de caña 2,200 m3/t.caña.total 2,200 9,9
Embebido de la molienda 0,250 m3/t.caña.total 0,250 1,1
Enfriamiento de las moliendas 0,035 m3/t.cana.total 0,035 0,2
Enfriamiento del aceite de la molienda 0,130 m3/t.cana.total 0,130 0,6
Subtotal 2,615 11,8
Tratamiento
de caldo
Enfriamiento de la columna de
sulfitación (*1)
0,100 m3/t.cana.azucar 0,050 0,2
Preparación de leche de cal 0,030 m3/t.caña.total 0,030 0,1
Preparación de polímero (*1) 0,015 m3/t.caña.azucar 0,008 0,0
Calentamiento
del caldo
p/ azucar (*1) 160 kg.vapor/t.caña.azucar 0,080 0,4
p/ etanol (*2) e (*4) 50 kg.vapor/t.caña.etanol 0,025 0,1
Lavado de la torta de filtro rotativo 0,030 m3/ t.caña.total 0,030 0,1
Condensadores de los filtros 0,30 0 a 0,350 m3/t.caña.total 0,350 1,6
Subtotal 0,573 2,6
(* 1) elementos que no participan en el proceso del etanol;(* 2) los que no participan en el proceso de azúcar;(* 3) los que participan sólo en el caso de producción de energía excedente no se computan en las sumas;(* 4) recuperándose el calor del caldo para mosto.
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
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7
Usos Medios de Agua
Sector Finalidad Uso Específico Uso medio
[m3/t.caña] [%]
Fábrica de
açúcar (*1)
Vapor para la evaporación 0,414 t/t.caña.azucar 0,207 0,9
Condensadores / multijatos
evaporación
4 a 5 m3/t.caña.azucar 2,250 10,2
Vapor para cocción 0,170 t/t. caña.azucar 0,085 0,4
Condensadores / multijatos
cocción
8 a 15 m3/t.caña.azucar 5,750 26,0
Dilución de meles y magmas 0,050 m3/t.caña.azucar 0,030 0,1
Retraso de la cocción 0,020 m3/t.caña.azucar 0,010 0,0
Lavado de azúcar (1/3 de agua y
2/3 de vapor)
0,030 m3/t.caña.azucar 0,015 0,1
Retención de polvo de azúcar 0,040 m3/t.caña.azucar 0,020 0,1
Subtotal 8,367 37,8
(* 1) elementos que no participan en el proceso del etanol;(* 2) los que no participan en el proceso de azúcar;(* 3) los que participan sólo en el caso de producción de energía excedente no se computan en las sumas;(* 4) recuperándose el calor del caldo para mosto.
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
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Usos Medios de Agua
Sector Finalidad Uso Específico Uso medio
[m3/t.caña] [%]
Fermentación (*2) Preparación del mosto 0 a 10 m3/m3 etanol.residual 0,100 0,5
Resfriamento do Caldo 30 m3/m3etanol 1,250 5,6
Preparación del pie de cuba 0,010 m3/m3etanol 0,001 0,0
Lavado de gases CO2 de la
fermentación
1,5 a 3,6 m3/m3etanol 0,015 0,1
Enfriamiento de dornas 60 a 80 m3/m3etanol 3,000 13,6
Subtotal 4,366 19,7
Destilaria (*2) Calentamiento del caldo (c/ vapor) 3,5 a 5 kg/m3etanol 0,360 1,6
Enfriamiento de los
condensadores de etanol
80 a 120 m3/m3etanol 3,500 15,8
Subtotal 3,860 17,4
(* 1) elementos que no participan en el proceso del etanol;(* 2) los que no participan en el proceso de azúcar;(* 3) los que participan sólo en el caso de producción de energía excedente no se computan en las sumas;(* 4) recuperándose el calor del caldo para mosto.
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
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9
Usos Medios de Agua
Sector Finalidad Uso Específico Uso medio
[m3/t.caña] [%]
Geração de
Energia
Producción de vapor directo 400 a 600 kg/t.caña.total 0,500 2,3
Des sobrecalentamiento 0,030 l/kg.vapor 0,015 0,1
Lavado de gases de la caldera 2,0 m3/t.vapor 1,000 4,5
Limpieza de los ceniceros 0,500 m3/t.vapor 0,250 1,1
Enfriamiento de los
turbogeneradores
15 l/kW 0,500 2,3
Agua torres de condensación (*3) 38 m3/t.vapor 6,0 (*3) 27,1
Subtotal 2,265 10,2
Otros Limpieza de pisos y equipos 0,050 m3/t.caña.total 0,050 0,2
Uso potable 70 l/empleado.día 0,030 0,1
Subtotal 0,080 0,4
Total 22,126 100
(* 1) elementos que no participan en el proceso del etanol;(* 2) los que no participan en el proceso de azúcar;(* 3) los que participan sólo en el caso de producción de energía excedente no se computan en las sumas;(* 4) recuperándose el calor del caldo para mosto.
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
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10
Usos medios de agua en los sectores
Distribuição Média dos Usos Setoriais de Água na
Indústria Sucroenergética
Generación
de Energía;
10%
Otros; 0%
Fermentación
; 20%
Fábrica de
azúcar; 38%
Tratamiento
de caldo; 3%
Destilería;
17%
Alimentação,
preparo e
extração; 12%
• Usinas con destilería adjunta
utiliza cerca de 22 m3 / t.cana
• "Mix" de producción de
alrededor del 50% de caña
para azúcar y el 50% para la
producción del alcohol.
• Los volúmenes de agua
utilizados para el alcohol y el
azúcar se equivalen (~ 38%)
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
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11
Distribución de los Usos y Reusos del Agua
Directrices: captación mínima y lanzamiento cero
• Práctica de reducción y reutilización de agua
• Circuitos cerrados
• Aguas residuales para la agricultura
Metas para la gestión de aguas para el sector
Captura (m3/t.caña) 1,0
Consumo (m3/t.caña) 1,0
Lanzamiento (m3/t.caña) zero
Uso medio = 22 m3/t.canaExisten usinas que captan agua con
tasas menores aún (hasta 0,5 m3 / t caña)
Distribuição Média dos Usos Pontuais de
Água na Indústria Sucroenergética
Lavagem de
Gases
Caldeira
5%
Demais
14%
Resfriament
o de Dornas
e Caldo
19%
Condensador
es/Multijatos
Cozedores
26%
Condensador
es/Multijatos
Evaporação
10%
Lavagem de
Cana
10%
Resfriament
o dos
Condensador
es
16%
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
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12
DISMINUCIÓN DE LA CAPTURA DE AGUA
Curva de Tendência da Taxa de Captação de Água na
Indústria Canavieira
02
468
10
12141618
2022
1970 1980 1990 2000 2010 2020
Taxa d
e C
ap
tação
[m
3/t
.can
a]
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
Protocolo
Agroambiental, SP
Meta = 1 m3/t cana
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CONSUMO DE AGUA EN LAS USINAS DE CANA DE AZÚCAR
Fuente: Protocolo Agroambiental e UNICA.
5
1,52 1,45 1,26 1,18 1,12 1 0,91
0
1
2
3
4
5
6
Anos 90 2010/11 2011/12 2012/13 2013/14 2014/15 2015/16 2016/17
m3/t
ca
na
pro
ce
ssa
da
Índice de cierre de circuitos con reutilización de agua:> 90%
Gestión de recursos hidricos por
las plantas de caña de azúcar
• Cierre de circuitos de agua para
reutilización
• Mejora de los procesos
industriales con reducción de
captación de agua
• Avance de la cosecha mecánica
que eliminó el lavado de caña.
safras
meta
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Captación
Média = 2 m3/t.cana
Meta = 1 m3/t.cana
Agua en la caña
Média = 0,7 m3/t.cana
Lanzamiento
Média = 0 a 1,8 m3;t cana
Meta = 0 m3/t.cana
Reúso Agronômico
Média = 1,8 m3/t.cana
Meta = 0,8 m3/t.cana
Perdidas
Média = 0,9 m3/t.cana
Meta = 0,9 m3/t.cana
Uso e reúso
22 m3/t.cana
Índice de reúso:
91% (meta 95%)
23 L/L
12 L/L
16 L/kg
8 L/kg
~ 18 L/kWh
14
BALANCE DE AGUA
Balance medio global de agua en las plantas sucroenergéticas.
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009. Versão revisada
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15
Brasil: Usinas y Destilerías
Regiones
Brasileñas
%Producción
de caña
Norte 0,2
Sur 8,2
Centro-Oeste 10,3
Nordeste 12,4
Sudeste 68,9
Unidades en Brasil
281 Centro-Sur
75 Norte-Nordeste
Fonte: UNICA, 2008
Fuente: UNICA, 2009
Cerca de 430 unidades (en 2011)
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
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São Paulo: Usinas y Destilerías
São Paulo
196 unidades industriales
22,1% del territorio (caña)
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
AREAS DE CANA POR CUENCA
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ZONEAMENTO AGROAMBIENTAL DEL CULTIVO DE LA CAÑA DE
AZÚCAR EN EL ESTADO DE SÃO PAULO
Aptitud Agroambiental
Adecuada
Adecuada con limitaciones ambientales
Adecuada con restricciones ambientales
Inadecuada
1 m3 / t cañaLímite máximo
0,7 m3 / t caña Áreas con Restricciones
Ambientales
Resolución SMA 88 (19/12/2008): establece directrices para la concesión de licencias ambientales de nuevos emprendimientos del sector en el Est. SP
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19
Generación de Efluentes Líquidos
• Agua para lavar la caña
• Agua de los multijatos de la fábrica (evaporación y cocción)
• Agua de enfriamiento de la fermentación (intercambiador de calor y dornas)
• Agua de los condensadores de etanol
• Agua de lavado de los gases de la chimenea de las calderas
• Aguas residuales diversas (purgas, lavado de pisos y equipos)
• Vinaza
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20
Tratamiento de los Efluentes
• Control externo (correctivo)
Decantación del agua de lavado de caña
Lagunas de estabilización del agua de lavado de caña (circuito abierto)
Torres de enfriamiento
Tanques aspersores
Decantador / flotador de agua de lavado de gases de la chimenea
Objetivo tratar y devolver el efluente, reciclándolo al proceso
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21
Sistemas: Tratamiento de Agua de Lavado de Caña
Decantador circular de agua de
lavado de caña
Cajas de arena para agua
de lavado de caña
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22
Tratamiento: Efluente de Lavado de Caña
Limpeza de cana a seco – separação de impurezas
minerais da palha e trituração da palhaMesa de lavado y recepción de caña entera.
Limpieza de caña en seco
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23
• Aguas de los multijatos y condensadores barométricos
• Despeje originado en los evaporadores y cocedores del sector de concentración y cocción
• Con un bajo potencial contaminante (10 a 40 mg / DBO5) y alta temperatura (~ 50 ° C).
• El tratamiento consiste en tanques aspersores (o no convencional, torres para enfriamiento), con las aguas frías recirculando al proceso.
Tratamiento de Agua de la Fábrica de Azúcar
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24
Tratamiento de Agua de Enfriamiento de la Destilería
• Aguas de enfriamiento de dereas de fermentación y de condensadores de etanol
• Sin potencial contaminante en términos de materia orgánica, pero con alta temperatura (~ 50 ° C).
• El tratamiento para disminuir la temperatura consiste en torres de enfriamiento (o no convencional tanques aspersores) para retorno (circuito cerrado).
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25
Tratamientos: Enfriamiento de Agua de la Fábrica y
Destilería
Torres de enfriamiento de aguas
Aspersores para enfriamiento de aguas de los multijatos
Enfriamiento evaporativoCalor latente de vaporización del agua (a 100ºC)
Lv = 540cal / g
Calor específico (cal / g. ° C) = 1
Evaporación (45 a 30ºC) = 15/540 = 2,7%
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26
Tratamiento de los Efluentes del Lavado de
Gases de la Chimenea de la Caldera
Decantadores/Flotadores
Agua del circuito de lavado de gases y cenizas de las calderas
Bajo potencial contaminante en términos de materia orgánica (100 a
150mg / L de DBO5), alta concentración de sólidos y alta temperatura
(80 ° C).
El tratamiento consiste en decantación / flotación y el reuso del tratado
se da por la recirculación.
El residuo formado por el lodo es enviado a la agricultura (aplicación
con el residuo del filtro rotativo)
Retenedores Vía Húmeda
Operam por lavagem com água
Vazão de água 0,7 a 1,0 litro/Nm³
Pressão de água 1,5 kgf/cm²
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Sistema: Tratamiento de los efluentes del
Lavado de Chimenea
Decantador/ /flotador de cenizasLavadoras de humos e cenizas de
las calderas
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28
Aguas Residuales
Constituidas por los efluentes diversos de la usina como: lavado de piso y
equipos, purgas de los circuitos cerrados o semi-cerrados.
Cantidad: depende del índice de reutilización en la planta, pudiendo
llegar con los cierres de los principales circuitos, alrededor de 1 m3 de
agua captada / t.cana.
Una aplicación de vinaza en el cultivo de la caña, con una lámina de
agua pequeña (15 a 30 mm / año) puede ser aumentada a 80 a 120
mm / año, con la mezcla con el agua residuaria.
Caracterización: con medio a alto contenido de materia orgánica y
sólidos. Pueden contener grasas, en el caso de las aguas de talleres y
de las moliendas no pasar por tratamiento (cajas de grasa).
Reúso: en la fertirrigación conjunta con la vinaza, o irrigación de
salvamento
Tratamiento de las aguas residuales
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29
Aguas Residuales: Caracterización Media
Composición físico-química media de los efluentes industriales (para la agricultura).
Parámetros
Aguas Residuales Vinaza
CTC, 1995 CTC, 2007 CTC, 1995 CTC, 2007
Temperatura (oC) 40 – 89,16 –
pH 4,0 5,86 4,15 4,2
DBO5 (mg/l) 1.000 – 1.500 5.162 16.949 11.331,1
DQO (mg/l) 2.000 – 3.000 10.805 28.450 31.504,6
Sólidos Totais (mg/l) 8.000 6.327,8 25.155 28.602,00
Fósforo Total (mg/l P) 8,0 10,0 60,41 32,0
Nitrogenio Total (mg/l N) 20 – 40 66,38 356,63 300,8
Óleos y Graxas(mg/l) 9 – 10 – – –
Potássio (mg/l K) 7 – 42 127,14 2.034,9 2.604,0
Fuentes: CTC – Centro de Tecnologia Copersucar, 1995, por Elia Neto e Nakahodo, 1995.
CTC – Centro de Tecnologia Canavieira, 2007, por Elia Neto e Zotelli, 2008
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30
(*) Fonte: Rosenfeld, U. Irrigação e Fertirrigação nas Sub regiões de SP e CO. Palestra; Simpósio de Tecnologia de Produção de Cana-de-Açúcar, GAPE/FEALQ, Piracicaba, 04/07/2003
Deficiencia de agua - irrigación de salvamento (*):
Para cana planta 80 a 120 mm (4º a 8º día en 2 aplicaciones)
Para cana soca 40 a 60 mm (15 días después de la corte en aplicación única)
Sistema: Irrigação e Fertirrigação
Ganhos médios de productividad (*):
Caña planta de 12 a 20%
Caña soca de 6 a 12%
Reuso: disminución de necesidades de nuevas captaciones para irrigación.
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31
Vinaza
• Definição
• Vinaza: residuo de la destilación de una solución alcohólica denominada vino, obtenida por el proceso de
fermentación del caldo de caña de azúcar, de la melaza o de la mezcla de los dos.
• Conocida conforme a la región brasileña como:
• Vinhaça, vinhoto, restilo, garapão... (vinaza)
• Residuo Sólido Clase II-A, no peligroso y no inerte (Norma ABNT 10.004): por no tener
tratamiento convencional que posibilite su lanzamiento en cuerpos de agua.
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32
Vinaza: Potencial Contaminante
• Residuo con alto potencial contaminante
• Alto contenido de materia orgánica, imposibilitando el tratamiento y lanzamiento en cuerpos de agua
• Altas concentraciones de sales (potasio, nitrógeno y otros) que pueden ser lixiviados y contaminar las aguas subterráneas
• Olor objetable en el almacenamiento y disposición en el suelo (materia orgánica y azufre, formando mercaptanas)
• El efecto contaminante de la viña producida por una usina media (500 m3 alcohol / día) equivale a la contaminación de una ciudad con 1.700.000 habitantes.
• Solución: Uso en la Fertirrigación de la Cultiva de Caña
• Sustitución de parte de la fertilización química (potasio)
• Ganancias agronómicas (suelo y cultivo)
• Reciclaje parcial de recursos naturales (N, K y micronutrientes)
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33
Vinaza: Origen Orgánica
Matéria prima:
Caldo, melo, melaza,
jarabe, agua
Tratamiento de
levadura:
ácido sulfúrico
Productos auxiliares:
Desinfectantes, nutrientes,
anti-espumantes
Vino:
p/ destilacion
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34
Vinaza: Origen Orgánica
ciclo-hexano
A B
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35
Cuantificación de Vinaza
Fonte: CTC - Elia Neto, A & Nakahodo, T (1995).
Tasa de producción de vinaza pura (sin flegmaza)
Variação da taxa de produção de vinhaça• De 7 litros / litro alcohol (pura, fermentación con alto grado alcohólico)
• Hasta 15 litros / litros de alcohol (con vapor incorporado y bajo grado en la fermentación)
• La flegmaça también puede ser incorporada a la vinaza, aumentando en cerca de 2 l / litro
Se obtiene la tasa de generación de vinaza con un balance de
masa en la columna (A) de destilación:
• Teor alcohólico del vino ……………….... de 7 a 11 ° GL
• Consumo de vapor …… ……………..... de 2 a 2,5 kg / L etanol
• Producción de alcohol de 2a. ………..... de 5 a 7%
• Contenido alcohólico del “flegma” ......... 50 ° GL
• Contenido alcohólico del alcohol de 2a. ... 88 a 92 ° GL
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36
Cuantificación de VinazaCuantificación
• El volumen varía básicamente según el grado alcohólico del vino y el vapor directo utilizado (en promedio de 11 a 12 litro / litro de etanol)
Relação Vinhaça/Álcool - Processo Álcool
(Controle Mútuo Industrial - Centro-Sul - Anual 2008/2009, CTC)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Tax
a d
e P
rod
uçã
o d
e V
inh
aça
[L/L
.álc
oo
l]
M. Ponderada
Máximo
Mínimo
Linear (M. Ponderada)
Fuente: CTC – Centro de Tecnologia Canavieira, 2010
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37Fontes: Elia Neto & Nakahodo, 1995; Elia Neto e Zotelli, 2008 e Cetesb, 1982, in: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
Caracterización Física Química de la VinazaParâmetros CTC CETESB, 1982 Composición Final
1995 2008 Caldo Mezcla Media Intervalo
pH 4,15 4,8 3,7 - 4,6 4,4 - 4,6 4,3 3,5 - 4,9
Temperatura (°C) 89 80 - 100 80 - 100 90 65 - 110,5
DBO5 (mg/L O2) 16.950 11.331 6.000 - 16.500 19.800 14.833 5.879 - 75.330
DQO (mg/L O2) 28.450 31.505 15.000 - 33.000 45.000 23.801 9.200 - 97.400
DQO/DBO5 1,7 2,8 2,5 - 2,0 2,1 1,6 1,6 - 2,8
ST (mg/L) 22.386,9 29.596 23.700 52.700 32.132 10.780 - 56.780
SVT (mg/L) 15.504,5 21.905,4 20.000 40.000 24.352 628 – 45.225
SFT (mg/L) 6.873,9 7.845,5 3.700 12.700 7.780 1.509 - 45.630
Nitrogênio (mg/L N) 357 353 150 - 700 480 - 710 433 81 - 1.215
Fósforo (mg/L P) 60,41 32,0 2,1 - 44,1 1,89 - 42 34 2,1 - 188
Potássio (mg/L K) 2.035 2.667 991 - 1.735 2.759 2.206 814 - 7.612
Cálcio (mg/L Ca) 286,2 479,5 72,2 - 854,7 738,2 - 2.536,4 832 39,4 - 1.451,2
Magnési0(mg/L Mg) 135,4 321 120 - 294 348 - 420 262 97 - 1.112,9
Sulfato (mg/L S) 1.538 861 300 - 380 1.850 - 1.865 1.149 92 - 3.364
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38
Caracterização media da Vinaza
• PH 4
• Temperatura (sin recuperación de calor) 90 ° C
• Flujo de vinaza 12 L / L etanol
• DBO5 14.833 mg / L
• DQO 23.801 mg / L
• Relación DBO5 / DQO ~ 60%
• Sólidos totales 3,2%
• Potasio 2,2 kg.K / m3
• Carga orgánica 285 g DQO / L etanol
Fuente: Elia Neto et all “Manual da Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009.
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39
Historia de la Fertirrigación con Vinaza
• Problema inmediato: contaminación hídrica por el lanzamiento
• No hay solución técnica y económica para el tratamiento convencional de la vinaza:
• Solución: Uso en la Fertirrigación en la Cultiva de Caña
• Inicialmente: disposición del residuo en el suelo, en áreas de infiltración (áreas de sacrificio del área agricola). Resolviendo el problema inmediato de contaminación hídrica superficial (antes de los años 70)
• Posteriormente: Uso racional del vinaza:
• Con dosificaciones controladas que traen beneficios en la sustitución de parte de la fertilización mineral;
• Disminución del peligro de contaminación de las aguas subterráneas.
• Actualmente: Aplicación altamente tecnificada:
• Con mayores beneficios agronómicos (productividad);
• Sustitución de parte de la fertilización química (potasio)
• Reciclaje parcial de recursos naturales (N, K y micronutrientes)
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40
Historia de la Fertirrigación con Vinaza
Evolución del manejo del vinaza:• Solución: Uso racional para la fertirrigación del cultivo de caña
Lanzamiento en Rios
Áreas de Sacrifício
Fertirrigación
Uso Racional (fertilizante)
Futuro (fertilizante,
energía y agua)
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41
Impactos del almacenamiento y aplicación de la
Vinaza
• Impactos negativos:
• Contaminación de las aguas superficiales por accidentes (accidentes con represas y transporte)
• Peligro de contaminación de las aguas subterráneas (en el almacenamiento)
• Olores objetables
• Proliferación de insectos
• Saturación del suelo (desperdicio de potasio)
• Impactos positivos:
• Control inmediato de la contaminación hídrica
• Reducción del uso de fertilizantes minerales
• Buen acondicionamiento de suelo (incorporación de materia orgánica -micro fauna y flora - mayor retención de agua)
• Aumento de la productividad agrícola (fertirrigación e irrigación de salvamento de las soqueiras con agua residual)
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DESAFÍO: EXPANSIÓN DE LA FERTIRRACIÓN
Tecnologías actuales de la fertirrigación:• Alto costo en la aplicación (equipos y
distancias)
• Impactos ambientales
• Normas de aplicación en SP, MG, MS ...
(evitar la saturación del suelo)
Travesías de ríos (APP)
Enfriamiento e impermeabilización
de tanques de vinaza
Transporte
Aplicación - Aspersión
(hidro-roll)
Canales - impermeabilizaciones
Travesías de carreteras
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43
Costos de la Aplicación de Vinaza
Fuente: Elia Neto et all. Estudo da Distância Econômica da Aplicação Agrícola da Vinhaça Natural e Concentrada por
Evaporação. CTC – Centro de Tecnologia Canavieira, Piracicaba, 2008
Estudo da Distância Econômica da Fertirrigação
com Vinhaça Natural
(CTC - Abril/2008)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72
Distância de Aplicação (km)
R$/h
a.a
no
o
Vinhaça in natura
Adubo mineral
Dose de Vinhaça: 150 kg.K2O/ha + 164 Kg/ha de uréia
Concentração de k2O: 2 kg/m 3 de vinhaça
Aplicação: Rodotrem (60m 3) com Rolão
Adubo Mineral: 500 Kg/ha 20 - 05 - 20 (soqueira)
Vinaza: Distancia Económica
Estudio de la Distancia Económica de la
Fertirrigación con Vinaza Natural
(CTC - Abril / 2008)Vinaza natural
Fertilizante mineral
Distancia de Aplicación (km)
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44
Dificultades Actuales del Sistema de Vinaza
• Vedada a disposición en áreas de sacrificio
• Vedadas altas dosis en la aplicación
• A pesar de los beneficios todavía se trata como problema (descarte)
• Aumento de las restricciones en la aplicación
• Alto costo del transporte, alcanzando solamente áreas cercanas a los cañaverales
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45
Vinaza: Normas Técnicas de Aplicación
• Disminución de los peligros de la fertirrigación
• Uso racional con dosificaciones menores
• Empleo de Normas Técnicas (Cetesb / SP, COPAM / MG,
IMASUL / MS)
• Impermeabilización (tanque y canales);
• Monitoreo: plan anual de aplicación; Análisis de suelo y
vinaza; distanciamientos, ...
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46
onde:
• 0,05 = 5% de la CTC
• CTC = Capacidad de Cambio Catiónico, expresada en cmolc / dm³
a pH 7,0, dada por el análisis de fertilidad del suelo.
• Ks = Concentración de potasio en el suelo, expresado en cmolc /
dm³, a la profundidad de 0,80 metros, dada por el análisis de
fertilidad del suelo.
• 3744 = Constante para transformar los resultados del análisis de
fertilidad para kg de potasio en un volumen de una hectárea por
0,80 metros de profundidad.
• 185 = kg de K2O extraído por la cultura por ha, por corte.
• Kvi = Concentración de potasio en la vinaza expresada en kg de
K2O / m³.
Vinaza: NT CETESB P4.231-Dosificación de K2O
Critérios e Procedimentos para Aplicação no Solo Agrícola
m³ de vinaza/ha = [(0,05 x CTC - ks) x 3744 + 185] / kvi
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47
Vinaza: Balance de Potasio
Balance de Potasio na Caña
Independientemente del tipo de mosto (caldo, melaza o mezcla), destilería autónoma o anexa (siempre que se procese toda la miel y melaza), se espera:
• De 1 a 1,6 kg K2O / t.cana (media de 1,32 kg K2O / t caña)
Así se pueden estimar las posibilidades de fertirrigación con los dados de molienda total de caña.
Ejemplo (en caso de reposición media del potasio)
1 ha
de caña
85 t
de caña112,2 kg
de K2O
Extracción: 185
kg.K2O/ha
0,606 ha
Fertirrigado
Tasa
1,32 kg
K2O/t
Potencial de
fertirrigación
60% del suelo
agrícola
En el caso de la paja en el campo, la dosificación de vinaza puede reducirse aún
más aumentando el reciclaje de los nutrientes
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48
Vinaza: Aplicación Tecnificada
Formas de transporte:
• Camiones
• Canales
• Bombeo
Formas de aplicación
• Gravedad
• Camión Tanque Convencional
• Aspersión
• Goteo (experimentos)
FORMA DE APLICAÇÃO PARTICIPAÇÃO (%)
Caminhão-Tanque Convencional 6
Aspersão (canal + montagem direta) 10
Aspersão (canal + rolão) 53
Aspersão (caminhão + rolão) 31
Fonte: CTC - Sousa, .S.A.V. Relatório Interno Centro de Tecnologia Canavieira
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49
• Innovaciones Tecnológicas para la Vinaza
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50
Innovaciones Tecnológicas para la Vinaza
• Motivacion
• Mejorar el "status" de la vinaza
• Utilizar el biogás para energía.
• Reducir el impacto ambiental
• Promover la vinaza a fertilizante
• Concentración de los nutrientes
• Compostaje con demasiados residuos
• Solución integrada
• Reuso - Biodigestión - Pre-concentración - Concentración
• Convivencia con el sistema actual para áreas próximas
• Mejorar la sostenibilidad del sector
• Mayor reciclaje de nutrientes
• Producción de energía renovable
• Disminución de los impactos (en el agua subterránea, el odr y la
atracción de insectos)
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Reprodução Proibida
Sin perjuicio de la fertirrigación - Biodigestión y Concentración
(Producción de: Fertilizante concentrado, energía renovable y agua limpia)
Biodigestión
Anaerobia
(processo
mesofílico)
Pré
Tratamiento
(Decantación y
Filtración)
Concentración
(Evaporación /
Osmosis
Reversa)
Vinnaza
Concentrada
Agua
limpia
Generación de
E.E. (Moto
generadores de
biogás)
Biogás
Energia
electrica
Pre-
tratamiento
(enfriamiento,
corrección de
pH, ...)
V
Vinaza 1ªG Vinaza
Bruta
Vinaza
Bruta
Vinaza
Bruta/
Biodigerida
Sludge
(levadura)
BiometanoPurificación y
compresión.
Vinaza1ªG +
Vinaza2ªG
Vinaza
Outras
“vinazas”
Modelo tecnológico para utilización creciente de las vinazas
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Potencial de Producción de Biogás de la Vinaza
• Potencial del biogás en la generación extra de energía correspondiente al 10% de la energía del alcohol producido
• El potencial de generación de energía eléctrica con la biodigestión de la vinaza es significativo:
• 5,5 TW/ano (1,1% del consumo brasileño); ou
• 1,8 bilhões Nm3/año (4,8% da produccion de gas natural)
Restricciones
• Costo elevado, con la tecnología actual.
• Necesidad de incentivos / desarrollo tecnológico para mejorar el atractivo como negocio.
El biogás de la vinaza
proporciona una generación
extra de energía
correspondiente al 10% de la
energía del etanol producido
Vinaza: Biodigestión y Producción de Energía
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Rutas Potenciales de Producción de Bioelectricidad y
Biometano de la Biodigestión de la VinazaRuta 1 - Producción de bioelectricidad (motogenerador)
Biogás/ m³ etanol
114 Nm³ (60% CH4)
40% eficiência
10% autoconsumo
EE liq. =735 MJ (204 kWh)
Producción de Bioeletricidad
5,5 TWh por año
Produccion de
Etanol (m3/cosecha
2016/17):
Brasil 27,2 millones
de m3
12 m³ vinaza/ m³ etanol
285 kg DQO/m³ etanol
178 kg DBO5/m³ etanol
Produccion de Biometano
1,8 billones Nm3/año (Brasil)
Biometano/ m³ etanol
Teórico: 68,4 Nm³ (100% CH4)
Perdas 5%
Biometano (98%) = 66,3 Nm3
Consumo Eléctrico (2016):
520 TWh/ano (Brasil)(1)
Energia do
biogás da
vinaza:
1,1% do
consumo
Nacional
Produccion de Gás Natural 2016(1)
37,6 bmil millones de N m3 por año
(Brasil)1
Ruta 2 - Producción de biometano con la purificación del
biogás
Produccion de
biometano da
vinaza:
4,8% da
produção
Brasileira
(1) Produção de gás natural no Brasil de 37.610 tep (Balanço Energético Nacional BEN 2017 – Relatório Síntese)
Equivalente
1,5 residencia/mes
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Reator Anaeróbio UASB (Destilaria Indiana).
Reator Anaérobio (UASB)
Moto-geradores a biogás da Brasmetano.
DESAFÍO:
DESARROLLO DE LAS TECNOLOGÍAS DE BIODIGESTIÓN DE VINAZA
Biodigestor Usina JB/CETREL Recife 2012
Usina São Martinho – SP
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• Objetivo:
Aumentar el potencial de viñador como fuente de fertilizante, promover
el reuso del agua contenida en la vinaza, visando la seguridad
ambiental del uso en la fertirrigación y mayor sostenibilidad ambiental
del sector..
Benefícios económicos:
Optimizar la aplicación (transporte y distribución) de la vinaza en el
área agrícola.
Benefícios ambientales:
Eliminación / disminución de los impactos ambientales referentes a:
Potencial de contaminação de lençol freático,
Proliferação de vetores;
Odores objetáveis;
Fomento a:
Reutilización del agua de la caña;
Mayor reciclaje de nutrientes (K); y
Mayor seguridad en la aplicación (menores volúmenes aplicados)
TECNOLOGÍA: CONCENTRACIÓN DE VINAZA
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CONCENTRACIÓN DE VINAZA - EVAPORACIÓN
Tecnologías de concentración de vinaza por evaporación (múltiple efecto)
"Falling film" (Dedini-Volgelbush),
Niebla turbulenta (Citrotec, TASTE, ..).
Concentraciones hasta 10 veces (Brix del 20%)
Concentrador de vinhaça na
U. Cerradinho - Potirendaba
Aplicação de vinhaça concentrada na U. Cerradinho
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TECNOLOGIA: CONCENTRAÇÃO POR MEMBRANAS
• Las membranas se utilizan con éxito en la India (vinaza
de melaza)
• Estudio Piloto de concentración de vinaza por membrana
(en Brasil).
• Se probó la osmosis reversa con vistas a la pre-
concentración de la vinaza (del 50% al 75%), buscando la
viabilidad económica en la aplicación;
• También una combinación con la posterior evaporación
térmica (menor costo de implantación menor gasto de
energía -vapor).
Fonte: Elia Neto, A; Zotelli, L.C. & Hassuani, S.J. Unidade Piloto de Concentração de Vinhaça por
Membranas. CTC – Centro de Tecnologia Canavieira, Piracicaba, SP, 2008
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Tecnologías utilizadas
comercialmente en la Indiavinaza biogás
fertilizante
biodigerida
concentrada
agua p/ torres de enfriamiento,
jardinería, ..
CONCENTRACIÓN VINAZA - MEMBRANAS
Fonte: Elia Neto, A., Viagem técnica à usinas da India, 2010
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Ing. André Elia NetoConsultor de Medio Ambiente y Recursos Hídricos
Muchas gracias por la
atención