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Mezcla de Aditivos para incrementar la producción de biogás y mejorar el tratamiento anaeróbico de los residuales porcinos

Se evaluó una mezcla de aditivos para incrementar la producción de biogás en el tratamiento de los residuales porcinos. Para este estudio se emplearon biodigestores tubulares de PVC de flujo semicontinuo de 3,8 litros y acoplados a un depósito graduado de 1,8 litros de volumen. Se utilizó un diseño experimental de tipo bloques al azar con 12 biodigestores y tres variantes, para una relación de cuatro biodigestores por variante.

  • La variante I: cuatro biodigestores como tratamiento control, donde solo se añadió residuales porcinos.
  • La variante II: cuatro biodigestores a los que se le añadieron residual más una mezcla de aditivos (MA1).
  • La variante III: cuatro biodigestores con residual más el aditivo comercial SR2 Scicorp.

Las lecturas de producción de biogás y la temperatura ambiental se registraron a diario. En los análisis estadísticos se utilizó la prueba de Kolmogorov Sminorv y de Levene, la prueba no paramétrica de Kruskall Wallis y la prueba de DUNN de comparaciones múltiples; además de la prueba de comparación múltiple de Tukey para determinar entre cuales variantes se encontraban las diferencias.

Se presentaron diferencias estadísticamente significativas (P≤ 0,05) en la producción de biogás entre las variante I con respecto a las variantes II y III sin afectación de la efectividad en la degradación de la materia orgánica, por lo que el incremento en la producción de biogás se correspondió fundamentalmente con un aumento específico de los grupos metanogénicos acetoclásticos e hidrogenófilos. Se evidenció poca producción de biogás en los primeros 14 días del experimento, resultados que se corresponden con una degradación anaerobia mesófila, que ocurre a temperaturas de 30 a 35o C. Tanto el MA1 como el SR2 comercial incrementaron en un 12 y 14% la producción de biogás respectivamente con respecto al control.

Se recomienda incorporar la mezcla de aditivos (MA1) en los procesos de degradación anaerobios mediante biodigestores, para una mayor producción de biogás como subproducto durante la descomposición microbiológica de la materia orgánica.

INTRODUCCIÓN


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En el tratamiento de las aguas residuales porcinas la digestión anaerobia constituye un método ampliamente utilizado y efectivo (Chao y Sosa 2000; Díaz-Báez et al 2002; Sosa et al 2014 y Sosa et al 2015). La utilización de biodigestores en el procesamiento primario de estos residuales reduce un 80% de la materia orgánica con un tiempo de retención hidráulica de 21 días y mitiga además la emanación de metano (CH4), gas de efecto invernadero 21 veces más potente que el CO2 (gas de referencia) y principal componente del biogás que es producido por bacterias metanogénicas que transforman el material biodegradable (Strid Eriksson 2004).

La composición de biogás es de 50 a 75% de metano (CH4), 25 a 50% de dióxido de carbono (CO2) y trazas de otros gases, entre ellos, nitrógeno (N), ácido sulfhídrico (H2S), monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H) (Sosa 1999). El biogás despliega un poder calorífico entre 4500 y 6500 kcal/m3 , siendo fuente de energía renovable, virtualmente inagotable y que tiene facilidad de deslocalización (Deublein y Steinhauser 2008; Fundación Hábitat 2005).

Varios son los aspectos que inciden en la efectividad del proceso anaerobio, entre los factores más importantes se encuentran: el tipo de sustrato (nutrientes disponibles), la temperatura del sustrato, el tiempo de retención hidráulico, el nivel de acidez (pH), la relación carbono/nitrógeno, la concentración del sustrato; el agregado de inoculantes, el grado de mezclado y la presencia de compuestos inhibidores del proceso (Sánchez et al 2001 y Khanal 2008).

La degradación de la materia orgánica mediante la digestión anaerobia cuenta con cinco grupos tróficos, bacterias hidrolíticas-acidogénicas, acetogénicas, homoacetogénicas, metanogénicas acetoclásticas y metanogénicas hidrogenófilas que actúan secuencial y simultáneamente sobre diferentes sustratos (López et al 2004).

La estimulación óptima con diferentes nutrientes y microelementos conllevaría al aumento o aceleración de las diferentes poblaciones de microorganismos que participan en cada una de las etapas del proceso, con un consecuente aumento en la producción de biogás. El MA1 es una mezcla de aditivos orgánicos e inorgánicos de origen animal y vegetal elaborado por los autores de este trabajo que en principio contribuye al incremento del biogás. Teniendo en cuenta estos aspectos, el objetivo de este trabajo fue evaluar una mezcla de aditivos (MA1) para incrementar la producción de biogás en el tratamiento de los residuales porcinos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se evaluó una mezcla de aditivos orgánicos e inorgánicos de origen animal y vegetal MA1 para incrementar la producción de biogás en el tratamiento de los residuales porcinos y se comparó con el SR2 comercial que es un producto patentizado y promovido por la firma canadiense Scicorp, que tiene el propósito de disminuir la carga contaminante en función de la demanda química de oxígeno (DQO).

Para la evaluación del MA1 se utilizaron a escala de laboratorio 12 biodigestores tubulares de Policloruro de vinilo (PVC) de flujo semicontinuo, con una capacidad de digestión de 3,8 litros, acoplados a un depósito graduado de 1,8 litros.

Se utilizó un diseño experimental de tipo bloques al azar con 12 biodigestores en total y tres variantes, a razón de cuatro biodigestores por variante. La variante I: cuatro biodigestores que corresponden al tratamiento control donde solo se añadió el agua residual, variante II: cuatro biodigestores con agua residual más la mezcla de aditivos MA1 y la variante III: cuatro biodigestores con agua residual más el aditivo comercial SR2 Scicorp.

El agua residual utilizada para el llenado de los biodigestores del experimento procedía de la recolección diaria de los residuales sólidos de 60 cerdos, mezclados homogéneamente con 3 volúmenes de agua para una relación 1:4. Esta mezcla se caracterizó en sólidos totales y cenizas según la NC 7428:1985 y la NC 907:2012. A partir de estos resultados se determinó sólidos volátiles de la mezcla al inicio y final del experimento.

El llenado de los digestores se efectuó añadiendo una dosis diaria de 181 ml del agua residual conformada, para un tiempo de retención de 21 días (Manual de procedimientos técnicos para la crianza porcina 2015). El tiempo de duración del experimento fue de 28 días.

La mezcla de nutrientes orgánicos e inorgánicos de origen animal y vegetal MA1 se utilizó a una concentración de 50 ppm recomendada por los autores y el SR2 comercial con 50 ppm según recomendaciones de los fabricantes.

Las lecturas de producción de biogás y la temperatura ambiental se registraron a diario. Para cada una de las variantes (I, II, y III) los registros diarios de producción de biogás se agruparon en clases con intervalos de siete días para un total de cuatro clases por variante durante los 28 días de duración del experimento. Las clases 1 y 2 correspondían a los primeros 14 días del experimento y las clases 3 y 4 a los últimos 14 días del experimento. Para las clases 3 y 4 se calculó la productividad promedio en porciento para cada una de las tres variantes (I, II y III) utilizando la siguiente fórmula: productividad= [volumen de biogás producido (L)/volumen de digestión (L)] * 100.

Se calculó la efectividad promedio de la reducción de sólidos volátiles por variante mediante el uso de la siguiente relación: efectividad = [1- (sólidos volátiles finales/sólidos volátiles iniciales)] * 100.

Al conjunto total de valores obtenidos en cada una de las variantes con sus cuatro clases y a las clases 3 y 4 de forma independiente se le aplicó la prueba de Kolmogorov Sminorv y de Levene para determinar si la distribución de los mismos se ajustaba a una distribución normal y presentaban homogeneidad de varianza respectivamente (Whitlock y Schutler 2009; Zurr et al 2010).

Para comparar la producción promedio diaria de biogás en las tres variantes al término de 28 días, se utilizó la prueba no paramétrica de Kruskall Wallis y la prueba de DUNN de comparaciones múltiples (Siegel y Castellán 2001).

La producción promedio diaria de biogás en las tres variantes utilizadas para las clases 3 y 4 se comparó mediante un análisis de varianza simple además de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey (Whitlock y Schutler 2009; Zurr et al 2010) para determinar las diferencias entre las variantes. Los análisis estadísticos se realizaron acorde al paquete estadístico SPSS versión 20 (2011).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La prueba de normalidad de Kolmogorov Smirnov, indicó que el conjunto de valores obtenidos a los 28 días en las tres variantes utilizadas (clases 1, 2, 3 y 4) no presentaba distribución normal, mientras que para los últimos 14 días (clase 3 y 4) si seguían una distribución normal en todas las variantes. Estos resultados se asocian con la alta variabilidad en la producción de biogás que se presentó en las clases 1 y 2 (inicio de la producción de biogás) con respecto a las clases 3 y 4 (estabilización en la producción de biogás).

La prueba de Levene mostró falta de homogeneidad de varianza para el conjunto de valores obtenidos en los 28 días que duró el experimento y homogeneidad de varianza para las clases 3 y 4 que se corresponden con los últimos 14 días.

En la tabla 1 se muestra la producción promedio de biogás en las tres variantes estudiadas durante los 28 días del experimento, observándose diferencias estadísticamente significativas (P≤ 0.05) en la producción de biogás entre la variante I con respecto a las variantes II y III, además de valores elevados en las medidas de dispersión (coeficiente de variación). La alta variabilidad de las medidas de dispersión se explican por la poca producción de biogás en los primeros 14 días del experimento (clases 1 y 2), etapa donde actúan los grupos tróficos hidrolíticos acidogénicos (VDI Guideline [Lineamiento VDI] 2016), resultados que se corresponden con una degradación anaerobia mesofílica (30 a 35o C) (Bonmati y Flotats 2003) en la cual transcurrió el proceso.

Tabla 1. Producción promedio de biogás en las tres variantes estudiadas durante los 28 días del experimento.

Indicadores Variante
I (control) II (MA1) III (SR2)
112 112 112
Producción de biogás (mL) 1259a 1900b 1968b
Temperatura 32ºC 32ºC 32ºC
Coeficiente de variación (%) 77.4 55.47 54.92

*P≤0.02

X2 = 8.125*

abMedias sin letras en común en la misma fila difieren estadística mente entre sí para PV≤0.05 por la prueba de DUNN.

La producción promedio de biogás en los últimos 14 días del experimento (clases 3 y 4) en las tres variantes estudiadas se refiere en la tabla 2.

Tabla 2. Producción promedio de biogás en las tres variantes estudiadas en los últimos 14 días del experimento (clases 3 y 4).

Indicadores Variante EE±
I (control) II (MA1) III (SR2)
56 56 56
Producción de biogás  (mL) 2100a 2538b 2600b 27.21***
Temperatura 32ºC 32ºC 32ºC
Coeficiente de variación (%) 3.48 2.10 2.26

Los valores obtenidos en las variantes II y III difieren estadísticamente (P≤0.001) con respecto a los obtenidos en la variante I, lo cual indica que la mezcla de aditivos (MA1) y el SR2 comercial cumplen con los intereses esperados de incrementar la producción de biogás. Es de señalar que en las tres variantes utilizadas, la producción de biogás fue estable dentro de cada variante.

La efectividad en la reducción de sólidos volátiles presentes en el agua residual en las tres variantes estudiadas se observa en la tabla 3.

Tabla 3. Efectividad en la reducción de sólidos volátiles (SV) en las tres variantes estudiadas.

Variante N Materia orgánica (g) SV inicial (g)  SV final (g) % de efectividad
I control 28 2 1.6 0.31 80.6
II MA 1 28 2 1.6 0.29 81.8
III SR2 28 2 1.6 0.30 81.25

Estos resultados muestran que independientemente de que la producción de biogás en la variante I fue inferior con respecto a las variantes II y III, la efectividad en la degradación de la materia orgánica presente en el agua residual no fue afectada. Esto sugiere que el incremento en la producción de biogás se correspondió fundamentalmente con un aumento específico de los grupos tróficos, metanogénicos acetoclásticos e hidrogenófilos (Zinder y Koch 1984; Gallert y Winter 1997; Kumar 2008).

La tabla 4 refleja la productividad en litros de biogás por litro de digestión y productividad en porciento en las tres variantes utilizadas en los últimos 14 días del experimento. Acorde a los resultados obtenidos tanto el MA1 como el SR2 comercial incrementan en un 12 y 14% la producción de biogás respectivamente con respecto al control, estos resultados son satisfactorios y se encuentran en correspondencia con experimentos realizados por otros autores (Garanto et al 2004).

Tabla 4. Productividad de biogás (L) por litro de digestión y productividad (%) para las tres variantes utilizadas en los últimos 14 días del experimento.

Variante N Productividad (L) Productividad (%)
I control 56 0.580 58
II MA 1 56 0.705 70.5
III SR2 56 0.720 72

En la figura 1 se expone la producción diaria de biogás en las tres variantes utilizadas durante los últimos 14 días del experimento (clases 3 y 4), observándose gráficamente un solapamiento en los intervalos de confianza en las variantes II (MA1) y III (SR2), bien diferenciados con respecto al tratamiento control (variante I), lo cual señala que el empleo de la mezcla de aditivos MA1 sería de gran utilidad para incrementar el rendimiento en la producción de biogás con un consecuente aumento de la energía calórica y un aumento de la efectividad en el proceso de consumo energético por unidad de materia orgánica degradada.

Figura 1. Diagrama de caja con los valores promedios de la producción de biogás en las tres variantes utilizadas para las clases 3 y 4.

Produccion-de-biogas-promedio-en-las-explotaciones-de-produccion-porcina-Razas-Porcinas

Se puede concluir que la mezcla de aditivos MA1 incrementa la producción de biogás en un 12% con respecto al control y presenta un comportamiento similar al SR2 Scicorp comercial.

Se recomienda incorporar la mezcla de aditivos MA1 en los procesos de degradación anaerobia mediante biodigestores, para una mayor producción de biogás como subproducto durante la descomposición microbiológica de la materia orgánica.

REFERENCIAS

Bonmati, A. and Flotats, X. 2003. Air stripping of ammonia from pig slurry: characterisation and feasibility as a pre-or post-treatment to mesophilic anaerobic digestion. Waste Management, 23(3):261-272
Chao, R., Del Río, J. y Sosa, R. 2000. Evaluación de un sistema biodigestor/lecho de secado en el tratamiento de residuales porcinos. Revista Computadorizada de Producción Porcina, 7(3):40-46
Deublein, D. y Steinhauser, A. 2008. Biogas from waste and renewable resources: An Introduction. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim, pp 443
Díaz-Báez, M.C, Espitia, S.E. y Molina, F. 2002. Digestión Anaerobia una Aproximación a la Tecnología. UNIBIBLIOS. Bogotá, Colombia, pp 168
Fundación Hábitat, 2005. Biodigestores: Una alternativa a la autosuficiencia energética y de biofertilizantes. Colombia, p 2-15
Gallert, C. y Winter, J. 1997. Mesophilic and thermophilic anaerobic digestion of source-sortedorganic waste: Effect of ammonia on glucose degradation and methane production. Applied Microbiology Biotechnology, 48(3):405-410
Garanto, O., Silvestre, G., Laureni, M. y Bonmati, A. 2004. Estudio del incremento de la producción de biogás en la digestión anaerobia de fangos mixtos en la EDAR de Cornellá de Terri (Girona) como consecuencia de la degradadción sónica de una fracción de los fangos secundarios previa mezcla con el resto los mismos en la alimentación al digestor. Tema C. Agua y Calidad. Versión electrónica disponible en: https://correo.iip.cu/service/home/~/?id=20387&part=2&auth=co&disp=i
Khanal, S.K. 2008. Anaerobic Reactor Configurations for Bioenergy Production, in Anaerobic Biotechnology for Bioenergy Production: Principles and Applications (ed S. K. Khanal), Wiley-Blackwell, Oxford, UK, p 93-114. Versión electrónica disponible en: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780813804545.ch5/summary
López, M., Villa Gómez, P.M. y Escobedo, R. 2004. El comportamiento de reactores anaerobios de residuos sólidos a través de experimentos microbiológicos. Revista CENIC Ciencias Biológicas, 35(3):179-183
Manual de Procedimientos Técnicos para la Crianza Porcina. Colectivo de autores. 2015. Sello editorial EDIPORC. Instituto de Investigaciones Porcinas. La Habana, Cuba, p 83
NC 7422:1985. 1985. Alimentación animal. Determinación de la humedad inicial y de la materia seca, Norma Cubana (NC) 7422. La Habana, pp 11
NC 907:2012. 2012. Alimentación animal. Determinación del contenido de cenizas. Norma Cubana (NC) 907. La Habana, pp 7
Sánchez, E., Borja, R., Weiland, P., Travieso, L. y Martín, A. 2001. Effect of substrate concentration and temperature on the anaerobic digestion of piggery waste in a tropical climate. Process Biochemistry 37(5):483- 489
Siegel, S.y Castellán, N.J. 2001. Estadística no paramétrica Segunda reimpresión. Editorial Trillas, México, p 477
Sosa, R. 1999. Construcción y evaluación de un biodigestor tubular de polietileno. La Habana. Tesis en opción al grado de Máster en Ciencias del Agua. Centro Nacional de Investigaciones Científicas, p 73
Sosa, R., Díaz Y.M., Cabrera I., De la Fuente J.L., Cruz, T., Rivera Y. y Febles S.N. 2015. Manual para la construcción e instalación de sistemas cubanos de biodigestores tubulares de EPDM. Sello Editorial EDIPOR. ISBN: 978-959-7208-27-3, pp 24
Sosa. R., Díaz, Y.M., Cruz, T. y De la Fuente, J.L. 2014. Diversification and overviews of anaerobic digestion of Cuban pig breeding. Cuban Journal and Agricultural Science, 48(1):67-72
SPSS 2011. Statistics. Statistical Package for Social Sciences (SPSS), versión electrónica disponible en disco compacto
Strid Eriksson, I. 2004. Environmental Systems Analysis of Pig Production. Uppsala. Tesis en opción al grado científico de PhD. Swedish University of Agricultural Sciences, p 108
VDI Guideline [Lineamiento VDI]. 2016. Fermentation of organic materials – Characteristics of the substrate, sampling,collection of material data, fermentation tests. VDI 4630, noviembre 2016. Versión electrónica disponible en: http://www.vdi.eu/uploads/tx_vdirili/pdf/2385990.pdf
Whitlock, M.E. y Schutler, D. 2009. The analysis of biological data. Robert and Company. Publishers, Greenwood Village, Colorado, USA, pp 700
Zinder, S. y Koch, M. 1984 Non-acetoclasticmethanogenesis from acetate: acetate oxidation by a thermophilicsyntrophic co cultura. Archives Microbiology, 138:263-272
Zurr, A., Leno, E. y Elphick, Ch. 2010. A potencial for data exploration to avoid common statistical problems. Methods in ecology and evolution, 1:3-14

Fuente: J.L. de la Fuente, Y. Díaz, R. Sosa, S. González y Olga Martínez – IPP & Razas Porcinas.


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