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 0778Fax 0 537 202 9372ce: [email protected]
INTRODUCCION
1. CARACTERIZACION DE LOS RESIDUALES
LIQUIDOS DE LA PRODUCCION DE
ALCOHOL
2. LAS POSIBLES ALTERNATIVAS PARA LADISPOSICIÓN DEL EFLUENTE DE LAPRODUCCIÓN 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
INTRODUCCIONEN 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
INTRODUCCIONEL 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
7 9009500Azucares reductores (mg/l)19 50063 400Materia orgánica (mg/l)19.7-21.116.0-16.3Relación C/N130-1540450-5100Potasio (mg/l) 10-210180-290Fósforo P2O5 (mg/l)150-700450-1610Nitrógeno (mg/l)20 00060 000Sólidos volátiles (mg/l) 23 70081 500Sólidos totales (mg/l)15 000-33 00065 000DQO (mg/l)6 000-16 50025 000DBO (mg/l)3.7-4.64.2-5.0pHJugoMielesIndicador
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 PARALA DISPOSICIÓN DEL EFLUENTE DE LA PRODUCCIÓN DE ALCOHOL
A.- La irrigación y fertilización de la tierra B.- La producción de compostC.- La producción de levadura TorulaD.- 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 ELPOTASIO 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 CAÑAPOR 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.
< 4.0 o >8.4
>10>1530>2.4No usable
4.0-5.0 7.8-8.4
7-101150-1530
1.8-2.4Mala
5.0-6.0 7.0-7.8
4-7960-11501.5-1.8Regular6-7<4<960<1.5Buena
pH
Razón de absorción de sodio (RAS)
Sales solublestotales(SST) ppm
Conductividad eléctrica(CE)
Mmhos/cm
Criterio
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 yla planta y no como una vía para el vertimiento de un residual.
• Las corrientes ácidas y con alto contenido de sales deben sersegregadas de la corriente principal.
• Las aguas residuales den ser enfriadas y homogeneizadas antesde su riego.
• Las áreas de aplicación deben ser rotadas cada año en suelosligeros y cada dos en suelos pesados.
• La cantidad a aplicar no debe ser mayor 300-400 m3/hacon intervalos de 10-15 días.
FertilizaciFertilizacióón ln lííquida especquida especííficafica
Claudia Ximena Programa de ProducciPrograma de Produccióón de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera n de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana Congreso DiversificaciColombiana Congreso Diversificacióón 2006 Ciudad Habana Junion 2006 Ciudad Habana Junio
Claudia Ximena Programa de ProducciPrograma de Produccióón de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana n de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana Congreso DiversificaciCongreso Diversificacióón 2006 Ciudad Habana Junion 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 .
273.3----0.120.1541.07490.2Residual Levadura
149.11.250.200.3552.29440.0Residuosagricolacosecha
23.92.01.51.945.58270.0Excreta vacuna
K2OP2O5NC
MateriaOrga-nica
RelacionC/N
Cantidad media base seca en %
Humedad%
Material
COMPOSICIÓN MEDIA MATERIALES PARA LA PRODUCCIÓN DE COMPOST
COMPOSICIÓN MEDIA MATERIALES PARA LA PRODUCCIÓN DE COMPOST
3.336.52.7012.742.27694.5VinazaDestilería
128.20.871.020.3950.09050.0Bagazo
29.60.301.81.544.48080.0Cachaza
K2OP2O5NC
MateriaOrga-nica
RelacionC/N
Cantidad media base seca en %
Humedad%
Material
CANTIDAD VINAZAS POSIBLE DE UTILIZAR PARA ESTA CANTIDAD DE COMPOST PRODUCIDO
Fabrica azúcar: 5000 ton caña/díaCantidad miel producida: 150 ton/díaCantidad cachaza obtenida: 200 ton/díaCantidad etanol producido: 34 ton/díaCantidad vinazas obtenidas en peso: 511 ton/díaCantidad 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 EnergyNews 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
CompostCompost
Proceso de descomposición aeróbica de materiales orgánicos en forma controlada por la acción de microorganismos
Claudia Ximena Programa de ProducciPrograma de Produccióón de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera n de Alcohol Carburante en la Industria Azucarera Colombiana Congreso DiversificaciColombiana Congreso Diversificacióón 2006 Ciudad Habana Junion 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.CFCECFCE de Cartagena de Indias 3 al 7 de Octubre de 2005de 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 final80 oBx (52%ART)
AGUA
VAPOR
NUTRIENTES
AIRE
SEPARACIÓN Y LAVADO
SEPARACIÓN Y LAVADO
Agua100 m3 EFLUENTES
DQO: 10-15 kg/m3
TERMÓLISIS Y CONCENTRACIÓNTERMÓLISIS Y
CONCENTRACIÓNVAPOR
AGUA
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 LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERLAS VINAZAS DE DESTILERÍÍAA. 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
53.6239.70100/0
49.3140.6790/10
49.9947.4980/20
48.2746.2770/30
46,6049.030/100
ProteinaBruta(%)
RendimientoBiomasa/Sustrato(%)
Proporcion de Vinazas/Mieles
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 vinazasComponente 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 LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERDE DESTILERÍÍAA. 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/díaConsumo 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.2002
Saura G. LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERDE LAS VINAZAS DE DESTILERÍÍAA. 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 LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERLAS VINAZAS DE DESTILERÍÍAA. 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
7070--80 Kg./m80 Kg./m33 hasta 10hasta 10--15 15 Kg./mKg./m33
Saura G. LEVADURA TORULA, UNA LEVADURA TORULA, UNA ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS ALTERNATIVA AL TRATAMIENTO DE LAS VINAZAS DE DESTILERVINAZAS DE DESTILERÍÍAA. 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 Capacidad: 26t/d Levadura TorulaTorula (Base 92% (Base 92% m.sm.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 residualesCachazaAzúcar 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
75-955-30USAB
70-901-20Camafluidizada/extendida
70-905-15Filtro descendente70-951-10Filtro ascendente70-951-6Contacto
Remocion(%)
Velocidadcarga
DQO (kg/m3/d)
Tipo Reactor
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
4CE (mS/cm)Menor que 300SST (mg/l)
2 300STV (mg/l)3 500ST (mg/l)7-8pH
6 000DQO(mg/l)
SALIDA REACTOR8.36CE (mS/cm)
5 140SST (mg/l)38 670STV (mg/l)52 670ST (mg/l)4 470pH
71 200DQO (mg/l)
ENTRADA REACTORPROMEDIOVARIABLE
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 METALESPurificar(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 kggasolina,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 BIOGASALIMENTAR 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 ANUALMENTEEMPLEANDO 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 poblaciondel 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 NewsVol3 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
650.3710-250.2Cama fluidizada
55-700.13-0.328-25---Cama inmovili-zada
65-800.30-0.5010-252.5-6.0UASB
CONTENIDOMETANO ENEL BIOGAS(%)
BIOGASPRODUCIDO(m3/kgDQO
REMOVIDO)
CARGAORGANICA(kg DQO/m3/dia)
TIEMPORESIDENCIA(DIAS)
PROCESO
DATOS TECNICOS DE DIFERENTES TIPOS DE REACTORES
* 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 2Dimensiones (m) 17x7x3.5 19x16x3.5Volumen total (m3) 416 1064Volumen trabajo (m3) 345 850Volumen campana (m3) 71 214Carga día Cachaza (ton/dia) 2.5 4.5
Mostos (m3/día) 10 20Eficiencia (%) 80-90 80-90Producción biogás (m3/día) 250 750Tiempo retención hidráulica (días) 30 30
Fertilizante producido
(ton /año) 438 876(m3/día) 250 750N (ton /año) 6.5-11 13.1-21.9P (ton /año) 5-6.1 10.1-12.2K (ton /año) 3-3.9 6.1-7.8Suelo 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 kgDQO/m3 vinazas
Dilución a 20 kg DQO/m3 vinazas
Cantidad vinazas diluidas: 800(65)=20(x) X=2500 m3
DISEÑOGENERACION 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 vinazasContenido 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 kgPOTASIO/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 IDESTILERÍA 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 AGUACONCENTRÁNDOSE 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 CALDERACAPACIDAD 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 BxAgua 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 distilleryeffluent 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 ValoresPH 3.8-4.6Color Rojo-carmelitaTemperatura 85-90 CContenido sólidos 8-10%Sólidos totales 65 000-85 000 ppmSólidos orgánicos 40 000-60 000 ppmSólidos inorgánicos 10 000-30 000 ppmCenizas 2,8%P2O5 0.15%K2O 0.8%MgO 0.25%DQO 60 000-65 000DBO 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/diase 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.AISSCT Congress Jakarta
CONCENTRACION DE VINAZAVapor de baja
Vapor 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 Aprovechamientoeconómico de co-productos industria azucarera Jornada Internacional CYTED Cali, Colombia Mayo 2006
Capacidad DESTILERIAm3/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.AISSCT 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
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