Producción Más Limpia aplicada al proceso de extracción de almidón de yucaGRUPO DE INVESTIGACIÓN ESTUDIO Y CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL TABLA DE CONTENIDO 1. PRESENTACIÓN 1 2. PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA. VISIÓN GENERAL 2.1 Generalidades 2.2 Principios fundamentales que deben regir la Producción Más Limpia 2.3 Minimización de residuos. Una estrategia clave en la Producción Más Limpia 2 2 2 2 3. EL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN AGRIO DE YUCA 3.1 Generalidades 3.2 Balance de masa 3 3 4 4. MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS 4.1 Reducción en la fuente 4.2 Aprovechamiento de residuos sólidos 4.3 Tratamiento de residuos líquidos 6 6 7 8 5. BIBLIOGRAFÍA 15 6. ANEXOS 6.1 Productos 6.2 Grupo de Investigación: Estudio y control de la contaminación ambiental. 16 16 17 del Cauca.edu. además del apoyo de las diferentes dependencias de la Universidad (Vicerrectoria de investigaciónes.co Álvaro Andrés Cajigas Cerón Asistente de Investigación (Estudiante de Maestría) Andrea Pérez Vidal Asistente de Investigación (Estudiante de Maestría) Genny Virginia Martínez Puente Auxiliar de Investigación Carlos Alexander Pizarro Loaiza Monitor de Investigación Jorge Irne Silva Propietario Rallandería Tesistas Ingeniería Sanitaria David Ayala Cabrera Magally González Mancilla Carolina Jurado Valencia Nathalie Ortiz Olaya Ana María Otero Giraldo Carlos Alexander Pizarro Loaiza Tesistas Ingeniería Industrial Evlep García José Abdón Ordóñez Andrade Diseño y Diagramación Oficina de Comunicaciones Facultad de Ingeniería Universidad del Valle 1.co Pablo Manyoma Coinvestigador manyoma@univalle. además de proponer acciones de mejoramiento del proceso productivo.edu. traslado de materiales e insumos. inóculos. Se espera que estos resultados ofrezcan herramientas a los rallanderos para mejorar su proceso productivo. minimizar costos y reducir la carga contaminante generada por el vertimiento de los residuos líquidos a los cuerpos de agua superficiales de la región. 1 . dos (2) de Ingeniería Industrial y dos (2) de Maestría en Ingeniería (Ingeniería Sanitaria y ambiental) de la Universidad del Valle. etc. el apoyo y la confianza depositada en el grupo de investigación para la ejecución de este proyecto. PRESENTACIÓN Los resultados que se divulgan en esta revista son producto de la ejecución del proyecto de investigación “Producción Más Limpia Aplicada al Proceso de Extracción de Almidón de Yuca” desarrollado por el Grupo de Investigación Estudio y Control de la Contaminación Ambiental de la Universidad del Valle (Categoría A de Colciencias) El proyecto fue financiado por Colciencias y la Universidad del Valle.edu. el compromiso tanto del propietario de la rallandería seleccionada para el estudio como de la comunidad de la zona en el apoyo logístico.co Jenny Alexandra Rodríguez Victoria Coinvestigadora yennyrod@univalle. consecución y manipulación de los materiales de soporte. La investigación tuvo como objetivo general integrar los conceptos de la Producción Más Limpia a la optimización del proceso de extracción de almidón agrio de yuca en la pequeña agroindustria rural de la región norte del Depto. enfocándose fundamentalmente en la minimización de residuos desde el punto de vista de la reducción en la fuente.PARTICIPANTES Patricia Torres Lozada Directora patoloz@univalle. Adicionalmente.co Camilo Hernán Cruz Vélez Coinvestigador [email protected]. agradece a todos aquellos que apoyaron y permitieron la realización y culminación exitosa de este estudio. se alcanzó la formación de seis (6) estudiantes de Ingeniería Sanitaria. Escuela EIDENAR).co Luis Fernando Marmolejo Rebellón Coinvestigador lufermar@univalle. Vale la pena destacar. El proyecto permitió. el aprovechamiento de los residuos sólidos y el tratamiento de los residuos líquidos. Igualmente.edu. Facultad de Ingeniería. evaluar estrategias de optimización del tratamiento anaerobio de los residuos líquidos. El grupo de trabajo agradece a Colciencias y a la Universidad del Valle. la define como “la aplicación continua de una estrategia ambiental preventiva e integrada en los procesos productivos. fuera de ella. haciendo énfasis en cómo los bienes y servicios son producidos con el menor impacto ambiental teniendo en cuenta limitantes económicas y tecnológicas. la minimización de residuos también puede constituir una alternativa para optimizar el uso de materias primas.2. citado en Minambiente. minimización de residuos o prevención de la contaminación. 2 . con el fin de reducir riesgos tanto para los seres humanos como para el medio ambiente ”. sin embargo. el diálogo y la acción conjunta de los actores involucrados en la implementación de la Política de PML. VISIÓN GENERAL 2. El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente UNEP . • Minimización del volumen y toxicidad de todas las emisiones que genere el proceso productivo. reducir las necesidades de tratar y disponer residuos o el pago de aranceles asociados a mitigar la carga 2.2 Principios fundamentales que deben regir la Producción Más Limpia (Intec.3 Minimización de residuos. PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA. Una estrategia clave en la Producción Más Limpia En la industria. la minimización de residuos y las medidas de protección ambiental generalmente han sido vistas como actividades que generan costos adicionales. • Gradualidad: Desarrollo a través del tiempo de procesos de adaptación de la industria a las nuevas tecnologías. • Complementaridad con los instrumentos normativos de gestión ambiental: Facilitar el cumplimiento de las normas y mejorar gradualmente los estándares ambientales y productivos existentes. para lo cual se plantean las siguientes acciones (Consejo Nacional de Producción Más Limpia Chile.2002) • Cooperación público-privada: Administración pública basada en la coordinación. Cleaner Production. entre otros. • Minimización del uso de insumos tóxicos. • Voluntariedad: Carácter voluntario de la suscripción de un acuerdo por parte de la empresa. • Reducción del impacto ambiental de los productos en su ciclo de vida (desde la planta hasta su disposición final). • Autocontrol: Actividades desarrolladas independientemente por una unidad productiva que le permiten medir y evaluar oportunamente el nivel de emisión y establecer medidas. (1997). la Producción Más Limpia ha mostrado que además de los positivos impactos sanitarios y ambientales. agua y energía. exigencias regulatorias y/o de mercado que permitan mejoras continuas e incrementales. 2005): • Minimización y consumo eficiente de insumos. • Reciclaje de la máxima proporción de residuos en la planta y si no. 2. los productos y los servicios.1 Generalidades La Producción Más Limpia es conocida mundialmente también como PML. P+L. La Producción Más Limpia es un concepto amplio que engloba términos como ecoeficiencia. convirtiendo las raíces en una masa conocida como “pulpa” a la cual se le agrega agua en la unidad de Colado. 3. la cual es llevada a cabo en pequeñas y medianas industrias denominadas rallanderías. El proceso consiste en una serie de operaciones que. obteniéndose como residuos cascarilla (peridermo) y agua residual con alto contenido de sólidos. Tratamiento. el producto es conocido como almidón dulce o almidón fresco. La reducción en la fuente comprende cualquier actividad tendiente a hacer más eficiente el uso de las materias primas y a reducir la generación de residuos dentro del proceso productivo. EL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN AGRIO DE YUCA próxima al área de proceso. Cuando se usan solamente tanques. en la cual se separa el almidón en tanques. considerándose tres (3) estrategias claves: i. la cual es considerada como un residuo.Aprovechamiento. por vía húmeda. Quindío y Risaralda y en algunas ocasiones del Ecuador. el aprovechamiento permite reducir el volumen de los residuos a través del uso o valorización de los mismos y el tratamiento reduce el volumen y/o la carga contaminante de los residuos sin necesariamente considerar un potencial uso o aprovechamiento. en éstos se retiene fundamentalmente el almidón y la mancha se separa en tanques. ocurre la separación del almidón y de la mancha en la misma unidad. que pueden estar precedidos o no de canales. La Figura 1 muestra las etapas del proceso de extracción y los residuos sólidos y líquidos generados en el mismo. Reducción en la fuente. ii.1 Generalidades La producción de almidón agrio de yuca es uno de los renglones más importantes de la economía en el Norte del Departamento del Cauca. La lechada es Tamizada con el fin de retirar las fibras que pudieron filtrarse en la coladora. La yuca utilizada en el proceso proviene de diferentes zonas del país. logra la extracción del almidón que contienen las raíces de la yuca. El producto de mayor demanda en la zona de estudio es el almidón agrio el cual es Secado al 3. 1998) como residuo. La Selección y Despunte es una operación manual que permite retirar las raíces en mal estado y las puntas de la yuca que contiene fibras. La primera etapa del proceso corresponde al Lavado y Pelado. La mancha es un almidón amarillento de menor calidad. principalmente de los Departamentos del Cauca. cuando no hay fermentación. en la etapa de Rallado se desagregan las raíces para romper las paredes celulares y dejar libre los gránulos de almidón. La etapa siguiente al tamizado es la Sedimentación. cuando se cuenta con canales.contaminante de los mismos. obteniéndose la lechada de almidón como producto y el afrecho (perenquina o tejido donde se almacena el almidón (Dufour y Alarcón. Independiente de la forma de separación del almidón. El objetivo de la minimización de residuos es detectar las fuentes de producción de residuos y plantear medidas para disminuir las cantidades generadas por las mismas. El almidón extraído puede ser sometido al proceso de Fermentación. en cuyo caso se obtiene como producto almidón agrio. ésta es la etapa que genera la mayor cantidad de aguas residuales en el proceso y la mayor carga contaminante. iii. el material es descargado en el área destinada para el almacenamiento de la materia prima ubicada 3 . lo cual se revierte en beneficios económicos. Considerando que la humedad de la yuca es aproximadamente del 60%. 3. La Figura 2 muestra el balance de masa obtenido. La tabla 1 muestra cómo están distribuidos los 193 Kg restantes: 4 . la eficiencia de la deshidratación influye en la calidad del producto final. 5 Kg corresponden al peso del empaque. su peso en base seca representa 398 Kg por tonelada de yuca.Figura 1. de los cuales se obtienen 205 kg de almidón. involucrando en ellas los componentes necesarios para establecer un mejoramiento global en la agroindustria. El producto se Empaca y Almacena cuando su contenido de humedad es inferior al 12%. procesándose 995 Kg de materia prima. el cual indica que por cada tonelada de yuca que llega a la rallandería. resaltándose dos rutas importantes del proceso: la del agua y la de la transformación de la yuca.2 Balance de masa Con el objetivo de establecer la posibilidad de adoptar medidas de reducción en la fuente. se realizó el balance de masa sobre las rutas del proceso de extracción de almidón agrio para la rallandería en estudio. Diagrama del proceso de extracción de almidón de yuca aire libre. Los residuos líquidos resultantes del proceso (por tonelada de yuca procesada) se muestran en la tabla 2.8 8.2 2.0 37. el peso real del producto que se comercializa por tonelada de yuca que entra a la rallandería es de 233 kg (205 Kg en base seca).9 49. Distribución de residuos generados en el proceso de extracción de almidón de yuca Tip o d e resid uo Cascarilla Residuos de selección y despunte de la yuca Afrecho M ancha Residuos presentes en el agua residual de lavado Residuos presentes en el agua residual después de sedim entación Perdidas de alm idón durante el secado TO TAL Cantidad de residuo (Kg) 20.0 193 % respecto al total d e residuos 10.3 19. Balance de masa del proceso de extracción de almidón agrio de yuca 5 .0 17.6 95.4 3.0 4.6 1.2 8. Figura 2.0 16.Tabla 1.0 100 Debido a que la humedad del producto final (almidón secado y empacado) es del 12%. el aprovechamiento y el tratamiento de los mismos. la capacidad de pago de los rallanderos y las condiciones climáticas. los residuos que se generan son sólidos (cascarilla.7 4.8 100 Tipo de residuo Etapa de Lavado y Pelado Etapa de Colado (Considerando escurrimiento del afrecho) Etapa de Sedimentación TOTAL Volumen de residuo (m 3) 1. Altura de almidón sedimentado en diferentes jornadas de rallado Las Figura 4 a) y 4 b) muestran la variación a lo largo de los canales de los Sólidos Totales-ST y la Demanda Química Oxígeno-DQO del sobrenadante de los canales respectivamente. la sedimentación del almidón ocurre fundamentalmente en los primeros 100 metros de canal (Figura 3). generación de Figura 3. la condición más deseable sería garantizar una yuca lo más limpia y fresca posible. En la etapa de sedimentación. estas variables son muy importantes porque son indicadores de la carga orgánica contaminante. indicando que existe una longitud de 60 metros disponibles (4 canales) que pueden ser aprovechables para la sedimentación de una mayor cantidad de almidón. independiente del número de jornadas continuas de rallado. sin embargo. Estas cifras muestran que la principal etapa generadora de aguas residuales en el proceso de extracción del almidón de yuca es la sedimentación (~80% del total). 4. Residuos líquidos resultantes del proceso volúmenes de agua residual y residuos sólidos. además de causar la mayor la carga contaminante del proceso debido al elevado contenido de mancha y a las características ácidas del residuo. Los materiales retenidos en estas unidades (cascarilla y afrecho) son residuos que no pueden ser reducidos debido a que son parte constitutiva de la materia prima. MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS Como lo mostró el balance de masa del proceso productivo.4 7. El estudio se enfocó en la minimización de estos residuos desde el punto de vista de la reducción en la fuente. lo que genera una mayor carga contaminante.1 Reducción en la fuente La observación de varias jornadas de trabajo y el balance de masa resultante de las mediciones mostraron que: Desde el punto de vista del uso eficiente de las materias primas. afrecho y mancha) y líquidos (agua residual).9 En las etapas de lavado y colado no se observan pérdidas del almidón aprovechable de la yuca.1 8. 4. 6 . Esto implica el uso de elevadas cantidades de agua en la etapa de lavado y pelado y por lo tanto.4 0. La lechada en los canales mostró que. % respecto al total de residuos 15. con el acompañamiento de varias jornadas de trabajo en la ralladería en estudio se verificó que es factible hacer reducción en la fuente ya que se encontraron pérdidas de almidón. estas condiciones no siempre se pueden cumplir debido a que dependen de factores externos al proceso productivo como la disponibilidad de la yuca. el cual pasa en forma de lechada a la etapa de sedimentación.5 79.Tabla 2. Figura 4a. se caracterizaron los residuos de las etapas de lavado-pelado (Cascarilla) y colado (Afrecho) como se muestra en la Tabla 3. •La altura máxima recomendable de recolección de la pasta de almidón. 1996). et. 5). La variación del pH en el sobrenadante de los canales muestra que efectivamente hubo una reducción del mismo.2. Comportamiento de los Sólidos Totales y DQO en canales Figura 5. Para evitar posibles pérdidas o deterioro del almidón en esta etapa. 2000). la cual es causada probablemente por el descenso del pH del agua ya que. Países como Tailandia.5 con tendencia a continuar bajando (Fig. Indonesia. incorporan en el proceso productivo la adición de soluciones de sulfuro de sodio con el fin de controlar el pH para evitar la fermentación del almidón (Rakshit S y Pathumthani.1 Compostaje Para verificar el aprovechamiento de los residuos en procesos de compostaje. •Determinar el número de lechadas que se pueden aplicar en un mismo punto. se alcanza la máxima reducción en las concentraciones de ST y DQO debido a la separación del almidón de la fase líquida. acercándose a valores de 6.5 unidades se favorece la activación de la bacteria fermentativa Lactobacillus plantarum (Beltrán 2005) que es la principal responsable de la fermentación del almidón (Raimbault. pH obtenido a lo largo de los canales de sedimentación Figura 4b. El incremento de las concentraciones de ST y DQO después de los primeros 60 metros de canales se debe a la resuspensión de almidón. al. cuando se alcanzan valores inferiores a 6. los cuales producen principalmente almidón fresco o dulce. 4. 7 . resaltando que es viable mantener la calidad de almidón haciendo control del pH. India y algunos de África. Comportamiento de los Sólidos Totales y DQO en canales En estas figuras se observa que en una longitud de canales de 60 metros. se deben evaluar técnicas que permitan minimizar el impacto ocasionado por la reducción del pH determinando: •La posibilidad de cambiar el punto de alimentación en los canales en las diferentes jornadas de trabajo.2 Aprovechamiento de residuos sólidos 4. dadas sus características físicas.30 Grasas (%) 0.10 3. Los resultados se muestran de la Tabla 4. entre otros.61 Aunque la cascarilla presenta una relación C/N en el rango adecuado entre 25 y 35 (Tchobanoglous. Caracterización fisicoquímica de la cascarilla y el afrecho VARIABLE pH Humedad % Carbono Orgánico (C) % Nitrógeno (N) % Relación C/N Fósforo % Cascarilla 5.092 Proteína (%) 0.2. 4. desde los 15 minutos de sedimentación se empieza a observar una adecuada clarificación del agua residual.s. El material sedimentado. tanto la calidad como la cantidad de las aguas residuales generadas. los resultados de la caracterización muestran que ninguno de los dos residuos cumple esta característica. El afrecho presenta características inferiores a las de la cascarilla y por lo tanto se descarta su uso para este fin. 4.04 * ND: No Detectable *Fuente: Adaptado de FAO. Tabla 5. el cual supera el del suplemento.05 Cenizas (%) 0. este uso sería viable complementando la alimentación del ganado con los nutrientes básicos de una dieta animal.78 Hierro (ppm) 21.19 6.8 ND Vitamina C (mg/100g) 14.3. varían en función de algunos factores como la variedad de la yuca.3 0. por lo tanto. Tabla 4. Tabla nutricional del Afrecho y Mancha para alimentación animal Composición de suplemento VARIABLE Afrecho Mancha alimenticio protéico* Calorías (Kcal/100g) 366.10 75.47 26 0. La sedimentación convencional simulada en conos Imhoff (tiempo de sedimentación 60 minutos) muestra que se puede obtener una eficiencia de remoción del orden de 60% de la DQO y 64% de los ST.60 Sodio (ppm) 24. el afrecho y la mancha se han empleado en la dieta de cerdos y reses.2 37000 656.2 65 12. la edad de la planta y el tiempo de almacenamiento de la yuca.16 3800 101.40 Afrecho 4. sin embargo.9 1. las otras variables no lo hacen recomendable para este proceso.22 14. constituido fun-damentalmente por tierra retirada de la 8 .60 Azúcares totales (%) ND 6.64 Fibra (%) 13.1 Lavado y pelado La Tabla 5 muestra las características promedio en términos de DQO y ST del agua residual resultante de esta etapa. aunque se tiene la creencia popular que la mancha tiene un alto contenido de proteínas.65 181.5 0. 1996) para el proceso de compostaje.f.3 Tratamiento de residuos líquidos Independiente de la etapa del proceso productivo.1 0.8 90 14. sin embargo. se observa que la característica que hace valorizable estos residuos es el nivel de calorías. Lorenzoni y Mella (1994) verificaron que el uso de úrea como fuente de nitrógeno no protéico para complementar la escasez de proteína en el residuo fue eficiente y no alteró el crecimiento del ganado vacuno.6 3.41 Calcio (ppm) 512.Tabla 3. Agua residual de la etapa de lavado VARIABLE Agua Agua Eficiencia Residual Residual de de clarificada lavado y Remoción en Conos (%) pelado Imhoff* 5424 5333 2187 1900 60 64 Demanda Química de Oxígeno (mg/l) Sólidos Totales (mg/l) * 60 minutos de sedimentación En la región. se sugiere evaluar su uso potencial como material de soporte.10 288 436.48 60 0.2 Alimentación animal Desde el punto de vista del valor nutricional para alimentación de ganado vacuno y porcino. 4.31 46 0. se caracterizaron el afrecho y los residuos de la etapa de sedimentación (mancha). Comparando la composición promedio de estos residuos con la de un suplemento alimenticio protéico. 95 0.3500 330 .8 9 .1 0. característica que dificulta su separación física.5– 0.85 – 0.8 – 41.99 2845.50 lo cual indica la potencialidad de tratamiento biológico de estas aguas residuales.1 . La relación DBO/DQO tanto de las muestras totales como filtradas.2-0.45 – 0.0.04 130 -201 14.06 136 -196. Tabla 6.02 .2 – 47.80 -0./L mg Fenol/L mg NTK/L mg N-NH 3 /L mg NO 3 /L mg NO 2 /L mg P /L Salida Canales de Sedimentación de Almidón Rango de variación 4.7 <0.85 0.83 – 0.2 Sedimentación Estas aguas se caracterizan por ser fácilmente acidificables.4 -24.8 400 – 1500 3400 -5400 1876 – 2459 0. Características fisicoquímicas del agua residual de las etapas de la Sedimentación VARIABLE pH Alcalinidad Total Alcalinidad Bicarbonática Ácidos Grasos Volátiles – AGV’s Acidez Demanda Química de Oxígeno Total – DQO T Demanda Bioquímica de Oxígeno Total .60 3000 .16 0.9 0.4374 30.85 – 0.99 2075. presenta valores cercanos a 0.9 – 51.2500 0.4 0.60 2400 .8. Debido a que el balance de masa mostró que la etapa que genera el 80% del volumen de agua residual y la mayor carga contaminante es la de sedimentación.9 22.5744 100 .4 – 0.0 – 9. además de elevada acidez.6 -21.5100 1580 .3.2320 0.80 16.yuca durante el lavado.2460 0.4 – 1.05 – 0.5.8 -2.7 0. Las altas relaciones DBOF /DBOT y DQOF /DQOT y el elevado nivel de sólidos disueltos indican la predominancia de la materia orgánica en forma soluble.4 0.5 0 – 160 0 – 10 6. puede ser dispuesto en el terreno.1 <0.1 0.5 0.4 – 0.15 12.5 24.0 110 – 230 3600 .1.DBO T Relación DBO/DQO Demanda Química de Oxígeno Filtrada – DQO F Demanda Bioquímica de Oxígeno Filtrada – DBO F Relación DQO filtrada/ DQO total Relación DBO 5 filtrada/ DBO 5 total Sólidos Totales – ST Sólidos Suspendidos Totales –SST Sólidos Totales Volátiles –STV Solidos Disueltos –SD Sólidos Sedimentables –SS Magnesio Hierro Total Cobalto Níquel Cianuros Fenoles Nitrógeno Total Nitrógeno Amoniacal Nitritos Nitratos Fósforo Total Fuente: Adaptado de Torres et al (2005a) Unidades Unidades mg/L CaCO 3 mg/L CaCO 3 meq /L mg/L mg/L mg/L ---mg/L mg/L ------mg/L mg/L mg/L mg/l ml/L -hora mg Mg /L mg Fe/L mg Co/L mg Ni/L mg CN . La Tabla 6 muestra las características del agua residual en las salidas de los canales de sedimentación de almidón y del tanque de mancha.1180 1700-3125 1745 .8 Salida Tanque de Sedimentación de la Mancha Rango de variación 4.5 <0. 4.1.4.5 0. el efluente de los canales de sedimentación presenta bajos niveles de pH y prácticamente ausencia de alcalinidad bicarbonática.6000 1886 .6 – 31. el tratamiento se enfocó fundamentalmente en este tipo de residuos.03 – 0.1370 2398 – 4090 2745 .6 14.0.4 0 – 10 0 12.4-0.0 0.7 – 63.5100 1602 – 2451 0.1 <0. 5m 0. Los módulos fueron construidos con ductos de sección cuadrada como lo muestra la Figura 6 y a partir de la modelación teórica de sedimentación de partículas se definieron tres longitudes de ductos para evaluar: 1.3. 2001) para el buen desempeño del tratamiento biológico anaerobio de aguas residuales fácilmente acidificables. la separación física de la mancha no fue eficiente. lo que incrementa la acidez y reduce el pH. 4. indicando que la sedimentación en canales convencionales o de alta tasa no garantiza una adecuada separación de este material.061m 0.5 y 2. Módulo de sedimentación de alta tasa La eficiencia de la sedimentación se midió a través del comportamiento de las variables DQO. cianuro y fenoles se encuentran en límites inferiores a los niveles considerados inhibitorios en procesos biológicos (Field. 1995. ST y pH del sobrenadante. Adicionalmente. 10 . Rittman y McCarty.0 m desde el punto de inicio del módulo) •Punto 3 (P3): salida de los canales de sedimentación (160 metros) La Tabla 7 muestra la tendencia de los resultados. aunque el material sedimentable presente a la entrada del tanque de mancha se retiene de manera eficiente en este tanque. 1997. Los puntos en los que se hicieron las mediciones fueron: •Punto 1 (P1): entrada a los módulos (a los 120 metros de recorrido de canal) •Punto 2 (P2): salida de los módulos (a 3. la DQO. 1. El efluente del tanque de mancha presenta características muy similares a las de la salida de los canales de sedimentación del almidón. la DBO y los ST continúan elevados debido a que la materia orgánica está constituida fundamentalmente por material disuelto. 0. 2001). Speece. Considerando que un gran porcentaje del material disuelto presente en el agua residual está constituido por mancha y con el objetivo de reducir la carga contaminante generada por la misma.0. ii) Separación Química.1 Separación física de la mancha En los canales de sedimentación Se comparó la sedimentación de alta tasa a través de la instalación de módulos de diferentes longitudes con la sedimentación convencional que ocurre en los canales. 1996) como el exceso sobre los requerimientos mínimos recomendados de 50 mgN/l y 10 mgP/l (Rittman y McCarty. En ella se observa que independiente de la existencia o no de módulos.2. Las concentraciones de metales pesados. con excepción de los AGV que se elevan debido probablemente a una acidificación natural del material.061m Figura 6.Los niveles de nitrógeno y fósforo garantizan tanto la relación DQO:N:P (1000:5:1) (Chernicharo.0 metros. se evaluaron dos alternativas que podrían mejorar su separación: i) Separación Física. la variedad de yuca entre otros.0 1.95 3281 2934 5900 660 5240 SFM** 4.23 2588 2027 21.0 unidades. sin embargo.0 unidades. la SQM se muestra más eficiente. manipulación y acondicionamiento de la infraestructura requerida.84 5. Características del agua residual: i. Es importante tener en cuenta que el tiempo de sedimentación de la mancha depende de factores como el tiempo de postcosecha de la yuca.Tabla 7.96 5.Con mancha.0 y 5. El pH de los conos SQM.96 5. En ambas formas de separación se observa que los valores de la DQO filtrada son muy próximos a los de la DQO total. *** Agua Residual con separación Química de mancha.78 4151 3822 7268 1572 1920 3840 5.0 2663 3133 7331 1680 1960 4412 5. Resultados implementación de módulos de sedimentación de alta tasa Tipo de Sedimentación Convencional DQO total (mg/L) P1 P2 P3 Sólidos Totales (mg/L) P1 P2 P3 pH (unidades) P1 P2 P3 Canal sin 3384 módulos - 8145 1872 -- 5320 5. Separada físicamente y iii. se realizó un ensayo comparativo de ambas formas de separación (Tabla 8). Los sobrenadantes del cono SFM fueron caracterizados después de 36 horas de sedimentación y los de los conos SQM.5 2. Separada químicamente Alta Tasa 1. Esta característica hace que la separación química sea más eficiente que la física.1 5378 253 5125 SQM*** 3. ii. Agua Residual con Mancha. Los ensayos mostraron que la reducción del pH a valores menores de 4.94 VARIABLE pH (Unidades) DQO Total (mg/l) DQO Filtrada (mg/l) Eficiencia separación mancha (%DQO) Sólidos Totales (mg/l) Sólidos Suspendidos Totales (mg/l) Sólidos Disueltos Totales (mg/l) * CM* 5.0 unidades favoreció la separación de la mancha.2.88 5. se varió con ácido clorhídrico en un rango entre 2. Sedimentación convencional por 36 horas.95 5. Tabla 8.87 Considerando que la separación física y química se mostraron eficientes a partir de valores de pH cercanos a 4. Tomada a la salida de los canales de sedimentación de almidón. se realizaron ensayos de sedimentación en conos Imhoff simulando la separación física (SFM) y la separación química (SQM).2 Separación química de la mancha Considerando que el pH es una variable que influye en la eficiencia de la separación de la mancha. ** Agua Residual con separación Física de Mancha. transporte. 4. mostraron que el pH mínimo fue similar al alcanzado en el tanque. espesor de la cáscara. después de una hora de sedimentación.0 1894 1867 42. es recomendable realizar estudios complementarios para determinar las condiciones óptimas de pH y tiempo de sedimentación y evaluar la relación costo/ beneficio de la implementación de la separación química dado que ésta implica costos adicionales como adquisición del producto.81 3431 5122 10338 2480 3040 5840 6. 11 .0 unidades.02 5. lo que coincide con la predominancia de los sólidos disueltos que son difíciles de separar por métodos físicos. Considerando que la SFM tuvo un tiempo de sedimentación de 36 horas y la SQM un tiempo de apenas 1 hora.3 5000 90 4910 En el tanque de la mancha El acompañamiento de la variación del pH en el tanque de sedimentación ha mostrado que éste alcanza un valor mínimo de aproximadamente 4.0 unidades y sedimentación por 1 hora.3. Ensayos en conos Imhoff en los cuales se mantuvieron tiempos de sedimentación hasta de 36 horas. pH reducido a 3.97 - 5. desde el punto de vista del tiempo requerido para obtener una eficiente separación de la mancha. et al.30 0 . mediante ensayos de Actividad Metanogénica Específica (AME). Torres et al 2005c Figura 7.6 0 1 .7 5 ) K g /m 3 D o s is p a ra g a ra n ti z ar capaci dad b u ffe r 3 K g /m 1 . los resultados de este proyecto permiten proponer las siguientes acciones de mejoramiento: • Acondicionamiento del agua residual • Mejoramiento de la calidad de los inóculos • Mejoramiento de condiciones hidrodinámicas • Arranque y operación.53 0 . 2005c Aunque el bicarbonato y el hidróxido de sodio presentan costos similares. Tabla 9. se recomienda el uso del primero por su mejor desempeño. operacionales y de diseño. sin embargo.3.3.3. Hidróxido de sodio .4. *Fuente. 4.3.6 9 0 .7 5 1 .5 8 Fuente: Torres. estudios anteriores han mostrado la necesidad de optimizar aspectos relacionados con factores ambientales. 2005b). aunque los tres productos lograron la neutralización de la acidez. La evaluación de tres alcalinizantes comerciales: Cal hidratada Ca(OH)2. solamente el bicarbonato garantiza suficiente capacidad buffer para lograr la neutralización de todos los ácidos grasos (AGV) formados. las cuales se muestran en la Tabla 10.75 unidades (Figura 7). hidróxido de sodio 0. ya que garantiza capacidad buffer y presenta ventajas sobre los otros alcalinizantes como mayor solubilidad. manteniendo el pH por encima de 5. por ser una solución técnica y económicamente viable para el sector agroindustrial (Torres et al. En la Tabla 9 se presentan las dosis y costos requeridos para neutralizar la acidez y garantizar la capacidad buffer para cada producto. estabilidad y evitar riesgos por sobredosificación dado que se trata de un producto químico que no eleva el pH de manera brusca como se observa con los otros alcalinizantes.2. En este sentido. con el objetivo de mejorar el desempeño de los reactores se evaluó. Dosis y Costos requeridos para neutralizar acidez y garantizar capacidad buffer D o s is p a ra n e u tra liz a r a c id e z (p H 5 .7 8 0 . su mezcla con inóculos de diferente procedencia y características.2 Mejoramiento de la calidad de los inóculos El estiércol de vaca ha sido el inóculo más utilizado en el tratamiento anaerobio de estas aguas residuales en el norte del Cauca.4 y bicarbonato de sodio 0. facilidad de manipulación.0 0 0 . Variación de pH del agua residual previa neutraliza ción de la acidez.2 4 0 .NaOH y Bicarbonato de sodio .5 4 0 .NaHCO3 muestra que. sin embargo.1 6 0 .3 Medidas de mitigación de la contaminación hídrica El Filtro Anaerobio se ha mostrado como una de las alternativas más adecuadas para el tratamiento de las aguas residuales proveniente de los canales de sedimentación del almidón o del tanque de sedimentación de la mancha.1 Acondicionamiento del agua residual El carácter ácido del agua residual implica la necesidad de emplear productos químicos para neutralizar su acidez y aportar suficiente alcalinidad bicarbonática.4 4 0 . 4.4 3 C o s to C apaci dad b u ffe r US$/ m3 0 .3.3.5 0 C o s to N e u tra liz a c ió n A c id e z 3 US $/ m 0 .15 C o s to T o tal US$/ m3 A lc a lin iz a n te C al H id ratad a H id róxid o de s od io B ic arb on ato d e s od io 0 . Debido a que el lodo floculento (LF) y el granular (LG1) mostraron un bajo desempeño 12 . considerando los siguientes costos unitarios (US$/Kg): Cal hidratada 0. cuando se mezclan los inóculos en una proporción 1:1. El sentido del flujo en el reactor es mixto (flujo ascendente descendente y flujo horizontal). Inóculos evaluados para el tratamiento anaerobio del agua residual INOCULO Lodo Floculento (LF) Lodo Granular (LG1) Estiércol de Cerdo (EC) Lodo Granular (LG2) Estiércol de Vaca (EV) PROCEDENCIA PTAR Aguas Residuales Domésticas PTAR Sacrificio de ganado Sacrificio de ganado porcino PTAR Industria Papelera Región Norte del Cauca en los ensayos de actividad metanogénica. aunque mostró un buen desempeño. Así. Figura 10. el lodo granular (LG2) y el Estiércol de Vaca (EV) fueron los seleccionados para evaluar su potencialidad de mezcla.3 Mejoramiento de condiciones hidrodinámicas del Filtro Anaerobio La Figura 9 muestra un esquema del sistema de tratamiento de aguas residuales ubicado en la rallandería del norte del Cauca en la cual se realizó la investigación. como se muestra en la Figura 8. Aunque lo deseable sería mezclar el EV con la mayor cantidad posible de LG2. El sistema está conformado por una etapa de acondicionamiento de la alcalinidad bicarbonática y del pH del agua residual previo a la entrada del Filtro Anaerobio. Resultado de AME para selección de inóculo 4. se descartó su uso al igual que el del estiércol de cerdo (EC) debido a que. presenta limitaciones por su baja disponibilidad y dificultades de adquisición en la cantidad requerida para el arranque de un sistema de tratamiento a escala real.Tabla 10. se observan resultados similares.3.3. el costo de adquisición y transporte dificultan la implementación de esta opción. En esta Figura se observa que el mejor desempeño lo presentó el LG2. indicando su baja potencialidad de uso para este tipo de agua residual. Figura 8. Esquema del sistema de tratamiento de aguas residuales a escala real 13 . 3. el reactor mejorado fue escalado en el laboratorio con el objetivo de evaluar el despempeño del Estiércol de Vaca (EV) solo y combinado con LG para optimizar la estrategia de arranque y operación del filtro anaerobio a escala real. el cual. 4. el cual puede reducirse hasta 12 horas en un periodo aproximado de 3 meses.8 horas. Figura 10.4 Arranque y operación del filtro anaerobio Debido a la dificultad de disponer de Lodo Granular (LG). La Figura 10 muestra un esquema de las modificaciones realizadas al reactor y las Figuras 11a) y 11b) fotografías del sistema de dosificación de alcalinizante y del filtro anaerobio a escala real. La causa probable de que el TRH real sea menor que el teórico (12 horas) es la presencia de zonas muertas (20%). La evaluación de las condiciones hidrodinámicas del filtro anaerobio realizada a través de un estudio de trazadores usando cloruro de litio y un Tiempo de Retención Hidráulico TRH de 12 horas mostró que el reactor se comporta como un sistema de tres (3) reactores en serie completamente mezclados. el lecho de piedra ubicado en la superficie se emplea con el fin de evitar el levantamiento del medio de soporte. adicionalmente. tendiendo a un reactor flujo a pistón y el TRH real fue de 9. Filtro anaerobio con modificaciones 14 . Los resultados también mostraron que el arranque del filtro puede iniciarse satisfactoriamente con un TRH de 24 horas.El medio de soporte empleado es cáscara de coco. además de facilitar la adherencia del inóculo es de bajo costo. Los resultados mostraron que ambos tipos de inóculo. el EV es más vulnerable a cambios en la calidad y cantidad del agua residual requiriendo un mayor control. lo que se consigue con la aplicación continua del bicarbonato de sodio a la entrada del filtro. en las cámaras 2 y 3 se instalaron tuberías perforadas desde el fondo hasta la superficie del reactor para facilitar la evacuación del biogás y evitar el represamiento del filtro.3. presentaron un eficiente desempeño. principalmente de la capacidad buffer. Con el objetivo de corregir los problemas hidrodinámicos del reactor se planteó la construcción de un falso fondo a lo largo del filtro anaerobio para facilitar y homogenizar el paso del agua entre las cámaras. sin embargo. z o e t e c n o c a m p o .A. CIAT CIRAD.fao. el filtro ha presentado eficiencias de remoción de DQO superiores al 70%.htm. Field. Almidón agrio de yuca en Colombia.freewebs. Acuerdos de Producción Limpia. Deparatamento de Engenharia Sanitaria e Ambiental. W.. Fermentación láctico. Política Nacional de Figura 11a. Dufour. Sistema de dosificación Figura 11b. R. Corporación de Investigación tecnológica de Chile. y Alarcón.htm. Santiago de Cali. F.. y Mella C. Cap 4 En: Residuos da industrializacao da mandioca no Brasil. y Van Haandel. J. FAO (sf). Disponible en: http://www. Principios do Tratamiento Biológico de Aguas Residuárias.cl/index2. (2005). (1997). Visitad en: Enero de 2006. Brasil. (1998). (1997). En: Curso Internacional de Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales. D.cnpl. (1994). Sierra. Intec (2002). Centro Raizes Tropicais. (2005): Producción Limpia en: http:// www.pl. A.com/ Biotecvida9/lactica. Universidad de Valle. 5. Disponible en: http:// w w w. Minambiente. Consejo Nacional de Producción Más Limpia Chile. BIBLIOGRAFÍA Beltrán.cl/ documentosdoc%5Cpresentaciones%20cp+l% 5CAcuerdos%20de%20Produccion%20Limpia. Chernicharo. (1995). aunque la discontinuidad en el proceso productivo no ha afectado la eficiencia del reactor. Desechos de matadero como alimento animal en Colombia. Disponible en:: http://www. C. Universidade Federal de Minas Gerais. D. Avaliacao do residuo sólido obtido da lavagem da raíz da mandioca como alimento energético para bovinos. c o m / j u m p / jump. Vol V.org/WAICENT/FAOINFO/ A G R I C U LT / A G A / A G A P / F R G / A P H 1 3 4 / cap7. Tomo 1.html.Con las consideraciones anteriores.. el periodo de arranque se ha visto retrasado.pdf Lorenzoni. el arranque del filtro a escala real se realizó en las siguientes condiciones: • Inóculo: Estiércol de vaca • Ajuste de la alcalinidad bicarbonática: Bicarbonato de Sodio • TRH inicial: 24 horas Así. Effect Wastewater characteristics and environmental factors. Filtro anaerobio a escala real 15 .cgi?www. . Speece.. Recent trends in cassava starch production and application.htm Torres. Diciembre 2004. Livestock Research for Rural DevelopmentCIPAV. M. CIAT CIRAD. Giraud. Pérez. Rakshit. Cruz. Palmira.Carty. Caso: Agua residual del proceso de extracción de almidón de yuca”. A. C..cipav. Tchobanoglous G. Evaluación de diferentes alcalinizantes en el tratamiento anaerobio de aguas residuales fácilmente acidificables. A. (2001) Biotencnología del medio ambiente.. Cajigas.. y Cajigas. P . THEISEN.. Livestock Research for Rural Development. (2005c). CRC Popayán. En: IV Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia. (2005a). I Foro regional de Producción Más Limpia y Control de Contaminación en Rallanderías. C. II Foro regional de Producción Más Limpia y Control de Contaminación en Rallanderías. Otero. En: Cassava flour and starch. Torres P.F. B. Montevideo Uruguay. y Pathumthani. •“Evaluación de diferentes alcalinizantes en el tratamiento anaerobio de aguas residuales fácilmente acidificables. Octubre 2005. FACULTAD DE INGENIERÍA . y Rojas O. Febrero 2005. Tailandia. Extracción de almidón de yuca. VIII Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia. McGraw Hill. Caso: agua residual del proceso de extracción de almidón de yuca. Gestión Integral de los Residuos Sólidos. y Mc.org. USA. A. Disponible en www. Zocolo. CRC Popayán. Cap 22. •“Producción Limpia Aplicada al Proceso de Extracción de Almidón de Yuca”. M. • Minimización del residuos del proceso de extracción del almidón agrio de yuca con enfoque de producción mas limpia. Rittman. E.Producción Más limpia. Pérez. (1996) Anaerobic Biotechnology for industrial wastewaters. A. Gonzalez. Raimbault. (2005b)... 6. CLAYUCA CIAT. Hilary y VIGIL. C.. (1996). (sometida) • Selección de Inóculos para el tratamiento 16 .. A. Cali. Article#74. Curso Internacional sobre Sistemas Modernos de Producción. Septiembre 2004. Colombia.. Ministerio del Medio Ambiente. S. En: Informe Técnico presentado a Colciencias. Marmolejo. L. Junio 2004. Manejo integral y control de la contaminación hídrica. Producción más limpia aplicada al proceso de extracción de almidón de yuca. R. Volumen I. Mc Grawhill. Torres. (1996). y Salcedo C. Procesamiento y Utilización de Yuca.co/ lrrd/Lrrd17/7/torr17074. Rodríguez J. I SOMPOSIO DE INVESTIGACIONES . P . Uruguay.1 Productos del Proyecto PRESENTACIONES Y PUBLICACIONES REALIZADAS •“Tratamiento de efluentes en rallanderías”. ANEXOS 6. Samuel. Fermentation in cassava bioconverssion. (2000). Volume 17. • “Filtros anaerobios para depuración de aguas residuales en rallanderías”. 2006. UNIVERSIDAD DEL VALLE. •“Filtros anaerobios para depuración de aguas residuales en rallanderías”. Ramírez. • Influencia del inócilo en arranque de un filtro anaerobio para el tratamiento de aguas residuales para el proceso de extracción de almidón de yuca. Tres de los profesores tienen el título de Doctorado y una es candidata a Ph. además del cuerpo docente.anaerobio de aguas residuales del proceso de extracción de almidón de yuca. • Influencia del inóculo en el arranque de un filtro anaerobio para el tratamiento de las aguas residuales del proceso de extracción de almidón de yuca. TESIS DE MAESTRÍA Maestría en Ingeniería: área de énfasis. • Selección de inóculos para el tratamiento anaerobio de las aguas residuales generadas en el proceso de extracción de almidón de yuca. todos con título de Maestría. 6. Ingeniería Sanitaria y Ambiental • Evaluación de alternativas de separación de la mancha en el proceso de extracción de almidón agrio de yuca. El grupo está escalafonado en la Categoría A de COLCIENCIAS. Área de énfasis: Ingeniería Sanitaria y Ambiental 17 . 2006 (Sometida). Universidad del Valle. • Tratamiento anaerobio de las aguas residuales del proceso de extracción de almidón de yuca. Optimización de variables ambientales y operacionales. Revista de Ingeniería.D. Universidad del Valle.2 Grupo de Investigación: Estudio y Control de la Contaminación Ambiental El grupo de investigación está conformado por nueve (9) profesores de tiempo completo del área académica de Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la Escuela de Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente-EIDENAR de la Universidad del Valle. microbiología e ingeniería y con estudiantes de pregrado y postgrado. Ingeniería Industrial •Propuesta de mejoramiento en el proceso de elaboración del almidón de yuca orientada hacia la aplicación de la producción más limpia. 2006. cuenta con el apoyo de profesionales de química. Universidad de los Andes. (sometida). TESIS DE PREGRADO Ingeniería Sanitaria • Influencia de la alcalinidad en el tratamiento anaerobio de las aguas residuales del proceso de extracción de almidón de yuca • Evaluación de la separación física del almidón y de la mancha en el proceso de extracción de almidón agrio de yuca. Revista Ingeniería y competitividad. Líneas de Investigación • Calidad y Tratamiento de Agua • Tratamiento de Aguas Residuales • Residuos Sólidos y Suelos • Contaminación Atmosférica Programas Académicos apoyados por el Grupo (Universidad del Valle) • Ingeniería Sanitaria Especialización en Ingeniería Sanitaria y Ambiental • Maestría en Ingeniería. • Maestría en Desarrollo Sustentable. Universidad del Valle. Financiamiento: Comunidad Económica Europea. (2004-Actual) Formación de Recurso Humano en el marco de proyectos en el Campo del Proceso de Extracción de Almidón de Yuca • Postgrado Maestría en Ingeniería Sanitaria y Ambiental Maestría en Ingeniería. Universidad del Valle. Ambiental y Sanitaria Ing. operación y control de un filtro anaerobio para la depuración de las aguas residuales del proceso de extracción de almidón de yuca en la región del Cauca. manejo. Industrial Ing. Subtema: Aguas Residuales. Definición de parámetros de diseño para escalamiento. Instituto ORSTOM-Francia. Universidad del Valle (2001-2002) •Producción Más Limpia Aplicada al Proceso de Extracción de Almidón de Yuca Financiamiento: Colciencias. Proyectos de Investigación ejecutados por el grupo en el campo del Proceso de Extracción de Almidón de Yuca • Valorización de Productos y Subproductos del Proceso de Extracción de Almidón de Yuca. Sanitaria 2 2 4 2 2 1 23 GRUPO DE INVESTIGACIÓN ESTUDIO Y CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL 18 . Área de énfasis: Prevención y Atención de Desastres • Doctorado en Ingeniería Área de énfasis: Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Sanitaria y Ambiental • Pregrado Química Ing. (1993-1996) •Optimización del diseño. (1998-2002) •Depuración Anaerobia a Escala Piloto de las Aguas Residuales del Proceso de Extracción de Almidón de Yuca en la Región del Departamento del Cauca. Financiamiento: Corporación Regional del Cauca CRC. Universidad del Valle. Financiamiento: Ministerio de AgriculturaPrograma PRONATTA. Química Ing. Énfasis Ing.
Report "Produccion Mas Limpia Aplicada Al Proceso Extraccion Almidon de Yuca"