Taller

GESTÃO DE ENERGIA E RESÍDUOS

NA AGROINDÚSTRIA SOCROOLCOHOLEIRA

RED TEMATICA IVH

Empleo de la biomasa azucarera como fuente de alimento,

energía, derivados y su relación con la preservación del

medio ambiente (BAZDREAM)

Pirassununga JUNIO 2007

LOS RESIDUALES LIQUIDOS

DE LA PRODUCCIÓN DEL

ALCOHOL.

Ing. Antonio Valdes Delgado PhD

Centro Gerencia Programas y Proyectos

Priorizados

Ministerio Ciencia Tecnologia y Medio

Ambiente

Cuba

Tel. 0 537 203 0778

Fax 0 537 202 9372

ce: avaldes@geprop.cu

INTRODUCCION

1. CARACTERIZACION DE LOS RESIDUALES

LIQUIDOS DE LA PRODUCCION DE

ALCOHOL

2. LAS POSIBLES ALTERNATIVAS PARA LA

DISPOSICIÓN DEL EFLUENTE DE LA

PRODUCCIÓN DE ALCOHOL

INTRODUCCION

EL ALCOHOL PUEDE PRODUCIRSE

• DEL JUGO DE LA CAÑA

• DE LAS MIELES FINALES

• DE LA CELULOSA DEL BAGAZO Y/O LOS RAC

INTRODUCCION

EN EL CASO DEL JUGO

• CON UN RENDIMIENTO INDUSTRIAL DE 80

LITROS POR LA TONELADA DE CAÑA MOLIDA

• UN RENDIMIENTO AGRÍCOLA DE 50

TONELADAS POR HECTÁREA

• REPRESENTARÁ 4000 L DE ALCOHOL POR

HECTÁREA

• CORRESPONDIENDO A 17-19 TONELADA

CAÑA POR TONELADA DE ALCOHOL.

INTRODUCCION

EN EL CASO DE LAS MIELES

FINALES

CONSUMO DE MIELES FINALES ESTÁ EN EL

ORDEN DE

4.4 - 4.3 TONELADAS DE MIEL FINAL POR

TONELADA DE ALCOHOL

INTRODUCCION

EL DBO5 DE LAS VINAZAS:

MIELES FINALES ………. 60 000 PPM

MATERIA ORGÁNICA DE 7 g/l.

JUGO ……………………. 10 000 A 15 000 PPM

MATERIA ORGÁNICA DE 2 g/l

Indicador Mieles Jugo

pH 4.2-5.0 3.7-4.6

DBO (mg/l) 25 000 6 000-16 500

DQO (mg/l) 65 000 15 000-33 000

Sólidos totales (mg/l) 81 500 23 700

Sólidos volátiles (mg/l) 60 000 20 000

Nitrógeno (mg/l) 450-1610 150-700

Fósforo P2O5 (mg/l) 180-290 10-210

Potasio (mg/l) 450-5100 130-1540

Relación C/N 16.0-16.3 19.7-21.1

Materia orgánica (mg/l) 63 400 19 500

Azucares reductores (mg/l) 9500 7 900

1.- CARACTERIZACION DE LOS RESIDUALES DE LA

PRODUCCION DE ALCOHOL

Carlos A. Gomez. (1988) El Uso del agua y la generacion de efluentes en la produccion de azucar y alcohol para combustibles

Primera Jornada Internacional sobre Energia y Ambiente Cordoba, Argentina Fuente CETESB (BR) Traducido

Obaya M. C.; Valdes E.; Garcia L. Valor biofertilizante de los residuales de las destilerías de alcohol. Sobre los Derivados Vol. XXII,

No.2 1988

RESIDUOS EMITIDOS DE UNA DESTILERÍA DE

1000 m3/dia

IGUALAN RESIDUOS DE UNA POBLACIÓN DE

625 000 HABITANTES

2.- LAS POSIBLES ALTERNATIVAS PARA

LA DISPOSICIÓN DEL EFLUENTE DE LA

PRODUCCIÓN DE ALCOHOL

A.- La irrigación y fertilización de la tierra

B.- La producción de compost

C.- La producción de levadura Torula

D.- La producción del biogás

E.- La concentración y usó como combustible

en calderas.

F.- Alimento animal

A.- LA IRRIGACIÓN Y

FERTILIZACIÓN DE LA

TIERRA

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE

VINAZAS

EN ARGENTINA

LA APLICACIÓN DE VINAZAS A RAZÓN DE 900

m3/ha:

• AUMENTO LOS RENDIMIENTOS DE AZÚCAR.

• EL RIEGO AUMENTÓ LAS CENIZAS Y EL

POTASIO EN LOS JUGOS DE CAÑA

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE VINAZAS

UNA APLICACIÓN DE 150 Y 300 m3/ha:

PRODUJO UN AUMENTO EN EL RENDIMIENTO DE

35%,

APLICACIONES DE 600 Y 900 m3/ha:

PRODUJO UN AUMENTO DE 17%

CON 1200 m3/ha:

EL AUMENTO FUE SÓLO DE UN 10%, DURANTE

ESTA ÚLTIMA APLICACIÓN SE OBSERVÓ QUE LA

PLANTA TENÍA AFECTACIÓN EN SU CRECIMIENTO.

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE VINAZAS: EN BRASIL EN

LA FABRICA SAO JOAO.

EL 50% DE LAS VINAZAS SE APLICAN POR

- CAMIONES CON TANQUES DE 15/16 m3

- APLICAN A RAZÓN DE 60-80 m3/ha

- SE COMPLEMENTA LA FERTILIZACION CON

90 kg/ha DE NITRÓGENO.

EL OTRO 50% SE DILUYE CON:

• AGUAS CONDENSADORES BAROMÉTRICOS

• LOS EFLUENTES SISTEMA LAVADO DE CAÑA

POR UN SISTEMA DE TUBERÍAS SE TRANSPORTA A LOS CAMPOS

APLICANDOSE POR UN SISTEMA DE ROCIADORES

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE

VINAZAS

LA APLICACIÓN DE LAS VINAZAS INDICA UNA

DOSIFICACIÓN PARA APLICAR EN RIEGO

DE LAS MIELES FINALES A RAZON DE 35-50

m3/ha

DE LOS JUGOS LA DOSIFICACIÓN ES DE 100-

150 m3/ha.

RESULTADOS OBTENIDOS DE RIEGO DE

VINAZAS: ESTUDIOS REALIZADOS EN CUBA

INDICAN QUE DOSIS SUPERIORES A:

100 m3/ha EN SUELOS DE ARCILLA 1:1

(FERROLITICOS Y SIMILARES)

50 m3/ha EN SUELOS ARCILLOSOS 2:1

(VERTISUELOS, ETC)

PROVOCAN AFECTACIONES AL CULTIVO Y AL

SUELO y se produce un desbalance nutricional

al predominar el potasio.

LA APLICACIÓN EN EL RIEGO

• POR PRESENTAR COMPUESTOS QUE PUEDEN

SER PERJUDICIALES A LOS SUELOS

• EN CORRESPONDENCIA CON EL COMPUESTO Y

SU MAGNITUD

• SE NECESITA REALIZAR SU CARACTERIZACIÓN

PREVIA A SU APLICACIÓN.

CRITERIOS PARA CONTROLAR SU CALIDAD Y

DETERMINAR SU APTITUD PARA EL RIEGO.

Criterio Conductividad

eléctrica

(CE)

Mmhos/cm

Sales

solubles

totales

(SST)

ppm

Razón de

absorción

de sodio

(RAS) pH

Buena 1.5 960 4 6-7

Regular 1.5-1.8 960-1150 4-7 5.0-6.0

7.0-7.8

Mala 1.8-2.4 1150-

1530

7-10 4.0-5.0

7.8-8.4

No

usable

2.4 1530 10 4.0 o

8.4

RAS CON VALORES SUPERIORES A 2 INDICA:

- Aumento presión osmótica y bloquea la

absorción del agua por la planta

- Bloquea la absorción de calcio y magnesio

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA CON VALORES

MAYORES A 3.5 Mmhos INDICA

- Afectación al suelo por perder aeración.

CONCEPTOS Y RECOMENDACIONES PARA

APLICAR AGUAS RESIDUALES EN EL RIEGO

• El riego debe ser considerado como una necesidad del suelo y

la planta y no como una vía para el vertimiento de un residual.

• Las corrientes ácidas y con alto contenido de sales deben ser

segregadas de la corriente principal.

• Las aguas residuales den ser enfriadas y homogeneizadas antes

de su riego.

• Las áreas de aplicación deben ser rotadas cada año en suelos

ligeros y cada dos en suelos pesados.

• La cantidad a aplicar no debe ser mayor 300-400 m3/ha

con intervalos de 10-15 días.

Fertilización líquida específica

Claudia Ximena Programa de Producción de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana Congreso Diversificación 2006 Ciudad Habana Junio

Claudia Ximena Programa de Producción de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana

Congreso Diversificación 2006 Ciudad Habana Junio

B.- LA PRODUCCION DE COMPOST

EL COMPOST (ABONO O FERTILIZANTE)

UN PRODUCTO OBTENIDO POR DEGRADACIÓN

MATERIA ORGÁNICA :

• POR MEDIO NATURAL

• POR CONTROL DEL PROCESO BIOTECNOLÓGICO

FUENTES MATERIA ORGANICA

CACHAZA, RESIDUOS AGRÍCOLA COSECHA,

BAGAZO, VINAZAS, ESTIÉRCOL ANIMAL Y OTROS

MATERIALES ORGÁNICOS.

USO DEL COMPOST

•MEJORADOR DE SUELO

•SUSTITUTO DE FERTILIZANTES BALANCEADOS.

APLICACIÓN

UN COMPOST PRODUCIDO A PARTIR DE LA

CACHAZA, PAJA DE CAÑA, VINAZAS, BAGAZO Y

ESTIÉRCOL.

SE INDICA UNA APLICACIÓN A RAZÓN DE 20-25

t/ha EN EL FONDO DEL SURCO PARA TODO EL

CICLO COMERCIAL DE LA PLANTA.

SE INDICA TAMBIEN UNA CIFRA DE 10 t/ha PARA

CINCO COSECHAS

ETAPAS EN LA PRODUCCION DE COMPOST

MESOFILA: SE INICIA AUMENTO TEMPERATURA Y

OPERAN LOS MICOORGANISMOS MESOFILOS

TERMOFILA: AUMENTA LA TEMPERATURA A 40/70 OC Y OPERAN LAS BACTERIAS TERMOFILAS

ENFRIAMIENTO: DESCIENDE LA TEMPERATURA

MADURACION: SE FORMA EL HUMUS

PRODUCCION Y USO

• SE REDUCE EN UN 50% EL VOLUMEN INICIAL

DEL MATERIAL

• MAS COMPETITIVO DESDE EL PUNTO DE VISTA

DE SU TRANSPORTACION Y APLICACION

BENEFICIOS COMPOST

CONTRIBUYE PARA RECUPERAR LA FERTILIDAD

DE LAS TIERRAS

PROCEDIMIENTO ELABORACION

TIEMPO TOTAL ELABORACIÓN: 60 A 90 DÍAS

LA MASA INICIAL DISMINUYE DEBIDO A LA

EVAPORACIÓN DE AGUA.

OTROS ESTUDIOS INDICAN TIEMPOS TOTALES DE

75 A 120 DÍAS .

Material Humedad

%

Cantidad media base seca en

%

Relacion

C/N

Materia

Orga-

nica

C NP2O5

K2O

Excreta

vacuna

70.0 82 45.5 1.9 1.5 2.0 23.9

Residuos

agricola

cosecha

40.0 94 52.2 0.35 0.20 1.25 149.1

Residual

Levadura

90.2 74 41.0 0.15 0.12 ---- 273.3

COMPOSICIÓN MEDIA MATERIALES PARA LA

PRODUCCIÓN DE COMPOST

COMPOSICIÓN MEDIA MATERIALES PARA LA

PRODUCCIÓN DE COMPOST

Material Humedad

%

Cantidad media base seca en

%

Relacion

C/N

Materia

Orga-

nica

C NP2O5 K2O

Cachaza 80.0 80 44.4 1.5 1.8 0.30 29.6

Bagazo 50.0 90 50.0 0.39 1.02 0.87 128.2

Vinaza

Destilería

94.5 76 42.2 12.7 2.70 36.5 3.3

CANTIDAD VINAZAS POSIBLE DE UTILIZAR

PARA ESTA CANTIDAD DE COMPOST

PRODUCIDO

Fabrica azúcar: 5000 ton caña/día

Cantidad miel producida: 150 ton/día

Cantidad cachaza obtenida: 200 ton/día

Cantidad etanol producido: 34 ton/día

Cantidad vinazas obtenidas en peso: 511 ton/día

Cantidad vinazas obtenidas en volumen: 425 m3/día

Utilizando toda la cachaza en la elaboración de

compost indica el uso de 14 toneladas de vinazas

que representa el 2.7% de la cantidad producida.

DENSIDAD VINAZAS: 1200kg/m3

RESUMEN COMPOST

- PROMEDIO ELABORACION: 2.5-4.0 MESES

- DISMINUYE REQUERIMIENTO FERTILIZANTE EN 50%

- DISMINUYE EL COSTO DE FERTILIZAR EN 30-40 %

- SE PRODUCE AUMENTO RENDIMIENTO EN 15-30%

- SE PRODUCE A RAZON DE 50kg/ton CAÑA (USANDO

RAC-CACHAZA-CENIZAS-UREA)

- SE APLICA A RAZON DE 20-25 t/ha PARA UN CICLO

PLANTACION

INDIA: EJEMPLO TRATAMIENTO VINAZAS

FABRICA THIRU AROORAN SUGARS LTD.

TRATAMIENTO EN TRES ETAPAS

PRIMERA ETAPA: Tratamiento para producir BIOGAS

y se usa como combustible en calderas.

SEGUNDA ETAPA: Tratamiento aeróbico, concentrado

en un evaporador a múltiple efecto y almacenado.

TERCERA ETAPA: Se mezcla con cachaza y se

produce compost. (se indica un aumento en el

rendimiento agrícola de la caña de 30 a 40 ton acre)

Successful Environment Friendly Technologies at Thiru Arooran Sugars Bio Energy

News Vol.1 No.4 June 1997 p. 9

CACHAZA: USO COMO ABONO DIRECTO

APORTA POR CADA TONELADA:

4.1 kg DE NITRÓGENO, 3.7 kg DE FÓSFORO, 1.2 kg DE

POTASIO Y 200 kg DE MATERIA ORGÁNICA.

SE RECOMIENDA UNA APLICACIÓN DE 35 t/ha

SIGNIFICANDO UNA SUSTITUCIÓN DE

312 kg DE UREA

282 kg DE SUPERFOSFATO

70 kg DE CLORURO DE POTASIO.

COMPOST: SE APLICA A RAZON DE 20-25 t/ha

PARA UN CICLO PLANTACION

Compost

Proceso de descomposición aeróbica de materiales orgánicos en forma

controlada por la acción de microorganismos

Claudia Ximena Programa de Producción de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera

Colombiana Congreso Diversificación 2006 Ciudad Habana Junio

Equipo para mezclado de los componentes de compost

Disposición de las vinazas que se producirán en las destilerías del sector azucarero colombiano Carlos Omar

Briceño JORNADAS IBEROAMERICANAS DE ASIMILACIÓN DE TECNOLOGÍAS PARA LA PRODUCCIÓN

DE BIOETANOL Y EL USO DE SUS RESIDUALES.CFCE de Cartagena de Indias 3 al 7 de Octubre de 2005

C.- LA PRODUCCIÓN DE

LEVADURA TORULA

USANDO LAS VINAZAS EN LA

PRODUCCIÓN DE LEVADURA DE

TORULA

• PUEDE PERMITIR LA SUBSTITUCIÓN PARCIAL

DE LAS MIELES FINALES

• ES POSIBLE SUSTITUIR ENTRE UN 20% Y UN 80%

• MANTENIENDO UN RENDIMIENTO DE

BIOMASA/SUSTRATO DE 40%.

FERMENTACIÓN

Vinazas: 60-65 m3

DQO: 60-70 kg/m3

1 t Miel final

80 oBx (52%ART)

AGUA

VAPOR

NUTRIENTES

AIRE

SEPARACIÓN Y

LAVADO

Agua100 m3 EFLUENTES

DQO: 10-15 kg/m3

TERMÓLISIS Y

CONCENTRACIÓN

VAPORAGUA

SECADO Y ENVASECOMBUSTIBLE

1 t LEVADURA SECA

(base seca)

ESQUEMA GENERAL DE LA PRODUCCIÓN DE LEVADURA

El esquema tecnológico se divide en:

1. Preparación de materias primas

(tanques de almacenamiento,

sistemas de trasiego)

2. Fermentación (fermentadores,

sopladores, tanques)

3. Área de recuperación de producto

(separadoras, evaporadores, tanques,

secadores )

4. Otras facilidades auxiliares

( agua, electricidad vapor)

Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE

LAS VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad Habana

EJEMPLO USO VINAZAS LEVADURA TORULA

• PRODUCCION 40 TON/DIA

• OPERANDO 300 DÍAS POR AÑO

• SUBSTITUCIÓN DE 30% DE LAS MIELES

FINALES POR VINAZAS DE LA DESTILERIA

REPRESENTARÁ UN AHORRO ANUAL

DE 12 000 TONELADAS DE MIELES

Proporcion de

Vinazas/Mieles

Rendimiento

Biomasa/Sustrato

(%)

Proteina

Bruta

(%)

0/100 49.03 46,60

70/30 46.27 48.27

80/20 47.49 49.99

90/10 40.67 49.31

100/0 39.70 53.62

RENDIMIENTO BIOMASA/SUSTRATO PARA

DIFERENTES PROPORCIONES DE

VINAZA/MIELES

Gomez R.; Romano J. Complementacion con vinazas de destileria para su utilizacion mas eficiente

en la produccion de levadura forrajera. Revista ICIDCA Vol XXI No. 3 1987 p. 1

Las LEVADURAS, producto indispensable en la

industria moderna con aplicaciones alimenticias,

farmacéuticas y químicas.Composición típica de la levadura de vinazas

Componente Levadura de vinazas Levadura de mieles Harina de soja

Proteína bruta 45.0 47.0 44.0

Extracto etéreo 1.2 1.5 2.3

Fibra bruta 0.63 0.57 6.3

Aminoácidos

Isoleucina 1.95 2.00 1.98

Leucina 3.90 4.06 3.29

Lisina 4.07 4.05 2.90

Metionina + cistina 1.08 0.99 1.15

Fenilalanina + Tirosina 3.24 3.89 3.63

Treonina 2.19 2.13 1.71

Triptófano 1.07 1.12 0.90

Valina 2.29 2.17 2.15

Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS

DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad Habana

La LEVADURA TORULA producida a partir de vinazas, no difiere

significativamente en cuanto a su calidad nutricional de la producida sobre

mieles finales de caña.

Se muestran los resultados obtenidos en experimentos controlados en

cerdos de engorde.

Composición de las diferentes raciones en la ceba

Grupo Consumo proteína, g/día

Consumo miel B, g/día

Ganancia, g/día

Harina de soja 100% + miel B 340 1147 586

Levadura de miel 100% + miel B 337 1105 584

Levadura de miel 66% + levadura de vinazas 33% + miel B

338 1089 580

Levadura de miel 33% + levadura de vinazas 66% + miel B

336 1112 582

Levadura de vinazas 100% + miel B 340 1098 587

Fuente. IIP.2002Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO

DE LAS VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad

Habana

ALTERNATIVA PARA AHORRAR MIELES:

MEZCLAR EL JUGO DEL FILTRO CON LA VINAZA

DE LA DESTILERÍA CON PROPORCIÓN DE 25 Y 42

m3/hr RESPECTIVAMENTE.

PARA 40 t/dia DE PRODUCCIÓN DE LEVADURA DE

TORULA

ESTA ALTERNATIVA PUEDE AHORRAR 3

TONELADAS DE MIEL FINAL POR TONELADA DE

LEVADURA TORULA PRODUCIDA.

Experiencia cubana en la producción comercial de Levadura

Torula a partir de vinazas de destilería

Las destilerías asociadas actualmente a plantas de levadura sus capacidades son:

Antonio Guiterras (Las Tunas) 850hl/d (en el programa de modernización su capacidad será 1000 hl/d). Esta instalación tiene sistema de recuperación.

Antonio Sánchez(Cienfuegos) 1000hl/d. No tiene sistema de recuperación de

levadura.

Arquímedes Colina (Granma). Capacidad 500hl/d. Tiene sistema de recuperación de fondajes.

Instalación Capacidad (hl/d) Producción de SC (t/d)

Antonio Guiterras 850 8.5

Antonio Sánchez 1000 0

Arquímedes Colina 500 0.5

Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE

LAS VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación 2006 Junio Ciudad Habana

Este proceso permite

adicionalmente debido a la

producción de levadura, una

reducción de la carga

contaminante de las vinazas

desde

70-80 Kg./m3 hasta 10-15

Kg./m3

Saura G. LEVADURA TORULA, UNA

ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS

VINAZAS DE DESTILERÍA. Diversificación

2006 Junio Ciudad Habana

LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS

RESIDUALES DE LA PRODUCCION DE LEVADURA

DE TORULA INDICAN :

• VALORES DE 8 000 mg/l DE DQO

• UNA CANTIDAD DE AGUAS RESIDUALES DE 70

m3/ton DE LEVADURA SECA.

ESTAS PERMITEN LA PRODUCCION DE

BIOGAS

.

Vista general de planta de levadura de vinazas anexa a destilería de alcohol “Arquimides Colina”

de 500 hl/dia de la provincia Gramma .Cuba

Capacidad: 26t/d Levadura Torula (Base 92% m.s.)

D.- LA PRODUCCIÓN DE

BIOGAS

COMPOSICIÓN RESIDUALES LÍQUIDOS DE DIFERENTES

PRODUCCIONES AZUCARERAS

Parámetro Azúcar Alcohol Levadura

DQO (mg/l) 5 000 60 000 10 000

Temperatura (oC) 38 77 35

pH 6.1 4.0 5.0

S Totales (mg/l) 4 360 35 400 9 224

S Disueltos (mg/l) 3 750 57 040 2 393

S Fijos (mg/l) 1 120 14 370 2 416

S Volatiles (mg/l) 3 550 47 090 6 808

S Sedimentables (mg/l) 28 442 42

Nitrógeno (mg/l) 50 900 105

Fósforo (mg/l) 75 320 130

Índice agua (m3/-) 0.5 -/ton 1.6 -/hl 80 -/ton

CARACTERÍSTICAS RESIDUALES PRODUCCIONES

AZUCARERAS.

Datos

(mg/l)

Aguas residuales

CachazaAzúcar Alcohol Levadura

Torula

Sólidos totales 4360 35400 9224 27 200-37 200

Sólidos disueltos 3750 57040 2393 -----

Sólidos fijos 1120 14370 2416 4 800-12 600

Sólidos volátiles 3550 47090 6808 18 500-27 500

Sólidos

sedimentables

28 442 42 ----

Nitrógeno 50 900 105 1 500-2 500

Fósforo 75 320 130 ----

CARACTERISTICAS MOSTOS DE DIFERENTES

SUSTRATOS

PARÁMETRO MIEL JUGO MIXTO

DBO (mg/l) 25 000 6 000-16500 19 000

DQO (mg/l) 65 000 15 000-33 000 45 000

Sol, Totales (mg/l) 81 500 23 700 52 000

Sol. Volatiles (mg/l) 60 000 20 000 40 000

Sol. Fijos (mg/l) 21 500 37 000 12 700

Materia orgánica

(mg/l)

63 400 19 500 38 000

Azucares

Reductores (mg/l)

9 500 7 900 8 300

BIOGÁS DE LAS VINAZAS POR SU

TRATAMIENTO ANAERÓBICO.

PRODUCIR 1000 m3 DE BIOGÁS CON UNA

COMPOSICIÓN DE 54-70% DE METANO Y 27-45% DE

CO2

NECESARIO ALIMENTAR UN DIGESTOR CON:

42 m3 DE VINAZA CON 68 kg DE DQO/m3 Y 104 m3 DE

AGUA.

LAS CORRIENTES DE SALIDA DEL DIGESTOR

SERÁN DE:

1m3 DE FANGO RESIDUAL, 144 m3 DE AGUA Y 1000

m3 DE BIOGÁS

RENDIMIENTO DE BIOGÁS DE

0.45 Nm3/kg DE DQO REMOVIDO

TIPOS Y CAPACIDADES DIGESTORES

• Domo fijo o chino.

• Domo flotante o hindú

• Flujo pistón u horizontal

• Bolsa plástica

• UASB (Up Flow Anaerobic Sludge Blanket)

• Filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA)

• Bifásico

COMPARACION DIFERENTES TIPOS REACTORES

Tipo Reactor Velocidad

carga

DQO (kg/m3/d)

Remocion

(%)

Contacto 1-6 70-95

Filtro ascendente 1-10 70-95

Filtro descendente 5-15 70-90

Cama

fluidizada/extendida

1-20 70-90

USAB 5-30 75-95

UASB (Up Flow Anaerobic Sludge Blanket)

Diseñado para:

• bajos contenido sólidos en suspensión

• altas velocidades volumétricas

• bajos tiempos retención hidráulico.

UASB (Up Flow Anaerobic Sludge Blanket)

• CONSISTE EN RECIPIENTES CILÍNDRICOS

CON FLUJO ASCENDENTE.

• SE USAN EN SISTEMAS DE ALTA DILUCION

• ES UN SISTEMA ANAEROBICO INTENSIVO.

• SE REPORTA INSTALACIONES EN EL

TRATAMIENTO DE RESIDUALES PORCINOS Y

DE ALCOHOL

* New Developments in Bioreactor Design for Biomethanation Process Dr. T.

R. Sreekrishnan and Ms. Muna Ali Bio-energy News Vol 3 No.4 pag. 21 Sep.

1999

CARACTERISTICAS VINAZAS ENTRADA Y

SALIDA DE UN REACTOR UASB

VARIABLE PROMEDIO

ENTRADA REACTOR

DQO (mg/l) 71 200

pH 4 470

ST (mg/l) 52 670

STV (mg/l) 38 670

SST (mg/l) 5 140

CE (mS/cm) 8.36

SALIDA REACTOR

DQO(mg/l) 6 000

pH 7-8

ST (mg/l) 3 500

STV (mg/l) 2 300

SST (mg/l) Menor que 300

CE (mS/cm) 4

INFORME PROYECTO ICIDCA 2004

CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO DEL DIGESTOR

• Debe tener buena hermeticidad

• Debe ser resistente a la corrosion

• Debe tener posibilidades de instalar aditamentos

para la salida gas

• Debe tener estructura sólida para soportar

carga liquido

• La campana deben tener capacidad de 60-70 % de la

producción diaria.

• La presión del gas debe estar entre 75 a 90 mm de

agua para la coccion de alimentos.

USOS BIOGÁS

• Cocción alimentos para tres veces por día se

consumen 1.5 m3 por familia de cinco personas.

y SE NECESITARÍA excretas de 3-4 vacas

• Energia electrica se puede producir entre 1.4 – 2.0

kWh por m3 biogás.

USOS / CONSUMOS BIOGAS

Usos Indicadores de

Consumos

Valores

Cocción alimentos m3/dia/persona 0.23-0.30

Iluminación m3/hr/60 watt 0.12-0.15

Refrigerador domestico m3/hr 100 l

capacidad

Motor combustión

interna

m3/HP/hr 0.42

OXICORTE METALES

Purificar(96% metano)

y Comprimir a 15 kg/cm2

--

Transporte automotor Purificar (96% metano) y

Comprimir a 150 kg/cm2

--

NECESIDADES BIOGAS EN LA COCCION ALIMENTOS

Uso Cantidad comensales Capacidad

digestor

(m3)

Comedor

trabajadores

50 18

150 53

300 105

Vivienda campesina 6 3

12 6

18 9

EQUIVALENCIAS Y ACTIVIDADES A REALIZAR POR UN

METRO CUBICO DE BIOGAS

Equivale a: 0.5 kg fuel oil, 0.4 kg diesel, 0.8 kg

gasolina,1.0 l alcohol, 0.5 kg butano, 3.6 kg carbón

vegetal, 0.6 kg keroseno, 1.5 m3 gas ciudad.

Actividad: generar 1.25-1.60 kWh, alimentar un motor de

combustión interna por dos horas, alimentar una lámpara

de 60 watt por 7 horas, mover un camión a razon de

1.3-1.5 kilómetros, mover un jeep 100 kilómetros con un

balón de 7 m3 a 150 atm

* Bio Energy News Vol 3 No.3 June 1999

USO BIOGAS

ALIMENTAR MICROTURBINAS (MT) PARA GENERAR

ENERGIA ELECTRICA

Existen microturbinas de 30-250 kW en rellenos

sanitarios.

En los USA unos 3.5 MW – a partir de unas 100 MT

instaladas- las instalaciones son de 10,12 y hasta 50

microturbinas.

PUEDEN OPERAR CON MENOS DEL 30% DE METANO

MIENTRAS QUE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN

INTERNA YA CON 40% TIENEN DIFICULTADES.

CANTIDAD DE BIOGÁS QUE SE PUEDE PRODUCIR ANUALMENTE

EMPLEANDO LOS PRODUCTOS RESIDUALES AZUCAREROS Y

CANTIDAD DE PERSONAS QUE PUDIERAN EMPLEARLO EN LA

COCCIÓN DE ALIMENTOS

Producto

residual de la

producción de:

Biogás que se puede

producir anualmente

(m3 x 106)

Cantidad de

personas

(miles)

Proporción

(%)

Azúcar1 105 955 71,0

Alcohol2 26,8 243 18,0

Levadura3 16 146 11,0

Total 147,8 1 344 100,0

1El cálculo se realiza para 4 000 000 t de azúcar por zafra.2El cálculo se realiza para una producción de 800 000 hL/a.3El cálculo se realiza para una producción de 80 000 t de levadura/a.

INDIA*

La cantidad de DBO a partir de los residuales de las

destilerías es de unos 6.2 billones

Materia Orgánica equivalente a 7 veces poblacion

del país.

Este residual proveniente de 285 destilerías indica

un potencial de:

BIOGAS de 1,100,000,000 de m3 .

NITROGENO de 12 212 ton.

POTASIO de 244 204 ton.

* Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3

No.3 pag.11 June 1999

EL GOBIERNO DE LA INDIA HA ESPECIFICADO

ESTANDARDS MINIMOS PARA EL VERTIMIENTO

DE RESIDUAES LIQUIDOS:

PH……………………………………………..5.5 a 9.0

SOLIDOS EN SUSPENSION…… 100 mg/l MAXIMO

DBO PARA SUPERFICIES ACUATICAS

INTERIORES……………………………… 30 mg/l

DBO PARA SUPERFICIES AGRICOLA.. 100 mg/l

* Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News

Vol3 No.3 pag.11 June 1999

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE L TRATAMIENTO

ANAEROBICO DE LAS VINAZAS

VENTAJAS:

• Puede aceptar cargas orgánicas altas

• Produce biogás

• La energía del biogás mayor que requiere sistema para operación

• No hay mal olor

DESVENTAJAS:

• Es un proceso lento

• Se requieren largos tiempos en su puesta en marcha

• Se necesita en algunos casos un segundo tratamiento al residual

• Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3 No.3 pag.11

June 1999

DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS ANAEROBICOS

• LAGUNAS

• DIGESTORES

• FILTROS

• REACTORES DE CONTACTO

• UASB

• CAMAS FLUIDIZADAS Y EXPANDIDAS

* Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3

No.3 pag.11 June 1999

DATOS TECNICOS DE DIFERENTES TIPOS DE REACTORES

PROCESO TIEMPO

RESIDENCIA

(DIAS)

CARGA

ORGANICA

(kg DQO

/m3/dia)

BIOGAS

PRODUCIDO

(m3/kgDQO

REMOVIDO)

CONTENIDO

METANO EN

EL BIOGAS

(%)

UASB 2.5-6.0 10-25 0.30-0.50 65-80

Cama

inmovili-

zada

--- 8-25 0.13-0.32 55-70

Cama

fluidizada

0.2 10-25 0.37 65

* Bio-energy Potentiqal of Distillery Effluents Dr. H.C. Joshi Bio Energy News Vol3

No.3 pag.11 June 1999

Caso Ingenio Azucarero usando mezcla residuales azucareros con

residuales de destilerías alcohol

Datos Digestor 1 Digestor 2

Dimensiones (m) 17x7x3.5 19x16x3.5

Volumen total (m3) 416 1064

Volumen trabajo (m3) 345 850

Volumen campana (m3) 71 214

Carga día Cachaza (ton/dia) 2.5 4.5

Mostos (m3/día) 10 20

Eficiencia (%) 80-90 80-90

Producción biogás (m3/día) 250 750

Tiempo retención hidráulica (días) 30 30

Fertilizante

producido

(ton /año) 438 876

(m3/día) 250 750

N (ton /año) 6.5-11 13.1-21.9

P (ton /año) 5-6.1 10.1-12.2

K (ton /año) 3-3.9 6.1-7.8

Suelo a fertilizar (ha) 87.6 175.4

Caso Destilería alcohol con produccion biogas de los

mostos

Fabrica alcohol de 500 Hl/dia con un DQO de 64 000 mg/l.

• Producirá 20-22 m3 biogas/ m3 mostos

o 32 m3 biogas/hl alcohol o sea 16 000 Nm3 de biogás

• Tratara 800 m3 de vinazas /día y producirá también

3.5 ton lodos y 2400 m3 vinazas tratadas con un

70-75% menos de carga orgánica.

• Se alimenta agua para bajar la carga de 64 000 a

20 000mg/l DQO para entrar al reactor.

• Rendimiento biogás: 0.45 m3/kg DQO removida.

• Tipo digestor UASB

DISEÑO

GENERACION ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE

BIOGAS PRODUCIDO DE LOS RESIDUALES DE UNA

PLANTA DE ETANOL PARA EL USO EN VIVIENDAS

Datos planta

Capacidad destilería etanol: 500 S.S./día

Cantidad vinazas: 800 m3/día

Demanda química de oxigeno en las vinazas: 65 kg

DQO/m3 vinazas

Dilución a 20 kg DQO/m3 vinazas

Cantidad vinazas diluidas: 800(65)=20(x) X=2500 m3

DISEÑO

GENERACION ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE

BIOGAS PRODUCIDO DE LOS RESIDUALES DE

UNA PLANTA DE ETANOL PARA EL USO EN

VIVIENDAS

Remoción : 70%=14 kgDQO/m3 vinazas

Contenido DQO salida residual: 6 Kg/m3 vinazas

Índice producción biogás: 0.45 m3 biogás/kg DQO

removido

Cantidad biogas producido: 14(2500)(0.45)

=15 760 m3 biogas/dia

DISEÑO

GENERACION ENERGIA ELECTRICA A PARTIR DE

BIOGAS PRODUCIDO DE LOS RESIDUALES DE

UNA PLANTA DE ETANOL PARA EL USO EN

VIVIENDAS

Cantidad energía eléctrica producida.

Índice: 1.4 kw-hr/m3 de biogás

15 760(1.4)=918 kw-hr

NUMERO FAMILIAS QUE PUEDEN SATISFACER

LAS NECESIDADES DE ESTA ENERGIA =

OTRAS SALIDAS PLANTA BIOGAS

LODO ESPERADO: 20 kg/m3

UNA COMPOSICIÓN DEL LODO DE 2.27 kg

POTASIO/ton y 0.1 kg FÓSFORO/ton.

EL AGUA RESIDUAL PUEDE USARSE PARA

RIEGO YA QUE UN 70% DEL DQO Y UN 80-

90% DEL DBO5 SE REMUEVEN.

D.- CONCENTRACIÓN Y USO

COMO COMBUSTIBLE EN

CALDERAS

ALTERNATIVA CONCENTRACION

VINAZAS PARA USO COMO

COMBUSTIBLE.

• NECESARIO EVAPORACIÓN HASTA ALCANZAR

UN CONTENIDO DE SÓLIDOS SOLUBLES ENTRE

38-40 ºBe o 70-75% oBx

• ALIMENTACION A LA CALDERA SIMILAR A LA

DE UN COMBUSTIBLE FÓSIL.

ESTUDIO CASO I

Destilería OLMOCT

LA VINAZA SE CONCENTRA HASTA UN 75%

1. SE QUEMA EN UNA CALDERA

2. PRODUCE SUFICIENTE VAPOR PARA

• REALIZAR LA CONCENTRACION DE LA

VINAZA

• SUPLIR PARTE DE LAS NECESIDADES DE

COMBUSTIBLE DE LA DESTILERIA

ESTUDIO CASO I

DESTILERÍA DE 400 hl/dia: SE PRODUCEN 12-14 t/hr

DE VINAZAS A 10.8 Bx.

EVAPORACION A QUÍNTUPLE EFECTO

SE EVAPORAN 10 t/hr DE AGUA

CONCENTRÁNDOSE LA VINAZA HASTA 38-40 (0Be) o

75 % DE SÓLIDOS SOLUBLES (oBx).

QUEDAN 2.0-2.5 t/hr DE VINAZAS CON UN VALOR

CALÓRICO DE 2600 kcal/kg.

SE INDICA UNA PRODUCCIÓN DE 2.2 t vapor /t

VINAZAS COMBUSTIONADA

ESTUDIO CASO I (cont)

• CONSUMO VAPOR PARA LA PRODUCCION DE

ETANOL: 8 ton/hr

• VAPOR POSIBLE PRODUCIR a PARTIR DE LAS

VINAZAS: 4.4-5.6 ton/hr

• CANTIDAD VAPOR necesario para la concentración

de las vinazas: 70% del producido a partir de las

vinazas

ESTUDIO CASO I: DATOS CALDERA

CAPACIDAD GENERACION VAPOR: 5.6 t/h

PRESION VAPOR: 8-10 kg/cm2

TEMPERATURA VAPOR: 185OC

COMBUSTIBLES: VINAZAS A 35-40 OBe

VALOR CALORICO:

VINAZAS: 2600 kcal/kg FUEL OIL: 9800 kcal/kg

CONSUMO FUEL OIL: 0.25 t/h SOLO ARRANCADAS Y

PARA CASO DE BAJAS CONCENTRACIONES

VINAZAS

CONSUMO VINAZAS: 2.5 t/h

ESTUDIO CASO I: DISTRIBUCION VAPOR

PRODUCIDO

Atomización vinazas en el quemador: 0.3 t/h

Precalentamiento vinazas antes de entrada al

quemador: 0.3 t/h

Concentración vinazas: 3.7 t/h

Envío proceso etanol: 1.0 t/h

Consumo proceso aeración: 0.3 t/h

Total 5.6 t/h

DESTILERIA

ALCOHOL

EVAPORADOR

CALDERA

ESTUDIO CASO I: CONCENTRACION VINAZAS

ALCOHOL (4000 Hl/día)

VINAZAS (12t/h)

10.8 Bx

Agua evaporada

(10t/h)

Vapor

(7t/h)

Vapor (1t/h)

Vapor (3.7t/h)

VINAZAS (2t/h)

75 Bx

Vapor (5.6 t/h)

Vapor (0,9t/h)Vapor

(4.7t/h)

Consumo vapor

total 0.5 t/Hl

ESTUDIO CASO II

DESTILERÍA EN BRASIL DE 120 m3/dia DE

ALCOHOL DEL JUGO

• CANTIDAD DE VINAZA DE 3 000 kg/hr CON 8%

DE SÓLIDOS.

• SE CONCENTRA A VALORES RECOMENDADOS

PARA PODER USARLO COMO COMBUSTIBLE

• SE GENERARIA VAPOR A RAZON DE 20 t/hr DE

VAPOR Y 2 t/hr DE CENIZAS SECAS CON 0.65 t/hr

K2O QUE PUEDE USARSE COMO FERTILIZANTE.

ESTUDIO CASO II

• Se producen 65 000 l/hr de vinazas con 8% oBx.

• La concentración a 60% sólidos solubles (0Bx) se

necesitan 0.22 kg vapor/ton de agua a evaporada.

• La combustión de la vinaza a 60oBx permite generar

20 ton/hr de vapor quedando un sobrante de 7.6

ton/hr que se puede usar en la propia producción del

etanol.

ESTUDIO CASO III

COMPARACION DE SU USO COMO

COMBUSTIBLE EN CALDERAS*

- COMO BIOGAS

- COMO COMBUSTIBLE DIRECTO CONCENTRADO

Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy geneneration through distillery

effluent treatment. N.A ISSCT Congress Jakarta

ESTUDIO CASO III Destilería alcohol con combustión residual: directo o

biogas Planta de 300 Hl de etanol por dia

Parámetros Valores

PH 3.8-4.6

Color Rojo-carmelita

Temperatura 85-90 C

Contenido sólidos 8-10%

Sólidos totales 65 000-85 000 ppm

Sólidos orgánicos 40 000-60 000 ppm

Sólidos inorgánicos 10 000-30 000 ppm

Cenizas 2,8%

P2O5 0.15%

K2O 0.8%

MgO 0.25%

DQO 60 000-65 000

DBO 30 000-45 000

Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy genenerationthrough distillery effluent treatment. N.A ISSCT

Congress Jakarta

ESTUDIO CASO III

A.- COMBUSTIONANDO EL BIOGÁS

Para generar energía térmica con:

• temperatura de agua de alimentación de 95C

• presión vapor de 42 kg/cm2 y 385 C,

• eficiencia en la caldera de 80%

usando solo metano se produciría 6.88 kg vapor por m3

de gas metano, en el caso de una capacidad de 30 hl/dia

se produciría 3.23 ton vapor / hr.Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy genenerationthrough distillery effluent treatment. N.A ISSCT

Congress Jakarta

ESTUDIO CASO III

B. COMBUSTIONANDO LA VINAZA

LA COMBUSTIÓN DE LA VINAZA NECESITA

AUMENTAR CONTENIDO SÓLIDOS SOLUBLES

HASTA 60-65%. CON VALOR CALÓRICO DE 2200

Kcal/Kg

• 85% eficiencia caldera

• 2,82 kg vapor se puede producir por kg vinaza

para el caso estudiado se producirían 7.76 t/h de

vapor.

Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy genenerationthrough distillery effluent treatment. N.A

ISSCT Congress Jakarta

CONCENTRACION DE VINAZA

Vapor de bajaVapor presión

Separador Separador Vinaza al 35%Liq-Vapor 1 Liq-Vapor 2 Evap. I destilación

Vapor debaja presión

Flubex Flubex Condensados

Condensados Condensados

Laguna de Mezcla

Vinaza al 45%

Vinaza al 50%

SeparadorLiq-Vapor 3

Condensador

Finalizador

Tanque recibidor de Vinaza 60%

Experiencia en el arranque de una planta de alcohol carburante Ángela Maria Concha Peláez Aprovechamiento

económico de co-productos industria azucarera Jornada Internacional CYTED Cali, Colombia Mayo 2006

Capacidad

DESTILERIA

m3/dia

Generación energía

Combustión

metano

Combustión vinaza

Vapor

(t/h)

Potencia

(kW)

Vapor

(t/h)

Potencia

(kW)

30 3.23 255 7.76 625

45 4.84 385 11.63 940

75 8.06 640 19.39 1565

100 10.75 855 25.85 2090

Ramaiah and Chikhlikar .(1986) Energy genenerationthrough distillery effluent treatment. N.A

ISSCT Congress Jakarta

ESTUDIO CASO III

A) PRODUCCIÓN DE BIOGAS DE LA VINAZA Y SU COMBUSTIÓN EN

CALDERA

En el caso de la producción de biogás para la planta de 300Hl se indica un

consumo interno de 50 KW lo que indica que se tendría una potencia

neta disponible de 205 KW

B) CONCENTRACIÓN DE LA VINAZA Y SU COMBUSTIÓN EN

CALDERA

En el caso de la concentración de la vinaza para la planta de 300Hl se

indica un consumo interno de 250 KW lo que indica que se tendría una

potencia neta disponible de 375 KW

ESTUDIO CASO III

E.- ALIMENTO ANIMAL

GICABU es un producto que combina el uso de la

cachaza y la vinaza.

El alimento obtenido puede reemplazar 15% de

materia seca en una dieta para el ganado de leche

y entre 45-60% en una dieta de mantenimiento.

La cantidad de cachaza requerida es de cuatro

toneladas y 0.86 TONELADA DE VINASA POR

TONELADA DEL ALIMENTO PRODUCIDO.

FIN PRESENTACION