Alternativas para el manejo de purines

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INTRODUCCIÓN

La industria porcina está creciendo sostenidamente en el mundo y particularmente en los países en desarrollo. La producción de carnes de cerdo en Chile ha tenido un extraordinario crecimiento desde los años 90 hasta la fecha, con aumentos de producción anual de 9,3% para el período 1996 - 2006.

Esta creciente demanda por el consumo de carne de cerdo ha propiciado el establecimiento de instalaciones de producción intensiva, lo que conlleva un aumento en la generación de purines que son utilizados en riego, como fertilizante y enmienda de suelos.

Ello, ha originado especialmente en países industrializados una tendencia en la gestión de purines de cerdo mediante métodos y tecnologías de mayor sofisticación, con el objeto de minimizar los impactos negativos sobre el ambiente.

A nivel nacional, las deyecciones animales son generalmente transportadas por sistemas de lavado con agua hasta un pozo purinero, luego de lo cual, se separa la fracción líquida de la fracción sólida (guano). El guano suele ser aplicado como abono de cultivos y enmienda de suelos, o es utilizado como insumo de alimento animal. La fracción líquida, en la gran mayoría de los casos, se utiliza para fertirrigar cultivos agrícolas y para enmienda de suelos.

En concordancia con las políticas nacionales de producción limpia, en noviembre de 2005 se firmó el segundo acuerdo de producción limpia (APL) de productores de cerdo, el que incluye metas y acciones específicas para el adecuado manejo ambiental del guano y purines generado en los planteles de cerdo.

En este sentido, entre las medidas comprometidas para el sector productivo destaca la elaboración e implementación de un Plan de Aplicación de Purines (PAP), que deberá estar aprobado por la autoridad, cuyos principales objetivos son implementar el manejo sustentable de guanos y purines de cerdos y la disminución de la carga de nitrógeno aplicada a los suelos de un predio.

Aunque escasas, existen en el país algunas experiencias en los que se utilizan sistemas de remoción de materia orgánica, tales como lagunas aerobias, lagunas anaerobias, zanjas de oxidación y digestores anaeróbicos. También existe un número limitado de casos de tecnologías avanzadas de tratamiento tales como estanques de oxidación, plantas acuáticas, humedales, unidades de desnitrificación y lombrifiltro.

El objetivo del presente informe es poner a disposición de los Productores de Cerdo, de manera resumida y simplificada, la información relevante con la que cuenta ASPROCER en materia de gestión de purines y alternativas tecnológicas para su tratamiento y disposición. No forma parte de los alcances de este trabajo proveer una pauta o guía para seleccionar e implementar sistemas de manejo de purines, sino más bien, busca entregar una visión sintética respecto del enfoque de gestión de purines orientado a la protección del medioambiente y aprovechamiento agronómico que se puede realizar de los nutrientes presentes en las deyecciones porcinas. Al mismo tiempo, se presentan alternativas tecnológicas viables técnica y económicamente para optimizar la gestión de purines, de acuerdo con la realidad de la industria porcina nacional.

 

MANEJO DE PURINES, ENFOQUE SUSTENTABLE

La utilización de los nutrientes contenidos en los estiércoles, de forma sustentable con el medioambiente, es una de las cuestiones esenciales a nivel de gestión con que se enfrenta la industria ganadera.

La experiencia mundial en la materia indica que el aprovechamiento agronómico de las deyecciones pecuarias constituye un recurso de gran valor para la tierra, por aportar nutrientes a los cultivos, por mantener el terreno esponjoso y rico, con capacidad de retener agua, evitar la erosión y en definitiva, por mejorar las cosechas. Un manejo inadecuado en tanto, puede afectar las características del suelo, la calidad del agua y del aire y la salud de los animales y seres humanos.

La tendencia mundial hacia un menor número de explotaciones, pero de mayores dimensiones, sumado a métodos más intensivos y especializados de producción porcina, ha llevado a que se esté generando grandes aportes de nutrientes provenientes del estiércol, concentrados en áreas geográficas relativamente pequeñas. Es frecuente detectar una mayor producción de nutrientes de los que la tierra de cultivo disponible es capaz de asimilar.

Conforme crece la práctica de producción animal en lugares estabulados, con mayor urgencia hacen falta alternativas eficaces y financiables para el manejo de subproductos de alto contenido nutricional generados en explotaciones pecuarias intensivas.

 

SISTEMA TRADICIONAL DE MANEJO DE PURÍN

Tradicionalmente, las instalaciones porcinas a gran escala utilizan algún tipo de sistema de transporte con agua para desplazar los guanos desde el lugar de confinamiento y trasladarlos hasta el sitio de almacenamiento y/o aplicación.

Muchas instalaciones utilizan fosas de recarga o sistemas de manejo del estiércol mediante arrastre con agua a través de canaletas, asociadas a algún tipo de sistema de separación y lagunaje para depuración y almacenamiento del purín.

Los volúmenes de purines porcinos son grandes, sobre los 26 litros por cerdo engordado, debido principalmente a la gran cantidad de aguas de lavado utilizadas. Esta elevada dilución tiene como resultado que el purín proveniente de los pabellones posea una concentración de sólidos entre 1,5% y 2,6%.

Por lo general, los efluentes son aplicados a campos agrícolas cercanos a los planteles productivos, siendo común la práctica de regar durante todo el año, incluso en periodos de superhabit hídrico.

Esta tecnología tradicional presenta importantes deficiencias en términos de sustentabilidad ambiental, tales como:

  • Generación de excedentes de nutrientes respecto de lo que los cultivos y el suelo son capaces de asimilar.
  • Volatilización de nitrógeno amoniacal, formas oxidables de N, desde las lagunas y tranques de acumulación.
  • Generación de malos olores durante el manejo y disposición de purines y guano.
  • Proliferación de vectores sanitarios, debido a la gran disponibilidad de materia orgánica en el ambiente.

 

ALTERNATIVAS PARA EL MANEJO DE PURINES

Si bien existen muchas técnicas procedentes del tratamiento de aguas residuales urbanas que pueden aplicarse en la resolución de los problemas de deyecciones animales, las estrategias para la depuración eficiente de estas deyecciones son diferentes a las que conciernen a las aguas municipales, debido entre otros a la enorme diferencia en sus características, disposiciones reglamentarias, que exigen tecnologías de tratamiento nuevas, desarrolladas expresamente para sistemas de deyecciones animales.

Las explotaciones de engorda animal, deberán desarrollar tarde o temprano planes de gestión global de nutrientes específicos para el lugar de emplazamiento, a fin de minimizar los posibles impactos al medio ambiente. El manejo global de nutrientes debe incluir la utilización de alternativas de aplicación en aquellas áreas en las que el suministro de nutrientes supera la capacidad de la tierra para acogerlos y/o en donde la aplicación directa al suelo pueda ocasionar riesgos ambientales significativos.

Se requieren métodos más eficientes y rentables para el manejo de purines, su depuración y almacenamiento. Las áreas en las que hay que centrarse son las siguientes:

  • Mejoras en los sistemas de extracción de la fracción sólida del purín.
  • Mejoras en el manejo, almacenamiento y métodos de depuración del purín, a fin de reducir las emisiones de olores y de compuestos volátiles.
  • Sistemas de tratamiento que transformen y/o capturen nutrientes y oligoelementos del purín.
  • Mejora en las técnicas de compostaje y demás técnicas de estabilización de guano.

En la Figura 1 se observa un diagrama de flujo de las distintas opciones aplicables para la gestión global de nutrientes de una explotación porcina intensiva.

 

Figura 1. Alternativas para el Manejo de Purines

 

Aunque algunas técnicas se encuentran actualmente en fase de investigación, el diagrama ilustra dos enfoques divergentes sobre la gestión de estiércoles. Uno consiste en desarrollar sistemas secos, como sistemas de camas calientes (deep bedding), estructuras de piso elevado (high rise) o de aro-banda (hoop), en donde el estiércol fresco se mezcla con un agente voluminizador, o bien en utilizar cintas inclinadas bajo el piso acanalado para separar orinas y guano, a fin de que parte o todo el estiércol que salga de los pabellones sea manejado directamente como sólido.

El otro enfoque es mejorar o reajustar los sistemas líquidos existentes para que los nutrientes sólidos y orgánicos volátiles se separen del purín fresco y sean transportados y depurados con una serie de técnicas que generen productos revalorizados. Tales productos incluyen: sustitutos de turba estabilizados, humus, fertilizantes orgánicos, enmiendas del suelo, energía y proteínas. El líquido sobrante debe ser tratado en el plantel. Aquí también pueden utilizarse una serie de procesos biológicos, químicos o físicos para conseguir objetivos específicos en la gestión de nutrientes.

Cabe señalar, que dentro del enfoque de manejo ambientalmente eficiente de los purines porcinos, la reutilización agronómica constituye la mejor opción aplicable considerando las tecnologías conocidas hasta el momento.

Para un adecuado uso agrícola, los requerimientos de tratamiento de purines estarán determinados por las características agronómicas de la explotación, entre ellas la superficie agrícola disponible, condiciones y tipos de suelos, cultivos a utilizar, profundidad de la napa y condiciones meteorológicas. De acuerdo con la composición de los purines porcinos, el factor limitante que definirá la tasa de aplicación al suelo será el contenido de Nitrógeno en el efluente final.

SISTEMAS DE SEPARACIÓN SÓLIDO LÍQUIDO

Los sistemas tradicionales de separación de los sólidos en suspensión del purín de cerdo mediante el uso de tamices y prensas resultan poco eficientes (5% a 15%). Mejores resultados se han obtenido utilizando materiales de filtración, tales como filtros prensa, filtros de banda y filtros de arena.

Sin embargo, las experiencias más eficientes hasta el momento han resultado de la utilización de floculantes orgánicos (polímero poliacrilamida), previo a la separación mecánica. Utilizando esta tecnología, se han desarrollado con éxito sistemas para obtener un material sólido con más de 50% de materia seca y un material líquido con más de un 97% de reducción en los sólidos en suspensión y un 84% de reducción en DBO5.

En general, las eficiencias de los sistemas de separación sólido líquido son muy variables dependiendo de la composición y volúmenes a tratar, así como de las condiciones de operación de los equipos. En este sentido, se debe tener especial cuidado de respetar los caudales de diseño, ya que este es uno de los factores más determinantes que afecta la eficiencia de los sistemas.

SEPARADOR ESTACIONARIO

En estos separadores, el purín entra por la parte superior del harnero, la fracción líquida pasa a través de una malla, y el sólido rueda por la superficie de ésta, obteniéndose la separación. A estos separadores se les adiciona un tornillo o transportador sinfín en el extremo inferior donde cae por filtración la fracción sólida, para hacerla pasar por una apertura de sección restringida, logrando un exprimido adicional que favorece el sólido en cuanto a disminuir su humedad. Las eficiencias máximas informadas para estas unidades son de 50% para DBO5, 50% para SST y 10% para NTK.

 

Figura 2. Esquema de Tratamiento Utilizando Separador Estacionario

 

Figura 3. Equipo Separador Estacionario

 

Prensa Tornillo

Corresponde a un equipo compuesto por un tamiz (generalmente con tamaño de abertura de 0,3 a 1 mm), asociado a un tornillo. La primera etapa de separación ocurre por gravedad mientras el líquido fluye por el tamiz hacia el exterior, la fracción sólida es arrastrada mediante el tornillo hacia el extremo de la prensa, donde forma un taco. La presión que imparte este taco causa que el líquido sea exprimido fuera del tamiz. Normalmente, el separador tiene un sistema de vibrado que aumenta el flujo y mejora la deshidratación con lodos difíciles. Este es un dispositivo utilizado tanto para fines de separación de sólidos gruesos – fracción líquida, como también puede ser utilizado para deshidratación de guano. Este tipo de equipos puede alcanzar eficiencias de 60% para DBO5, 60% para SST y 40% para NKT.

 

Figura 4. Esquema de Tratamiento Utilizando Prensa Tornillo

 

Figura 5. Equipo Prensa Tornillo

 

Tambor Rotatorio

El tambor rotatorio es utilizado para la separación de sólidos gruesos de la fracción líquida del purín. Consiste en un tambor cilíndrico, con un rosco en su interior que se encuentra en permanente rotación, al que ingresan los purines directamente en un costado del tambor. Éste posee una malla filtrante donde la fracción líquida atraviesa para pasar al lugar de almacenamiento o disposición, mientras el guano es removido por la acción giratoria del rosco del tambor. Este tipo de tecnología presenta eficiencias de remoción máximas de 60% para DBO5, 60% para SST y 40% para NKT. 

Figura 6. Esquema de Tratamiento Utilizando Tambor Rotatorio

 

Figura 7. Equipo Tambor Rotatorio

Separación con Polímeros

Esta tecnología se basa en la eficiente separación de las fases sólida y líquida del purín mediante el uso de polímeros biodegradables poliacrilamida (PAM) catiónicos, que permiten la floculación de los sólidos en suspensión (SST). Una vez floculados los sólidos, estos son separados de la fracción líquida mediante un tambor rotatorio y un vibrotamiz. El material en suspensión es retirado mediante flotación por un sistema DAF, que retira la capa sobrenadante. La totalidad de los sólidos es retirada hacia una línea de secado natural u otros procesos (compostaje) para su posterior utilización. El líquido efluente puede ser tratado mediante un sistema de filtros biológicos lo que permite retirar otros componentes, como el amoniaco, DBO remanente, etc.

De acuerdo a información entregada por proveedores de esta tecnología las eficiencias de reducción estimadas son 76% para DBO5, 90% para SST y 47% para NTK. 

Figura 8. Esquema de Tratamiento Utilizando Separación con Polímeros

 

Figura 9. Planta de Separación con Polímeros

 

SISTEMAS DE TRATAMIENTO AVANZADOS

Si bien con las tecnologías descritas es posible alcanzar altas eficiencias en la remoción de sólidos suspendidos y gran parte de la DBO, ninguno de los sistemas de separación son eficientes en la depuración de nutrientes como N o P. Del mismo modo, dada la alta concentración de DBO5 en el purín crudo, los valores presentes en el efluente líquido de los procesos de separación, sigue siendo significativo, complicando su manejo ambiental.

A continuación se presenta una serie de tratamientos avanzados, la mayoría complementarios a los sistemas de separación sólido – líquido, propuestos para mejorar la calidad de los efluentes porcinos.

Biodigestión (digestión anaeróbica)

Básicamente, existen dos modalidades de sistemas biodigestores, uno con adición de calor y control de temperatura y otro que funciona a temperatura ambiente.

En el sistema de biodigestión, el purín crudo ingresa directamente al biodigestor (laguna sellada en su base con polietileno de alta densidad y cubierto con un domo que sirve para retener los gases). El purín permanece en el biodigestor por un periodo de 15 a 20 días (en caso de biodigestión fría pueden plantearse periodos de hasta 45 días), lo que produce la digestión anaeróbica de la materia orgánica contenida en el purín, obteniéndose como productos principales gas metano (CH4) y anhídrido carbónico (CO2), y una fracción importante de nitrógeno orgánico es transformado en amonio (NNH4). El metano se captura en una cubierta de vinilo flexible o una cubierta de polietileno de alta densidad (HDPE) herméticamente cerrado. Al aumentar la presión sobre la cubierta, el gas es transportado a un dispositivo de combustión donde se quema para reducir su potencial daño sobre la atmósfera. La materia orgánica es reducida aproximadamente en 70 a 75% y consecuentemente, se obtiene una reducción importante de olores. La producción de lodos en este tipo de sistemas se considera mínima.

El proceso de digestión es continuo y debido a sistemas de agitadores, se produce una mezcla total entre el purín crudo y el material en proceso de digestión. Para lograr mayores eficiencias, en el caso de biodigestores calientes, el sistema es calentado utilizando como fuente de energía el mismo metano producido en el proceso, donde una fracción de éste (50% aproximadamente) es quemado en una caldera y el calor generado se hace circular por conductos en el interior del biodigestor. Con esto se logran temperaturas entre 30 a 35 ºC, que es la óptima para el funcionamiento de la fauna microbiana.

A través de este sistema, se puede acceder a la venta de bonos de carbono, para lo cual, el excedente del metano producido debe ser quemado al interior del predio en una chimenea, turbina o caldera.

Las eficiencias estimadas para estos sistemas son de 72% para DBO5, 72% para SST y 25% para NTK, en el caso de biodigestión caliente. Por su parte, las eficiencias esperadas para biodigestión fría son de 80% para DBO5 (valor sobreestimado), 48% para SST y 5% para NTK. 

Figura 10 . Esquema de Tratamiento Utilizando Biodigestión

 

Figura 11. Sistema de Biodigestores

Filtro Percolador

El filtro percolador corresponde a una tecnología de tratamiento secundario de tipo biológico, fundamentalmente orientado a tratar aguas residuales con altos contenidos de materia orgánica. El principal objetivo del dispositivo apunta a reducir significativamente la carga de DBO5 del afluente, con un consumo bajo de energía. En este sistema de tratamiento se cuenta con un sustrato fijo sobre el cual se desarrollan los cultivos bacterianos, los cuales se alimentan de la materia orgánica y nutrientes contenidos en el agua residual a tratar. El sistema está configurado por una torre en cuyo interior contiene materiales plásticos de características rugosas que permiten el alojo de las bacterias que degradaran la materia orgánica, a través de la cual se hace pasar la fracción líquida de los purines.

Las eficiencias estimadas para estos sistemas son de 56% para DBO5, 20% para SST y 15% para NTK. 

Figura 12. Esquema de Tratamiento Utilizando Filtro Percolador

 

Figura 13. Unidad Filtro Percolador

Lodos Activados

Esta tecnología corresponde a un tratamiento secundario de tipo biológico, ampliamente utilizado para depurar aguas servidas, tanto en sistemas particulares como en plantas de tratamiento que tratan las aguas provenientes de alcantarillados públicos.

Este sistema opera mediante la degradación de la materia orgánica bajo condiciones aeróbicas, por efecto del metabolismo de bacterias aerobias.

La fracción líquida del purín, previamente sometida a una separación sólido líquido, ingresa a piscinas o estanques de aireación, en donde se le inyecta aire a través de aireadores mecánicos, enriqueciendo el efluente de oxígeno y favoreciendo el desarrollo de microorganismos aerobios.

Posteriormente, el efluente pasa a un estanque de sedimentación en donde se produce la clarificación del líquido y acumulación de lodo. Parte de este lodo es retirado del sistema, mientras que el resto es recirculado al reactor aerobio, para repoblar las poblaciones bacterianas.

Este tratamiento tiene como principal objetivo la reducción de DBO5, a la vez que controla contenidos de nitrógeno mediante mecanismos de nitrificacióndesnitrificación.

Con un diseño y pre-tratamiento adecuado, este proceso puede alcanzar eficiencias de 99% para DBO5, 95% para SST y 95% para NTK. 

Figura 14. Esquema de Tratamiento Sistema de Lodos Activados

 

Figura 15. Planta de Lodos Activados

Laguna Anaeróbica

En este sistema los purines ingresan a una laguna de almacenamiento y tratamiento de tipo anaeróbica, luego de haber pasado por un sistema de separación primario y de un tanque de ecualización donde son agitados de manera de obtener un efluente uniforme.

La laguna anaeróbica consiste en una fosa excavada en tierra e impermeabilizada completamente por geomembrana impermeable u otro sistema equivalente (arcillas compactadas, etc.) de manera que no existan percolados a las aguas subterráneas. Para que se produzca una adecuada anaerobiosis, esta debe tener una profundidad mayor a 4 m.

Al interior de la laguna se lleva a cabo la descomposición anaeróbica de los purines bajo condiciones naturales, de temperatura variable, dado que la fuente de calor para el proceso proviene sólo del proceso de fermentación.El tamaño de la laguna debe ser suficiente para contener el volumen de tratamiento, periodo que fluctúa entre 30 y 180 días.

Las eficiencias estimadas para estos sistemas son de 55% para DBO5, 86% para SST y 43% para NTK. 

Figura 16. Esquema de Tratamiento Utilizando Laguna Anaeróbica

 

Figura 17. Laguna Anaeróbica

Nitrificación Desnitrificación

El proceso de Nitrificación-Desnitrificación tiene como objetivo fundamental la eliminación del N presente en las deyecciones. Se trata de un proceso microbiológico en el cual el amonio es oxidado por bacterias autótrofas a nitrato en presencia de oxígeno y carbono inorgánico (nitrificación) y a continuación, este nitrato es reducido por bacterias heterótrofas a nitrógeno molecular en ausencia de oxigeno y presencia de carbono orgánico (desnitrificación). El nitrógeno molecular (N2) es un gas inerte, componente mayoritario de la atmósfera.

Existen varios modelos de tratamientos de Nitrificación-Desnitrificación, pero todos tienen en común la necesidad de infraestructura especializada (estanques reactores) y consumo energético para oxigenación y mezcla.

Con este proceso es posible alcanzar eficiencias de reducción de N de 90% a 99%. 

Figura 18. Esquema de Tratamiento de Nitrificación Desnitrificación

 

Figura 19. Planta de Nitrificación Desnitrificación

Lombricultura

La lombricultura es una tecnología que busca transformar los desechos orgánicos en humus.

La utilización agronómica del humus, además de mejorar la estructura del suelo, aumenta el contenido de materia orgánica e incorpora nutrientes para las plantas. También aporta y facilita el desarrollo de bacterias que son indispensables para que algunos elementos minerales del suelo puedan ser aprovechados por los cultivos.

Si bien esta tecnología aun no ha sido adecuadamente parametrizada para el tratamiento de purines de cerdo en Chile, se estima que cada 1.000 m3 de lechos de lombrices es capaz de procesar 500 a 600 m3 /día de purines.

Este sistema comprende la habilitación de lechos compuestos por desechos orgánicos para el desarrollo de lombrices. Durante el procesamiento de los desechos se debe mantener la viabilidad de la población de lombrices, para lo cual es necesario mantener y controlar la cantidad de alimento fresco (desechos orgánicos), condiciones de humedad, pH y temperatura.

Una variante de estos sistemas los constituye la tecnología patentada como Lombrifiltros, que consiste en estructuras que albergan una cama de material orgánico e inerte, que alberga la población de lombrices. En estas estructuras se instala un sistema de riego por aspersión, a través del cual es dispuesta la fracción líquida de los purines, que son la fuente de alimento fresco que requieren las lombrices.

Experiencias previas indican que para que este sistema funcione, se requiere disminuir la concentración de amonio presente en los purines de cerdo, la cual resulta tóxica sobre niveles de 400 a 450 mg/L N-NH4. Esto implica que los purines requerirían de un pretratamiento de abatimiento de N, antes de poder ser usados en lombricultura.

Las eficiencias estimadas para estos sistemas son de 99% para DBO5, 99% para SST y 80% para NTK. 

Figura 20. Esquema de Tratamiento Utilizando Lombricultura

 

Figura 21. Instalaciones de Lombricultura en Camellones y Lombrifiltro

Pantano Artificial (Wetland)

El Sistema Wetland o pantano artificial consiste en lagunas con plantas acuáticas, las cuales a través de sus raíces liberan oxígeno y permiten así la proliferación de colonias de microorganismos que son los que tratan los residuos orgánicos con gran eficiencia, obteniendo finalmente agua con alto nivel de pureza que puede ser reutilizada, por ejemplo, en sistemas de riego.

En general, el diseño de los wetlands comprende una secuencia de canales separados por pretiles, generando un volumen de almacenamiento suficiente para que el líquido permanezca entre 10 y 15 días. En los canales se disponen plantas acuáticas de diferentes especies, adaptadas para vivir en terrenos pantanosos, tales como juncos, batro, jacinto de agua y Lemma sp. Esta vegetación cumple un rol fundamental, puesto que provee elementos necesarios para la proliferación de bacterias que actúan como filtro biológico absorbiendo la materia orgánica contenida en el agua acumulada.

Adicionalmente, las plantas aportan oxígeno, eliminando la posibilidad de que se produzcan procesos anaeróbicos. El crecimiento de algas se ve limitado, debido a que se restringe la penetración de la luz solar.

La implementación de estos sistemas requiere impermeabilización de fondo, tanto para mantener la humedad necesaria para el desarrollo de las plantas acuáticas, como para evitar lixiviación de nutrientes a capas subsuperficiales del suelo.

Los mayores inconvenientes que presenta el tratamiento de purines mediante pantanos artificiales se relacionan con el alto contenido de sólidos que sedimenta en el fondo, afectando el desarrollo de las raíces y limitando el contenido de oxígeno de las aguas. Debido a lo anterior, la operación de estos sistemas requiere estar asociadas a pre-tratamientos que disminuyan el contenido de sólidos y aumente la concentración de oxígeno del afluente.

La eficiencia del sistema está determinada por la temperatura y la disponibilidad de luz, es decir varía estacionalmente durante el año.

Las eficiencias máximas estimadas para estos sistemas son de 90% para DBO5, 90% para SST y 80% para NTK. 

Figura 22. Esquema de Tratamiento Utilizando Pantano Artificial

 

Figura 23. Pantano Artificial (Wetland)

Filtración en Suelo

Está técnica busca utilizar de manera controlada, las característica depurativas propias del sistema suelo para optimizar la reducción de materia orgánica y nutrientes.

Consiste en hacer pasar los purines a través de una superficie de suelo especialmente prepara con cultivos herbáceos y pendiente controlada. Los procesos de degradación físicos, químicos y biológicos, se encargan de disminuir la carga de DBO y nutrientes que ocurre al infiltrar el efluente a través del suelo.

Esta tecnología no está debidamente parametrizada, por lo que no se cuenta con estimaciones respecto de los requerimientos unitarios de terreno ni de la vida útil del sistema. Sin embargo, estudios de laboratorio permiten estimar eficiencias máximas de 100% para DBO5, 100% para SST y 95% para NTK. 

Figura 24. Esquema de Tratamiento Utilizando Filtración en Suelo

 

Figura 25. Sistema de Filtración en Suelo

 

Bioprocesamiento

Esta metodología busca hacer manejable la producción de purines de cerdo usando aserrín como material estructurante y obtener un material estabilizado, libre de patógenos y malos olores.

Consiste en mezclar los purines con material vegetal (aserrín) que sea capaz de absorber la humedad en exceso que presenta los purines de cerdo, con el objetivo de generar un material sólido, fácil de manipular, el que posteriormente es sometido a un proceso de estabilización aeróbico, similar al compostaje.

Ensayos iniciales indican que para un correcto tratamiento, se requiere 1 m3 de aserrín para 1,5 m3 de purín. Lo que implica manejar enormes volúmenes de aserrín para planteles medianos y grandes. 

Figura 26. Esquema de Tratamiento Mediante Bioprocesamiento

 

Figura 27. Diseño Esquemático de Bioprocesamiento de Purines

 

EFICIENCIAS Y COSTOS

Si bien es cierto, en la descripción de cada una de las tecnologías mencionadas en el acápite anterior se mencionan las eficiencias estimadas en reducción de contaminantes, se debe tener presente que existen múltiples factores de diseño, construcción y operación que afectan la capacidad depurativa de los sistemas de tratamiento. Especial atención debe prestarse a los factores climáticos tales como temperatura, humedad, precipitaciones y radiación solar; los que presentan gran influencia sobre los tratamientos de tipo biológicos y naturales.

Asimismo, es importante considerar que los distintos tratamientos son efectivos para diferentes rangos de los parámetros característicos de los purines, por lo que muchas veces para aplicar una tecnología determinada es necesario previamente adecuar el afluente a tratar, ya sea reduciendo el contenido de sólidos y materia orgánica, o regulando el pH, por ejemplo.

A modo de resumen, la Figura 1 esquematiza el rango de operación de las tecnologías de tratamiento en función de la concentración de DBO5. En esa gráfica se aprecian los valores teóricos de entrada y salida de materia orgánica para los sistemas descritos.

Como conclusión se tiene que, para una primera etapa de tratamiento, se debiera optar por alguna de las tecnologías de separación estacionaria (tamices), separación con acción mecánica (prensa tornillo, tambor rotatorio), separación con polímeros o biodigestores. Dependiendo de la disponibilidad de terrenos y cultivos agrícolas, los efluentes pueden ser dispuestos en riego o pasar a una segunda etapa de tratamiento.

En una segunda fase de depuración, se debe optar por alguna tecnología de tipo biológico: filtros percolados, lodos activados, laguna anaeróbica o nitrificación/desnitrificación. Nuevamente, dependiendo de la disponibilidad de superficie cultivable, se puede disponer el efluente en riego o, de lo contrario, se requiere continuar el tratamiento.

Una tercera etapa de tratamiento puede consistir en alguna de las tecnologías naturales de depuración: lombricultura, pantano artificial o filtro de suelo. Los efluentes resultantes presentan características apropiadas para su aplicación en un mínimo de superficie agrícola.

Un caso particular lo constituye la tecnología de bioprocesamiento, puesto que no presenta limitaciones relacionadas con la composición de los purines. En este caso las condicionantes son de tipo hidráulicas, siendo viables sólo para planteles pequeños que generen bajos caudales de purines.

 

Figura 28. Rango de Operación para DBO5 de Tecnologías de Manejo de Purines

 

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, a continuación se presenta una tabla resumen de las eficiencias teóricas indicadas en la literatura para las tecnologías de tratamiento descritas.

 

Tabla 1. Eficiencias Teóricas de Tecnologías de Manejo de Purines

 

A continuación se presenta un resumen de costos asociados a las alternativas tecnológicas descritas, de acuerdo con estudios realizados para ASPROCER durante el año 2006, considerando tamaños de planteles de 500 hembras a 2.500 hembras.

 

Tabla 2. Costos de Tecnologías de Manejo de Purines

 

POTENCIALIDAD DE PARTICIPACIÓN EN MERCADO DE CARBONO

La experiencia internacional y nacional a la fecha, demuestra que es factible financiar una reconversión tecnológica en la industria porcina, ya sea mediante los beneficios económicos obtenidos por la captura de metano para generación de calor o energía eléctrica (a través del uso de biodigestores), o bien, adicionalmente a estos beneficios sumar la venta de bonos de carbono asociados al uso de tecnologías avanzadas de tratamiento de purines.

Una estimación realizada por consultores especializados el año 2005, indica que utilizando una innovación tecnológica para tratamiento de purines consistente en biodigestión - lodos activados - laguna de almacenamiento, para un plantel genérico de 1.000 madres, se lograría una reducción anual de alrededor de 12.000 toneladas de CO2 equivalente. Si consideramos un valor de US$ 10/Ton CO2 eq, el beneficio económico asciende a US$ 120.000 al año, sin considerar las ganancias por posible reutilización de gas y generación de energía eléctrica.

Resulta muy interesante entonces, al elegir una tecnología de tratamiento, considerar su potencial participación en el mercado de bonos de carbono.

Para que una tecnología sea considerada como un Proyecto de Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL), debe cumplir el requisito de adicionalidad. Esto implica que los certificados de reducción de emisiones pueden ser emitidos siempre y cuando las reducciones calculadas de emisiones de gases con efecto invernadero (CO2, CH4, NOx) sean adicionales a cualquier reducción que se hubiese generado en la actividad sin la adopción de la tecnología.

Asimismo, los proyectos deben cumplir ciertos requisitos a fin de calificar como una actividad certificada como MDL. Estos requisitos incluyen el cumplimiento de los criterios de presentación y desarrollo del proyecto, el proceso de registro y validación del proyecto, los requisitos de monitoreo, verificación y certificación de las reducciones y las reglas que gobiernan la emisión de certificados.

A continuación se presenta una estimación de los ingresos potenciales de distintas tecnologías de biodigestión de purines, considerando tanto la venta de bonos de carbono como las ganancias por la utilización del gas recuperado, ya sea directamente o mediante la generación de electricidad.

Las estimaciones están realizadas para un rango de tamaño de plantel de 500 madres a 2.500 madres.

 

Tabla 3. Ingresos potenciales de Tecnologías de Manejo de Purines

 

CONCLUSIONES

De acuerdo con las características tanto de composición como de generación de purines porcinos, la alternativa de gestión más eficiente desde el punto de vista ecosistémico y ambiental corresponde a su aprovechamiento agronómico. En efecto, los efluentes animales constituyen una importante fuente de nutrientes y enriquecimiento de la estructura del suelo, potenciando su condición cultivable.

Sin embargo, una tasa excesiva de aplicación de purines al suelo puede implicar efectos perjudiciales, tales como saturación por materia orgánica con la consecuente generación de malos olores, proliferación de vectores y desoxigenación del suelo, así como también la contaminación de las aguas subterráneas por migración de nutrientes.

Estos efectos deben ser controlados a través de una adecuada gestión de purines que involucre la minimización de los volúmenes y concentración de los efluentes porcinos, la adecuación de los purines de acuerdo a las condiciones agronómicas de los terrenos, cultivos disponibles y a la vez, contar con capacidad de almacenamiento que permita regular los periodos de aplicación de acuerdo con las necesidades de los cultivos.

En este contexto, se debe desarrollar una planificación para cada instalación productiva que considere una gestión global de nutrientes.

El manejo de los purines debe contar con un diseño específico que considere las condiciones productivas, agronómicas y tecnológicas existentes.

Una vez conocidos estos aspectos, se debe establecer un programa de acción que involucre, en primer lugar, alternativas de reducción del contenido nutricional del alimento y en segundo lugar, sistemas de recolección y manejo de las deyecciones orientados a la minimización en la fuente, de los volúmenes de efluentes a manejar.

Sólo una vez logrado lo anterior, se deben establecer los requerimientos de adecuación y almacenamiento de los purines y condiciones de transporte y disposición, siempre orientados a la revalorización agronómica mediante mejoramiento de suelos y cultivos.

El diseño del esquema de tratamiento, así como la selección de tecnologías a implementar, estará condicionada fundamentalmente por la disponibilidad de superficie agrícola para aplicar los efluentes y el desarrollo sustentable en el tiempo de cultivos vegetales.

Finalmente, al considerar las alternativas tecnológicas a utilizar es importante tener presente, además de su aplicabilidad y de los costos de construcción y operación, la potencialidad de generar ingresos, tanto por concepto de ahorro o venta de energía (gas, electricidad), como por la factibilidad de participar en el mercado de bonos de carbono, al utilizar tecnologías que reduzcan las emisiones de gases con efecto invernadero.

 

BIBLIOGRAFIA

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