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Los subproductos del café

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Es de importancia darle un adecuado tratamiento a los desechos provenientes de la transformación de la materia prima. También es importante sustituir la palabra "desecho" (basura) por la de "recurso" (residuo: que si puede utilizarse).

La materia prima, como el fruto del café, constituye una fuente inagotable de recursos, al ser manejados con tecnologías funcionales.

Existen varios parámetros de medición para expresar la cantidad de carga orgánica en un cuerpo receptor, para el caso del café estarían:

  • Potencial Hidrogénico, en unidades de pH.
  • Sólidos Sedimentabies (SS o Sed). expresado en mililitros de SS/litro.
  • Demanda Química de Oxígeno (DQO), expresada en miligramo de oxígeno/litro: mg. Oz/litro. 
  • Demanda Biológica de Oxígeno a 20° C incubada durante 5 días, (DBO5), dimensionada en miligramos de oxígeno por litro: mg. O2/litro.
  • Sólidos Totales Disueltos (STD.),expresados en miligramos de STD/por litro.

Potencial hidrogénico (pH)

Se refiere al grado de acidez o alcalinidad de una sustancia. La escala de pH tiene un rango que está de 0 a 14. Un valor que se encuentre por debajo de pH 7 se considera ácido y uno por encima de pH 7 se considera alcalino o básico. El agua en su estado natural tiene un pH alrededor de 7.

Sólidos sedimentabies (SS)

La cantidad de sólidos en suspensión que se encuentran en el flujo de las aguas residuales, puede ser expresados por las siguientes dimensionales: Kilogramos de sólidos sedimentables por metro cúbico (Kg. SS/m3), también en miligramos de SS/litro o bien en partes por millón (ppm).

Demanda química de oxígeno (DQO)

Es la medida indirecta del contenido de materia orgánica e inorgánica oxidable en aguas residuales, se mide por la cantidad de oxígeno utilizado en la descomposición (oxidación) de la materia orgánica e inorgánica. Es decir, la cantidad de oxígeno requerida para la oxidación completa de la materia orgánica.

Demanda biológica de oxígeno (DBO5,)

Medida indirecta del contenido de la materia orgánica en aguas residuales, que se determina por la cantidad de oxígeno utilizado en la bioquímica de la materia orgánica biodegradable, durante un período de cinco días y a una temperatura de 20 grados centígrados. En otros términos, es la cantidad de oxígeno requerida por un inóculo de bacterias para la descomposición de la materia orgánica en la muestra de agua residual, durante 5 días, a una temperatura de 20 grados centígrados. Puede ser expresado en Kg/m3 o también en miligramos por litro (mg/lt).

Tanto la DBO5 como la DQO están basadas en la determinación de la cantidad de oxígeno necesaria para que las aguas resulten inofensivas para la vida acuática, animal y vegetal. Generalmente el poder contaminante de un efluente se mide en DQO y/o DBO5.

 

Comparación del DQO del efluente de la agroindustria del café con otros
Tipo de efluente DQO   mg/lt
Aguas negras domésticas tratadas 20 a 60
Aguas negras domésticas no tratadas 300 a 400
Efluentes del beneficio húmedo de café con tratamiento 3,000 a 7,000
Pasta de estiércol bovino 10,000 a 20,000
Pasta de estiércol porcino 20,000 a 30,000
Efluentes del esilaje 30,000 a 80,000

 

Caracterización de los subproductos

Los residuos orgánicos, tanto sólidos como líquidos, son de muy difícil disposición final por su carácter de contaminantes del medio ambiente, sin embargo, el mejor tratamiento para cualquiera de estos elementos, es su conversión en productos que puedan volverse a incorporar a la naturaleza en forma reciclada.  Los subproductos que se generan en el proceso del beneficiado húmedo son la pulpa, el mucílago, las aguas de despulpado, agua del arrastre de la pulpa y las del proceso de lavado.

La pulpa

Dentro de los subproductos sólidos, la pulpa es la más voluminosa representa el 56% del volumen del fruto y el 40% del peso. La composición química de este residuo al sufrir un proceso de fermentación puede provocar que se formen cargas orgánicas de 20 Kg. por quintal oro procesado, esto como un desecho sólido no reutilizado. Se tiene la ventaja que un gran porcentaje de caficultores la utilizan como abono orgánico o en forma de compostaje o bien como lombricompost. Las aguas del despulpado pueden generar hasta un máximo en términos de DQO de 52,277 mg. Oz/litro, equivalente siempre en términos de DQO de 7.18 Kg. OZ/quintal oro.

El mucílago

Es un hidrogel (sistema coloidal líquido liofílico) que posee una carga orgánica, según agua del primer lavado, expresado en DQO de 26,535 mg. OZ/Litro, equivalente a 3.64 Kg. Oz/quintal oro producido. El mucílago representa entre el 20 y el 22% del peso del fruto y conforma una importante proporción de la carga orgánica potencial, por su alto contenido de azúcares, pectinas y ácidos orgánicos.

El agua miel

El agua utilizada para despulpar y lavar se convierte en residual (agua miel). Su naturaleza química está relacionada con la composición físico-química de la pulpa y el mucílago, debido a que estos dos elementos proporcionan partículas y componentes durante el contacto turbulento e intenso con el agua limpia. Así se origina su aporte como carga orgánica, del primer y segundo lavado, con alrededor en términos de DQO de 43,615 mg. OZ/litro, equivalente a 6 Kg. de DQO/quintal oro. Pero esta agua miel cuando es sometida al procesamiento en los sistemas de plantas de tratamiento de aguas residuales, se logra separar, por un lado el agua clarificada y por otro los lodos orgánicos; estos son un buen aporte de materia orgánica, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio etc.; se pueden mezclar con la pulpa para hacer un compost.

En cuanto a este residuo líquido, las aguas del despulpado y de lavado, que son las que arrastran la principal proporción de mucílago suelto o fermentado, requieren más atención para realizarles el proceso en las Plantas de Tratamientos de Aguas Residuales (PTAR), para así aprovechar para abono los lodos de origen orgánico en estado semisecos (creados) y también las aguas clarificadas y neutralizadas, previo análisis por el laboratorio, para riegos de pastos e inclusive plantaciones de café adulto, de lo contrario verterlas a afluentes con mínima carga orgánica.

La cascarilla o cascabillo

El pergamino suelto es un subproducto que representa alrededor del 4.5 o 5% del peso del fruto del café; no representa riesgo contaminante en el beneficio húmedo y es un valioso material que puede utilizarse como combustible sólido en el secamiento mecánico del café. Genera aproximadamente 4,000 kilocalorías por kilogramo. 

Riesgo ambiental al verter los subproductos a un cuerpo de agua

Las aguas en su estado natural siempre poseen cierto grado de contaminación. Pero al ser vertidas las aguas mieles juntamente con la pulpa a un cuerpo receptor, suministran grandes cantidades de materia orgánica que las bacterias metabolizan o descomponen, esas bacterias para poder degradarla, consumen grandes cantidades de oxígeno disuelto (OD). En consecuencia cuando la demanda de oxígeno, por parte de las bacterias, es mayor que el oxígeno disuelto en el agua, la vida bacteriana comienza a morir. No sucede esto si se logra suministrarle aire por algún método.

El efecto perjudicial para el cuerpo receptor se produce cuando los requerimientos de oxígeno de las bacterias son mayores que la cantidad natural de disolución de oxígeno nuevo en el agua. Cuando este gas se agota, las futuras necesidades de oxígeno son satisfechas por el oxígeno contenido en los nitratos (N03 -) y los sulfatos (S04-) presentes, dando como resultado, en las últimas etapas de transformación química, la formación de compuestos, como el bisulfuro de hidrógeno (SHQ); el cual es el responsable del mal olor que producen estas aguas. 

Al descargar tanto ta pulpa como las aguas mieles sobre cuerpos receptores de aguas superficiales, se corre el riesgo de deteriorar este recurso, ya que los elementos aportados pueden afectar el agua de la siguiente forma:

1. Modifica drásticamente la acidez natural del agua a pH 2.5, a causa del aporte de los ácidos orgánicos(acético, butírico, propiónico, etc.) que se producen durante la degradación de la materia orgánica en su etapa anaeróbica, específicamente.

2. Se agota el oxígeno disuelto (OD) en el agua, a causa de la necesidad de abastecimiento por parte de los microorganismos encargados de la degradación de la alta cantidad de materia orgánica.

3. incremento de la turbidez del agua (coloración oscura), como consecuencia de los polifenoles presentes y de la gran cantidad de sólidos suspendidos.

9.3. Algunas recomendaciones para el uso de subproductos

La pulpa como alternativa de fertilización

Resultados de combinaciones de suelo y pulpa de café descompuesta para la utilización en almácigos. Las mejores combinaciones para altura de planta, diámetro basal, número de cruces por plántula (ramas plagiotrópicas), peso seco de raíces, tallo y hojas, le correspondieron a las combinaciones número 4 y 6 (ver tabla 6), teniendo como valor agregado un ahorro del 30 al 50% del mejor suelo que se utiliza en almácigos y un ahorro del 50% en fertilización disuelta. Además, se contribuye a disminuir la contaminación ambiental ocasionada por el vertimiento de esta valiosa materia prima hacia los ríos.

Tabla 6. Combinaciones de suelo y pulpa de café descompuesta para su utilización en almácigos
No. % de Pulpa % de Suelo Fert. química disuelta (20-20-0)
1 0 100 30 gr/lt agua
2 10 90 15 gr/lt agua
3 20 80 15 gr/lt agua
4 30 70 15 gr/lt agua
5 40 60 15 gr/lt agua
6 50 50 15 gr/lt agua
7 50 50 Sin fertilización
8 0 100 Sin fertilización

Fuente: Anacafé

Para obtener valores de pH alcalino, relación carbono/nitrógeno adecuado y concentraciones adecuadas de macro y micronutrientes, para zonas comprendidas alrededor de los 1,676 m.s.n.m., aplicar volteos cada cuatro días,  más cinco galones de agua por tonelada métrica de pulpa, durante un período comprendido de 90 a 120 días; y para zonas con altitud alrededor de los 350 m.s.n.m., durante un período de 45 a 50 días, aplicando la práctica descrita.

Luego de una investigación, donde se combinaron varias dosis de pulpa de café y fertilizante con fórmula química, se obtuvo que la mejor combinación es la siguiente, según tabla 7:

Período Cantidad de pulpa Cantidad de fertilizante
Primer año de campo  aplicación/planta    
Mayo/junio 24 onzas de pulpa descompuesta 0.5 onzas de fórmula química
Agosto/sep 24 onzas de pulpa descompuesta 0.5 onzas de fórmula química
Octubre/nov 24 onzas de pulpa descompuesta 0.5 onzas de urea
Segundo año de campo en adelante: aplicación/planta    
Mayo/junio 24 onzas de pulpa descompuesta 1 onza de fórmula química
Agosto/sep 24 onzas de pulpa descompuesta 1 onza de fórmula química
Octubre/nov 24 onzas de pulpa descompuesta 1 onza de fórmula química

Fuente: Anacafé

En publicaciones realizadas por el Departamento de investigaciones de la Anacafé, podemos encontrar otros experimentos para la utilización de este valioso subproducto.

La pulpa de café y la coqueta roja

La lombricultura es la tecnología en la cual surge la lombriz de tierra como herramienta para la transformación de subproductos orgánicos útiles como la pulpa. Del resultado de la combinación de lombrices de tierra con diferentes características surge la lombriz Eisenia foetida, más conocida como Coqueta Roja.

Es un pequeño organismo que por sus excelentes características ha sido usado por muchos años en la industria y empresas agropecuarias de otros países para la degradación y reciclaje de desechos orgánicos. Estos son transformados en materiales orgánicos, con buena actividad biológica y excelente valor nutricional para las plantas.

Los subproductos de cosechas de café, especialmente la pulpa, son excelentes para la preparación de humus de lombriz. La pulpa representa el 40% del peso del fruto y tiene cantidades variables de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio, azufre, hierro, manganeso, zinc, boro, etc.

Guatemala produjo en la cosecha 2003/04 la cantidad de 26,346,251 quintales de café maduro que corresponden a 10,538,500 quintales de pulpa de café, estos son utilizados parcialmente.

Por medio del uso y buen manejo de la Coqueta Roja en las fincas productoras de café, este subproducto puede transformarse eficientemente en humus de lombriz, el cual es un excelente material que reestablece la fertilidad física, biológica y química del suelo.

Aspectos importantes sobre la coqueta roja

Condiciones de los nichos
Humedad 60 a 80%
Temperatura 15 a 30 oC
pH 6.5 a 8
Luz Cero luz
Nota: Alimento aplicado por capas de 20 cms. de espesor.

 

La lombriz alcanza su madurez sexual a los 90 días; es hermafrodita (tiene ambos sexos) pero para reproducirse necesita aparearse. Cuando las condiciones son óptimas, oviposita de 1 a 3 cápsulas (huevos) cada 7 días y de estas pueden salir de 3 a 10 lombrices. Una lombriz adulta en buenas condiciones pesa alrededor de 1 gramo y consume en alimento su propio peso por día. Utiliza el 50% del alimento que consume por día para sus funciones metabólicas, y el resto lo transforma en humus.

Para procesar un quintal de pulpa predescompuesta por mes se necesitan aproximadamente 2,000 lombrices adultas en una área de 1 metro cuadrado. La eficiencia aumenta en la medida en que crece la población, pudiéndose albergar hasta 50,000 lombrices (mas o menos 50 kilos) por metro cuadrado. Con esta población podríamos estar procesando 25 quintales de pulpa por mes.

Proceso del lombricompost

Es el reciclaje biológico de desechos orgánicos, los que son transformados en materiales orgánicos estables llamados humus de lombriz. Mediante este proceso se acelera la descomposición del material orgánico.

El trabajo de años, las lombrices lo hacen en meses. Este es un proceso sencillo y económico, pero principalmente se requiere de interés y mucho entusiasmo.

a. Preparacion del compostaje

En general, la lombriz se alimenta de materiales orgánicos de diferente naturaleza (estiércol de deyecciones de animal, residuos de cosechas, rastrojos y pulpa de café, entre otros). Cualquiera que sea el material, es necesario a través del compostaje darle una predescomposición. En el caso de la pulpa, esta se puede apilar en trincheras, y con buena humedad y un par de volteos cada 30 días, estará lista como compost y para ser utilizada como dieta para la Coqueta Roja.

b. Preparación de nichos

Estos constituyen los aibergues donde se aloja la lombriz, los cuales deben reunir ciertas características y condiciones:

  • Construcción de nichos: de preferencia deben construirse de 1 metro de ancho por 1.5 de alto y lo suficientemente largos para reciclar los subproductos.
  • Los materiales para su construcción pueden ser: bambú, madera, láminas, plástico, block, etc.
  • Las "composteras" deben estar ubicadas cerca de disponibilidad de agua.
  • Bajo techo, protegidos de la acción directa del sol y de la lluvia, pero con buena ventilación.

Nicho para lombrices

Lombrices en pleno trabajo

Sistema de acequias y pozos para retener el agua miel

Laguna de oxidación de agua miel

c. Manejo

Una vez construidos los nichos y que el precompost este listo para ser utilizado como dieta, se debe iniciar la transformación de la materia orgánica a humus de lombriz.

  • Colocar dentro del nicho una capa de compost de aproximadamente 20 centímetros de espesor. Este material debe tener un pH neutro, una temperatura máxima de 30 grados centígrados y una humedad del 80%, para que sea aceptado por la lombriz.

  • Colocar en forma de surco, al centro del nicho, un kilo (2 libras) de lombriz por cada metro cuadrado. 

  • Tapar el nicho con nylon de polietileno negro. De aquí en adelante será necesario controlar que el nicho, mantengas la humedad adecuada.

  • Periodicidad de alimentación. Una vez las lombrices procesen el alimento anterior, el cual tiene una apariencia agradable y buen olor, será el momento de alimentarlas nuevamente con otra capa de compost de 20 centímetros de espesor y así sucesivamente hasta que el nicho esté lleno de humus.

  • Durante todo el proceso debemos vigilar que los nichos estén libres de depredadores (hormigas, sapos, ranas, aves, etc).

d. Cosecha

Una vez lleno el nicho de humus, será necesario retirar, como mínimo, el 90% de la lombriz. Para esto será necesario colocar en horas de la tarde el nylon de polietileno negro sin agujeros sobre el humus y agregarle una capa de agua de una pulgada. Se deja así todala noche y al día siguiente, por lo fresco del agua, la lombriz tiende a subir a la superficie; Conforme se recolecta la lombriz, el nicho se destapa poco a poco; Esta operación se realiza por lo menos 3 veces y con esto se recolecta aproximadamente, el 90% de la lombriz.

e. Humu​s

Es lo que queda en el nicho, con un buen contenido de huevecillos y lombrices jóvenes. Este excelente material puede ser usado directamente como abono para los cafetos en el almácigo o en campo definitivo. También puede ser objeto de un proceso de secado para eliminar el exceso de humedad y tamizarlo, ensacarlo y almacenarlo. Luego puede ser usado o comercializarse.

Procesamiento de aguas mieles

Haciendo una comparación con los beneficios tradicionales, que utilizan alrededor de 2,000 litros de agua por quintal de pergamino seco procesado, el desarrollo tecnológico a través de la reingenieria del proceso ha permitido reducir el uso de 120 a 150 litros por quintal de café pergamino seco, a través de obras civiles como lo son las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), que conllevan como primera condición la recirculación del agua utilizada en el beneficio húmedo, posteriormente le siguen los siguientes pasos: tamizado, neutralización, homogenización, floculación, decantación, filtración y separación de agua clarificada de los iodos orgánicos y estos con sus respectivos drenajes hacia sus correspondientes lagunas de oxidación. Esta es la técnica que permite recuperar el mucílago como lodos oreados.

Acequias de ladera con pozos de absorción

Son canales que se construyen tomando como base una curva a desnivel, perpendicular a la inclinación del terreno. La proporción que se le dé a la pendiente dependerá de la textura del suelo. Con una textura arcillosa, la pendiente será menor del 1% y con una textura arenosa la pendiente será mayor del 1%. Posteriormente se construye la acequia, que es un canal con taludes, relación 1:1, con un ancho variable, según la topografía del terreno y el caudal del afluente. Luego se construyen pozos de absorción a lo largo de la acequia, distanciados cada 10 metros, con una capacidad de 1 a 1.5 metros cúbicos por pozo. La cantidad de pozos depende de la textura del suelo. Para una textura arcillosa es necesario efectuar mayor cantidad de pozos.

Lagunas de oxidación y/o retención

Como se mencionó anteriormente, el manejo de los subproductos está asociado con las condiciones del suelo y clima. El uso de lagunas de oxidación es eficiente en aquellas zonas en donde existe alta temperatura, baja humedad relativa durante la cosecha. Para el diseño de las lagunas es necesario tomar en cuenta el valor de infiltración del suelo, haciendo pruebas para tener una base de la misma. La infiltración en la laguna será alta al inicio, y luego disminuirá debido a la saturación del suelo. El agua tendrá movimiento horizontal, de las zonas de mayor a menor presión. Además, existirá perdida de agua por evaporación. 

Es necesario combinar la recirculación en el proceso para minimizar el volumen de las lagunas. Por ejemplo, en el próximo cuadro podemos observar una cosecha que dura en promedio 3 meses (90 días); si utilizamos un depósito decantador de 4,000 litrosde capacidad en el tirante superior y 2,000 litros en el tirante inferior, tendremos las utilizaciones de agua siguientes:

Utilización de agua en un beneficio tecnificado, utilizando un decantador variable
  Inicio de cosecha Pico de cosecha Final de cosecha
Consumo/día 6,000 litros 10,000 litros 6,000 litros
Consumo total 156,000 litros 260,000 litros 156,000 litros

Nota: consumo de agua en los tres meses: 572,000 litros.

Podemos observar que al inicio y final de la cosecha se utiliza la mitad del volumen del tanque decantador. Al mismo tiempo estamos utilizando para cada partida de café, un tanque para despulpar y un tanque para lavar y clasificar. Además, se observa que la utilización diaria se eleva a 6,000 litros, debido al agua que se encuentra en el sistema (canales, sifón, criba, tubería, etc.).

Para la retención de estas aguas residuales, necesitamos construir dos o más lagunas de oxidación para albergar el agua en un volumen del 55 al 60% del agua total utilizada.

Eliminación de sólidos: tratamiento químico

Según Peicce, este es un proceso sencillo y barato que trata de disminuir o eliminar la carga orgánica suspendida y los malos olores de las aguas mieles, precipitándolos por el agregado de cal.

La cal aumenta el pH y forma sales cálcicas con los compuestos orgánicos, también favorece la precipitación de otros compuestos en suspensión. Al tratamiento químico le siguen las pilas de floculación-decantación para separar la materia orgánica (en forma de lodos y espuma) del agua clarificada. Según su carga orgánica residual se dispone del agua o se pasa a otro proceso de purificación. El tratamiento químico, que puede ser una solución eficiente y relativamente poco costosa, se tiene que integrar adecuadamente en la cadena de control de contaminación.

Sistemas de plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) 

1. Tanque receptor

En el proceso tradicional del beneficiado húmedo del café se utiliza altos volúmenes de agua por unidad de producto, se estima que estos utilizan de 2,000 a 3,000 litros para procesar un quintal de café pergamino seco (80 libras de café oro); esta agua si no es controlada llega a fuentes de agua impactando negativamente en la naturaleza innata de ella. Con el método del reciclado en el proceso semiiecnificado se reduce la utilización del agua hasta en un 50% y en los tecnificados hasta el 90%. Esto genera un agua altamente cargada de sólidos orgánicos, que provoca alteraciones negativas en fuentes de agua si se descargan directamente, pero permite tratar bajos volúmenes de agua y a un menor costo.

El tanque receptor será el lugar de acopio donde se depositará el agua residual luego de haber sido recirculada las veces necesarias, y el volumen de este es el doble de la capacidad que maneja el beneficio en un día. La finalidad de este receptáculo es almacenar el agua residual por lo menos dos días para no interrumpir el proceso del beneficiado, esto para poder atenuar si hubiera una emergencia en cualquier etapa del beneficiado. También es la primera fase de floculación decantación y extracción de los lodos sin efectuar la neutralización que consiste en la aplicación del hidróxido de calcio que se explicará adelante.

2. Tamizado del flujo, neutralización y homogenización

Esto consiste en una cámara para atrapar y eliminar físicamente las partículas gruesas, como trazas de pulpa (hilachas) y otros, por medio de tamices (cedazos) con orificios de, 1/4 y 1/8 de pulgada, colocados en marcos de metal para su duración; que pueden ser de las siguientes dimensiones; 0.44 de ancho x 0.70 m. de alto, e insertados en una hendidura con una inclinación de 60°. 

La cámara, puede tener las siguientes medidas: 1 metro ó más de largo x 0.40 de ancho x 0.70 m. de alto, el piso con una pendiente inversa al flujo del 3% para que el agua pierda velocidad y de esta manera se incremente su eficiencia de atrape. Luego de los tamices, el agua es conducida a un tanque de forma redonda denominado el homogenizadoi, donde se adiciona por chorro, una solución con cal hidratada (hidróxido de calcio).

3. Reducción de la acidez del agua por tratar

Este proceso se realizará agregando una solución del 2 % de hidróxido de calcio, variando la cantidad de agregado de la solución según la relación de gramos de cal por litro de agua miel (3 a 6 gr/ lt.), con fines de subir el potencial Hidrogenico (pH) y así dar un mejor medio a las bacterias y otros microorganismos. Con la cal también se genera el efecto de la floculación y decantación. Posterior a este paso, si el pH ya es adecuado, puede iniciarse la incorporación de materiales microbiológicos.

4. Pilas de floculación-decantación

Estas pueden ser construidas en dos sistemas: secuenciales o en paralelo, se elige dependiendo del área, forma y pendiente del terreno. Ambos sistemas serán dos o más pilas para que se realice la floculación-decantación con un volumen igual de agua que se maneja a diario en el proceso del beneficiado, contemplando que la altura no sea mayor de 1.5 metros.

En ellas, el agua tendrá un tiempo de residencia hídrica (TRH) de 24 a 48 horas (mejor si es más). En la primera, tendrá un tiempo de residencia hídrica de 24 a 36 horas, en la segunda pila también de 24 a 36 horas, y así sucesivamente.

El piso tendrá una pendiente de 10 a 15 % para dar efecto de escorrentía y así vaciar por gravedad el agua clarificada y lodos; cada una contará con dos tipos de drenajes. Uno de ellos para drenar los lodos, con una salida de 6 pulgadas de diámetro, que se ponen al fondo de la pila; y el otro, el de agua clarificada, que contará con un falso codo, con un diámetro de 3 a 4 pulgadas, colocado a un costado a favor de la pendiente para drenar hacia el tanque situado a una plano más bajo, si el sistema es en serie; y si es en paralelo, drenan a filtro de piedrín y grava.

La expectativa de eficiencia en la reducción de la carga orgánica de estas pilas depuradoras será eliminar del 50 al 65% de los sólidos suspendidos y del 45 al 50% de DQO.

5. Filtros de arena, grava y piedrín

Este módulo no es más que un tanque que contiene arena de río o bien tipo pómez, grava y piedrín, estos deben estar debidamente lavados con agua limpia para retener las partículas al nivel de micelas. Este material debe ser chequeado periódicamente y cuando este saturado de lo retenido, entonces se extrae la arena y el otro tipo de material y se lava o bien se repone por uno nuevo. Por encima, a una altura de 20 a 25 centímetros sobre la superficie del material de piedrín, grava y/o arena, estará un juego de tubos de PVC perforado (tipo flauta), para que este riegue (como regadera) el agua sobre toda el área del filtro, y así el agua este mejor dispersa y por consiguiente el efecto de filtrado sea más parejo.

6. Caja desarenadora

Esta caja recupera la arena u otro material pesado que son arrastrados por el agua filtrada.

7. Drenaje con golpeteo para dar aireación

No es más que un canal que conduce el agua clarificada a las lagunas de oxidación. Dicho canal tiene "topes"‘ formados por un grupo de piedras, piedra pómez, o de lava volcánica, distanciados a fin de ir haciendo, pequeños diques con pequeñas cataratas y provocar que el agua se golpee, a fin de ir dándole aireación, y de preferencia, si la pendiente lo permite, hacer este canal con cataratas de mayor altura para encontrar más oxigenación. Luego de este paso, el agua se deposita en la laguna de oxidación.

Otra variante es el drenaje tipo "francés", que consiste en un tubo de PVC perforado en su parte inferior y sentado en una capa de piedrín y en otra capa mas por debajo, arena de río o pómez, a fin que permita lixiviar parte del agua clarificada en el perfil del suelo. Este tubo debe ser revisado periódicamente para limpiarlo. E! piedrín se debe revolver para que no se formen musgos o capas de material del mucílago. Posteriormente a este pasaje, el agua llega a la laguna de oxidación.

El drenaje de todos debe ser separado de las aguas residuales, mediante otro drenaje que va directo, a su laguna para que sean retenidos y cuando estén oreados o deshidratados, utilizarlos para que conjuntamente con la pulpa formen abono orgánico.

8. Lagunas de oxidacion

Este es el módulo final de todas las fases de las PTAR. En ella, el agua continúa decantándose hasta alcanzar niveles menores de contaminación. El tiempo de residencia hídrica es toda la época posterior a la finaiización de la temporada del beneficiado. En caso de que esta agua no sea utilizada para riego, puede esperar la temporada de lluvia para que el agua clarificada alcance una mayor dilución y oxidación, y luego verterla a un cuerpo de agua.

En las lagunas de oxidación se puede aplicar el tratamiento biológico, inoculando microorganismos que continúen descomponiendo la materia orgánica; también es útil la siembra alrededor de la laguna, de vegetación especializada en evotranspirar el agua, y luego poderla verter (cuando alcance el valor mínimo de los parámetros requeridos), poco a poco a un cuerpo de agua. También posterior a esta fase se pueden implementar los procesos de los humedales artificiales con fines de efectuar un mayor decremento de la carga orgánica del agua residual.

Las capacidades de volumen para albergar el agua clarificada, por lo general, son del 50 al 60% del total del volumen utilizado durante todo el período de beneficiado húmedo (90 a 120 días), siempre asumiendo una profundidad no mayor de 1.50 metros.

Planta de tratamiento

9. Laguna para lodos

Es una fosa similar a la anterior, el propósito de esta fosa es recopilar todos los lodos, orearlos, o bien llevarlos hasta desecarlos, para que posteriormente sean utilizados como abono orgánico conjuntamente con la pulpa, como compost. La capacidad de la laguna será del 30 al 40% del total del volumen del agua utilizada en la temporada.

10. Humedales artificiales

Los humedales construidos o artificiales, son sistemas de depuración naturales que se caracterizan por su simplicidad de operación, un bajo costo o nulo, respecto al consumo energético, una baja producción de residuos, bajo impacto ambiental y una buena integración al medio ambiente.

Los humedales artificiales tienen un gran potencial de autodepuración gracias a la vegetación, el suelo y la flora bacteriana que vive ahí .Los humedales tienen las tres funciones básicas que los hacen tener un, atractivo potencial para el tratamiento de aguas residuales o pretratadas:

  • Fijar físicamente los contaminantes en la superficie del suelo y la materia orgánica.

  • Utilizar y transformar los elementos por intermedio de los microorganismos.

  • Lograr niveles de tratamiento consistente con un bajo consumo de energía y bajo mantenimiento.

Tienen aguas con profundidades cerca de los 60 centímetros a un poco más con plantas emergentes como la espadaña, carrizos y juncos.

Existen dos tipos de sistemas de humedales artificiales desarrollados para el tratamiento de agua residual:

  • Sistema de flujo libre.
  • Sistema de flujo sub-superficial.

En el sistema de flujo libre, el nivel de agua está sobre la superficie del terreno; la vegetación está sembrada y fija así como emergente sobre la superficie del agua. El flujo de agua es principalmente superficial. A estos sistemas normalmente se les aplica agua residual pretratada en forma continua y el tratamiento se produce durante la circulación del agua a través de los tallos y raíces de la vegetación emergente.

Los humedales construidos o artificiales pueden ser utilizados en aguas residuales que provienen de industrias, agroindustrias, así como drenajes de minas y aguas domésticas.

En el sistema de flujo sub-superficial, el nivel del agua está por debajo de la superficie del terreno; el agua fluye a través de la cama de arena o grava, las raíces penetran hasta el fondo de la cama.

Componentes de un humedal: En primer instancia es una cavidad que contiene agua, substrato y plantas emergentes.

El agua; La hidrología es el factor de diseño más importante en un humedal artificial, porque reúne todas las funciones del humedal y porque es a menudo el factor primario en el éxito o fracaso del humedal.

El substrato, sedimentos y restos de vegetación: Incluyen suelo, arena, grava, roca y materiales orgánicos.

Los sedimentos y restos de vegetación se acumulan en el humedal debido a la baja velocidad del agua y a la alta productividad típica de estos sistemas.

La vegetación; El mayor beneficio de las plantas es la transferencia de oxígeno a la zona de la raíz. Su presencia física en e! sistema (tallos, raíces y rizomas) permite la penetración a la tierra o medio de apoyo y transporte del oxígeno a zonas más profundas.

 
Especies emergentes más utilizadas en la depuración de aguas residuales
Familia Nombre latino Nombres comunes Temperatura °C, deseable Temperatura°C, germinación Rango efectivo de pH
Ciperáceas

Carex sp.

Eleocharis sp.

Scirpus lacustris L.

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---------

 

Junco de laguna

14 a 32

18 a 27

 

 

 

 

5 a 7.5

4 a 9

 

 

 

Gramíneas

Glyceria fluitans

Pharagmintes australis

Hierba del mana

Carrizo

12 a 23

 

10 a 30

 

2 a 8

 

Iridáceas Iri pseudacorus Lirio amarillo, espadaña fina      
Juncáceas Juncus sp Juncos 16 a 26 12 a 24 5 a 7.5
Tifáceas Thypha sp Eneas, eneas espadaña 10 a 30   4 a 10

Fuente: DEPURACIONES DE AGUAS RESIDUALES URBANAS MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES, por: Jaime Andrés Lara.

Flujograma del proceso de tratamiento de aguas mieles

Eliminación de materia disuelta: reactores anaerobios

La degradación anaerobia en reactores metanogénicos es otro de los procesos que permite degradar la materia orgánica disuelta en las aguas mieles. Los biodigestores presentan varios inconvenientes para su uso en beneficios de café:

  • El proceso de biodigestión anaeróbico es complejo y requiere un cuidadoso control y acondicionamiento de las aguas antes de procesarlas.

  • A temperatura ambiente, los biodigestores solo pueden tratar una cantidad de materia orgánica limitada por día, lo que aumenta el volumen requerido del biodigestor.

  • Existe un retorno económico del sistema, únicamente si hay posibilidades de uso de biogás en la misma planta, sustituyendo otra fuente de energía.

  • La planta funciona solo durante la cosecha de café.

  • El costo de funcionamiento y de operación de la planta es alto.

El biodigestor y la laguna anaeróbica juegan básicamente el mismo papel. Las diferencias son las siguientes:

  • El biodigestor es un medio más eficiente y radical para eliminar la contaminación. Lo consigue en un 80%.

  • El biodigestor elimina los inconvenientes de la laguna anaeróbica en caso de mal manejo (olores, moscas).

  • El biodigestor consume menos espacio que la laguna anaeróbica.

  • El biodigestor es mucho más caro que el lagunaje, pero puede generar cierto retorno por el uso de gas combustible.

Alternativa para el tratamiento de aguas mieles del café
Alternativa Mecanismo de funcionamiento Eficiencia observada Observaciones
Riego de cultivos Infiltración en terrenos de cultivo. Aprovechar materia orgánica en el agua.  

Afecta los cultivos. 

Quema.

Disposición en el terreno Evaporación e infiltración de las aguas. En dependencia de factores climáticos y del terreno Barato, pero existe el riesgo de contaminar el manto freático
Tamizado Eliminación de los sólidos en suspención Bastante eficiente; elimina sólidos de mayor tamaño  
Tratamiento químico Eliminación de sólidos en suspensión, a través de floculación-decantación y sedimentación  Bastante eficiente, elimina los sólidos y malos olores presentes en el agua.  
Lagunaje facultativa o anaerobia Eliminación de material disuelto en suspensión, a través de actividad biológica (algas, bacterias). Poca materia orgánica removida por procesos biológicos.

Las lagunas fácilmente se acidifican y crean un ambiente ácido no apto para las bacterias descontaminadoras.

 

Reactores anaerobios Eliminación de material disuelto o en suspensión a través de actividad biológica (bacterias anaerobias) Buena remoción de materia orgánica. Producción de gas metano que puede ser aprovechado. Manejo complejo y caro, en cuanto a inversión y operación.

Fuente: Peicce.

En el futuro es importante que en la planificación de los beneficios de café no solo se piense en la parte agroindustrial del proceso, sino se integren las soluciones correspondientes a los problemas de contaminación que se generen. El proyectista tiene que pensar en forma integral, teniendo en cuenta que todo está relacionado.

Diagrama idóneo del sistema de tratamiento físico-químico