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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUIMICA

“ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TECNOLÓGICA DE LA BIODIGESTIÓN

UTILIZANDO EXCRETAS DEL GANADO PORCINO DEL DISTRITO DE LA

ESPERANZA”

PROYECTO DE TESIS

PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO AUTORES : Br. LUIS FERNANDO RAMIREZ BRAVO

Br. CARLOS OCTAVIO VALVERDE CAMPOS ASESOR : Dr. JOSÉ LUIS SILVA VILLANUEVA

TRUJILLO – PERÚ 2013

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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JURADO DICTAMINADOR

DR.WALTER MORENO EUSTAQUIO

PRESIDENTE

ING. JUAN SALDAÑA SAAVEDRA

SECRETARIO

DR. JOSE LUIS SILVA VILLANUEVA

ASESOR



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DEDICATORIA

A mis padres por ser guía y ejemplo de

esfuerzo, por su constante apoyo

y como muestra de mi eterno

agradecimiento.

Br: Carlos Octavio Valverde Campos



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DEDICATORIA

A la memoria de mis padres quien

permanecen en mi a través de su ejemplo

y los recuerdos apoyándome y guiándome

en el camino de la vida

Br: Luis Fernando Ramírez Bravo



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AGRADECIMIENTO Nuestro más sincero y profundo agradecimiento:

Al Dr. José Luis Silva Villanueva, asesor de la presente tesis y dedicación durante el desarrollo del estudio.

Así mismo a los ingenieros de la Facultad de Ingeniería Química por brindarnos sus conocimientos a lo largo de nuestra vida universitaria.

A todas aquellas que de una u otra forma contribuyeron para culminar una etapa más de nuestras vidas.



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PRESENTACIÓN Señores miembros del jurado:

En el cumplimiento con las disposiciones vigentes de Grados títulos de la Universidad Nacional de Trujillo y lo dispuesto por la Facultad de Ingeniería Química, disponemos a vuestra consideración y criterio el presente informe titulado:

“ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD TECNOLÓGICA DE LA BIODIGESTION

UTILIZANDO EXCRETAS DEL GANADO PORCINO DEL DISTRITO DE LA

ESPERANZA”

Con la finalidad de obtener el título profesional de Ingeniero Químico, nos sometemos a vuestro dictamen

Trujillo, 12 de abril del 2013

Los Autores



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ÍNDICE JURADO DICTAMINADOR……………………………………………………………i

DEDICATORIAS………………………………………………………………………..ii

AGRADECIMIENTO……………………………………………………………………iv

PRESENTACION……………………………………………………………………….v

RESUMEN ......................................................................................................... 1

INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 3

CAPÍTULO I I. FUNDAMENTO TEÓRICO.............................................................................. 6

1.1 GENERACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS .................................. 6

1.1.1 RESIDUOS MUNICIPALES URBANOS............................... 7

1.1.2 GESTIÓN INTEGRADA DE RESIDUOS SOLIDOS ............. 9

1.1.3 ESTRATEGIAS DE TRATAMIENTO.................................... 11

1.1.4 SITUACIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS EN EL

DISTRITO LA ESPERANZA .............................................. 15

1.2 EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA ................................... 20

1.2.1 HISTORIA DE LA TECNOLOGIA......................................... 21

1.2.2 PRODUCTOS FINALES DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA. 24

1.2.3 CINETICA DE LAS REACCIONES BIOLÓGICAS ............... 27

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1.2.4 PROCESO MICROBIOLÓGICO Y BIOQUÍMICO ................ 32

1.2.5 PARÁMETROS AMBIENTALES Y DE CONTROL .............. 45

1.2.6 CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS ......................................... 60

CAPÍTULO II II. MATERIALES Y MÉTODOS .......................................................................... 72

2.1 CARACTERÍSTICAS DEL SUSTRATO ............................................. 72

2.2 METODOLOGÍA A UTILIZAR PARA REALIZAR EL ESTUDIO DE

VIABILIDAD....................................................................................... 75

2.3 CONSTRUCCIÓN DE BIODIGESTORES DE PRUEBA TIPO

BATCH............................................................................................... 76

2.4 DISEÑO DE EXPERIMENTO ............................................................ 87

2.5 MÉTODOS ANALÍTICOS .................................................................. 89

2.6 DESARROLLO Y SEGUIMIENTO DE LOS ENSAYOS..................... 91

2.7 CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN DE GAS....................................... 93

2.8 INDICES DE PRODUCCIÓN DE METANO Y CONCENTRACIÓN... 97

2.9 ANALISIS ESTADÍSTICOS ............................................................... 97



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CAPÍTULO III III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................... 98

3.1 EXPERIMENTO 1: DILUCIONES DE LAS EXCRETAS CON

AGUA................................................................................................. 98

3.2 EXPERIMENTO 2: DILUCIONES DE LAS EXCRETAS CON

ORINES ............................................................................................. 108

CAPÍTULO IV IV. CONCLUSIONES ......................................................................................... 123

CAPÍTULO V V. RECOMENDACIONES .................................................................................. 126

VI. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 127

VII. APÉNDICES ................................................................................................ 130



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RESUMEN En el distrito de la Esperanza, provincia de Trujillo, se ubica criaderos de ganado

Porcino, donde habitan aproximadamente 200 familias dedicadas a la crianza de

cerdos como actividad económica principal. La pobreza en la que viven y la

precariedad material y cultural en la que desarrollan esta actividad evidencia una

compleja problemática que interrelaciona temas sociales, económicos,

ambientales y sanitarios. Parte fundamental de la problemática ambiental es el mal

manejo de los residuos orgánicos generados por la actividad ganadera.

Es en la búsqueda de tecnologías apropiadas a dicho contexto y a una adecuada

gestión de los residuos orgánicos en la zona que se plantea el estudio de

Factibilidad Tecnológica de la Biodigestión, utilizando excretas del ganado porcino

del Distrito de la Esperanza.

Considerando la situación, la digestión anaerobia podría ser una tecnología

apropiada para el tratamiento de las excretas en la zona, con dos productos

básicos, fertilizante orgánico, para uso agrícola, y biogás, como energía renovable.

El objetivo de la investigación fue estudiar el proceso de digestión anaerobia en

rango psicrofílico y mesófilico utilizando concentraciones diferenciadas de excretas

de cerdo y dos tipos de diluyentes (agua y orina). Se utilizaron digestores

experimentales tipo batch de 225 L colocados in-situ en criaderos de ganado

Porcino de La Esperanza.

Como resultado se obtuvo que el contenido de sólidos volátiles en las excretas

demuestra que, concentraciones altas diluidas en agua u orina tienden a inhibir la

metanogénesis y disminuir el contenido de metano en biogás, mientras que

concentraciones menores muestran mayor productividad y contenido de metano



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en el biogás. Al finalizar la investigación se concluye que es posible producir biogás empleando

excretas de cerdo de criaderos de ganado Porcino de La Esperanza, sin agitación,

con concentraciones altas de sólidos volátiles, y con un control de proceso básico.

La digestión anaerobia resulta útil obteniendo como productos, una materia más

fácilmente asimilable por el suelo y un gas para ser empleado como combustible.



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ABSTRACT In the district of La Esperanza, province of Trujillo, piggery, home to about 200

families dedicated to raising pigs as the main economic activity is located.

Poverty in which they live and the material and cultural insecurity in developing

this activity demonstrates a complex problem that interrelates social, economic,

environmental and health issues. A fundamental part of the environmental

problem is the poor management of organic waste generated by livestock.

It is in seeking appropriate to that context and proper management of organic

waste in the area Technological Feasibility study of Biodigestion using pigs

excrete District of La Esperanza arises technologies.

Considering the situation, anaerobic digestion could be an appropriate technology

for the treatment of sewage in the area, with two commodities, organic fertilizer for

agricultural use, and biogas as a renewable energy. The aim of the research was

to study the anaerobic digestion process in psychrophilic and mesophilic range

using different concentrations of pig manure and two types of diluents (water and

urine). experimental batch digesters rate of 225 L placed in-situ in piggery of La

Esperanza were used.

As a result it was found that the content of volatile solids in the manure shows that

high concentrations diluted in water or urine tend to inhibit methanogenesis and

reduce the methane content in biogas, while lower concentrations show higher

productivity and methane content in the biogas.

After the investigation is concluded that it is possible to produce biogas using pig

manure piggery of La Esperanza, without stirring, with high concentrations of



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volatile solids, and a basic process control. Anaerobic digestion is useful obtaining

as products, a more easily assimilable by the ground material and a gas for use as

fuel.



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INTRODUCCIÓN

El distrito de La Esperanza como muchos otros distritos, ha crecido

rápidamente en los últimos años, debido en parte a la migración de la

población desde zonas rurales. El fuerte crecimiento poblacional esta

directamente relacionado a la contaminación del ambiente, pues las

cantidades generadas de residuos sólidos no se disponen mediante un

tratamiento apropiado. Es en este distrito donde se ubica los criaderos de

ganado Porcino de La Esperanza, área conformada por 40 Ha de terreno

donde habitan aproximadamente 200 familias dedicadas a la crianza de

cerdos como actividad económica principal. La pobreza en la que viven y la

precariedad material y cultural en la que desarrollan esta actividad

evidencia una compleja problemática que interrelaciona temas sociales,

económicos, ambientales y sanitarios.

Parte fundamental de la problemática ambiental es el mal manejo de los

residuos orgánicos generados por la actividad ganadera. La alimentación de

los cerdos se basa principalmente en el uso de residuos orgánicos

comprados a restaurantes ubicados en los alrededores, alimento que no es

consumido en su totalidad por los animales y cuyos restos mezclados con

excretas y orinas constituyen casi en su totalidad los residuos orgánicos

generados a diario por criaderos. La infraestructura elaborada muchas

veces con materiales reciclados como maderas, cartones y plásticos y pisos

de tierra dificulta las actividades de limpieza y recolección de los residuos

en cada corral generando la acumulación de los mismos por varios días,

inadecuada manipulación y una disposición final que agrava el problema, la



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que consiste en almacenar los residuos en áreas dentro o fuera de las

granjas donde esperan a que se sequen por acción del ambiente y del sol

para luego proceder a quemarlo.

Esta situación debe considerarse preocupante considerando que las

condiciones sanitarias son sumamente deficientes tanto para los habitantes

del lugar como para la crianza de animales de granea rara consumo

humano, cuya carne será comercializada en los mercados de Trujillo.

Además, los efectos negativos producidos por la emisión de gases debido a

la combustión de los residuos e infiltración de lixiviados magnificados por el

grado de inclinación de los suelos.

Es en la búsqueda de tecnologías apropiadas a dicho contexto y a una

adecuada gestión de los residuos orgánicos en la zona que se plantea el

estudio de Factibilidad Tecnológica de la Biodigestión, utilizando excretas

del ganado Porcino del Distrito de La Esperanza.

Entre las alternativas para el tratamiento y reciclaje de excretas en granjas,

se encuentran la elaboración de abonos (a condiciones aerobias) y la

digestión anaerobia. Las ventajas de la elaboración de abonos incluyen, la

simplicidad del proceso, la comodidad de uso, así como la producción de un

fertilizante orgánico. Sin embargo, la digestión anaerobia tiene una ventaja

adicional, la producción del metano, una energía renovable. El uso de la

biomasa para la producción energética puede tener ventajas ambientales,

sociales y económicas, es decir que ayuda a reducir la contaminación

ambiental generada por la disposición e incineración de los residuos, gases

de efecto invernadero generados por la combustión de combustibles fósiles,



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y reduce la dependencia de fuentes de energía externas, con los

consecuentes ahorros económicos. Considerando esta situación, la

digestión anaerobia podría ser una tecnología apropiada para el tratamiento

de las excretas en la zona, con dos productos básicos, fertilizante orgánico,

para uso agrícola, y biogás, como fuente de energía posible de utilizar en

cocinas y otros fines.

El objetivo de la presente investigación es estudiar parte del proceso de

digestión anaerobia en rango psicrofílico y mesófílico utilizando

concentraciones diferenciadas de excretas de cerdo en digestores

experimentales colocados in-situ en una de las granjas características de

criaderos del Distrito de La Esperanza. El estudio se enfoca en los efectos

generados en el proceso según la concentración de excretas y el tipo de

diluyente (agua u orina). La finalidad del documento consiste en obtener

información básica necesaria para establecer parámetros de diseño de

digestores anaerobios para ser puestos en funcionamiento, dirigidos a

formar parte de un plan de gestión de los residuos sólidos en criaderos

porcinos y mejorar así las condiciones de vida de los porcicultores.



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CAPÍTULO I I. FUNDAMENTO TEÓRICO

1.1 GENERACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS

Actualmente el Perú cuenta con una población estimada de 29’000.000

habitantes con una tasa de crecimiento promedio anual de 1.49%,

porcentaje que indica el crecimiento del tamaño poblacional y como

consecuencia, también el de la generación de residuos sólidos.

En base a los estudios realizados se ha calculado que la producción per

cápita promedio (PPC) de generación de residuos sólidos es

aproximadamente 0.53 kg./hab./día en el caso de ciudades urbanas,

para los núcleos y asentamientos humanos de menos de 5000

habitantes tienen PPC menor o igual a 0.2 kg./hab./día (Sandoval y

Becerra, 2009).

Los residuos en función de su origen de generación pueden clasificarse

en residuos domiciliarios, comerciales, limpieza de espacios públicos,

establecimientos de salud, industriales, actividades de construcción,

agropecuario, instalaciones o actividades especiales según como lo

establece el Art. 15° de la Ley General de Residuos Sólidos (2000).

La fracción orgánica de los residuos proviene principalmente de los

residuos domiciliarios, comerciales, industriales y agropecuarios. Sin

embargo, existe poca información sobre la generación de estos en

zonas rurales por lo cual para su descripción se consideran integrados



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al total de residuos municipales urbanos.

1.1.1 RESIDUOS MUNICIPALES URBANOS

De acuerdo a los resultados obtenidos de la Encuesta

Nacional de la Evaluación Regional de los Servicios de

Manejo de Residuos 2002, promovida por la Organización

Panamericana de la Salud, el 69% de la población forma parte

del ámbito urbano generando 0.529 kg./hab./día de residuos

domiciliarios. La generación promedio por distrito es de 0.367

a 0.780 kg/hab./día aunque se aprecia un significativo

aumento en zonas de Selva de 0.576 a 1.227 kg./hab./día

debido principalmente al alto consumo de productos naturales.

El total de residuos municipales en el país (excluyendo los

residuos de construcción) alcanza- un promedio de 0.711

kg./hab./día, lo que constituye una generación de 12 986.23

toneladas diarias a nivel nacional (CONAM, 2005).

La composición de los residuos presenta un alto contenido de

materia orgánica, 54.5% en peso, mientras que los materiales

reciclables alcanzan un 20.3% y los residuos restantes no

reciclables un 25.2% en peso.

Parte de la problemática actual en la gestión de residuos

sólidos es que la cobertura de servicios es aún baja, del 100%

de residuos sólidos municipales generados se dispone en

rellenos sanitarios el 19.7% y en botaderos controlados el

46%, se recicla el 14.7% y se vierte al ambiente el 19.6%.



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Alcanzando un 73.7% en cobertura de recolección de residuos

sólidos municipales. Del total de residuos generados solo el

65.7%, es decir 8 531.95 toneladas diarias, es destinado a una

disposición final ya sea rellenos sanitarios o botaderos

(CONAM, 2008).

El reciclaje de residuos es de tipo orgánico putrescible en un

60% y no putrescible (plásticos, papeles, metales, etc.) en un

40% y la actividad constituye un 14.7%, 1 908.8 toneladas

diarias, del total de los residuos municipales. El reciclaje es

efectuado a nivel domiciliario, durante la recolección y en

disposición final. El principal rubro del reciclaje lo constituye el

uso de materia orgánica para la crianza clandestina de cerdos.

Desde el punto de vista social, sanitario y ambiental esta

actividad se desarrolla de una manera marginal, en

condiciones infrahumanas y con altos niveles de riesgo para la

salud de los segregadores (CONAM, 2008).

Los residuos agropecuarios y comerciales aportan

significativamente a la generación de residuos orgánicos, sin

embargo no ha sido posible obtener información disponible

sobre los valores de producción, ni bajo que rubros debe

considerarse. Los residuos producidos por el sector

agropecuario son comúnmente abandonados en el punto de

origen, en donde se irán degradando progresivamente,

mientras que los residuos comerciales forman parte del



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sistema de recolección de residuos municipales.

En cuanto a los residuos industriales se estima en base a los

indicadores obtenidos en el proyecto INVENT efectuado por el

CEPIS, que en el año 2001 hubo una generación de residuos

industriales de 4 700 toneladas diarias a nivel nacional, de las

cuales el 19% corresponde a residuos no peligrosos. En

general constituyen un 37% de la generación de residuos

municipales.

En su mayoría, los residuos generados son trasladados a

disposición final en rellenos sanitarios o botaderos, aunque no

faltan las veces en que son depositados al ambiente. La falta

de autoridad y normativa específica en el manejo de estos

residuos es preocupante debido al incremento de la

producción industrial en la última década del siglo XX. Es

posible destacar la mejora de las tecnologías y la

responsabilidad empresarial, sin embargo, la preocupación

aún persiste debido a la insuficiente infraestructura para

atender la disposición final de residuos. Aún así, en los últimos

años se ha visto a varias empresas implementar sistemas de

disposición final y tratamiento de sus residuos (CONAM,

2008).

1.1.2 GESTIÓN INTEGRADA DE RESIDUOS SÓLIDOS

El Programa 21 adoptado en la CNUMAD (Conferencia de las

Naciones Unidas para el Medio Ambiente y el Desarrollo) y



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ratificada en Johannesburgo en septiembre del 2002, indica

que una gestión racional de los desechos debe procurar

resolver la causa fundamental del problema intentado cambiar

las pautas no sostenibles de producción y consumo. Esta es la

base del concepto de gestión integrada de residuos y tiene

como objetivo conciliar el desarrollo con la protección del

medio ambiente. Para ello se propone la implementación de

programas de reducción de desechos, aumento de

reutilización y reciclado ecológicamente racionales y la

ampliación de la cobertura de los servicios de residuos sólidos

(CONAM, 2008).

Actualmente se evidencia en el país una reforma del sector de

residuos sólidos. Con la Promulgación de la Ley General de

Residuos Sólidos (2000) y su Reglamento (2004), el desarrollo

de planes integrales de gestión ambiental de residuos a nivel

municipal, el desarrollo del Programa Nacional para el

Fortalecimiento de Capacidades para la Gestión Integral de

Residuos Sólidos entre otros, se puede apreciar que son

estrategias que se espera se concreten en el corto, mediano y

largo plazo con acciones articuladas en base al Plan Nacional

de Gestión Integral de Residuos Sólidos (2005).

Es de esperarse que en un futuro próximo se posibilite la

gestión integrada de residuos de diversos orígenes ya que las

ventajas van desde una mejora en el proceso de tratamiento,



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la disminución de los costos de recolección y transporte y la

disponibilidad de adecuar la composición del producto final del

tratamiento a un suelo o cultivo concreto (Campos, 2009).

1.1.3 ESTRATEGIAS DE TRATAMIENTO

La combinación de procesos individuales cuyo objetivo es

modificar las características del residuo para adaptarlo según

la demanda de un producto de calidad que se requiera se

denomina tratamiento (Teira et al, 2001).

La elección del tratamiento o proceso de tratamiento adecuado

dependerá siempre de cada zona geográfica, de las

necesidades determinadas según los estudios efectuados y el

plan de gestión, de la calidad y variabilidad del producto a

tratar, de la calidad del producto final obtenido y de los costos

económicos que impliquen. El fin básico de un tratamiento es

aumentar la capacidad de gestión sobre el residuo (Campos,

2009). En la Tabla 1.1 se sintetizan las características básicas

de algunos procesos que pueden ser aplicados en un

tratamiento de residuos ganaderos.

Por ejemplo, en granjas de engorde cuyo objetivo es evitar los

problemas causados por la generación de material orgánico,

como lo son las emisiones atmosféricas (causantes de malos

olores junto al amoníaco) se plantean dos estrategias:

- Transformar los materiales orgánicos disponibles a un



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compuesto final de tipo orgánico (biomasa) mediante un

proceso aeróbico heterótrofo, con consumo de energía.

- Transformar los materiales orgánicos disponibles

a formas gaseosas combustibles (biogás), un producto

final mineral, mediante un proceso anaerobio heterótrofo,

obteniéndose necesariamente una parte orgánica, aunque

esta sea mínima.

Cuando el producto final será empleado como fertilizante debe

cumplir los siguientes requisitos: ser un producto estable; tener

una mínima concentración de materia orgánica fácilmente

degradables; poco volumen con alta concentración de

nutrientes; relación N:P:K adecuada; mínima concentración de

metales pesados y tóxicos; higienizado; sin presencia de

patógenos; semillas, larvas o huevos y olor desagradable

(Campos, 2009).

La digestión anaerobia, cumple con las condiciones

mencionadas. En la Tabla 1.2 se resumen las ventajas con las

que cuenta.



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Tabla 1.1 Síntesis de operaciones aplicables al tratamiento de residuos ganaderos, en especial a excretas de cerdo.

Proceso Aplicado a

fracción S, L, T

Objetivo

1. Balsas de homogenización, estercoleros

T,S,L Regular la producción continua al consumo estacional de cultivos. Regular entradas discontinuas a plantas de tratamiento. Reducir patógenos.

2. Separación de fases T Separar para propiciar líneas específicas de tratamiento, transporte o aplicación a fracción S o L resultante.

3. Aplicación de enzimas y bacterias a balsas

T Aumentar concentración de sólidos. Transformar N amoniacal a orgánico

4. Nitrificación L Transformar N amoniacal a nítrico

5. Desnitrificación L Transformar N nítrico a N2. Eliminar materia orgánica fácilmente degradable

6. Descomposición aeróbica heterótrofa

L,T Eliminar materia orgánica

7. Digestión anaerobia T,L,S Producir CH4 (energía). Eliminar materia orgánica. Higienizar

8. Compostaje i S

Eliminar/ estabilizar materia orgánica. Higienizar. Obtener abono orgánico de calidad

9. Reducción biológica de fósforo L Transferir P soluble a fase biológicamente sedimentable. Eliminar materia orgánica fácilmente degradable

10. Precipitación química L Transferir algunos componentes a fase sedimentable. Separar P (apatitas, estruvita)

11. Secado/peletización S Separar agua. Reducir volumen

12.Evaporación/concentración L Separar agua. Reducir volumen

13. Stripping/absorción L Recuperar N amoniacal 14. Higienización térmica T Eliminar/ Inactivar patógenos. Hidrólisis térmica

15. Dosificación de aditivos T,S,L Modificar composición para adecuarla a cultivos o posibilitar otros procesos

16. Ozonización L Oxidación compuestos orgánicos recalcitrantes

17. Filtración en membrana/ osmosis inversa

L Separar sales. Reducir conductividad

T: residuo íntegro, S: fracción sólida, L: fracción líquida Fuente. Flotats et al (2007)



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Tabla 1.2. Ventajas del proceso de digestión anaerobia

Factor Ventajas de la digestión anaerobia

Variabilidad en la composición

Homogenización de la composición, más intensa cuarto mayor es el tiempo de retención.

Malos olores y compuestos orgánicos volátiles

Eliminación de ácidos grasos volátiles (AGV) y otros compuestos fácilmente degradables. La materia orgánica resultante es lentamente o difícilmente degradable; los purines digeridos no presentan olor desagradable y son un producto más estable. En procesos térmicos posteriores se evitan problemas por volatilización de compuestos orgánicos. La reducción o eliminación de AGV disminuye la fototoxicidad a los cultivos por estos compuestos.

Reducción de materia orgánica y total. Mineralización

Reducción de sólidos totales y volátiles. Reducción de materia orgánica degradable y mantenimiento de las concentraciones de nutrientes. Transformación de nitrógeno orgánico a amoniacal. En caso de separar la fase acuosa, el producto resultante presentará menor volumen, manteniendo la misma riqueza fertilizante.

Distribución de partículas y de fracción soluble

Homogenización en la distribución de partículas, lo cual favorece el diseño y aplicación de procesos posteriores de secado. Hidrólisis de partículas de pequeño tamaño y coloidales, y reducción de orgánicos solubles, con lo cual se facilita la separación entre fases solubles y en suspensión.

Consistencia Consistencia pastosa de la fracción sólida de los purines digeridos, lo cual favorece su manipulación y peletización.

Alcalinidad Disminución muy significativa de la relación de alcalinidad. Aporte de alcalinidad para favorecer un proceso posterior de nitrificación, total o parcial. A su vez, y debido a la reducción de materia orgánica, el consumo energético en este proceso será inferior al de la nitrificación de la fracción líquida de purines frescos.

Balance energético Balance energético positivo y proceso productor neto de energía renovable. Contribuye a disminuir las necesidades externas de energía para procesos térmicos posteriores. Permite el tratamiento de mezclas con otros residuos para optimizar la producción energética (codigestión), y facilitar la gestión integral de residuos orgánicos en la zona de aplicación del plan (cogestión).

Emisiones de gases de efecto invernadero

El proceso contribuye a la disminución en la generación de gases de efecto invernadero, si el metano producido sustituye una fuente no renovable de energía.

Fuente. Flotats et al (2007)

A su vez es importante reconocer que la aplicación de un proceso de

digestión anaerobia puede tener las siguientes limitantes:



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• Baja producción de biogás

• Nivel de eficiencia de la energía producida

• Trabajo de gestión del efluente resultante

1.1.4 SITUACIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS EN EL

DISTRITO DE LA ESPERANZA

La situación actual del manejo de los residuos a nivel nacional

se encuentra directamente relacionada con la pobreza,

enfermedades y contaminación ambiental. La alta tasa de

crecimiento poblacional más los inadecuados hábitos de

consumo, procesos desordenados de migración y flujos

comerciales insostenibles, forman parte de la problemática

que acontece a la gestión de residuos y son situaciones que

en conjunto inciden en el incremento de la generación de

residuos, que como ya se mencionó no logran ser cubiertos

por los servicios municipales y provocan una situación de

riesgo para la salud (CONAM, 2008).

Este panorama se agrava a causa de la crisis económica y

debilidad institucional que influyen en el desempeño de las

municipalidades. En cuanto a la población, presenta un alto

índice de morosidad en los pagos de arbitrios municipales,

escasa conciencia sanitaria y participación ciudadana para

superar los malos hábitos (Acuña et al, 2004).

El distrito de La Esperanza, perteneciente a la Provincia de

Trujillo, cuenta según el censo efectuado en el 2006 con una



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población de 3.526 hab. y una producción de residuos sólidos

de 0.488 kg./hab./día.

Para el año 1999 se calculó que la generación de residuos

domiciliarios fue de 69 toneladas al día, más un 10% extra de

residuos provenientes de mercados, colegios, comercios y

otras instituciones, y un estimado de 3 toneladas de las

actividades industriales, haciendo un total de

aproximadamente 79 toneladas diarias de residuos sólidos

municipales cuyo principal componente es la materia orgánica

en un porcentaje mayor al 30% del total generado (Alternativa,

1999). En la Tabla 1.3, se muestra la distribución de residuos

según la fuente de generación.

Tabla 1.3. Generación de residuos sólidos en La Esperanza

Fuentes de generación t/Día Porcentaje

Viviendas, comercio, centros educativos

69 87

Mercados, parques, jardines y vía pública

7 9

Industria 3 4

Total 79 100 Fuente. Alternativa. Generación y caracterización de residuos sólidos en la Municipalidad de La Esperanza

La Municipalidad de La Esperanza, en la actualidad se caracteriza

por carecer de un enfoque integral en la gestión de sus residuos

sólidos con un sistema operativo enfocado únicamente a la

recolección de residuos, desfasado de la estructura institucional para

la toma de decisiones (Alternativa, 1999). Así se presentan los

siguientes escenarios:



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Gestión de los residuos sólidos domiciliarios

El servicio de limpieza pública no responde a un sistema

planificado.

La municipalidad no cuenta con información sistematizada de la

prestación de servicios de limpieza pública, información

administrativa, económica y financiera.

Se desconocen el costo efectivo del servicio, una estructura de

costos del servicio y por tanto objetivos y metas para este.

Gestión de los residuos sólidos industriales

Aún cuando el Distrito de La Esperanza, cuenta con un gran

porcentaje de áreas para fines industriales, la Provincia de

Trujillo, no cuenta con un manejo sistematizado de los residuos

sólidos industriales.

En su mayoría las industrias del distrito se muestran reacias a dar

información sobre la generación, características y manejo de sus

residuos, aún de los peligrosos.

Gestión de los residuos sólidos hospitalarios

Algunos centros hospitalarios aún hacen uso del servicio de

recolección municipal de residuos domiciliarios.

Se desconoce el destino final de los residuos recolectados por

servicios particulares.

Debido a la falta de un sistema determinado para la recolección

de residuos domiciliarios. Se considera posible una situación de

comercialización informal de residuos hospitalarios (CONAM,



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2008).

Un aspecto importante que incrementa significativamente los riesgos

a la salud de la población en el distrito es la presencia de áreas

críticas de acumulación de residuos. Entre las más destacadas se

encuentran la playa, áreas del Parque Porcino y la ribera del río

Moche.

Problemática Ambiental del Criadero de Porcinos en el Distrito

de La Esperanza

Los criaderos Porcino localizado en el Distrito La Esperanza, cuenta

con un área total de 40 Ha dividido en 60 lotes entre 5 zonas y 2

sectores. La actividad económica primordial que se desarrolla en la

zona y para lo que fue creada es la crianza de cerdos de engorde.

Muchos de los pobladores del Parque viven en condiciones

socioeconómicas sumamente precarias.

En cuanto a los servicios básicos, la mayoría no dispone de

canalizaciones de agua y desagüe, letrinas o luz. El agua empleada

para el consumo de las familias que habitan en las granjas, la

limpieza de corrales y crianza de los cerdos es comprada a

vendedores de agua que abastecen con cisternas a todas las zonas

del Parque Porcino.

Además es importante mencionar que la zona no cuenta con el

servicio de limpieza pública gestionado por la municipalidad del

distrito.

La actividad de crianza de cerdos de engorde en su mayoría se



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caracteriza por ser no tecnificada y estabulada. Esto se refleja en la

falta de infraestructura adecuada, sistemas de recolección y

disposición de residuos y efluentes.

La alimentación de los porcinos es básicamente elaborada con

residuos de restaurante, restos de frutas y vísceras de aves

adquiridos en restaurantes y mercados (a un precio de S/. 2 por

cilindro). Menos del 10% de los criadores alimenta a sus animales

con dieta balanceada comercial y cumplen con un plan sanitario

aparentemente adecuado (CONAM, 2008).

La generación de residuos en el Parque Porcino es de dos tipos

según la fuente de origen; residuos domiciliarios, que debido a la

precariedad de las condiciones socioeconómicas en la zona, se

caracterizan por ser de producción baja y compuestos en gran

porcentaje por material orgánico; y los residuos derivados de la

crianza de cerdos, entre ellos se encuentran restos fecales y orinas,

restos del alimento que no ha sido consumido por los animales,

material orgánico generado por el parto o muerte de individuos y

productos químicos restantes como vacunas, desparacitadores,

antibióticos, entre otros, que son manipulados y administrados por

los mismo criadores.

Como se aprecia, los residuos generados por la crianza de cerdos

son principalmente de tipo orgánico, sin embargo, el problema no se

encuentra en su generación, que es propia de esta actividad, si no en

su manipulación y disposición final. Los restos fecales, orinas, restos



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de la alimentación, residuos domiciliarios orgánicos e inorgánicos y

productos químicos son recolectados y conducidos hacia una zona

de acumulación ubicada dentro o fuera de las granjas, donde se

espera se "sequen" para luego poder ser quemados, reduciendo su

volumen y facilitando luego la tarea para ser enterrados.

Es en la frecuencia de enfermedades presentes en los animales y

pobladores que habitan la zona, el evidente mal estado de los

animales (entre ellos aves, perros y gatos), los malos olores, la

presencia abundante de patógenos tales como moscas, ratas,

pulgas, mosquitos, ácaros y sarna en la piel de los animales, entre

otros; que podemos deducir que la magnitud del problema generado

por un mal manejo de los residuos es significativa y preocupante. Y

se agrava aún más si consideramos dos aspectos, los efectos

ocasionados por la infiltración de lixiviados hacia aguas subterráneas

y la presencia del río Moche a no más de 100 m de distancia; así

como las consecuencias en la salud de la población derivadas del

consumo de carne de cerdos criados bajo las condiciones antes

descritas.

1.2. EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA

La digestión anaerobia es un proceso biológico degradativo realizado

por una agrupación de bacterias sensibles o totalmente inhibidas por

el oxígeno, este proceso convierte la mayor parte del material

orgánico de un sustrato en biogás; mezcla de metano, dióxido de

carbono y trazas de otros elementos; y una menor parte en lodos



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también llamados "efluentes" (Muñoz Valero et al, 1987; Vicent,

1997).

Al ser un proceso biológico, este se produce en ambientes naturales,

como los sistemas gastrointestinales (rumen), los sedimentos

marinos de ríos y lagos, las fuentes termales, los volcanes, o en

sistemas controlados como son los digestores o reactores

anaerobios (Vicent, 2007)

Mediante la degradación anaerobia pueden tratarse gran cantidad de

residuos, entre ellos, los residuos agrícolas y ganaderos, cultivos

energéticos, residuos industriales orgánicos, aguas residuales

municipales e industriales, y residuos sólidos urbanos.

Muñoz Valero et al (2007) señalan que en los sistemas anaerobios,

más del 90% de la energía disponible por oxidación directa se

transforma en metano, utilizando sólo 10% de energía en crecimiento

bacteriano a diferencia de los sistemas aerobios que emplearán 50%

de energía para este mismo fin.

1.2.1. HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA

El proceso anaerobio como ya se mencionó ocurre de forma

natural para degradar materia orgánica, produciendo, por

ejemplo, el gas de los pantanos, el gas natural de yacimientos

subterráneos o el más conocido, el gas metabólico generado

en el estómago de los rumiantes.



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El primer paso en la investigación lo realizó Volta en siglo XIII

identificando el gas de los pantanos. En 1804, Dalton

estableció la composición química del metano (CH4).

Hasta este momento se desconocía la participación de

organismos vivos unicelulares en el proceso, es entonces que

Beauchamp en 1868 descubre la presencia de

microorganismos y Pasteur el efecto de la temperatura en el

desarrollo de los mismos. En 1875, Propoff descubrió que la

generación de biogás solo era posible bajo condiciones

anaerobias. Y Pasteur, en 1884 investiga el uso de residuos

animales para producción de biogás y propone su utilización

para la iluminación de calles (Muñoz Valero et al, 2007).

Ya al inicio del siglo XX se realizaron numerosas experiencias

a escala laboratorio y piloto obteniendo mayor relevancia

durante la guerra mundial debido a la escasez de

combustibles.

A partir de 1960, la India impulsó la tecnología de digestión

anaerobia utilizando excretas de vacunos con el objetivo del

aprovechamiento energético del biogás y de las propiedades

fertilizantes de sus otros productos. En países como Taiwán,

Corea, Tailandia, Kenia, Sudáfrica y China se ha fomentado

desde los años 70, la construcción de digestores mediante

programas nacionales (Campos, 2009). Vicent (2007) ha

estimado que existen entre 5 a 6 millones de digestores en



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comunas y fábricas de China.

En los países industrializados el uso de esta tecnología ha

tenido una motivación diferente, en un inicio más que ser de

tipo energético fue ambiental, empleándose por ejemplo, como

método de estabilización de lodos activos residuales de

plantas depuradoras de aguas residuales urbanas. Al suceder

la crisis energética de 1973 y durante la década de los

ochenta, es que se torna más importante como forma de

recuperación energética en actividades agropecuarias y

agroindustriales (Campos, 2009).

A finales de los años ochenta con los bajos precios del

petróleo, el interés por la tecnología anaerobia decayó.

Actualmente, algunos países industrializados han elaborado

programas de desarrollo de plantas anaerobias industriales,

como instrumento de gestión de residuos, principalmente

ganaderos, y del fomento de las energías renovables para la

disminución de emisiones de gases de efecto invernadero.

Hasta el momento, el principal exponente en tecnología es

Dinamarca, desde que en 1985 inicio un programa

desarrollado por los ministerios de agricultura, energía y medio

ambiente, con el objetivo de demostrar el potencial de grandes

plantas de digestión anaerobia como productores de energía

eléctrica. Para 1997 fueron contadas 19 grandes plantas que

tratan a la vez residuos industriales, urbanos, lodos de



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depuradoras y residuos ganaderos (Angelidaki y Ahring, 2007)

1.2.2. PRODUCTOS FINALES DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

Los productos principales de un proceso anaerobio son el

biogás y un efluente estabilizado.

Biogás

Es una mezcla gaseosa formada principalmente por metano,

dióxido de carbono y pequeñas proporciones de otros gases,

como H2S, H2, NH3, etc. La composición o valor energético del

biogás depende de las características del material orgánico y

del funcionamiento del proceso (Vicent, 2007). En la tabla 2.4

se muestran valores promedio de una composición típica del

biogás en función del sustrato (material orgánico) empleado.

Campos (2008) indica que el potencial calorífico inferior del

biogás es de aproximadamente 5.250 kcal/m3, para una

concentración de metano del 60%.

Tabla 1.4. Composición del biogás según el sustrato utilizado

Componente

Residuos agrícolas

Lodos de depuradora

Residuos industriales

Gas de vertedero

Metano 50-80% 50-80% 50-70% 45-65% Dióxido de carbono 30-50% 20-50% 30-50% 34-55% Agua Saturado Saturado Saturado Saturado Hidrógeno 0-2% 0-5% 0-2% 0-1% Sulfuro de hidrógeno 100-700 ppm 0-1% 0-8% 0.5-100 ppm Amoníaco Trazas Trazas Trazas Trazas Monóxido de carbono 0-1% 0-1% 0-1% Trazas Nitrógeno 0-1% 0-3% 0-1% 0-20% Oxígeno 0-1% 0-1% 0-1% 0-5% Compuestos orgánicos Trazas Trazas Trazas 5 ppm (terpenos, esteres, ...)

Fuente. Campos (2001)



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La producción de gas de un sistema anaerobio se expresa

comúnmente como de gas producido por unidad de masa de sólidos

volátiles o totales introducido, de preferencia se presenta la

producción en base a los sólidos volátiles, ya que representa la

relación entre la utilización de materia orgánica por los grupos

bacterianos y la producción de gas, eficiencia (Indecopi)

En la Tabla 1.5 se detalla de manera más específica la diferencia

generada en la producción de biogás dependiendo del tipo de

excremento de animal empleado, así también, el poder calorífico

disponible.

Tabla 1.5 Producción de biogás a partir de excretas de animales

Animal

Estiércol (a) (kg/unidad)

Biogás (m3/unidad)

Poder Calorífico (b) (kcal/unidad)

Día Año Día Año Día Año

Vacuno 16,4 6000 0,61 223,2 2915 1 063 994 Equino 13,6 5000 0,78 286,5 3741 1 365 745 Porcino 8,2 3000 0,42 156 2037 743 651 Ovino 2,2 800 0,33 121,6 1588 579 667 Caprino 2,2 800 0,33 121,6 1588 579 667 Aves de corral 0,06 25 0,0062 2,28 29.8 10 868

(a) Estiércol fresco (b) Poder calorífico del biogás: 4767 kcal/m3 Fuente. Verástegui J.; M. Mateo citado por Lewis (2008)

En la Figura 1.1 se describen los modos de aprovechamiento del biogás.



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Figura 1.1. Aprovechamiento del biogás

Utilización como combustible para vehículos urbanos (camiones,

recolección de desechos urbanos, etc.)

Fuente. Bonmatí (2007)

Efluente

Las características del efluente suelen variar dependiendo del tipo de

sistema empleado pero en forma general se puede definir como la

mezcla de parte del sustrato introducido ya estabilizado y la biomasa

microbiana producida. Durante el proceso anaerobio buena parte del

material orgánico es convertido en biogás por lo que el contenido

orgánico del efluente es menor que el del sustrato al ingresar al

sistema. Es además un producto más mineralizado con mayor

presencia de nitrógeno amoniacal envés de orgánico (Vicent, 2007)

Entre las propiedades del efluente se describen las siguientes: es un

excelente abono para los cultivos y cuenta con todos los elementos



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necesarios para el desarrollo de las plantas, por lo que es una buena

alternativa al uso de fertilizantes químicos; aumenta la capacidad de

retención de agua y la estabilidad de los agregados del suelo; y

contribuye significativamente con la fijación simbiótica del nitrógeno

(INDECOPI)

El efluente utilizado como abono tiene la ventaja de estructurar

agroecosistemas que generan un desarrollo integral sin romper los

equilibrios ecológicos, en concordancia con el concepto

ecodesarrollo. Así por ejemplo, es posible aumentar la producción de

pastos y forraje en una misma área, cambiando la modalidad del

pastoreo libre, que tiene efectos negativos en el ambiente, al

pastoreo controlado, incrementando la producción de excretas y

sustrato para ser empleado en el digestor anaerobio.

1.2.3. CINÉTICA DE LAS REACCIONES BIOLÓGICAS

1.2.3.1. Tasa de utilización de sustrato (coeficientes de

producción)

El crecimiento celular en el proceso de degradación, contiene

la conversión metabólica de un sustrato en sus productos,

para ello se libera energía en forma de ATP (ruta catabólica), y

ésta es utilizada para la síntesis celular, producción de

compuestos químicos dentro de organismos vivos (ruta

anabólica).

Catabolismo: Sustrato Productos + Energía

Anabolismo: Sustrato + Energía + Nutrientes Masa celular

Resultado Global: Sustrato + Nutrientes Masa celular + Productos



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cción

=

∆

= ∆ ∆

=

os (C

−

pos, 200

La cantidad de organismos vivos formada, es proporcional a la

cantidad de sustrato y de producto. Experimentalmente es

posible determinar un coeficiente para cada tipo de bacterias,

denominado coeficiente de produ (Campos, 2001):

∆ Producción de biomasa: ,

(1.1)

Producción de producto: , (1.2) donde S: Sustrato, X: Biomasa y P: Producto

Usando este coeficiente de producción se puede relacionar el

consumo de sustrato con el crecimiento poblacional de

microorganism am 1):

, (1.3)

En la ecuación bX representa la lisis bacteriana, destrucción

de bacterias debido a condiciones extremas, o también

asociado al concepto de energía utilizada para el

mantenimiento de los microorganismos (respiración).

1.2.3.2. Tasa de crecimiento

Bajo condiciones ideales, las poblaciones bacterianas crecen

de forma exponencial con respecto al tiempo. Las nuevas

células se generan a partir de la división de células

individuales por lo que la tasa de crecimiento es proporcional

al tamaño de la población.



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a in

)

=

.4)

m

En la práctica existen básicamente dos tipos de limitaciones al

crecimiento bacteriano, la concentración de sustrato disponible

y la presencia de tóxicos. Aun cuando ha habido discusiones

sobre la forma como representar est fluencia, la tasa de

crecimiento de microorganismos ( suele expresarse mediante la ecuación de Monod (Campos, 2009; Barbera,

2007).

(1

donde u: tasa de crecimiento específica; : tasa máxima de

crecimiento específica; S: concentración de sustrato; Ks:

constante de saturación.

La ecuación es estrictamente aplicable a sustratos solubles, lo

cual significa que no es posible utilizarla cuando las etapas

limitantes son la acidogénesis o metanogénesis

En la Figura 1.2 se representa la relación de dependencia

entre la tasa de crecimiento y la concentración del sustrato. A

mayor cantidad de sustrato mayor velocidad de crecimiento y

viceversa.



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=

Figura 1.2. Ilustración de la cinética de crecimiento de Monod.

Fuente. Flotats (2007)

Es posible realizar variadas modificaciones para representar la

cinética de crecimiento. Angelidaki et al (2007) usando como

base la cinética de Monod simula el crecimiento microbiano

ante la presencia de varios sustratos limitantes. Por ejemplo

en el caso de dos sustratos limitantes, S1 y S2, tenemos:

(1.5)

1.2.3.3. Tasa específica de utilización de sustrato

Utilizando la reacción autocatalítica de Monod descrita por la

cinética de primer orden, que considera la respiración

endógena en los microorganismos, y la expresión 1.3 se

obtiene la tasa específica de utilización del sustrato (U) o

velocidad específica de reacción, es decir variación del



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= −

(Camp

=

os ,

2009)

— → =

→ = =

(1.6)

= + +

= 1 + +

= +

sustrato por unidad de biomasa con respecto al tiempo

, ,

1.2.3.4. Cinéticas de inhibición

La presencia de un elemento tóxico se hace evidente con la

disminución de la tasa de crecimiento de los microorganismos.

Estos son afectados de distinto modo por los compuestos

tóxicos. Se consideran tres tipos básicos de inhibición,

basándose que el nivel de reversibilidad y el parámetro al que

afecta.

Introduciendo a la ecuación de Monod (1.4), que expresa la

tasa de crecimiento específica y de utilización del sustrato, los

factores inhibidores. En la Tabla 1.6 se muestran los diferentes

tipos de inhibición y sus representaciones matemáticas.

Tabla 1.6. Tipos de inhibición y expresión matemática de la

cinética

Inhibición no Competitiva

Parámetro afectado Expresión de la cinética

Tasa máxima de crecimiento

1.7

Inhibición competitiva Constante de saturación

1.8

Inhibición

Acompetitiva Tasa máxima de

constante de 1 + saturación

1.9

En todos los casos, K1 es la constante de inhibición y I la concentración del compuesto inhibidor Fuente. Campos (2001)



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e lo

=

micr

oorganism

( —

os.

—

( —

(

la e cuaci

=

ó

n de

( )

Mi

La inhibición competitiva o cinética de Haldane se usa cuando el elemento de

inhibición es el mismo sustrato o el producto (Angelidaki y Ahring 2007)

Además de los compuestos tóxicos, existen variables limitantes como la

temperatura y el pH. El proceso biológico de la digestión anaerobia está

influenciado por la temperatura. Al aumentar la temperatura la tasa específica de

crecimiento aumenta hasta llegar a un punto óptimo, distinto para cada grupo

microbiano, después de este punto, la tasa disminuye.

Pavlostathis y Giraldo-Gómez (2004) mencionan la ecuación de Arrhenius como la

más comúnmente utilizada para definir el efecto de la temperatura en el

crecimiento d s

) ) 1.10) Mientras que para describir el efecto del pH en la tasa de crecimiento, Angelidaki

et al (1993) menciona chalis normalizada.

. (1.11)

1.2.4 PROCESO MICROBIOLÓGICO Y BIOQUÍMICO

Durante la degradación anaerobia de la materia orgánica

ocurren variedad de reacciones llevadas a cabo por distintos

grupos bacterianos. Para representar todo el proceso se

dividen estas reacciones en fases. En la Figura 1.3 se

muestran las diferentes fases de la digestión anaerobia, los

microorganismos que actúan y los productos intermedios



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(Campos, 2009).

En el proceso, la primera fase es la hidrólisis, en ella los

organismos fermentativos transforman las partículas y

moléculas complejas en compuestos solubles, básicamente

oligosacáridos y azúcares, alcoholes, aminoácidos y ácidos

grasos, que se metabolizarán dentro de las células de las

bacterias. A partir de los compuestos solubles, los organismos

acidogénicos producen, ácidos grasos de cadena corta,

alcoholes, dióxido de carbono e hidrógeno entre otros.

Posteriormente los ácidos grasos de cadena corta son

transformados en acético, hidrógeno y CO2 por los organismos

acetogénicos. Por último, en la metanogénesis se convierte

acético, H2 y CO2 en metano (Campos, 2009).



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Figura 1.3 Esquema de reacciones de la digestión anaerobia de materiales poliméricos.

Los microorganismos que participan en las fases de hidrólisis y

acidogénesis suelen ser facultativos, mientras que para la

acetogénesis son anaerobios estrictos con una tasa máxima de

crecimiento cinco veces menor que la de los acidogénicos. Por tanto

si las bacterias acetogénicas tuvieran problemas para reproducirse y

consumir los ácidos, estos se acumularán, generando dificultades en

la producción de metano, por las metanogénicas (Flotats et al, 2007).

Es importante mencionar que el proceso anaerobio se caracteriza por

ser lento. La tasa de conversión del sustrato en biomasa es cuatro

veces menor que la tasa de eliminación de materia orgánica de un



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sistema aerobio. Muchas veces para tener una producción estable de

biogás, es necesario esperar hasta dos meses (Flotats et al, 2007)

1.2.4.1 Hidrólisis

La hidrólisis es la fase indispensable para el inicio del

proceso anaerobio, esto debido a que los microorganismos

no pueden utilizar directamente el material orgánico

complejo si no es degradado a compuestos más solubles.

Tarea que es llevada a cabo por las enzimas extracelulares

excretadas por las bacterias fermentativas. Es por esta

razón que la hidrólisis puede considerarse la etapa

limitante de la velocidad de degradación así como afectar

todo el conjunto del proceso, principalmente en el caso de

tratarse de residuos con un alto contenido de sólidos

(Pavlostathis y Giraldo-Gómez, 2004).

Todos los sustratos se componen básicamente de tres

tipos de macromoléculas: carbohidratos, proteínas y

lípidos. La hidrólisis de cada tipo es realizada por

diferentes grupos de enzimas.

Entre los carbohidratos y uno de los principales

componentes de la materia orgánica, en especial residuos

ganaderos, tenemos a la lignocelulosa, compuesta por

lignina, celulosa y hemicelulosa. La lignina es difícilmente

degradable anaeróbicamente y afecta también el proceso



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de la celulosa y hemicelulosa, por lo que se considera

como un elemento limitante de la velocidad de la hidrólisis

y de la degradación anaerobia de algunos sustratos

(Pavlostathis y Giraldo-Gómez, 2004)

En el caso de las proteínas, estas son hidrolizadas por

proteasas extracelulares que atacan la proteína entera y

las peptidasas intracelulares, que cortan aminoácidos del

extremo de proteínas y péptidos. Los productos generados

son proteosas, peptonas, péptidos y aminoácidos. Estos

últimos son degradados a ácidos grasos volátiles, dióxido

de carbono, hidrógeno, amonio y sulfuro reducido. La tasa

de hidrólisis de proteínas es menor que la de los

carbohidratos (Pavlostathis y Giraldo-Gómez, 2004)

Los lípidos son degradados por enzimas hidrolíticas o

lipasas descomponiendo las grasas en ácidos grasos de

cadena larga y moléculas de glicerol o galactasa

(Pavlostathis y Giraldo-Gómez, 2004).

El grado de hidrólisis obtenido y la velocidad de

degradación depende de varios factores, como el pH, la

temperatura, la población de organismos hidrolíticos, del

tipo de material orgánico y del tamaño de partícula

(Pavlostathis y Giraldo-Gómez (2004)



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Inhibición de la hidrólisis de macromoléculas

La hidrólisis se puede ver inhibida por compuestos tóxicos o

que afecten a los microorganismos. Por ejemplo, Gallert et al

(1998) indica que el amonio afecta negativamente a parte del

metabolismo de las peptonas, Angelidaki et al (2007) estiman

que la velocidad de hidrólisis de carbohidratos y proteínas esta

influenciada por la concentración total de ácidos grasos

volátiles y Henze et al (2008) señalan que esta velocidad es

afectada por la concentración de oxígeno y nitrato.

1.2.4.2 Etapa fermentativa o acidogénica

Cuando ya se tienen compuestos orgánicos solubles,

varios grupos de microorganismos fermentativos se

encargan de transformarlos en dos tipos de productos: los

que pueden ser utilizados directamente por los organismos

metanogénicos, como el acético, fórmico, H2; y los

compuestos orgánicos más reducidos, como el láctico,

etanol, propiónico, butírico, entre otros, que aún deben

pasar primero por una fase acetogénica (Stams,2007)

La actividad de algunas bacterias fermentativas y

acidogénicas se ve influenciada por el nivel de

concentración del H2 en el sustrato. En el proceso de

degradación anaerobia, las bacterias metanogénicas

hidrogenotróficas van eliminando continuamente el H2 y

por tanto estimulando la acción de las bacterias



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fermentativas (Stams, 2007)

Fermentación de carbohidratos solubles

La glucosa, componente principal de la celulosa, se degrada

hasta formar ácidos grasos volátiles, H2 y CO2. La principal

ruta metabólica de degradación de la glucosa hasta ácidos de

cadena corta (volátiles) es la de Embden-Meyerhof (Figura

1.4), donde el producto intermedio es el piruvato (Mosey,

1993; citado por Campos, 2009)

En el caso de los azúcares, la fermentación es realizada por

rutas metabólicas distintas según el grupo de microorganismos

responsable. El grupo principal es el del género Clostridium,

que transforman la glucosa y algunos aminoácidos en ácido

butírico, acético, CO2 y H2. Entonces, la glucosa se convierte

en piruvato mediante la ruta Embden-Meyerhof, y el piruvato

de desdobla a Acetil-CoA y CO2 (Madigan et al 2008).

La concentración de cada producto de esta etapa depende de

la duración y las condiciones de fermentación, y mientras el

pH tienda a la alcalinidad, los productos principales serán el

butírico y el acético (Madigan et al, 2008)



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Figura, 1.4. Simplificación de las rutas metabólicas de

degradación de la glucosa por las bacterias acidogénicas.

La degradación de carbohidratos también se lleva a cabo mediante el

proceso conocido como fermentación del ácido láctico, carbohidratos

y polihidroxialcoholes. A cargo de las bacterias ácido-propiónicas, del

género Propionibacterium se produce principalmente ácido

propiónico, succínico, acético y CO2. La principal diferencia con

respecto a los Clostridium es su metabolismo lento y sus complejos

requerimientos nutricionales.



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Fermentación de aminoácidos

La fermentación de aminoácidos se considera un proceso rápido del

cual se obtienen como productos los ácidos grasos de cadena corta,

succínico, aminovalérico y H2 (Pavlostathis y Giraldo-Gómez, 2004).

También se da, que algunos organismos del género Clostridium,

fermenten aminoácidos, obteniéndose como productos finales NH3,

CO2 y un ácido carboxílico, producen además n-butírico y ácido

isobutírico, isovalérico, caproico, sulfuro de hidrógeno,

metilmercaptano, cadaverina, putrescina, etc.

Angelidaki et al 2007, señalan como inhibidores sólo a los ácidos

grasos de cadena larga (AGCL), aunque como ya se mencionó, la

concentración de hidrógeno suele ser influir en la actividad de

algunas bacterias.

Oxidación anaerobia de ácidos grasos de cadena larga (AGCL)

La ruta principal de degradación de los AGCL es la P-oxidación, la

que se caracteriza por producir principalmente ácido acético, liberar

en el proceso un acetil-CoA en cada bucle y mediante la

deshidrogenización del ácido graso, desprender hidrógeno molecular.

Pavlostathis y Giraldo-Gómez (2004) consideran que el máximo

inhibidor del proceso es el H2 y mencionan que otros autores estiman

que la concentración de ácido acético también puede afectar el

proceso, así como la misma concentración de AGCL, junto con el pH.



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1.2.4.3 Fase acetogénica

En esta fase, son metabolizados los productos de la

fermentación, como alcoholes, ácidos grasos volátiles y

compuestos aromáticos que son convertidos en compuestos

más sencillos, acetato, CO2 e hidrógeno (Tabla 1.7).

(Vicent,2007)

El metabolismo en la acetogenesis se caracteriza por

depender absolutamente de la eliminación de hidrógeno. Para

facilitar el proceso es necesaria la participación de organismos

metanogénicos u otros organismos, como las

sulfatoreductoras (en presencia de sulfates), consumidores de

hidrógeno. (Vicent, 2007)

Entre los organismos representantes de la fase acetogénica se

encuentran Syntrophomonas wolfi y Syntrophobacter wolini

(Gallert et al (2008). Destacan como un tipo especial los

organismos homoacetogénicos, entre ellos Acetobacterium

woodii o Clostridium aceticum que consumen H2 y CO2, y

producen acetato como único metabolito a partir tanto de la

fermentación de azúcares y de compuestos monocarbonados

como el formato o la mezcla gaseosa H2-CO2. (Vicent, 2007;

Madigan et al. 2008)



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Tabla 1.7. Reacciones acetogénicas que ocurren en los sistemas anaerobios

Fuente. Stams (2007)

Inhibidores de la acetogénesis

Se considera que la causa principal en la inhibición del proceso acetogénico

es la acumulación de hidrógeno molecular (Henze et al, 2008). Sin embargo

se menciona en diferentes textos consultados que el desarrollo de las

poblaciones acetogénicas se ve también afectado por el ácido acético

(producto de la fase), ácidos grasos de cadena larga y el valor de pH

(Angelidaki et al, 2007)



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1.2.4.4 Fase metanogénica

Los organismos que participan en esta fase son los más

importantes en el proceso de digestión anaerobia por ser

responsables de la producción de metano y de la

eliminación de los productos de las fases anteriores. Estos

organismos son anaerobios estrictos.

La formación de metano se realiza a partir de sustratos

monocarbonados o con dos átomos de carbono unidos por

un enlace covalente: acetato, H2, CO2, formato, metanol y

algunas metalaminas. Los organismos metanogénicos se

clasifican científicamente dentro del dominio Archaea, del

tipo Gram positivos y Gram negativos con diferentes

morfologías (Madigan et al, 2008)

Los organismos metanogénicos pueden dividirse en dos

grupos principales en función del sustrato, los

hidrogenotróficos, que consumen hidrógeno y fórmico; y

los metilotrópicos o acetoclásticos, que consumen grupos

metilos de acetato, metanol y algunas aminas (Barbera,

2007). Las principales reacciones metanogénicas se

resumen en la Tabla 1.8.

Casi la totalidad de microorganismos metanogénicos son

capaces de utilizar el H2, pero son solo dos los géneros

que pueden utilizar el acetato para la formación de metano:

Methanosarcina y Methanothrix, siendo el principal



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exponente Methanosarcina barkeri, que se desarrolla en

sustratos como H2 y CO2, acetato, metanol, metilaminas y

CO (Barbera, 2007). Angelidaki et al (2007), indica que en

reactores anaerobios bajo ciertas condiciones puede llegar

a obtenerse hasta un 70% de metano producido en base a

acetato.

Tabla 1.8. Principales reacciones metanogénicas y

otras consumidoras de hidrógeno.

Fuente. Campos (2009)



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Entonces en todo proceso de digestión anaerobia participan variedad

de grupos bacterianos en asociación sintrófica, asociación basada en

la utilización de los productos generados por los distintos tipos de

metabolismo de las bacterias. Por lo tanto, Para tener un proceso

estable se debe asegurar la presencia de una flora bacteriana

variada y equilibrada (Vicent, 2007)

Inhibición de la metanogénesis

Entre los compuestos más conocidos por su efecto inhibidor del

desarrollo de los organismos metanogénicos están el nitrógeno

amoniacal, los ácidos grasos de cadena larga, ácidos grasos

volátiles, algunos cationes, etc. Como en los otros casos los

compuestos inhibidores afectan en distinto nivel y forma a los

distintos grupos de organismos, por ejemplo, la inhibición por

amoníaco libre es más fuerte para los metanogénicos acetoclásticos

que para los hidrogenotróficos (Henze et al, 2008)

1.2.5 PARÁMETROS AMBIENTALES Y DE CONTROL

1.2.5.1 pH y Alcalinidad

El proceso de degradación anaerobia se desarrolla

correctamente alrededor de la neutralidad, sin embargo se

considera como rango aceptable valores de pH entre 6 y 8.3.

La inhibición generada por valores inferiores o superiores al

rango mencionado es comúnmente reversible y el tiempo de



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recuperación depende del grado de afectación (Campos,

2009)

El pH también es utilizado como un indicador de la presencia

de inhibidores que influyen sobre los valores de pH, por

ejemplo, las sobrecargas orgánicas o un compuesto inhibidor

en la fase metanogénica pueden provocar que la producción y

el consumo de ácidos grasos volátiles no coincidan,

produciendo la acumulación de estos y la consecuente

disminución del pH y la acidificación del reactor (Campos,

2009).

El pH es un importante regulador de los sistemas anaerobios

pues influye en varios procesos químicos y en la formación de

compuestos, por ejemplo establece el equilibrio amonio-

amoníaco que de no funcionar correctamente puede llegar a

inhibir la fase metanogénica por la presencia de amoniaco

libre (Stams, 2007)

La alcalinidad es la medida de la capacidad tampón del medio,

es decir la capacidad de mantener el pH estable frente a la

adición de un ácido o una base. La capacidad tampón esta

dada por varios tipos de sustancias, para un rango de pH entre

6 y 8, es el dióxido de carbono el que controla la alcalinidad

(Campos, 2009)



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1.2.5.2 Nutrientes

En general el proceso anaerobio se caracteriza por un bajo

requerimiento de nutrientes, debido a los bajos índices de

producción de biomasa. Aún así para el desarrollo de los

microorganismos son indispensables nutrientes minerales,

además de una fuente de carbono y energía; y en

determinados procesos también son necesarios compuestos

orgánicos especiales como vitaminas. Entre los principales

nutrientes del sistema anaerobio se encuentran el nitrógeno,

sulfuro, fósforo, hierro, cobalto, níquel, molibdeno, selenio,

riboflavina y vitamina B12 (Speece, 2009), citado por Campos,

2009). En la Tabla 1.9 los rangos mínimos de concentración

de nutrientes para el correcto desarrollo de los

microorganismos.

En diversos textos consultados los requerimientos de

nitrógeno y fósforo se expresan en función de la concentración

de carbono y se considera como un rango óptimo una relación

C/N entre 15-30:1 y la C/P de 75-113:1 (Speece, 1987; citado

por Campos.



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Tabla 1.9. Rangos de concentración de nutrientes,

necesarios para el correcto crecimiento de las bacterias

anaerobias

g/kgSSV g/kg DQO

Nitrógeno Fósforo

Azufre

Hierro

80-120

10-25

10-25

5-15

55-85

7-18

7-18

4-11

Fuente. Henze (1998)

En el caso de los residuos ganaderos; el problema surge no de una

escasez de nutrientes sino, más por el exceso de los mismos.

1.2.5.3 Temperatura

Se puede mencionar a modo general que a mayor

temperatura, mayor velocidad de las reacciones químicas y

biológicas en el proceso. Henze (2008) indica que la velocidad

del metabolismo y generación de productos intermediarios y

finales dependen de la velocidad de crecimiento microbiano y

esta a su vez es dependiente de la temperatura.



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Influencia de la temperatura sobre aspectos físico-

químicos

Al aumentar la temperatura, la solubilidad de algunos gases

como NH3, H2S y H2 disminuye y eso favorece la transferencia

líquido-gas, agilizando el proceso (Henze 2008)

En el caso de las sales sucede lo contrario, la solubilidad de la

mayoría de estas sustancias aumenta a altas temperaturas.

Cuando las sales orgánicas son más solubles también son

más accesibles para los microorganismos y aumenta la

velocidad del proceso. Sin embargo el incremento de la

temperatura no siempre tiene resultados positivos, al aumentar

la solubilidad de compuestos tóxicos también aumenta el

grado de inhibición generado por el mismo (Angelidaki y

Ahring, 2007)

Así como el pH, la temperatura también influye en equilibrios

químicos importantes en el proceso anaerobio, como los del

amonio-amoníaco libre o ácidos grasos volátiles ionizados-no

ionizados.

Además, el uso de reactores anaerobios se ve beneficiado

cuando a altas temperaturas, la viscosidad de los líquidos y

semisólidos disminuye, lo que implica una disminución de la

energía utilizada en la agitación de la mezcla y una mejor

sedimentación de sólidos.



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Influencia de la temperatura sobre aspectos bioquímicos

Se reconoce el proceso anaerobio dentro de tres rangos

principales de temperatura, psicrofílico (por debajo de 25°C),

mesofílico (entre 25 y 45°C) y termofílico (entre 45°C y 65°C).

En cada uno de estos rangos existe una tasa máxima

específica de crecimiento (umax) que se hace mayor conforme

aumenta la temperatura hasta un punto máximo (Figura 1.5)

(Henze, 2008)

Aunque de forma general, la velocidad del proceso aumenta

con la temperatura también produce un incremento de las

necesidades energéticas y dependiendo de la presencia de

algunos tóxicos puede a su vez disminuir la estabilidad del

proceso (Madigan et al, 2008).

Figura 1.5. Rangos de temperatura para el proceso de

digestión anaerobia.




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El rango de temperatura más usado en reactores anaerobios

es el mesofílico (35-37°C), pero existe actualmente la

tendencia de usar temperaturas termofílicas, esto debido a la

mayor velocidad en el proceso y a la mejor eliminación de

patógenos. A su vez, temperaturas altas implican tiempos de

retención más cortos y por tanto reactores de menor volumen.

Los efectos causados por la variación de la temperatura

ambiental dependen de varios factores, principalmente del

grado de adaptación del cultivo, del modo de operación y del

tipo de reactor. En el rango termofílico tanto un aumento como

un descenso brusco de temperatura puede provocar una

disminución significativa en la producción de gas. Sin embargo

una bajada de temperatura podría ser también completamente

reversible o no provocar cambio alguno (Henze et al, 2008)

El tratamiento anaerobio termofílico puede verse afectado por

un aumento de la concentración de amonio en su forma tóxica,

NH3 conforme se incrementa la temperatura y también

presentar problemas por la mayor tasa de hidrólisis de

proteínas (Gallert et al, 2008). Pese a ello, este rango de

temperatura tiene la ventaja de destruir los organismos

patógenos presentes, lo cual resulta óptimo si el destino final

del efluente resulta ser el de fertilizante orgánico por ejemplo

(Angelidaki y Ahring, 2007)



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1.2.5.4 Tóxicos e inhibidores

La magnitud del efecto provocado por un tóxico está

determinada por varios factores, entre ellos, concentración,

antagonismos, sinergismos, formación de complejos y

aclimatación (Kugelman y Chin, 2006)

En términos generales, una sustancia puede hacer el papel de

tóxico o de sustrato para el crecimiento bacteriano,

dependiendo de la concentración en la que se encuentre.

Además, son dos los fenómenos que influyen más

significativamente en la toxicidad, el antagonismo, que es una

reducción de la toxicidad de un sustrato en presencia de otro y

el sinergismo que es el aumento del efecto tóxico de una

sustancia causada por la presencia de otra. A la vez, los

efectos provocados por un tóxico disminuyen según el grado

de aclimatación de los microorganismos ante este tóxico

(Kugelman y Chin,2006)

Nitrógeno amoniacal

Los residuos ganaderos tienen concentraciones altas de

compuestos nitrogenados y varían dependiendo del sistema

de alimentación, composición del alimento, del tipo de

animales y de granjas. En el proceso anaerobio, el nitrógeno

orgánico se hidroliza hacia formas amoniacales, entre estas, el

nitrógeno amoniacal cuya presencia es necesaria como



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nutriente en el proceso pero cuyo exceso generaría problemas

en el crecimiento de los microorganismos (Kugelman y Chin,

2006)

Al revisar la bibliografía no se ha podido encontrar solo una

concentración de amonio que sea considerada como

inhibidora en el proceso anaerobio, cada autor ha realizado

pruebas con resultados diferentes entre ellos. Así por ejemplo,

Gallert et al (2008) comprobaron que un concentración de 1.7

g N-NH4+/L en el rango termofílico la digestión anaerobia de

excretas de vaca es inhibida. Henze et al (2008) concluyen

que es posible mantener un proceso anaerobio estable de

excretas de cerdo a una concentración de amonio de 6 g N-

NH +/L, pero con una tasa de producción de gas menor a la

potencial y que decrece progresivamente según aumenta la

temperatura y por tanto el amonio libre. Angelidaki et al (2007)

encontraron que a una concentración mayor a 2.8 g N-NH +/L

en digestión anaerobia de gallinaza, la producción de gas

disminuía entre un 50 y 90%. Ante esta variabilidad Ahring

(ley2007) propone que la inhibición por amonio puede verse

afectada por la carga orgánica y por tanto, por el número de

microorganismos activos.

Los límites de inhibición del amoniaco libre (NH3), forma del

amonio que causa efectos inhibitorios, varía según el autor.

Así por ejemplo, Henze et al, (2008) proponen el valor de



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200mg N/L y Angelidaki y Ahring (2007) el de 700 mg N/L. Las

diferencias bibliográficas se deben principalmente a la

aclimatación de las bacterias y al pH y la temperatura, que

determinan la concentración de amoniaco libre.

Las altas concentraciones de amonio afectan generalmente

más a los organismos metanogénicos que a otros, cuya tasa

de crecimiento pude verse afectada mientras que la de los

acidogénicos y acetogénicos no Angelidaki y Ahring (2007).

Ácidos grasos volátiles

Los ácidos grasos volátiles cumplen un papel muy importante

en el monitoreo y control de reactores anaerobios por su

rápida reacción ante variaciones del sistema. El incremento de

su concentración se relaciona con la disminución en la

producción de gas (Stams, 2007)

Dentro de los ácidos grasos volátiles, son el propiónico y el

valérico los que más fácilmente afectan el proceso

mientras que el butírico y el acético necesitan

concentraciones altas de 100mM para resultar perjudiciales.

Ahring (2008) señalan que concentraciones menores a 50mM

no generan disminución en la producción de metano.



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Hidrógeno

La acumulación de hidrógeno es responsable de la inhibición

de la acetogénesis, con la consecuente acumulación de

ácidos grasos volátiles, especialmente del propiónico

(Kugelman y Chin, 2006).

Compuestos azufrados en los sistemas anaerobios

Ante los sulfatos existe una competencia entre las bacterias

metanogénicas y las bacterias sulfato-reductoras por los

sustratos útiles. El resultado de la competición determina la

proporción de sulfhídrico y metano en el gas, sin embargo las

bacterias sulfato-reductoras tienen ventajas termodinámicas y

cinéticas sobre los dos tipos de bacterias metanogénicas

(Madigan et al, 2008). El sulfato también, es un importante

inhibidor del proceso, aumentando su efecto según la relación

DQO/sulfato.

Además de la competición, se considera al sulfhídrico en su

forma no ionizada como tóxico a altas concentraciones.

Ácidos grasos de cadena larga

Los ácidos grasos de cadena larga son inhibidores del proceso

anaerobio a altas concentraciones, los límites de inhibición

dependen del tipo de ácido graso y de la forma en la que se

encuentra. Angelidaki y Ahring (2007) indican que los ácidos



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grasos libres, oleico y estérico, inhiben cada paso de la

digestión anaerobia termofílica.

Su forma tóxica son los ácidos grasos libres y el efecto es no

reversible y mayor en el rango mesófilico que termofílico

(Angelidaki y Ahring, 2007).

Cationes y metales pesados

Todos los cationes resultan tóxicos dependiendo del nivel de

concentración, la cual aumenta conforme es mayor el peso

molecular, por tanto suelen ser los metales pesados los más

perjudiciales para el proceso (Hayes y Theis, citado por

Flotats, 2007). El orden de toxicidad de los metales pesados

es Ni > Cu >> Cr(IV) ≡ Cr(III) > Pb >Zn. Los límites de inhibición varían debido a varios factores, uno

de ellos es que la toxicidad disminuye si la introduce

gradualmente en el reactor (Tabla 1.10).



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Tabla 1.10. Concentración de inhibición y toxicidad de metales pesados

Metal Concentración de inhibición (mg/L)

Límite de toxicidad (mg/L)

Concentración para 50% inhibición (mg/L)

Ref. Hayes y Theis(1978) Lawrence y McCarty (1965) Cr (III) 130 260 Cr(VI) 110 420 Cu 40 70 211 Ni Cd

10 -

30 20*

134

Pb 340 340* Zn 400 600 136

*Los autores señalan que el límite de toxicidad debe encontrarse por encima de la concentración especificada.


En la Tabla 1.11 se muestran los límites de concentración de

cationes como el calcio, sodio, potasio y magnesio que a

concentraciones altas inhiben el proceso (Gallert et al, 2008)

Tabla 1.11. Concentración límite de cationes en sistemas anaerobios

Alimentación sencilla Alimentación continua Catión Catión simple

(M) En presencia de antagónicos (M)

Catión simple (M)

En presencia de antagónicos (M)

Sodio 0,2 0,3-0,35 0,3 70,35 Potasio 0,09 0,15-0,2 0,13 0,35 Calcio 0,07 0,125-0,15 0,15 0,2 Magnesio 0,05 0,125 0,065 0,14

Fuente. Kugelman y Chin (2006)

Para el caso de los residuos de porcino el Cu y el Zn

resultan críticos, estos metales están presentes en los

alimentos de los cerdos. Ambos son inhibidores a partir

de 40mg/L para el Cu y de 400 mg/L para el Zn, y

tóxicos a partir de 70mg/L y 600mg/L respectivamente

(Hayes y Theis, citado por Flotats, 2007).



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Desinfectantes y antibióticos

Para mejorar la producción y para el control de

enfermedades suelen añadirse varios tipos de

antibióticos a los alimentos en la crianza de animales.

Massé et al (2008) mencionan que la penicilina y

tetraciclina, presentes en las excretas, suelen tener

efectos inhibitorios en la degradación anaerobia,

aunque existe un factor de aclimatación de las bacterias

antes estas sustancias. Dentro de los antibióticos

usados comúnmente, se ha demostrado que algunos

como el monensin y lasalocid inhiben el proceso,

mientras que otros como el flavomicim, bacitracin,

tylosin, lyncomycin, sulphamethazine y carbadox no

presentan efecto alguno (Flotats et al, 2007)

Los residuos de desinfectantes utilizados en la limpieza

y desinfección de las granjas mezclados con las

excretas, también pueden resultar tóxicos. El efecto

depende de la concentración, biodegradabilidad de la

sustancia y del tiempo transcurrido desde su utilización

hasta la entrada al reactor (Muñoz Valero et al, 2007)



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1.2.5.5 Velocidad de carga orgánica y tiempo de

retención hidráulico

La velocidad de carga y el tiempo de retención son los

principales parámetros de diseño que definen el

volumen del digestor. La primera esta determinada por

el tipo de sustrato y el segundo por el tipo de sistema.

El tiempo de retención es el tiempo considerado desde

que ingresa el material orgánico hasta que sale del

reactor. En sistemas continuos y semi-continuos el

tiempo de retención hidráulica puede ser diferente al

tiempo de retención bacteriano dependiendo del diseño

del sistema y de una tasa de crecimiento de

microorganismos muy alta. En el caso de sistemas de

pequeña escala se suele considerar que el tiempo de

retención hidráulico es igual al tiempo de retención

bacteriano (INDECOPI 1983).

La proporción de material orgánico degradado aumenta

al incrementarse el tiempo de retención hidráulico, sin

embargo la producción de metano comienza a disminuir

al sobrepasar el nivel óptimo. Esta es la razón por la

cual es importante hallar el tiempo de retención óptimo

para cada tipo de residuo y sistema. Angelidaki et al

(2007) indican que para residuos ganaderos el tiempo

de retención suele ser muy variado pero fluctúa entre



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los 10 y 30 días.

1.2.5.6 Agitación

La agitación dentro de un reactor tiene como finalidad

obtener los siguientes resultados: poner en contacto el

sustrato fresco o influente con los microorganismos y

mejorar la expulsión de los gases para eliminar los

metabolitos producidos en la metanogénesis; generar

una densidad uniforme de microorganismos; evitar la

formación de capa superficial, espumas o

sedimentación; evitar la formación de espacios no útiles

en el reactor que reducirían su efectividad; mantener

una temperatura uniforme y sin estratos en todo el

reactor Angelidaki et al 2007.

La agitación puede ser de varios tipos, mecánica,

hidráulica o neumática y la velocidad de agitación debe

responder a un equilibrio entre la homogenización y el

correcto desarrollo de los microorganismos; citado por

Campos, 2009.

1.2.6 CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS

Los sistemas anaerobios utilizan unidades denominadas

reactores, instalaciones preparadas para que en su interior se

produzcan reacciones químicas o biológicas controladas. El

uso de los reactores anaerobios presenta ventajas y



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desventajas con respecto a sistemas aerobios de degradación

orgánica.

Ventajas

Balance energético positivo y favorable.

Baja producción de efluentes para el tratamiento de aguas

residuales.

Desventajas

Requiere inversiones muy altas por la necesidad de

infraestructura especializada.

Es necesario una mayor precisión para el control

de operaciones y mantenimiento del proceso.

Las características principales para clasificar los reactores son

el modo de operación o carga, el modelo de flujo y el estado

de la biomasa. En la Tabla 1.12 se mencionan los tipos de

reactores existentes hasta el momento según el modo de

operación y estado de la biomasa.

Tabla 1.12 Clasificación de sistemas anaerobios

Modo de operación Estado de biomasa Tipo reactor Discontinuo Suspensión Discontinuo

Anaerobic Sequeneing Bach Reactor (ASBR)

Semi-continuo Suspensión Indio/Chino Continuo Suspensión Laguna anaerobia

Reactor continuo totalmente agitado - RCTA (mezcla completa) Flujo pistón_

Suspensión /recirculación

Contacto anaerobio

Suspensión-separada Doble etapa



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Sedimentación interna Up flor Anaerobic Sludge Blanket (UASB

Fijada Filtro anaerobio (flujo descendente /flujo ascendente) Lecho fluidizado

Fuente. Bonmatí, 2007

1.2.6.1 Reactor discontinuo y Anaerobic

Sequeneing Bach Reactor (ASBR)

Características:

La operación se lleva a cabo mediante cargas

sucesivas del reactor.

Para obtener un flujo continuo en la producción de

gas se necesitan varios reactores.

Si los reactores son usados de forma secuencial se

denomina ASBR.

Es necesario utilizar inoculo, considerado como una

carga interior en el reactor.

Aplicación: En residuos con alto contenido de sólidos.

1.6. Figura Reactor Discontinuo



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1.2.6.2 Reactor semi-continuo

Características:


temporizadas.

Gran aplicación en países como China o India.

Normalmente se usan gasómetro con sello de agua.

Aplicación: En residuos con alto contenido de sólidos.

Tipos:

Figura 1.7. Esquema reactor semi-continuo tipo

chino.

Figura 1.8. Esquema reactor semi-continuo tipo

indio.



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1.2.6.3 Laguna anaerobia

Características:


continuas

La profundidad es el parámetro de diseño crítico (>

3m).

Difícil recuperar el gas generado.

Aplicación: En aguas residuales urbanas.

Debe considerarse su efecto negativo al favorecer el

efecto invernadero debido a las emisiones difusas de

biogás al ambiente.

Figura 1.9. Esquema de una laguna anaerobia.

1.2.6.4 Reactor continuo Totalmente Agitado

(RCTA)

Características:


continuas.

El parámetro crítico en el sistema en la agitación,



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pues la homogenización es indispensable para su

correcto funcionamiento.

Normalmente aislado para un mejor control de la

temperatura.

Aplicación:

Residuos con alto contenido en sólidos, agitados

mediante el uso de bombas.

Ampliamente utilizados

Figura 1.10. Esquema de un Reactor continuo

totalmente agitado.

1.2.6.5 Reactor Flujo pistón

Características:


continuas.

Normalmente aislado para un mejor control de la

temperatura.

La homogenización es perpendicular a la dirección



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del flujo.

Aplicación:

Dificultad en asegurar un flujo horizontal.

Residuos con alto contenido de sólidos.

Figura 1.11. Esquema de un reactor flujo pistón.

1.2.6.6 Reactor de contacto

Características:

Reactor de mezcla completa con retención de

biomasa.

El tiempo de retención hidráulico difiere del tiempo

de retención bacteriano.

La biomasa se separa del decantador y se recircula

parcialmente.

La concentración de biomasa en el reactor,

considerada como la edad bacteriana, se regula

mediante la recirculación y la purga.



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Aplicación:

En aguas residuales en alta carga.

Sustratos con concentración elevada de sólidos.

Figura 1.12. Esquema de un reactor de contacto.

1.2.6.7 Reactor doble etapa

Características:

La operación se lleva a cabo mediante cargas continuas.

El objetivo de este tipo de sistema es separar el proceso en

dos etapas:

Reactor 1: Se desarrollan los procesos de hidrólisis y

acidogénesis.

Reactor 2: Se desarrolla el proceso de metanogénesis.

Cuenta con una desventaja significativa por la necesidad

de estrategias operativas y de control para mantener las

poblaciones de microorganismos diferenciadas para ser



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utilizadas en las dos etapas.

Figura 1.13. Esquema de un reactor doble etapa.

1.2.6.8 Up-flow Anaerobio Sludge Blanket (UASB)

Características:

El sustrato se introduce por la parte inferior del reactor.

Flujo ascendente del sustrato a ser degradado.

Biomasa tiene la capacidad de formar granulos o fóculos,

también denominado, manto de lodos.

Cuenta con un separador trifásico para diferenciar gas,

fluido y lodos.

Habitualmente se inoculan con los propios lodos de un

reactor UASB

Retención de la biomasa se regula con la velocidad del

flujo ascendente.



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Aplicación:

Aguas con alta carga orgánica, especialmente de la

industria agroalimentaria.

Aguas residuales urbanas en baja carga.

Figura 1.14. Esquema de un reactor UASB.

1.2.6.9 Filtro anaerobio

Características:

Reactores de biomasa fijada, por tanto el tiempo de

retención hidráulico difiere totalmente del tiempo de

retención bacteriano.

Biomasa crece en un soporte plástico o similar, ya

sea de forma ordenada o desordenada.

Flujo puede ser descendente o ascendente.



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Aplicación:

Aguas residuales no urbanas en alta carga

Aguas residuales urbanas en baja carga

El sistema suele tener problemas de obturaciones si el

fluido contiene concentraciones elevadas de sólidos.

Figura 1.15. Esquema de un reactor de filtro

anaerobio, (biomasa ordenada/desordenada)

1.2.6.10 Lecho fluidizado

Características:

La biomasa se fija en partículas sólidas que se

mantienen en suspensión como fluido.

La suspensión de las partículas de soporte se regula

mediante la velocidad del flujo, en forma

ascendente, y su recirculación.



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Normalmente se usa separadores trifásicos para

diferenciar gas, fluido y lodos al igual que en el

sistema UASB.

Aplicación:

Aguas residuales no urbanas en alta carga

1.16. Esquema de un Reactor Lecho Fluidizado



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CAPÍTULO II II. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 CARACTERÍSTICAS DEL SUSTRATO

De la evaluación de residuos generados en la zona, se determinó que

existe en mayor cantidad excretas de porcino que residuos generados

por las actividades cotidianas de los pobladores y que además no son

reutilizados como abono orgánico o similares sino que son quemados al

aire libre.

Proyectando el trabajo futuro hacia una difusión masiva de esta

tecnología (digestión anaerobia) en todo el Parque Porcino del Distrito

La Esperanza, se resolvió trabajar exclusivamente con las excretas de

cerdo.

En trabajos similares se cita que el material más utilizado en digestión

anaerobia son las excretas de animales, el cual contiene sustancias de

naturaleza fibrosa que ya han sufrido un proceso bioquímico y

tratamiento mecánico por el animal, por tanto, estos materiales no

necesitan de forma indispensable un tratamiento previo al uso en el

proceso de producción de biogás (Lewis Díaz, 2008), asimismo, el

estiércol de estos animales presenta un adecuado balance de celulosas

y nutrientes que ya los hace preparados y listos para la digestión

anaerobia.

En el Parque Porcino de la Esperanza, la crianza de cerdos se

caracteriza por tener un tipo de explotación no tecnificada y estabulada.



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La infraestructura para esta actividad no cuenta con un sistema de

recolección y disposición de excretas, orinas o residuos generados por

la alimentación. Para la construcción de los corrales se emplea

comúnmente material rústico (madera y latones), y en algunos casos

materiales reciclados.

El alimento de los cerdos es básicamente elaborado con residuos de

restaurantes, restos de frutas y visceras de aves, que muchas veces

adquieren a un precio módico en restaurantes y mercados (a un costo

de S/. 2 por cilindro de 225 litros), adicionando afrecho en cantidades

mínimas. El alimento es repartido hasta dos veces al día según la edad

en la que se encuentra el animal. Dentro del Parque Porcino menos del

10% de los criadores alimenta a sus animales con dieta balanceada

comercial y cumplen con un plan sanitario aparentemente adecuado. El

agua que consumen los animales es agua potable comprada a

camiones cisterna que abastecen la zona. La cantidad de agua que se

les da es proporcional a la ración de comida que les corresponde y se

les coloca en los bebederos artesanales al mismo tiempo que se les

reparte el alimento.

En el proceso de crecimiento, los productos químicos empleados para

garantizar un buen desarrollo de los cerdos son suministrados por los

mismos granjeros.

En la Tabla 2.1 se mencionan los más usados y su frecuencia de uso.



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Tabla 2.1. Productos químicos y frecuencia de uso en cerdos del

Parque Porcino

Nombre Tipo de químico Frecuencia de uso

Calmagine (Noramidopyrine) Vermectin (Ivermectina)

Bioquin (Enrofloxacina)

Vegenciana (Cloruro de Metilrosanilina)

Cetrivit AD3E

Emicina (Oxitetraciclina)

Iron-dex 100 B12

Tylo-combisone (Tilosina, gentamicina, dexametasona)

Analgésico, Antiespasmódico Endectocida, Antiparasitario

Antimicrobiano

Antiséptico

Suplemento nutricional y vitamínico

Antibiótico

Suplemento nutricional y vitamínico

Antibiótico, Antinflamatorio, Anthistamínico

Esporádicamente

Esporádicamente

En el parto En lactancia Esporádicamente

Al ser castrados Esporádicamente

Esporádicamente

Esporádicamente En lactancia (recién nacidos)

Esporádicamente

Actualmente la granja del Sr. Iparraguirre cuenta con una

población de 93 cerdos de edades distintas criados en 21

corrales, de los cuales solo 8 cuentan con piso de concreto.

Según el estudio previo al inicio de los ensayos, la producción

diaria de excretas de cerdo era de 127,75 kg con 255,1 g/L de

Sólidos Totales (ST), 182 g/L de Sólidos Volátiles (SV) y 393

mg/L de Demanda Química de Oxígeno (DQO). El potencial

máximo en la producción de biogás para deyecciones de

ganado porcino es de 0,41 m3 biogás/kg SV, por tanto una



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estimación muy general de la probable producción de biogás

empleando el total de las excretas de cerdo generadas en la

granja sería de 9,5 m3/día de biogás. En la tabla 2.2 se

muestran valores de ST, SV y DQO según el tipo de diluyente.

Tabla. 2.2. Valores de Sólidos Totales (ST), Sólidos Volátiles (SV), Demanda

Química de Oxígeno (DQO), Relación Carbono Nitrógeno (C/N) y pH para el

sustrato ST

(g/L) SV

(g/L) SV/ST (100%)

DQO (mg O2/L

C/N pH

Excretas de cerdo diluidas en agua (1/1)

121,67 90,83 74,65 196,45 6,40

Excretas de cerdo diluidas en orina (l/l)

153,85 110,77 72,00 181,33 27,8 6,40

Excretas de cerdo sin dilución

255,1 44,2

2.2 METODOLOGÍA A UTILIZAR PARA REALIZAR EL ESTUDIO DE

VIABILIDAD

El método de estudio se basó en ensayos de viabilidad para digestión

anaerobia en sistemas discontinuos, experimentos de biodegradabilidad

de sustrato, útil para conocer el potencial de producción de metano y el

rango de proporción de mezcla del cual se obtienen mayores

producciones de biogás y metano.

Normalmente los ensayos de biodegradabilidad en discontinuo no

proporcionan información acerca del comportamiento a condiciones

reales del sustrato debido a que son realizadas en base al control de



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cada variable, necesario para el correcto funcionamiento de los

experimentos, sin embargo, en este caso existe una variación

interesante. Los experimentos de este estudio fueron realizados in-situ

en la zona de estudio, bajo las condiciones climáticas naturales del

lugar, características del ambiente y sustrato recogido tal cual sería

utilizado en el caso de funcionar un diseño a escala familiar.

El objetivo general de esta serie de experimentos fue el estudio del

proceso de digestión anaerobia de excretas de cerdo del Parque Porcino

del Distrito de la Esperanza. También otros objetivos son: Comparación

de rangos psicrofílico y mesófilico; determinar la viabilidad de la

digestión anaerobia como un tratamiento posible en un plan de manejo

de los residuos sólidos del lugar; y evaluar la metodología empleada.

2.3 CONSTRUCCIÓN DE BIODIGESTORES EN DISCONTINUO TIPO

BATCH

Este tipo de digestor (Batch) se carga una sola vez en forma total y la

descarga se efectúa una vez que ha dejado de producir gas

combustible. Normalmente consiste en tanques herméticos con una

salida de gas conectada a un gasómetro flotante, donde se almacena el

biogás. Este tipo de digestor es también ideal a nivel de laboratorio si se

desean evaluar los parámetros del proceso o el comportamiento de un

residuo orgánico o una mezcla de ellas. En los sistemas Batch, gracias a

la facilidad de construcción del sistema y la sencillez en el proceso de

digestión, la alimentación del digestor puede realizarse con residuos

vegetales o también mezclando residuos vegetales con pecuarios



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(Solari, 2008).

Los materiales empleados para la construcción del sistema experimental

se describen en el Tabla 2.3

Tabla 2.3 Materiales y equipos de construcción Materiales Unidad Cantidad Costo Total (S/.)

Para la construcción de los biodigestores Cilindros de PVC de 225 litros

unidad

3

240.00

Válvulas tipo bola de metal unidad 3 120.00 Válvulas tipo bola de plástico unidad 3 75.00 Termómetros de mercurio (0-60°C) unidad 3 42.00 Manguera para gas metro 10 15.00 Manguera de látex transparente metro 2 4.00 Conectores de metal para manguera de gas unidad 6 42.00 Abrazaderas unidad 9 9.00 Conexiones de PVC unidad 24 96.00 Teflón unidad 2 2.20 Poliuretano unidad 1 14.00 Silicona unidad 1 14.00 Empaquetadura de pasta unidad 2 7.00 Para la construcción del gasómetro Cilindros de metal de 70 litros unidad 3 105.00 Baldes de plástico de 50 litros unidad 3 9.00 Válvulas tipo bola de metal unidad 3 120.00 Manguera de látex transparente metro 3 6.00 Abrazaderas i unidad 3 3.00 Conectores de metal para manguera de gas unidad 3 21.00 Teflón unidad 1 1.20 Poliuretano unidad 1 14.00 Silicona unidad 1 14.00 Empaquetadura de pasta unidad 1 7.00 Centímetro para costura unidad 3 3.00 Terocal unidad 1 3.00 Para la construcción del manómetro Manguera de látex transparente metro 6 12.00 Rejilla de metal metro 3 21.00 Reglas milimetradas unidad 6 0.60 Terocal unidad 1 3.00 Para la adaptación del ambiente de ubicación de los reactores Termómetro ambiental de mercurio (0-60°C) unidad 1 12.00 Manga de plástico transparente metro 5 16.00 Manga de plástico negro metro 5 20.00 Palos de madera pino unidad 4 12.00 Soguilla metro 10 6.00 Poliuretano unidad 1 14.00 Para el procedimiento operatorio diario Encendedor recargable unidad 1 2.00 Cintas de medición de pH caja 1 40.00 Cuaderno de registro unidad 1 3.00 Olla de acero unidad 1 3.00 Cocina Surge unidad 1 40.00 Cámaras de llanta unidad 3 10.00 Costo Global (S/.) 1201.00



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2.3.1 Procedimiento para la adaptación del ambiente de

ubicación de los biodigestores.

Los pasos que se siguieron para la ubicación de los

biodigestores fueron los siguientes:

Se identificó dentro de la granja del Sr. Jorge Iparraguirre

un tanque de agua sin techo construido hace varios años

en ladrillo y cemento pero que en la actualidad se

encontraba sin uso debido a la construcción de otros dos

tanques de concreto.

Conversando con el Sr. Iparraguirre se obtuvo la

autorización para acondicionar el área para colocar los

biodigestores con sus respectivos medidores de gas

"gasómetros".

Para acondicionarlo se inició la labor rompiendo una de las

paredes del tanque de tal manera que quedara una

abertura lo suficientemente grande para que sirviera de

puerta de ingreso (Figura 2.1).

Se procedió luego a la reparación con cemento de todas

las grietas y fisuras que se habían producido en el tanque

con el paso del tiempo, así como los bordes de la puerta

que se acababa de abrir.

Después de limpiar toda el área interna se colocó en el

piso una lámina de plástico negro y el techo se elaboró en

base a una lámina de plástico transparente unido a palos



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de madera que sirvieran de soporte y peso para colocarlo

sobre los bordes superiores de las paredes.

Se construyó también una puerta de plástico transparente

con palos de madera que sirviera para evitar que el calor

saliera por esta abertura.

La finalidad es que la radiación y calor pudiera ingresar a

través de la manga de plástico transparente y fuera

retenido por la manga de plástico negro en el suelo,

aumentando la temperatura ambiental para el desarrollo de

los experimentos.

Figura 2.1. Ambiente diseñado para colocar los

biodigestores

2.3.2 Procedimiento para construcción de los biodigestores

Los pasos que se siguieron para la construcción de los

biodigestores son los siguientes:

1) Se hicieron dos orificios paralelos en el tercio inferior del

bidón. A uno de estos orificios se conectó herméticamente



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la llave de salida de líquido para medir pH. Al segundo

orificio se conectó también herméticamente el mecanismo

para medir temperatura, este consta de un tubo delgado de

plástico transparente anudado a un borde y sellado con

silicona (parte que va dirigida al área interna del cilindro).

2) Se abrió un orificio en la parte superior de la tapa del bidón

de PVC, por este orificio se conectó la llave y la manguera

para gas hasta el gasómetro.

3) A mitad de la manguera para conducción de gas se colocó

una T de plástico la cual conecta por su parte superior con

una manguera que va hacia el manómetro de paso.

4) Construcción del manómetro de paso.

5) Construcción del medidor de gas "gasómetro"

6) Construcción del manómetro para la presión interna del

"gasómetro"

7) Se unieron todas las partes utilizando masilla formadora de

empaquetaduras, teflón, poliuretano y silicona para sellar

totalmente todos aquellos orificios que puedan ser

causantes de fugas posteriores.

El resultado de todos estos pasos seguidos para la

construcción se presenta en la Figura 2.2. y 2.3.



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Figura 2.2. Esquema de Construcción del biodigestor

experimental.

Figura 2.3. Partes del Biodigestor



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2.3.3 Procedimiento para la construcción del

"gasómetro"


gasómetros son los siguientes:

1) Se acondicionó de un cilindro de metal de 40 crn. de

diámetro y un balde plástico de diámetro menor para ser

colocado de forma invertida dentro del cilindro de metal.

Esto para cada uno de los biodigestores.

2) Un tubo de metal de 1 m de longitud y 1 cm. de diámetro

fue soldado y sellado con el cilindro de metal de la

siguiente manera que se colocó uno de los extremos

pegado a la base inferior del cilindro llegando hasta la

mitad del mismo por donde ingresa hacia al interior de

forma recta hasta una altura de 30 cm., como continuación

a este tubo se colocó uniéndose con abrazaderas un tubo

de silicona que subía 20 cm. más.

3) En el balde de plástico fue abierto un orificio por donde se

colocó la conexión necesaria para la llave de paso o cierre

del gas, esto con el objetivo de tener una salida por donde

capturar el gas y realizar las pruebas respectivas de

reacción al fuego, olor y presión.

4) Se llenó de agua el cilindro de metal previamente sellado,

colocando de modo invertido el balde de plástico con la

llave de salida del gas abierta, de esta manera con un poco



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de presión hacia abajo el aire contenido dentro del balde

era expulsado hasta que el agua llegara al límite superior

del balde.

5) Midiendo el nivel en el que el balde ya sin aire queda con

respecto al nivel del agua, se colocó el cero de una cinta

métrica, la cual fue pegada a lo largo del balde que se

introduce en el agua. Con la cinta métrica hallamos así la

altura que se elevó el balde por el ingreso del gas y con

este dato y el del radio obtenemos el volumen que ingresó

de gas (Figuras 2.4 y 2.5).

6) Finalmente se procedió a conectar la manguera de

conducción del gas que va desde el biodigestor hacia el

tubo de metal soldado a la base del cilindro de metal.

Figura 2.4. Esquema de construcción



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Figura 2.5. Partes del gasómetro

2.3.3.1 Procedimiento para la construcción del

manómetro


manómetros son los siguientes:

1) La T de plástico colocada a la altura media de la manguera

de conducción del gas que va desde el biodigestor hacia el

"gasómetro" nos sirvió para poder unir de modo seguro una

manguera de plástico transparente la cual se condujo hacia

la pared delantera de la construcción en donde se colocó

en forma de U pegada a la pared.

2) Dentro de la manguera ya colocada en forma de U, se

introdujo un poco de agua, la cual quedaría al mismo nivel



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a ambos lados de la U al encontrarse en el momento a

presión atmosférica.

3) Siendo así se colocó a cada uno de los lados una regla

milimetrada. Para el lado izquierdo se ubico el cero desde

la altura del nivel del agua hacia abajo mientras que del

lado derecho se colocó el cero desde la altura del nivel del

agua hacia arriba.

4) Las reglas milimetradas permiten conocer fácilmente la

diferencia del nivel del agua que habría provocado por la

presión del gas.

5) Para evitar que el agua se evaporara debido al calor del

día se coloco como tapón un globo el cual sirve como

medida de seguridad. Si la presión de gas aumentara por

alguna razón, el manómetro serviría para que el gas

pudiera ser expulsado por este lado.

6) El resultado de los pasos descritos se observa en las

Figuras 2.6. y 2.7.



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Figura 2.6 Esquema de construcción del manómetro

Figura 2.7. Partes del Manómetro



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2.4 . DISEÑO DEL EXPERIMENTO

Tabla 2.4. Diseño de los experimentos

Experimento Trat. T° ambiental

(°C)

% Excretas de cerdo

% Agua

% Orinas

de cerdo

% Residuos de

restaurante

Diluciones de las excretas de cerdo

Experimento 1: Diluciones de las

excretas con agua

1.1 28,23 30 70

1.2 28,23 60 40

1.3 28,23 59 24 17

Experimento 2: Diluciones de las

excretas con orinas

2.1 43,90 30 70

2.2 43,90 60 40

Blanco: Efecto del inoculo % Efluente extraído del Trat.

1.1

% Efluente extraído del Trat. 1.2

Blanco experimento 2 3.1 43,90 50 50

% en volumen de cada componente El inoculo empleado en el Experimento 1 consiste en 66.4 litros: 28% de rumen, 8% de lodos de un reactor anaerobio y 64% de mezcla elaborada con excretas de cerdo y agua (1:1) guardadas en condiciones anaerobias por un mes.

El objetivo de los Trat. 1.1 y 2.1 fue evaluar el proceso de

sustratos con menor contenido de carga orgánica (30% de

excretas en base a volumen), por el contrario, en los Trat. 1.2

y 2.2 (60% de excretas en base a volumen), se evalúan

sustratos con alto contenido de material orgánico.

En el caso del Trat. 1.3, se realizó con la finalidad de



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comprobar la posibilidad de realizar un proceso de codigestión

entre las excretas de cerdo y los residuos de restaurante, el

uso de este último se debe a su abundancia en la zona y la

problemática que existe en torno al manejo del mismo.

La diferencia de temperaturas entre los dos experimentos se

debe a que se diseñaron los ensayos de manera tal que

pudiera comprobarse el desarrollo del proceso de digestión

anaerobia a dos condiciones de temperatura diferentes. En el

caso del Experimento 1. efectuado entre septiembre y

diciembre, se presenta la evolución del ensayo con tendencia

a enmarcarse en un rango psicrofílico mientras que el

Experimento 2, efectuado entre enero y abril, se desenvuelve

en un rango mesófilico.

En el experimento 2 se consideró importante utilizar en vez de

agua, la orina de los mismos cerdos para ser mezclado con las

excretas con la finalidad de formar un sustrato menos denso y

equilibrar la relación carbono/nitrógeno (la orina aumenta la

concentración de nitrógeno en el sustrato).

La orina se considera propicio para esta función debido a que

son líquidos residuales generados por la crianza de cerdos,

cuya utilización en la generación de biogás vendría a ser

apropiada considerando que no se cuenta con un sistema de

tratamiento de estos efluentes.



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(%) = (%)

=

∗ 100

(2.1)

mediante la siguiente expresión

á (%) = (%)

:

=

× 1 00

(2.2)

2.5 MÉTODOS ANALÍTICOS

2.5.1 Sólidos Totales (ST) y Sólidos Volátiles (SV)

La determinación del contenido de sólidos totales (ST) y de

sólidos volátiles (SV) se realizó en el Laboratorio de Análisis

de agua, de la Facultad de Ing. Química de la UNT de acuerdo

con los Métodos normalizados para el análisis de aguas

potables y residuales.

Los ST se determinaron mediante el peso del residuo seco,

secado a 105°C, durante 48 horas, referido al peso de materia

fresca inicial. Para el cálculo se utiliza la siguiente expresión:

La determinación de los sólidos volátiles (SV) se realizó sobre

las mismas muestras, mediante calcinación, en un mufla, a

550°C durante 6 horas. El contenido de sólidos volátiles se

determina por diferencia entre el residuo seco y las cenizas,

2.5.2 Demanda Química de Oxígeno (DQO)

La Demanda Química de Oxígeno es una medida indirecta del

contenido de materia orgánica y compuestos oxidables en una

muestra. Se define como la cantidad de oxígeno necesaria



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ar si la

=

olución es a

para oxidar completamente la materia orgánica y los

compuestos oxidables de una determinada muestra. Los

análisis se efectuaron en el Laboratorio de Análisis de agua,

suelo y medio ambiente de la Facultad de Ing. Química de

acuerdo con los Métodos normalizados para el análisis de

aguas potables y residuales.

2.5.3 pH

El pH es la forma común de expresar la concentración de ion

hidrógeno en las soluciones acuosas y es usado para

determin s cida o básica:

— [ ] (2.3) Se realizó de dos maneras: la primera realizada al inicio y al

final en cada tratamiento mediante análisis en el Laboratorio

de Análisis de agua, suelo y medio ambiente de la Facultad de

Ing. Química, de acuerdo con los Métodos normalizados para

el análisis de aguas potables y residuales y la segunda

utilizando el método práctico en el que se introducen tiras de

papel de colores en la sustancia a evaluar para luego

comprobar el cambio en la coloración del papel y compararla

con los ya predeterminados para cada grado de pH. Este

método fue considerado oportuno para la experiencia debido a

su facilidad de uso, sin embargo se considera de baja

precisión ya que se encuentra sujeta a la percepción del

evaluador para diferenciar los colores de la tira de papel.



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2.5.4 Alcalinidad Total

La alcalinidad de un agua es su capacidad para neutralizar

ácidos y constituye la suma de todas las bases valorables.

Significa por tanto la capacidad tampón para estabilizar los

niveles de pH alrededor de 7. Los análisis se efectuaron en el

Laboratorio de Análisis de agua, suelo y medio ambiente de la

Facultad de Ing. Química de acuerdo con los Métodos

normalizados para el análisis de aguas potables y residuales.

2.5.5 Metano (CH4) y Dióxido de Carbono (CO2)

Para determinar la composición del biogás, metano (CH4) y

dióxido de carbono (CO2). Las muestras de gas fueron

analizadas mediante cromatografía de gases en el Laboratorio

de la Facultad de Ingeniería Química.

2.6 DESARROLLO Y SEGUIMIENTO DE LOS ENSAYOS

Los ensayos se inician con la carga de los biodigestores que incluye la

adición del inoculo, adición del sustrato, mezcla completa y sellado. Los

análisis de sólidos totales, volátiles, pH y alcalinidad se realizaron al

inicio de cada ensayo, mientras que la prueba de cromatografía de

gases se llevó a cabo a los dos meses de empezados los experimentos.

La producción de biogás se debe a la acción de diversos grupos de

microorganismos, estos deben estar presentes para que se inicie el

proceso y una forma de asegurar la existencia de los mismos en la



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carga inicial, es hacer un inóculo.

Al incorporar el sustrato según lo descrito en el punto 2.3.1. (Diseño del

experimento), se procedió a remover totalmente la mezcla para que el

inoculo tome el contacto necesario con el sustrato para posteriormente

ser tapado y sellado herméticamente.

El seguimiento del experimento se realizó desde el día en que fueron

sellados los reactores hasta el día en que fueron abiertos y vaciados, se

desarrolló mediante el registro diario de las siguientes variables:

temperatura interna (dentro del reactor), temperatura ambiental, presión,

pH, volumen de gas producido, prueba de combustión y olor. En la

Figura 2.8. se muestra el formato empleado para el registro de las

variables.

Figura 2.8. Formato de registro de variables

TRATAMIENTO:

Fecha Hora H Gasómetro

T° int. PH Rx mechero

Olor T° amb Presión Observaciones

El registro de las variables se realizó de lunes a viernes, entre las

10:00am y 12:00pm. Los datos que constituyen el registro completo

se encuentran recogidos en los anexos del presente documento.



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o está dado por la

∑

ó

sigu iente ecua ción:

(2-4)

ℎ = (2 5)

2

Los dos tipos de temperatura que se evaluaron fueron la temperatura

ambiental y la temperatura interna de cada biodigestor, esta última

fue medida con un termómetro introducido mediante un tubo de

silicona al interior del biodigestor al nivel de la fase liquida. En cuanto

a la temperatura ambiental, fue incrementada debido a la

construcción de la infraestructura de ladrillo y cemento adaptada para

la ubicación de los biodigestores, siendo así que la temperatura

ambiental dentro de este espacio se incrementó en

aproximadamente 10°C con respecto al exterior.

2.7 CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN DE GAS

La producción de gas se calculó a partir de los registros diarios de

volumen almacenado en el gasómetro. El volumen total de gas

producid

,

El Vgasómetro en la sumatoria está dado por el volumen de gas

registrado diariamente y se calcula mediante la siguiente formula:

Figura 2.9. Esquema del Gasómetro

. . .



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A diario, el gas almacenado era primero registrado y luego empleado

para una prueba de combustión, posteriormente el gasómetro era

vaciado, y dependiendo de si generaba combustión, el gas era

trasladado a una cámara de llanta o se botaba al ambiente.

El Vbiodigestor será aquella parte de este que quede libre para la

acumulación del gas y se estima empleando la misma fórmula que se

usa para el cálculo del Vgasómetro.

El volumen del cilindro será considerado solo una vez, puesto que el

gas allí acumulado se va desplazando, introduciéndose en el

gasómetro, por lo que comportaría un error de cálculo considerarlo

más de una vez.

Figura 2.9. Esquema del Biodigestor

La suma del volumen del gas registrado diariamente no es

directamente la masa o "cantidad" total de gas producido, esto

debido a que el volumen cambia con la presión y con la temperatura.

Ya que la presión no fue la misma en cada uno de los registros y no

fue posible mantener una temperatura estable, para obtener la



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t m mic

producción de gas acumulada se transformaron los datos a

condiciones normales (T=20°C y P=latm), empleando la siguiente

equivalencia er odiná a de sistemas entre un estado 1 y un

estado 2:

. =

.

(2.6)

Donde la temperatura deberá estar en unidades de grados Kelvin (K),

y las presiones y volúmenes en las mismas unidades en ambos

estados. La equivalencia de temperaturas es:

T(k) = 273.16+T(°C) (2.7)

Volumen de gas acumulado

El volumen de gas acumulado (M) es un parámetro de gran

importancia como medida del potencial de producción. Dado que los

tratamientos se realizaron utilizando la misma metodología, resulta

ser un índice de valor a nivel comparativo para los dos experimentos.

El cálculo de este índice se realiza mediante la suma de la

producción diaria de biogás desde en inicio de los ensayos hasta el

último día de registro. En el caso de emplear un digestor control, se

puede sustraer el volumen acumulado de biogás del blanco (Vblanco),

al volumen acumulado (V) de cada una de los tratamientos (Campos

2009).



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M = Vt – Vblanco

Volumen de gas respecto a la cantidad de masa inicial de

sustrato (M')

Este parámetro estima la producción de biogás por unidad de masa

de sustrato, y es necesario para comparar los resultados con los

obtenidos por otros autores.

M’ =

Volumen de gas respecto a la cantidad de materia orgánica

inicial (B)

Este es un parámetro mucho más universal ya que se elimina el

factor tamaño del reactor o cantidad de sustrato añadido, pero sobre

todo es interesante para comparar la biodegradabilidad de cada

sustrato, independientemente del contenido de materia orgánica.

Consiste en calcular el volumen de biogás producido por cada gramo

de materia orgánica añadida (medida como sólidos volátiles). Este

índice se calcula como el volumen de producción de biogás dividido

por la cantidad total de sólidos volátiles añadidos (Campos, 2009).



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=

=

′ . [ ] [ ]

Donde C es la concentración de SV inicial. (2.11)

2.8 ÍNDICES DE PRODUCCIÓN Y CONCENTRACIÓN DE METANO

La verificación de la producción de metano se realizó utilizando el

método cromatógrafo de gases, según el cual se determinó el nivel de

contenido de metano en el biogás perteneciente a cada uno de los

tratamientos estudiados. La importancia de este resultado radica en el

interés del mismo para comparar los distintos tratamientos, la calidad de

gas producido y para relacionar esta variable con otros parámetros del

proceso (citado por Campos, 2009).

2.9 ANÁLISIS ESTADÍSTICOS

El análisis estadístico se realizó para cada tratamiento por separado,

siendo elegidas para el análisis, el tiempo de retención empleado en los

ensayos (días), producción de biogás acumulado (verificado mediante el

registro) y producción de biogás acumulando por kg de SV introducidos

(l/kgSV) calculada a condiciones normales. Se utilizó el programa

Microsoft Excel para realizar el análisis mediante el modelo de regresión

lineal. Si la interacción entre las dos variables resulta significativa, esto

representa la relación y el grado de la misma existente entre ambas

variables. En todos los casos se empleó un nivel de confianza del 95%.



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CAPÍTULO III

3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 EXPERIMENTO 1: DILUCIONES DE LAS EXCRETAS CON AGUA

Caracterización del sustrato

En el Experimento 1 las excretas fueron diluidas con agua según las

cantidades mencionadas en la Tabla 2.4. En base a los análisis

químicos se obtuvo el contenido de sólidos totales en base al

volumen de cada tratamiento, así como la relación existente entre la

parte biodegradable y no biodegradable, el valor de esta relación

reflejará el porcentaje de material orgánico con posibilidad de

eliminarse del sustrato. Para los tres tratamientos, el porcentaje de

sólidos volátiles sobre el total es alto, sin embargo el Trat. 1.1 es el

que muestra el menor valor. En la Tabla 3.1 se detalla la composición

de unos sustratos utilizados en el Experimento 1.

Tabla 3.1. Composición de los sustratos e inoculo empleados en

el Experimento 1

Sustratos e inóculo

ST (g/L) SV (g/L) SV/ST (100%)

pH Alcalinidad (mg

CaCO3/L

Trat. 1.1 Trat. 1.2 Trat. 1.3 Inóculo

95,7 129,4 99,8

109,5

55,1 105,2 83,4 94,7

57,6 81,3 83,6 86,5

6,35 6,21 6,29 6,97

3,5 5,1 4,0 4,5



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El grado de eliminación de material orgánico en cada tratamiento,

indicador de la eficiencia del sustrato en el proceso de digestión

anaerobia, se demuestra mediante el porcentaje de eliminación de

sólidos volátiles (SV). En la tabla 3.2 se puede observar que el Trat.

1.1 alcanzó a eliminar más 26% de SV con respecto al volumen

inicial, valor significativamente superior al de los tratamientos

restantes.

Tabla 3.2. Contenido de Sólidos Volátiles (SV) y porcentaje de

eliminación para el Experimento 1

Sustratos e Inicio Final Eliminación

inoculo g/L % g/L % %

Trat. 1.1 55,1 5,73 43,78 4,2 26,70 Trat. 1.2 105,2 9,88 85,97 8,07 18,32 Trat. 1.3 83,4 8,6 85,16 8,78 -2,09

* Trat. 1.3. Análisis presenta problemas de muestreo Composición del biogás

El contenido de metano (CH4) encontrado en el biogás obtenido de

los tres ensayos realizados, fue considerablemente menor al rango

óptimo (50-80%). La concentración de CH4 para el Trat. 1.1 y 1.2 fue

similar (21,55-22,88%), en tanto la concentración de dióxido de

carbono (CO2) es considerablemente mayor para el Trat. 1.2. Sin

embargo, la relación entre CH4 y CO2 en el Trat. 1.1 se considera

dentro de los rangos considerados aceptables y buenos, no se puede

decir lo mismo del Trat. 1.2 donde la concentración de CO2 supera

significativamente a la de CH4. En la tabla 3.3. se muestran los

resultados obtenidos en cuanto a producción de biogás y contenido



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de metano.

El Trat. 1.3 que evalúa un proceso de codigestión entre excretas de

cerdo diluidas con agua y residuos de restaurante muestra un

contenido de CH4 significativamente bajo. En base a estos resultados

se estima que hubo problemas en el proceso que causaron la

deficiencia del sustrato para la producción de biogás de calidad (con

mayor contenido de CH4).

Tabla 3.3. Producción de biogás y contenido de metano con

concentraciones diferentes de sólidos volátiles en excretas de

cerdos diluidas con agua.

Trat. T.R. T amb/T.interior Digestor(°C)

Volumen diario de biogás(L)

Volumen total (L)

CH4 (%) CO2(%)

1.1 1.2 1.3

79 79 79

28,23 / 22,07 28,23 / 22,60 28,23 / 22,60

3.31 3,11 4,10

202,59 211,92 290,01

22,88 21,55 5,04

9,09 27,34 20,84

Variables calculadas con transformación a condiciones normales (20°C, 1 atm)

Esta condición de los resultados, en especial para el Trat. 1.2, se

podría relacionar con cierto grado de acidificación dentro del

biodigestor y a la inhibición de los microorganismos

metanogénicos por el alto contenido de materia orgánica presente. A

su vez se considera importante considerar la probabilidad de un

inadecuado tiempo de. adaptación del inoculo utilizado, lo cual

significaría que el estado del inoculó en la fase inicial de crecimiento

microbiano y no con una población óptima de bacterias



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metanogénicas para iniciar el proceso anaeróbico.

Productividad

La producción de biogás estimada en base al volumen generado

diariamente por cada tratamiento, resulta nuevamente parecido en

los Trat. 1.1 y 1.2. Ambos ensayos cuentan con una producción

diaria mayor a los 3 litros de biogás y una producción acumulada

entre 202 y 211 litros de biogás, fue menor para el Trat 1.1 con

menor contenido de material orgánico.

Empleando los registros obtenidos se elaboraron las siguientes

gráficas que representan: temperatura ambiental (°C), temperatura

interna del biodigestor (°C), producción diaria de biogás (L) y

producción acumulada (L) (Figuras 3.1,3.2, 3.3)

Figura 3.1 Producción diaria y acumulada de biogás generada por el Trat. 1.1



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La gráfica presentada refleja inestabilidad en la producción

diaria de biogás al inicio del proceso, observándose mayor

estabilidad a partir del día 50 donde se nota menor variabilidad

de los datos y un ligero descenso finalizando el registro. La

producción acumulada de biogás muestra una tendencia lineal

creciente para los primeros 80 días registrados del proceso. El

coeficiente de determinación obtenido indica que el 98% de la

variabilidad en la producción acumulada de biogás es

explicada por el tiempo de retención (días).

Figura 3.2. Producción diaria y acumulada de biogás

generada por el Trat. 1.2



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La gráfica presentada refleja inestabilidad en la producción

diaria de biogás al inicio del proceso, se observa mayor

estabilidad a partir de los 45 días donde se nota menor

variabilidad de los datos y un ligero descenso finalizando el

registro. La producción acumulada de biogás muestra una

tendencia lineal creciente para los primeros 80 días

registrados del proceso. El coeficiente de determinación

obtenido indica que el 99% de la variabilidad en la producción

acumulada de biogás, es explicada por el tiempo de retención

(días).

Figura 3.3. Producción diaria y acumulada de biogás generada por el Trat. 1.3



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La gráfica presentada refleja mayor inestabilidad del proceso

con respecto a los otros dos ensayos, observándose sólo a

partir de los 65 días aproximadamente, menor variabilidad de

los datos y un descenso más abrupto finalizando el registro. La




variabilidad en la producción acumulada de biogás, es


En términos de productividad de biogás, el Trat. 1.3 tuvo

mayor rendimiento, a continuación el Trat. 1.2 y por último el

Trat. 1.1. Sin embargo, un mejor indicador de la productividad

de un sustrato, es la evaluación del volumen de biogás

generado en función de los sólidos volátiles (SV) introducidos,

pues elimina este valor como factor de variabilidad entre los

tratamientos. Así, el digestor con menor carga orgánica fue el

más eficiente. En la tabla 3.4 se aprecia que la productividad

para el Trat. 1.1 fue de 26,84 L biogás/kg SV introducidos,

mientras que para el Trat. 1.2, con mayor carga orgánica, fue

de 15,93 L biogás/kg SV introducidos.



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Tabla 3.4 Resumen de variables de producción de biogás:

Volumen de gas acumulado (M), Volumen de gas con

respecto a la masa inicial del sustrato (M') y Volumen de

gas con respecto a la cantidad de materia orgánica inicial

(B)

Trat. M M’(L/kg) B(L/kg)

1.1 1.2 1.3

202,59 211,92 290,01

1,50 1,61 2,37

26,84 15,93 27,51

La producción diaria de biogás (1) y acumulada (1) en función

de los sólidos volátiles introducidos en el digestor se describe

en las gráficas que se presentan a continuación. (Figuras 3.4,

3.5 y 3.6). En ellas se reafirma que el ensayo con menor

concentración de sólidos volátiles (Trat. 1.1) genera mayor

producción de biogás y es más efectivo en la eliminación de

material orgánico biodegradable.

Figura.3.4. Producción acumulada de biogás en función

de los sólidos volátiles introducidos en el Trat. 1.1

Producción acumulada de biogás/SV introducidos. Producción diaria de biogás/SV introducidos Temperatura del digestor



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La gráfica refleja en el inicio del proceso, bajo grado de

inestabilidad en la producción diaria de biogás por kg. de

sólidos volátiles introducidos, observándose un cambio en este

comportamiento a partir del día 25 aproximadamente donde

se nota menor variabilidad de los datos. La producción

acumulada de biogás por kg. de sólidos volátiles introducidos,

muestra una tendencia lineal creciente para los primeros 80

días registrados del proceso. El coeficiente de determinación



(días).

Figura 3.5. Producción acumulada de biogás en función de los sólidos volátiles introducidos en el Trat. 1.2

Producción acumulada de biogás/SV introducidos Producción diaria de biogás/SV introducidos Temperatura del digestor



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sólidos volátiles introducidos, comportamiento observado a lo

largo del tiempo de retención. La producción acumulada de

biogás por kg. de sólidos volátiles introducidos, muestra una





(días).

Figura 3.6. Producción acumulada de biogás en función de los sólidos volátiles introducidos en el Trat. 1.3




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sólidos volátiles introducidos, comportamiento observado a lo

largo del tiempo de retención. La producción acumulada de

biogás por kg. de sólidos volátiles introducidos, muestra una





(días).

Mediante el análisis de las gráficas, así como del contenido de

metano en el biogás de cada tratamiento, ha sido posible

determinar que el tratamiento con mayor eficiencia en este

experimento fue el Trat. 1.1 que se caracteriza por sus bajos

niveles en cuanto a concentración de material orgánico.

3.2 EXPERIMENTO 2: DILUCIONES DE LAS EXCRETAS CON ORINES

Caracterización del sustrato

En el Experimento 2 las excretas fueron diluidas con orina de cerdo

según las cantidades mencionadas en la Tabla 3.4. El contenido de

sólidos totales (ST) y sólidos volátiles (SV), al igual que en el

Experimento 1, fueron significativamente más altos en el Trat. 2.2

que en el 2.1. La Tabla 3.5 muestra la composición de los sustratos y

el inoculo usado en el Experimento 2. El porcentaje de sólidos

biodegradables con respecto al total de sólidos totales fue alto para



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los tres tratamientos, conteniendo el Trat. 2.2 un mayor porcentaje de

estos materiales, y el Trat. 1.3, el valor más bajo, esta condición se

explica con el proceso de eliminación de material orgánico al que ya

ha sido expuesta la mezcla, la cual consiste en la mixtura de los

sustratos extraídos de dos de los biodigestores del primer

experimento.

Tabla 3.5. Composición de los sustratos e inoculo empleados en

el Experimento 2

Sustratos e inóculo

ST (g/L) SV(g/V) SV/ST(100%) pH

Trat. 2.1 Trat. 2.2 Trat. 3.1 Inóculo

88,8 216,3 73,2

59,6 152,3 39,2

67,1 70,4 53,5

6,68 6,60 6,40

Composición del biogás

En cuanto a la composición del biogás producido, cuanto más bajo

es el cargamento orgánico, más alto contenido de CH4: se tiene, un

48,73% en el digestor control (Trat. 3.1), 37,50% en el Trat. 2.1 y por

último 32,69% en el Trat. 2.2. En tanto, la concentración de CO2,

sigue la tendencia opuesta: a partir del 18,74% en el digestor control

(Trat. 3.1), 23,01% en el Trat. 2.1 y 35,24% en Trat. 2.2. La relación

entre CH4 y el CO2 en el digestor control y en el Trat. 2.1 se

consideran dentro de los rangos normales, a su vez, repitiendo el

mismo resultado del Experimento 1, el Trat. 2.2 en el cual se colocó

un sustrato con mayor carga orgánica, la concentración de CO2 es

superior a la de CH4 a un nivel significativo. Tal como se mencionó



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en el Experimento, este hecho podría estar relacionado con un cierto

grado de acidez dentro del biodigestor y a la inhibición del proceso

llevado a cabo por las bacterias metanogénicas debido a la alta

carga orgánica presente en el sustrato.

Tabla 3.6. Producción de biogás y contenido de metano con concentraciones diferentes de sólidos volátiles en excretas de cerdos diluidas con agua orinas.

Trat. T.R T amb./T. interior

digestor (°C) Producción de

biogás Volumen total (L)

CH4 CO2

diaria (L) 2.1 79 43,90 / 33,90 3,52 270,52 37,50 23,01 2.2 79 43,90 / 32,50 4,03 265,52 32,69 35,24 3.1 79 43,90 / 33,76 3,45 266,30 48,73 18,74

Variables calculadas con transformación a condiciones normales (20°C, 1 atm)

A diferencia del Experimento 1 en la que el la concentración de

metano (CH4) fue notablemente bajo (Tabla 3-3), en esta experiencia

(Tabla 3-6) los resultados de los análisis han mostrado una

considerable presencia de metano (CH4). El tiempo de adaptación y

la mejora del inoculo introducido han afectado considerablemente

este factor. La concentración de CH4 producido ha sido

considerablemente mayor en el blanco, situación que ayuda a

reforzar la teoría antes mencionada, de manera que el digestor con

sustrato más adaptado ha producido biogás de mayor calidad. En la

Figura 3-7 se muestran las llamas producidas por el biogás de los

tres biodigestores estudiados, las diferencias son evidentes y

ratifican los valores en la concentración de metano.



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Figura 3.7 Imágenes de las llamas producidas por los ensayos del

Experimento 2 |

Productividad

La producción de biogás (L) es similar en los tres tratamientos, con

un volumen acumulado entre 265-270 L biogás (Tabla3-6). El

tratamiento con mayor productividad es el 2.1, sin embargo la

producción diaria es levemente más alta para el digestor cargado con

mayor cantidad de material orgánico (Trat. 2.2), más de 4 L

biogás/día, comparado con los 3,5 L biogás/día de los otros dos

ensayos.

En las Figuras 3.8, 3.9 y 3.10 se observa la temperatura ambiental

(°C), temperatura interna del biodigestor (°C), producción diaria de

biogás (L) y producción acumulada (L). Los datos empleados para

estas representaciones, son los obtenidos del registro diario de

producción de gas por biodigestor.



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Figura 3.8. Producción diaria y acumulada de biogás generada

por el Trat. 2.1

La gráfica presentada refleja, a diferencia de lo observado en

el Experimento 1, se hace visible un ligero incremento en la

producción diaria de biogás al finalizar el registro. La




variabilidad en la producción acumulada de biogás es




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Figura 3.9. Producción diaria y acumulada de biogás


Producción acumulada de biogás Producción diaria de biogás a Temperatura ambiental Temperatura del digestor


el Experimento 1, un ligero incremento en la producción diaria

de biogás al finalizar el registro. La producción acumulada de

biogás muestra una tendencia lineal creciente para los

primeros 79 días registrados del proceso. El coeficiente de

determinación obtenido indica que el 97% de la variabilidad en

la producción acumulada de biogás es explicada por el tiempo

de retención (días). Como es posible notar, en los primeros

días del proceso no se registró ningún valor de producción,



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esto se debe a un error de tipo experimental modificado al

décimo día.

Figura 3.10 Producción diaria y acumulada de biogás


Producción acumulada de biogás Producción diaria de biogás a Temperatura ambiental Temperatura del digestor


el Experimento 1, un ligero incremento de la producción diaria

de biogás al finalizar el registro. La producción acumulada de

biogás muestra una tendencia lineal creciente para los

primeros 79 días registrados del proceso. El coeficiente de

determinación obtenido indica que el 99% de la variabilidad en

la producción acumulada de biogás es explicada por el tiempo



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de retención (días).

En términos de productividad de biogás, el Trat.2.1 tuvo mayor

rendimiento, a continuación el Trat.2.3 y el Trat.2.2, con

valores similares. Sin embargo, evaluando la productividad en

función de la cantidad de SV introducidos, otra vez los

resultados reflejan que el biodigestor menos cargado, Trat.

2.1, es más eficiente, con una productividad de 31,68 L

biogás/kg SV introducidos, mientras que para Trat. 2.2 es de

12,17 L biogás/kg SV introducido. En la Tabla 3.7 se resumen

las variables de producción determinadas para evaluar el

comportamiento de cada sustrato.

Tabla 3.7. Resumen de variables de producción de biogás:

Volumen acumulado (M), Volumen de gas con respecto a

la masa inicial del sustrato (M') y Volumen de gas con

respecto a la cantidad de materia orgánica inicial (B) para

el Experimento 2

Trat. M M’(L/kg) B(L/kg)

2.1 2.2 3.1

270,52 265.52 266.30

1,82 1,82 2,68

31,68 12,17 81,72

Las variables fueron estimadas sin realizar la sustracción del volumen de producción de biogás generado por el Trat. 3.1 - blanco.

Las gráficas presentadas a continuación (Figuras 3.11, 3.12 y 3.13)

representan la producción diaria de biogás (L) y acumulada (L) en

función de los sólidos volátiles. Como se mencionó anteriormente el



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análisis de estas variables tiene especial interés pues la comparativa

entre digestores resulta más fiable al eliminar el factor diferencial de

cantidad de material orgánico introducido.

Figura 3.11 Producción acumulada de biogás en función de los

sólidos volátiles introducidos en el Trat. 2.1


En la gráfica presentada se observa en los últimos 25 días de

registro, un ligero incremento en los valores de producción

diaria de biogás por kg. de sólidos volátiles introducidos. La






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Figura 3.12. Producción acumulada de biogás en función de los


Producción acumulada de biogás/SV introducidos Producción diaria de biogás/SV introducidos a Temperatura del digestor

Al igual que en el ensayo anterior, la gráfica presenta, en los últimos

25 días de registro, un ligero incremento en los valores de producción

diaria de biogás por kg. de sólidos volátiles introducidos. La






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variabilidad en la producción acumulada de biogás, es explicada por

el tiempo de retención (días). Como ya se mencionó, los primeros

días del proceso no se registró ningún valor de producción, debido a

un error de tipo experimental modificado al décimo día.

Figura 3.13. Producción acumulada de biogás en función de los



En la gráfica se observa que la variabilidad en los valores de

producción diaria de biogás por kg. de sólidos volátiles

introducidos es menor que en los ensayos anteriores. La





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Mediante el análisis de las gráficas, así como del contenido de

metano en el biogás de cada tratamiento, ha sido posible

determinar que, al igual que en el Experimento 1, el

tratamiento con mayor eficiencia fue el Trat. 2.1 que se

caracteriza por su bajo contenido de material orgánico.

Para el análisis de los resultados del Experimento 2 se

utilizaron las mismas variables empleadas en el Experimento

1. La diferencia entre la evaluación de los dos experimentos

debió basarse en lo siguiente:

Como se ha mencionado anteriormente en el Experimento 2

se hace uso de un biodigestor denominado blanco o Trat. 3.1.

En este digestor únicamente se colocó inoculo (efluente

extraído de los ensayos del Experimento 1) en la misma

proporción que en los demás tratamientos del experimento. El

objetivo de este blanco fue el de utilizar los datos generados

por el registro de su proceso para poder calcular la producción

real o neta de los otros dos tratamientos del experimento, por

ejemplo, considerar que la producción de biogás del sustrato

empleado sería, la producción del trat. 2.1 o 2.2 menos la

producción del tratamiento 3.1 (inoculo). Finalmente este

objetivo no pudo realizarse dado que el blanco (Trat. 3.1) ha



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120

tenido una producción muy similar al resto de digestores. Se

estima que la anomalía en el funcionamiento de dicho ensayo

se ha debido a que el proceso de metanogénesis no había

finalizado aún.

Por último, para comparar el comportamiento de los cuatro

tratamientos significativos de ambos experimentos, se elaboró

la Figura 3.14. Esta representa el comportamiento de la

producción de biogás en los distintos biodigestores. Como es

posible apreciar, aunque los tratamientos en los que se

emplea dilución de excretas con agua inician el proceso con

una producción de biogás mayor, a partir de los 50 días, son

los tratamientos basados en dilución con orina los que

muestran un incremento en la productividad con tendencias a

seguir aumentando en el transcurso del proceso. Los

tratamientos del primer experimento muestran mas bien

tendencias a estabilizarse y por consecuencia probablemente

a iniciar su descenso (condición normal en la cinética del

proceso) antes que los demás ensayos.



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Figura 3.14. Comparativa de producción acumulada de

biogás para los 4 tratamientos más significativos

Producción acumulada de biogás T.1.1 Producción acumulada de biogás T.1.2 Producción acumulada de biogás T.2.1 Producción acumulada de biogás T.2.2

Para completar el análisis y determinar cual de los sustratos

empleados resulta más eficiente para un proceso de digestión

anaerobia con excretas de cerdo, verificamos el

comportamiento de la producción en función de los SV

introducidos en los 4 tratamientos más significativos de ambos

experimentos (Figura 3.15).

En ambos experimentos, los tratamientos que emplean

sustratos con menor contenido de carga orgánica muestran

mayores niveles de producción de biogás que los tratamientos



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con mayor carga orgánica. A su vez es notable la tendencia

significativa del Trat.2.1 a superar la producción de ambos

ensayos del Experimento 1.

Figura 3.15. Comparativa de producción acumulada de

biogás en función de los sólidos volátiles introducidos en

los 4 tratamientos más significativos

Producción acumulada de biogás/SV introducidos T. 1.1 Producción acumulada de biogás/SV introducidos T.1.2 Producción acumulada de biogás/SV introducidos T.2.1 Producción acumulada de biogás/SV introducidos T.2.2



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CAPÍTULO IV

CONCLUSIONES

4.1 EXPERIMENTO 1: DILUCIONES DE LAS EXCRETAS DE CERDO CON

AGUA El proceso de digestión anaerobia empleando excretas de cerdo diluidas

con agua, resultó óptimo para eliminar un porcentaje considerable del

contenido de material orgánico de un sustrato, sin embargo fue ineficiente

para la producción de biogás, presentado bajas concentraciones de

metano en los tres tratamientos estudiados.

El contenido de sólidos volátiles en las excretas demuestra que,

concentraciones altas diluidas en agua tienden a inhibir la metanogénesis

y disminuir el contenido de metano en biogás, mientras que

concentraciones menores muestran mayor productividad y contenido de

metano en el biogás.

El diseño de los biodigestores de prueba tipo batch de 225 L, resulta ser

de mucha utilidad para evaluar producción de biogás y parámetros de

control básicos. Aún cuando es posible utilizar diseños de reactores de

gran escala, estos digestores de prueba sirven para análisis de sustratos y

posibles cambios en el manejo para mejorar la eficiencia del proceso

(codigestión de las excretas de cerdo con otros residuos orgánicos).

La estimación de la producción de biogás depende de la exactitud en la

lectura del gasómetro y de la eficiencia del sistema, es por esta razón que

la variable es una medida indirecta que presenta el riesgo de no ser real.



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4.2 EXPERIMENTO 2: DILUCIONES DE LAS EXCRETAS DE CERDO CON

ORINA

El proceso de digestión anaerobia empleando excretas de cerdo diluidas

con orina, resultó eficiente, tanto para eliminar un porcentaje considerable

del contenido de material orgánico de un sustrato, como para la producción

de biogás con concentraciones de metano consideradas dentro del rango

óptimo de este combustible.

El contenido de sólidos volátiles en las excretas, demuestra que

concentraciones altas, diluidas en orina, tienden a inhibir la metanogénesis

y disminuir el contenido de metano en biogás, mientras que

concentraciones menores muestran mayor productividad y contenido de

metano en el biogás.

Dos factores significativos que influyeron en un mejor funcionamiento de los

procesos de digestión anaerobia de este segundo experimento fueron el

uso de un inoculo con mayor tiempo de adaptación, así la temperatura

superior en la que se llevaron a cabo los ensayos.

Los resultados de este trabajo demuestran que es posible producir biogás

empleando excretas de cerdo del Parque Porcino del Distrito de La

Esperanza, sin agitación, con concentraciones altas de sólidos volátiles, y

con un control de proceso básico. La digestión anaerobia resulta útil

obteniendo como productos, una materia más fácilmente asimilable por el

suelo y un gas para ser empleado como combustible.



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Se comprobó que el potencial de biogás para las excretas de cerdo es

normalmente bajo si se compara con los estimados para otros residuos

orgánicos. Aunque este valor puede variar dependiendo de la composición

del sustrato y de las condiciones de funcionamiento, en general el potencial

de producción de biogás es de alrededor 0,41 L biogás/g SV presente en

las excretas, valor que al ser comparado con los 0,765 L biogás/g SV

presente en los lodos de aguas residuales, muestra una diferencia

significativa.



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CAPÍTULO V

RECOMENDACIONES

Para validar los resultados obtenidos en los ensayos y para definir parámetros

de importancia como la velocidad con la que se debe ir introduciendo el

material orgánico en el reactor, es necesario realizar ensayos en un sistema

continuo a escala piloto familiar, que permite además, probar diferentes

parámetros operacionales que pueden tener gran importancia en el reactor

real, como parámetros de diseño y forma del reactor, eficiencia del sistema de

agitación, necesidades energéticas, etc.

Para garantizar el conocimiento sobre la evolución del proceso de digestión

anaerobia sobre un sustrato y emplear estos conocimientos en la construcción

de un biodigestor a escala real, es necesario emplear un tiempo de retención

mayor a los tres meses, de la cual se obtenga la curva de producción de

biogás completa y así poder modelar la cinética de la producción temporal para

estimar el comportamiento del sustrato empleado.



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VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ACUÑA VELÁSQUEZ, G, ALEGRE CHANG, M, RUIZ RÍOS, A. (2009).

Desafíos y herramientas para la gestión integral de residuos. Curso 1. Gestión

integral de los residuos sólidos municipales. Pontificia Universidad Católica del

Perú - Ciudad Saludable.

2. ANGELIDAKI Y AHRING, B.K. (2007). Metano génesis en reactores

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3. ALVAREZ, R., VILLCA, S., LIDÉN G. (2009). Biogas production from llama and

cow manure at high altitude. Biomass and Bioenergy. Vol. 30, Pág. 66-75.

4. APHA (2003). Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y

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5. BARBERA, E. (2007). Caracterización de la materia orgánica. Curso de

Capacitación en la minimización, gestión, valorización y tratamiento de

excretas. Ciudad Saludable.

6. BANMATÍ. A. (2009). Reactores anaerobios y generación de biogás. Aplicación

al tratamiento de residuos ganaderos I y II. Curso de Capacitación en la

minimización, gestión, valorización y tratamiento de excretas. Ciudad

Saludable.

7. CAMPOS POZUELO, A. (2009). Optimización de la digestión

anaerobia de purines de cerdo mediante codigestión con residuos

orgánicos de la industria agroalimentaria. Universidad de Lleida.

8. CONAM. (2008). Diagnóstico Participativo: Situación ambiental de la Provincia

Constitucional del Callao



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la gestión ambiental y energética. Fundamentos de la digestión anaerobia

Curso de Capacitación en la minimización, gestión, valorización y tratamiento

de excretas. Ciudad Saludable.

10. JARAUTA. L. (2009). Digestión anaerobia para el tratamiento de

residuos orgánicos. El caso de Perú. PFC Escola Técnica d'Enginyers

Industruals de Barcelona. Universidad Politécnica de Cataluña.

11. KUGLMAN y CHIN (2000). Diseños y herramientas para la gestión Integral de

residuos.

12. LEMA, J. (2006). Metodología para la obtención de parámetros de diseño de

digestores anaerobios. I Curs d'enginyeria ambiental. Universidad de

Lleida

13. LEWIS DÍAZ, F.E. (2008). Producción de biogás a partir de estiércol de

vacunos adaptando el diseño chino para la cuenca lechera de Arequipa

Universidad Nacional Agraria La Molina. 1%

14. MASSÉ, D.I., MASSE, D, DROSTE. R.L. (2008). Efecto de los

antibióticos en la digestión anaerobia psicrofílica de excretas de cerdo en

reactores Batch. Tecnología de Tratamientos. Vol. 75 pág. 205-211.

15. MUÑOZ VALERO, JA. ORTIZ CAÑÁBATE, J. VÁSQUEZ MINGÚELA, J.

(2007). Técnicas y aplicaciones agrícolas de la biometanización. Serie técnica

- Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. Madrid. 16. SANDOVAL ALVARADO, K., BECERRA PAUCAR, A. (2000). Desafíos y

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Transporte. Pontificia Universidad Católica del Perú - Ciudad Saludable.



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18. STAMS F. (2007). Proceso de digestión anaerobia en el contexto de gestión

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APÉNDICE



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7.1. Registro del Experimento 1

7.1.1. Registro del Trat. 1.1 Fecha Dias HGasómetro (cm) pH T°Int (°C) T°amb (°C) Presión interna

(Pa) Producción de biogás

(m3) Producción de biogás

(1) Producción diaria de

biogás (l/dia) Producción

acumulada de bioqás (1)

Producción de biogás por kg SV (l/kq)

Producción de biogás por kg SV acumulado (l/kq)

15/08/2012 1 23 6-7 22 25 101423 0,012 12,140 12,140 12,140 1,608 1,608 16/08/2012 2 15,5 6 21 25 101423 0,008 8,209 8,209 20,350 1,087 2,695 17/08/2012 3 17 7 21 22 101521 0,009 9,013 9,013 29,362 1,194 3,889 18/08/2012 4 17 7 21 22 101619 0,009 9,021 9,021 38,383 1.195 5,084 19/08/2012 5 10 6-7 20 22 101393,6 0,005 5,313 5,544 43,696 0,734 5,818 22/08/2012 7 10 6-7 20 23 101521 0,005 5,320 5,320 49,016 0,705 6,523 25/08/2012 11 22 6-7 21,5 23 101491,6 0,012 11,640 11,640 60,656 1,542 8,064 28/08/2012 14 12,5 6-7 22 26 101423 0,007 6,598 2,295 67,254 0,304 8,368 30/08/2012 16 8,6 7 22,5 23,5 101423 0,005 4,532 2,266 71,786 0,300 8,669 31/08/2012 17 5 6-7 22 24,5 101481,8 0,003 2,641 2,641 74,426 0,350 9,018 01/09/2012 18 11 7 22 26 101403,4 0,006 5,805 5,805 80,232 0,769 9.787 04/09/2012 21 16 6-7 22,5 31 101423 0,008 8,431 2,810 88,663 0,372 10.159 06/09/2012 23 10 6-7 23 27,5 101491,6 0,005 5,264 2,605 93,927 0,345 10,505 07/09/2012 24 12 6-7 22,5 28,5 101481,8 0.006 6,327 5,840 100,254 0,774 11,278 10/09/2012 27 5 6-7 22 25 101374 0,003 2,638 0,918 102,892 0,122 11,400 12/09/2012 29 8 7 23 27 101472 0,004 4,211 2,105 107,102 0,279 11,678 13/09/2012 30 4 7 23 25 101423 0,002 2,104 2,104 109,207 0.279 11,957 14/09/2012 31 5 7 22 25 101423 0,003 2,639 2,346 111,846 0,311 12,268 15/09/2012 32 6,5 7 21,5 26,5 101423 0,003 3,437 4,124 115,283 0,546 12,814 18/09/2012 35 10 7 22,5 27 101481,8 0,005 5,273 1,758 120,555 0,233 13,047 21/09/2012 38 7 6-7 22,2 24 101491,6 0,004 3,695 1,232 124,250 0,163 13,210 22/09/2012 39 10 7 21,7 26,5 101462,2 0,005 5,286 5,178 129,536 0,686 13,896 25/09/2012 42 7 6-7 22 27,5 101442,6 0,004 3,696 1,232 133,232 0,163 14,059 26/09/2012 43 7 6-7 22 27,5 101423 0,004 3,695 3,695 136,926 0,489 14,548 27/09/2012 44 10,2 7 21,5 28,5 101413,2 0,005 5,393 2,588 142,319 0,343 14,891 29/09/2012 46 7 6-7 21,5 28,5 101393,6 0,004 3.700 1,850 146,019 0,245 15,136 02/10/2012 49 7 7 22,5 27 101325 0,004 3,685 0,737 149,704 0,098 15,234 05/10/2012 52 7 7 21,5 30 101423 0,004 3,701 1,251 153,405 0,166 15,400 07/10/2012 54 9 6-7 21,5 30 101423 0,005 4.759 2,379 158,164 0,315 15,715 09/10/2012 56 15,2 7 24 35,5 101589,6 0,008 7,982 1,996 166,146 0,264 15,979 11/10/2012 58 6,5 6-7 23 34 101423 0,003 3,419 1,675 169,566 0,222 16,201 13/10/2012 60 7 6-7 23,5 33 101393,6 0,004 3,675 1,819 173,241 0,241 16,442 16/10/2012 63 7 6-7 24 34 101374 0,004 3,668 1,206 176,909 0,160 16,601 18/10/2012 65 6 6-7 23 35 101423 0,003 3,156 1,595 180,065 0,211 16,813 21/10/2012 68 6 7 26 32 101423 0,003 3,125 1,042 183,190 0,138 16,951 23/10/2012 70 5 6-7 26 28 101423 0,003 2,604 1,289 185.794 0,171 17,121 26/10/2012 73 10 6-7 25,5 34,5 101766 0.005 5,234 1,733 191,028 0,229 17,351 28/10/2012 75 6 6-7 24 32 101472 0,003 3,147 1,574 194,176 0,208 17,559 30/10/2012 77 5 6-7 22 33 101423 0,003 2,639 1,320 196,815 0,175 17,734 01/11/2012 79 6 6-7 23 33 101423 0,003 3,156 1,578 199,971 0,209 17,943 02/11/2012 80 5 6-7 24 33 101472 0,003 2,623 0,376 202,594 0,050 17,993



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7.1.2. Registro del Trat. 1.2

Fecha Dias HGasómetro (cm) PH T° int (°C) T- amb (°C) P interna (Pa) Producción de

biogás (m3) Producción de

biogás (l) Producción diaria de


acumulada de bioqás (I)

Producción de biogás por kg SV

(l/kq)

Producción de biogás por kg SV acumulado (l/kg)

16/08/2012 1 7.5 6 21 25 101344,6 0.0040 3,969 3,969 3,969 0,298 0,298 17/08/2012 2 11,1 7 19,7 22 101354,4 0,0059 5,901 5,901 9,870 0,444 0,742 18/08/2012 3 11.1 7 19,7 22 101364,2 0,0059 5.902 5,902 15,772 0.444 1,186 19/08/2012 4 6.5 6-7 19,5 22 101472 0,0035 3,462 3,612 19,234 0.272 1,457 22/08/2012 6 15,5 7 22,5 23 101452,4 0,0082 8,170 4,085 27,404 0,307 1,765 25/08/2012 7 10.7 6-7 22 23 101452,4 0,0056 5,650 5,650 33.053 0,425 2,189 28/08/2012 10 19,5 6-7 21 23 101717 0,0104 10,358 10,358 43,411 0,779 2,968 30/08/2012 13 15.8 6-7 21 26 101423 0,0084 8,368 2,911 51,780 0.219 3,187 31/08/2012 15 8,5 7 21,9 23,5 101423 0,0045 4,488 2,244 56.268 0,169 3,356 01/09/2012 16 7 7 21 24,5 101442,6 0,0037 3,708 3.708 59,976 0,279 3,635 04/09/2012 17 6 7 21 24,5 101462.2 0.0032 3,179 3,179 63.155 0,239 3,874 06/09/2012 20 6 7 21.5 31 101442,6 0,0032 3,173" 0.793 66,328 0,060 3,933 07/09/2012 22 2 7 22 27,5 101481,8 0,0011 1,056 0,523 67,384 0,039 3,973 10/09/2012 23 5 7 21,5 28,5 101481,8 0,0026 2,645 2,442 70,029 0,184 4,156 12/09/2012 26 4.6 7 21 25 101432.8 0.0024 2,437 0.847 72,466 0,064 4,220 13/09/2012 28 12 7 22,5 27 101550,4 0.0063 6,331 3,166 78,797 0,238 4,458 14/09/2012 29 7 7 22,5 23 101423 0,0037 3.689 3.689 82,486 0,277 4,735 15/09/2012 30 5.5 7 21 25 101472 0,0029 2,914 2.591 85,400 0,195 4,930 18/09/2012 32 9 7 21 27 101423 0,0048 4,767 5,720 90,167 0,430 5,360 21/09/2012 35 12 7 22 27 101442,6 0,0063 6,335 2,112 96,502 0,159 5,519 22/09/2012 38 11 6-7 21,5 24 101491,6 0,0058 5,820 1,940 102,323 0,146 5,665 25/09/2012 39 14 6 21 26.5 101628,8 0,0074 7.430 7,278 109.752 0,547 6,212 26/09/2012 42 13 6-7 21.5 27.5 101462,2 0,0069 6,876 2,292 116.629 0,172 6,384 27/09/2012 43 13 7 21,5 27.5 101364.2 0,0069 6,870 6,870 123.498 0,517 6,901 29/09/2012 44 13 7 21 28.5 101442,6 0,0069 6,887 3,306 130.385 0,249 7,149 02/10/2012 46 13 7 21 28,5 101423 0,0069 6.885 3,443 137,270 0,259 7,408 05/10/2012 49 14 7 21,5 27 101325 0,0074 7,395 1.479 144,665 0,111 7,519 07/10/2012 52 13 7 20,5 30 101374 0,0069 6,894 2,330 151,559 0,175 7,695 09/10/2012 54 12 7 20,5 30 101423 0,0064 6,366 3.183 157,925 0,239 7,934 11/10/2012 56 11 7 23 35,5 101560,2 0,0058 5,794 1,449 163.720 0,109 8,043 13/10/2012 58 8 6 24 33 101481,8 0,0042 4,197 2,056 167,917 0,155 8,197 16/10/2012 60 12 6 25 35 101423 0.0063 6,270 3,103 174.187 0,233 8,431 18/10/2012 63 7 6-7 24 32 101472 0,0037 3,672 1,207 177,859 0,091 8,521 21/10/2012 65 13 6 24 33 101472 0,0068 6,819 3,445 184,678 0,259 8,781 23/10/2012 68 11 6-7 25 32 101423 0,0057 5,748 1,916 190,426 0,144 8,925 26/10/2012 70 6 6-7 25 28 101393,6 0,0031 3,134 1,551 193.560 0,117 9,041 28/10/2012 73 14 6 24 34,5 101452,4 0,0073 7,342 2,431 200,902 0,183 9,224 30/10/2012 75 7 6 24 32 101432,8 0,0037 3,670 1,835 204,573 0,138 9,362 01/11/2012 77 5 6 24 33 101423 0,0026 2,621 1,311 207,194 0.099 9,460 02/11/2012 79 5 6 24 33 101462,2 0,0026 2,622 1,311 209,816 0,099 9,559 16/08/2012 80 4 6 23 33 101423 0,0021 2,104 0,302 211,921 0,023 9.582



Bibliot

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133

7.2. Registro del Experimento 2

7.2.1. Registro del Trat.2.1

Fecha Dias HGasómetro (cm) PH T°amb

(°C) T°int (°C) Presión interna (Pa) Producción de biogás

(m3) Producción de biogás

(I) Producción

diaria de biogás (l/dia) Producción

acumulada de biogás (I)

Producción de biogás por kg SV (l/kg)

Producción de biogás por kg SV acumulado

(l/kg) 27/12/20012 1 5 7 35 26,5 101374 0,0026 2,643 1,321 2,643 0,155 0,155 29/12/2012 2 5 7 35,5 26,5 101364,2 0.0026 2,642 1,281 5,285 0,150 0,305 02/01/2012 6 9.5 7 40 27 101374 0,0050 5,013 1,253 10,298 0,147 0,452 04/01/2012 8 8 7 39 27 101393,6 0,0042 4,222 2,252 14,520 0,264 0,715 06/01/2012 10 15 7 42 27 101344,6 0,0079 7,912 3,956 22,432 0,463 1,179 08/01/2012 12 16 7 41,5 30 101423 0,0084 8,363 4,181 30,795 0,490 1,668 10/01/2012 14 9 7 43 31,5 101374 0,0047 4,679 2,224 35,474 0,260 1,929 12/01/2012 16 10 7 45 31,5 101472 0,0052 5,204 2,498 40,677 0,293 2,221 15/01/2012 19 5 7 41 33 101413,2 0,0026 2,588 0,869 43,265 0,102 2,323 17/01/2012 21 6 7 44 32,5 101393,6 0,0031 3.110 1,622 46,374 0.190 2,513 19/01/2012 23 13 7 45 31 101442,6 0,0068 6,774 3,219 53,148 0,377 2,890 22/01/2012 26 15 7 45 33 101442,6 0,0078 7,765 2.721 60,913 0,319 3,209 24/01/2012 28 12 7 43 33.5 101521 0,0062 6,207 3.103 67.119 0,363 3,572 26/01/2012 30 18 7 44 34 101570 0,0093 9,299 4,699 76,418 0,550 4,122 29/01/2012 33 19 7 42 33,5 101766 0,0099 9,851 3,239 86,269 0,379 4,502 02/02/2012 37 17,5 7 46 33,5 101550,4 0,0091 9,054 2,252 95,323 0,264 4,765 05/02/2012 40 18 7 42 33,5 101521 0,0093 9,310 3,192 104,633 0,374 5,139 07/02/2012 42 14 7 44 33 101472 0,0072 7,249 3.411 111,882 0,400 5,539 09/02/2012 44 16 7 43,5 33 101432,8 0,0083 8,282 4,229 120,164 0,495 6,034 12/02/2012 47 10 7 43.5 33 101423 0,0052 5,176 1,725 125,339 0,202 6,236 14/02/2012 49 9 7 45 33 101501,4 0,0047 4,662 2,331 130,001 0,273 6,509 16/02/2012 51 15 7 45 33 101462,2 0,0078 7,766 3,691 137,767 0,432 6,941 20/02/2012 55 17 7 44 33 101550,4 0,0088 8,809 2,237 146,577 0,262 7,203 22/02/2012 57 19 7 44 33,5 101795,4 0,0099 9,854 4,979 156,430 0,583 7,786 24/02/2012 59 24 7 43,5 34 103481 0.0126 12,632 6,383 169,062 0,747 8,534 26/02/2012 61 22 7 44 34 103481 0,0116 11,579 5,790 180,642 0,678 9,212 28/02/2012 63 25 7 46 34 103481 0,0132 13,158 6,445 193,800 0,755 9,966 02/03/2012 65 19 7 46 36 101540,6 0,0097 9,749 4,775 203,550 0,559 10,526 05/03/2012 68 18 7 43 35,5 103285 0,0094 9,410 3,137 212,960 0,367 10,893 07/03/2012 70 21 7 41 34,5 103089 0,0110 10,993 5,277 223,953 0,618 11,511 09/03/2012 72 22 7 44 35 101834,6 0,0114 11,358 5,926 235,311 0,694 12,205 12/03/2012 75 25 7 45 35,5 104167 0,0132 13,181 4,394 248,493 0,515 12,720 14/03/2012 77 19 7 46 35,5 103775 0,0100 9,980 4,990 258,473 0,584 13,304 16/03/2012 79 23 7 44 35 103285 0,0120 12,044 6,022 270,516 0,705 14,009



Bibliot

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e Ing

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134

7.2.2. Registro del Trat.2.2

Fecha Dias H Gasómetro (cm) PH T°amb T° iirt Presión

interna (Pa) Producción de

biogás (m3) Producción de

biogás (I) Producción diaria de


acumulada de biogás (1)

Producción de biogás por kg SV

(i/kg)

Producción de biogás por kg SV acumulado (l/kg)

02/01/2012 6 0 7 40 25 xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 04/01/2012 8 0 7 39 25 xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 06/01/2012 10 0 7 42 27 xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 08/01/2012 12 11 7 41,5 27,5 101423 0,006 5,792 2,896 5,792 0,133 0,133 10/01/2012 14 16,5 7 43 27,5 101472 0,009 8,687 4,129 14,479 0,189 0,322 12/01/2012 16 15 7 45 29 101472 0,008 7,859 3,772 22,338 0,173 0,495 15/01/2012 19 12 7 41 28 101560,2 0,006 6,308 2,117 28,645 0,097 0,592 17/01/2012 21 5 7 44 30 101423 0,003 2,611 1,362 31,256 0,062 0,654 19/01/2012 23 12 7 45 30 101462,2 0,006 6,266 2,978 37,522 0,136 0,791 22/01/2012 26 10 7 45 30 101472 0,005 5,222 1,830 42,744 0,084 0,874 24/01/2012 28 9 7 43 31,5 101472 0,005 4,676 2,338 47,420 0,107 0,981 26/01/2012 30 14 7 44 33 101423 0,007 7,239 3,657 54,659 0,168 1,149 29/01/2012 33 15 7 42 33 101521 0,008 7,756 2,550 62,415 0,117 1,266 02/02/2012 37 17,5 7 46 33 101560,2 0,009 9,048 2,250 71,463 0,103 1,369 05/02/2012 40 18 7 42 32.5 101589,6 0,009 9.322 3,196 80,786 0,146 1,515 07/02/2012 42 15 7 44 33 101609,2 0,008 7,756 3,650 88,542 0,167 1,683 09/02/2012 44 16 7 43,5 33,5 101521 0,008 8,259 4,218 96,801 0,193 1,876 12/02/2012 47 17 7 43,5 33,5 101717 0,009 8,776 2,925 105,577 0,134 2,010 14/02/2012 49 19 7 45 33 102148,2 0,010 9,824 4,912 115,401 0,225 2,235 16/02/2012 51 18 7 45 32 101775,8 0,009 9,337 4,438 124,738 0,203 2,438 20/02/2012 55 19 7 44 33 101913 0,010 9,824 2,495 134,562 0,114 2,553 22/02/2012 57 19 7 44 33 102109 0,010 9,824 4,964 144,386 0,227 2,780 24/02/2012 59 22 7 43,5 33 105588 0,011 11,375 5,747 155,761 0,263 3,043 26/02/2012 61 25 7 44 33,5 105637 0,013 12,905 6,453 168,667 0,296 3,339 28/02/2012 63 26 7 46 33 105833 0,013 13,443 6,585 182,110 0,302 3,641 02/03/2012 65 22 7 46 35 105833 0,011 11,301 5,535 193,412 0,254 3,894 05/03/2012 68 29 7 43 34 105539 0,015 14,946 4,982 208,357 0,228 4,122 07/03/2012 70 20 7 41 33 105343 0,010 10,341 4,964 218,698 0,227 4,350 09/03/2012 72 ' 27 7 44 34 105637 0,014 13,915 7,260 232,614 0,333 4,682 12/03/2012 75 19 7 45 34,5 105735 0,010 9,776 3,259 242,390 0,149 4,832 14/03/2012 77 22 7 46 34,5 105833 0,011 11,320 5,660 253,709 0,259 5,091 16/03/2012 79 23 7 44 35 105637 0,012 11,815 5,908 265,525 0,271 5,362



Bibliot

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135

7.3. Registro fotográfico

7.3.1 Parque Porcino de La Esperanza.

Vista de Algunas granjas

Infraestructura típica de granjas de la zona



Bibliot

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NT

136

1.2 Entorno Ambiental en el Parque Porcino

Restos inorgánicos producto de la

clasificación de residuos de restaurantes

para alimentación

Alimentación de los cerdos con residuos

de restaurantes

Filtración de orines en el suelo no

pavimentado de los corrales.



Bibliot

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1.3 Entorno Ambiental en el Parque Porcino

Incineración de los residuos orgánicos

generados por la granja (excretas,

orines, y alimentos entre otros)



Bibliot

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Construcción de experimentos en la Granja del Sr Jorge Iparraguirre. Parque Porcino (Distrito La

Esperanza)

Llenado de Biodigestores de inóculo a sustratos a concentraciones diferenciadas. Sellado e

inicio del proceso.

Toma de muestra para análisis de composición de inóculos y sustratos. Pruebas de combustión

ante un mechero. Funcionamiento como combustible para labores de cocina Medición de pH.



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