Publicacin de la Asociacin Colombianade Tcnicos de la Caa de Azcar - Tecnicaa

JUNTA DIRECTIVAPRESIDENTE

Jorge Luis Traslavia S.Asesor

VICEPRESIDENTEHugo Vzquez P.Ingenio Mayagez

DIRECTORA EJECUTIVAGiuseppina Marcazzo V.

Alfonso RojasIncauca S.A.

Luis Miguel MadrinIngenio Central Castilla

Guillermo Rebolledo M.Proveedor

Ramiro BesosaIngenio ProvidenciaCamilo H. Isaacs E.

CenicaaGuillermo Ramrez

Ingenio RiopailaJorge Paredes

AsesorDaniel Galvis M.Ingenio ManuelitaRicardo Franco

Ingenio MayaguezAlfonso Lince L.

ProveedorFelipe Perafn

Ingenio San Carlos

Directora de la RevistaGiusepinna Marcazzo V.

EditorAlberto Ramrez P.

El propsito de esta publicacin es servir como medio decomunicacin entre investigadores, productores y dems personas

involucradas en la agroindustria azucarera de Colombia.Todos los artculos tcnicos han sido aprobados por profesionalesde reconocida trayectoria en la agroindustria azucarera colombiana.Los documentos no tcnicos se han incluido en la edicin por

considerarse un aporte valioso para nuestros lectores, a discrecindel Comit editorial.

El Comit Editorial recibir complacido contribucionesde los lectores e interesados.

Para el efecto dirigirse a:Telefax: (092) 664 5985 - Cali, Colombia

E-Mail: Tecnicana@tecnicana.com

Revista No. 17 Volumen 9Diciembre de 2005

SIN 0123 - 0409

1 LAS VINAZAS

Diagramacin y Diseo Tels.: 664 6453 - 666 2633

Contenido

3-13

2

15-19

20-25

26-30

31-32

Foto Cartula:Destilera Incauca ,destilera Ingenio Providencia

33-40

Presentacin

Notas Tcnicas

Posibilidades de Uso de la Vinazaen la Agricultura de Acuerdo consu Modo de Accin en los Suelos.Alvaro Garca O. yCarlos A. Rojas C.

Usos Alternativos de las Vinazasde Acuerdo con su ComposicinQumica. Gonzalo Bern Medina

Usos Industriales y Agrcolas dela Vinaza de Caa de Azcar.Daniel Irisarri

Manejo de Vinazas: Metanizaciny Compostaje, AplicacionesIndustriales. Philippe Conil

El Precio de la Melaza ContinaCrec iendo . Jos GneccoMancheno

Norma Tcnica

Materiales Orgnicos Utilizadosc o m o F e r t i l i z a n t e s oAcondicionadores de Suelos. JairoRicardo Barreto Reyes

Los textos y avisos publicados en la revista sonresponsabilidad de cada autor.

La cooperacin de los Procesos Biolgicos y los ProcesosMecnicos es la etapa ms fascinante que se lleva a caboen las plantas de produccin de alcohol carburante. Esun ejemplo de la forma como la ingeniera desarrollada porel hombre canaliza las fuerzas de los procesos biolgicosque se viven al interior de la planta y fuera de ella paraobtener los resultados esperados: alcohol carburante comoproducto final y vinaza, como producto intermedio o insumode otros procesos de gran potencial ambiental y econmico.

Esta experiencia agroindustrial, nueva en Colombia,evidencia y hace tangible las apreciaciones que en otraslatitudes son norma y parte del desarrollo industrial. Eneste nmero de la revista se hace referencia alaprovechamiento continuado de los insumos y productosque, a su vez, son un nuevo comienzo de otros procesos.

Lo que ocurre no es ms que la sucesin continuada deprocesos que involucran el reaprovechamiento de una seriede productos y subproductos con un alto potencial para elmejoramiento de la fertilidad de los suelos o de los procesosen la agroindustria azucarera.

Esta edicin va dedicada al potencial de la vinaza y recopilauna serie de trabajos sobre investigaciones, desarrollos yproductos resultantes del aprovechamiento de estesubproducto y que fueron presentados en el Seminario:Tecnologa para integrar la vinaza al proceso econmicoagroindustrial, realizado en Cali el viernes 4 de noviembrede 2005.

Con seguridad este ser uno de muchos volmenes ydocumentos que se compartirn alrededor de un temanuevo y del que est todo por experientar y aprender.

Giuseppina Marcazzo V.Directora Ejecutiva.

2

Presentacin

3 LAS VINAZAS

La vinaza es un material lquido resultante dela produccin de etanol, ya sea por destilacinde la melaza fermentada o de la fermentacindirecta de los jugos de la caa. Su origen es,entonces, las plantas de caa de azcar porlo que su composicin elemental debe reflejarla del material de procedencia. Se trata de unmaterial orgnico lquido que puede contenercomo impurezas substancias procedentes delproceso de extraccin de los jugos y de lafermentacin. En ningn caso elementosextraos, txicos o metales pesados; tampocopuede contener elementos en exceso.

La caa de azcar es una gramneacon mecanismo fisiolgico C4, lo que la hacesumamente eficiente en la utilizacin del aguay la luz en la asimilacin del CO2 para laproduccin de azcares, proceso en el cualabsorbe cantidades considerables de potasio. Por ello, este elemento es el ms abundanteen la composicin de la vinaza.

Puesto que su origen es la planta decaa, la vinaza est compuesta por materialesorgnicos y nutrientes minerales que hacenparte de compuestos y constituyentesvegetales como aminocidos, protenas,lpidos, cidos diversos, enzimas, bases, cidosnucleicos, clorofila, lignina, quinonas, ceras,azcares y hormona. La naturaleza en formanormal descompone estos materiales enprocesos microbiolgicos y recicla loselementos minerales, lo que hace lgico pensarque el destino final de la vinaza deba ser suregreso al suelo.

Nota Tcnica

Posibilidades de Uso de la Vinaza en la Agricultura deAcuerdo con su Modo de Accin en los Suelos

Alvaro Garca O. y Carlos A. Rojas C*

Introduccin

* Ing.Agrnomo, M.Sc.,Ph.D. Vicepresidente Comisin de Fertilidad de Suelos y Nutricin de Plantas de la Unin Internacional de Sociedades de la Ciencia del Suelo (2002-2006) E-mail: sccsueloagarcia@uniweb.net.co e Ing. Ambiental Sucromiles, E- mail:crojas@sucromiles.com.co

Composicin de la vinaza

La composicin de la vinaza depende de lascaractersticas de la materia prima usada enla produccin de alcohol, en este caso melaza,del sustrato empleado en la fermentacin, deltipo y eficiencia de la fermentacin y destilaciny de las variedades y maduracin de la caa. La vinaza, resultante de la destilacin demelaza fermentada, tiene un a composicinelemental interesante y contiene todos loscomponentes del vino que han sido arrastradospor el vapor de agua as como cantidades deazcar residual y componentes voltiles. Demanera general, los constituyentes son lossiguientes:

Sustancias inorgnicas solubles enlas cuales predominan los iones K,Ca y SO4.

Clulas muertas de levadura. Sustancias orgnicas resultantes de

los procesos metablicos de levadurasy microorganismos contaminantes.

Alcohol y azcar residual. Sustancias orgnicas insolubles. Sustancias orgnicas voltiles.

Composicin mineral

En el Cuadro 1 se relaciona en forma generalla composicin elemental de la vinaza del 55%y del 10% y en el Cuadro 2 aparece la de lavinaza concentrada de Sucromiles (60%) entrminos de poder fertilizante, con el contenidopromedio de los elementos mayores, menoresy algunas propiedades.

4Cuadro 2. Propiedades qumicas de la vinaza concentrada al 60%.

ConcentracinCompuesto

% m/m kg/m3

Slidos totales 60 _

Materia orgnica 46 598

Carbono oxidable 18 234

Nitrgeno 0.95 12.35

Fsforo (como P2O5) 0.04 0.52

Potasio (como K2O) 4.88 63.44

Calcio (como CaO) 1.31 17.11

Magnesio (como MgO) 0.67 8.71

Sulfatos (como SO4) 2.59 33.67

ELEMENTOS MENORES mg/kg

Manganeso (Mn) 43

Cobre (Cu) 10

Zinc (Zn) 19

Boro (B) 6

Caractersticas adicionales

Densidad (kg/m) 1300

pH 4.5 - 5

Conductividad Elctrica (dS/m) 17

Viscosidad (cPs) 450

Fuente: Laboratorio I & D., Sucromiles S.A. y Agrilab Ltda.

_

_

_

_

_

_

_

_

Cuadro 1. Composicin elemental de las vinazas de 55% y de 10% de slidos totales.

4.30

0.22

34.03

5.00

5.40

11.55

4.3 4.5

17

Caracterstica

N

P

K

Ca

Mg

S

pH

CE

0.63 1.14

0.04 0.11

4.05 9.01

0.74 2.2

0.80 1.36

1.28

3.5 4.3

11.0

Unidades

kg/m3

kg/m3

kg/m3

kg/m3

kg/m3

kg/m3

_

DS/m1

Vinaza 55% s.t. Vinaza 10 % s.t.

5 LAS VINAZAS

Como se anot la composicin de lavinaza depende de las caractersticas de lamateria prima usada en la produccin dealcohol, melaza, jugos o miel, del sustratoempleado en la fermentacin, del tipo yeficiencia de la fermentacin y destilacin yde las variedades y maduracin de la caa.

Estos resultados permiten destacaralgunas caractersticas fundamentales sobrelas cuales pueden recaer las ventajas odesventajas de sus aplicaciones. Son ellas lareaccin extremadamente cida y la elevadaconcentracin electroltica.

En cuanto a su concentracinelemental se debe anotar que, con excepcinde K y S, los nutrientes se encuentran encantidades muy bajas lo que implica que supoder fertilizante es bajo y que para suplir lasnecesidades de los cultivos se deben aplicarcantidades elevadas.

Compuestos orgnicos.

En el Cuadro 3 se relacionan los principalescompuestos orgnicos presentes en la vinazasegn el estudio de Morales (2000). Deacuerdo con ste, en ella se encuentra una

Fenlicos:

cido Piroglutmico

cido Itacnico

cido Fumrico

3-metoxi-4-hidroxifenilglicerol

cido p-hidroxi-benzoico

cido Palmtico

165

93

93

54

48

34

Cuadro 3. Compuestos orgnicos presentes en la vinaza concentrada al 60%*.

Compuestos

(%, m/m)

2.70

1.76

1.39

1.30

1.28

0.80

0.71

0.71

0.31

0.23

0.21

0.21

0.07

0.06

Concentracin

No voltiles:

Glicerol

cido acontico

Sorbitol

Fructosa + glucosa

cido lctico

cido ctrico

cido 2,4 dihidroxipentanedioico

cido qunico

Trehalosa

cido mlico

Sucrosa

2,3 Butanodiol

cido succnico

cido giclico

* Para la determinacin de estos compuestos se concentr la Vinaza hasta 64.8 grados brix, valor aproximadamente equivalente a un porcentaje de slidos de 67% m/m.

(mg/kg)

6gama amplia de compuestos orgnicos:alcoholes, aldehdos, cetonas, esteres, cidosy azcares. La presencia de estos compuestosen la vinaza tiene diferentes orgenes:provienen de la melaza, del proceso defermentacin del alcohol ose producen pordegradacin trmica en el proceso dedestilacin del vino obtenido en la etapa defermentacin alcohlica. Entre los compuestosidentificados, los de mayor concentracinfueron el glicerol, el cido lctico y el sorbitol;debido a su importancia comercial resultainteresante adelantar evaluaciones tcnicoeconmicas para estudiar la ruta de extracciny aprovechamiento de stos y los restantescompuestos de la vinaza. Tambin se puedendistinguir compuestos voltiles tales comobenzaldehdo, cido benzoico, etil palmitato,

2 acetilpirrol, alcohol 2-feniletlico, alcoholfurfurlico, cido actico, cido frmico, 1-3butanodiol, acetona y etanol, entre otros.

Caractersticas contaminantes

Debido a su elevado contenido de materiaorgnica, la vinaza se constituye en un materialaltamente contaminante, si se disponedirectamente a un cuerpo de agua, ya que losvalores de DQOs y DBO5 para un contenidode slidos del 10% m/m son 116 000 y 41 200ppm respectivamente, lo cual hace necesariosu tratamiento antes de ser eliminado. En elCuadro 4 se relacionan algunas de laspropiedades tomadas en cuenta para evaluarla capacidad contaminante de la vinaza.

Clasificacin CRETIP. De acuerdo con losparmetros establecidos por El CentroPanamericano de Ingeniera Sanitaria yCiencias del Ambiente (CEPIS) y lascaractersticas de la vinaza se tiene el Cuadro5 comparativo para establecer estaclasificacin.

Usos actuales y propuestos

Por tratarse de un subproducto de la obtencinde Etanol, la Vinaza se trata como residuolquido industrial, de ah que algunos de sususos tienen su origen como alternativas dedisposicin final ms que como alternativasde aprovechamiento.

Con el paso de los aos y debido alas grandes cantidades generadas de estematerial, se empez a investigar en nuevasaplicaciones en pro del aprovechamiento desus propiedades fisicoqumicas por distintasempresas pioneras entre las cuales se puedecitar a Maizena (Corn Products), Sulco,Sucromiles, Ingenio Providencia, ICA, Ceniuvay Universidad Nacional y algunos particularescomo el Ing. G. Bern, quin trabaja en buscade mltiples alternativas de tipo qumico, yJaime Hincapi, zootecnista dedicado a lanutricin animal. Posteriormente, ad portasde la era del alcohol carburante, Cenicaa ylos Ingenios Azucareros iniciaron trabajos ensu gran mayora dirigidos a explorar su usocomo fertilizante.

Cuadro 4. Comparacin de caractersticas contaminantes de la vinaza diluida y concentrada al 60%.

ConcentracinCaractersticas Unidades

V10 V60*

DQO mg/l 116 000 590 000

DBO mg/l 41 200 240 000

PH __ 4.5 4.5

SST mg/l 8 990 53 900

SSV mg/l 7 100 _

Sulfatos (como SO4) mg/l 5 626 33 750

Fsforo (como P) mg/l 97 580

Fuente: Laboratorio Planta de Control Ambiental Sucromiles.

7 LAS VINAZAS

Las investigaciones realizadas en elICA, la Universidad Nacional y Sucromiles handemostrado la importancia de uso de estesubproducto en la recuperacin de suelosafectados por una alta saturacin de sodiodestacndose la rapidez y eficiencia delproceso.

Ceniuva realiz investigaciones sobreel efecto de la aplicacin de vinaza comoacondicionador para suelos de texturaspesadas en la zona vitcola del Norte del Valledel Cauca, con resultados excelentes (Garca,Marulanda y Puerto, 2004). En el Cuadro 6 sedescriben algunas de las aplicacionespropuestas.

Cuadro 5. Clasificacin CRETIP de Vinaza concentrada.

Caracterstica Parmetro CEPIS Vinaza Concentrada

Acuoso Acuosa, humedad del 40% m/m

2 pH 12.5 4.5 5.0Corrosividad

Tasa corrosin del acero

> 6.35 mm/ao a 55C.

__

Ser inestable Estable

Reaccionar de forma violenta sin detonar. No reaccionaReactividad

Reaccionar violentamente con agua No reacciona

Generar gases cuando es

mezclado con agua.No

ReactividadPoseer cianuros o sulfuros que

puedan ser liberados en

cantidades perjudiciales para la

salud y el ambiente.

Trazas de Dimetilsulfuro

CH3SCH3

Explota bajo la accin de un

fuerte estmulo inicial o de calor

en ambientes confinados.

No

Explotar fcilmente a 25 C y 1atm. NoExplosividad

Haber sido fabricada para

producir una explosin.No

Toxicidad DL para ratas < 50mg/Kg __

Ser lquido. AcuosaInflamabilidad

Punto de ignicin < 60C 480C

Patogenicidad

Contener microorganismos o

toxinas capaces de producir

enfermedades.

No

8Cuadro 6. Resumen de usos de la Vinaza.

Usos Qu aporta Qu hace Observaciones

Fertilizacin

(Es el uso ms

ampliamente

conocido)

Fomenta la reproduccin

de microorganismos en el

suelo.

Aporte de nutrientes

disponibles

Se puede aplicar con equipos

especiales o directamente

con el agua de riego.

Sustrato para

compost

Sirve como fuente de energa

nutrientes a los microorganismos que

compostan el material vegetal residual

de las cosechas.

El exceso de V60 en la

mezcla da lugar detencin

del proceso de compostaje

debido a que por la DBO

elevada interfiere

negativamente en la

degradacin del material

vegetal.

Produccin de

Biogs y Bioslidos

Al descomponerse la

materia orgnica en un

reactor anaerobio, se

genera biogs con

contenidos utilizables de

metano, gas carbnico y

cido sulfhdrico.

Tambin se producen

bioslidos ricos en

Carbono, Nitrgeno y

Azufre asimilable por las

plantas

Se deben controlar las

concentraciones de cido

sulfhdrico ya que producen

malos olores y deteriora las

tuberas de recuperacin del

gas.

Medio de cultivo

Materia orgnica

Potasio

Calcio

Sulfatos

Micronutrientes

Suplementada con Urea y Sacarosa

es un excelente sustrato para

promover el crecimiento de levaduras,

algas del gnero Chlorella, bacterias

como Pseudomonas y Methanomonas

y hongos filamentosos.

La protena unicelular es

aquella proveniente de

bacterias, algas y hongos y

se constituye en una

importante fuente de

protenas para la

alimentacin animal y

humana.

Suplemento

Alimenticio

Protena 5.68%

m/m

Energa Neta

0.88 Mcal/kg

Sales minerales

Mezcla con otros

elementos para elaborar

concentrados para

animales.

Sustituye parte de la

melaza usada en la

suplementacin de ganado

bovino, porcino y conejos.

En bovinos dosis de Potasio

superiores a 1.5 Kg/animal

causan efectos laxantes.

Incineracin Poder calorfico

1871 cal/g Lmite

Superior

1621 cal/g

L.Inferior

Se constituye en un buen combustible

para incinerar y generar energa

trmica para distintas aplicaciones

Actualmente existen dos

calderas en Tailandia

operando con este

combustible

Otros Agente plastificante de concretos reforzados. Fabricacin de ladrillos. Materia prima para obtener

Sulfatos de cloruro y potasio, potasa y carbonato de sodio, cido glutmico y glutamina va

fermentativa.

9 LAS VINAZAS

Co

ncen

traci

n

Modo de accin de la vinazaen el suelo

El uso de la vinaza se fundamenta en losconceptos siguientes.

Doble capa difusa.

Las cargas se encuentran distribuidasuniformemente sobre la superficie y en losbordes rotos de las laminillas. Estas cargasson neutralizadas por iones de carga contrariapresentes en la solucin del suelo que lasr o d e a , l o s c u a l e s s o n a t r a d o selectrostticamente hacia la superficie cargada

negativamente en cuya proximidad seconcentran y a medida que aumenta ladistancia a la superficie tienden a estar menosconcentradas (Talibudeen, 1981).

El resultado neto de la distribucin decargas es la formacin de una doble capa deiones conocida como la Doble Capa Difusa(DCD) compuesta por las cargas de la partculaa rc i l l o sa , de a l gunos ma te r i a l escomplementarios como xidos e hidrxidosde hierro (Fe) y aluminio (Al), materia orgnicay por los iones de carga opuesta que lasneutralizan lo cual se aprecia en la Figura 1.(Bohn et al., 1979).

Co

ncen

traci

n

Figura 1. Doble capa difusa. A la izquierda, distribucin de cationes cerca de unasuperficie cargada negativamente. A la derecha, espesor en funcin de lavalencia de los cationes saturantes calcio y sodio.

Las superficies de carga negativaatraen iones de carga opuesta con una fuerzade atraccin que depende de la valencia delin: los iones divalentes son atrados por unafuerza dos veces mayor que los ionesmonovalentes por lo que una DCD compuestapor aquellos es ms compacta. Cuandoaumenta la concentracin electroltica de lasolucin, disminuye la tendencia de los ionesa difundirse ms all de la superficie y la DCDse comprime.

El espesor de la capa doble es variabley disminuye cuando la concentracin de lasolucin del suelo aumenta. En caso deconcentraciones iguales, el espesor es msdelgado para los cationes polivalentes quepara los monovalentes, tal como puede verseen la Figura 2. El espesor de la doble capadifusa puede aumentar hasta valoresparticularmente altos cuando el catin saturantees el Na altamente hidratado, con lo que seoriginan la ya mencionada dispersin yexpansin de las interlminas de las arcillas.

10

Figura 2. Distribucin de cationes y aniones monovalentes cerca de la superficie de unapartcula de montmorillonita en funcin de la concentracin. (Adaptado por Bohnet al., (1979) de Nielson et al., (1972).

Cuando se aproximan dos laminillasde arcilla sus DCD se sobreponen y se produceuna fuerza de repulsin entre los dos sistemascargados positivament,e la cual es menor amedida que son ms compactas las DCD, osea cuando aumenta la concentracin de salesen la solucin y la valencia de los ionesadsorbidos (Figura 3).

Cuando dos capas difusas asociadasse encuentran o traslapan tienden a repelerse,

debido a que ambas presentan cargaspositivas.

Debido al movimiento browniano laspartculas chocan unas contra otras pero seseparan a causa de las fuerzas de repulsin. Si la concentracin de sales aumenta, laspartculas al chocar pueden pegarse unas aotras y formar grumos que se precipitan o seaque se produce floculacin o agregacin.

11 LAS VINAZAS

Figura 3. Dispersin del suelo por efecto del traslape de capas difusas

Promocin de la agregacin y manteni-miento del nivel crtico de floculacin

Puesto que las vinazas poseen una elevadaconcentracin de electrolitos y estos tienenun reconoc ido e fec to f l ocu lan te ,independientemente de su poder fertilizante,se pueden utilizar para promover una mejora g r e g a c i n d e s u e l o s p e s a d o s ,estructuralmente degradados o con problemasde permeabilidad.

Se conoce como nivel crtico de floculacin lacantidad de sales que deben estar presentes

en la solucin para mantener el suelo o susarcillas constituyentes agregadas a unacondicin dada de porcentaje de sodiointercambiable (PSI). Dicho de otra forma,para una arcilla dada existe una concentracinmnima de electrolitos que causa agregacina un determinado valor de saturacin de sodio,el cual se conoce como valor de floculacin. En general, a mayor PSI (mayor contenidode sodio en la fase slida del suelo) mayordebe ser la concentracin de sales en lasolucin. Estos efectos se pueden apreciaren los Cuadros 7 y 8 (Shainberg y Letey,1984).

Cuadro 8. Valor de floculacin para diferentes valores de PSI.

Valor de floculacin (me/l de NaCl)Tipo de arcilla

5 PSI 10 PSI 20 PSI

Montmorillonita 6 10 18

Illita 3 4 7

Cuadro 7. Valor de floculacin para dos soluciones salinas.

Valor de floculacin (me/l)Tipo de arcilla

NaCl CaCl2

Montmorillonita 12 0.25

Illita 40-50 0.25

Distancia

12

Efecto de la acidez

En el Cuadro 9 se puede apreciar que la mayorproporcin de los suelos del Valle del RoCauca son alcalinos. Esa condicin es

consecuencia del tipo de materiales parentalesque dieron origen a los suelos de dicho valle,a lo que se debe agregar el efecto del riegocontinuado con aguas duras ricas enbicarbonatos de calcio, Magnesio y sodio.

Cuadro 9. Distribucin porcentual de los suelos de la parte plana del Valle del ro Cauca segn el pH y

los contenidos de materia orgnica, fsforo disponible y potasio intercambiable.

Segn Gonzlez y Garca (1999). yGonzlez, Pl y Garca (2.000) unaconcentracin alta de carbonatos tiene efectossobre la dinmica de cationes bsicos enrazn a que provoca la depresin en laconcentracin de la solucin del suelo de ionescomo el Ca, el cual sale del sistema (fasessoluble - intercambiable) por precipitacin,estado en el que es inactivo. Los carbonatosque se acumulan en el suelo se alojan en lared porosa en donde se presentan endiferentes formas, desde recubrimientosdelgados sobre las paredes de los poros hastallegar al relleno completo de los mismos, loque se ref leja en las propiedadeshidrodinmicas resultantes. La continuidaddel espacio poroso se puede afectar en formavariable debido a que aquellos poros queinicialmente constituan canales activos sonobturados en segmentos que se conviertenen vesculas aisladas o que se ocluyen enforma total.

Paralelamente se producen efectosqumicos tales como el aumento en laconcentracin relativa de iones como Mg y/oNa, fenmeno que es particularmenteimportante en zonas donde hay presencia deaniones como sulfatos en la solucin del suelo,lo que combinado con condicionesmineralgicas de predominancia de arcillasvermiculticas, caracterizadas por su altaselectividad catinica por el ion Mg, resultaen dispersin de arcillas, fenmenos dehidromorfismo, sellamiento superficial yaltsima retencin de humedad a niveles nodisponibles para las plantas, y suelos con una

alta saturacin de Mg (PMgI) en el complejode cambio.

El uso de aguas duras con altaconcentracin de HCO3-, Ca y Mg condicionalos procesos de solubil izacin y laconcentracin de sales y, por tanto, losproductos de formacin a producirse. Losprocesos de humedecimiento y secado, laevado-transpiracin y la absorcin de aguapor las plantas causa concentracin de lasolucin del suelo y precipitacin de slidosde acuerdo con su producto de solubilidad.As, se espera que los carbonatos de calcioy magnesio con muy baja solubilidad en agua,sean en su orden los primeros en formarse yel sulfato de Mg debido a su alta solubilidadpermanezca en solucin y determine la qumicade las sales en el perfil, lo que en efectosucede en los cuatro suelos en estudio.

El efecto de las vinazas aplicadas alsuelo, debido a su acidez elevada, es ladisolucin de las diferentes formas decarbonatos, fosfatos de calcio y otroscompuestos precipitados facilitando su lavadova drenaje, con lo cual se puede lograr unamejor nutricin de las plantas debido a unamayor d isponibi l idad de nutr ientesacompaada de un mejor balance entre ellos.

Efecto sobre la actividad microbiana.

Camargo (1960) encontr que la poblacin debacterias en un suelo incubado con vinaza,creci rpidamente de la primera a la cuartasemana de incubacin an con una dosis tan

pH

(rango suelos, %)

MOS

(rango suelos, %)

P

(rango suelos,

(mg/kg); (%)

K

Rango suelos

Cmol(+)/kg; (%)

< 5.5 6

5.57.0 70

>7.0 24

< 2 32

2 - 4 63

>4 5

< 10 21

10 20 20

< 20 55

< 0.20 21

0.20 -0.40 53

> 0.40 26

13 LAS VINAZAS

baja como 150 m3/ha de Vinaza diluida(concentracin de slidos de 10% m/m)existiendo un aumento poblacional del 25.3%con respecto al suelo sin Vinaza.

Los azcares rpidamente utilizables,como pentosas, son fcilmente descompuestaspor los microorganismos del suelo durante losprocesos de descomposicin de materiaorgnica, al tiempo que la nitrificacin ydenitrificacin se ven alterados situacin quese puede corregir mediante la adicin devinaza. Por ejemplo, la fijacin de nitrgenorequiere tericamente 1.7 g de carbono porcada gramo de nitrgeno fijado, as que si elsuelo tiene bajos contenidos de carbono, laadicin de vinaza puede mejorar este proceso.O sea, que la vinaza se puede utilizar comopromotor de la actividad microbiana ed3n ladescomposicin de residuos en campo.

Adicional a esto, varios investigadoresle han atribuido a la materia orgnica parte dela responsabilidad por mejorar la estructurafsica del suelo al aumentar su poblacin yactividad microbiana e incrementando lainfiltracin del agua, atribuyendo stos efectosa los productos y secreciones de losmicroorganismos al descomponer la materiaorgnica, lo cuales son aptos para unir laspartculas del suelo entre si (Garca, 2005)

Vinaza como agente recuperador de suelosafectados por sodio.

Con base en su alto poder electroltico, sureaccin cida y su accin como activador dela fauna microbiana del suelo es lgico su usocomo enmienda efectiva para la recuperacinde suelos afectados por una alta saturacinde sodio y/o magnesio intercambiables. LaVinaza, como recuperador de suelos afectadospor sales con efectos deletreos como el Na,promueve la agregacin fuerte con aumentode la permeabilidad al tiempo que disuelvecarbonatos, fosfatos de calcio y otrosprecipitados liberando el Ca necesario para eldesplazamiento del Na del complejo de cambio

Referencias

Bohn, H.L., McNeal, B.L. and OConnor, G.A.1979. Soil Chemistry. New York. WileyInterscience. 329 p.

Garca, A.; Marulanda, E. y Puerto, O. 2004.Experiencias en el uso de vinazas en

la agricultura vallecaucana CDMemorias Seminario Vinazas, potasioy elementos menores para unaagricultura sostenible SociedadColombiana de la Ciencia del sueloPalmira, mayo 113 y 14 de 2004.p 57 -85.

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La vinaza al 55% de slidos tiene salesminerales entre 8% y 12% ms cationes yaniones muy valiosos como nutrientes de lasplantas adems de encontrarse en un medioorgnico propicio para el intercambio inico yprobablemente en forma de quelatos quehacen solubles a estos ltimos.

Segn Underkofler y Hickey estamateria orgnica interpolando en una vinazade 55% en slidos podra estar distribuida,aproximadamente, de la manera siguiente:(1) Azucares entre 6% y 7%, (2) Protenas +aminocidos entre 5% y 7%, (3) gomas entre11% y12%, (4) ligninas y compuestos deestructura fenlica entre 9% y 11% y (5)compuestos de bajo peso molecular entre 9%y 10%. No obstante, haber sido concentradahasta un 55% contiene compuestos muyvoltiles.

Las gomas son muclagos que seutilizan como agente de espesamiento yadhesivo. En el caso de las vinazas estsson utilizadas como pegantes en la fabricacinde tableros aglomerados de bagazo de caa. Los cidos orgnicos pueden actuar comosolubilizadores de materia mineral, ademsde que actan como vehculos para eltransporte de micronutrientes catinicos alsistema radicular de la planta.

Las l i gn i nas su l f onadas yneutralizadas tienen mucho uso comodispersantes en diferentes industrias qumicas,incluyendo la formulacin de fertilizantes.Parte de esta materia orgnica est en formacoloidal la cual juega un papel importante enel intercambio inico del suelo.

Usos de los componentes de bajopeso molecular de la vinaza

Para el uso racionalizado de las vinazas esde primordial importancia conocer sus

componentes qumicos. Los resultados aqupresentados estn basados en resultadosobtenidos en el estudio de Sucromiles S.A.: Identificacin de compuestos orgnicos envinaza por Anglica Morales A. y HeribertoVictoria M.de Sucromiles S.A, Alonso JaramilloA. de la Universidad del Valle y Jess E.Larrahondo de Cenicaa.

Los resultados de este estudiomostraron la siguiente composicin de lavinaza (Cuadro 1).

Nota Tcnica

Usos alternativos de las Vinazas de Acuerdocon su Composicin Qumica

Gonzalo Bern Medina*

* Ing. Qumico.

Cuadro 1. Algunos compuestos orgnicos de lavinaza.

Compuesto Concentracin(% m/m)

2,3 butanodiol 0.01

2-metil 1,3 butanodiol 0.20

Glicerol 2.70

Sorbitol 1.40

Acido lctico 1.30

Acido succnico 0.70

Acido mlico 0.23

Acido asprtico 0.05

Acido acontico 1.80

Acido ctrico 0.80

Acido qunico 0.70

fructofuranosa 0.50

glucopiranosa 0.30

Sacarosa 0.20

Trehalosa 0.30

Otro estudio importante es: Lowmolecular weight organic composition ofethanol stillage from sugarcane molasses,citrus waste, and sweet whey (J. Agric. FoodChem. 1994),

15 LAS VINAZAS

16

cuyos resultados muestran que la vinaza contiene: 0.77% de cido lctico, 0.58% de glicerol, 0.38%de etanol y 0.15% de cido.

Los compuestos qumicos en el Cuadro1 suman aproximadamente 9.5% de una vinazaal 55% de slidos en base hmeda. Se puedeobservar que, los cuatro primeros de estoscompuestos son alcoholes polihdricos siendolos ms importantes la glicerina y el sorbitol quetienen usos muy diferentes; los siete compuestosqumicos que siguen son de bajo peso moleculary generan enlaces coordinados con ionesmetlicos, o sea, son de carcter secuestrantey pueden ser utilizados como agentes quelantesde cationes en muchos procesos qumicos yaque forman complejos metlicos solubles concationes bivalentes y trivalentes de gran utilidaden la agricultura y en qumica industrial en general,igualmente, los cidos orgnicos forman salessolubles con muchos metales que son nutrientesy facilitan su absorcin por las plantas; los cuatroltimos compuestos son carbohidratos del tipomonosacridos y disacridos de utilidad enprocesos de fermentacin y tambin tienencarcter quelante.

Neutralizacin de la vinaza yrecuperacin de los alcoholes

polihdricos (glicerina y sorbitol)

Desde el punto de vista agroindustrial esimportante la neutralizar la vinaza para obtenerun producto slido que facilite la mezcla en faseslida con los abonos corrientemente utilizados.

Tambin es interesante recuperar lamezcla de sorbitol y glicerina, ya que es muy

difcil su recuperacin por separado debido aque ambos tienen un punto de ebullicin muycercano cuando el primero se encuentra enfase lquida. En la Figura 1 se presenta elesquema y la comparacin de las propiedadesde los alcoholes polihdricos de bajo pesomolecular contenidos en la vinaza.

Desde hace varios aos se ha tratadode recuperar la glicerina de las vinazas demelaza y remolacha. Algunos de losprocedimientos aparecen en: Levaduras yalcoholes y otros productos de la fermentacin. Manual de la tcnica de la fermentacinincluyendo los aparatos correspondientes ylas nuevas normas de anlisis. Este procesodeja un residuo slido til para la agriculturaque bsicamente son cidos orgnicoscontenidos en la vinaza los cuales al sertratados con cal se convierten en salesinsolubles en alcohol. Esta pasta que se haformado despus del tratamiento con cal seextrae con etanol aprovechando la propiedadde la solubilidad de los alcoholes polihdricosen etanol. La pasta se puede utilizar comofuente de calcio bien sea para enmienda desuelos o fertilizante. Finalmente se destila elalcohol quedando una solucin de glicerinay sorbitol en agua que se puede concentrarcon arrastre de vapor al vaci, un mtodoconvencional para recuperar la glicerina.

Para las vinazas de remolacha seutilizan otras variantes de este mtodo queconsiste en neutralizarlas con cal y despusse agregan floculantes minerales u orgnicos. En un recipiente de clarificacin se dejadecantar las sustancias que se encontrabanen suspensin en la vinaza, se separa esteresiduo slido del fondo que se puede utilizar

Vinaza

Cal Neutralizacin

Etanol Extraccin de polihdricos Residuo slidopara uso agrcola

Polihdricos + etanol

Glicerina Sorbitol Destilacin deetanol

Concentracin y destilacin de glicerina y sorbitol

Figura 1. Esquema de neutralizacin y extraccin de alcoholes polihdricos de vinaza.

como fertilizante y la parte lquida que contienelos alcoholes polihdricos (glicerina, sorbitol yotros) se destila al vaci concentrndolos.

Usos de la vinazas por la acidez delos compuestos orgnicos y las

caractersticas coloidales

Los cidos orgnicos y los coloides orgnicosque contiene la vinaza tienen una gran facilidadpara formar enlaces de coordinacin concationes y dispersantes cuando esta seneutraliza con hidrxido de sodio o conhidrxido de potasio (el sodio y el potasio soncationes que t ienen caracterst icasdispersantes).

El color limita el uso de la vinaza comodispersante en la industria de recubrimientoy de limpieza, no obstante, se han hechoensayos para mejorarlo utilizando perxidode hidrgeno, con resultados parcialmentebuenos.

La vinaza como extractante deelementos secundarios

para uso agrcola

Calcio y Magnesio

Es conocido el uso de carbonato de calciopara tratamiento de suelos cidos o sea elproceso conocido normalmente comoencalamiento. Este compuesto es de lentasolubilidad en el suelo, lo que retarda su efecto.Otras sales de calcio como el yeso (sulfatode calcio) son ms solubles y aportan ionessulfato al suelo. La cal viva y el hidrxido decalcio igualmente tienen las mismaslimitaciones.

Actualmente se est investigando eluso de sales de calcio ms solubles paraenmiendas de suelos sdicos y salino-sdicos,entre ellos, nitrato de calcio y acetato de calcio.

Los cidos orgnicos que contienela vinaza y sus aminocidos al reaccionarcon el calcio producen sales que son solublesen agua, estos cidos adems son de carcterquelante y el producto en total contiene lospolmeros floculantes de la vinaza que lohacen muy apto para la enmienda de sueloscidos y bsicos.

Si el suelo es sdico estas sales decalcio solubles pueden desplazar el sodio delcomplejo del intercambio inico, y si tienebuen drenaje este sodio se puede lavar. Ensuelos cido-aluminicos puede desplazar elaluminio del complejo de intercambio inico.

Una gran extensin del territoriocolombiano se encuentra constituido porsuelos cidos caracterizados por una bajafertilidad natural. En este tipo de suelos elcrecimiento de las plantas se puede verafectado por toxicidad de aluminio, hierro,manganeso y algunos casos cromo y niquely deficiencias de calcio, magnesio, fsforo yazufre; o por alta concentracin de iones dehidrgeno y baja disponibilidad de otroselementos como nitrgeno y potasio.

Para obtener calcio y magnesiosoluble a partir de los cidos orgnicos de lavinaza se puede hacer reaccionar est conla correspondiente sal u xido que puede sercal dolomtica, xido de magnesio, calagrcola, yeso, cal viva e hidrxido de calcio. Se debe anotar que por su estructura qumicalos cidos de la vinaza tienen condicin buffer,es decir, que al agregarles el neutralizante elpH no cambia bruscamente si no lentamentepor lo tanto se puede regular adecuadamenteel pH final, y de esta manera se puedenobtener una gama de productos de distintasconsistencias. La estructura de los cidosorgnicos que contiene la vinaza es lasiguiente:

Lctico:

Acontico:

Ctrico:

Qunico:

Succnico:

17 LAS VINAZAS

Dependiendo de la cantidad de salesde calcio o magnesio que se hagan reaccionarcon la vinaza se obtendrn productos deconsistencia liquida, pastosa y slida y con unpH superior a 7. El producto slido de es muypegajoso e incompatible con los fertilizantesque se mezclan en las maquinas abonadoras.

Las vinazas y los micronutrientes

La mayora de los compuestos qumicoscontenidos en las vinazas son de carcterquelante por tener grupos aminos, dicidos ehidrxilicos.

Generalmente, y para evitar que seprecipiten en forma de sales insolubles, losmicronutrientes se suministran a las plantasen forma de quelatos, compuestos en loscuales las uniones se efectan porcompartimiento de pares de electrones. Entrelos compuestos ms simples y comunes queforman complejos de coordinacin seencuentra el amoniaco, que tiene doselectrones que puede compartir con ionesmetlicos formando una serie de complejosamoniacales (NH3) con diferentes metales.

La etilendiamina, cuya frmulaaparece a continuacin, es uno de los primerosquelantes que fue estudiado.

H2N CH2 CH2NH2

Me

Cuando ambos pares de electronesinteraccionan con el mismo metal se formauna configuracin del metal atrapado por losdos grupos aminos.

As mismo los aminocidos tambininteraccionan con el mismo metal y formanuna configuracin en la que queda atrapadoel metal, de la forma siguiente.

Para preparar micronutrientes enforma de quelatos, el cido que ms se utilizaes el aminopolicarbosilico EDTA (Etilendiaminotetracetico) o sus sales. Los compuestosqumicos que ms se utilizan son los sulfatosde hierro, manganeso, cobre y zinc que sonrpidamente solubles en la vinaza.

La vinaza se puede utilizar nosolamente como secuestrante de estoscationes sino tambin para producir sus salesorgnicas haciendo que reaccione en calientecon xidos de hierro, zinc, manganeso y borax.

La vinaza en caliente se puede utilizarpara extraer micronutrientes residuales de laindustria metalmecnica o de fundicin, comoescorias Thomas. Tambin es posible ensayarel ataque de las vinazas a minerales comosulfuros de hierro y zinc con el objeto de liberarcationes micronutrientes.

Reacciones de la vinaza con urea

Como fuente de nitrgeno el producto msconocido es la urea, cuando se aplica al suelosu primer paso consiste en que por las enzimasureasa forma carbonato de amonio, la solucinde agua en el suelo sube a un pH de 8.5 yesta reaccin se completa en 48 horas. Elcarbonato de amonio es un compuesto muyinestable y si no se retiene en el suelo sevolatiliza y se pierde en la atmsfera antes deque se formen nitritos y nitratos asimilablespor la planta.

C = O + 2H2O Enzima/urea = (NH4)2CO3

NH2

NH2

Para evitar las perdidas de urea seestn usando resinas urea formaldehdo queregulan el suministro de amonio al suelo. Porotra parte, la urea es una base dbil quereacciona con la acidez de las vinazasformando sales orgnicas de amonio que sonms estables que el carbonato de amonio.Estas sales tambin se hidrolizan por lahumedad del suelo pero forman compuestosms estables que el carbonato de amonio conmenos perdidas el suministro de amonio alsuelo.

O

R - CH - CH2 - C - O

2HN

Me

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Los aminocidos de la vinaza enfertilizacin foliar

Las protenas y los aminocidos de la vinazapueden jugar un papel muy importante en lafertilizacin foliar. La vinaza se puede hidrolizarpara que la mayor parte da la protena sefragmente a aminocidos. Estos no solamenteson quelantes sino que estn siendo utilizadoscomo bioestimulantes, es decir, estimulan elproceso de la fotosntesis. Actualmente seestn utilizando en fertilizacin foliar junto conmicronutrientes. Una vinaza hidrolizada,neutralizada y mezclada con urea puede serun excelente fertilizante foliar. En el procesode hidrlisis los compuestos de alto pesomolecular de la vinaza se fragmentan dandocompuestos de menor peso molecular y conmejor capacidad quelante, lo que permite unafcil translocacin de la fase acuosa del sueloa las races de la planta. La molcula de ureaes muy eficiente para ser absorbida por lashojas de la planta o tambin se pueden utilizarhidrxido de potasio para neutralizar la vinaza.

La vinaza como extractantedel ion fosfato

La roca fosfrica es la principal fuente defsforo para producir cido fosfrico. Paraliberar el anin fosfato de la roca fosfrica sehace reaccionar con cido sulfrico o concido ntrico con lo que se obtiene libre el ionfosfato y como residuo fosfato de calcio onitrato de calcio, respectivamente, segn seael caso.

En suelos cidos el fosfato puede serabsorbido por los xidos de hierro o de aluminiocontenidos en las arcillas de tal manera queno es disponible para las plantas; en suelosbsicos se puede neutralizar con el calcioformando fosfato de calcio insoluble.

La roca fosfrica reacciona tambincon los cidos orgnicos de bajo pesomolecular contenidos en la vinaza liberandoel anin fosfato y quedando como residuosales orgnicas de calcio. Por otra parte estassales orgnicas de calcio son ms solublesque las sales minerales y por este motivo mseficientes en el suministro de calcio a lasraces de la planta o en la neutralizacin desuelos cidos. Esta reaccin de cidosorgnicos con roca fosfrica ocurre cuandolos microorganismos que actan sobre lamateria orgnica generan cidos que atacanlos minerales fosfatados del suelo y cuandoen el laboratorio para analizar fosfatos seextraen estos usando cido ctr ico.

En muchos estud ios se hacomprobado la necesidad de la materiaorgnica en los suelos para evitar que el ionfosfato se precipite. Al hacer reaccionar lavinaza en exceso en caliente con la rocafosfrica no solamente se libera este ion sinoque en el producto final queda toda la demateria orgnica contenida en la vinaza queevita que el ion precipite y facilita el intercambioaninico. Adems queda el calcio en formade sal orgnica de calcio soluble. Paraconseguir liberar ion fosfato es importantehacer la reaccin con un exceso de vinaza.

Uso de la vinaza como extractantede residuos calcreos

Los residuos de conchas marinas o decscaras de huevo reaccionan con los cidosorgnicos de la vinaza produciendo nosolamente un calcio soluble sino tambin ionesfosfatos y otros cationes importantes para laagricultura. En el caso de la cscara de huevoeste material no solamente contiene carbonatode calcio sino tambin protena de la pelculaque reviste la cscara en su interior, estaprotena se convierte en amoniaco, nitritos ynitratos.

La harina de huesos obtenida pormolienda y tratamiento con vapor es muyvaliosa por su contenido de fosfato clcico ypor los iones fosfatos que pueden ser msdisponibles para las plantas cuando se tratacon vinaza.

19 LAS VINAZAS

O

R - C - ONH3

+ 2HOH = 2NH4OH + R - (COOH)2

C - ONH3

O

Introduccin

El Grupo KIMEL*, una empresa de medioambiente y de gestin de residuos, inici en1996 en el Valle del Cauca un proyecto derecuperacin y transformacin de vinaza decaa de azcar con el objeto de darle valoragregado y mejorar su mercado.

La primera tarea consisti en caracterizar estesubproducto con base en parmetros quepermitieran compararlo con otros productosde usos en la industria y en el agro. Antes deesa poca, la vinaza era considerada comoun residuo resultante de la destilacin demelazas con origen en la caa de azcar, quese produca en concentraciones del orden del8% de slidos totales, es decir, contena 92%de agua. En estas concentraciones no eraposible utilizarla ni para la industria ni para elagro, por tanto, era preciso concentrarla hastael porcentaje mximo que la tecnologa loexiga y el comportamiento de la misma vinazalo permitiera. No obstante, ya existan algunaspocas desti leras en el mundo queconcentraban este efluente con el fin de reducirsu volumen y facilitar su traslado para algunosusos, fundamentalmente en la alimentacinde vacunos.

Como elemento patrn para la caracterizacinse tom la vinaza concentrada al 50% deslidos totales, siendo el primer obstculo ladefinicin de cules seran los patrones basede slidos disueltos y de slidos en suspensin.

Nota Tcnica

Usos Industriales y Agrcolas de la Vinazade Caa de Azcar

Daniel IrisarriPresidente de KIMEL de Colombia S.A.

La vinaza contena un porcentaje de slidosen suspensin muy variable, que oscilabaentre 10% y 20%, lo cual obligaba a desarrollarun Proceso de Clarificacin que permitieraobtener un producto concentrado decaractersticas regulares y constantes en eltiempo con una especificacin muy cerradapara los slidos en suspensin, permitiendoas un producto bien definido y procedente deun proceso industrial.

Metodologa

Se decidi trabajar con vinazas con uncontenido mximo de 0.5% de slidosinsolubles o en suspensin. Este producto secaracteriz travs de todo el ao con base encomponentes orgnicos e inorgnicos, ya quela calidad era influenciada de forma directa ysignificativa por las condiciones de climadurante la zafra y por diversas circunstanciasdurante los procesos de obtencin de melazaen fbrica y de destilacin. Afortunadamentese lleg a la conclusin de que en formarepresentativa las alteraciones de losparmetros de la vinaza se podan encuadrardentro de una ficha tcnica vlida para ladefinicin de un producto en el momento deser utilizado como una materia prima. Ademsde las caractersticas de esta ficha tcnica, lavinaza ha sido estudiada y se le hanencontrado usos y aplicaciones vlidas parasu utilizacin dentro de las normativas deMedio Ambiente.

* Los productos y los procedimientos citados en este documento se encuentran debidamente registrados.

Concentradores de ILV (Foto 1) y de KQE (Foto 2).

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Despus de caracterizar la vinaza ycompararla con otras materias primas y otrosproductos elaborados que estaban en losmercados industrial y agrcola, se lleg a laconclusin que este subproducto tena unamplio campo de aplicaciones, siempre ycuando, se conservarn las caractersticastcnicas y la presentacin fuera adecuada.Surgi, entonces, la necesidad detransformarla de concentrado a polvo soluble. Este proceso y la logstica necesaria para sumanejo fue algo realmente difcil de resolver,ya que no exista en el mundo una tecnologade secado de la vinaza de forma industrial.Ante la imposibilidad de encontrar fabricantesde secadores industriales responsables de laventa o desarrollo de una planta de este tipo,KIMEL tuvo que aceptar el reto y hacer eldesarrollo necesario lo que implic un ao detrabajo y unas inversiones importantes quepermitieron un mayor conocimiento de laproblemtica de la vinaza.

Una vez culminado con xito el retode producir de forma industrial vinaza en polvo,se estaba frente a una materia prima quebasaba sus posibles usos en la enormediversidad de comportamientos de sucomponente orgnico, un muy especial ypolifactico complejo polimrico; adems, estamateria se encontraba en formas lquida ypolvo, que resolvan la problemtica de lalogstica del mercadeo.

Pero no era posible ignorar los slidosinsolubles o en suspensin, que representanun volumen apreciable y hacen parte de laproblemtica de la vinaza. En consecuenciafue necesario dedicar investigacin eimaginacin para encontrar un procesoadecuado para su transformacin en unproducto con un valor agregado, un mercadoadecuado y una tecnologa de respaldo. Estosslidos se obtienen directamente en forma delodo con un alto porcentaje de vinaza formandola parte lquida con un alto porcentaje delcomplejo polimrico y por consiguiente consus cualidades. Todo lo anterior hizo posiblesu utilizacin como una de las materias primaspara la elaboracin de granulados especiales.

Planta de secado de vinaza.

Vinaza granulada

Saco de granulado Kimelgran

21 LAS VINAZAS

Identificacin del complejo polimrico

En estudios prev ios se determinanalticamente que el producto est compuestopor agua, sales minerales y materia orgnica(Cuadro 1). Para determinar y cuantificar conmayor precisin las diferentes fracciones dela materia orgnica se han utilizado las tcnicasanalticas: ensayos enzimticos, RMN, IR,Cromatografa de gases-TIR

Para determinar las caractersticas delcomplejo polimrico se han realizado laspruebas siguientes:

Hidrlisis con alfa-amilasa (hidrlisisselectiva del monmero terminal).Refleja un incremento en cinco vecesel contenido de glucosa y tres vecesel contenido en sacarosa, por lo quese estima que los polmeros debenser de cadena corta (hasta 8 unidadesde monmero). Utilizando el mtodoviscosimtrico se calcul que el pesomolecular es de 4800 g/mol,aproximadamente.

Grupos funcionales del complejopolimrico KLA 1045. La siguientefase consisti en identificar los gruposfuncionales presentes y para ello serealiz un espectro infrarrojo (IR), elmostr que existen grupos funcionalespropios de las molculas que formanel complejo polimrico: carbonilo,alcohol, alcanos y esteres. Tambinse ha detectado la presencia de fuertespuentes de hidrgeno.

Como grupos fundamentales para laformacin de quelatos as como parasu participacin en sistemas deintercambio inico, se encontraron losgrupos de cido carboxilico ycarboxilatos (-COOH y COOMe).

La cuantificacin de estos grupos demolculas ha sido fundamental y para ello seha diseado el experimento que se resume acontinuacin.

Determinacin de grupos cido ycarboxilato por FTIR en el complejo

polimrico KLA 10451

Para la determinacin cuantitativa de losgrupos cidos y carboxilato presentes en elcomplejo polimrico, mediante el mtodo deespectroscopia infrarroja de transformada deFourier (FTIR) se parte patrones siguientes:(1) cido etilendiamino tetraactico EDTA comoportador de grupos COOH y (2) acetato dezinc como portador de grupos COOMe.

Debido a la imposibilidad de lograr ladisolucin de EDTA en disolventes adecuadospara el estudio del infrarrojo en disolucin, sedecidi llevarlo a cabo a partir de mezclasfsicas de estos productos con KBr enconcentraciones conocidas. Se prepararonmezclas de concentraciones de los patronesen las proporciones siguientes:

Patrn 1 = 0.1 g en 100 g de KBr Patrn 2 = 0.2 g en 100 g de KBr Patrn 3 = 0.3 g en 100 g de KBr

El peso final de las pastillas fue de0.3 g y para la muestra se utiliz 0.3% enpeso. A partir de las mezclas indicadasa n t e r i o r m e n t e s e r e a l i z a r o n l o scorrespondientes espectros infrarrojos a losque se les midi la intensidad de las bandasdebidas al grupo cido carboxlico y alcarboxilato, en cada caso.

Se dispuso de tres espectros (0.1%,0.2% y 0.3%) correspondientes a cada unode los compuestos EDTA, acetato y EDTA 2-Na y espectros correspondientes a muestrade complejo polimrico, EDTA y acetato dezinc. Con los valores obtenidos se hicieron lascurvas de calibracin correspondientes aintensidad vs. moles de producto/100g KBr.Con estos datos y a partir de la extrapolacinen las rectas de calibrado se han determinadolos gramos de producto que contiene 1 molde cido y/o sal. Estos clculos y suinterpretacin grfica pueden ser solicitadosal autor.

En conclusin, la presencia decarboxilo en el complejo polimrico es de 18%vs. una presencia de carboxilo en el EDTA de60%, lo que supone que el complejo polimricoposee el 30% de carboxilo comparado con elEDTA.

1 Los estudios, anlisis, ensayos y experimentos han sido realizados por la Fundacin AZTI www.azti.es y la Universidad

del Pas Vasco.

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Cuadro 1. Contenidos al 50% de concentracin en el complejo polimrico. Promedios de 10 anlisis.

Elementos mayores (%)

N total 1.17 Mg (MgO) 0.8

P (P2O5) (%) 0.33 Calcio (CaO) 0.6

K (K2O) 5

Elementos menoresa (%)

Fe 500 B 9

Mn 70 Cu 8

Zn 15

Aminocidos (%)

C orgnico total (%) 13.6 Carbohidratos 20

Relacin C/N 20 Protenasb 8

Aminocidos libres (%) 0.58

Azcares (%)

Totales (%, en glucosa) 3.59 Fructosa < 0.5

Reductores (%, en glucosa) 2.79 Glucosa < 0.5

Acido lctico (%) 2.90 Maltosa < 0.5

Sacarosa (%) 0.40 Lactosa

monohidratada

< 0.5

Otros componentes (%)

M.O. total 39 Acidos flvicos 35

Extracto hmico total 38 Acidos hmicos Trazas

Concentracin 50 Cenizas 11

Densidad aparente (g/cc) 1.28 pH 4.5

a. Las determinaciones de elementos menores se hicieron en base seca. Las demsmediciones son en base fresca.

b. (A.Asp-A. Glu-Ser-Gly-His-Arg) (Thr-Ala-Tyr-Val-Leu-lleu)

Usos de la vinaza

El principal valor de la vinaza reside en lascualidades de su complejo polimerco.Despus de investigar qu productos con estacaracterstica se encuentran en el mercado,se encontr que exista una importantediversidad y sorprendentemente la materiaprima Kimel compite con la mayora de ellosen un alto numero de aplicaciones.

El complejo polimrico Kimel tiene unpeso molecular promedio de 4800 g/mol y losproductos en el mercado que sirvieron paracomparacin tienen complejos polimricos conun peso molecular medio entre 50,000 y100,000 g/mol. Aunque este hecho no esinconveniente para homologarlos en algunoscasos y hasta para superarlos en otros, s esnecesario reconocer que no los puede sustituir

23 LAS VINAZAS

en un importante porcentaje de susaplicaciones.

La vinaza es un producto orgnicocon un alto potencial como medio de cultivode microorganismos, especialmente cuandose encuentra en estado l quido aconcentraciones bajas, que requiere un manejoadecuado para evitar contaminaciones quealteran sus propiedades y dificultan algunasaplicaciones. Para obtener un producto debuena calidad debe vigilar todo el proceso deproduccin desde el campo hasta la salida dela torre de destilacin pasando por los procesosde clarificacin, concentracin, adecuacin aluso especfico y secado.

En la industria

El complejo polimrico de la vinaza tiene, entreotros usos industriales, los siguientes.

Construccin. En orden de importancia enrelacin con el volumen de consumo se debecitar en primer lugar la industria del cementode hormign, que demanda en el mundoaditivos con varios millones de toneladas deun complejo polimrico, el cual en unimportante porcentaje de sus usos es sustituiblepor el complejo polimrico de vinaza. Hacealgn tiempo en Estados Unidos fue necesariocerrar una importante factora de polimricospara la industria de la construccin, creandouna situacin de carencia en el mercado quehizo necesario el uso del complejo polimricode vinaza de KIMEL en algunos pasesafectados. Su aplicacin es como aditivo enla preparacin del concreto, actuando comofluidificante o plastificante y sustituyendo alagua.

En la literatura se encuentran datosque indican que es posible sustituir 16 lt deagua por 1 kg de aditivo. La vinaza o sucomplejo polimrico trabaja por va fsica(elctrica), con un extremo o cabeza hidrfilo(carga positiva) y el otro hidrfugo (carganegativa). El componente hidrfugo seintroduce en la parte slida del concreto y elhidrfilo permanece en el extremo opuestoformando pompones con carga elctrica delmismo signo que se repelen entre s, con elmismo efecto de fluidificacin que el agua. Alusar menos cantidad de agua la resistenciadel concreto aumenta, o se puede usar menoscemento para obtener un concreto de igualresistencia.

Otros usos. El complejo polimricotambin puede ser utilizada en menorescantidades para compactar y eliminar elexceso de polvo en vas carreteables yen la fabricacin de aglomerados,oxicloruro de cobreasfaltos, curtimbres yproductos para la limpieza de calderas.

En la agricultura

En agricultura es necesario entender quela principal contribucin de la vinaza ocurrea travs del complejo polimrico. En estecampo se deben tener en cuenta loscomponentes orgnicos e inorgnicos dela melaza y sus interrelaciones, ya quemuchas veces estos ltimos adsorben oretienen varios componentes orgnicosformando acomplejados.

El anlisis con espectro de rayosinfrarrojos muestra que la vinaza poseedentro de su fraccin orgnica, loscompuestos siguientes:

Grupos OH (alcohol) de pequeacapacidad complejante.

Cadenas hidrocarbonadasCH-OH-CH o presencia de M.O.capaces de incorporar elemen-tos.

Sales de cido carboxlicoCOOH-metal en forma inica ypor tanto con gran capacidad decambiar cationes y complejar.

Acidos carboxlicos R-COOHcon funcin de agente disponiblepara formar nuevos complejos.

Funcin esteres y alcoholesprimarios C-OH, C-O-C concapacidad para ceder oincorporar elementos ycomplejar.

Puentes de hidrgeno H --- H-con capacidad para unir cadenasy/o complejos.

E n t r e l o s c o m p o n e n t e sinorgnicos sobresale el potasio, unelemento que recientemente ha recibidoespecial atencin con mejorador de lascondiciones de suelos tropicales.

En las presentaciones de lquidoy polvo, el complejo polimrico puede serutilizado como acondicionador de suelossalinos y complejante de nutrientes,

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estabilizador de materia orgnica en el suelo,potencializador de mezclas edficas y foliares,mejorador y regulador de pH, en solucinnutritiva para microorganismos benficos,componente en soluciones aplicadas almomento del transplante, fertilizante quelatadode disponibilidad inmediata y como fuente demateria orgnica altamente disponible.

Como grnulo, el complejo polimricose le ha incorporado un importante porcentajede silicio, hierro y elementos menores y tieneuna alta capacidad de retencin de agua, porello, adems de los usos de las presentacionesdel complejo polimrico como lquido y comopolvo, se aaden los siguientes laspropiedades de la forma combinada: (1)debido a los silicatos es un neutralizador dealuminio; (2) mejora la capacidad deintercambio de cationes del suelo; (3) tienealta capacidad como corrector de pH de aguade riego (Cuadro 2); (4) es un corrector de laalcalina en suelos debido a que las cadenashidrocarbonadas del complejo polimricoenlazan los elementos minerales presentesen el entorno de aplicacin volvindolesasimilables por la planta, lo que significa nosolamente una mejor asimilacin de losnutrientes sino tambin una progresivaliberacin de los elementos de saturacin; (5)mejora la estructura de los suelos pobres enmateria orgnica y evita la desertizacin; (6)

la capacidad de intercambio catinico delcomplejo polimrico (reforzada en su formade grano) potencia la traslocacin de cationespor actividad elctrica, ya que los puentes dehidrgeno lo unen con las materias orgnicasexistentes en el suelo y las estabilizan; (7) laalta capacidad de retencin de agua, una vezen el suelo, ejerce una accin favorable sobrela estructura y formacin de agregados,disminuyendo la cohesin de partculas ygenerando una mejor aireacin que favorecela actividad del entorno bacteriano de la zonaradicular; (8) es un medio nutritivo paramicroorganismos y un potenciador de laactividad bacteriana en los suelos; (9) actacomo agente complejante construyendoenlaces en forma de quelatos, proceso quedepende directamente de la disponibilidad enestructuras carboxyl y carboxilatos (al menosen un entorno no sinttico) y de gruposfuncionales capaces de capturar cationes sinnecesidad de un gran aporte de energa; (10)con el complejo polimrico se pueden crearlneas bsicas de mezclas con los elementosmayores NPK para mejorar los rendimientosde la fertilizacin, pero tambin lneas mssofisticadas con mezclas de elementossecundarios para corregir deficienciasnutricionales; (11) por su bajo peso moleculary tamao reducidos de las cadenas que loforman, el complejo polimrico acta comoagente coadyuvante en aplicaciones foliares.

Cuadro 2. Variacin del pH en agua de riego pesada por la adicin de complejopolimrico.

Posicin Complejo numrico(/100 lt de agua)

Dilucinequivalente

(%)

pH resultante

1 0 0 8.12 0.1 0.1 7.43 0.2 0.2 6.94 0.3 0.3 6.45 0.4 0.4 6.16 0.5 0.5 5.87 0.6 0.6 5.78 0.8 0.8 5.69 1 1.0 5.8

Conclusin

Todo lo anteriormente expuesto estaactualmente en plena actividad y demuestralas capacidades de la vinaza si se procesa ytrata bajo un punto de vista industrial objetivoy de futuro.

Se demuestra tambin que laspresentaciones en forma de polvo y grnuloson una necesidad real para solucionar elproblema de logstica y para facilitar el manejotanto en campo como en mezclas previas yen formulaciones.

25 LAS VINAZAS

Nota Tcnica

Manejo de Vinazas: Metanizacin y Compostaje,Aplicaciones Industriales

Philippe Conil*

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

melaza - 7% ST jugo de caa 3% ST miel B o mezcla de melaza y jugo de

caa 5% ST

Para facilitar la presentacin de estaexposicin, utilizaremos las vinazas msprobables de las destileras del Valle de Cauca(Colombia), provenientes de una mezcla de 40%de melaza y 60% de jugo de caa, o de una mielB, con una carga contaminantes del orden de5% a 6% de ST (DQO de 50.000 a 60.000 mg/l).

Afortunadamente la naturaleza de estacarga orgnica faci l i ta su manejo yaprovechamiento. La vinaza siendo muyconcentrada, el volumen a manejar es bajo: 13m3/m3 de alcohol generado, o an menos encaso de recirculaciones internas de la vinaza(hasta 4 m3/m3). Adems todos los componentesde la vinaza provienen de la materia prima (jugode caa y melaza) y pueden servir de abono oan alimento. No hay patgenos ni metalespesados ni componentes txicos. Los principaleslimitantes a su uso son su alto contenido depotasio, del orden del 6% de sus ST (SlidosTotales), tanto para abono como para alimento,as como su alto contenido de sulfuros.

Este subproducto es idneo, y an ideal,para metanizacin, a saber para sudescomposicin anaerobia (en ausencia de aire),primer paso de su tratamiento como efluente.Su conveniencia para metanizacin vara sinembargo segn la materia prima utilizada parala produccin de alcohol, siendo ideal el jugo decaa y ms complicada la melaza, por su mayorcontenido de sulfato.

La metanizacin es la forma ms comnde tratamiento de las vinazas en el mundo, a lapar con la ferti-irrigacin. Su tratamiento por

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

Compostaje

El compostaje es una tcnica centenaria queaplica para residuos secos y fibrosos. No esaplicable a la vinaza lquida ni concentrada ens, pero las vinazas pueden ser aadidas alproceso de compostaje de otros residuos (co-compostaje). Una tecnologa similar se utilizapara lodos de depuradoras, as como para loslodos de la industria petrolera. La cachaza delos ingenios azucareros es un sustrato ideal paracompostaje. El compostaje de la cachazapermite reducir su humedad, volumen y peso, yen consecuencia reducir sus costos de transportey de aplicacin. Por esta razn este compostajesuele justificarse econmicamente, con y sinadicin de vinazas. Un Ingenio de 5.000 T decaa por da en el Valle del Cauca produce hasta300 toneladas diarias de cachaza. En otraspartes del planeta (pases que tienen una zafralimitada a la estacin seca) la produccin decachaza es un poco menor por tonelada de caamolida, pero esta cachaza es mas seca yorgnica que en Colombia, donde la cosechade la caa a lo largo del ao arrastra muchatierra.

La adicin de vinaza al compostaje decachaza se hace desde hace ms de 20 aosen el mundo, con bastante xito. Sin embargolas cantidades aadidas son generalmentemenores de 1 m3 de vinaza por tonelada decachaza. Esta proporcin no permite dar unasolucin al manejo de las vinazas puesrepresenta una parte pequea de la vinazagenerada. Un ingenio de 5.000 t/da condestilera (60% jugo + 40% melaza) produce150.000 litros de alcohol al da y 2.000 m3 devinazas al da, de las cuales solo 300 m3 (15%)pueden ser incorporadas al compostaje de lacachaza.

Dos vas existen para aumentar esteporcentaje: (1) la recirculacin de las vinazasdentro de la destilera, para reducir el volumende descarga (pero aumentar su concentracin).

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

26

28

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

Ambos sistemas son factibles, con susventajas y desventajas. Pueden tambin sercombinados. Debe de aclararse que laconcentracin de las vinazas por evaporacintiene un costo relativamente alto de energa, ascomo de qumicos para el lavado peridico delsistema, y adems genera otro tipo de aguasresiduales (las flemazas) que deben tambinser tratadas.

En los mejores casos, la cantidad devinaza se puede reducir a 4 m3/m3 de alcohol,lo que permite co-compostarlas con cachaza enproporciones de 2 a 1. Es difcil pero factible.Depende de la composicin de la cachaza y dela pluviosidad. Es mucho ms difcil en Colombiaque en pases con zafra. Ms concentrada lavinaza, ms difcil es aumentar su proporcinen la mezcla. Al contrario, si hablamos de vinazatratada, se asemeja a agua de riego y es mssencillo aumentar la dosis de aplicacin.

Metanizacin

La metanizacin, o degradacin anaerobia delos efluentes, es una tecnologa muy eficientepara remover la carga de las vinazas. Permiteremover mas de 90% de su DBO, aunque solounos 70% de su DQO (Demanda Qumica deOxgeno), pues una parte de la DQO est enforma dura (no biodegradable); esta fraccines muy baja cuando la materia prima es jugo decaa, muy alta cuando es melaza, e intermediacuando se utiliza miel A o miel B.

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

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

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

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

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

Pero la metanizacin controlada tienetambin ventajas sustanciales para las destileras,entre ellas:

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

Permite registrar el proyecto comoMDL (Mecanismo de DesarrolloLimpio- Protocolo de Kyoto), no solopor la sustitucin de energa fsil, sinopor evitar la liberacin de metano ala atmsfera, que es uno de losprincipales gases de efecto inverna-dero. Con este registro los Ingeniospueden vender sobre el mercadointernacional, y Europeo en particular,Cert i f icados de Reduccin deEmisiones de carbono (CER, oBonos de Carbono).

Permite aumentar la dosis deaplicacin de vinaza (tratada) alcompostaje de cachaza, pues en vezde aplicar una materia prima, estaplicando un lquido diluido que se

29 LAS VINAZAS

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

de toda la vinaza sin descarga algunaal ro.

Facilita los proyectos de ferti-irrigacin(el efluente tratado es de aplicacinms fcil que la vinaza cruda.

Esquema de flujo de un sistema mixto de mecanizacin-compostaje de las vinazas.

Costos aproximados de los sistemas

InversinSistema bio-tec de metanizacin para 100 tDQO/da: US$1.5 millones.Sistema de compostaje de cachaza y vinazas:US$1 milln (incluyendo equipo de aplicacinagrcola por voleo)aprovechamiento del biogas: funcin del tipode aprovechamiento (los sistemas de menorcosto son el uso en calderones y calderas, o laventa a Gases de Occidente) ingresospotencialesCertificados de carbono: 100,000 t CO2/ao= US$600,000 por aoEnerga: Funcin del tipo de aprovechamientoy del costo de la energa sustituida.

Costos de O&MBiodigestores: US$100.000/aoAprovechamiento del biogas: funcin del tipode aprovechamiento.

Ejemplos en otros tipos de agroindustrias:

Estos sistemas de metanizacin de cargasorgnicas altas se utilizan tambin en otros tipos

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

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

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

30

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

los acuerdos de Kyoto permiten lacomercializacin de Certificados deCarbono de Emitido (mecanismosMDL) que generan un ingresosustancial a los palmicultores quecaptan el biogas de sus lagunas o lasconvierten en biodigestores. LaFederac in de pa lmicu l to res ,FEDEPALMA, est negociando paratodos el los un acuerdo-marcosombrilla que les permita beneficiarsede estos ingresos con un mnimo dedesgaste administrativo.

el biogas tiene un valor que incrementaa la par con el precio del petrleo; lamayora de estas empresas no estconectada a la Red y depende enparte de plantas elctricas diesel. Elbiogas sustituye el diesel. Enotras extractoras el biogas pre-cal ienta el agua de caldera omantiene una produccin devapor y electricidad permanente,los 365 das al ao.

en algunos pases (no es el casode Colombia) el Estado promueve lageneracin de electricidad con fuentesalternas de energa, y obliga a losdistribuidores a comprarla a buen precio(mayor a 6 centavos de dlar por kWh);es el caso de Honduras por ejemplo.En Blgica, adems de un precio decompra de la electricidad al precio (muybajo) del mercado, los productores deelectricidad renovable comercializanCertificados Verdes cuyo valorpor kWh generado es mas deldoble del valor de la electricidadvendida.

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

Componentes de un sistema Biotecde metanizacin para efluentes de

alta carga orgnica

Enfriamiento Lagunas de tierra impermeabilizadas,

con TRH superior a 25 das

Sistema de alimentacin del efluente Sistema de recoleccin del efluente S is tema de agi tac in in terna Sistema de purga diaria o semanal Sistema de disposicin de los

lodos de purga (co-compostaje,ferti-irrigacin o lechos de secado)

Sistema de captacin del biogas(carpa flotante)

Red de biogas (conduccin, remocinde la humedad, filtros de H2S,compresin)

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

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

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

Formas de contratacin

Si bien existe una cultura nacional decontratacin de proyectos por fasesindependientes (diseo, compras, montajes,puesta en marcha, y operacin), este sistemaque diluye la responsabilidad del funcionamientoentre varios operadores, no es adaptado aproyectos complejos que involucren procesosbiolgicos, como es el caso de sistemas demetanizacin. El diseador debe deresponsabilizarse del correcto funcionamientode sus sistemas.

Se aconseja la compra de estas plantasllave en mano, incluyendo puesta en operacin,y ojal con varios aos de operacin incluida.Empresas como BIOTEC ofertan tambin estossistemas por concesin, por mas de 20 aos,en los cuales se encargan de la inversin y dela operacin, y amortizan su inversin y costoscon la venta del biogas y de los Crditos deReduccin de Emisiones.

31 LAS VINAZAS

Nota tcnica

El Precio de la Melaza Contina CreciendoAnte el precio creciente de la melaza, la Vinaza60 es una

alternativa de sustitucin econmica y efectiva

Jos Gnecco Mancheno

La alimentacin constituye el 60% de los costosde produccin en la ganadera tropical. Parael ganadero, tradicionalmente acostumbradoa suministrar energa a sus animales medianteel uso de la melaza, el margen de utilidadempieza a verse afectado debido al inusitadoincremento del precio de venta de este insumo. En el ltimo ao este incremento ha sido dems del 122%, alcanzando valores por encima$200/kg (Figura 1). Con la entrada enfuncionamiento de las plantas productoras deetanol carburante esta tendencia va a continuary se espera que para mediados del 2006 elprecio alcance un valor cercano a los $250/kg.

Ante este panorama, la Vinaza60_vinaza concentrada con 60% de slidostotales y subproducto de la destilacin dealcohol_ se presenta como una interesantealternativa de sustitucin de la melazacomercial como energtico para la alimentacinanimal (Cuadro 1), como lo demuestran losresultados de ms de 30 aos de uso en elValle del Cauca.

Los ganaderos dedicados tanto a laproduccin de carne como de leche utilizan laVinaza60 como un sustituto de la melaza decaa, adicionndola en las dietas pararumiantes en una proporcin que vara entre1.5 y 2 kg/animal por da, previo un periodode acostumbramiento de estos deaproximadamente 15 das. Esto significa que1.5 kg de vinaza60 suministran al animal lamisma cantidad de energa que un 1 kg demelaza, pero a un menor costo (Cuadro 2).

Adicionalmente la Vinaza60 contieneun porcentaje mayor de protena provenientede levadura que la melaza, su baja viscosidadfacilita su manejo, tiene excelente palatabilidadpara los animales y permite reducirparcialmente el consumo de sal mineralizada.

SUCROMILES S.A. es una empresalocalizada en el Valle del Cauca que desdeabri l de 2004 opera una planta deconcentracin de Vinaza60 con capacidadpara suministrar 100 t/da d un producto estableen calidad.

Figura 1. Fluctuacin del precio comercial de la melaza en el periodo abril de 2004-diciembre de 2005.

PRECIO DE LA MELAZA EN COLOMBIA - 2005

PR

EC

IO (

$/K

g)

Jefe de Tecnologa de PlantaSUCROMILES S.A.

TIEMPO (FECHA)

32

Cuadro 1. Caractersticas qumicas y fsicas de la melaza80 y la vinaza60.

Cuadro 2. Costos en fbrica y de transporte y del aporte energtico de melaza y vinaza60.

Caracterstica Unidad Melaza80 Vinaza60

Hmeda % m/m (b.h.) 20 40

Slidos totales % m/m (b.h.) 80 60

Protena % m/m (b.h.) 2.50 5.68

Fibra % m/m (b.h.) 0 0

Grasa % m/m (b.h.) 0 0

Ceniza % m/m (b.h.) 7.70 12.9

Energa neta Mcal/kg 1.31 0.88

Extracto libre de N % m/m (b.h.) 69.80 41.42

Calcio (como Ca) % m/m (b.h.) 0.70 0.65

Fsforo (como P) % m/m (b.h.) 0.018 0.085

Potasio (como K) % m/m (b.h.) 2.05 4.4

pH adim 5.20 4.5

Densidad Kg/m3 1450 1300

Viscosidad (40 oC) cp 2500 200

Caracterstica Condicin Melaza Vinaza60

Precio ($/kg) FOT en fbrica 204 30

Transporte ($/kg) Cali-Medelln 50 50

Costos/kg puesto en Medelln

Producto ($) _ 204 30

Transporte ($) _ 62 62

Total ($) _ 266 92

Con base en igual aporte energtico

Cantidad requerida (kg) _ 1 1.5

Costo/dosis de energa ($) 1.33 Mcal 266 1.38

33 LAS VINAZAS

Norma Tcnica Colombiana 5167

Materiales Orgnicos Utilizados comoFertilizantes o Acondicionadores de Suelos

(Primera actualizacin -mayo 31 de 2004)

Jairo Ricardo Barreto Reyes2

En el Congreso de Colombiano de la Cienciadel Suelo realizado hace cerca de 20 aos enMedelln, cuya temtica fue La MateriaOrgnica del Suelo, el autor present losestudios que dieron lugar a la NTC-2235 DE1987 sobre gallinaza y productos derivados,cuyos requisi tos no tuvieron mayortrascendencia en los parmetros de calidadde los productos de origen aviar que secomercializan en Colombia. Es as como hasta

Antecedentes.

hace poco tiempo se encontraban garantascomo la siguiente: gallinaza 100 % y humedadmxima 14%, lo cual no permita evaluar lacalidad de estos productos. De otra parte, enestudios realizados por el Grupo GIEM de laUniversidad de Antioquia, se encontraronvalores dismiles para diferentes gallinazascomerciales, tal como aparece en el Cuadro 1.Cuando los datos en el Cuadro 1 se sometierona anlisis de varianza, se encontraron altosvalores de dispersin (Cuadro 2).

2 Agrlogo. M.Sc. en Suelos y Aguas UN. Coordinador Regulacin y Control de Fertilizantes y Acondicionadoresde Suelos. ICA. Calle 37 No. 8-43 Oficina 404 Bogot D.C., Colombia. Correo Electrnico: fertilizantes@ica.gov.co

Cuadro 1. Anlisis de componentes (%) de gallinazas comerciales.

Muestra(no.)

K2O Humedad Cenizas M.O. C.O. N P2O5 C.I.C.

1 1.83 26.7 31.4 39 22 1.3 5.16 102

2 1.32 8.40 37.3 34 20 2.39 3.8 151.2

3 1.08 12.9 70.97 17 10 2 1.7 195.9

4 1.70 15.7 24 44.8 26 2.6 3.8 192.1

5 2.10 10.97 38 24 14 3 1.29 256.1

6 2.42 42.92 48 20.1 11.68 1.8 6.7 230

7 1.73 9.86 38.48 43.1 25 2.79 5.24 116.1

8 1.89 21.4 28 41 24 3 4 135

9 0.89 34.8 14 41.8 24.4 2.02 3.63 138

a. Anlisis realizado por el Grupo GIEM. Depto. de Qumica. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.U. de A.

34

De acuerdo con lo anterior yobse rvando e l a l t o vo lumen decomercializacin de materiales orgnicos enColombia, el ICA propuso a los miembros delC o m i t 3 5 11 0 1 F e r t i l i z a n t e s yAcondicionadores de Suelos el estudio dealgunos parmetros mnimos que permitiesela regulacin y el control de calidad de estosmateriales, cuando son utilizados comofuentes de nutrientes para los cultivos o comomejoradores de las propiedades biolgicas ofsicas de los suelos.

Al mismo tiempo, con la promulgacinde la Resolucin 544 de 1995, por parte delMinisterio de Agricultura y Desarrollo Ruralsobre Produccin Agropecuaria Ecolgica, sepresent la necesidad de certificar una calidadpara estos materiales, que permitiese elacceso de los productos agrcolas en loscuales se aplican, a los exigentes mercadosinternacionales. Esta disposicin fueactualizada mediante Resolucin 074 de abril5 de 2002 e incluye en los anexos la lista demateriales y productos permitidos para serconsiderados como Productos de AgriculturaEcolgica. Igualmente el ICA promulg laresolucin 4057 de diciembre 27 de 2001 enla cual se involucran prcticas de agriculturaecolgica y adopt igualmente (Resolucin329 de 2001) disposiciones para registro delaboratorios de control de calidad de insumos

agrcolas, con base en la Gua 17025 de laISO.

Finalmente, las experiencias negativasvividas por los agricultores que aplicanestircoles frescos en sus cultivos, tanto poraspectos sanitarios (propagacin deSalmonellas, coliformes fecales y otrasenfermedades transmisibles a humanos yanimales domsticos) y fitosanitarios (plagas,enfermedades, arvenses), como desde elpunto de vista ambiental, han obligado a lageneracin de una norma que limite el uso deestos materiales sin tratamiento alguno. A suvez, la promulgacin de medidas para loscompost a partir de residuos slidos urbanos(RSU) por parte de la Comisin Reguladorade Agua Potable y Saneamiento Bsico,mediante el Decreto 822 de 1998, llev aincluir lmites en lo relacionado con contenidosde metales pesados y agentes patgenoscontaminantes.

En el Cuadro 3 se presentan comoejemplo las disposiciones existentes enEstados Unidos sobre lmites mximos demetales contaminantes en el compost a partirde RSU.Por esta razn, debe buscarse que losmateriales orgnicos sean aprovechados deuna manera segura y eficiente, siguiendomodelos como el que se presenta en laFigura 1.

Cuadro 2. Anlisis de variacin de muestras comerciales de gallinaza.

Medicin

Promedio

Desviacin

Mnimo

Mximo

Rango

Coef. variacin (%)

K2O

1.66222

0.487898

0.89

2.42

1.53

29.3522

Humedad

20.4056

12.1324

8.4

42.92

34.52

59.4562

Cenizas

36.6833

16.1543

14.0

70.97

56.97

44.037

M.O.

33.8667

10.7025

17.0

44.8

27.8

31.6017

C.O.

19.6756

6.17085

10.0

26.0

16.0

31.363

N

2.32222

0.584397

1.3

3.0

1.7

25.1654

P2O5

3.92444

1.69458

1.29

6.7

5.41

43.1801

C.I.C.

168.489

52.7773

102.0

256.1

154.1

31.3239

Fuente: Investigadores Grupo GIEM. Dpto. de Qumica. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales UdeA.

35 LAS VINAZAS

Figura 1. Ejemplo de disposicin de residuos slidos.

Cuadro 3. Lmites mximos de residuos segn las Normas de la EPA.

Tierras agrcolas y forestales, sitios pblicos,

recuperacin de suelosaLmites mximos

permitidos en compostb

Concentracin mxima

(mg/kg)

Aplicacin mxima

(kg/ha)

(mg/kg -peso seco)

75 41 54

85 39 18

3000 3000 1200

4300 1500 1200

840 300 300

57 17 300

75 18 20

420 420 180

100 100 14

7000 2800 1800

a. Norma 503 EPA.

b. Decreto 822/98 Ministerio de Desarrollo.

Arsnico

Cadmio

Cromo

Cobre

Plomo

Mercurio

Molibdeno

Niquel

Selenio

Zinc

Metal

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Limitantes actuales para el uso demateriales orgnicos

Dentro de las diferentes limitantes que sepresentan para la comercializacin demateriales orgnicos como fertilizantes oacondicionadores de suelos en Colombia,merecen citarse las siguientes:

1. De ndole sanitaria: La resolucin ICA 991 de 2001

estableci restricciones al uso desubproductos de mataderos comofuente de materiales fertilizantes oacondic ionadores de suelos.

Las heces fecales de aves y porcinospueden ser vehculo de patgenospara humanos y animales domsticos,tales como: salmonella, coliformes,clamidia y otros.

Los estircoles pueden incrementarlas poblaciones de nemtodosfi topatgenos en los cult ivoscomerciales.

El transporte de semillas de arvensesde una regin a otra.

El contenido de elementoscontaminantes y residuos txicos(RSU, estircol de bovinos recogidode potreros aplicados con herbicidashormonales, etc.).

2. Fitotoxicidad, especialmente enaquellos subproductos de maderasaltas en taninos.

3. Divergencia en los parmetros yformas de expresin de los contenidosgarantizados.

4. Resultados finales de los procesos otratamientos a los que son sometidosestos materiales: molido, secado,prensado, extraccin, fermentacin,compostaje, sntesis, lombricom-postaje, etc.).

5. Destino final, segn su calidad:agricultura convencional, agriculturaecolgica, reas de recuperacin,rel lenos sanitar ios, reas derecreacin.

Norma tcnica colombiana 5167 (primeraactualizacin de mayo 31 de 2004)

La NTC-5167 (Norma Tcnica Colombiana)tom cerca de 3 aos de dis