Gestión del estiércol

Capacidad de almacenamiento de estiércol

La capacidad de almacenamiento de estiércol es el factor limitante #1 para la expansión del rebaño y una consideración importante para la ubicación y la obtención de permisos para una nueva instalación lechera. 

En Estados Unidos, los planes generales de gestión de nutrientes se basan en límites de 1 a 1,5 acres (0,4 a 0,6 hectáreas) por vaca para el nitrógeno y de 2,5 a 4 acres (1 a 1,6 hectáreas) por vaca para el fósforo, pero deben cumplirse las normas de permisos regionales específicas.

Para Norteamérica, se sugiere mínimo Las capacidades de almacenamiento de estiércol para 12 meses de almacenamiento son:

1 millón de galones por cada 100 vacas al año

3,8 millones de litros por cada 100 vacas al año.

Por ejemplo, 1000 vacas requerirían 1000/100*1 = 10 millones de galones.

(1000/100*3,8 = 38 millones de litros)

Basándose en el peso corporal promedio, se puede utilizar el siguiente cálculo:

# vacas x ((peso promedio de la vaca libras/1000) x (2 o 2.1 pies³ por día) x 365) x 7.48

Por ejemplo, 1000 vacas de 1500 libras requerirían 1000 x (1500/1000) x 2 x 365 x 7,48 = 8,2 millones de galones (31 millones de litros).

Utilice 2 pies³/día por cada 1000 libras (57 litros cúbicos/día por cada 454 kg) de peso vivo para lecho orgánico en establos libres y 2.1 pies³/día (59 litros cúbicos/día) para lecho de arena. Para alojamiento con lecho suelto, utilice 2.2 (lecho picado) o 2.3 pies³/día (62 o 65 litros cúbicos/día) para cama de paja larga.

Instalaciones de almacenamiento de residuos

Existen seis tipos de depósitos y estructuras para el almacenamiento temporal de residuos, pero el tipo de depósito o estructura elegido dependerá de la ubicación de la planta láctea.

1. Arcilla in situ
2. Revestido de arcilla
3. Revestimiento de geomembrana
4. Arcilla geosintética revestida
5. Revestido de hormigón
6. Revestimiento estructural

De estos seis tipos, las fosas revestidas con arcilla, arcilla, geomembrana y arcilla geosintética pueden utilizarse con la mayoría de los tipos de lecho, excepto arena, a menos que se combinen con una fosa revestida de hormigón para retener el estiércol con arena. Sin embargo, en el caso de las fosas revestidas con arcilla geosintética, la arena debe eliminarse por completo del flujo de residuos antes de que entre en la fosa. Se puede considerar la colocación de una cubierta sobre las estructuras de almacenamiento para reducir la acumulación de residuos adicionales, como el agua de lluvia.

A continuación se presenta una descripción general de las opciones de almacenamiento de residuos y sus costos, según Drew Zelle y Matt Woodrow, ingenieros profesionales del DATCP, y Ryan Rice del LWCD del condado de Fond du Lac. Para obtener más información, consulte la Norma de Prácticas de Conservación del Servicio de Conservación de Recursos Naturales para instalaciones de almacenamiento de residuos (Código 313). Las tablas provienen del Código 313.

1. Canteras de arcilla in situ

Las fosas de arcilla in situ son la opción más rentable para el almacenamiento de estiércol, siempre y cuando la arcilla esté fácilmente disponible y el material sobrante pueda eliminarse en el mismo lugar. Los costos están asociados con la extracción y excavación de la arcilla. Se requieren puntos de agitación de concreto con taludes laterales construidos en una proporción de 2:5:1.

2. Pozos revestidos de arcilla

Las fosas revestidas de arcilla pueden tener una profundidad máxima de 7,6 metros (25 pies) con un revestimiento de 1,7 metros (5,7 pies) de espesor. El revestimiento debe protegerse de la abrasión de la arena. El clima húmedo dificulta enormemente el mantenimiento de estas fosas. La excavación, importación y compactación de la arcilla incrementan los costos.

3. Pozos revestidos con geomembrana

Las fosas revestidas con geomembrana se utilizan cuando no se dispone de arcilla de buena calidad o cuando su transporte es demasiado lejos. Requieren una membrana de 0,6 cm de espesor con un sistema de ventilación para eliminar los gases. El éxito de estos sistemas depende de una preparación precisa. La superficie lisa permite una excelente agitación y la fosa se puede ampliar fácilmente. Sin embargo, las reparaciones del revestimiento pueden resultar costosas.

4. Pozos revestidos con arcilla geosintética

Debido a la extensa preparación del subsuelo necesaria para la instalación del revestimiento, las condiciones climáticas húmedas pueden dificultar considerablemente el proceso. El revestimiento consiste en un producto de arcilla bentonita que se coloca entre dos geosintéticos y queda en contacto directo con el suelo subyacente. La excavación, la preparación y las reparaciones del revestimiento incrementan los costos.

5. Revestido de hormigón

Los pozos revestidos de hormigón pueden diseñarse con hormigón impermeable o compuesto de hormigón. El hormigón impermeable puede ser más caro, pero con un menor número de coladas, la calidad es superior y las juntas de dilatación específicas diseñadas para controlar el agrietamiento quedan mejor protegidas con sellos de PVC. El coste del hormigón impermeable en Wisconsin es actualmente de 1,54 USD por pie cuadrado (2015), pero podría aumentar, y a esto se suman los costes de instalación de sellos impermeables.

El hormigón compuesto es entre 10 y 151 TP3T más barato que el hormigón impermeable, y se puede verter durante todo el día, pero la calidad se resiente ya que el suelo subyacente se utiliza para ayudar a la protección contra fugas sin sellos.

Estos pozos suelen tener un espesor de 5 a 6 pulgadas (13 a 15 cm). Ambas opciones son ideales para arena y permiten un acceso ilimitado para la maquinaria.

6. Hormigón estructural

El almacenamiento de hormigón sobre el suelo es una buena opción para lugares con espacio limitado o como parte de una instalación general. Las paredes verticales no pueden superar los 3 metros de altura, pero las estructuras circulares pueden alcanzar mayor altura. El costo promedio de una pared de 2,4 metros es de aproximadamente 140 USD por metro lineal (2015). Este tipo de estructura es difícil de ampliar, pero puede implementarse en sistemas de varias etapas.

Sacar el estiércol del establo

Las vacas en periodo de lactancia producen alrededor de 68 kg (150 libras) o aproximadamente 68 litros (18 galones) de estiércol al día o más, y este debe almacenarse y manipularse de forma segura de acuerdo con las regulaciones estatales y federales.

Ropa de cama orgánica

Con material de cama orgánico, las opciones de transferencia y almacenamiento de estiércol son relativamente sencillas. A menudo bastan los canales de flujo por gravedad y una laguna simple revestida de arcilla, del tamaño adecuado.

Lecho inorgánico (arena)

Los canales de flujo por gravedad suelen fallar con estiércol cargado de arena y, por lo tanto, no se recomiendan.

Existen cuatro opciones viables para sacar el estiércol cargado de arena del establo:

1. Vacío
2. Raspador
3. Barrena
4. Canal artificial

Tanques de vacío

En rebaños más grandes, se han utilizado camiones cisterna de vacío para recoger el estiércol directamente de los pasillos y descargarlo en un sistema centralizado de gestión de estiércol.

Esta opción requiere un hormigón de mayor calidad en los pasillos de acceso para compensar el peso del camión y evita el riesgo de obstrucción en los canales de transferencia.

Raspador

Esto implica raspar el estiércol hacia un canal y usar un rascador montado sobre alambre para sacarlo del canal y depositarlo en un pozo de recolección. Estos rascadores suelen abarcar todo el ancho del establo (aproximadamente de 100 a 120 pies o de 30,5 a 36,6 metros de ancho).

Estos sistemas pueden obstruirse y se han reportado casos de rotura del cable rascador. El pozo de recepción también es un lugar donde puede acumularse arena, lo que requiere el uso y mantenimiento regular de un agitador en el fondo del pozo.

 Barrena

El raspado hacia un canal equipado con un sinfín de tornillo horizontal es una opción común. Actualmente, se pueden encontrar sinfines individuales de hasta 51,2 metros (168 pies) de longitud, y se pueden combinar varios sinfines para lograr cualquier trayectoria de flujo deseada.

Las brocas pueden fallar, especialmente en las juntas, pero muchas se han instalado sin problemas.

Canales

Los canales de acueducto utilizan una pendiente para conducir el agua a alta velocidad hacia el establo. El estiércol se raspa o se arrastra desde el pasillo, ya sea manualmente o con un raspador automático o un sistema de limpieza de pasillos, hacia el canal, y se transporta lejos del establo a lo largo del mismo. Los canales de acueducto se suelen utilizar junto con un sistema de canal de sedimentación de arena.

La construcción del canal debe seguir estas directrices:

1. El tubo del canal debe tener un diámetro de 46 a 91 cm (18 a 36 pulgadas) (se necesitan tubos más anchos para pasillos de descarga; los más estrechos son compatibles con sistemas de raspado). Refuerce las aberturas por donde se raspa o descarga el estiércol para evitar que el tubo colapse.
2. El tubo del canal Siempre debe tener una pendiente descendente desde el granero de al menos 0,5-0,75% (una pendiente de 0,25% puede ser suficiente para los sólidos del estiércol).
3. Para sistemas de canal de sedimentación, el agua del canal debe comenzar con menos de 2% de sólidos orgánicos, Generalmente, el agua proviene de una bomba flotante ubicada a 0,6 metros (2 pies) por debajo de la superficie de la laguna. Varias lagunas en secuencia proporcionan el agua más limpia en la última laguna, y los muros de drenaje intermedios pueden retener hasta 601 TP3T de los sólidos orgánicos de la laguna anterior. ¡El agua de descarga limpia tiene menos olor!
4. El agua del canal debe entrar al canal en >5 pies por segundo (1,5 m/s), preferiblemente de 7 a 8 pies/seg (2,1 a 2,4 m/seg), lo que requiere la entrega de más de 600 galones por minuto (2.271 litros por minuto) en la salida del canal.

El funcionamiento de los canales depende del suministro de agua limpia. Por lo tanto, son muy susceptibles a las inversiones de la laguna (donde los sólidos orgánicos flotan en la superficie de la laguna), lo que conlleva una pérdida de agua de lavado disponible. El uso de polímeros orgánicos puede ayudar a prevenir las inversiones y resolverlas cuando ocurren (p. ej. Unidad de hidratación de polímeros BEI de Trident Separators).

Sistemas de descarga de callejones

Los pasillos de descarga reducen considerablemente la mano de obra y pueden utilizarse con un sistema de canalización y decantación de arena para reciclarla. Estos sistemas se utilizan en rebaños de tan solo 120 vacas.

Los pasillos pavimentados deben tener una pendiente mínima de 2% para evitar la acumulación de arena, y el pasillo de alimentación debe tener una pendiente de 2 cm (3/4 de pulgada) desde el riel de alimentación hasta el borde del establo para lograr un flujo de agua rápido alrededor de los establos y evitar la acumulación de arena. El borde del establo puede tener una muesca con una tabla de 5 cm (2 pulgadas) para permitir que el agua de lavado fluya pegada al borde.

Se requiere un tanque de descarga para almacenar suficiente agua, la cual se mantiene a presión mediante un cabezal de descarga equipado con un freno neumático. Cuando se libera el aire, el cabezal de descarga se abre y el agua fluye rápidamente por el pasillo.

Suelos de listones

Los sistemas de pisos de rejilla no son compatibles con instalaciones con camas de arena. Las rejillas son anchas y resultan traumáticas para las pezuñas de las vacas, por lo que no se recomiendan para instalaciones ganaderas.

Sistemas de recuperación de arena

La arena se encuentra retenida en la estructura mucosa (pegajosa) gelatinosa del estiércol, y es aproximadamente 2,5 veces más densa que este. Todos los sistemas de separación requieren que el estiércol con arena se mezcle con agua en una proporción de 1:1; en esta proporción, la viscosidad del estiércol disminuye y la arena comienza a sedimentarse. Con los sistemas de lavado se obtienen diluciones de 5:1.

Las opciones de separación se clasifican generalmente en dos tipos de sistemas: sistemas de sedimentación por cinta y sistemas mecánicos. Sin embargo, son comunes los sistemas híbridos que combinan ambos.

Ambos sistemas deben procurar separar entre 90 y 95 TP3T de arena del estiércol con menos de 41 TP3T de sólidos orgánicos, lo cual es posible con ambos tipos de sistema. Se deben evitar los tipos de arena fina, ya que son difíciles de separar; por lo tanto, se suele recomendar arena para mampostería o concreto.

Las normas ASTM para el análisis de tamizado de arena para mampostería y hormigón son las siguientes (cualquiera de estas, o algún valor intermedio, son tamaños de partículas de arena aceptables para sistemas de separación mecánica):

A continuación se presenta una comparación de las dos grandes categorías de sistemas de separación de arena:

Sistemas mecánicos

Los sistemas mecánicos se basan en la mezcla de estiércol con arena y agua en un tanque de recolección, de modo que la arena se deposita en el fondo. Desde allí, se puede extraer mediante un sinfín para formar una pila, mientras que la fase líquida del estiércol pasa por un proceso de separación de sólidos orgánicos y luego se bombea a la laguna. Cada vez es más común que la arena separada pase por un ciclo de deshidratación mecánica antes de ser apilada.

Existen varios sistemas mecánicos comerciales disponibles, entre los que se incluyen, pero no se limitan a:

• Corporación McLanahan
• Separadores Trident
• Daritech

Los canales de achique pueden utilizarse con sistemas de separación mecánica vaciando el canal en una zanja perforada. La zanja suele tener 18,3 metros de largo, 1,2 metros de ancho y profundidad variable, con un sinfín inverso en el fondo que arrastra la arena hacia el separador mecánico en dirección opuesta al flujo del estiércol.

Calles de asentamiento

Las claves para la construcción y operación exitosas de carriles de sedimentación de arena son las siguientes:

• Traslada el estiércol cargado de arena a lo largo de un canal a más de 1,5 m/s y descárgalo en un tubo mezclador de 12,2 m a 18,3 m de longitud antes de entregarlo al canal de arena. Evita bombear desde un pozo de recolección, ya que la arena acabará depositándose en el fondo.
• Se vierten carriles de hormigón, normalmente dos uno al lado del otro, de 3 a 3,7 metros (10 a 12 pies) de ancho (dependiendo del ancho del equipo utilizado) y de 7 a 91,4 metros (150 a 300 pies) de largo (cuanto más largos, mejor).
• Vierta con una pendiente de 0,25% y evite las curvas en horquilla a menos que sea necesario.
• Crear una plataforma de drenaje a cada lado de los carriles donde se pueda apilar la arena, con drenaje hacia el carril y capacidad para almacenarla durante 6 a 8 semanas.
• Profundidad mínima de 25 cm (10 pulgadas), pero puede llegar hasta 1,2 m (4 pies). Los carriles más profundos pueden funcionar a temperaturas más bajas en invierno.
• Descarga del canal a >600 galones por minuto (2271 litros por minuto) con una compuerta para regular la velocidad de descarga. Es preferible la descarga perpendicular al carril, y se recomienda ensanchar inicialmente el carril 30 al 50% para que el flujo de estiércol se disperse rápidamente.
• Procure alcanzar una velocidad de 0,5 m/s (1,5 pies/s) al inicio del carril y mantener una velocidad superior a 0,3 m/s (1 pie/s) al final del mismo para evitar que la materia orgánica se deposite en el fondo. En un carril correctamente diseñado, la mayor parte de la arena se depositará en los primeros 24,4 m (aproximadamente 80 pies).
• Retire la arena del carril para mantener la velocidad según sea necesario.

Ejemplo de una doble vía de sedimentación con una zona de deshidratación.

Opciones sin recuperación de arena

Si la lechería decide no reciclar la arena, considere lo siguiente:

1. Reducir la cantidad de arena utilizada

Por lo general, el uso de un sistema Pack Mat reduce a la mitad la cantidad de arena utilizada por día, a aproximadamente 20 libras (9,1 kg) de arena por establo por día.

2. Garantizar que se pueda retirar la arena de la laguna.

Se puede construir una laguna de dos etapas de manera que la arena se deposite en la primera etapa, mientras que el estiércol se filtre por encima de un muro de drenaje hacia la segunda etapa. La primera etapa de la laguna debe tener un piso de concreto con un punto de acceso inclinado para la maquinaria que retira la arena.

El uso de una embarcación agitadora o salamandra para remover los sólidos del fondo de la laguna también ha supuesto una mejora reciente en la eliminación de arena de los sistemas lagunares.