DE LA UTILIZACION Y VALORIZACION DE LOS SUB-PRODUCTOS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

 


Ph. Conil

c/o BIOTEC COLOMBIA

Cra 26 # 2-75

Cali     COLOMBIA

FAX # 57.2.557.38.76

 


 

RESUMEN :

 

El desarrollo de los sistemas de tratamiento de aguas residuales en el mundo, y en América Latina en particular depende en gran parte de sus costos de inversión y operación. Es la razón básica por la cual los sistemas anaerobios tienen tal auge en los países tropicales.

 

Con el aprovechamiento de los sub-productos de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) es posible cubrir parcial o totalmente sus costos de operación y en algunos casos particulares, amortizar la inversión en pocos años. Además, en el caso de las aguas residuales domésticas, este aprovechamiento puede crear un vínculo sano entre la planta y la comunidad vecina que se ve directamente beneficiada.

 

Los sub-productos de la plantas anaerobias son tres: El biogas, los lodos anaerobios (estabilizados) y el agua tratada.  El tratamiento primario por su lado es también una fuente de subproductos potencialmente valiosos.

 

Este articulo describe estos sub-productos y sus posibilidades teóricas y prácticas de utilización y valorización, y presenta cuatro estudios de casos de aprovechamiento, tres en Colombia y uno en Guatemala: un matadero de ganado, una industria papelera, una extractora de aceite y una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas.

 

NOTA : 1 US$ = 1.000 Col. $ (pesos colombianos)

 

PALABRAS CLAVES :

 

P.T.A.R.,  Tratamiento primario, Tratamiento anaerobio, U.A.S.B., Costos de operación, Sub-productos, Biogas, Lodos, Agua tratada (bioabono), Utilización, Economías, Ingresos, Estudios de casos.


 

    INTRODUCCION  :

 

Un mismo desecho (1 kilo de plástico, 1 kilo de lodo de palma o un kilo de estiércol) será visto de manera radicalmente diferente si es una fuente de problema o una materia prima.

Resolver un problema de contaminación es generalmente un costo adicional de inversión y de operación para una industria o un municipio, sin beneficio económico alguno. Por esto es de algún modo un asunto de ricos, y a pesar de leyes nuevas y refinadas sobre el control de contaminación, las realizaciones prácticas en América Latina son escasas. Se debe en parte a la debilidad del Estado, a las prioridades de los usuarios, y en general a la falta de medios económicos en una economía abierta para soportar los costos de inversión de las plantas de tratamiento por un lado y los costos de operación por el otro.

 

Cambiemos el enfoque, y  convirtamos el desecho en una fuente de ingresos, y la descontaminación de los efluentes será en pocos años una realidad en cualquier rincón del continente.

 

De algún modo, aunque de manera informal y anárquica, se está desarrollando una economía dinámica de la basura en numerosos centro urbanos de América Latina, en cuanto a sus elementos reciclables, lo que reduce el volúmen de basura vertido en rellenos.

 

Busquemos una utilización rentable a todos los desechos y efluentes, integrando los sistemas de tratamiento en la economía (industrial, agrícola y energética) y jugando con incentivos e impuestos del Estado, y la descontaminación en América Latina será realidad en menos de 20 años.

En este artículo dejaremos de lado el tema de los desechos sólidos, que es un poco más sencillo, y nos enfocaremos sobre vertimientos líquidos.

 

Para poder transformar un vertimiento líquido en una fuente de negocio se requiere :

a)     Casi siempre el papel del Estado que multa e incentiva, actuando como un regulador del mercado (pues en la fecha los precios de mercado no incluyen componentes sociales y ambientales, razón por la cual el Estado debe intervenir).

b)     Plantas de tratamiento cuyos costos de operación sean bajos

c)     Plantas de tratamiento que generen sub-productos comercializables que pagan parcial o totalmente los costos de operación.

 

En este artículo desglosaremos el valor potencial de los sub-productos de las plantas anaerobias de tratamiento de aguas residuales, y presentaremos casos concretos de aprovechamiento en Colombia y Guatemala.

 

2. DESCRIPCION DE LOS SUB-PRODUCTOS :

 

2.1. LOS SUB-PRODUCTOS DEL TRATAMIENTO PRIMARIO :

 

Una P.T.A.R. es casi siempre una combinación de tratamiento primario y secundario, y de vez en cuando terciario.

Antes del tratamiento anaerobio propiamente dicho (que de por si combina el tratamiento primario (decantación) y secundario (estabilización)), hay casi siempre la necesidad de algún tratamiento físico-químico (decantación, flotación, tamizaje, etc.) que genera también sub-productos. En el caso de las aguas residuales industriales, suele recuperarse con este tratamiento previo parte de la materia prima del proceso desaprovechada por la fábrica : sangre, grasa, pulpa de papel, aceite, tripas, etc.

 

En varias industrias, la PTAR se ha rentabilizado en pocos años, o aún meses, por convertirse en un punto de vigilancia de la correcta operación de la fábrica, que se puede notar a través del gasto de agua y de la perdida de materia prima (que puede llegar al 20 % por ejemplo en la industria papelera).

 

2.2. LOS SUB-PRODUCTOS DEL TRATAMIENTO ANAEROBIO :

 

2.2.1. EL BIOGAS :

n            PRODUCCION :

  Teórica :            0.35 m3 CH4 por kilo de DBO removida

Práctica:          Entre 0.1 y 0.5 m3 de biogas por kilo de DQO entrante, en función de la dilución de las aguas residuales, su biodegradabilidad, y el % de remoción logrado.

n            COMPOSICION :         Entre el 48 % y 82 % de CH4 en función del tipo de materia prima y del grado de acidificación del efluente.

El porcentaje de H2S varia del 0.1 al 2 % (caso extremo) con un promedio del 0.2 %.

El resto es básicamente CO2 y N2 (en el caso de las ARD) que no aportan ni molestan. En consecuencia el poder calorífico inferior varía de 4.000 a 7000 kcal por m3

n       USOS POTENCIALES : Cocina (estufas), alumbrado (lámparas de gas), motor de gasolina o diesel (para fuerza mecánica, riego, alumbrado), caldera, calentador de agua, etc.


 

El uso que se le dará al biogas será función de su cantidad, calidad (% H2S), las necesidades locales, la distancia al punto de consumo, el precio de la kilocaloría sustituida y el costo de la adaptación del equipo.

En Colombia el precio del galón de ACPM (combustible diesel) o de la gasolina (que tiene aprox. 34.000 kcal) es de Col.  $ 1.000 (US$ 1), lo que significa que 1.000 kcal valen +/- Col.  $ 30. Una libra de propano vale aprox. $ 24 por 1.000 kcal. Un galón de Fuel-Oil (Crudo; Bunker) vale $ 15 las 1.000 kcal, y un kWh vale $ 150 por 1.000 kcal.

 

n      IMPLICACIONES TECNOLOGICAS DEL USO DEL BIOGAS :

Captar el biogas, almacenarlo (opcional) y utilizarlo tiene un cierto costo, que en algunos casos se amortiza en pocos meses con las economías de combustible, pero en otros casos no tiene amortización ninguna por la baja producción de biogas, la ausencia de uso potencial, o el bajo precio del combustible sustituido (bagazo de caña, carbón, fuel-oil, etc.).

 

La recolección del biogas, rentable o no, es de todos modos necesaria por razones de olores (H2S), y para evitar una contaminación atmosférica con el metano, por lo menos para producciones superiores a 50 m3 por día.

Cabe resaltar que el gas metano es uno de los principales agentes responsables del calentamiento del planeta, razón por la cual en Europa se exige ahora que todos los rellenos sanitarios de basura recolecten y quemen en antorcha el biogas generado (con o sin aprovechamiento).

 

La tecnología anaerobia sin recolección de biogas es una forma de trastear la contaminación del agua al aire, y por esta razón está condenada a desaparecer. Sorprende que los Ministerios del Medio Ambiente en América Latina suelan todavía autorizar las lagunas anaerobias abiertas, particularmente las de alta producción de biogas como en el caso de las destilerías o de las extractoras de aceite de palma.

 

La captación del biogas implica tanques cubiertos (con concreto, fibra de vidrio, metal, PVC, etc.).

El almacenamiento del biogas se hace en gasómetros  (campana flotante metálica o de fibra de vidrio, o “balones” de plástico). El almacenamiento del biogas se puede hacer encima de los reactores anaerobios o en unidades independientes.

La conducción del gas implica tuberías (generalmente en PVC), trampas de agua, trampas de llama (seguridad), gasómetro (opcional) para regular la presión y el caudal, medidores de caudal (contadores de gas) y medidores de presión.

Un tratamiento del biogas se realiza de vez en cuando para  ciertos usos específicos :

n      para alimentar un motor estacionario : eliminación del H2S (con óxido de hierro o por sistema biológico)

n      para comprimirlo a alta presión (botellas) y alimentar vehículos : eliminación del H2S y del CO2 (por lavado a presión o por tamiz molecular)

 

Cuando el biogas no puede ser aprovechado en algún quemador o motor, se quema al lado de la planta de tratamiento en una tea (antorcha).

Aun en caso de aprovechamiento del biogas, una tea sigue siendo necesaria como quemador “stand-by” en caso de parada momentánea del uso o de producción excesiva de biogas.

 

2.2.2. LODOS :

 

Los sistemas anaerobios presentan la enorme ventaja de generar un lodo estabilizado y de fácil deshidratación.

 

PRODUCCION : aprox. 0.1 kg. S.T. por kg. S.T. entrando al reactor ( y menos de la mitad cuando los sólidos del agua residual están en forma disuelta).

 

COMPOSICION APROX. :        S.T. : 5 %

·       S.V. : 3 %

·       N : 2 % (de los S.T.)

·       P2O5 : 1.5 %

·       K2O : 1 %

Esta composición depende por supuesto de las características del agua residual.

 

VALOR AGRICOLA TEORICO : aprox. $ 1.500/m3 = $ 30.000 por tonelada del producto seco (15 a 20 % de humedad)

 

MERCADO/DISPOSICION : El lodo líquido es de difícil manejo y costosa disposición (como todos los abonos orgánicos), a menos de contar con terrenos agrícolas circundantes.

En casi todos los casos es necesario incluir un sistema de deshidratación.

En caso de no poder aprovechar el lodo como abono orgánico, puede ser vertido a un relleno de basura.

 

ALTERNATIVAS DE PROCESAMIENTO :

n      Lechos de secado

n      Filtro-banda, filtros-prensa, centrífugas, tambores rotatorios al vacío

n      Secado térmico, Compostaje

Los lechos de secado son la tecnología mas común en el Trópico para la deshidratación de los lodos. Combinan 2 grandes ventajas : Bajos costos de inversión y producción de una torta  (lodo seco) de muy baja humedad (15 a 20 %).

Sin embargo cuando el área disponible es limitado, o las cantidades de lodos son muy altas, o el olor generado por unos lechos pueden convertirse en factor limitante, se opta por alguno de los sistemas “mecánicos” que permiten transformar el lodo en una torta paleable fácil de almacenar y evacuar. Estas “tortas” tienen entre el 65 y el 85 % de humedad.

 

Cuando la planta de tratamiento es muy grande y el costo del transporte de la torta a zonas agrícolas y de aplicación al cultivo es alto, puede ser mas económico proceder a un secado térmico en un tambor rotatorio. Este secado usualmente consume la totalidad de la producción de biogas.

Otra alternativa para reducir la humedad y aumentar el valor agrícola de la torta es su Compostaje. Para facilitar el Compostaje (aireación) se mezcla generalmente la torta de lodo con desechos fibrosos (viruta de madera, cascarilla, hojas, basura, etc.). En este caso se combinan planta de tratamiento de agua residual y planta de tratamiento de desechos sólidos.

 

 

PERSPECTIVAS DE APROVECHAMIENTO :

 

Al momento de escoger el sistema de deshidratación, manejo y aprovechamiento de los lodos, debe de separarse el valor teórico del lodo y su precio de venta, que depende del valor del abono orgánico para el agricultor (se puede utilizar la gallinaza como punto de referencia), y de los costos de transporte y aplicación al cultivo.

 

2.2.3. EL AGUA TRATADA :

 

El agua tratada, utilizada para riego agrícola, es a menudo el subproducto de mayor valor económico, pues contiene a la vez agua (cuyo valor depende del lugar - aprox. $ 30/m3), materia orgánica estabilizada ($ 0 a $ 200/kg, dependiendo del suelo y tipo de cultivo) y nutrientes (los precios al por mayor en Cali son respectivamente de $ 678, $ 706 y $ 417 para N, P2O5 y K2O).

Para calcular el valor de 1 m3 de agua tratada como fertilizante orgánico líquido, se suma el valor de cada componente.

 

Para determinar el valor de la materia orgánica, el método mas confiable es calcular el valor del incremento de rendimiento versus una parcela vecina que recibe fertilización química y riego tradicional, y dividir este valor por el numero de m3 de agua tratada aplicada.

Es claro que el valor de la materia orgánica por m3 depende de la riqueza inicial del suelo en materia orgánica, y del tipo  de cultivo (y su precio de venta).

Un fertilizante orgánico no solo aporta los macronutrientes N,P,K, sino que :

n      aporta también los otros macronutrientes (Ca, Mg, S) y todos los micronutrientes

n      mejora las propiedades físicas del suelo (mejora la aireación, así como la retención del agua y de los nutrientes

n      estimula la vida biológica de los suelos, incluyendo las bacterias de los suelos que tienen la capacidad de fijar el nitrógeno del aire (azotobacteres, etc.)

 

Por estas propiedades, a dosis iguales de N,P,K, un fertilizante orgánico permite incrementos de rendimiento de 0 a 50 % (promedio de 7 % en cultivos industriales) versus fertilización química en función del tipo de suelo y de cultivo.

La experiencia en la fertilización orgánica permite en general estimar con bastante precisión el valor real de la materia orgánica, para un suelo y un cultivo dado, sin tener que esperar años de pruebas agronómicas.

 

El valor de los nutrientes presentes en el agua tratada se calcula sobre la base del precio comercial de estos nutrientes, a los cuales se debe añadir el costo de transporte hasta la finca, almacenamiento y aplicación sobre el cultivo. Para evaluaciones burdas, consideramos estos costos adicionales como el 30 % del precio comercial de los nutrientes al por mayor.

Así :

n      Nitrógeno (N) : $ 678/kg x 1.3 = $ 881/kg

n      Fósforo (P2O5) : $ 706/kg x 1.3 = $ 918/kg

n      Potasio (K2O) : $ 417/kg x 1.3 = $ 542/kg

 

Composición de 1 m3  de agua residual doméstica :

 

En Colombia

(250 L/hab. - día)

En Guatemala

(150 L/hab. - día)

DBO

N

P2O5

400 gr/m3

               28

               20

700 gr/m3

                49

                35

NOTA : En los análisis de nutrientes de las aguas residuales, no confundir P con P2O5, ni K con K2O

 

Teniendo en cuenta unos valores de $ 35/kg DQO (asimilada a M.O.), $ 881/kg N, $ 918/kg P2O5 y $ 30 por m3 de agua fresca, 1 m3 de agua residual tiene un valor de $ 87 en Colombia y $ 130 en Guatemala.

El valor del agua residual por habitante-día es de $ 21,7  en Colombia y $ 18.6 en Guatemala.

 

El agua tratada es en general el subproducto mas difícil de valorizar, pues en pocas oportunidades se dispone de tierras agrícolas aledañas, que requieran riego y tengan su sistema de riego implementado, y en pocas oportunidades se logra un acuerdo con el vecino para tal tipo de negocio.

Además no hay correlación entre la producción de efluente tratado (en general 24 h/día, 365 días por año), los requerimientos de riego del agricultor (solo en verano, 4 riegos al año, etc.) y su método de riego (el riego por inundación es poco eficiente y despilfarra agua y nutrientes).

 

Si la PTAR debe financiar el sistema de riego del vecino, el negocio se vuelve menos atractivo, pero sigue vigente, pues se puede implementar un sistema fijo de riego por US$ 700 a US$ 2.000 por hectárea, y una aplicación del agua tratada sobre los suelos puede ser considerada como un Post-tratamiento optimo, que resulta barato en inversión y en costos de operación comparado con los Post-tratamiento tradicionales.  Y una aplicación agrícola controlada permite llegar a una descontaminación del 100 % , pues no hay vertimiento ninguno al río. Es también el único Post-tratamiento que genera ingresos netos.

 

En unos casos de aguas residuales industriales concentradas (que tiene un alto valor fertilizante por m3), se puede optar por su aplicación sobre los cultivos por carrotanque (esparcidor) en vez de sistema de riego. Sin embargo los costos de operación se incrementan y el margen de utilidad neta se reduce.

 

Usualmente con las aguas residuales industriales el componente de mayor valor es la materia orgánica, mientras para las aguas residuales domésticas son los nutrientes N y P.

 

3.     ESTUDIOS DE CASO :

 

3.1. VALORIZACION DE LOS SUB-PRODUCTOS DEL TRATAMIENTO PRIMARIO POR COMPOSTAJE (CASO : MATADERO CARNES Y DERIVADOS DE OCCIDENTES S.A.- CALI - COLOMBIA).

 

 

El concepto de valorización de la materia orgánica (M.O)., aplicado a este matadero que sacrifica en promedio 350 cabezas y 100 cerdos por día permitió :

 

a.      Recuperar el estiércol (seco) de los corrales por barrido, y procesarlo en la planta de compostaje

b.     Recuperar la casi totalidad de la sangre en el matadero, y en mezcla con otros sub-productos y tripas, volverla harina de sangre que se comercializa para fabricación de alimentos concentrados para animales

c.      Recuperar aprox. 15 toneladas diarias de sólidos del tratamiento primario (grasa + sólidos de tamizaje) y procesarlos en la planta de compostaje

d.     Secar en lechos y procesar en la planta de compostaje todos los lodos generados por la planta (tanque de regulación y UASB)

e.      Entregar 400 m3 de biogas por día al matadero

f.       Entregar 500 m3 por día de agua tratada (remoción DBO 96 %) en un reservorio de riego

 

En este caso, y dejando de lado la valorización de la sangre, gas y agua tratada, el reto del diseño consistió en recoger y disponer de unas 20 T diarias de sólidos : rúmen, grasa, estiércol, lodo.

El costo de las opciones tradicionales de recolección y disposición (cargador, volquetas, vertido en rellenos de basura) eran de unos US$ 100.000 en inversión y US$ 50.000 en gastos anuales de operación, o sea valores demasiado altos para una agroindustria mediana, además de ser una solución pésima desde el punto de vista ambiental.

 

La llave que encontró el diseñador BIOTEC para solucionar el problema de disposición de los desechos sólidos de la mejor manera y al menor costo ha sido dedicar unos 3.000 m2 de terreno adyacente al matadero para el montaje de una planta de compostaje de todos los desechos mezclados, incluyendo cama de viruta proveniente de los camiones de transporte del ganado, pero excluyendo el pelo de cerdo y los cachos de ganado.

Los costos directos de inversión se limitaron a la adecuación del lote, de sólo US$ 1.500, por haber escogido un sistema manual de compostaje. Los costos de operación son grosso modo cubiertos por los ingresos por concepto de venta del compostaje.

El compostaje es comercializado para abonamiento del cultivo de caña, para cultivos de pimentones, ají, tomate, para cultivo de rosas y para plantas ornamentales.

 

La planta fue manejada directamente por BIOTEC COLOMBIA S.A. de Mayo/90 a Junio/96, y durante este período la disposición de estas 15 a 20 toneladas diarias no tuvo costo alguno para el matadero y genero 4 empleos directos. Además esta primera venta de compostaje al por mayor en la región permitió sentar en la práctica las bases de la fertilización orgánica en el Valle del Cauca.

 

3.2. RECUPERACION DE LOS SUB-PRODUCTOS DE TRATAMIENTO PRIMARIO EN UNA INDUSTRIA PAPELERA COMO MATERIA PRIMA PARA EL PROCESO. CASO : PAPELERA CARTONES AMERICA S.A. EN CALI, COLOMBIA.

                                      

En una industria papelera, el 85 % de la contaminación en DQO de los efluentes proviene de la fibra de papel que se “escapa” del proceso. o sea que es un caso típico donde el efluente esta compuesto en su gran mayoría por la materia prima de la fábrica.

 

No importe cual sea el sistema de tratamiento secundario que se escoja para la descontaminación de los efluentes, es necesario un tratamiento primario que remueva los S.S., bien sea para botarlos, para compostarlos o para re-utilizarlos en el proceso.

 

El caso de CARTONES AMERICA es un modelo de re-aprovechamiento con alto valor añadido. De las 25 toneladas diarias de S.S. (básicamente fibra) vertidas al río con los efluentes, unas 24 toneladas son recuperadas por sedimentación (decantadores con barre-lodo) y bombeadas a la fábrica para ser re-utilizadas en el proceso. Sustituyen a 25 o 30 toneladas diarias de papel y cartón reciclado, que representan una economía aproximada de US$ 1.000.000 al año, o sea un valor anual  más alto que el costo de la planta de tratamiento (tratamiento primario + secundario).

 

Debe de aclararse que :

n      el correcto funcionamiento del tratamiento primario de remoción de los sólidos suspendidos es de todos modos indispensable para el correcto funcionamiento del sistema secundario de tratamiento (UASB u otro)

n      lograr una alta eficiencia de remoción de sólidos en los decantadores fue una labor de varios años, aumentando los rendimientos paulatinamente de 60 % hasta 96 %.

n      cuando hay alguna falla, o bajo rendimiento, en el tratamiento primario, se debe by-pasear el UASB

n      los sólidos recogidos en los conos de los sedimentadores son llevados por bombeo (24 horas al día) a la fábrica; no hubo necesidad de montar sistemas alguno de deshidratación mecánica de estos lodos

n      no todas las papeleras pueden aprovechar esta pulpa para su proceso; depende del tipo de papel que producen.  Bien les serviría a todas las papeleras incluir una línea de producción de papel “liner” o cualquier tipo de papel “común” para poder aprovechar esta pulpa en vez de tener que deshidratarla y disponer de ella en rellenos (lo que incrementa los costos de inversión y operación, sin beneficio alguno)

 

 

2.3. EL APROVECHAMIENTO DE LOS SUB-PRODUCTOS DE LOS BIODIGESTORES EN LA INDUSTRIA DE LA PALMA. CASO : PALMAR SANTA ELENA, TUMACO, COLOMBIA.

 

 

Ver ponencia de :  PIEDRAHITA Emilio y CONIL Philippe “Experiencia de 5 años en la biodigestión y utilización de los lodos de palma”.

 

La industria de la palma es un caso favorable para el aprovechamiento de los 3 sub-productos del tratamiento anaerobio (biogas, lodo, efluente tratado), pues tiene requerimientos de energía para la fábrica y de fertilizante y materia orgánica para el cultivo.

 

En PALMAR SANTA ELENA, extractora de aceite construida en 1991 con biodigestores incluidos para el tratamiento de los efluentes (lodos) de la fábrica, se están valorizando los sub-productos de la siguiente manera :

 

LODOS (aprox. 2 T/semana) : Empaque en costales (bultos) y aplicación sobre la palma (aprovechando las idas y venidas de los carros que transportan la fruta).

Valor del lodo : aprox. $ 30.000/T, o sea $ 3.000.000 por año.

Teniendo en cuenta los costos de operación del sistema (purga, recolección del lodo seco de los lechos, empacada, cargada a los remolques, transporte y aplicación a las palmas) se considera que los “ingresos” del lodo ($ 3.000.000 anuales, obtenidos a través de una economía de fertilizantes químicos y de un incremento de rendimiento) sólo compensan los costos de operación, o sea que no hay realmente “utilidad neta” con el aprovechamiento del lodo (solo se paga la operación).

 

BIOABONO (= efluente tratado) : 80 m3 por día

 

NOTA : la remoción de DQO y DBO está en el órden del 92 y 94 %

 

COMPOSICION : S.T. : 8 kg/m3    DQO : 3 kg/m3

N : 0.8 kg/m3     P2O5: 0.35 kg/m3

 

Producción anual de nitrógeno : 0.8 kg. x 80 m3/día x 265 día/año = 16.500 kg./año

Superficie potencial para fertilización : 16.500 : 165 kilos N/ha.-año = 100 ha.

 

PALMAR SANTA ELENA decidió instalar un sistema de riego fijo por micro-aspersión en su finca “La Italia” contigua a la fábrica, que tiene una extensión aprox. de 100 ha, suelos muy pobres y había sido sembrada con palma a finales de los años 80. La palma se había quedado atrofiada y parasitada, tanto por deficiencias de suelo como por falta de mantenimiento, y cuando empezó el riego (1993) estaba todavía raquítica e invadida por las malezas.

 

Con un valor de $ 2.300/m3 (US$ 2.3), el bioabono tiene para PALMAR SANTA ELENA un valor potencial de $ 48.000.000 al año.

La inversión en el sistema de riego por micro-aspersión, sobre una extensión inicial de 20 hectáreas, fue de US$ 16.000 (US$ 800/ha). Dos operarios manejan el sistema, cuyo consumo de electricidad es de 7 kW (7.400 kWh/año para un riego de 80 m3/día).

Entre personal y electricidad el costo de operación es de unos US$ 6.000 al año.

El sistema es en consecuencia muy rentable, aunque :

 

a) Una extensión de 20 ha es demasiado limitada y no permite aprovechar el valor fertilizante del bioabono: sobre-dosificación, o sea fertilización inútil versus rendimientos.

Con la aplicación de 200 m3 de bioabono por ha y año, se puede economizar la fertilización química (con excepción del boro (micro-nutriente)), o sea una economía de $ 260.000 por ha, y se logran incrementos de rendimiento de unos 30 %, o sea 2.4 T de fruta/ha ($ 200.000 por ha y por año). Entre el uno y el otro la economía es de $ 460.000 por ha y por año.

Con 20 hectáreas de riego, la economía es de “solo” $ 9.200.000 al año.

PALMAR SANTA ELENA ya diseñó el ensanche del sistema de riego para cubrir 60 ha. Esta extensión estaba prevista para principios de 1996, pero los problemas de comercialización del aceite de palma en Colombia durante el año 1996 aplazaron esta inversión.

 

b)     La implementacion de un sistema de riego por micro-aspersión por etapas de 20 ha era debida al carácter innovador de tal sistema para la aplicación de efluente anaerobio.

Esta primera etapa enseñó las bases de esta tecnología, entre otros :

n      las mangueras deben ser todas enterradas

n      hay un desarrollo espectacular de malezas que tienden a tapar los aspersores

n      los aspersores deben de estar a min. 60 cm del nivel del suelo para poder regar por encima de las malezas

n      la fertilización orgánica de las malezas implica un sobrecosto de limpieza de los lotes y de plateo de la palma

n      tanto el tractor como los operarios que hacen limpiezas a mano con machete acostumbran a cortar las mangueras; deben ser capacitados; debe de existir un servicio de mantenimiento permanente

n      los micro-aspersores tienden a taparse con grasa (aceite) y con lodo del biodigestor. Por esta razón se construyó un tanque decantador/flotador después del biodigestor, y se implementó un sistema de lavado de las mangueras y aspersores con agua fresca durante 15 a 20 minutos por día al terminar el riego con bioabono.

n      se requiere de una supervisión del sistema en el campo, pues en su defecto las fallas se multiplican y no se corrigen

 

Teniendo en cuenta que la fertilización de un cultivo, así como su riego, son técnicas totalmente independientes del manejo de una PTAR, es aconsejable entregar este manejo a un equipo independiente, y capacitarlo al uso de estas nuevas tecnologías, razón por la cual es sano montar el sistema por etapas.

 

En PALMAR SANTA ELENA el sistema de riego con bioabono está en operación desde el año 1993.

 

BIOGAS :

Producción : 800 m3/dia (34 m3/hora)

Composición : Metano 65 %    CO2 : 34 %      H2S : 0.18 %

 

En las extractoras de aceite de palma, no hay necesidad de fuente alterna de energía para la caldera, pues ésta es alimentada por las fibras de la palma, que es otro sub-producto del proceso, o sea que el costo del combustible para la fábrica es nulo.

Los únicos requerimientos importantes de combustible provienen de las plantas eléctricas (diesel) que suministran la electricidad requerida por el proceso (+/- 200 kW) y el alumbrado.

 

El consumo de ACPM (combustible diesel) de la planta principal es de aprox. 10 gal./hora (80 galones por día).

Para aprovechar el biogas BIOTEC decidió adaptar la planta eléctrica a gas, por sistema Dual-Fuel. Para esto se inyecta el gas al motor por la tubería de alimentación en aire. El sistema DUAL permite alimentar el motor con los dos combustibles al mismo tiempo (ACPM y gas) en una proporción escogida. La ventaja del sistema es su bajo costo de adaptación y su gran versatilidad (la planta eléctrica puede pasar del funcionamiento DUAL al funcionamiento tradicional ACPM en unos pocos segundos). Su inconveniente es la economía limitada de combustible, del orden del 50 %., para evitar todo riesgo de aceleramiento del motor en caso de pico de consumo. Existen unos dispositivos que permiten regular la entrada de gas en función de la carga del motor, y permiten economizar hasta el 85 % del combustible diesel, pero por su costo superior (+/- US$ 5.000) se descartó en una primera etapa.

 

La operación de la planta eléctrica por sistema DUAL mostró ser práctica y eficiente, y no ha creado problema alguno a la planta eléctrica. La economía de ACPM es de 5 galones por hora = 40 galones por día = 10.600 galones por año = US$ 11.000 por año.

 

La planta eléctrica consume solo 40 m3 de gas por hora (280 m3 por día), lo que significa que existe un gran excedente (520 m3/día) no valorizado, que se quema de noche en una tea.

Su valorización sería un buen negocio para PALMAR SANTA ELENA, pero no hay consumo de energía a 3 km. a la redonda.  Se está estudiando un proyecto de distribución de este gas al caserío mas cercano (Candelillas), y de distribución a las viviendas (aprox. 250) para cocinar. Este proyecto es factible y social y económicamente atractivo, pero requiere de un cierto grado de coordinación y apoyo del sector público, que dificultan su implementación.

 

 

3.4. EL APROVECHAMIENTO DE LOS SUB-PRODUCTOS DE UNA PLANTA U.A.S.B. DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS :

(CASO : PLANTA SAN ANTONIO, MUNICIPIO DE SAN BARTOLO,

GUATEMALA).

 

Ver ponencia de CONIL Ph., DEL VALLE V. y JIMENEZ M. “ Tratamiento y aprovechamiento de aguas residuales domésticas con reactores UASB y filtros percoladores en el Altiplano de Guatemala”.

Ver Esquema adjunto.

 

La PTAR de San Antonio fue diseñada por el Proyecto ALA 88/22 de la Unión Europea, con algunos objetivos particulares debido a su objeto social  de desarrollo rural sostenible :

 

1. Se quiso concebir la PTAR de manera a aportar beneficios directos e indirectos a los vecinos inmediatos, que se convierten así en socios de hecho, y en consecuencia obran en todo momento para asegurar un funcionamiento óptimo de la planta.

 

2.     Bajos costos de operación, y generación de ingresos con la venta de los sub-productos de la planta. El objetivo es de no gravar el presupuesto municipal, y asegurar, a través de la ley del mercado, la sostenibilidad económica de la planta, esté manejada por la Municipalidad directamente o por alguna empresa privada por administración delegada.

 

Para cumplir con estos dos propósitos se definió :

 

a)     Proponer los lodos anaerobios secos a los agricultores vecinos como abono orgánico

b)     Distribuir el biogas por tubería a las casas vecinas como combustible para estufas (en sustitución de la leña)

c)     Distribuir el agua tratada (bioabono) a los agricultores vecinos por sistema de riego

 

LODOS :

 

Los lodos anaerobios se secan de manera tradicional sobre lechos de secado. Se ofrecieron a los agricultores vecinos, al principio gratuitamente, como abono orgánico para sus cultivos.

Dosis recomendada : 5 T/ha.-año = 0.5 kg/m2-año.

El valor del lodo como abono orgánico es de aprox. US$ 40/T.

La demanda para el lodo seco  (inicialmente los lodos de los filtros percoladores, que son de menor calidad) ha sido muy alta desde el principio, a tal punto que los agricultores vecinos de la planta, que ya benefician del sistema de riego por micro-aspersión, solicitaron un derecho de preferencia para el uso de este lodo. Este derecho no les fue aprobado, pues con el bioabono líquido (aguas tratadas) ya cuentan con une fuente suficiente de materia orgánica y de nutrientes para sus cultivos.

 

Desde Abril/96 se está purgando lodo anaerobio de manera rutinaria, llegando a estabilizar la purga a unos 20 m3 por mes, que producen 600 kilos de lodo seco.

A partir de 1997 se ofrecerán estos lodos al 50 % de su valor teórico, o sea US$ 20 por tonelada (US$ 1 por bulto de 50 kilos), con asesoría agrícola gratuita durante 1 año para su correcta aplicación.

 

Ingresos previstos : US$ 156 por año a partir de 1997.

 

AGUA  TRATADA :

 

Desde el inicio de la construcción de la planta hubo interés por parte de los agricultores vecinos para conseguir un derecho de uso de las aguas tratadas. Estos agricultores cultivan maíz, cebolla cabezona, remolacha y papa. Se trata de un micro-fundio (aprox. 0.18 ha por familia) con cultivos en terrazas de gran productividad.

El riego de estos cultivos (período Noviembre - Abril) se hace tradicionalmente por canales abiertos y sistema de “guacaleo” (= riego a mano desde el canal con un recipiente). Sin embargo este sistema es muy intensivo en mano de obra y despilfarra una agua cada día más escasa.

 

El Proyecto ALA informó a los agricultores que el agua tratada será puesta a su disposición, inicialmente gratuitamente, y posteriormente con un cierto valor por mes, paralelamente al agua fresca de la quebrada a la cual tienen derecho a través del Comité de Riego (comunitario), y que pueden utilizar dos mediodías por semana. Pero para poder utilizar el agua tratada de la planta deben invertir en un sistema de riego por aspersión, pues el Proyecto ALA por razones sanitarias no dejara que el agua tratada corra entre las terrazas por canales abiertos y sea aplicada por “guacaleo”.

 

Los agricultores aceptaron la propuesta, se unieron entre 10 para conformar un pequeño comité local de riego, y el Proyecto ALA diseñó un sistema piloto de riego por micro-aspersión sobre 1.85 hectárea y se les financió a crédito. Cabe resaltar que la propiedad promedia de una familia en esta zona es de unos 0.18 hectárea, o sea que no se trata de un minifundio sino de un micro-fundio, que se sostiene por su alta productividad.

 

El sistema está en operación desde Diciembre/95, y con un alto grado de satisfacción por parte de los agricultores, que redujeron o suprimieron la fertilización química.  Desgraciadamente no hay monitoreo agronómico confiable de los resultados.

 

El valor del agua tratada es alto (US$ 0.02/hab-dia x 365 días al año x 7.000 habitantes (en el año 2015) = US$ 50.000 al año).

Sin embargo :

a)     La planta no procesa todavía las aguas residuales de 7.000 personas sino de unos 3.000 o 3.500

b)     Durante 7 meses al año (temporada de lluvia) los agricultores no utilizan riego alguno

c)     El riego solo cubre una superficie de 1.85 ha, y la suma de todas las terrazas entre la planta y el barranco no sobrepasa las 10 hectáreas.

d)     Durante la temporada seca alcanzan a aplicar unos 40 m3 de agua por hectárea y por día, o sea un total de 74 m3 por día

 

El valor real del agua tratada a la fecha es en consecuencia de solo : 74 m3/dia x US$ 0.13/m3 x 130 días/año = +/- US$ 1.250/año.

 

De este valor se piensa cobrar a los agricultores a partir de Nov./96 la tercera parte, o sea US$ 400 por año. Con la extensión  en 1997 del sistema de riego a la totalidad de las 10 ha aledañas a la planta, la Municipalidad podrá contar a partir de 1998 con ingresos por concepto de venta de agua fertilizada de US$ 2.250 al año.

 

BIOGAS :

 

La producción actual de biogas es de unos 45 m-/dia. Este biogas es enviado en un pequeño gasómetro (campana flotante) y distribuido a baja presión en las casas vecinas para cocinar, en sustitución a la leña.

El costo de cocinar con leña es de mas de US$ 12 por mes por familia promedia, pues con el crecimiento de la población en la zona, la leña se ha vuelto escasa y costosa, y es a menudo el mayor gasto mensual de una familia campesina.

 

Ninguna de las casas tenía estufa de gas. Las 8 primeras estufas (de dos boquillas) han sido compradas por el Proyecto ALA, adaptadas al biogas, y suministradas gratuitamente  a los vecinos mas cercanos que se acogieron al proyecto piloto de sustitución de leña por biogas.

La cocción con biogas fue rápidamente asimilada, y con el éxito del proyecto piloto las demás casas vecinas han hecho candidatura de conexión.

 

La red de biogas puede seguir extendiéndose mes tras mes a medida que las solicitudes de conexión y la disponibilidad en biogas lo permitan (sigue creciendo con las conexiones nuevas de viviendas al alcantarillado).

 

El biogas tiene un valor de US$ 10 por familia y por mes en sustitución de la leña (para todos los usos, con excepción del asado de las tortillas de maíz, que la gente prefiere seguir haciendo sobre su vieja estufa de leña que es mas amplia). Tiene un valor de solo US$ 6.5 por familia y por mes en sustitución del gas propano (que llegó a ser mas barato que la leña, pero implica la compra de otro tipo de estufa). La Comunidad y la Alcaldía se pusieron de acuerdo para un precio de venta de 20 quetzales por familia y por mes (US$ 3.3) que satisface a ambas partes.

 

La planta de tratamiento está en capacidad de alimentar desde ya a unas 25 casas, y en el futuro (2015) a 60 casas. Sin embargo para esto se requiere construir un gasómetro que permita almacenar el gas producido durante 24 horas para suministrarlo durante las horas de consumo (comidas).

Al precio acordado, la planta puede ingresar US$ 1.000 por año en 1998, y US$ 2.400 al año en 2.015, pero a corto plazo solo cobra tarifa a 8 familias (= US$ 317 por año).

 

CONCLUSION :

 

Como conclusión, se puede decir que a pesar de las limitaciones particulares que existen para el aprovechamiento de la totalidad del efluente tratado por fertiirrigación (falta de cultivos aledaños), los ingresos por concepto de venta de sub-productos son y serán :

 

   1996 :            - Solo biogas : US$ 26.2/mes (US$ 317/año)

   1997 :            - Lodos : US$ 156/año

- Agua tratada (1.85 ha) : US$ 400/año

- Biogas (16 familias) : US$ 634/año  

- Total : US$ 1.190/año

   1998 :             - Lodos : US$ 156/año

- Agua tratada (10 ha) : US$  2.250/año

- Biogas (25 familias) : US$ 1.000/año

- Total : US$ 3.406/año

 

En 1998 la venta de los sub-productos permitirá cubrir el 100 % de los costos de operación y mantenimiento de la planta.

 

 

Para esto se requiere durante el año 1997 :

a)     Construir un gasómetro de mínimo 10 m3

b)     Convencer a los demás agricultores vecinos ubicados debajo del nivel de la planta de organizarse en un Comité de Riego, invertir en un sistema de riego por micro-aspersión (aprovechando los créditos disponibles con el Proyecto ALA), y utilizar el agua tratada de la planta de tratamiento

 

4. CONCLUSIONES :

 

El diseñador de una planta de tratamiento debería siempre tratar de incluir la utilización de los sub-productos de la planta en su proyecto, para evitar efectos ambientales negativos de estos sub-productos  por un lado (olores, efecto invernadero con el biogas, vertimiento de los nutrientes a la quebrada, vertimiento de los lodos al botadero), reducir costos de operación de la planta, generar ingresos de operación,  y en todos los casos devolver la materia orgánica y los nutrientes al suelo, en búsqueda de un desarrollo sostenible del planeta.

Esta labor implica un mayor grado de compenetración de los ingenieros civiles, sanitarios y ambientales con los procesos productivos de la sociedad (industria, agricultura, agua, energía), un trabajo pluridisciplinario, y un alto grado de creatividad.  Cada proyecto es sui generis y puede ser considerado como una obra de arte.

 

                                                                                                Ph. Conil, 1996

 

5. BIBLIOGRAFIA:

·       Conil P. :       “El tratamiento anaerobio de los efluentes de papeleras : Estudio de caso : CARTONES AMERICA  en Cali, Colombia”, Congreso Internacional de ACOTEPAC (Asociación de Técnicos del Papel).  Pereira, Colombia Feb./1995

·       Conil P., Jiménez M. y Del Valle V.: “Tratamiento y aprovechamiento de aguas residuales domesticas con reactores U.A.S.B. y filtros percoladores en el Altiplano de Guatemala”, 4° Seminario-Taller Latino-Americano de Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales, Bucaramanga, Colombia, Nov. 1996

·       Conil P. Piedrahita Emilio: “Experiencia de 5 años en la biodigestión y utilización de los efluentes de una extractora de aceite de palma en la región de Tumaco, Colombia”, 4° Seminario-Taller Latino-Americano de Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales, Bucaramanga, Colombia, Nov. 1996