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POSTER-04

EL PROCESAMIENTO DE RESIDUOS ORGÁNICOS COMO ALTERNATIVA PARA LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS DE

CONSUMO ANIMAL

GRANDE, D.1, PINEDA, A.2, ARREDONDO, J.3, PÉREZ-GIL, F.4 DOMÍNGUEZ, P.5

1 División de Ciencias Biológicas y de la Salud. Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. Av. Michoacán y La Purísima s/n. Col. Vicentina, México, D.F. C.P. 04360. Tel. 58 04 46 00 Ext. 2532. Fax 58 04 49 30. e-mail: ifig@xanum.uam.mx

2 Instituto de Investigaciones Porcinas. Carretera al Guatao. Km. 1. Punta Brava, Ciudad de La Habana, Cuba. C.P. 19200. Tel. (537) 29 91 12. Fax: (537) 24 41 08. e-mail: pinedaspengler@hotmail.com

3 División de Ciencias Biológicas y de la Salud. Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. Av. Michoacán y La Purísima s/n. Col. Vicentina, Méxi co, D.F. C.P. 04360. Tel. 58 04 46 79. Fax 56 12 80 83.

4 Departamento de Nutrición Animal. Instituto Nacional de Nutrición “Salvador Zubirán”. Vasco de Quiroga 15 Col . y Delegación Tlalpan. México, D.F., C.P. 14000. Tel. 55731200 Ext. 2820. Fax: 56 55 10 76.

5 Instituto de Investigaciones Porcinas. Carretera al Guatao. Km. 1. Punta Brava, Ciudad de La Habana, Cuba. C.P. 19200. Tel. (537) 29 91 12. Fax: (537) 24 41 08. e-mail: iip00@ceniai.inf.cu

RESUMEN

Se analiza la importancia, manejo y producción de residuos orgánicos, así como las posibilidades de su procesamiento para utilizarlos en la alimentación animal. Se presentan las principales características del diseño, instalación y operación de una Planta de Procesamiento, mediante la cual es factible el procesamiento de residuos orgánicos de diverso origen. La construcción e instalación de la Planta ha sido apoyada por el Gobierno del Distrito Federal a través del Programa CONSERVA, y el proceso de su construcción se está realizando en el campus de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa, con el respaldo de las autoridades universitarias. El corazón de la tecnología es un Destructor Termomecánico de tecnología cubana, en el cual se trituran, esterilizan e incluso se secan las materias primas a elaborar. Se describen los principales componentes de la planta de procesamiento, las características del Destructor Termomecánico, los principales elementos de la propuesta de procesamiento y la descripción general de la operación de la planta. Finalmente, se resaltan las ventajas o beneficios esperados del procesamiento de residuos orgánicos y su uso

en la alimentación animal, dentro de los que destaca el beneficio ecológico, derivado de incorporar a un proceso de reciclamiento materiales cuyo manejo y disposición final son costosos, se desperdician actualmente e incluso provocan problemas de contaminación ambiental. * Trabajo financiado por la Secretaría del Medio Ambiente del Gobierno de la Ciudad de México a través del CONSERVA. ANTECEDENTES

En julio de 1998, el Consejo de Estudios para la Restauración y Valoración Ambiental (CONSERVA), de la Secretaría del Medio Ambiente del Gobierno del Distrito Federal, aprobó la realización del Proyecto de Investigación titulado: “Saneamiento Ambiental y producción de alimentos mediante el procesamiento de residuos orgánicos”, el cual fue un proyecto desarrollado entre México y Cuba, en el que participaron por parte de México investigadores de la División de Ciencias Biológicas y de la Salud, de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa y del Instituto Nacional de la Nutrición “Salvador Zubirán”, mientras que por parte de Cuba colaboraron investigadores del Instituto de Investigaciones Porcinas de La Habana. Como parte de las actividades del proyecto referido, se planteó la instalación de una Planta Piloto Experimental para el Procesamiento de Residuos Orgánicos. En el presente trabajo se presentan las principales características del diseño, instalación y operación de dicha Planta, cuyo proceso de construcción se está realizando en el campus de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa, con el apoyo de las autoridades universitarias y el CONSERVA. * Trabajo financiado por la Secretaría del Medio Ambiente del Gobierno del Distrito Federal a través del CONSERVA. PRODUCCIÓN Y MANEJO DE RESIDUOS ORGÁNICOS Los residuos orgánicos representan recursos con un importante y variado potencial de aprovechamiento. Las mayores cantidades de residuos orgánicos se generan a diversos niveles de la cadena producción-consumo de alimentos y son también un componente importante dentro de los residuos sólidos generados en las zonas urbanas. Según cálculos de las autoridades de las Delegaciones Políticas de la ciudad de México, se estima que en la ciudad de México se generan diariamente 12,000 toneladas de desperdicios provenientes de la recolecta domiciliaria, industrial y del acopio y distribución de alimentos, de los cuales aproximadamente el 53% corresponde a residuos o desechos orgánicos. El manejo y disposición de los residuos orgánicos es una actividad laboriosa y de costos elevados, sin que en muchos de los casos se obtengan beneficios para quienes realizan dichas actividades.

Por otra parte, el procesamiento y uso de residuos orgánicos procesados en la alimentación animal es una actividad todavía poco valorada y estudiada en México, a pesar de que representa una importante alternativa para apoyar la producción de alimentos de origen animal, como se ha demostrado en otros países (Figueroa, 1989; Heseker et al., 1996) además, el procesamiento de residuos puede contribuir a elevar el ingreso y ocupación de los productores pecuarios, al mismo tiempo de que se tendría la posibilidad de obtener proteína de buena calidad, para su incorporación en la dieta de la población. Finalmente, procesar y utilizar residuos orgánicos tendría todavía una razón prioritaria para la ciudad en este momento: contribuir a la disminución de la contaminación del medio. Por esta vía, se evitarían fermentaciones con la consecuente producción de metano que se retiene en la atmósfera y que afecta a la población del área metropolitana. Por otro lado, el reciclaje de los desechos hacia la alimentación animal, contribuiría a limitar el uso de rellenos sanitarios como forma de disposición final de la basura, el cual es el principal método actualmente utilizado, que además, en el mediano y largo plazo tiene un alcance limitado e incluso puede contaminar el subsuelo, y por tanto, los mantos freáticos. GENERALIDADES SOBRE EL PROCESAMIENTO DE RESIDUOS ORGÁNICOS La elevada disponibilidad y diversidad de residuos orgánicos ofrece diversas posibilidades para su utilización. En el caso de la alimentación animal, existen diferentes alternativas para el aprovechamiento de los residuos orgánicos; algunas de las más promisorias, consideran el tratamiento o procesamiento previo de los residuos orgánicos mediante diversos métodos, antes de suministrarse a los animales; dichos métodos se aplican a desechos o residuos de muy diferente origen como por ejemplo desechos de rastro, subproductos de origen animal y desechos de pescado (Falla, 1994; Mendizábal, 1994; Parín y Zugarramurdi, 1994). En el caso de México, se considera que el procedimiento en el que se utiliza alta temperatura y presión representa una alternativa viable para el procesamiento de los residuos destinados a la alimentación de los animales, por lo que la propuesta para el diseño, construcción y operación de la Planta de Procesamiento que se describe se basa en dicho enfoque.

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE LA PLANTA PILOTO EXPERIMENTAL PARA EL PROCESAMIENTO DE RESIDUOS ORGÁNICOS Para el procesamiento y reciclamiento de los residuos orgánicos, se propone la construcción y operación de una planta de procesamiento que utilizará la tecnología cubana de reciclaje. En ésta tecnología, aplicada en Cuba desde finales de la década de los sesentas, se utilizó en principio los desperdicios de cocina procesados para la alimentación de cerdos. Con este fin, se construyeron en la isla más de treinta plantas procesadoras distribuidas en su territorio, que en 1989 produjeron 1 200 000 ton de pienso líquido para la ceba de más de un millón de cerdos (Figueroa, 1989). La labor de investigación en Cuba ha demostrado que el procesamiento de desperdicios alimentarios y orgánicos ofrece importantes beneficios económicos cuando se transforman en alimento para el ganado, contribuyendo eficazmente a reducir la contaminación ambiental. El corazón de la tecnología de procesamiento lo constituye un Destructor Termo Mecánico (DTM), el cual tiene la función de triturar, esterilizar e incluso secar las materias primas a elaborar. La tecnología de procesamiento de residuos orgánicos es muy sencilla; la materia prima se carga en el destructor en proporciones adecuadas y se somete a un proceso de trituración, cocción y esterilización a temperaturas y presión elevadas, e incluso el secado, según el producto final de interés. Por lo tanto, se pueden obtener productos en forma pasta, los cuales se pueden almacenar en depósitos hasta su utilización final, aunque también se puede producir harina, la cual se envasa en sacos y se puede almacenar durante varios días o semanas hasta su uso final (véase figura 1).

Características del Destructor Termomecánico (DTM)

El Destructor Termomecánico (DTM) o Reactor Termomecánico (RTM) que se instalará en la planta de procesamiento, es un equipo compacto, de fácil instalación, eficiencia térmica y larga vida útil, el cual tritura, esteriliza y seca las materias primas. El equipo tiene una capacidad de 1.5 toneladas y funciona con vapor inyectado en la camisa y el agitador; realiza la separación automática de materias extrañas, está dotado de gran superficie de calentamiento y no requiere de la trituración previa de la materia prima. El equipo funciona a una presión de trabajo 4 kg/cm2. En la figura 2 se presenta un esquema del Destructor Termomecánico.

Los componentes mecánicos intercambiables del DTM, son de fácil adquisición en el mercado internacional, tienen larga vida útil y pocas necesidades de mantenimiento, que se reduce a la reposición de los empaques de los sellos que garantizan la hermeticidad del equipo. El peso neto del destructor vacío es de 3.2 ton y el peso con carga es de 4.7 ton. El equipo tiene su propio sistema motriz y está montado sobre una base metálica, por lo que una vez situado en su cimiento, sólo resta la conexión eléctrica para su funcionamiento. En la tabla siguiente se presentan las principales características del equipo que se instalará: Equipo Peso (ton) Capacidad

(ton) Largo (m) Ancho (m) Alto (m) Consumo

de vapor kg/h

DTM-1.5 3.18 1.50 4.80 1.20 1.20 400 Características de la propuesta de procesamiento El resumen general para el procesamiento de los residuos orgánicos en la planta piloto consiste en la recolecta, trituración, homogeneización y esterilización a alta

temperatura y presión de los residuos orgánicos en el equipo de tecnología cubana para la producción de alimento para animales como cerdos o peces. La materia prima que se puede procesar en el equipo, consiste en una gran diversidad de residuos orgánicos, entre los que se pueden mencionar desechos de comida, desperdicios agrícolas, residuos de rastros o mataderos, desechos de pescado, e incluso cadáveres de animales generados durante los procesos productivos de las granjas. La temperatura de cocción de los desperdicios depende de las legislaciones higiénico-sanitarias vigentes en cada país. En Cuba fluctúan entre 121ºC con retención de 15 minutos para desperdicios de cocina y agroindustriales, o de 130º C con retención de 30 minutos para desechos de rastro y cadáveres de animales. La Planta de Procesamiento de residuos se construirá en las instalaciones de la Unidad Iztapalapa de la UAM. El sitio seleccionado reúne las características idóneas para la construcción y operación de una planta de las características señaladas, tales como independencia, facilidad de acceso, así como la disponibilidad de infraestructura y servicios básicos (luz, agua y drenaje). Con base en los productos iniciales utilizados, los productos finales obtenidos pueden ser pienso líquido, pasta proteica, harina de carne y hueso, harina de pescado o harina de salcocho o escamocha, los cuales representan recursos valiosos para la alimentación de animales como cerdos o peces. El objetivo de funcionamiento de la planta es principalmente demostrativo y experimental, lo que significa que su operación se hará en tiempos y horarios bien establecidos y con atención especial a la emisión de olores. No está descartado que mediante el establecimiento de convenios específicos, se pueda realizar el funcionamiento de la planta para necesidades específicas de investigadores, industriales, ganaderos o piscicultores. Descripción de la operación de la planta Recolecta y recepción de los residuos Los residuos orgánicos serán recolectados y depositados en contenedores o recipientes cerrados de 50-75 lts, los cuales serán transportados a la planta de procesamiento en camiones; los residuos se recibirán en la planta en dichos recipientes. A través de una rampa de acceso, los camiones situarán los recipientes en una plataforma de trabajo, localizada junto a la tolva de carga del reactor DTM-1500. La ubicación de los recipientes en la plataforma de trabajo, así como la carga del reactor se ejecutarán manualmente. Para realizar esta operación en la planta se dispondrá de dos operarios. Según se vacían, los recipientes se trasladan a un área de higienización (ubicada en la misma plataforma de trabajo), donde existirá un dispositivo de limpieza.

Por último los recipientes se almacenarán en la misma área de limpieza para su posterior utilización. Los pisos de la plataforma del camión y la de trabajo de la planta tendrán canalizaciones adecuadas para conducir los residuales de la limpieza a la red principal de drenaje. Procesamiento de los residuos Una vez recolectados y trasladados los residuos a la planta, el esquema de procesamiento consiste en someter los residuos orgánicos a un proceso térmico a presión dentro del destructor termomecánico (DTM) o reactor termo-mecánico (RTM), lo cual conduce a su cocción y esterilización. Se contempla que el procesamiento y esterilización de los residuos se efectúe a 121ºC con una permanencia de 15 minutos, cuando se trate de desperdicios de cocina, de restaurantes o agroindustriales o de 130ºC con retención de 30 minutos para desechos de rastro, de pescado y otros residuos similares. Durante el procesamiento de los residuos, los materiales extraños o indeseables quedan retenidos dentro del destructor debido a su diseño especial, y son evacuados posteriormente por el registro de limpieza del equipo. Una limpieza del digestor al final del turno de trabajo es suficiente. Para la operación de la planta se requiere de un suministro de vapor estable, por lo que se requiere la instalación y operación de una caldera de 440 kg de vapor por hora a 10 Bar. de presión (con una reducción a 5-7 Bar). El combustible que se utilizará para la operación de la caldera será gas LP, mientras que los demás equipos (incluido el DTM), operarán con electricidad, por lo que la construcción de la planta no requiere la instalación de equipos de control de emisiones atmosféricas. Debido a las características de operación de la planta y al tipo de materiales que se manejarán, y considerando además que la planta de procesamiento se instalará en zona urbana, para su operación se ha considerado la instalación de un sistema de control de olores del proceso. Lo anterior es una adaptación necesaria para la planta que se instalará en México, a diferencia de los equipos instalados en Cuba, los cuales se han construido y funcionan principalmente en la zona rural, por lo que el control de olores no ha sido una preocupación. Respecto a las aguas residuales generadas, estas se componen de aguas resultantes del desarrollo del proceso y aguas de la limpieza de los contenedores, equipos y de las instalaciones de la planta en general, por lo que no presentan características que requieran su tratamiento previo, y por lo tanto se depositarán directamente a la red de drenaje local sin tratamiento. La planta se construirá cerrada con paredes; esto no creará inconvenientes con el calor, ya que el destructor (reactor) y las tuberías de vapor y de condensado se aislarán térmicamente.

Para la eliminación de los malos olores, se utilizará un sistema de filtrado. En el sistema de filtrado se tratarán los gases no condensables provenientes de un condensador; por su parte, los gases y vapores condensables se depositarán en un depósito colector de condensado; hay que considerar que en un turno de trabajo se producen alrededor de 1298 kgs. de condensado. Debe tenerse en cuenta que por el filtro pasarán, además de los gases no condensables, cierta cantidad de vapores que se generan en el depósito colector; estos vapores tienen una temperatura de 85-95 grados. La planta procesadora sólo requiere de una toma hidráulica de presión (2-3 Bar), la cual se utiliza para el lavado de los recipientes de materias primas y para limpieza de los pisos. Producción de harina En la planta piloto de procesamiento se pueden obtener como productos finales pasta o harina; en el esquema propuesto, se pretende que el producto final obtenido sea harina, por lo que una vez procesado el producto en pasta se secará para obtener como producto final harina. La capacidad diaria de producción de harina es de 500-600 kg., lo que equivale 2000 kg. de residuos de pescado procesados o su equivalente en otros residuos orgánicos de composición similar. La planta de procesamiento puede producir 5 t de pasta o 500-600 kg. de harina en un turno de 8-10 horas, pero no ambas cosas a la vez. El producto obtenido en forma de harina puede después ser sometido a un proceso de peletización (opcional). En virtud de que se van a producir alimentos secos, será necesaria una instalación adicional para la extracción y tratamiento de los vapores que se generan durante el proceso de secado, por lo que será necesario instalar un condensador, un ciclón separador y un depósito de condensado. El ciclón separador y el depósito de condensado son equipos muy simples, que en principio se fabricarán en las propias instalaciones de la Universidad; por su parte, el condensador será adquirido en una empresa especializada. En el depósito de condensado se generan gases no condensables (malos olores), que serán tratados mediante un sistema de filtrado para evitar la contaminación del ambiente. Los gases de escape del destructor podrán ser tratados también en el mismo sistema de filtrado, el cual en su caso sería el mismo señalado anteriormente. Los vapores del ciclón se harán pasar por un condensador para facilitar el tratamiento de los gases no condensables en un sistema de filtrado. Por su parte, los gases no condensables del depósito de condensado, se procesarán en el mismo sistema de filtrado para eliminar los malos olores.

Para el secado del material se conectan las cámaras de trabajo del reactor a un ciclón separador central, en el cual quedan retenidos los sólidos que arrastra el vapor en la etapa de descompresión. Posteriormente los gases pasan por un condensador de tubos (a contra-corriente) y se dirigen a un depósito colector de condensado y finalmente a la canal de evacuación de residuales de la unidad. El producto final deberá salir del reactor con un 80 % MS. Los tiempos aproximados del proceso completo para la producción de harina son:

Llenado del destructor, minutos 20 Proceso térmico, minutos 240 Descarga del digestor, minutos 20 Tiempo total, minutos 280

En la figura 3 se presenta un diagrama general del procesamiento de residuos orgánicos en la planta. Disposición del producto final procesado La disposición y almacenamiento del producto final se efectuará de acuerdo a sus características. En el caso de las harinas sin peletizar que se obtendrán, serán depositadas en bolsas plásticas o de papel para su posterior manejo y conservación.

Equipamiento básico. El equipamiento básico para la planta que se instalará es el siguiente:

No Equipo Descripción 1 Reactor DTM-1500 3,2 ton. Calentado con vapor a 4

Bar, potencia 11 kW 2 Caldera 400-500 Kg Vapor/h, 10 Bar 3 Ciclón separador Diámetro 800 mm 4 Condensador de

vapor Superficie de enfriamiento de 40-50 m2

5 Colector de condensado

1-2 m3

Mano de obra La mano de obra requerida para la operación de la planta de procesamiento es la siguiente: en el Area de recepción (plataforma de trabajo), laborará un ayudante sin calificación técnica requerida, mientras que en el Area de procesamiento (destructor, caldera, producto final) se necesita un operador de caldera, de reactor RTM-1500 y jefe de turno, quien debe ser un operario con calificación técnica media. Con base en lo anterior, el personal total por turno de trabajo será de 2 trabajadores.

VENTAJAS O BENEFICIOS ESPERADOS Un primer aspecto de la construcción de la planta es la demostración de la factibilidad técnica y económica del procesamiento de residuos orgánicos, así como las posibilidades de su incorporación en un proceso industrial bajo las condiciones de México. Adicionalmente, se producirá alimento para animales, con lo que se pretende demostrar que el procesamiento representa una alternativa que puede contribuir al abaratamiento del costo de producción de alimento para animales Por otra parte, se pretende demostrar que el procesamiento de residuos puede ser una alternativa para elevar el ingreso y ocupación de los productores pecuarios, así como obtener proteína de buena calidad a partir de desechos peocesados, para su incorporación en la dieta de la población.

También se tendrán beneficios académicos y de investigación, al establecer una línea de investigación sobre el procesamiento de residuos orgánicos mediante una propuesta concreta para su desarrollo, con beneficios adicionales al incorporar a dicha línea de investigación a estudiantes de la UAM-I de licenciatura y posgrado, además del establecimiento de colaboraciones con Universidades y Centros de Investigación e incluso productores interesados en dicha temática. Finalmente, y no menos importante, es el beneficio ecológico derivado de incorporar a un proceso de reciclamiento, materiales cuyo manejo y disposición final son costosos, además de que ordinariamente se desperdician e incluso provocan problemas de contaminación ambiental. Se pretende mostrar que procesar y utilizar residuos orgánicos contribuye a la disminución de la contaminación del medio en la ciudad, al limitar el uso de rellenos sanitarios como forma de disposición final de la basura, el cual es el principal método actualmente utilizado, que además, en el mediano y largo plazo tiene un alcance limitado. REFERENCIAS Falla, L. 1994. Desechos de matadero como alimento animal en Colombia. Memoria del Taller Regional sobre Tratamiento y utilización de residuos de origen animal, pesquero y alimenticio en la alimentación animal. Instituto de Investigaciones Porcinas y Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. La Habana, Cuba, 5-8 de septiembre de 1994. Figueroa, V. 1989. Nonconventional feeding for pigs in Cuba. Pig News and Inf. 10:(1):29-33. Heseker A., Beckhausen W.S., Flachowsky G. and Kamphues J. 1996. Food wastes –a new component in pig feeding as a challenge for the mixed feed manufacturing industry. Proceedings of the Workshop, Unconventional Feedstufss, held in the Bundesforschungsanstalt fur Landwirtschaft, Braunscheweig-Volkentçrode, 10-11th April 1996., Lanbauforschung-Volkerode-Sonderheft. 1996, No. 169, p. 377. Mendizábal, F. 1994. Procesos de deshidratación y/o hidrólisis de los subproductos de origen animal. Memoria del Taller Regional sobre Tratamiento y utilización de residuos de origen animal, pesquero y alimenticio en la alimentación animal. Instituto de Investigaciones Porcinas y Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. La Habana, Cuba, 5-8 de septiembre de 1994. Parín, M. y Zugarramurdi, A. 1994. Aspectos económicos del procesamiento y uso de ensilado de pescado. Memoria del Taller Regional sobre Tratamiento y utilización de residuos de origen animal, pesquero y alimenticio en la alimentación animal. Instituto de Investigaciones Porcinas y Organización de las Naciones

Unidas para la Agricultura y la Alimentación. La Habana, Cuba, 5-8 de septiembre de 1994.

Figura 3. Diagrama general del proceso de residuos orgánicos en la planta

CalderaDistribuidor

de Vapor

DTM

Producto húmedo(pasta)

Producto Seco(harina)

VaporesCiclón

Separador

Condensador

Filtro

Atmósfera