LA ELECTROCOAGULACIÓN COMO ALTERNATIVA DE TRATRAMIENTO DE AGUAS MIELES PROVENIENTES DEL PROCESO DE BENEFICIO HÚMEDO DEL CAFÉ/THE ELECTROCOAGULATION AS ALTERNATIVE TO TREAT HONEY WATER COMING FROM BENEFICIATION WET PROCESS OF COFFEE

Headnote

RESUMEN

Antecedentes: La producción de café pergamino seco -c.p.s.- representa para las familias del departamento del Quindío su principal sustento, al tener un producto que es reconocido en el mundo por sus características organolépticas, por sus condiciones sociales, culturales y ambientales asociadas al cultivo. Por este motivo se han hecho esfuerzos por desarrollar alternativas de descontaminación de las aguas mieles provenientes del proceso de beneficio húmedo del café, proceso indispensable para el producto, sin embargo, genera una contaminación a las fuentes hídricas en términos de DQO entre 25000 y 110000 ppm. Las tecnologías utilizadas para el beneficio como el ECOLAV y el BECOLSUB no se han podido implementar en todo el gremio de caficultores nacionales, según los caficultores, en el caso del Becolsub no se logra una excelente calidad del café en taza; aunque el Ecolav mejora las deficiencias presentadas con el Becolsub, es una tecnología demasiado costosa para los pequeños caficultores. Objetivo: Implementar a escala de laboratorio un sistema de tratamiento de aguas mieles consistente en el proceso de electrocoagulación que permita desestabilizar los contaminantes presentes en las aguas para facilitar su remoción. Métodos: Para cada una de las tecnologías de beneficio se seleccionaron para realizar el muestreo 3 fincas en predios del municipio de Calarcá - Quindío, recolectándose 2 L de cada muestra de aguas mieles provenientes del lavado de café, las cuales fueron llevadas al laboratorio de Biotecnología de la Universidad La Gran Colombia, sede Ciudadela del saber La Santa María para su posterior análisis. Se construyó, en un recipiente plástico de 500 ml, un equipo electrocoagulador a escala de laboratorio para determinar la capacidad de descontaminación de las aguas. Conclusiones: Los resultados de conductividad obtenidos con el tratamiento 3 indican que las aguas tratadas son aptas para disponer a fuentes hídricas o recircular en el mismo proceso de beneficio. El proceso de electrocoagulación resulta ser una alternativa económica, eficiente y de fácil adopción por parte de los pequeños productores para reducir los contaminantes presentes en las aguas mieles.

Palabras clave: Electrocoagulación, compuestos orgánicos, aguas mieles, conductividad eléctrica.

ABSTRACT

Background: Production of dry parchment coffee represents for families from Quindio their main livelihood, their product is recognized worldwide for its organoleptic characteristics, for social, cultural and environmental conditions associated with the crop. For this reason, there have been efforts to develop alternative of decontamination of honey water coming from beneficiation wet process of coffee, indispensable process for the product, however that process generates a contamination to water sources in terms of COD between 25000 and 110000 ppm. The technologies used for the beneficiation as BECOLSUB and ECOLAV have not been implemented in all union national farmers of coffee, according to farmers of coffe, in the case of Becolsub, excellent quality of coffee is not reach in cup. Although the Ecolav improve the deficiencies presented with the Becolsub is a technology too expensive for small farmers of coffee. Objective: Develop at laboratory scale a treatment system of honey water based on electrocoagulation process to destabilize the contaminants presents in honey water and to facilitate their removal. Methods: For each technology of beneficiation were selected for sampling 3 farms from Calarcá - Quindío (Colombia) collecting samples of 2 L of honey water coming from coffee wash which they were taken to the laboratory of Biotechnology from University La Gran Colombia, sede Ciudadela del saber La Santa María (Armenia, Qundío - Colombia) for further analysis. The electrocoagulator was build in a plastic container of 500 ml at laboratory scale to determine the ability of removal of the contaminants presents in water. Conclusions: Conductivity results obtained from treatment 3 show that the water treated is suitable to dispose at water sources or recycle into the beneficiation process. The electrocoagulation process turns out to be an economic, efficient and easy alternative for small farmers of coffee for reduce contaminants presents in honey water.

Keywords: Electrocoagulation, organic chemicals, honey water, electric conductivity.

INTRODUCCIÓN

El café de Colombia se caracteriza por su suavidad y componentes aromáticos que en parte se derivan del proceso de beneficio húmedo que se realiza en cada predio, y que luego del secado da como resultado el café pergamino seco -c.p.s.-, para este beneficio húmedo se utiliza, dependiendo de la tecnología (Ecolav, Becolsub, tecnología tradicional) desde 4.2 hasta 40 litros de agua por cada kilogramo de c.p.s., generando aguas mieles con alta acidez y materia orgánica (constituida por pulpa (72%) y mucílago de café (28%)). La remoción del mucílago genera aguas residuales y lixiviados con una carga orgánica que comprende en términos de DQO entre 25000 y 110000 ppm. Además de contaminar las fuentes hídricas, producir malos olores, y ser foco para cría de moscas y otras plagas que pueden perjudicar la producción de café especial, las aguas mieles generan una contaminación equivalente a la producida en aguas negras por una población de 14400 habitantes en un día por cada 1000 arrobas de c.p.s. (1 - 8).

La preservación del medio ambiente, en especial del agua como recurso fundamental de la caficultura, depende del uso y manejo que se le dé, por lo tanto, se deben desarrollar, seleccionar y aplicar métodos adecuados (eficientes, sencillos, económicos y modulares) que sean efectivos y sostenibles, consistentes con las regulaciones nacionales existentes, con enfoque integral y que se puedan adaptar sin dificultad por los caficultores.

Debido a los cambios ambientales y económicos en el mundo en los últimos años, los caficultores de la región han adoptado medidas para asegurar su permanencia en el mercado que incluyen la producción de café especial y el acogerse a la declaratoria del Paisaje Cultural Cafetero, éstas acciones locales que se desarrollan, además, de redundar en cambios ambientales, deben aumentar la rentabilidad de las familias cafeteras por el incremento en el precio de café producido con atributos especiales de aroma, sabor y cuerpo que los consumidores están dispuestos a pagar, por ende, el proceso de producción de café especial debe ser cuidadoso de los recursos del medio ambiente y debe tener soportes tecnológicos que evidencien su cuidado, mientras se mantiene la declaratoria.

Como alternativas de tratamiento de las aguas mieles se han desarrollado e implementado soluciones biotecnológicas que incluyen procesos aeróbicos, lagunas de oxidación aireadas e irrigación con soluciones, sin embargo, estas se encuentran limitadas por el sistema de producción, la ubicación geográfica, por la capacidad de adopción de tecnologías por parte de los productores y por el mantenimiento de los sistemas de tratamiento; por lo que en este trabajo, se propone implementar a escala de laboratorio un sistema de tratamiento de aguas mieles consistente en el proceso de electrocoagulación, proceso que permite desestabilizar los contaminantes presentes en las aguas mieles (efluente líquido residual en suspensión coloidal) para facilitar su remoción.

MATERIALES Y MÉTODOS

Inicialmente se realizó un estudio de campo con la asociación de productores de café especial de Calarcá "Cordilleranos del Quindío", con el fin de determinar la cantidad de caficultores que: a. poseen beneficiaderos tecnificados de café, b. aprovechan integralmente los residuos generados durante el beneficio húmedo del café, c. poseen certificación en procesos de producción agrícola, d. acceden al acueducto municipal. Identificados los caficultores que utilizan beneficiaderos tecnificados y no tecnificados se procedió a obtener muestras insitu de las aguas mieles de aproximadamente 2 L cada una, para cada tipo de beneficiadero se muestrearon 3 fincas, las cuales fueron llevadas al laboratorio de Biotecnología de la Universidad La Gran Colombia, sede Ciudadela del saber La Santa María para su posterior análisis.

Seguidamente se realizaron análisis físicos como temperatura, pH, conductividad eléctrica de las aguas mieles (μS) y sólidos solubles totales (SST) utilizando para ello termómetro de mercurio, potenciómetro (HANNA INSTRUMENTS), Sólidos solubles totales (°Brix) en un refractómetro óptico Abbe (Atago Co. Ltda.), conductivímetro HI 8033 (HANNA INSTRUMENTS) y microbiológicos; para determinar la presencia de coliformes totales y fecales se tomó 1 ml de cada una de las muestras iniciales (no tratadas) y se diluyeron en 9 ml de caldo brilla con campana de Durham, las cuales fueron incubadas a 37°C durante 48 h para coliformes totales y a 44°C por 48 h para coliformes fecales.

Para el tratamiento de las aguas mieles se construyó, en un recipiente plástico con capacidad de 500 ml, un equipo electrocoagulador a escala de laboratorio con las siguientes características: dos placas de hierro (carga negativa) y dos de aluminio (carga positiva) de 10 x 10 cm, dos conectores caimán-caimán entre las placas hierro-hierro y aluminio-aluminio, como alimentador de corriente entre las placas se utilizó un cargador con un voltaje de 12 V y una corriente de 2 A (Figura 1).

Las muestras fueron sometidas a diferentes tratamientos durante el proceso de electrocoagulación; en el primer tratamiento, las aguas mieles fueron tratadas con el electrocoagulador por 2 h, en el segundo tratamiento, después del proceso de electrocoagulación (2h) se procedió a filtrar la muestra con filtro Whatman No. 41, en el tercer tratamiento, previo al proceso de electrocoagulación, la muestra fue pasteurizada a 75°C durante 15 minutos y enfriada rápidamente hasta alcanzar temperatura ambiente, posteriormente se le adicionó 50 ml de peróxido de hidrógeno (H2O2) al 4% con el fin de acelerar el proceso, por último se filtró la muestra con filtro Whatman No. 41. En cada uno de los tratamientos de electrocoagulación se midió temperatura, pH, conductividad eléctrica (μS) y sólidos solubles totales (SST) a 10, 15, 30, 60, 120 y 300 min.

RESULTADOS

DISCUSIÓN

Estudio de campo

El estudio de campo realizado mostró que el 33% de los caficultores poseen beneficiaderos tecnificados de café, sin embargo, el 12% de ellos no están en uso con tendencia a desaparecer, puesto que según los caficultores en el caso del Becolsub no se logra una excelente calidad del café en taza; aunque el Ecolav mejora las deficiencias presentadas con el Becolsub, es una tecnología demasiado costosa para los pequeños caficultores. En cuanto a los residuos generados durante el beneficio húmedo del café tan solo el 55% son aprovechados de forma integral por los caficultores de la Corporación Cordilleranos para la generación de compost (53% de los residuos) y como alimento para animales (2%), siendo el 45% restante, vertidos a los cultivos sin ningún tipo de tratamiento previo (de las 289.6 ha cultivadas, el 72.2% son cultivos de café, el 23.2% de plátano y el 2.6% de aguacate).

El 100% de los caficultores pertenecientes a la red de Cordilleranos del Quindío poseen certificación en procesos de producción agrícola (el 38% de los predios cuentan con certificación de Rain Forest Alliance, el 25% pertenecen al proceso de Verificación 4-C, el 15% cuentan con Practices, el 9% UTZ -Kapeh, el 9% presentan certificados I.C.A. y sólo el 1% están certificados en buenas prácticas agrícolas (B.P.A.), de estos certificados el 81% corresponde al cultivo de café y el 19% restante a plátano), además, el 93% de los caficultores están conectados al acueducto municipal o a los acueductos rurales administrados por el comité de cafeteros departamental, sin embargo, el 7% no cuenta con este recurso. Por otra parte, el 90% de los caficultores utilizan para el tratamiento de aguas residuales pozo séptico, mientras el 3% plantas de tratamiento y los restantes poseen alcantarillado para la disposición directa de las aguas residuales.

Tratamiento de las aguas mieles con el electrocoagulador

Para determinar la eficiencia de remoción de la materia orgánica presente en las aguas residuales, durante el proceso de electrocoagulación, se tomó en cuenta la cantidad de disminución de la conductividad eléctrica, ya que ésta se utiliza como parámetro de medida de la cantidad de sólidos totales disueltos y de la concentración de sales disueltas en el agua.

Al aumentar el tiempo de electrocoagulación disminuye la conductividad eléctrica final en las muestras de aguas mieles, mientras el pH alcanza valores cercanos a pH neutro, sin embargo, el tratamiento que presentó mayor efectividad en la remoción de la materia orgánica fue el tratamiento 3, con un porcentaje de remoción del 73% aproximadamente (Tablas 1 y 2). Hay que tener en cuenta que el porcentaje de remoción de la materia orgánica presente en las muestras depende de las variaciones atribuidas al origen, razón por la cual los resultados obtenidos en el tratamiento 2 no fueron los esperados. Es aconsejable para futuras investigaciones realizar el tratamiento de electrocoagulación en cada una de las fincas analizadas ya que se dispone de equipos portátiles para ello. Los resultados obtenidos de conductividad eléctrica y de pH se encuentran por debajo de los valores estipulados en el decreto nacional 1575 de 2007 y por CAPRE y la OMS para agua para consumo (50 y 1000 y entre 250 y 400 μS respectivamente; pH entre 5.8 y 8.5) (9, 10).

CONCLUSIONES

Los resultados de conductividad obtenidos con el tratamiento 3, son aptos para disponer a fuentes hídricas o recircular en el mismo proceso de beneficio. El propósito de este proyecto es continuar con el proceso, en el cual se pueda estandarizar las aguas resultantes del proceso de electrocoagulación.

El proceso de electrocoagulación resulta ser una alternativa económica, eficiente y de fácil adopción por parte de los pequeños productores para reducir los contaminantes presentes en las aguas mieles.

AGRADECIMIENTOS

A Iván Darío Calle, Cristian Gil, Jonathan Mahecha, Duván Ortiz y Oscar Salcedo estudiantes de Ingeniería Agroindustrial por su apoyo en el trabajo de campo y a la Asociación Cordilleranos del Quindío por permitir el desarrollo del proyecto

References

REFERENCIAS

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