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Agricultural & Natural Resource Engineering Applications

   

 

 

Calidad del Aire y Control de Olores de Instalaciones de Producción Porcina*

 

John P. Chastain, Ph.D. Profesor Department of Agricultural and Biological Engineering Clemson University, Clemson, SC USA

ANREA - 071

  Sept. 2007

Para que un olor sea detectado, los compuestos olorosos que lo causan deben: (a) formarse, (b) ser liberados a la atmósfera y (c) transportados al receptor. Estos tres pasos proveen la base para el control de la mayoría de los olores. Si uno de estos pasos es inhibido, el olor disminuirá. Muchos de los mismos compuestos que causan olor en una granja de cerdos tienen efecto en la calidad del aire dentro de los edificios. Como resultado, muchas prácticas que ayudan a controlar el olor también mejoran la calidad del aire. El olor que se detecta de una operación porcina es una mezcla compleja de gases. La mayoría de las veces el olor es el resultado de la descomposición anaeróbica no controlada del abono. Sin embargo, alimento descompuesto también puede contribuir al olor. Lo que detectan nuestras narices puede llegar a ser una combinación de 60 a 150 compuestos diferentes. Algunos de los más importantes tipos de compuestos que producen olor son: ácidos grasos volátiles, mercaptanos, ésteres, carbonilos, aldehídos, alcoholes, amoníaco y aminas. La intensidad del olor de estos compuestos no se combina de manera aditiva. Esto es, algunas veces la mezcla de muchos de estos compuestos puede resultar en una reducción del mismo, debido a la dilución de los que tienen olor más intenso. En otras ocasiones, la mezcla es peor que cualquiera de los compuestos individuales. El amoníaco puede generar fuertes olores cerca del almacén o edificio de abono, pero no es un componente significativo del olor viento debajo de una instalación porcina. El amoníaco es altamente volátil y asciende rápidamente en la atmósfera, donde se diluye. Si todo esto le suena confuso, bienvenido al club. Con el propósito de desarrollar un plan de manejo para el control de olores, Las fuentes de los mismos deben ser entendidas completamente. Las fuentes de olor de cerdos pueden ser clasificadas en las siguientes tres categorías: Edificios e instalaciones, almacenamiento de excretas, y terrenos de aplicación. El propósito de este documento es proveer un resumen de métodos sencillos para el control de los olores en granjas porcinas.

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Traducido al español por Miguel Silva, IPEP / IRG-USAID

Edificios e Instalaciones Las fuentes de olores dentro y alrededor de construcciones para cerdos incluyen: • • • • • •

Pisos y paredes húmedas, cubiertas de excremento excrementos en pozos de recarga limpiados inapropiadamente cerdos sucios, cubiertos de excremento alimento dañado o mohoso polvo de alimentadores y cerdos, y disposición inadecuada de cerdos muertos

La solución para la mayoría de estas fuentes de olor es un manejo bueno, basado en el sentido común. • • • • • •

Lavar las plumas de manera regular recoger y remover el excremento de las construcciones tan frecuente como sea posible lavar los pisos diariamente o usar pisos de rejas para mantener a los animales limpios reparar todo los voceros en tuberías y dispensadores de agua limpiar regularmente el equipo de alimentación remover los animales muertos y disponer de ellos apropiadamente.

La cantidad de olor generada por las instalaciones de lavado y pozos de recarga está ampliamente influenciada por la frecuencia y propiedad de la remoción de las excretas de la edificación. Las instalaciones de lavado deben ser bien limpiadas por lo menos 2 veces al día. Sin embargo, el lavado de 4 a 12 veces por día no es extraño en sistemas automáticos. El excremento debe ser retirado de un pozo de recarga cada cinco a siete días. Si una porción de los sólidos permanece en el pozo después del vaciado puede ser una causa de elevados niveles de olor. Para eliminar este problema implemente el siguiente procedimiento cada vez que vacía el pozo. 1. Después de vaciar el pozo, use la bomba de reciclaje para sacar los sólidos remanentes. Esto se hace permitiendo que la bomba de reciclaje corra con la boquilla de drenaje abierta hasta que los sólidos no aparezcan en el flujo. Para sacar los sólidos del lavado de un pozo de esta forma la tubería usada para rellenar el pozo debe estar localizada al extremo de la granja opuesto al drenaje. 2. Después de que todos los sólidos sean eliminados del pozo, cierre la vía de drenaje y llene el mismo con agua de reciclaje inmediatamente. Si los edificios son mantenidos aseados y ordenados, los otros asuntos que deben ser considerados por el control de olores en las edificaciones porcinas son: (1) el sistema de ventilación, (2) el diseño del piso y (3) control del polvo.

Sistema de Ventilación Tanto la ventilación mecánica como natural es usada en todos los tipos de construcciones porcinas. La ventilación mecánica es comúnmente usada en las edificaciones de parto y cría donde el control de la temperatura y los costos de energía de calefacción son importantes. La ventilación natural puede ser usada en estas instalaciones, pero es más común en las instalaciones de gestación, engorde y acabado. Los propósitos de cualquier sistema de ventilación de instalación porcina son: (1) mantener un suministro adecuado de aire fresco a los animales, (2) remover el exceso de humedad en tiempos fríos, (3) remover los gases de combustión de los calentadores, (4) proveer una temperatura adecuada durante la época cálida y (5) limitar el incremento de temperatura durante la época de calor. Los principales transportadores de olores son: gases del excremento, polvo y vapor de agua. Un sistema de ventilación

 

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bien diseñado mantendrá bajo control los niveles de todos ellos, por lo que es un factor importante en el control de olores de edificaciones porcinas. Una forma fácil y objetiva de evaluar la necesidad de un sistema de ventilación para el control de olores y la calidad del aire dentro de instalaciones es tomar medidas de gas durante la época fría. Esto es, bajo las condiciones de flujo de aire mínimo. El dióxido de carbono y el amoníaco son los gases más importantes a ser medidos. Las concentraciones de dióxido de carbono dependerán de la tasa de ventilación y el número de animales en el edificio. Las concentraciones de amoníaco están influidas tanto por el sistema de ventilación como por el sistema de desperdicios. Si las concentraciones de estos gases están por debajo o al nivel recomendado entonces otros gases estarán típicamente, dentro de los valores recomendados. Las concentraciones recomendadas de algunos de los gases más importantes en las instalaciones porcinas se muestran en la Tabla 1. La tasa de ventilación requerida en el verano es por lo menos 10 veces mayor que la tasa mínima continua. Por lo tanto, las concentraciones de gases desde los edificios son frecuentemente mínimas durante el verano en una instalación bien diseñada.

Tabla 1. Concentraciones de gases recomendada para mantener la calidad del aire y el control de olores en edificaciones de cerdos. Gas Dióxido de Carbono Amoníaco Sulfuro de Hidrógeno Monóxido de Carbono

Olor Ninguno Agudo, irritante A huevo podrido Ninguno

Concentración Máxima Recomendada 3,000 ppm 15 ppm 3 ppm 50 ppm

Ventilación Mecánica La ventilación por extractores es el tipo de sistema más común usado en las instalaciones porcinas modernas. Consiste en tres componentes básicos: abanicos de tamaño adecuado, entradas de aire fresco del tamaño adecuado y ubicación apropiada y los controles. Los abanicos y entradas deben ser diseñados para proveer por lo menos tres niveles de ventilación. Un nivel mínimo y continuo para el invierno, un nivel medio para controlar la temperatura durante la primavera y el otoño y un nivel máximo para controlar las alzas de temperatura en las edificaciones durante el verano. Las ventajas de la ventilación mecánica son: (1) la tasa y distribución del flujo de aire puede ser controlada precisamente durante cualquier condición del tiempo, (2) la energía de calefacción necesaria puede ser reducida en los salones de parto y cría usando un controlador que apague el calentador cuando el segundo nivel de abanicos sea activado por los termostatos, y (3) la tasa máxima del flujo durante los períodos de poco viento del verano. La desventajas de la ventilación mecánica son: (1) el costo de energía para operar los abanicos, (2) el costo en mantenimiento de los abanicos, las entradas de aire y los controles, (3) la necesidad de un generador de respaldo para uso durante los apagones y (4) los costos de los repuestos. Muchas de las desventajas de la ventilación mecánica puede ser resueltas si: (1) se compran abanicos de alta calidad y bajo consumo, (2) se seleccionan entradas de aire de diseño duradero y (3) el uso de cortinas en las paredes diseñadas para recogerse en el caso de una falla de energía.

 

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Ventilación Natural La ventilación natural usa los vientos locales y compensación térmica, con frecuencia conocida como el efecto de acumulación, para mover el aire a través de la estructura. Los abanicos no son usados. En cambio, la cantidad de flujo de aire es determinada por el tamaño y disposición de las aberturas, la inclinación del techo y la orientación del edificio con respecto a la dirección de los vientos predominantes. Las cortinas de pared controladas por termostatos son usadas para controlar la temperatura interna hasta cierto nivel. Sin embargo, la temperatura del aire de espacios calentados, tales como áreas de parto o cría, pueden ser mejor controladas con la ventilación mecánica. Las áreas de gestación, engorde y acabado son buenos candidatos para la ventilación natural. Las ventajas de un sistema de ventilación natural son: (1) reducción de costos operativos de cara a los sistemas mecánicos, (2) preocupación mínima de pérdida de ventilación debido a fallas de energía y (3) disminución de costos de iluminación durante el día debido a mayores niveles de luz natural. Las desventajas de la ventilación natural son: (1) poco control de la temperatura para animales pequeños durante la época fría, (todos) reducción del control de la distribución del aire dentro de la estructura y (3) falta de efectividad durante las condiciones de viento mínimo durante el verano.

Información Adicional Sobre el Diseño de Sistemas de Ventilación Las siguientes publicaciones ofrecen información detallada sobre el diseño de sistemas de ventilación: • Mechanical Ventilating Systems for Livestock Housing (MWPS-32, Midwest Plan Service, Iowa State University), • Heating, Cooling, and Tempering Air for Livestock Housing (MWPS-34, Midwest Plan Service, Iowa State University), y • Natural Ventilating Systems for Livestock Housing (MWPS-33, Midwest Plan Service, Iowa State University). Estas publicaciones pueden ser obtenidas, en inglés, de the MidWest Plan Service en www.mwps.org.

Diseño del Suelo y Ventilación de Pozo El diseño del suelo puede tener un gran impacto sobre el olor generado por una edificación porcina. Investigaciones tanto en Estados Unidos como en Europa han indicado que ranuras o pequeños canales de desagüe tienden a incrementar la producción del olor. Las superficies húmedas cubiertas de excretas emiten más amoníaco y otros compuestos olorosos que en los pisos anulados. La razón de esto es que los pisos remunerados en instalaciones bien ventiladas pueden mantenerse más secos puesto que los líquidos drenan a través de un pozo de excretas. Muchos productores porcinos están al tanto de esto y como resultado la mayoría de las nuevas instalaciones porcinas utilizan pisos total o parcialmente ranurados. Los pisos ranurados pueden ser usados con los siguientes tipos de sistemas de recolección de excretas: listones sobre un canal rasante, listones sobre canales de horquilla, listones sobre pozo de recarga o listones sobre pozo de almacenaje de excretas. Para todos los tipos de pisos ranurados la mejor estrategia para un máximo control de olores es extraer una parte del aire de ventilación a través del pozo o el canal. Los anexos de un pozo pueden ser usados para extraer el aire mínimo continuo y el de ventilación en tiempo cálido a través de las ranuras en el suelo. Tal "ventilación de pozo" asegurará aire fresco a nivel de los animales y mantendrá las ranuras secas. El resultado es un mejor ambiente para los cerdos y las personas que trabajan en las instalaciones.

 

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El valor de una instalación bien ventilada usando la extracción de aire por pozos, queda mejor demostrada al observar los datos de una granja que tienen sistema de ventilación pobre y fue ajustada para proveer de ventilación por pozos al nivel mínimo (Tabla 2). En este caso, las excretas son almacenadas en un tanque de concreto por debajo del piso ranurado por aproximadamente ocho meses. La siguiente tabla provee datos de medidas de gases para los sistemas de ventilación viejo y nuevo durante la temporada fría y a una tasa mínima de ventilación. Los datos mostrados en la tabla indican que la calidad del aire en la granja se mejoró significativamente una vez que el sistema de ventilación de pozos fue instalado.

Tabla 2. Efectos de la mejora de la tasa de ventilación en una porqueriza con el piso rasurado o un pozo de almacenamiento de excrementos. Gas Valor Meta Sistema Viejo Sistema de Ventilación con Pozo Nuevo Dióxido de Carbono 3,000 ppm 5,000 ppm 2,500 ppm Amoníaco 15 ppm 25 ppm 15 ppm

Los datos de granja indican que la concentración de amoníaco en las instalaciones de acabado no es una función del tipo de ventilación, sea mecánica o natural (Tabla 3). Los factores más importantes son la tasa de ventilación y la calidad del sistema de remoción de excretas. Las instalaciones ventiladas naturalmente tienen niveles más bajos de amoníaco debido a la mayor tasa de ventilación, como lo indican las menores concentraciones de dióxido de carbono. La granja con ventilación de pozos estaba sub ventilada durante el invierno, como muestran las concentraciones más altas de dióxido de carbono y amoníaco.

Tabla 3. Medidas de calidad de aire en edificios de acabado con tasas de ventilación mínima en tiempos frío (ambos edificios almacenaron excretas por 12 meses por debajo del piso ranurado). Tipo de Edificación Dióxido de Carbono Amoníaco Pozo ventilado, 1,000 cabezas 4,350 ppm 22 ppm Ventilación natural, 1,000 cabezas 3,050 ppm 19 ppm

Control del Polvo Las partículas de polvo pueden llevar gases y olores consigo. De hecho, una gran porción del olor asociado con el aire de salida de edificios porcinos mecánicamente ventilados son partículas de polvo que han absorbido los olores desde adentro del edificio. Por lo tanto, el control del polvo en las edificaciones puede reducir la cantidad de olor que sacan los abanicos. Altas concentraciones de polvo pueden también ser un riesgo a la salud tanto de los trabajadores como de los cerdos en instalaciones porcinas. El control del polvo mejora las condiciones de trabajo y ayuda significativamente a la reducción de olores. El polvo es generado por el alimento, las excretas y los animales mismos. Los factores que determinan la cantidad de polvo incluyen la limpieza de los edificios, la actividad animal, temperatura, humedad relativa, tasa de ventilación, densidad de los cerdos y el método de alimentación. Las prácticas de manejo que pueden reducir significativamente la cantidad de polvo en las instalaciones porcinas, se describen a continuación:

 

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Limpiar Regularmente las Superficies Interiores del Edificio. Las instalaciones porcinas modernas están diseñadas en base a un estilo de manejo de "todo entra, todo sale". Esto es, todo lo de los animales de una edad particular o etapa reproductiva es mantenido en la misma habitación, y son movidos a diferentes instalaciones o son mercadeados al mismo tiempo. El tiempo entre los grupos de animales es usado para lavar a presión todas las superficies interiores. El apego estricto a esta práctica ayuda a reducir los niveles de polvo.

Reducir el Polvo de los Alimentos La adición de aceite a las raciones de alimento secas reduce de manera significativa la cantidad de polvo en un edificio. Las raciones de gestación son mezcladas frecuentemente con agua, lo cual reduce grandemente el polvo. El mantenimiento adecuado y regular de los alimentadores, dispensadores y otros equipos de manejo de alimentos es necesario para un apropiado control del polvo.

Rociar a los Cerdos con Aceite o Agua Investigaciones recientes hechas en Canadá, indican que el rociado frecuente de los cerdos y los encierros, con un aceite ligero puede reducir mucho el polvo. La investigación señaló que el olor dentro de las salas rociadas era mucho menor que en las no tratadas. La cantidad de esfuerzo respiratorio requerido por los trabajadores en la instalación también se redujo.

Control de Olores en el Almacenamiento de Excrementos Los depósitos de excremento no están diseñados para el tratamiento del mismo. Solo proveen almacenamiento hasta que es usado en el terreno de cultivo como un fertilizante natural. Los excrementos mezclados (sólidos y líquidos) se descompondrán de manera anaeróbica en un depósito y liberarán olores fuertes. Estos olores son más frecuentes cerca de la estructura de almacenamiento durante la agitación y bombeo para su aplicación al terreno. El propósito de esta sección es resumir algunas de las opciones para el control de los olores más comunes en los depósitos de excrementos.

Cubiertas Un método efectivo de controlar la liberación de olores de un estanque o tanque de almacenamiento de excrementos es usar una cubierta. Añadir una cubierta puede reducir el olor entre un 40% y un 95%, dependiendo del material usado para la cubierta (Tabla 4). Las cubiertas pueden ser de materiales naturales o sintéticos. Pueden también ser flotantes o estar colgados.

 

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Tabla 4. Reducción de olores y costo relativo de diferentes cubiertas para depósitos de excrementos (adaptado de una revisión hecha por Nicolai et al., 2004) Costo de inversión Tipo de Reducción de olor cubierta Material (%) Vida útil ($US / m2) Permeable Biocubierta (20 a 30 cm) 40 a 90 2 a 6 meses $0.30 a $1.20 Geotextil 40 a 65 3 a 5 años $1.50 a $1.90 Geomembrana + 3 a 5 años[2] $1.80 a $3.10 69 a 78[1] Biocubierta (20 cm) Impermeable

[1] [2]

Tapa de Concreto Tapa de madera Plástico Flotante (HDPE) Domo plástico inflable

95 95 60 a 78 95

10 a 15 años 10 años 10 años 10 años

N/A N/A $3.60 a $6 $8 a $18

Valores de Clanton et al. (2001). La cubierta puede requerir reemplazo periódico. Se desconoce la vida útil.

Biocubiertas Las cubiertas hechas de residuos de plantas son llamadas biocubiertas. Una biocubierta consiste de una capa flotante de 20 a 30 cm de cáscara o tallos de maíz cortados (Figura 1). Los materiales que han sido usados como biocubiertas incluyen paja de avena o cebada, tallos de maíz cortados y hierba seca.

Figura 1. Una biocubierta formada por una capa de tallos de maíz cortados sobre la superficie de un depósito de excremento de cerdo (Lorimor et al., 1998).

Los principales factores que afectan el desempeño de una biocubierta son la capacidad de flotación de los materiales por un largo periodo de tiempo, y la profundidad del material. La mayoría de las biocubiertas flotarán por unos 2 a 6 meses. A mayor grosor de la cubierta, mayor el tiempo de flotación. La mayoría de las biocubiertas son de 25 a 30 cm de grueso y duran de 4 a 6 meses. El grosor de la biocubierta también influye en la efectividad de reducción de olores. Resultados de un estudio de laboratorio bajo condiciones controladas indicaron que una biocubierta de cáscaras de 10 cm resultaba en una reducción del olor en un 60%, al compararse con un tanque de excremento de cerdos al descubierto (Bicudo et al., 1999). El incremento del grosor a 20 cm produjo una reducción de un 81%

 

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en la emisión de olores. Una profundidad de 30 cm resultó en una reducción del 86% en las emisiones de olor. Aunque el incremento en la reducción de olores que produce una biocubierta entre los 20 cm y 30 cm es pequeño, muchos productores prefieren el mayor grosor para extender la vida útil de la misma. Con el tiempo, la reducción de la biocubierta disminuirá en la medida que una parte de la cáscara comienza a hundirse, o el viento produce una carencia de uniformidad en la biocubierta. Hacia el final de la vida útil, la reducción de olor puede caer del 80% al 40%. El promedio de reducción de olores que provee una biocubierta de 25 a 30 cm será de un 50% (Nicolai et al., 2004). La biocubierta es una de las más baratas (Tabla 4). Sin embargo, la cáscara o tallos del maíz deben ser reaplicados cada vez que la cubierta comience a romperse debido a hundimiento o acción de las olas. Los depósitos de excrementos deben ser bien agitados antes de remover la mezcla para su aplicación al suelo. Por lo tanto, la biocubierta debe ser reemplazada cada vez que se remueve el excremento del depósito. Dependiendo de la condición del tiempo y el número de veces que los excrementos se aplican al suelo, una biocubierta debe ser aplicada de dos a cuatro veces al año. Una biocubierta es normalmente aplicada a la superficie de un depósito usando un picador / dispersor como se muestra en la Figura 2. Consecuentemente, las biocubiertas son difíciles de usar en estanques de almacenamiento grandes. La máxima superficie líquida que se recomienda para el uso de biocubiertas es 0.81 hectáreas.

Figura 2. Dispersando cascara de avena como biocubierta sobre un estanque de almacenamiento de excrementos (Lorimor at al., 1998).

Usar una biocubierta también influye en el equipo usado para la carga y descarga del depósito. El excremento debe ser cargado por debajo de la superficie de la biocubierta. Muchos tanques y estanques de almacenamiento son cargados por gravedad o bombeo, usando un a tubería cercana al fondo. Si el excremento es añadido por la superficie desde una tubería por gravedad, coloque un codo de 20º a 45º al final de la misma. Otra sección de la tubería o una manga de goma fuerte se puede colocar al tubo para dirigir los excrementos hacia el fondo del depósito. Los excrementos deben ser agitados y removidos usando una bomba centrífuga para el dispersor.

Cubiertas de Geomembranas Las cubiertas de geomembrana se hacen de material no orgánico que flota sobre la superficie de los excrementos; de ahí el nombre de cubierta de geomembrana. Usualmente una geomembrana está hecha de capas de PVCA fundido o fibras de polipropileno. Las membranas son hechas de material que inhiben el paso de los rayos ultravioleta, para reducir la degradación por insolación a niveles aceptables (≈10 años). Están disponibles en diferente grosor y son similares en apariencia y textura (Figura 3).

 

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Figura 3. Geomembrana flotante cubriendo un depósito de excrementos de cerdo (Bicudo, 2002).

  Las cubiertas de geomembranas proveen un nivel de reducción de olor similar a las biocubiertas. La reducción de olor de una membrana nueva puede ser tan alta como del 65% y su desempeño disminuye con el tiempo. Las membranas más gruesas (2.4 mm) proveen mejor control de olores que las finas (1.1 mm; Bicudo et al., 1999). La producción de olor a largo plazo es de alrededor del 50%, el cual es similar que las biocubiertas. Las cubiertas de geomembranas proveen una protección más duradera, pero más costosa (ver Tabla 4). Sin embargo, si se considera que los costos de material y energía asociados con la aplicación múltiple de biocubiertas, el costo de la geomembrana pudiera llegar a ser solo ligeramente superior al de la biocubierta. Las cubiertas de geomembranas presentan un inconveniente de cara a las biocubiertas; la agitación efectiva de los excrementos puede ser difícil de lograr. Los principales equipos de agitación y bombeo proveen una vigorosa mezcla del excremento al bombearlo desde cerca del fondo y descargándolo sobre la superficie a través de un tubo inyector. Tales equipos no pueden ser usados con una geomembrana, por lo que la misma debe ser retirada mientras se realiza la agitación. Proveer una adecuada agitación debajo de una cubierta antes de bombear el excremento al terreno de cultivo, requiere el diseño de un ingeniero. Tales sistemas son mejor diseñados como un componente integral de la estructura de almacenamiento o como un dispositivo hecho a la medida. Una solución posible es diseñar un sistema de dos cámaras. La primera, de menor tamaño, estaría diseñada para retener los excrementos sólidos que decanten. Se usaría una biocubierta para reducir el olor de la primera cámara y la estructura se diseñaría y construiría para facilitar la agitación y el bombeo de excremento con alto contenido de sólidos. La segunda cámara, de mayor tamaño, recibiría y almacenaría las aguas superficiales de la primera cámara. Estos excrementos de bajo contenido de sólidos no requerirían una agitación rutinaria antes de su aplicación al terreno y estaría cubierta por una geomembrana. Mantener las características de flotación de la geomembrana por varios años fue uno de los problemas iniciales encontrados. En ocasiones las membranas volvían a flotar con lentitud después del bombeo de los excrementos para su aplicación. Sin embargo, después de cierto tiempo, volvía a flotar (Nicolai et al., 2004). El uso de membranas más gruesas ayuda a resolver los problemas de reflotación. Este parece ser más un problema de climas fríos y no de climas cálidos. Una innovación reciente en geomembranas ha sido la adición de una capa de espuma plástica de celdas cerradas entre dos capas de geomembranas (Nicolai et al., 2004). Esto ha duplicado la vida útil de las cubiertas y previene el hundimiento. Sin embargo, estas ventajas vienen acompañadas de un precio más alto (Tabla 4).

 

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Figure 4. Una cubierta de geomembrana con flotación adicional de una capa de espuma plástica de celdas cerradas (Nicolai et al., 2004).

Combinación de Cubiertas: Geomembranas + Biocubiertas Una combinación de cubiertas incorpora la efectividad de la biocubierta con la vida útil extendida de la geomembrana. Esto se logra esparciendo una capa de biocubierta sobre una cubierta de geomembrana (Figura 5).

Figura 5. Combinación de cubiertas. Una geomembrana cubierta con una capa de tallos (Lorimor, 1999a).

Investigaciones recientes han indicado que combinando una geomembrana fina flotante con una biocubierta de restos de maíz puede proveer una cubierta efectiva para el control de olores (Tabla 5). La reducción de olores fue mayor cuando el grosor de la biocubierta se incrementó de 10 a 30 cm. El grosor óptimo de la misma se determinó en 20 cm y el grosor de la geomembrana no representó un factor de importancia en la reducción de olores.

Tabla 5. Efecto del grosor de biocubiertas en el desempeño de cubiertas combinadas (adaptado de Clanton et al., 2001). Grosor de Biocubierta Sobre Cubierta de Reducción de Olores Geomembrana (%) 10 cm (4 pulgadas) 47 to 63 20 cm (8 pulgadas) 69 to 78 30 cm (12 pulgadas) 76 a 83

 

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Una cubierta combinada presenta los mismos inconvenientes en lo relativo a la agitación de los excrementos que la cubierta de geomembrana. Consecuentemente, debe prestarse especial atención al diseño y selección de los equipos de agitación y bombeo, al usar esta opción.

Cubiertas Impermeables Todas las cubiertas mencionadas (biocubiertas, geomembranas y la combinación de ambas) son permeables. Este tipo de cubiertas no sellan completamente la superficie de los excrementos. Como resultado, la formación de charcos de agua de lluvia en la superficie puede provocar su colapso. También, los gases de los excrementos pasarán lentamente a través de la misma y no se retendrá debajo de la cubierta, donde el efecto de “balón” pudiera causar un fallo o ruptura de la cubierta. Una cubierta impermeable provee un sello completo a la superficie de los excrementos. Los depósitos de almacenamiento pueden tener una cubierta de estructura rígida de madera o concreto que cierre completamente el mismo. Una cubierta de madera o concreto de diseño apropiado no colapsará debido a la acumulación de lluvia sobre ella, pero requerirá una ventilación para prevenir la formación de gases que se desprendan de los excrementos. Una cubierta de plástico flotante debe diseñarse considerando los inconvenientes que pueden presentar tanto la lluvia por encima de ella, como los gases por debajo (Figura 6).

Figura 6. Una cubierta de plástico impermeable sobre un depósito de excrementos mostrando el agua de lluvia que cayó sobre ella (Lorimor, 1999b).

Un novedoso domo de plástico inflable fue desarrollado y probado por Zang y Gaakeer (1996) para usarse como cubierta impermeable (Figura 7). Su diseño eliminó los problemas asociados con la recolección de lluvia y una reducción de olores del 95%, al proveer ventilación por medio de un abanico de compresión. La principal desventaja es el alto costo comparado a otras opciones (Tabla 4).

Figura 7. Diagrama de un domo inflable de plástico (Nicolai et al., 2004).

 

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  Antes de la agitación y bombeo del excremento, el domo es desinflado y permanece sobre sus soportes. Puertas de acceso permiten la entrada de los equipos de bombeo (Nicolai et al., 2004). Las cubiertas impermeables proveen una reducción de olores altamente efectiva con una larga vida útil. La reducción de olores esperada es de un rango entre el 60% y el 95%, y la vida útil es de 10 años o más (Tabla 4). Sin embargo, estas cubiertas son las de instalación más cara.

Lagunas de Digestión Cubiertas Un estanque en el suelo o tanque puede ser diseñado y operado como un digestor anaeróbico. Este tipo de digestores utilizan bacterias anaerobias para tratar los excrementos. Un estudio reciente (Chastain et al., 2002), señaló que un digestor de laguna cubierta puede ser una forma práctica de digestor para su uso en zonas cálidas (Figura 8).

Figura 8. Digestor de laguna cubierta (PSU, 2007).

El sistema de cubierta y recolección de gases resuelve el problema y genera otro producto —biogás. Es una fuente de energía proveniente del metano, que es un subproducto de la descomposición anaeróbica. El biogás es entre 60% y 70% metano. El resto es principalmente dióxido de carbono (28% a 29%) y pequeñas pero significativas cantidades de sulfuro de hidrógeno y otros compuestos aromáticos. El biogás debe ser quemado para eliminar su olor. Si se desea, puede ser utilizado como una fuente significativa, pero fluctuante de energía para calor. La temperatura en una laguna de digestión cubierta variará según el promedio de la temperatura en el exterior. Durante los meses de invierno la digestión anaeróbica es lenta, resultando en una disminución en la producción de biogás. En un clima cálido, la producción de biogás se ve grandemente reducida por temperaturas bajas solo de 20 a 50 días al año. Muy poco del nitrógeno se pierde durante la respiración anaeróbica puesto que la cubierta reduce significativamente la volatilización del amoníaco. Durante el proceso de digestión, una gran cantidad del nitrógeno orgánico es convertido en nitrógeno amoniacal (NH4+-N). Por lo tanto, el nitrógeno en el efluente del digestor es más asimilable por las plantas que el del excremento fresco. Los sólidos bien estabilizados que son removidos de un digestor también muestran un olor menor que el excremento no tratado. Como resultado, el olor es menos problema durante la aplicación al suelo que el del excremento no tratado.

 

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Aireación La aireación es el proceso por el cual se añade oxígeno al excremento. Si se añade suficiente aire usando medios mecánicos en un depósito, los excrementos serán totalmente estabilizados y el olor será substancialmente reducido. Sin embargo, el alto costo de la energía eléctrica para los aireadores hace esta opción prohibitiva en la mayoría de los casos. Una aireación lenta ha sido usada para el control de olores en estructuras de almacenamiento de líquidos a un costo energético menor. En general, el oxígeno puede ser suplido a la superficie de un depósito de almacenamiento para suplir de ⅓ a ½ de la demanda biológica de oxígeno (Westermann y Zhang, 1997). Este tipo de aireación debe ser considerada solo si una gran cantidad de tratamiento es aplicado previamente. Algunos productores de cerdos han intentado usar la aireación lenta para reducir el olor de los excrementos no tratados en un estanque o depósito. Puesto que el excremento de cerdo tiene una alta tasa de demanda biológica de oxígeno, la gran capacidad de aireación necesaria para el control de olores ha resultado en costos de electricidad prohibitivamente altos.

Aplicación al Suelo La queja más significativa acerca del olor de las excretas de cerdo por el público es durante y después de su dispersión sobre el terreno. Regar las excretas sobre el suelo, ya por tanqueros o sistemas de irrigación, puede causar fuertes olores. Algunos métodos para reducir el olor o el impacto del olor se presentan a continuación: • • • • •

Use pistolas de irrigación de trayectoria baja y de goteo grueso Inyecte al suelo las excretas blandas o lodosas si es posible. Aplique las excretas en la mañana o en días soleados Aplique las excretas en días de semana, cuando los vecinos tienen una mayor probabilidad de estar lejos de sus casas. Siempre contacte a los vecinos antes de dispersar las excretas, para evitar dañarles sus actividades al aire libre.

Planificando para Minimizar los Olores La importancia del control de olores variará dependiendo de la densidad poblacional del sitio de construcción propuesto. Si la granja está localizada en un área aislada el impacto de los olores sobre el personal y residentes en la granja será la principal preocupación. Los factores que deben considerarse cuando se selecciona un sitio para edificar porquerizas y almacenamiento de excretas son: Dirección de los vientos predominantes, distancia de los vecinos y la residencia de la granja, la topografía y la presencia de cortavientos naturales. Cuando se planifica una instalación nueva es deseable evitar tantos problemas potenciales como sea posible. A continuación presentamos algunos de estos temas a considerar en la selección de un lugar para instalar una granja de cerdos.

Distancia de Separación y los Vecinos No se ha determinado la distancia de separación ideal entre una instalación ganadera y el vecino más cercano para evitar olores molestosos. Esto es en cierta forma subjetivo. Siempre trate de localizar las

 

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instalaciones nuevas donde los problemas de olor puedan ser evitados o minimizados. Asegúrese de estudiar los requerimientos estatales y cumplir con los requisitos locales al inicio del proceso de planificación y antes de comprar el terreno.

Dispersión del Olor Un programa de computadora para Windows se ha desarrollado para su uso como herramienta educativa y ayuda a la toma de decisiones en la planificación de instalaciones porcinas. El principal enfoque es sobre el control y dispersión del olor, con un énfasis secundario en el manejo de nutrientes. El Programa se conoce como PigE2, el cual es un acrónimo en inglés de “Evaluador ambiental de producción porcina”. El PigE2 está diseñado para ofrecer al usuario información en cuatro tópicos: (1) Estrategias de controles de olores, (2) mapeo de la dispersión del olor, (3) inventarios de animales, excretas y nutrientes y (4) regulaciones. El programa utiliza controles de apunte y opciones con entradas numéricas limitadas para presentar tablas de datos, texto y mapas con códigos de color de la dispersión del olor. Una discusión detallada del desarrollo y características del programa es presentada por Wolak et al. (1996) and Chastain and Wolak (2000). Los tópicos incluidos en la sección de control de olor del programa son: métodos para reducir olores de edificaciones, beneficios de almacenes de excretas cubiertos, diseño y manejo de lagunas anaeróbicas para minimizar el olor, métodos de aplicación al terreno para reducir las emisiones de olores, factores a considerar para la selección de sitios para minimizar las quejas por olores y el uso de árboles y cercas para facilitar la dispersión de olores. La sección de mapeo de olores permite al usuario realizar cálculos de dispersión de olores usando un modelo sencillo de Emisiones Gaussiano para predecir el nivel de olores a sotavento de la fuente de olores. El usuario puede introducir las siguientes variables: velocidad del viento, dirección, categorías de estabilidad atmosférica, intensidad del olor de la fuente (en escala de 1 a 5) y uno de dos tipos de topografía. La intensidad del olor se clasifica como: muy bajo (100 OU m3/s)1, bajo (250 OU m3/s), moderado (500 OU m3/s), alto (1,000 OU m3/s) y extremo (10,000 OU m3/s). La topografía puede ser una instalación rodeada por un campo abierto, llano, con cultivos, o rodeada por una barrera de árboles. El resultado del modelo es un mapa con códigos de colores de emisiones de olores. El mapa señala las distancias a sotavento a partir de la fuente donde los olores son ligeros (1 OU), moderados (2-4 OU) o fuerte ( ≥ 5 OU). La siguiente discusión y conclusiones se basan en una revisión de literatura re levante (alguna de la cual se lista al final) y un análisis de sensibilidad usando un modelo de emisiones Gaussiano de dispersión de olores. Estación y hora del día. La hora del día y la estación del año influyen en qué tan lejos viajará el olor de una instalación de cerdos, de un depósito o área de aplicación. El efecto de la hora del día y la estación en la distancia que alcance la emisión de olores se presenta en la Figura 9 para una fuente de olores moderadamente alta (500 OU m3/s), una velocidad de viento de 0.89 m/s y un terreno llano abierto. Los resultados indican que la distancia de la emisión varía de 38 m a 241 m, dependiendo de la hora del día y la estación del año. El peor de los casos es el de una noche clara, debido a la poca mezcla en la atmósfera. Las tendencias mostradas en la figura 9 son similares para mayores tasas de emisión de olores.

                                                             1

La OU (Odor Unit o Unidad de Olor) es una medida de intensidad de concentración de sustancias presentes en un metro cúbico de aire, que pueden ser percibidas por un panel de personas entrenadas al efecto. (Nota del traductor)

 

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NOCHE, DESPEJADO

DÍA DE INVIERNO

NOCHE, NUBLADO

DÍA DE OTOÑO, SOLEADO

DÍA DE VERANO, SOLEADO

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

Distancia Emisión de Olor (m)

  Figura 9. Influencia de la hora del día y la estación del año sobre la dispersión de olores.

Eventualmente, las actividades de las granjas producirán grandes cantidades de olores fuertes. Ejemplo de actividades que tienen el potencial de producir estos olores incluyen la aplicación de excrementos al suelo y la agitación de los depósitos. Realizar tales actividades en el periodo entre la media mañana y comienzos de la tarde en un día soleado, puede reducir grandemente el impacto de los olores en el vecindario y la residencia de la granja. Velocidad del viento y barreras de árboles. La influencia de la velocidad del viento y la presencia de una barrera gruesa de árboles sobre la dispersión de una fuente moderadamente alta de olores se muestra en la Figura 10. Los resultados más importantes se presentan a continuación. •

El incremento de la velocidad del viento de 0.9 m/s a 2.7 m/s disminuye la longitud e la emisión en un 36% en terreno abierto y un 45% si hay barreras de árboles. El incremento de la mezcla con el aire asociado con altas velocidades del viento disminuyo la longitud de la emisión en ambos casos.

•

A una velocidad de 2.7 m/s en un día típico, la presencia de una barrera de árboles disminuyó la extensión de la emisión en un 40%.

En regiones donde la producción de leña es común, la ubicación de granjas en áreas rodeadas de bosques puede ser una estrategia efectiva para reducir la dispersión de olores.

 

15

300

Distancia Emisión de Olor (m) 250

200

150

100

Campo Abierto

50

Barrera Árboles

0 0

5

10

15

20

25

30

Velocidad de Viento (kph)

Figura 10. Influencia de la velocidad del viento y la barrera de árboles en la dispersión de olores.

Peor escenario de dispersión de olores. Muy pocas instalaciones ganaderas generarían olores que viajen más allá de 800 metros. Los olores sólo pueden viajar esta distancia durante la noche, con vientos calmos (3.2 kph o menos) y si la fuente de olor muestra una intensidad extrema (10,000 OU por m3/s). Tal fuente de olor estaría asociada con situaciones como: pisos de concreto sólido de diseño viejo que no han sido limpiados en mucho tiempo (los cerdos podrían también estar cubiertos de excremento) o la agitación de un pozo de recolección de excretas destapado. El diseño adecuado de la instalación y limitar la agitación y de la aplicación al terreno de desperdicios de olores fuertes a horas de la mañana o temprano en la tarde puede generalmente evitar que la intensidad de la fuente no llegue al nivel de “extremo”. Por lo tanto, este peor escenario es relativamente fácil de evitar. Las siguientes tablas (Tabla 6 y 7) muestran los efectos de la intensidad del olor y un incremento en la velocidad del viento a 6.4 kph, situación más típica de las noches.

Tabla 6 Estimados de longitud de penachos de olor bajo condiciones atmosféricas estables (nocturno) y una velocidad del viento de 3.2 kph o menos (terreno abierto) Intensidad de la Fuente Nivel de Olor a Alto Medio Bajo Sotavento Distancia a Sotavento (m) Ligero (apenas detectable por la mitad 570 380 240 de la población) Moderado (detectable 380 240 150 por la mayoría) Fuerte 230 150 76

 

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Tabla 7. Estimados de la longitud de los penachos bajo condiciones atmosféricas estables (nocturno) y a una velocidad del viento de 6.4 kph en terreno abierto. Intensidad de la Fuente Nivel de Olor a Alto Medio Bajo Sotavento Distancia a Sotavento (m) Ligero (apenas detectable por la mitad 380 240 150 de la población) Moderado (detectable 240 150 91 por la mayoría) Fuerte 150 76 61

Efecto de ubicar facilidades ganaderas en claros del bosque. Es una recomendación general que las instalaciones porcinas y de otro tipo sean ubicadas en áreas donde el bosque pueda actuar como amortiguador en la dispersión de olores. El efecto de un bosque denso sobre la dispersión de olores se presenta en la Tabla 8. En las mismas se evidencia que un arbolado denso tiene un gran efecto sobre la dispersión.

Tabla 8. Efecto de una barrera de árboles sobre los estimados de longitud de penachos bajo condiciones atmosféricas estables (nocturno) y a una velocidad de 3.2 kph o menos. Intensidad de la Fuente Nivel de Olor a Alto Medio Bajo Sotavento Distancia a Sotavento (m) Ligero (apenas detectable por la mitad 230 150 110 de la población) Moderado (detectable 150 110 76 por la mayoría) Fuerte 76 76 38

Dispersión del olor durante el día. Es importante entender como ocurre la dispersión del olor durante el día. Nuestras recomendaciones serían manejar las fuentes de olores, pero cuando las operaciones de la granja resultan en olores de corto plazo pero posiblemente intensos, entonces estas actividades deben ser hechas durante el día. Un ejemplo de tales operaciones es la agitación de lagunas de sólidos o descargas. Los resultados del modelo para condiciones diurnas se muestran en la Tabla 9. Estos resultados indican que los olores extremos de corta duración durante el día no tendrán impacto en las personas que estén a más de 300 m de distancia. Los niveles típicos de olor asociados con la operación de instalaciones bien manejadas serán insignificantes. Dirección del viento. La dirección del viento predominante es altamente variable, dependiendo de la proximidad a la costa, colinas, bosques o montañas. Las brisas marinas pueden afectar el patrón local de vientos a muchas millas tierra adentro. Las condiciones locales deben ser tomadas en cuenta. Las construcciones y almacenamiento de excretas deben estar ubicados de manera que los vientos predominantes no lleven los olores en la dirección de la residencia de la granja o los vecinos.

 

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Tabla 9. Estimados de longitud de penachos bajo condiciones atmosféricas neutrales (diurno) y una velocidad del viento de 9.6 kph en terreno abierto. Intensidad de la Fuente Nivel de Olor a Extremo* Medio Bajo Sotavento Distancia a Sotavento (m) Ligero (apenas detectable por la mitad 290 91 76 de la población) Moderado (detectable 190 38 **** por la mayoría) Fuerte 110 **** **** * La intensidad extrema de la fuente es 10 veces más fuerte que Alto **** = muy bajo para distinguirlo

Topografía El flujo del viento es un factor a considerar cuando se construye una nueva instalación en terreno irregular. Durante las noches calmas de verano el aire cerca del suelo comienza a refrescar y desplazarse colina abajo, pues es más pesado que el aire cálido. Si una instalación o almacenamiento de excretas está colocada colina arriba de una comunidad o asentamiento, el aire fresco puede pasar por la instalación, recoger los olores desagradables y ocasionar molestias colina abajo. Este patrón de flujo del aire frío se repetirá a intervalos regulares durante el año. Esto es importante considerarlo, para evitar la instalación de una fuente de malos olores en la corriente de aire. En consecuencia, es mejor escoger un sitio que no esté colina arriba de vecinos cercanos.

Visibilidad de la Granja y Barreras Desafortunadamente muchas personas “huelen” con los ojos. Colocar una barrera natural o artificial entre las instalaciones y la vista del público puede reducir el impacto ambiental de su operación ganadera, especialmente cuando se trata de olores. Considere el plantar muchas filas de de árboles o arbustos de rápido crecimiento, una barrera de tierra o hasta una cerca cortavientos alta entre los graneros y almacenes de excretas y el camino público. Las barreras naturales y artificiales pueden ayudar también a filtrar y dispersar los olores que vengan de las estructuras de la granja. Otra percepción del público es que si una operación luce mal, también olerá mal. Mantenga las instalaciones en buen estado. La grama debe ser cortada regularmente y los equipos deben estar guardados (especialmente los dispersores de excretas, tanques y bombas). Ubicar las instalaciones ganaderas y los depósitos de desperdicios lejos de la vista del público, así como mantener una instalación “nítida”, llamará menos la atención sobre su instalación y mejorará la imagen de toda la operación.

Aditivos Químicos o Biológicos Los investigadores se mantienen trabajando duro para desarrollar aditivos químicos o biológicos que eliminarían o reducirían los olores asociados con desperdicios de cerdos. Hay cuatro tipo de compuestos químicos: (1) Agentes enmascarantes que cubren los olores ofensivos, (2) inhibidores diseñados químicamente para bloquear la percepción de los olores (3) Absorbentes de olor que reaccionan con los compuestos en los excrementos para reducir la emisión de olores y (4) compuestos biológicos como enzimas o bacterias que alteran el proceso de descomposición, de manera que los compuestos olorosos no se producen. Algunos de estos compuestos son añadidos directamente al pozo de excrementos mientras otros son añadidos a los alimentos. Muchos de estos productos comerciales etiquetados para el control de olores han sido decepcionantes. Se ha demostrado que agentes enmascaradores, bacteriales

 

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y enzimas de ayuda digestiva son iinefectivos. Se ha encontrado que los aditivos alimenticios influyen sobre el olor de las heces y orina recientes, pero un panel de expertos no fue capaz de detectar ningún cambio significativo en el excremento en descomposición. Muchos aditivos reductores de olores se encuentran bajo desarrollo. Algunos de ellos parecen reducir los olores. Sin embargo, cualquier productor porcino que use un aditivo debe entender que la mayoría se encuentra aún bajo desarrollo y que cada sitio donde se usen constituye un experimento. Solo el tiempo y la experimentación en granjas determinarán cuáles productos son efectivos.

En Resumen: Sea un Buen Vecino Opere una instalación limpia. Considere plantar árboles y arbustos para mejorar la apariencia de su operación. Mantenga a los vecinos y el público educado e informado acerca de cualquier plan de expansión. Es mucho mejor para usted decirles todos sus planes a dejar que otro que probablemente no conoce todos los detalles, les diga. Conozca a sus vecinos y desarrolle una buena relación con ellos: Invítelos a conocer su granja, apoye a los grupos comunitarios o iglesias locales e involúcrese en las actividades comunitarias. Asista a las reuniones públicas y pregunte sobre sistemas alternativos. Si el público sabe que se preocupa acerca del ambiente y está abierto a nuevas ideas, pueden ser más tolerantes cuando surjan problemas temporales de olores. También, tome acciones ante las quejas que reciba. Revise con los vecinos antes de aplicar excrementos a terrenos agrícolas para asegurarse de que no arruinará ninguno de sus eventos o actividades. Sus vecinos y las personas de su comunidad son consumidores de cerdos, y mantener a los clientes satisfechos es importante en cualquier negocio. Finalmente, puesto que cada vez más las poblaciones urbanas y rurales comparten más el mismo territorio, es crítico que los productores mantengan una buena impresión del público al seguir las recomendaciones que reducen los olores y protegen la calidad del agua.

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Acknowledgements This publication was reviewed by Jim Rickman (retired USDA-NRCS engineer) and was translated by Miguel Silva, IPEP / IRG-USAID. Translation expenses were provided by USAID and was a cooperative effort between the Department of Agricultural and Biological Engineering, Clemson University, and Clemson University Extension.

____________________________________________________________________________________ Permission is granted to distribute this publication, without modification, in electronic or printed form for educational purposes. Information used from this publication must be properly referenced. The reference must include the following: author(s), paper title, paper number (ANREA - XXX), and series title (Agricultural & Natural Resource Engineering Applications). Credit must also be given to the Department of Agricultural and Biological Engineering, and Clemson University Extension. Send inquires by e-mail to John P. Chastain, [email protected]. Use of trade names in this publication is solely for identification. No endorsement of the product(s) named is implied by the Clemson University Cooperative Extension Service nor is any discrimination intended to the exclusion of similar products not named. Clemson University Cooperative Extension Service offers its programs to people of all ages, regardless of race, color, sex, religion, national origin, disability, political beliefs, sexual orientation, marital or family status, and is an equal opportunity employer. Issued in furtherance of Cooperative Extension Work in Agriculture and Home Economics, Acts of May 8 and June 30, 1914, in cooperation with U.S Department of Agriculture and South Carolina Counties.

 

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