UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:
INGENIERO QUÍMICO
TEMA:
“ESTUDIO DEL CONTENIDO ENERGÉTICO RENOVABLE MEDIANTE
TRATAMIENTO ANAEROBIO MESOFÍLICO DE RESIDUALES DE
CAMAL Y AVÍCOLA DEL CANTÓN NARANJITO”
AUTORES:
SHIRLEY ELENA MENÉNDEZ PLÚA
YARITZA CORINA REASCO GARCÍA
TUTOR:
ING. MARIO AGUILERA SALAZAR MSc.
GUAYAQUIL – ECUADOR
2016 – 2017
II
DEDICATORIA
Quiero expresar mis más sentidos
agradecimientos sin duda alguna a DIOS
por regalarme la dicha de poder alcanzar
un sueño tan evocado, además de
ofrecerme su más infinito amor.
A mi madre, mi hermana, mi compañera,
mi amiga por ser una mujer de carácter y
lucha, por su amor tan puro e
inconmensurable, tierno y duradero, por
brindarme siempre su apoyo y regalarme
sus ganas de no rendirme nunca.
A mi padre y hermanos por ser un pilar
importante en mi vida, por llenarme de
valentía, y por ser luminiscencia en mi
camino.
Autor. Yaritza Corina Reasco García
III
DEDICATORIA
Dedico este trabajo de titulación a mi
familia, a mis padres, que son las
personas más importantes en mis vidas,
por brindarme la mejor herencia que es
la educación y por estar presentes en
cada paso y meta lograda en mi vida; y a
mis hermanos, que me han apoyado
incondicionalmente y que han aportado
con un granito de arena para que pueda
culminar mis estudios y ser una gran
profesional.
Autor: Menéndez Plúa Shirley Elena
IV
AGRADECIMIENTO
Como no empezar agradeciéndole a
Dios Todo poderoso, por bendecirme
siempre y permitirme llegar hasta aquí,
disfrutando este triunfo con las personas
más importantes, mi familia y los
ingenieros que me regalaron todos sus
conocimientos.
Debo de agradecer de manera muy
sincera, las ganas y compromiso del Ing.
Oscar Valmaña por ser un apoyo
incondicional en este proyecto de
titulación, por inculcar en mí su
orientación y rigurosidad.
Al Ing. Mario Aguilera por su apoyo,
confianza, aporte y participación en el
desarrollo de este trabajo arduo y por
ser siempre una persona dedicada y
responsable capaz de brindar su
esfuerzo y dedicación.
Al Ing. Ricardo Baquerizo por su guía,
apoyo y por todo el aporte de sus
conocimientos siendo capaz de aclarar y
organizar mis ideas en este camino.
A Shirley Menéndez por ser
compañera, amiga y hermana, que con
paciencia y gentileza pudimos aprender
y terminar juntas.
Sin más preámbulos gracias a todos por
permitir y ayudar que este proyecto
llegue a un feliz término.
Autor: Reasco García Yaritza Corina
V
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por darme la vida, por
brindarme regalos valiosos como la
inteligencia, la sabiduría, la
perseverancia de luchar cada día por las
metas propuestas en mi vida.
A mis padres, por el apoyo incondicional
que siempre me han brindado, por ser
ese pilar fundamental en mi vida y
formarme como una mujer de bien, una
mujer responsable y dedicada a mis
estudios; aprendiendo de ellos que
cualquier obstáculo se puede superar y
que puedo llegar a realizar todo lo q me
proponga en mi vida.
A mis hermanos, por ser mi ejemplo a
seguir y por apoyarme siempre a cumplir
mi meta de ser una gran profesional.
Al Ing. Mario Aguilera, por aceptar ser
nuestro director de tesis, por habernos
dedicado su tiempo y habernos
compartido sus conocimientos y
consejos; logrando así culminar con
éxito nuestro proyecto de titulación.
Al Ing. Ricardo Baquerizo por todo su
apoyo y conocimientos brindados.
A mi compañera de tesis, Corina
Reasco, por el apoyo en la realización
de este trabajo de titulación y por todos
los consejos y aportes brindados, que
más que una amiga es una hermana
para mí.
Autor: Menéndez Plúa Shirley Elena
VI
DERECHOS DE AUTORÍA
Shirley Elena Menéndez Plúa y Yaritza Corina Reasco García, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional, y que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedemos los derechos de propiedad intelectual a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL - FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual y su reglamento.
________________________________ __________________________________
Shirley Elena Menéndez Plúa Yaritza Corina Reasco García
VII
CERTIFICACIÓN DE TUTOR
Ing. MSc. Mario Aguilera Salazar, certifica haber tutelado la tesis “Estudio del contenido energético renovable de residuos urbanos y rurales del cantón naranjito mediante tratamiento anaerobio termofílico.”, que ha sido desarrollada por, Shirley Elena Menéndez Plúa y Yaritza Corina Reasco García previa la obtención del título de Ingeniero en QUÍMICA, de acuerdo al REGLAMENTO PARA LA ELABORACIÓN DE TESIS DE GRADO DE TERCER NIVEL de la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA.
___________________________________
Ing. MSc. Mario Aguilera Salazar
VIII
RESUMEN
La digestión anaerobia de los desechos líquidos y sólidos producidos en
el camal municipal del cantón Naranjito es una opción viable para
solucionar problemas de contaminación que afectan la calidad de vida de
las personas que habitan en este cantón, además de contribuir con el
medio ambiente reduciendo el impacto ambiental de gases tóxicos que
generan estos desperdicios. En el presente trabajo se realizaron pruebas
de potencial de biometano (BMP) mediante tratamiento anaerobio
mesofílico en régimen discontinuo y a escala de laboratorio, de muestras
obtenidas del camal municipal de Naranjito y de la avícola “Freire”;
comparando los resultados de tres sustratos de acuerdo al
comportamiento de su composición química de carbohidratos, proteínas y
lípidos, determinando el rendimiento de biogás, su poder calórico y su
capacidad de biodegradarse reduciendo parámetros de medición de
Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Sólidos volátiles (SV), siendo el
residual de menor producción de biogás la muestra de AV con 4.80x10-6
m3 de biogás, la muestra de MC con 5.50x10-6 m3 de biogás y la muestra
de AC con 4.69x10-4 m3 de biogás; siendo ésta la de mayor producción.
Palabras claves: digestión anaerobia, potencial de biometano (BMP),
mesofílico, régimen discontinuo, biogás, poder, calórico, Demanda
Química de Oxígeno (DQO), Sólidos volátiles (SV).
IX
ABSTRACT
Anaerobic digestion of solid and liquid waste produced in the municipal slaughterhouse Canton Naranjito is a viable option to solve pollution problems that affect the quality of life of people living in this canton, option besides contributing to the environment by reducing the environmental impact of toxic gases that generate these wastes. In this paper tests biomethane potential (BMP) were performed using mesophilic anerobio batchwise treatment and laboratory scale samples obtained from the municipal slaughterhouse of Naranjito and poultry "Freire"; comparing the results of three substrates according to the behavior of the chemical composition of carbohydrates, proteins and lipids, determining the performance of biogas, its calorific power and its ability to biodegrade reducing measurement parameters Chemical Oxygen Demand (COD) and volatile solids, being the lower residual biogas production sample AV 4.80x10-6 m3 of biogas, MC sample with 5.50x10-6 m3 of biogas and AC sample with 4.69x10-4 m3 of biogas; this being the most productive.
Keywords: anaerobic digestion potential of bioethanol (BMP), mesophilic,
batchwise, biogas, power, heat, chemical oxygen demand (COD), volatile
solids (VS).
X
ÍNDICE
DEDICATORIA ..........................................................................................II
DEDICATORIA .........................................................................................III
AGRADECIMIENTO ................................................................................ IV
AGRADECIMIENTO ................................................................................. V
DERECHOS DE AUTORÍA ..................................................................... VI
CERTIFICACIÓN DE TUTOR................................................................. VII
RESUMEN............................................................................................. VIII
ABSTRACT ............................................................................................. IX
INTRODUCCIÓN .......................................................................................1
CAPITULO I. LA INVESTIGACIÓN ...........................................................1
1.1. Tema ............................................................................................1
1.2. Planteamiento del problema .........................................................1
1.3. Formulación del problema ............................................................2
1.4. Limitación del estudio ...................................................................2
1.5. Alcance del trabajo .......................................................................4
1.6. Objetivos.......................................................................................4
1.6.1. Objetivo General ....................................................................4
1.6.2. Objetivos Específicos .............................................................4
1.7. Idea a defender.............................................................................4
1.8. Preguntas a contestar ...................................................................5
1.9. Justificación del problema .............................................................5
1.10. Hipótesis ...................................................................................7
1.11. Variables ...................................................................................7
Variables Independientes ....................................................................7
XI
Variables Dependientes ......................................................................7
Variables Intervinientes .......................................................................7
CAPITULO II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA .............................................9
2.1. Fundamento Teórico .....................................................................9
2.1.1. Digestión anaerobia como proceso natural ............................9
2.1.2. Microorganismos presentes en la digestión anaerobia .........10
2.1.3. Factores físicos y qcos. que afectan la digestión anaerobia .11
2.1.4. Digestión anaerobia como tecnología ..................................15
2.1.5. Sustratos y potencial para producir biogás y metano……….16
CAPITULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL ...................................21
3.1. Metodología de la investigación ..................................................21
3.2. Parámetros de acuerdo a las variables .......................................23
3.3. Experimentación .........................................................................24
3.4. Ingeniería de proceso .................................................................32
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS .........................................33
Análisis e Interpretación de los Resultados ..........................................40
Comparación de los Datos Obtenidos ..................................................54
CONCLUSIONES ....................................................................................55
RECOMENDACIONES............................................................................55
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................56
XII
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1.1. RESIDUALES OBJETO DE ESTUDIO DEL CANTÓN
NARANJITO. .............................................................................................3
TABLA 2.1. TIPO DE MICROORGANISMOS PRESENTE EN CADA
ETAPA DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA. ..............................................11
TABLA 2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE DIVERSOS RESIDUOS DE
ORIGEN ANIMAL Y VEGETAL................................................................13
TABLA 2.3. RENDIMIENTO DE GAS METANO PARA DIFERENTES
SUSTRATOS. ..........................................................................................13
TABLA 2.4. INTERVALO DE TEMPERATURAS EN EL QUE TRABAJAN
LAS BACTERIAS ANAEROBIAS. ............................................................14
TABLA 2.5. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL BIOGÁS. ...........................16
TABLA 2.6. PRODUCCIÓN DE RESIDUOS EN MATADEROS
MUNICIPALES .......................................................................................19
TABLA 3.1. MEDICIÓN DE LAS VARIABLES EN LAS MUESTRAS
ORGÁNICAS. ..........................................................................................22
TABLA 3.2. DETERMINACIÓN DE LOS PESOS DE LOS SUSTRATOS A
UTILIZAR.................................................................................................29
TABLA 3.3. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DEL AGUA DE
CAMAL (AC) DURANTE LOS 45 DÍAS. ...................................................33
TABLA 3.4. VALORES INICIALES DE LA MUESTRA DE AGUA DE
CAMAL PARA SUS RESPECTIVOS CÁLCULOS ...................................36
TABLA 3.5. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DE DESECHOS
SÓLIDOS Y LÍQUIDOS DEL CAMAL (MC) DURANTE LOS 45 DÍAS. ....40
TABLA 3.6. VALORES INICIALES DE LA MUESTRA DE MEZCLA DE
CAMAL PARA SUS RESPECTIVOS
CÁLCULOS……………………………………………………………………..48
TABLA 3.7. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DE DESECHOS DE
AVÍCOLA (AV) DURANTE LOS 45 DÍAS…………………………………...47
TABLA 3.8. VALORES INICIALES DE LA MUESTRA DE AVÍCOLA PARA
SUS RESPECTIVOS CÁLCULOS. ..........................................................50
XIII
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1.1. CANTÓN NARANJITO, PROVINCIA GUAYAS, ECUADOR.
..................................................................................................................3
FIGURA 2.1. ESQUEMA DE LA DEGRADACIÓN ANAEROBIA DEL
MATERIAL ORGÁNICO. .........................................................................10
FIGURA 2.2. ESQUEMAS DE REACTORES SIN RETENCIÓN INTERIOR
DE BIOMASA. .........................................................................................13
FIGURA 2.3. DIGESTOR MODELO TIPO CHINO. ..................................17
FIGURA 2.4. DIGESTOR MODELO TIPO HINDÚ. ..................................17
FIGURA 2.5. RANGOS DE PRODUCCIÓN POTENCIAL DE BIOGÁS EN
FUNCIÓN DEL RESIDUO. ......................................................................17
FIGURA 3.1. MATERIAS ORGÁNICAS A UTILIZAR. ..............................26
FIGURA 3.2. PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE HIDRÓXIDO DE
SODIO. ....................................................................................................27
FIGURA 3.3. PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE FENOLFTALEÍNA.
................................................................................................................27
FIGURA 3.4. BOTELLAS DE 1250 ML Y 500 ML. ...................................28
FIGURA 3.5. LLENADO DE LAS BOTELLAS CON MATERIA
ORGÁNICA, INÓCULO Y CAL. ...............................................................28
FIGURA 3.6. INSTALACIÓN DE LOS REACTORES. .............................30
FIGURA 3.7. LECTURA DIARIA DEL BIOGÁS PRODUCIDO. ................31
FIGURA 3.8. GRÁFICA DEL VOLUMEN DE BIOGÁS OBTENIDO EN
LOS 45 DÍAS POR EL TIEMPO EN LA MUESTRA AGUA DE CAMAL. ..35
FIGURA 3.9. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE LA DQO DEL AGUA
DE CAMAL DURANTE LOS 45 DÍAS. .....................................................37
FIGURA 3.10. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE SÓLIDOS
VOLÁTILES (SV) DEL AGUA DE CAMAL DURANTE LOS 45 DÍAS. ......38
FIGURA 3.11. GRÁFICA DEL VOLUMEN DE BIOGÁS OBTENIDO EN
LOS 45 DÍAS POR EL TIEMPO EN LA MUESTRA MEZCLA DEL CAMAL.
................................................................................................................42
FIGURA 3.12. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE LA DQO DE LA
MEZCLA DE CAMAL DURANTE LOS 45 DÍAS. ......................................44
XIV
FIGURA 3.13. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE SÓLIDOS
VOLÁTILES DE LA MEZCLA DE CAMAL DURANTE LOS 45 DÍAS. ......45
FIGURA 3.14. GRÁFICA DEL VOLUMEN DE BIOGÁS OBTENIDO EN
LOS 45 DÍAS POR EL TIEMPO EN LA MUESTRA DE DESECHOS DE
AVÍCOLA. ................................................................................................49
FIGURA 3.15. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE SÓLIDOS
VOLÁTILES (SV) DE LOS DESECHOS DE AVÍCOLA DURANTE LOS 45
DÍAS. .......................................................................................................51
FIGURA 3.16. GRÁFICA DE LA DISMINUCIÓN DE SÓLIDOS
VOLÁTILES (SV) DE LOS DESECHOS DE AVÍCOLA DURANTE LOS 45
DÍAS. .......................................................................................................52
XV
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO I. RECEPCIÓN DE LOS TRES TIPOS DE RESIDUALES
DEL CANTÓN NARANJITO. ............................................................. …..61
ANEXO II. LLENADO DEL INÓCULO EN LOS DIFERENTES
REACTORES…………………………………………………………………..61
ANEXO III. MEDICIÓN DE LOS DIFERENTES RESIDUALES. ...61
ANEXO IV. LLENADO DE LA MATERIA ORGÁNICA EN EL
REACTOR……………………………………………………………………...62
ANEXO V. CONSTRUCCIÓN DE LOS REACTORES. ............... ………..62
ANEXO VI. SELLADO DE LOS REACTORES DE FORMA HERMÉTICA.
................................................................................................................62
ANEXO VII. RESULTADO INICIAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA
DE AGUA DE CAMAL SIN EL INÓCULO. ................................... ……….61
ANEXO VIII. RESULTADO FINAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA
DE AGUA DE CAMAL CON EL INÓCULO. .............................................64
ANEXO IX. RESULTADO INICIAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA
DE RESIDUOS SÓLIDOS Y LÍQUIDOS DE CAMAL SIN EL INÓCULO. .65
ANEXO X. RESULTADO FINAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA
DE RESIDUOS SÓLIDOS Y LÍQUIDOS DE CAMAL SIN EL INÓCULO. .66
ANEXO XI. RESULTADO INICIAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA
DE RESIDUOS DE AVÍCOLA SIN EL INÓCULO. ...................................66
ANEXO XII. RESULTADO FINAL DE LOS ANÁLISIS DE LA MUESTRA
DE RESIDUOS DE AVÍCOLA SIN EL INÓCULO. ...................................68
1
INTRODUCCIÓN
El desarrollo tecnológico e industrial trajo consigo una acelerada
explotación de los combustibles fósiles, sin embargo, su limitada
disponibilidad y el creciente aumento de sus costos han volcado la
investigación hacia fuentes de energías renovables. Dentro de ellas, se
encuentra la biomasa, cuya utilización presenta características singulares
y beneficios notables que ayudan a un mejor empleo de los residuos
orgánicos, la cual constituye una fuente renovable de energía con un alto
potencial de aprovechamiento. Se trata de una fuente prácticamente
inagotable, producida por sistemas urbanos y agroindustriales.
Además de las implicaciones energéticas, la transformación de
biomasa en energía es beneficiosa para el entorno, siendo un sistema
idóneo para equilibrar excedentes agrícolas así como para eliminar
residuos rurales, urbanos e incluso industriales.
En los países en vías de desarrollo, como el Ecuador, las descargas
orgánicas provenientes de la actividad de los mataderos municipales
generan efluentes, emisión de olores y residuos sólidos y líquidos; los
cuales influyen negativamente en el ambiente y en la salud de la
población aledaña. En el camal municipal del cantón Naranjito los
desechos orgánicos que no son comercializados como vísceras y su
contenido ruminal son expulsados en botaderos de basura, mientras que
las aguas residuales provenientes del lavado y faenamiento del animal;
son descargadas a canales abiertos sin recibir ningún tratamiento que
reduzca la contaminación generada por este tipo de residuos orgánicos.
Una forma de aprovechar este tipo de desechos es aplicando la digestión
anaerobia, la cual se presenta como una solución viable para el
manejo de residuos sólidos y líquidos urbanos, reduciendo en un gran
porcentaje este tipo de contaminantes, incluyendo la posibilidad de
obtener una energía limpia y amigable con el medio ambiente como es el
biogás. Otra de las ventajas de este sistema es que provee de una
producción controlada de metano, lo que abre la posibilidad de
aprovechar de una manera más eficiente dicho gas para generación
eléctrica.
1
CAPÍTULO I. LA INVESTIGACIÓN
1.1. Tema
“Estudio del contenido energético renovable mediante tratamiento
anaerobio mesofílico de residuales de camal y avícola del Cantón
Naranjito”
1.2. Planteamiento del problema
El interés por reducir la dependencia del petróleo por parte de los
países importadores y la necesidad de disminuir los problemas
ambientales asociados con el uso de los combustibles fósiles, han
generado la necesidad de buscar alternativas con el fin de
disminuir los efectos de los gases invernaderos; por medio del
aprovechamiento de los desechos orgánicos producidos en el
cantón Naranjito, los mismos que al biodegradarse por la acción
de microorganismos y otros factores generan biogás.
Actualmente, se conoce al biogás como una fuente renovable de
energía capaz de producir electricidad.
Para aplicar esta tecnología como solución a la problemática
ambiental que producen los residuales que se generan en el
Cantón Naranjito, es necesario determinar la producción de
biogás de dichos residuales como sustratos independientes;
logrando aprovechar su potencial energético.
El presente proyecto se ha propuesto determinar la
biodegradabilidad que podrá obtenerse de cada residual
disponible en el cantón, mediante digestión anaerobia mesofílica.
El trabajo a realizar constituirá la base para los estudios
posteriores similares a éste, pero con mezclas de los residuales.
Por lo tanto, el planteamiento del problema de investigación es el
siguiente:
2
¿Se podrá obtener energía renovable de distintos residuales
urbanos identificados en el Cantón Naranjito, mediante digestión
anaerobia mesofílica (30°C), a régimen estático y discontinuo, y a
escala de laboratorio?
1.3. Formulación del problema
El cantón Naranjito es una zona agrícola, ganadera y comercial
que genera una gran cantidad de desechos que son vertidos a los
canales de agua pertenecientes a la PTAR. En ciudadelas y
recintos parte de la población descargan las aguas servidas
generadas en sus viviendas y las aguas residuales de los
criaderos y mataderos de ganado porcino y vacuno. Dichos
recintos o ciudadelas no tienen infraestructura sanitaria ni pluvial,
por lo que aún utilizan fosas sépticas o canales abiertos que
desembocan a esteros o ríos adyacentes sin ningún tratamiento
previo.
Estas aguas residuales formadas por desechos sólidos y líquidos,
siendo de mayor proporción los residuos originados en camales y
avícolas son los principales causantes de la contaminación de este
cantón. Es por esto, que nuestro proyecto está enfocado en la
utilización de estos desechos orgánicos con la finalidad de poder
aportar una alternativa de carácter ecológico y renovable como es
la obtención del biogás, beneficiando de esta manera a la
población y al medio ambiente.
1.4. Limitación del estudio
El presente proyecto tendrá como población de estudio las
fuentes de residuales como los desechos sólidos y líquidos
provenientes del camal municipal y los desechos de la avícola
“Freire”. Estos residuales constituyen una de las problemáticas
ambientales más importante del Cantón Naranjito en la actualidad.
Dicho cantón está ubicado a 60 km al este de Guayaquil,
provincia del Guayas (ver figura 1).
3
FIGURA 1.1. CANTÓN NARANJITO, PROVINCIA GUAYAS, ECUADOR.
Los residuales que se emplearán en el estudio son de naturaleza
urbana. En la tabla 1 se indican los tipos de residuales y su
procedencia.
TABLA 1.1. RESIDUALES OBJETO DE ESTUDIO DEL CANTÓN NARANJITO.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Residuales Tipo Fuente Ubicación
Residuos sólidos de avícolas
(vísceras del sacrificio de
aves)
Urbano Avicola Freire Naranjito
(2°10'17.6"S 79°28'03.4"W)
Residuos sólidos del
camal (vísceras de cerdo y vaca)
Urbano
Camal municipal del
Cantón Naranjito
Naranjito (2°09'53.0"S
79°28'30.5"W)
4
1.5. Alcance del trabajo
El propósito de nuestro proyecto es evaluar el potencial energético
de forma individual de los desechos provenientes del camal y la
avícola, empleando un mejor aprovechamiento de estos recursos
a través de un ensayo de biodegradabilidad en ausencia de
oxigeno; obteniendo un producto final llamado biogás usado como
fuente de energía renovable. La utilización de este tipo de residuos
urbanos contribuye a la disminución de la contaminación ambiental
en el cantón Naranjito.
1.6. Objetivos
1.6.1. Objetivo General
Evaluar el contenido energético que puede obtenerse de los
residuales del camal y avícola identificados en el Cantón Naranjito,
mediante tratamiento biológico anaerobio mesofílico, en
condiciones estáticas y en discontinuo, a escala de laboratorio.
1.6.2. Objetivos Específicos
Caracterizar los residuales del camal, avícola y los efluentes de
la digestión anaerobia desde el punto de vista físico-químico.
Determinar la producción de biogás de los residuales
identificados en el Cantón Naranjito mediante ensayo de
biodegradabilidad en condiciones mesofílicas y a escala de
laboratorio (en estático y en discontinuo).
Evaluar el contenido energético del biogás obtenido mediante
digestión anaerobia mesofílica, de los residuales del camal y
avícola.
1.7. Idea a defender
Esta es una investigación que constituye la base para estudios
más complejos y completos que se requerirán realizar a los
residuales que se generan en el cantón Naranjito, con el objetivo
de encontrar la mezcla de los mismos con mayor capacidad de
producir energía.
Esta investigación aportará al diseño de una planta de biogás
localizada en el Cantón Naranjito, la cual contribuirá a solucionar
5
el problema de la eliminación de los residuales sólidos y líquidos
del cantón, y producirá una fuente de energía renovable y de
biofertilizantes a partir de estos.
1.8. Preguntas a contestar
¿Qué parámetros influyen en la caracterización físico – química
de los sustratos al inicio y final del proceso de fermentación
anaerobia y su variación durante el mismo?
Mediante el ensayo de biodegradabilidad utilizado, ¿qué
cantidad de biogás se obtuvo por cada tipo de residual urbano
(camal y avícola) emplead?
Utilizando el poder calorífico inferior (PCI), ¿será posible
calcular el contenido energético del ensayo de
biodegradabilidad mediante la digestión anaerobia de cada uno
de los sustratos?
¿Es factible la medición de los sustratos estudiados de forma
individual para luego proporcionar un mayor contenido de
biogás en forma de mezclas?
1.9. Justificación del problema
Actualmente en Ecuador existen y se producen enormes
cantidades de residuos agropecuarios, agroindustriales y de origen
urbano que contribuyen seriamente a la contaminación ambiental,
principalmente de las aguas superficiales y subterráneas. Para
preservar la salud del hombre y la calidad ambiental, se hace
imprescindible el tratamiento de estos residuos antes de su
vertimiento al medio ambiente.
Naranjito es un cantón de la provincia del Guayas y las actividades
socioeconómicas principales son la agricultura y la ganadería. En
este cantón la gestión, tratamiento y eliminación de los residuos
sólidos y de las aguas residuales, es insuficiente y no cumple con
todas las normas técnicas y ambientales (GAD - Cantón Naranjito,
2014). Ello denota una serie problemática con la gestión y manejo
de los residuales en el cantón.
En Naranjito se generan alrededor de 4000 t/año de residuos
sólidos urbanos (RSU), donde el 69% es materia orgánica
6
(Solano, 2013). Según el Plan de Desarrollo y Manejo Territorial
2014-2020, además de la fracción orgánica de los residuos sólidos
urbanos (FORSU), en el cantón se genera biomasa residual
húmeda (BRH) que proviene principalmente de mercados,
criaderos - mataderos de animales, de instituciones públicas, así
como de haciendas ganaderas del sector privado. Actualmente la
eliminación de los residuos sólidos de la urbe se realiza en un
vertedero a cielo abierto que no cumple con las normas técnicas y
ambientales, entre otras dificultades (GAD - Cantón Naranjito,
2014). Estas prácticas no son técnicamente controladas lo cual
estaría generando procesos de contaminación del suelo, la
atmósfera local y de las aguas superficiales y subterráneas.
El cantón cuenta con una red de alcantarillado que cubre solo el
70% del área urbana. Estas aguas son tratadas en una planta de
tratamiento de aguas residuales (PTAR). La presencia de un
camal que vierte sus aguas residuales directamente a la PTAR,
genera una dificultad añadida a la planta ya que esta no fue
diseñada para semejante carga. El resto de la población emplea
canales abiertos y fosas sépticas que vierten a esteros y ríos
adyacentes (GAD - Cantón Naranjito, 2014).
El Cantón Naranjito requiere de una tecnología que dé solución a
la problemática ambiental existente, y que pueda aprovechar el
potencial energético renovable y biofertilizante de los residuales.
La tecnología de co-digestión o planta de biogás centralizada, se
presenta como una alternativa prometedora y factible por su
versatilidad y éxito a nivel mundial para el tratamiento de
residuales urbanos, agropecuarios e industriales. Sin embargo,
para aplicar o transferir cualquier tecnología es imprescindible
realizar estudios previos a escala de laboratorio, sobre la
biodegradabilidad anaerobia y el potencial de producción de
biogás en condiciones mesofílicas de los residuales urbanos
disponibles en el cantón.
En Ecuador no existen antecedentes sobre el uso de la tecnología
de co-digestión, y la investigación en este campo, así como sobre
digestión anaerobia de manera general, es escasa. Por lo cual el
presente proyecto y sus resultados serán la base para el
desarrollo de alternativas tecnológicas, novedosas y
ambientalmente factibles, para la gestión y manejo de los residuos
del cantón.
7
1.10. Hipótesis
¿Mediante un proceso de digestión anaerobia mesofílica, a
régimen estático y discontinuo, y a escala de laboratorio, es
posible obtener energía renovable de diferentes residuales
urbanos del Cantón Naranjito?
1.11. Variables
Variables Independientes
Materia orgánica biodegradable contenida en cada sustrato
introducido al proceso.
Variables Dependientes
Producción energética específica de cada sustrato.
Variables Intervinientes
Rendimiento de biogás por cada sustrato en condiciones
mesofílicas.
Contenido de metano en el biogás obtenido por cada sustrato.
Rendimiento de metano por cada sustrato en condiciones
mesofílicas.
8
1.12. Operacionalización de las variables
VARIABLES CLASIFICACIÓN CONCEPTUALIZACIÓN FORMA DE MEDIDA
UNIDAD
Producción energética específica de cada sustrato
Dependiente
Cantidad de energía que puede producir una cantidad de materia orgánica biodegradable introducida al proceso, mediante digestión anaerobia
Matemáticamente multiplicando el poder calórico inferior del metano (PCI) por el rendimiento de metano obtenido por cada sustrato
(KWh/kg SVo)
Materia orgánica biodegradable contenida en cada sustrato introducida al proceso
Independiente
Contenido de materia orgánica biodegradable presente en cada sustrato empleado en el proceso de digestión anaerobia (SVo)
Procedimiento para determinar sólidos volátiles (SV)
g SV o % en base seca o base húmeda
Rendimiento de biogás por cada sustrato en condiciones termofílicas
(55°C)
Interviniente
Cantidad de biogás producido por una cantidad de materia orgánica biodegradable introducida al proceso (Ybiogás) en condiciones
termofílicas (55°C)
Ensayo de biodegradabilidad anaerobia de materia orgánica de lodos – Método de medición de producción de biogás (Norma ISO 11734 o su equivalente)
LN
biogás/kg SVo
Contenido de metano en el biogás obtenido por cada sustrato
Interviniente
Cantidad metano contenida en el biogás producido por el proceso
Metano determinado por lavado alcalino de dióxido de carbono
LN CH4 o
%v/v
Rendimiento de metano por cada sustrato en condiciones termofílicas
(55°C)
Interviniente
Cantidad de metano producido por una cantidad de materia orgánica biodegradable introducida al proceso (YCH4) en condiciones
termofílicas (55°C)
Matemáticamente dividiendo la cantidad de metano obtenida entre la cantidad de materia orgánica biodegradable introducida al proceso
LN
CH4/kg SVo
9
2. CAPÍTULO II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. Fundamento Teórico
La digestión anaerobia es una fermentación microbiana donde
interviene un grupo de bacterias específicas que en ausencia de
oxigeno descomponen la materia orgánica en productos gaseosos
o biogás, con un potencial enérgico considerable y un efluente
caracterizado por la mezcla de productos minerales con alto valor
fertilizante. La materia prima utilizada para ser sometida a este
tratamiento es cualquier biomasa proveniente de residuos de alto
contenido en materia orgánica de origen vegetal o animal.
2.1.1. Digestión anaerobia como proceso natural
La fermentación anaerobia es un proceso muy complejo tanto por
el número de reacciones bioquímicas que tienen lugar, como por la
cantidad de microorganismos involucrados en ellas. Este proceso
es idóneo para el tratamiento de residuos y se fundamenta en la
degradación biológica de la materia orgánica.
2.1.1.1. Etapas
El proceso de descomposición anaerobia de la materia orgánica
se divide en cuatro fases:
Hidrólisis: Se considera la primera etapa de la digestión
anaerobia que mediante las reacciones bioquímicas da lugar
a la transformación de los carbohidratos, lípidos y proteínas
en azúcares, ácidos grasos y aminoácidos.
Acidogénesis: Corresponde a la segunda etapa donde los
azucares, ácidos grasos y aminoácidos son convertidos a
ácidos orgánicos (acético, propiónico, butírico, valérico,
láctico), H2, CO2, etanol, metanol, amoníaco y agua, siendo
el de mayor proporción el ácido acético.
Acetogénesis: A esta etapa se la conoce también como
Acidogénesis intermediaria, en la cual los ácidos grasos
producidos en la fase anterior son convertidos en ácido
acético. En esta etapa también de produce hidrógeno y
10
dióxido de carbono, sirviendo como sustrato para algunas
bacterias metanogénicas. El principal compuesto de la
formación de metano es el ácido acético con un 72 %.
Metanogénesis: En esta última etapa, los ácidos volátiles
(acético y propiónico), la mezcla de H2-CO2, metanol y otros,
son convertidos en dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4)
principalmente.
En la Figura 2 se esquematiza el proceso llevado a cabo en
cada una de las etapas de la digestión anaerobia:
FIGURA 2.1. ESQUEMA DE LA DEGRADACIÓN ANAEROBIA DEL MATERIAL ORGÁNICO.
Fuente: (Moreno M. T., 2011)
2.1.2. Microorganismos presentes en la digestión anaerobia
La digestión anaerobia o biometanización es un proceso biológico
que se da en ausencia de oxígeno y a través de diferentes etapas
en las que van interviniendo un grupo de microorganismos, que van
a transformar la fracción más degradable de la materia orgánica en
biogás. Los microorganismos presentes en cada etapa de la
digestión anaerobia se detallan a continuación:
11
TABLA 2.1. TIPO DE MICROORGANISMOS PRESENTE EN CADA ETAPA DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA.
Fuente: Corina Reasco y Shirley Menéndez
2.1.3. Factores físicos y químicos que afectan la digestión
anaerobia
Como todo proceso biológico la digestión anaerobia se llevara a
cabo satisfactoriamente o no dependiendo de las condiciones que
estén presentes en el medio. Para que puedan desarrollarse los
microorganismos que actúan sobre la materia orgánica presente en
los residuales sometidos a esta biodegradación, es necesario que
se cumplan con ciertos parámetros físicos y químicos entre los
cuales tenemos (Lorenzo Acosta & Obaya Abreu, 2005):
Sustrato y su composición: El termino sustrato o biomasa
residual se refiere a toda la materia orgánica que proviene de
ETAPA DESCRIPCIÓN MICROORGANISMO QUE INTERVIENE
GENERO
Hidrólisis
Transformación de los carbohidratos,
lípidos y proteínas en azucares ácidos
grasos y aminoácidos.
Bacterias hidrolíticas
Bacteroides, Lactobacillus,
Propioni- bacterium,
Sphingomonas, Sporobacterium, Megasphaera, Bifidobacterium
Acidogénesis
Formación de ácidos orgánicos (acético, propiónico, butírico, valérico y láctico).
Bacterias
acidogénicas
Clostridium, Paenibacillus, Ruminococcus
Acetogénesis (acidogénesis intermediaria)
Conversión de ácidos grasos en
ácido acético. Producción de
hidrogeno y dióxido de carbono
Bacterias
acetogénicas
Acetobacterium, Acetoanaerobium,
Acetogenium, Clostridium aceticum
Metanogénesis
Transformación de ácido acético,
propionico, metanol y otros en metano y
dióxido de carbono.
Bacterias
metanogénicas
Arqueas metanogénicas:
Methanobacterium, Methanospirillum
hungatii, y Methanosarcina.
12
desechos de animales (estiércol, residuos de mataderos
bovinos y porcinos, avícolas), desechos provenientes de la
agricultura (residuos de maíz, café, arroz, etc.) y de los residuos
urbanos (aguas residuales domésticas, basura orgánica y otros)
que pueden ser convertidos y aprovechados en forma de biogás
y energía. Se refiere por tanto a cualquier tipo de materia
orgánica de origen animal y vegetal que ha tenido como
consecuencia un proceso biológico natural.
Composición del residual: Dependiendo de las sustancias que
conformen el residual (orgánicas e inorgánicas) así será su
biodegradación anaerobia. Por ejemplo se ha demostrado que
en general, mientras más complejo es el residual, más ácidos
grasos volátiles (AGV) se producen y al final, el rendimiento de
CH4 es mayor. Las sustancias con alto contenido de lignina no
son directamente aprovechables y por lo tanto deben someterse
a tratamientos previos (cortado, macerado, fermentado) a fin de
liberar las sustancias factibles de ser transformadas de las
incrustaciones de lignina. Con lo referente a estiércoles
animales, la degradación de cada uno de ellos dependerá
fundamentalmente del tipo de animal y de la alimentación que
hayan recibido los mismos. La cantidad de metano que se puede
obtener finalmente dependerá de las proporciones de proteínas,
grasas y carbohidratos que contengan los sustratos, los
residuales con alto contenido de lípidos son ideales para la
producción de metano.
En la tabla 2.2 se muestra la composición química de acuerdo a
cada tipo de materia prima empleada y en la tabla 2.3 se
observa el rendimiento de metano según el residual:
13
TABLA 2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE DIVERSOS RESIDUOS DE ORIGEN ANIMAL Y VEGETAL.
T
A
B
Fuente: (Moreno M. T., 2011)
TABLA 2.3. RENDIMIENTO DE GAS METANO PARA DIFERENTES SUSTRATOS.
Fuente: (Lorenzo Acosta & Obaya Abreu, 2005)
pH: Cada grupo de microorganismo involucrado en la
degradación anaerobia tiene un valor óptimo para su
crecimiento. Para los microorganismos acidogénicos el pH
óptimo es alrededor de 6, en los microorganismos acetogénicos
y metanogénicos el pH óptimo es alrededor de 7. Para que el
proceso se desarrolle satisfactoriamente, el pH no debe bajar de
6 ni subir de 8. El valor del pH en el digestor no solo determina la
producción del biogás sino también su composición. Una de las
14
consecuencias de que se produzca el descenso del pH a valores
inferiores a 6 es que el biogás generado es muy pobre en
metano y, por tanto, tiene menores cualidades energéticas.
El pH es una de las variables utilizadas en el diagnóstico de los
sistemas anaerobios (aunque no se considera una buena
variable de control por ser demasiada lenta) ya que muchos
fenómenos tienen influencia sobre el mismo. Un ejemplo de ello,
son las situaciones de acidificación de un reactor anaerobio
provocadas por los desequilibrios en la producción y consumo
de ácidos grasos volátiles. La acumulación de estos provoca un
descenso en el pH que será más o menos causada en función
de la alcalinidad del medio (Ortega, 2006).
Temperatura: Según Comando (Comando, 2006), plantea que
la temperatura afecta directamente la velocidad de producción
de ácidos en el interior del digestor e incluso al rendimiento del
proceso. A medida que aumenta la temperatura, también
aumenta la actividad metabólica de las bacterias, requiriéndose
menor tiempo de retención para que se complete el proceso de
fermentación (Pages, 2010).
En la tabla 4 siguiente se pueden apreciar los diferentes rangos
de temperatura para la digestión anaerobia.
TABLA 2.4. INTERVALO DE TEMPERATURAS EN EL QUE TRABAJAN LAS BACTERIAS ANAEROBIAS.
Fuente: (Pages, 2010).
Nutrientes: Para el crecimiento y la actividad de las bacterias,
éstas tienen que disponer de carbono, nitrógeno, fósforo, azufre
y algunas sales minerales. La relación C/N es una de las más
controladas y debe estar comprendida entre 15/1 y 45/1, ya que
valores inferiores o superiores disminuyen la velocidad de
reacción, llegándose a inhibir el proceso (Lorenzo Acosta &
Obaya Abreu, 2005).
15
Tóxicos e inhibidores: Las sustancias inhibidoras son
compuestos que bien están presentes en el residuo antes de su
digestión o bien se forman durante el proceso fermentativo
anaerobio. Estas sustancias reducen el rendimiento de la
digestión e incluso pueden llegar a causar la desestabilización
completa del proceso. A determinados niveles los ácidos grasos
volátiles (AGV) generan serios problemas de inhibición sobre
todo en combinación con niveles bajos de pH. Otros problemas
de inhibición son los causados por el amonio, el ácido
sulfhídrico, o los ácidos grasos de cadena larga.
2.1.4. Digestión anaerobia como tecnología
La obtención de biogás por medio de la digestión anaerobia
representa un tratamiento alternativo a aquellos más
convencionales. Este proceso posee un enorme potencial no solo
para evitar daños ecológicos, sino para además obtener energía de
forma eficiente y generar gas. La tecnología que se requiere para
poder producir biogás se llama biodigestor y es bastante simple ya
que consta de una cámara donde se incorporan los residuos
orgánicos como restos de comida, cosechas, estiércol, etc. y se
agregan bacterias anaerobias que son las encargadas de degradar
la materia que luego de un tiempo se transforma en metano.
2.1.4.1. Productos finales de la digestión anaerobia
Los productos principales de la digestión anaerobia son el
biogás y el bioabono:
Biogás
Como el nombre lo indica, el biogás se produce en un proceso
biológico, formado por una mezcla gaseosa constituida
principalmente de metano y dióxido de carbono, el cual se
produce como resultado de la fermentación de la materia
orgánica en ausencia del aire, por la acción de un grupo de
microorganismos.
El biogás contiene aproximadamente un 60% de metano y 40%
de dióxido de carbono; la pequeña cantidad de ácido sulfhídrico
da al gas un olor de huevos podridos. El valor calorífico del
biogás es 20 – 30 MJ de energía calórica por m³ de gas. La
tabla 5 resume la composición química del biogás (Silva, 2000).
16
TABLA 2.5. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL BIOGÁS.
Fuente: (Silva, 2000).
Bioabono
El Bioabono es la parte sólida no digerida presente en el
efluente de un biodigestor. Se caracteriza por ser rico en
materia orgánica y nutrientes, usualmente contiene un 2 % de
nitrógeno, 1.5% de fósforo, 1.8% de potasio y otros elementos.
Dichas características lo convierten en un material orgánico
ideal para aplicarse en los suelos agrícolas, especialmente en
aquellos donde la materia orgánica es escasa.
2.1.4.2. Tecnologías
Reactores
Los diseños utilizados para digestión anaerobia pueden
clasificarse en régimen de operación para mantener altas
concentraciones de microorganismos en el reactor, siguiendo
diferentes métodos. Entre este tipo de reactores tenemos: el
reactor de mezcla completa y el reactor de flujo pistón.
Digestores anaerobios
El digestor es un depósito completamente cerrado donde los
residuos orgánicos, o el estiércol de los animales se fermentan
sin aire para producir gas metano y un sobrante o líquido
espeso que sirve como abono. El mecanismo básicamente
consiste en alimentar el biodigestor con materiales orgánicos
(estiércol) y agua cruda por período de 35 a 45 días
aproximadamente a una temperatura mesofílica durante los
cuales se produce el proceso bioquímico y la acción
bacteriana, todo esto en condiciones ambientales y
químicas favorables. A este sistema también se lo conoce
17
como: biodigestor, reactor anaeróbico, reactor biológico o
simplemente digestor. Entre los digestores más comunes se
encuentran los de tipo chino e hindú:
FIGURA 2.3. DIGESTOR MODELO TIPO CHINO.
Fuente: (Guevara, 1996)
FIGURA 1FIGURA 2.4. DIGESTOR MODELO TIPO HINDÚ.
Fuente: (Guevara, 1996)
Fuente: (Guevara, 1996)
18
2.1.4.3. Beneficios de la tecnología del biogás
Las principales razones que pueden llevar a la implementación
de la tecnología del biogás son:
Obtener una fuente de energía económica que permita
disminuir costos asociados al consumo de la energía
eléctrica o sistemas de gas convencionales.
Fertilizante de alta calidad: En el proceso de digestión
anaerobia, el nitrógeno orgánico en el estiércol se convierte
en gran proporción a amoniaco, el constituyente básico de
fertilizante comercial, que es fácilmente disponible y utilizado
por las plantas.
Reducción de la contaminación de aguas superficiales y
subterráneas. El efluente del digestor es un producto más
uniforme y manejable que el estiércol no tratado. La alta
cantidad de amoniaco permite una mejor utilización de los
cultivos y permite mejorar las propiedades físicas de los
suelos. Una aplicación apropiada del efluente del digestor
reduce la contaminación de aguas superficiales o
subterráneas.
Reducción de patógenos: El calentamiento que ocurre en los
digestores reduce las poblaciones de patógenos
rápidamente en pocos días.
Dilución del potencial toxico de algunos compuestos.
Mejora del balance de nutrientes.
Efectos sinérgicos entre los microorganismos.
Posibilidad de modulación de la carga orgánica
biodegradable.
Mejora del rendimiento de producción del biogás (Lobato,
2012).
2.1.4.4. Sustratos de origen animal
Sólidos y líquidos de camal (bovino y porcino)
Los mataderos son establecimientos en los que se sacrifican
los animales. Constituyen la primera etapa en el proceso de
industrialización de la carne. El producto final del proceso es “la
canal”, denominada así a la pieza limpia sin viseras.
Durante el proceso de faenado en un matadero se obtienen la
carne y subproductos que son adecuados para el consumo
19
humano y pueden ser comercializados libremente. Los
residuos, no adecuados para consumo humano son divididos
en dos categorías (Alvarez, 2004):
1) Residuos que tienen valor comercial y que son
comercializados; tales como las grasas y huesos los que
encuentran usos como materia prima en plantas de alimento
para animales o en la industria farmacéutica;
2) Residuos no comercializables, tales como rumen, residuos
de panza e intestinos, estiércol, etc. Estos residuos pueden
ser tratados mediante digestión anaeróbica.
En los mataderos, casi el 25% del peso total de los animales
vivos pueden considerarse como residuos (estiércol,
contenidos estomacales, sangre, huesos, pelo, pezuñas, etc.).
En la tabla 2.6. que se muestran a continuación se indican los
valores estimados de residuos que se generan en el camal:
TABLA 2.6. PRODUCCIÓN DE RESIDUOS EN MATADEROS MUNICIPALES
Fuente: (Ruiz, 2011)
Los residuos ganaderos y de matadero traen consigo
materiales fibrosos compuestos en su mayoría por celulosa
y lignina. Es ampliamente aceptado que este tipo de
materiales no pueden ser digeridos durante la digestión
anaerobia, por lo que estarán presentes en el digestato.
El estiércol bovino es uno de los sustratos más adecuados
para las plantas de biogás porque las bacterias
metanogénicas están contenidas en sus estómagos. Es por
ello que se emplea en muchas ocasiones como el sustrato
RESIDUOS UNIDAD BOVINO PORCINO
Estiércol Kg 7.5 - 30 2 - 3.5
Sangre Lt 20 - 35 4 – 6
Huesos Kg 9 - 66 9 – 66
Contenidos estomacales
Kg 40 – 80 0.4 – 1.6
20
básico para la co-digestión. Sin embargo la producción
específica de biogás de dichas excretas es baja y la
proporción de metano en el biogás es alrededor del 65%
debido a la pre-fermentación que ocurre en el estómago del
animal. La producción de metano a partir de estiércol
bovino es inferior que para los de cerdo; esto puede
deberse sobre todo a una mayor presencia de materiales
lignocelulósicos (que son difíciles de degradar) y menor
concentración de lípidos y proteínas (Olivera, 2011).
Los residuos ganaderos tienen una reducida concentración de
materia orgánica y una baja relación C/N, pero cuentan con
una concentración elevada de micro y macronutrientes (básicos
para el crecimiento de microorganismos anaerobios) así como
capacidad tampón (alcalinidad) fundamental para evitar
procesos de acidificación. Los residuos alimentarios ricos en
carbohidratos, proteínas y grasas suelen tener una alta
proporción de materia orgánica biodegradable y una alta
relación C/N, pero su digestión anaerobia se ve afectada
negativamente por la ausencia de micronutrientes y también
por problemas de acidificación. Así pues, la mezcla de ambos
tipos de residuos da lugar a procesos más estables y con un
incremento considerable de la producción de biogás (ainia,
1998).
Sólidos de avícolas
El procesado de las aves de corral genera materiales de
desecho adicionales como el despojo (plumas, vísceras y
órganos de animales sacrificados), las aguas residuales del
procesado y los biosólidos. Los desechos de los mataderos de
aves de corral comprenden la sangre que constituye alrededor
del 2% del peso vivo de las aves. Las plumas constituyen entre
el 7 y el 10 por ciento aproximadamente del peso vivo de las
aves y son también una fuente de proteínas, La cabeza, y las
vísceras no comestibles constituyen el resto de los sólidos de
mataderos (Williams, Gestión de residuos de aves de corral en
los países en desarrollo, 1999).
21
3. CAPITULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL
3.1. Metodología de la investigación
3.1.1. Tipos de enfoques metodológicos
El enfoque metodológico de esta tesis es de carácter
cuantitativo, encaminada a diversos tipos de investigación
como descriptivo y exploratorio, ya que a través de mediciones
numéricas se pretende conocer el comportamiento de las
variables en el ensayo de biodegradabilidad de la materia
orgánica; con el propósito de comprobar la hipótesis planteada
mediante la obtención de energía renovable de diferentes
residuales urbanos mediante la digestión anaerobia mesofílica
en régimen estático y discontinuo a escala de laboratorio.
3.1.2. Métodos y técnicas
Las técnicas empleadas en nuestra investigación para la
recolección de datos consistieron en:
Medición de parámetros: Mediante los análisis realizados
que se llevaron a cabo en los laboratorios acreditados, se
procedió al estudio de cada una de las muestras orgánicas
empleando métodos analíticos.
En la tabla 3.1. se especifican los métodos destinados para
la medición de los parámetros de cada una de las
muestras:
TABLA 3.1. MEDICIÓN DE LAS VARIABLES EN LAS MUESTRAS ORGÁNICAS.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
SUSTRATO
TIPO
PARÁMETRO
UNIDAD
MÉTODO
Agua Residual
de Camal
Urbano
Carbono Orgánico Total mg/l HACH 10129
Demanda Química de
Oxígeno (DQO)
mg/l 5220D
PEE/UCC/LA/03
Sólidos Totales mg/l 2540 B
PEE/UCC/LA/07
Sólidos Totales Volátiles mg/l 2540 E
Nitrógeno mg/l HACH 10071
Ph -
Mezcla de
desechos
sólidos y
líquidos de
Camal
Urbano
Carbono Orgánico Total mg/l HACH 10129
Demanda Química de
Oxígeno (DQO)
mg/l 5220D
PEE/UCC/LA/03
Sólidos Totales mg/l 2540 B
PEE/UCC/LA/07
Sólidos Totales Volátiles mg/l 2540 E
Nitrógeno mg/l HACH 10071
Ph -
Residuos
sólidos de
avícola
Urbano
Carbono Orgánico Total mg/kg Método de Walkey
y Black
Demanda Química de
Oxígeno (DQO)
mg/kg 5220D
PEE/UCC/LA/03
Sólidos Totales mg/l 2540 B
PEE/UCC/LA/07
Sólidos Totales Volátiles mg/l 2540 E
Nitrógeno total mg/kg Método Kjeldahl
Ph -
Humedad % Gravimétrico
Volátiles % Gravimétrico
Experimentación: El ensayo de biodegradabilidad se
puede utilizar como un índice del potencial de
biodegradación anaerobia, ya que es el valor experimental
de la cantidad máxima de metano producido por gramo de
sólidos volátiles (VS), este ensayo se comprueba con la
prueba de potencial de bio-metano (BMP), que consiste en
la medición de biogás producido por una cantidad conocida
de residuos orgánicos en condiciones discontinuas y
anaerobias, a escala de laboratorio.
El enfoque de la prueba BMP consiste en la mezcla de un
sustrato orgánico con un inóculo en condiciones
anaerobias, donde el gas desprendido se cuantifica
mediante un método de medición volumétrico.
Comprobación del biogás: la obtención de biogás
mediante la prueba de potencial de bio-metano se puede
determinar mediante una prueba de combustión con ayuda
de una fuente de ignición, misma que dará lugar a la
presencia de una llama de color azul que dependerá de la
cantidad de biogás presente en el reactor.
3.1.3. Normas
NTE INEN ISO/IEC 17025:2006 “Requisitos generales para
la competencia de los laboratorios de ensayo y de
calibración”.
Criterios Generales de Acreditación para laboratorios de
ensayo y calibración (CR GA01).
3.2. Parámetros de acuerdo a las variables
Los parámetros de las pruebas de potencial de bio-metano
(BMP) pueden afectar significativamente a los resultados del
proceso de biodegradación de la materia orgánica, tales como: la
temperatura, pH, intensidad de agitación, características físico-
químicas de los residuales y relación sustrato/inóculo.
La temperatura afecta la tasa de bio-metanización y por lo general
temperaturas más altas implica mayores rendimientos de metano
en un tiempo de digestión más corto. Sin embargo un gran
aumento de temperatura puede causar un despliegue en la
producción de biogás debido a la muerte de cepas de bacterias
específicas, sensibles a los cambios de temperatura.
Las pruebas de BMP deben ser llevadas a cabo manteniendo el
pH alrededor de la neutralidad (valores que oscilan entre 7,0 a
7,8). Los valores de pH inferiores a 6,0-6,5 inhiben la actividad de
las bacterias que intervienen en el proceso de biodegradación.
Para evitar caídas de pH se añade al sustrato orgánico, sustancias
con capacidad de amortiguación. El bicarbonato de sodio,
hidróxido de sodio, carbonato de sodio y sulfuro de sodio son los
productos químicos más utilizados (Esposito, Frunzo, Liotta,
Panico, & Pirozzi, 2012)
La agitación intensa garantiza un contenido de humedad uniforme
y maximiza el contacto entre los sustratos y microorganismos. La
agitación se puede efectuar de varias maneras: manualmente
agitando los reactores una vez al día, realizando la agitación con
ayuda de una barra magnética o utilizando sistemas externos.
3.3. Experimentación
3.3.1. Equipos y materiales
Para el desarrollo de la parte experimental de nuestra
investigación se utilizaron los siguientes materiales y equipos:
Materiales:
Sustratos:
SUSTRATO
EXPRESADO
COMO
COMPOSICIÓN
Agua de Camal
AC
Sangre + Agua de
lavado del animal
Mezcla de Camal
MC
Vísceras del cerdo y
la vaca (Intestino
grueso y delgado,
contenidos
estomacales) +
Agua residual de
camal
Residuos de
Avícola
AV
Vísceras de la
gallina + Sangre
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Inóculo: estiércol de vaca
Botella de vidrio de 1250 ml
Botella de vidrio de 500 ml
Probeta
Equipo de venoclisis
Tapones de caucho
Agujas
Goma “Pegatanque”
Tijeras
Alambre
Soporte universal
Pinzas de soporte
Guantes esterilizados
Mascarillas
Tiras medidoras de pH
Termómetro
Reactivos:
Solución de Hidróxido de Sodio
Fenolftaleína
Carbonato de sodio
Equipos:
Balanza analítica
Agitador magnético
3.3.2. Técnica de la experimentación
Las pruebas de potencial de bio-metano (BMP) se llevaron a
cabo con sustratos individuales, tales como agua de camal
(AC), mezcla de camal con desechos sólidos y líquidos (MC) y
residuos de avícola (AV) provenientes tanto del camal
municipal como de la avícola “Freire” del cantón Naranjito. Las
proporciones de cada sustrato y de inóculo se indican en la
tabla 3.2. Una prueba más de BMP se realizó en el inóculo,
para estimar el volumen de biogás resultante de la
fermentación del estiércol de vaca. En total, se llevaron a cabo
4 pruebas de potencial de bio-metano (BMP), cada uno de
ellas por triplicado con excepción de la muestra en blanco.
Recogida y preparación de los sustratos:
La muestra AC (agua de camal) se obtuvo del canal de agua
residual que tiene el camal municipal del cantón Naranjito, del
cual se recolectó 500 ml de la muestra. La muestra MC
(mezcla de camal) compuesta de vísceras y contenidos
estomacales de origen vacuno y porcino, pasaron por un
proceso de trituración y molienda logrando una reducción del
tamaño; estos residuos se mezclaron con el agua de camal
consiguiendo una muestra heterogénea. Finalmente la
muestra AV (residuos de avícola) procedente de vísceras de
gallina y sangre pasando por un proceso de molienda que dio
lugar a una mezcla homogénea de consistencia pastosa.
Estas muestras se almacenaron en un refrigerador a una
temperatura de 4 oC, lo que permitió la conservación de las
muestras mientras se construían los equipos.
FIGURA 3.1. Materias orgánicas a utilizar.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Con respecto a la muestra en blanco, que consta solamente
del inóculo, la parte representativa recolectada de la hacienda
“La Danesa” fue el estiércol vacuno; el cual llegó preparado
para su posterior uso.
Preparación de los reactivos:
Se procedió con la preparación de la solución de Hidróxido
de sodio, pesando 20 gr y disolviéndolos en 990 ml de
agua destilada.
FIGURA 3.2. Preparación de la solución de Hidróxido de Sodio.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Para la preparación del indicador fenolftaleína 1,25 M, se
necesitaron 39,79 gr en 100 ml de etanol.
FIGURA 3.3. Preparación de la solución de Fenolftaleína.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez.
Instalación del reactor:
Cada prueba de potencial de bio-metano (BMP) se llevó a
cabo bajo condiciones controladas en botellas de vidrio de
1250 ml y de 500 ml.
FIGURA 3.4. Botellas de 1250 ml y 500 ml.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez.
Cada botella de 1250 ml se llenó con inóculo, sustrato y
carbonato de sodio de acuerdo a los valores indicados en
la tabla 3.2. que se muestra a continuación. Cada muestra
tuvo un triplicado con la finalidad de comprobar un
funcionamiento correcto con respecto a la degradación de
la materia orgánica.
FIGURA 3.5. Llenado de las botellas con materia orgánica, inóculo y cal.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez.
3.2. DETERMINACIÓN DE LOS PESOS DE LOS SUSTRATOS A UTILIZAR.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Estas botellas fueron selladas herméticamente utilizando
un tapón de caucho perforado en el centro y una goma
especial que permitió que el proceso llegue a condiciones
anaerobias.
En botellas de 500 ml se envasó 495 ml de solución de
hidróxido de sodio y 5 ml de fenolftaleína, con el propósito
de impedir los cambios de pH y a su vez evitar el contacto
de esta solución con el sustrato contenido en el reactor.
Las botellas de menor volumen fueron selladas con un
tapón de caucho perforado con dos agujeros, el primer
agujero sirvió de conexión con el reactor a través de un
tubo capilar y así mismo para medir el desplazamiento del
gas se realizó la misma conexión con la probeta en el
segundo agujero. Estas conexiones fueron reguladas por
medio de una gradilla de control de goteo.
Para permitir la transferencia de gas a través de las dos
botellas conectadas, el tubo capilar estuvo equipado en
ambos extremos con una aguja, lo bastante aguda para
perforar el tapón de caucho.
Para terminar con la instalación del equipo, se procedió a
invertir la botella de 500 ml sujetada con una pinza al
soporte universal, de esta manera se concluyó con la
AGUA DE
CAMAL
(AC)
MEZCLA DE
CAMAL
(MC)
RESIDUOS
DE AVÍCOLA
(AV)
UNIDAD
PESO DEL
SUSTRATO
225
20
40
ml
PESO DEL
INÓCULO
275
480
460
ml
PESO DEL
CARBONATO
DE SODIO
0,114
0,091
0,182
gr
construcción del equipo en el laboratorio de Operaciones
Unitarias de la Facultad de Ingeniería Química.
FIGURA 3.6. Instalación de los reactores.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Operación del reactor y mediciones analíticas:
Para garantizar un mejor contacto entre el sustrato y los
microorganismos que actúan en la degradación, se
procedió a agitar cada reactor antes de la toma de datos de
la producción del biogás.
La producción diaria de metano se monitorizó midiendo el
volumen de solución alcalina desplazado de la botella de
500 ml y se recogió en una probeta de 250 ml tantas veces
fuera necesario de acuerdo a la cantidad de líquido
desplazado por el gas.
La temperatura y el pH de la solución alcalina fueron
controladas diariamente por un termómetro en oC y tiras
medidoras de pH respectivamente.
De acuerdo al comportamiento de la degradabilidad de la
materia orgánica en el reactor, se llevó un registro de
mediciones reportando dos lecturas al día.
La prueba de potencial de bio-metano (BMP) se suspendió
en un lapso de 45 días debido a la disminución de la
producción de biogás.
El pH de cada sustrato fue medido al inicio y al final del
proceso, ya que fue realizado en condiciones anaerobias.
3.4. Ingeniería de proceso
3.4.1. Diagrama de flujo de procesos
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
RECOLECCIÓN DE MUESTRAS
ALMACENAMIENTO 4oC
ACOPLAMIENTO
PUESTA EN MARCHA DE LOS
REACTORES
EMBOTELLADO DE LA
SOLUCIÓN
SELLADO
EMBOTELLADO
PESADO
PREPARACIÓN DE LAS
SOLUCIONES
NaOH
FENOLFTALEÍNA
SUSTRATOS
INÓCULO
Na2CO3
NaOH +
FENOLFTALEÍNA
SUSTRATOS +
INÓCULO +
Na2CO3
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Resultados Experimentales
TABLA 3.3. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DEL AGUA DE CAMAL (AC) DURANTE LOS 45 DÍAS.
No. DIAS
DIA (d) HORA (h) T
(°C) PH2O
MUESTRA AGUA DE CAMAL (AC)
Vol. AC1 (ml)
pH AC1
Vol. AC2 (ml)
pH AC2
Vol. AC3 (ml)
pH AC3
VOL. ACUM.
VOL. ACUM.
NORMAL.
VOL. NORMAL. CORREG.
1 13/2/2016 9:00:00 32 47,49 0 - 0 - 0 - 0 0,00 0,00
13/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 0 - 0 - 0 0,00 0,00
2 14/2/2016 9:00:00 30 42,38 0 - 0 - 0 - 0 0,00 0,00
14/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 0 - 0 - 0 0,00 0,00
3 15/2/2016 9:00:00 29 40,00 46 14 54 14 50 14 50 43,41 2,17
15/2/2016 17:00:00 30 42,38 38 14 48 14 47 14 94,333 81,44 4,07
4 16/2/2016 9:00:00 30 42,38 58 14 69 14 56 14 155,33 134,10 6,70
16/2/2016 17:00:00 30 42,38 56 14 53 14 43 14 206 177,84 8,89
5 17/2/2016 9:00:00 29 40,00 62 14 72 14 60 14 270,67 235,01 11,75
17/2/2016 17:00:00 29 40,00 53 14 70 14 58 14 331 287,40 14,37
6 18/2/2016 9:00:00 29 40,00 65 14 87 14 68 14 404,33 351,07 17,55
18/2/2016 17:00:00 30 42,38 60 14 84 14 57 14 471,33 406,90 20,35
7 19/2/2016 9:00:00 31 44,87 78 14 95 14 80 14 555,67 476,90 23,85
19/2/2016 17:00:00 32 47,49 74 14 89 14 75 14 635 541,73 27,09
8 20/2/2016 9:00:00 31 44,87 82 14 110 14 88 14 728,33 625,09 31,25
20/2/2016 17:00:00 32 47,49 80 14 98 14 80 14 814,33 694,72 34,74
9 21/2/2016 9:00:00 31 44,87 88 14 123 14 99 14 917,67 787,59 39,38
21/2/2016 17:00:00 32 47,49 79 14 112 14 93 14 1012,3 863,64 43,18
10 22/2/2016 9:00:00 31 44,87 90 14 142 14 110 14 1126,3 966,67 48,33
22/2/2016 17:00:00 32 47,49 82 14 138 14 105 14 1234,7 1053,32 52,67
11 23/2/2016 9:00:00 31 44,87 120 14 159 14 128 14 1370,3 1176,09 58,80
23/2/2016 17:00:00 32 47,49 98 14 142 14 110 14 1487 1268,59 63,43
12 24/2/2016 9:00:00 30 42,38 136 14 165 14 135 14 1632,3 1409,19 70,46
24/2/2016 17:00:00 30 42,38 100 14 154 14 129 14 1760 1519,41 75,97
13 25/2/2016 9:00:00 31 44,87 138 14 170 14 148 14 1912 1640,97 82,05
25/2/2016 17:00:00 32 47,49 120 14 160 14 130 14 2048,7 1747,76 87,39
14 26/2/2016 9:00:00 31 44,87 142 14 178 14 165 14 2210,3 1897,01 94,85
26/2/2016 17:00:00 32 47,49 136 14 164 14 160 14 2363,7 2016,49 100,82
15 27/2/2016 9:00:00 30 42,38 156 14 190 14 178 14 2538,3 2191,34 109,57
27/2/2016 17:00:00 30 42,38 130 14 162 14 169 14 2692 2324,00 116,20
16 28/2/2016 9:00:00 29 40,00 168 14 204 14 188 14 2878,7 2499,47 124,97
28/2/2016 17:00:00 30 42,38 149 14 189 14 172 14 3048,7 2631,91 131,60
17 29/2/2016 9:00:00 31 44,87 175 14 224 14 196 14 3247 2786,73 139,34
29/2/2016 17:00:00 32 47,49 164 14 215 14 170 14 3430 2926,20 146,31
18 1/3/2016 9:00:00 30 42,38 190 14 243 14 212 14 3645 3146,73 157,34
1/3/2016 17:00:00 30 42,38 188 14 220 14 198 14 3847 3321,11 166,06
19 2/3/2016 9:00:00 29 40,00 222 14 268 14 230 14 4087 3548,64 177,43
2/3/2016 17:00:00 30 42,38 205 14 243 14 225 14 4311,3 3721,97 186,10
20 3/3/2016 9:00:00 29 40,00 230 14 280 14 242 14 4562 3961,07 198,05
3/3/2016 17:00:00 30 42,38 228 14 269 14 230 14 4804,3 4147,58 207,38
21 4/3/2016 9:00:00 30 42,38 246 14 292 14 262 14 5071 4377,79 218,89
4/3/2016 17:00:00 30 42,38 238 14 284 14 258 14 5331 4602,25 230,11
22 5/3/2016 9:00:00 29 40,00 260 14 310 14 270 14 5611 4871,89 243,59
5/3/2016 17:00:00 30 42,38 251 14 300 14 262 14 5882 5077,93 253,90
23 6/3/2016 9:00:00 30 42,38 274 14 324 14 291 14 6178,3 5333,75 266,69
6/3/2016 17:00:00 31 44,87 260 14 312 14 284 14 6463,7 5547,43 277,37
24 7/3/2016 9:00:00 30 42,38 290 14 338 14 304 14 6774,3 5848,28 292,41
7/3/2016 17:00:00 31 44,87 275 14 314 14 294 14 7068,7 6066,67 303,33
25 8/3/2016 9:00:00 31 44,87 315 14 344 14 330 14 7398,3 6349,61 317,48
8/3/2016 17:00:00 32 47,49 300 14 320 14 326 14 7713,7 6580,67 329,03
26 9/3/2016 9:00:00 30 42,38 352 14 352 14 345 14 8063,3 6961,07 348,05
9/3/2016 17:00:00 31 44,87 342 14 328 14 338 14 8399,3 7208,71 360,44
27 10/3/2016 9:00:00 31 44,87 380 14 365 14 362 14 8768,3 7525,41 376,27
10/3/2016 17:00:00 31 44,87 377 14 344 14 354 14 9126,7 7832,95 391,65
28 11/3/2016 9:00:00 31 44,87 392 14 370 14 368 14 9503,3 8156,22 407,81
11/3/2016 17:00:00 32 47,49 388 14 364 14 359 14 9873,7 8423,41 421,17
29 12/3/2016 9:00:00 30 42,38 394 14 396 14 372 14 10261 8858,31 442,92
12/3/2016 17:00:00 30 42,38 390 14 380 14 362 14 10638 9184,07 459,20
30 13/3/2016 9:00:00 30 42,38 400 14 423 14 380 14 11039 9530,25 476,51
13/3/2016 17:00:00 30 42,38 390 14 406 14 374 14 11429 9866,94 493,35
31 14/3/2016 9:00:00 30 42,38 405 14 427 14 398 14 11839 10220,89 511,04
14/3/2016 17:00:00 31 44,87 393 14 425 14 390 14 12242 10506,68 525,33
32 15/3/2016 9:00:00 30 42,38 412 14 426 14 416 14 12660 10929,37 546,47
15/3/2016 17:00:00 30 42,38 400 14 425 14 400 14 13068 11281,88 564,09
33 16/3/2016 9:00:00 29 40,00 410 14 428 14 426 14 13490 11712,74 585,64
16/3/2016 17:00:00 30 42,38 400 14 425 14 405 14 13900 11999,57 599,98
34 17/3/2016 9:00:00 29 40,00 394 14 428 14 442 14 14321 12434,57 621,73
17/3/2016 17:00:00 30 42,38 385 14 426 14 439 14 14738 12723,02 636,15
35 18/3/2016 9:00:00 30 42,38 388 14 428 14 442 14 15157 13085,03 654,25
18/3/2016 17:00:00 31 44,87 372 14 425 14 441 14 15570 13362,64 668,13
36 19/3/2016 9:00:00 31 44,87 362 14 427 14 442 14 15980 13714,81 685,74
19/3/2016 17:00:00 31 44,87 354 14 423 14 438 14 16385 14062,40 703,12
37 20/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 418 14 440 14 16814 14430,59 721,53
20/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 410 14 434 14 17236 14704,35 735,22
38 21/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 403 14 440 14 17658 15154,52 757,73
21/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 396 14 435 14 18073 15418,41 770,92
39 22/3/2016 9:00:00 30 42,38 - - 388 14 438 14 18486 15958,95 797,95
22/3/2016 17:00:00 31 44,87 - - 372 14 426 14 18885 16208,02 810,40
40 23/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 364 14 418 14 19276 16543,60 827,18
23/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 351 14 408 14 19656 16768,47 838,42
41 24/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 350 14 384 14 20023 17184,28 859,21
24/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 344 14 372 14 20381 17386,98 869,35
42 25/3/2016 9:00:00 30 42,38 - - 346 14 379 14 20743 17907,42 895,37
25/3/2016 17:00:00 30 42,38 - - 330 14 365 14 21091 18207,42 910,37
43 26/3/2016 9:00:00 31 44,87 - - 322 14 360 14 21432 18393,55 919,68
26/3/2016 17:00:00 32 47,49 - - 310 14 349 14 21761 18564,71 928,24
44 27/3/2016 9:00:00 30 42,38 - - 300 14 360 14 22091 19071,15 953,56
27/3/2016 17:00:00 30 42,38 - - 296 14 344 14 22411 19347,40 967,37
45 28/3/2016 9:00:00 30 42,38 - - 300 14 360 14 22741 19632,29 981,61
28/3/2016 17:00:00 31 44,87 - - 294 14 340 14 23058 19789,49 989,47
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
FIGURA 3.8. Gráfica del volumen de biogás obtenido en los 45 días por el tiempo en la muestra agua de camal.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
y = 23,812x - 165,32 R² = 0,9479
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50
VO
LUM
EN P
RO
MED
IO D
EL B
IOG
ÁS
(ML)
TIEMPO (DÍAS)
Volumen normalizado corregido del Biogás VS Tiempo
Agua de Camal (AC)
TABLA 3.4. Valores iniciales de la muestra de agua de camal para sus respectivos cálculos.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Cálculos para determinar el % de remoción de la Demanda Química
de Oxígeno (DQO) y de Sólidos Volátiles (Sv) respectivamente para la
muestra de agua de camal (AC):
Promedio del inóculo
Inóculo de Agua de camal =
Inóculo de Agua de camal =
Masa del DQO = ( )
Masa del DQO = ( )
Concentración DQO inicial = ( )
AGUA DE CAMAL
INICIO
Volumen de muestra
225 mL
Volumen Total (Inóculo + Sustrato) 500 mL
DQO muestra 14461,66667 mg/L
Masa de DQO 3253,875 mg
Concentración DQO inicial
10675,83333
mg/L
SV inicial 7090 mg/L
Masa de SV 1595,25 mg
Concentración SV inicial
5924
mg/L
Concentración DQO inicial = ( )
DQO final = 2 321.33
% Remoción DQO = |
|
% DQO (AC) = |
| × 100 = 78.25 %
FIGURA 3.9. Gráfica de la disminución de la DQO del agua de camal durante los 45 días.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Promedio del sólido volátil
Sólido volátil Agua de camal =
Sólido volátil de Agua de camal=
2300
3300
4300
5300
6300
7300
8300
9300
10300
11300
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
DQ
O
TIEMPO
DQO (AC)
DQO (AC)
Masa del sólido volátil=
Concentración Sv inicial =
Concentración Sv inicial =
Sv final =
% Remoción Sv =
% Sv = -
FIGURA 3.10. Gráfica de la disminución de Sólidos volátiles (Sv) del agua de camal durante los 45 días.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
0 10 20 30 40 50
SÓLI
DO
S V
OLÁ
TILE
S
TIEMPO
Sv Desechos de agua de camal (AC)
Sv (AC)
Cálculo del biogás y del búnker:
Para el cálculo de rendimiento del biogás se procedió a utilizar la
siguiente fórmula proporcionada por la empresa CODANA S.A.
(Betancourt & Becerra, 2012):
BIOGÁS = Materia Orgánica × DQOo ×
× Remoción × Rendimiento
(
)
Valor calórico del biogás:
Cálculo de los galones de Búnker:
BIOGÁS
CH4 60%
SH2 2%
CO2 38%
TABLA 3.5. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DE DESECHOS SÓLIDOS Y LÍQUIDOS DEL CAMAL (MC) DURANTE LOS 45 DÍAS.
o. DIAS
DIA (d) HORA (h) T
(°C) PH2O
MUESTRA DE MEZCLA DE CAMAL (MC)
Vol. MC1 (ml)
pH MC1
Vol. MC2 (ml)
pH MC2
Vol. MC3 (ml)
pH MC3
VOL. ACUM.
VOL. ACUM.
NORMAL.
VOL. NORMAL. CORREG.
1 13/2/2016 9:00:00 32 47,49 0 - 0 14 0 14 0 0 0
13/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 0 14 0 14 0 0 0
2 14/2/2016 9:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 14 0 0 0
14/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 14 0 0 0
3 15/2/2016 9:00:00 29 40,00 102 14 114 14 0 14 72 62,52 2,08
15/2/2016 17:00:00 30 42,38 88 14 102 14 0 14 135,33 116,83 3,89
4 16/2/2016 9:00:00 30 42,38 132 14 126 14 96 14 253,33 218,70 7,29
16/2/2016 17:00:00 30 42,38 112 14 112 14 74 14 352,67 304,46 10,15
5 17/2/2016 9:00:00 29 40,00 154 14 132 14 125 14 489,67 425,17 14,17
17/2/2016 17:00:00 29 40,00 140 14 130 14 98 14 612,33 531,67 17,72
6 18/2/2016 9:00:00 29 40,00 182 14 144 14 138 14 767 665,97 22,20
18/2/2016 17:00:00 30 42,38 154 14 138 14 124 14 905,67 781,86 26,06
7 19/2/2016 9:00:00 31 44,87 190 14 156 14 146 14 1069,7 918,04 30,60
19/2/2016 17:00:00 32 47,49 172 14 141 14 120 14 1214 1035,69 34,52
8 20/2/2016 9:00:00 31 44,87 194 14 162 14 158 14 1385,3 1188,96 39,63
20/2/2016 17:00:00 32 47,49 173 14 158 14 132 14 1539,7 1313,52 43,78
9 21/2/2016 9:00:00 31 44,87 204 14 174 14 166 14 1721 1477,05 49,23
21/2/2016 17:00:00 32 47,49 192 14 160 14 141 14 1885,3 1608,41 53,61
10 22/2/2016 9:00:00 31 44,87 214 14 184 14 184 14 2079,3 1784,58 59,49
22/2/2016 17:00:00 32 47,49 200 14 162 14 172 14 2257,3 1925,77 64,19
11 23/2/2016 9:00:00 31 44,87 218 14 198 14 198 14 2462 2113,01 70,43
23/2/2016 17:00:00 32 47,49 198 14 190 14 184 14 2652,7 2263,04 75,43
12 24/2/2016 9:00:00 30 42,38 226 14 212 14 220 14 2872 2479,40 82,65
24/2/2016 17:00:00 30 42,38 204 14 192 14 190 14 3067,3 2648,03 88,27
13 25/2/2016 9:00:00 31 44,87 232 14 232 14 234 14 3300 2832,22 94,41
25/2/2016 17:00:00 32 47,49 224 14 216 14 216 14 3518,7 3001,84 100,06
14 26/2/2016 9:00:00 31 44,87 244 14 248 14 240 14 3762,7 3229,30 107,64
26/2/2016 17:00:00 32 47,49 240 14 230 14 226 14 3994,7 3407,92 113,60
15 27/2/2016 9:00:00 30 42,38 260 14 254 14 274 14 4257,3 3675,35 122,51
27/2/2016 17:00:00 30 42,38 254 14 227 14 250 14 4501 3885,71 129,52
16 28/2/2016 9:00:00 29 40,00 278 14 272 14 296 14 4783 4152,96 138,43
28/2/2016 17:00:00 30 42,38 264 14 244 14 254 14 5037 4348,44 144,95
17 29/2/2016 9:00:00 31 44,87 290 14 284 14 318 14 5334,3 4578,18 152,61
29/2/2016 17:00:00 32 47,49 284 14 280 14 288 14 5618,3 4793,10 159,77
18 1/3/2016 9:00:00 30 42,38 298 14 296 14 342 14 5930,3 5119,65 170,66
1/3/2016 17:00:00 30 42,38 290 14 282 14 315 14 6226 5374,90 179,16
19 2/3/2016 9:00:00 29 40,00 323 14 308 14 364 14 6557,7 5693,86 189,80
2/3/2016 17:00:00 30 42,38 318 14 294 14 322 14 6869 5930,00 197,67
20 3/3/2016 9:00:00 29 40,00 342 14 318 14 382 14 7216,3 6265,76 208,86
3/3/2016 17:00:00 30 42,38 312 14 300 14 328 14 7529,7 6500,36 216,68
21 4/3/2016 9:00:00 30 42,38 364 14 332 14 400 14 7895 6815,75 227,19
4/3/2016 17:00:00 30 42,38 326 14 308 14 396 14 8238,3 7112,15 237,07
22 5/3/2016 9:00:00 29 40,00 378 14 348 14 422 14 8621 7485,40 249,51
5/3/2016 17:00:00 30 42,38 370 14 312 14 398 14 8981 7753,29 258,44
23 6/3/2016 9:00:00 30 42,38 386 14 364 14 445 14 9379,3 8097,17 269,91
6/3/2016 17:00:00 31 44,87 372 14 350 14 412 14 9757,3 8374,22 279,14
24 7/3/2016 9:00:00 30 42,38 394 14 388 14 480 14 10178 8786,66 292,89
7/3/2016 17:00:00 31 44,87 380 14 378 14 464 14 10585 9084,85 302,83
25 8/3/2016 9:00:00 31 44,87 412 14 410 14 492 14 11023 9460,76 315,36
8/3/2016 17:00:00 32 47,49 398 14 400 14 460 14 11443 9761,95 325,40
26 9/3/2016 9:00:00 30 42,38 430 14 442 14 526 14 11909 10280,74 342,69
9/3/2016 17:00:00 31 44,87 416 14 418 14 500 14 12353 10602,23 353,41
27 10/3/2016 9:00:00 31 44,87 446 14 472 14 554 14 12844 11023,34 367,44
10/3/2016 17:00:00 31 44,87 418 14 432 14 522 14 13301 11415,85 380,53
28 11/3/2016 9:00:00 31 44,87 462 14 490 14 568 14 13808 11850,69 395,02
11/3/2016 17:00:00 32 47,49 428 14 470 14 560 14 14294 12194,47 406,48
29 12/3/2016 9:00:00 30 42,38 476 14 525 14 582 14 14822 12795,54 426,52
12/3/2016 17:00:00 30 42,38 454 14 498 14 576 14 15331 13235,24 441,17
30 13/3/2016 9:00:00 30 42,38 484 14 552 14 600 14 15876 13706,03 456,87
13/3/2016 17:00:00 30 42,38 472 14 518 14 584 14 16401 14158,97 471,97
31 14/3/2016 9:00:00 30 42,38 496 14 574 14 612 14 16962 14643,00 488,10
14/3/2016 17:00:00 31 44,87 484 14 527 14 600 14 17499 15018,20 500,61
32 15/3/2016 9:00:00 30 42,38 500 14 598 14 632 14 18075 15604,42 520,15
15/3/2016 17:00:00 30 42,38 496 14 564 14 618 14 18635 16087,30 536,24
33 16/3/2016 9:00:00 29 40,00 532 14 624 14 664 14 19241 16706,77 556,89
16/3/2016 17:00:00 30 42,38 500 14 602 14 642 14 19823 17112,90 570,43
34 17/3/2016 9:00:00 29 40,00 548 14 644 14 680 14 20447 17753,33 591,78
17/3/2016 17:00:00 30 42,38 536 14 616 14 652 14 21048 18170,72 605,69
35 18/3/2016 9:00:00 30 42,38 572 14 680 14 698 14 21698 18731,87 624,40
18/3/2016 17:00:00 31 44,87 564 14 642 14 684 14 22328 19162,97 638,77
36 19/3/2016 9:00:00 31 44,87 572 14 682 14 704 14 22981 19723,12 657,44
19/3/2016 17:00:00 31 44,87 563 14 654 14 698 14 23619 20270,97 675,70
37 20/3/2016 9:00:00 31 44,87 572 14 682 14 706 14 24272 20831,69 694,39
20/3/2016 17:00:00 32 47,49 564 14 656 14 698 14 24912 21252,60 708,42
38 21/3/2016 9:00:00 31 44,87 575 14 682 14 706 14 25566 21941,98 731,40
21/3/2016 17:00:00 32 47,49 562 14 656 14 700 14 26205 22356,25 745,21
39 22/3/2016 9:00:00 30 42,38 554 14 680 14 704 14 26851 23180,74 772,69
22/3/2016 17:00:00 31 44,87 544 14 652 14 698 14 27483 23586,95 786,23
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
FIGURA 3.11. Gráfica del volumen de biogás obtenido en los 45 días por el tiempo en la muestra mezcla del camal.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
40 23/3/2016 9:00:00 31 44,87 550 14 664 14 684 14 28115 24129,94 804,33
23/3/2016 17:00:00 32 47,49 548 14 632 14 644 14 28723 24504,40 816,81
41 24/3/2016 9:00:00 31 44,87 542 14 638 14 662 14 29337 25178,72 839,29
24/3/2016 17:00:00 32 47,49 536 14 626 14 632 14 29935 25538,38 851,28
42 25/3/2016 9:00:00 30 42,38 516 14 618 14 638 14 30526 26353,08 878,44
25/3/2016 17:00:00 30 42,38 492 14 600 14 620 14 31097 26845,73 894,86
43 26/3/2016 9:00:00 31 44,87 489 14 584 14 639 14 31667 27178,44 905,95
26/3/2016 17:00:00 32 47,49 472 14 558 14 616 14 32216 27484,06 916,14
44 27/3/2016 9:00:00 30 42,38 490 14 585 14 638 14 32787 28305,00 943,50
27/3/2016 17:00:00 30 42,38 472 14 558 14 606 14 33332 28775,78 959,19
45 28/3/2016 9:00:00 30 42,38 488 14 584 14 638 14 33902 29267,86 975,60
28/3/2016 17:00:00 31 44,87 473 14 552 14 600 14 34444 29561,51 985,38
y = 22,96x - 149,36 R² = 0,9493
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50
VO
LUM
EN P
RO
MED
IO D
E B
IOG
ÁS
(ML)
TIEMPO (DÍAS)
Volumen normalizado corregido de Biogás VS Tiempo
Mezcla de Camal (MC)
TABLA 3.6. Valores iniciales de la muestra de mezcla de camal para sus respectivos cálculos.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Cálculos para determinar el % de remoción de la Demanda Química
de Oxígeno (DQO) y de Sólidos Volátiles (Sv) respectivamente para la
muestra de mezcla de camal (MC):
Promedio del inóculo
Inóculo de Mezcla de camal =
Inóculo de Mezcla de camal =
Masa del DQO = ( )
Masa del DQO = ( )
Concentración DQO inicial = ( )
MEZCLA DE CAMAL
INICIO
Masa de muestra
20 g
Volumen 500 mL
DQO Muestra 41225 mg/L
Masa de DQO 824.5 mg
Concentración DQO inicial
8924.2 mg/L
SV inicial 36420 mg/L
Masa de SV 728.4 Mg
Concentración SV inicial
6228 mg/L
Concentración DQO inicial = ( )
DQO promedio final =
% Remoción DQO = |
|
% DQO (MC) = |
| = 19.59 %
FIGURA 3.12. Gráfica de la disminución de la DQO de la mezcla de camal
durante los 45 días.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Promedio del sólido volátil
Sólido volátil Mz. de camal =
6500
6900
7300
7700
8100
8500
8900
9300
9700
10100
10500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
DQ
O
TIEMPO
DQO (MC)
DQO (MC)
Sólido volátil de Mezcla de camal=
Masa del sólido volátil=
Concentración Sv inicial =
Concentración Sv inicial =
Sv final =
% Remoción Sv =
% Sv = -
FIGURA 3.13. Gráfica de la disminución de Sólidos volátiles (Sv) de la mezcla de camal durante los 45 días.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 10 20 30 40 50
Sólid
os
Vo
láti
les
Tiempo
Sv Desechos de mezcla de camal (MC)
Sv (MC)
Cálculo del biogás y del búnker:
Para el cálculo de rendimiento del biogás se procedió a utilizar la
siguiente fórmula proporcionada por la empresa CODANA S.A.
(Betancourt & Becerra, 2012) :
BIOGÁS = Materia Orgánica × DQOT ×
× Remoción × Rendimiento
(
)
Valor calórico del biogás:
Cálculo de los galones de Búnker:
BIOGÁS
CH4 60%
SH2 2%
CO2 38%
TABLA 3.7. DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA DE DESECHOS DE
AVÍCOLA (AV) DURANTE LOS 45 DÍAS.
No. DIAS
DIA (d) HORA (h) T
(°C) PH2O
MUESTRA DE AVICOLA (AV)
Vol. AV1 (ml)
pH AV1
Vol. AV2 (ml)
pH AV2
Vol. AV3 (ml)
pH AV3
VOL. ACUM.
VOL. ACUM.
NORMAL.
VOL. NORMAL. CORREG.
1 13/2/2016 9:00:00 32 47,49 0 - 0 14 0 - 0 0 0
13/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 0 14 0 - 0 0 0
2 14/2/2016 9:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 - 0 0 0
14/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 - 0 0 0
3 15/2/2016 9:00:00 29 40,00 0 - 0 14 0 - 0 0 0
15/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 - 0 0 0
4 16/2/2016 9:00:00 30 42,38 0 - 0 14 0 - 0 0 0
16/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 26 14 0 - 8,6667 7,48 0,37
5 17/2/2016 9:00:00 29 40,00 0 - 37 14 30 14 31 26,92 1,35
17/2/2016 17:00:00 29 40,00 0 - 29 14 21 14 47,667 41,39 2,07
6 18/2/2016 9:00:00 29 40,00 0 - 48 14 34 14 75 65,12 3,26
18/2/2016 17:00:00 30 42,38 0 - 35 14 20 14 93,333 80,57 4,03
7 19/2/2016 9:00:00 31 44,87 0 - 54 14 35 14 123 105,56 5,28
19/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 44 14 22 14 145 123,70 6,19
8 20/2/2016 9:00:00 31 44,87 0 - 60 14 38 14 177,67 152,48 7,62
20/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 52 14 24 14 203 173,18 8,66
9 21/2/2016 9:00:00 31 44,87 0 - 69 14 42 14 240 205,98 10,30
21/2/2016 17:00:00 32 47,49 0 - 58 14 26 14 268 228,64 11,43
10 22/2/2016 9:00:00 31 44,87 20 14 72 14 44 14 313,33 268,92 13,45
22/2/2016 17:00:00 32 47,49 18 14 69 14 26 14 351 299,44 14,97
11 23/2/2016 9:00:00 31 44,87 22 14 78 14 52 14 401,67 344,73 17,24
23/2/2016 17:00:00 32 47,49 16 14 70 14 38 14 443 377,93 18,90
12 24/2/2016 9:00:00 30 42,38 29 14 84 14 54 14 498,67 430,50 21,52
24/2/2016 17:00:00 30 42,38 18 14 76 14 36 14 542 467,91 23,40
13 25/2/2016 9:00:00 31 44,87 32 14 94 14 62 14 604,67 518,95 25,95
25/2/2016 17:00:00 32 47,49 18 14 82 14 40 14 651,33 555,66 27,78
14 26/2/2016 9:00:00 31 44,87 30 14 104 14 74 14 720,67 618,51 30,93
26/2/2016 17:00:00 32 47,49 24 14 97 14 52 14 778,33 664,01 33,20
15 27/2/2016 9:00:00 30 42,38 31 14 122 14 82 14 856,67 739,56 36,98
27/2/2016 17:00:00 30 42,38 24 14 119 14 56 14 923 796,83 39,84
16 28/2/2016 9:00:00 29 40,00 33 14 134 14 90 14 1008,7 875,80 43,79
28/2/2016 17:00:00 30 42,38 24 14 120 14 58 14 1076 928,91 46,45
17 29/2/2016 9:00:00 31 44,87 38 14 138 14 108 14 1170,7 1004,72 50,24
29/2/2016 17:00:00 32 47,49 26 14 136 14 78 14 1250,7 1066,97 53,35
18 1/3/2016 9:00:00 30 42,38 41 14 150 14 110 14 1351 1166,32 58,32
1/3/2016 17:00:00 30 42,38 27 14 144 14 84 14 1436 1239,70 61,98
19 2/3/2016 9:00:00 29 40,00 50 14 159 14 116 14 1544,3 1340,91 67,05
2/3/2016 17:00:00 30 42,38 30 14 146 14 92 14 1633,7 1410,34 70,52
20 3/3/2016 9:00:00 29 40,00 51 14 168 14 128 14 1749,3 1518,90 75,95
3/3/2016 17:00:00 30 42,38 44 14 153 14 118 14 1854,3 1600,84 80,04
21 4/3/2016 9:00:00 30 42,38 56 14 184 14 146 14 1983 1711,92 85,60
4/3/2016 17:00:00 30 42,38 48 14 162 14 132 14 2097 1810,34 90,52
22 5/3/2016 9:00:00 29 40,00 57 14 194 14 168 14 2236,7 1942,04 97,10
5/3/2016 17:00:00 30 42,38 50 14 178 14 154 14 2364 2040,84 102,04
23 6/3/2016 9:00:00 30 42,38 57 14 225 14 178 14 2517,3 2173,21 108,66
6/3/2016 17:00:00 31 44,87 52 14 190 14 162 14 2652 2276,07 113,80
24 7/3/2016 9:00:00 30 42,38 58 14 233 14 186 14 2811 2426,73 121,34
7/3/2016 17:00:00 31 44,87 55 14 215 14 180 14 2961 2541,27 127,06
25 8/3/2016 9:00:00 31 44,87 63 14 250 14 198 14 3131,3 2687,46 134,37
8/3/2016 17:00:00 32 47,49 60 14 232 14 190 14 3292 2808,47 140,42
26 9/3/2016 9:00:00 30 42,38 65 14 274 14 220 14 3478,3 3002,84 150,14
9/3/2016 17:00:00 31 44,87 62 14 268 14 216 14 3660,3 3141,48 157,07
27 10/3/2016 9:00:00 31 44,87 63 14 278 14 246 14 3856 3309,41 165,47
10/3/2016 17:00:00 31 44,87 61 14 262 14 238 14 4043 3469,90 173,49
28 11/3/2016 9:00:00 31 44,87 68 14 278 14 248 14 4241 3639,83 181,99
11/3/2016 17:00:00 32 47,49 61 14 270 14 244 14 4432,7 3781,59 189,08
29 12/3/2016 9:00:00 30 42,38 70 14 278 14 248 14 4631,3 3998,23 199,91
12/3/2016 17:00:00 30 42,38 62 14 274 14 245 14 4825 4165,42 208,27
30 13/3/2016 9:00:00 30 42,38 72 14 276 14 248 14 5023,7 4336,93 216,85
13/3/2016 17:00:00 30 42,38 60 14 270 14 246 14 5215,7 4502,68 225,13
31 14/3/2016 9:00:00 30 42,38 75 14 278 14 250 14 5416,7 4676,20 233,81
14/3/2016 17:00:00 31 44,87 64 14 272 14 246 14 5610,7 4815,35 240,77
32 15/3/2016 9:00:00 30 42,38 78 14 276 14 248 14 5811,3 5016,92 250,85
15/3/2016 17:00:00 30 42,38 62 14 270 14 245 14 6003,7 5182,96 259,15
33 16/3/2016 9:00:00 29 40,00 82 14 278 14 239 14 6203,3 5386,20 269,31
16/3/2016 17:00:00 30 42,38 78 14 276 14 238 14 6400,7 5525,69 276,28
34 17/3/2016 9:00:00 29 40,00 90 14 277 14 222 14 6597 5728,01 286,40
17/3/2016 17:00:00 30 42,38 88 14 275 14 218 14 6790,7 5862,38 293,12
35 18/3/2016 9:00:00 30 42,38 92 14 278 14 216 14 6986 6031,01 301,55
18/3/2016 17:00:00 31 44,87 88 14 274 14 208 14 7176 6158,79 307,94
36 19/3/2016 9:00:00 31 44,87 96 14 269 14 200 14 7364,3 6320,43 316,02
19/3/2016 17:00:00 31 44,87 92 14 254 14 184 14 7541 6472,05 323,60
37 20/3/2016 9:00:00 31 44,87 98 14 244 14 196 14 7720,3 6625,96 331,30
20/3/2016 17:00:00 32 47,49 97 14 233 14 190 14 7893,7 6734,23 336,71
38 21/3/2016 9:00:00 31 44,87 104 14 219 14 172 14 8058,7 6916,34 345,82
21/3/2016 17:00:00 32 47,49 96 14 200 14 170 14 8214 7007,51 350,38
39 22/3/2016 9:00:00 30 42,38 110 14 184 14 154 14 8363,3 7220,06 361,00
22/3/2016 17:00:00 31 44,87 96 14 176 14 146 14 8502,7 7297,40 364,87
40 23/3/2016 9:00:00 31 44,87 - 14 179 14 122 14 8653,2 7426,57 371,33
23/3/2016 17:00:00 32 47,49 - 14 175 14 116 14 8798,7 7506,30 375,32
41 24/3/2016 9:00:00 31 44,87 - 14 174 14 112 14 8941,7 7674,17 383,71
24/3/2016 17:00:00 32 47,49 - 14 168 14 98 14 9074,7 7741,76 387,09
42 25/3/2016 9:00:00 30 42,38 - 14 170 14 100 14 9209,7 7950,70 397,53
25/3/2016 17:00:00 30 42,38 - 14 168 14 84 14 9335,7 8059,48 402,97
43 26/3/2016 9:00:00 31 44,87 - 14 150 14 86 14 9453,7 8113,59 405,68
26/3/2016 17:00:00 32 47,49 - 14 144 14 70 14 9560,7 8156,38 407,82
44 27/3/2016 9:00:00 30 42,38 - 14 134 14 86 14 9670,7 8348,68 417,43
27/3/2016 17:00:00 30 42,38 - 14 128 14 72 14 9770,7 8435,01 421,75
45 28/3/2016 9:00:00 30 42,38 - 14 134 14 85 14 9880,2 8529,54 426,48
28/3/2016 17:00:00 31 44,87 - 14 128 14 70 14 9979,2 8564,60 428,23
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
FIGURA 3.14. Gráfica del volumen de biogás obtenido en los 45 días
por el tiempo en la muestra de desechos de avícola.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
y = 10,97x - 78,008 R² = 0,9465
-200
-100
0
100
200
300
400
500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50VO
LUM
EN P
RO
MED
IO D
E B
IOG
ÁS
(ML)
TIEMPO (DÍAS)
Volumen normalizado corregido de Biogás VS Tiempo
Desechos de Avícola (AV)
TABLA 3.8. Valores iniciales de la muestra de avícola para sus respectivos cálculos.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Cálculos para determinar el % de remoción de la Demanda Química
de Oxígeno (DQO) y de Sólidos Volátiles (Sv) respectivamente para la
muestra de residuos de avícola (AV):
Promedio de inóculo
Inóculo de avícola =
Inóculo de avícola =
= 3 486.03 mg
Masa del DQO = ( )
Masa del DQO = ( )
AVÍCOLA
INICIO
Masa de muestra 40 g
Volumen 500 mL
DQO Muestra 168600 mg/kg
Masa de DQO 6744 mg
Concentración DQO inicial
20460,0667 mg/L
SV inicial 28980 mg/L
Masa de SV 1159,2 mg
Concentración SV inicial
6890,8 mg/L
Concentración DQO inicial = ( )
Concentración DQO inicial = ( )
DQO promedio final =
% Remoción DQO = |
|
% DQO (AV) = |
| = 23.079 %
FIGURA 3.15. Gráfica de la disminución de Sólidos volátiles (Sv) de los desechos de avícola durante los 45 días.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
Promedio del sólido volátil
Sólido volátil de avícola =
15000
15800
16600
17400
18200
19000
19800
20600
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
DQ
O
TIEMPO
DQO (AV)
DQO (AV)
Sólido volátil de avícola =
Masa del sólido volátil=
Concentración Sv inicial =
Concentración Sv inicial =
Sv final =
% Remoción Sv =
% Sv =
-
FIGURA 3.16. Gráfica de la disminución de Sólidos volátiles (Sv) de los desechos de avícola durante los 45 días.
Elaborado por: Corina Reasco y Shirley Menéndez
6550
6600
6650
6700
6750
6800
6850
6900
6950
0 10 20 30 40 50
SÓLI
DO
S V
OLÁ
TILE
S
TIEMPO
Sv Desechos de la avícola (AV)
Series1
Cálculo del biogás y del búnker:
Para el cálculo de biogás se procedió a utilizar la siguiente fórmula
proporcionada por la empresa CODANA S.A. (Betancourt & Becerra,
2012):
BIOGÁS = Materia Orgánica × DQOT ×
× Remoción × Rendimiento
(
)
Valor calórico del biogás:
Cálculo de los galones de Búnker:
BIOGÁS
CH4 60%
SH2 2%
CO2 38%
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
De acuerdo a los datos obtenidos en el proceso de
biodegradabilidad durante los 45 días, a los tres tipos de residuales
en condiciones anaerobias se le realizaron análisis de DQO,
Sólidos volátiles y Sólidos totales que ayudaron a calcular los
rendimientos experimentales de biogás para cada sustrato. Según
(Baquerizo, 2016), plantea que los rendimientos teóricos varían de
acuerdo a las proporciones de proteínas, lípidos y carbohidratos
que contengan los residuales. Los residuales con altos contenidos
de lípidos son sustratos ideales para la producción de biogás,
como es en el caso de los residuos de mataderos que contienen
alrededor de un 50% de lípidos.
Los valores de rendimiento de biogás que se obtuvo en cada uno
de los sustratos fueron los siguientes: agua de camal (AC)
0.000469 m3 de biogás/0.225 kg de muestra orgánica, mezcla de
desechos sólidos y líquidos de camal (MC) 5.50x10-6 m3 de
biogás/0.020 kg de muestra orgánica se debe tomar como
referencia que según (Chacón, 2007), el residual de matadero
genera por cada 25 kg de residuos 1 m3 de biogás; para nuestros
dos residuales provenientes del camal. En el residual proveniente
de los desechos de avícola (AV) se obtuvo 4.80 x10-6 m3 de biogás
/0.040 kg de materia orgánica se puede comprobar el rendimiento
de biogás según (García, 2010), caracterizado entre los rangos de
0.035 – 0.060 m3 de biogás por cada 25 kg de residuos.
La presencia de biogás se evidencia en la disminución del
porcentaje de remoción de DQO para las muestras de: agua de
camal (AC), mezcla de desechos sólidos y líquidos (MC) y
desechos de avícola (AV), donde se obtuvieron valores de 78.25%,
19.59% y 23.07% respectivamente, esto se debe a la acción de un
grupo de microorganismos que en ausencia de oxígeno
descomponen la materia orgánica reduciendo los niveles de DQO y
a su vez, de sólidos volátiles (SV) que corresponden a 43.45%
para el agua de camal, 27.74% para la mezcla de desechos sólidos
y líquidos del camal y 4.36% en los desechos de avícolas.
Las diferencias entre los rendimientos teóricos y experimentales
proviene de emplear composiciones teóricas no reales, lo que se
determina experimentalmente y conlleva a errores en el cálculo del
rendimiento teórico (Baquerizo, 2016).
CONCLUSIONES
Los sustratos fueron caracterizados por distintos parámetros
tomados al inicio y final del proceso donde la muestra AC tuvo un
DQO de 10675.83 mg/lt y 2321.33 mg/lt y SV de 5924 mg/lt y 3350
mg/lt, para la muestra MC se tuvo un DQO de 8924.2 mg/lt y
7175.33 mg/lt y SV de 6228 mg/lt y 4500 mg/lt, por último para la
muestra AV se obtuvo un DQO de 20460.06 mg/lt y 15738 mg/lt y
SV 6890.8 mg/lt y 6590 mg/lt; lo que proporcionó comprobar que se
degrado la materia orgánica en condiciones anaerobias y
mesofílicas.
Se determinó la producción de biogás mediante un proceso de
biodegradabilidad en condiciones anaerobias en régimen
discontinuo y a escala de laboratorio durante un tiempo de 45 días,
donde se obtuvieron volúmenes de biogás (989.47 ml de agua de
camal, 985.38 ml en la mezcla de camal y 428.23 ml en el residual
de avícola) de acuerdo al proceso de degradación de cada tipo de
sustrato.
Los residuales que se generan en el camal municipal del cantón
Naranjito y de la avícola “Freire” dan lugar a un rendimiento de
biogás de manera experimental de aproximadamente 4.69x10-4 m3
de agua de camal (AC), 5.50x10-6 m3 en la muestra de desechos
sólidos y líquidos de camal (MC) y 4.80x10-6 m3 en el residual de
avícola (AV), siendo una producción considerable de acuerdo a las
cantidad de materia orgánica utilizada, además de los posibles
factores que intervienen en la toma de muestra.
Se evaluó el contenido energético del biogás, obteniendo un poder
calórico para cada tipo de residual, siendo 4.07x10-5 gal. de Búnker
para el agua de camal, 4.77x10-7 gal. de Búnker para la mezcla del
camal y 4.16x10-7 gal. de Búnker para los desechos de la avícola,
tomando como referencia que un galón de Búnker equivale a
140000 BTU.
RECOMENDACIONES
Efectuar diferentes tipos de mezclas de residuales ya sean
binarias, terciarias o cuaternarias, con el fin de obtener un mejor
rendimiento de producción de biogás.
Considerar que los diferentes tipos de residuales tengan en su
mayor proporción lípidos lo que facilita el proceso de
biodegradación de la muestra orgánica.
Realizar investigaciones sobre la sinergia y el antagonismo de los
residuales que se van a utilizar antes de llevar acabo las pruebas
de potencial de biometano (BMP).
Experimentar con diferentes temperaturas en reactores
discontinuos de agitación manual o utilizando un sistema externo
para agitación con recirculación.
Diseñar reactores de acuerdo a la altura y el diámetro, a nivel de
planta piloto para luego proceder con el montaje a nivel industrial.
Se recomienda sellar perfectamente los reactores para lograr las
condiciones anaerobias y evitar el contacto con la solución de
hidróxido de sodio, de esta manera se impide que el contenido de
materia orgánica se alcalinice.
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ANEXO I. Recepción de los tres tipos de residuales del Cantón Naranjito.
ANEXO II. Llenado del inóculo en los diferentes reactores.
ANEXO III. Medición de los diferentes residuales.
MUESTRA ORGÁNICA DE
AGUA DE CAMAL (AC)
MUESTRA ORGÁNICA DE
MEZCLA DE CAMAL (MC)
MUESTRA ORGÁNICA DE
RESIDUOS DE AVÍCOLA (AV)
LLENADO DEL INÓCULO
PARA LA MUESTRA (AC)
LLENADO DEL INÓCULO
PARA LA MUESTRA (AV)
LLENADO DEL INÓCULO
PARA LA MUESTRA (MC)
MEDICIÓN DEL AGUA DE
CAMAL (AC)
PESADO DE LOS RESIDUOS
DE AVÍCOLA (AV) MEDICIÓN DE LA MEZCLA
DE CAMAL (MC)
ANEXO IV. Llenado de la materia orgánica en el reactor.
IANEXO V. Montaje de los reactores.
ANEXO Vl. Sellado de los reactores de forma hermética.
MONTAJE DE LOS REACTORES
LLENADO CON LA
MATERIA ORGÁNICA (AC)
LLENADO CON LA
MATERIA ORGÁNICA (MC)
LLENADO CON LA
MATERIA ORGÁNICA (AV)
SELLO HERMÉTICO DE LOS REACTORES
ANEXO IV. Resultado inicial de los análisis de la muestra de residuos sólidos y líquidos de camal sin el inóculo.
ANEXO V. Resultado final de los análisis de la muestra de residuos
sólidos y líquidos de camal sin el inóculo.