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DIRECTORIO INSTITUCIONAL

SECRETARIA DE AGRICULTURA, GANADERfA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN

LIC. FRANCISCO JAVIER MAYORGA CASTAAEDA Secretario

M. C. MARIANO RUIZ FUNES MACEDO Subsecretario de Agricultura

ING. IGNACIO RIVERA RODRfGUEZ Subsecretario de Desarrollo Rural

ING. ERNESTO FERNANDEZ ARIAS Subsecretario de Alimentación y Competitividad

M.S.c. JESÚS ANTONIO BERUMEN PRECIADO Oficial Mayor

LIC. JUAN ANTONIO GONZÁLEZ HERNÁNDEZ Delegado de la SAGARPA en Jalisco

INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES AGRfCOLAS Y PECUARIAS

DR. PEDRO BRAJCICH GALLEGOS Director General

DR. SALVADOR FERNÁNDEZ RIVERA Coordinador de Investigación, Innovación y Vinculación

M.Sc. ARTURO CRUZ VÁZQUEZ Coordinador de Planeación y Desarrollo LIC. MARCIAL A. GARCfA MORTEO

Coordinador de Administración y Sistemas LIC. RICARDO NOVERÓN CHÁVEZ

Director General Adjunto de la Unidad Jurídica

CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL DEL PACfFICO CENTRO

DR. GERARDO SALAZAR GUTI~RREZ Encargado de los asuntos de competencia de la

Dirección del CIRPAC M.C. PRIMITIVO DlA.z MECEROS Director de Planeación y Desarrollo

LIC. MIGUEL M~NDEZ GONZÁLEZ Director de Administración

M. C. RAMÓN HERNÁNDEZ VIRGEN Jefe del Campo Experimental Centro Altos de Jalisco

IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA PEQUEÑOS Y MEDIANOS PRODUCTORES

PORCÍCOLAS

Gerardo Dominguez Araujo' Gerardo Salazar Gutiérrez'

Alberto Jorge Galindo Barboza' Jaqueline Xelhuantzi Carmona'

Mariana Castañeda Castillo' Francisco Javier Sánchez Garcia'

Paulina Hemández Vega'

1 Investigadoras del Campo Experimental Centro-Altos da Jalisco 2 Iniciativa Privada

INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRICOLAS Y PECUARIAS

CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL DEL PACÍFICO CENTRO

CAMPO EXPERIMENTAL CENTRO-ALTOS DE JALISCO

Km. 8 Carretera libre Tepatitlán-Lagos de Moreno 47600 Tepatitlán de Morelos, Jalisco

Mayo de2012

Folleto para Productores Núm. 1

IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA PEQUEÑOS Y MEDIANOS PRODUCTORES

PORCÍCOLAS

"No está permitida la reproducción total o parcial de esta publicación, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito a la Institución".

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias Progreso Núm. 5 Barrio de Santa Catarina Delegación Coyoacán C.P. 04010 México, D.F. Tel: (55) 3871 8700 www.inifap.gob.mx

Primera Edición: Mayo 2012. Impreso en México

ISBN: 978-607-425-784-7

Folleto para Productores Núm. 1

CAMPO EXPERIMENTAL CENTRO-ALTOS DE JALISCO CIRPAC Km. 8 Carretera libre Tepatitlán-Lagos de Moreno Apartado Postal Núm 56 C.P. 47600 Tepatitlán de Morelos, Jalisco, México Teléfono: (378) 7820355 Fax:(378)7824638

IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA .... PRODUCTORES PORC[COLAS 3

CONTENIDO

Página

ÍNDICE DE CUADROS Y FIGURAS 4

1. INTRODUCCIÓN 5

2. BIODIGESTOR 7 Clasificación de biodigestores según su modo de operación. 7

3. COMPOSICIÓN DEL BIOGA.S 8 Propiedades físicas del biogás. 8

4. PRODUCCIÓN DE BIOGÁS 9

5. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA 9

6. GUÍA PRÁCTICA PARA EL ESTABLECIMIENTO DE UN BIODIGESTOR EN CLIMAS TEMPLADOS 14

7. ÁMBITO DE APLICACIÓN 22

8. COSTO DE LA APLICACIÓN DE LA TECNOLOG(A 22

9. IMPACTO DE LA CONSTRUCCIÓN DE UN DIGESTOR 22

10. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA 23

4 IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA .... PRODUCTORES PORC[COLAS

fNDICE DE CUADROS Y FIGURAS

Página

Cuadro 1. Composición de la mezcla de gases producidos

en un biodigestor 1 O

Figura 1. Biodigestor de Plástico 7

Figura 2. Biodigestor de Geomembrana 7

Figura 3. Colocación de un biodigestor de Geomembrana 16

Figura 4. Biodigestor de Geomembrana extendido 16

Figura 5. Sacos de cemento y arena 16

Figura 6. Tubería de PVC de 2 y 6 pulgadas 16

Figura 7. (A) Panel W del No. 3 16

Figura 7. (B) Panel W del No. 3 16

Figura 8. (A) Biodigestor finalizado, base panel W 17

Figura 8. (B) Biodigestor finalizado, base panel W 17

Figura 9. (A) Biodigestor de ferrocemento 17

Figura 9. (B) Biodigestor de ferrocemento 17

Figura 10. (A) Filtro de biogás 18

Figura 10. (B) Filtro de biogás 18

Figura 11. (A) Medidor doméstico de gas 19

Figura 11. (B) Medidor domestico de gas 19

Figura 12. Prueba de combustión 20

Figura 13. Equipo para analizar porcentajes de elementos

de biogás 20

Figura 14. Motogenerador para producción de electricidad a

base de biogás 20

Figura 15. Sistema lagunar para el tratamiento del efluente 21

Figura 16. Bioabono procesado dentro del biodigestor 21


1. INTRODUCCIÓN

La porcicultura es la tercera actividad ganadera más importante del país. Según el Censo Agrícola, Ganadero y Forestal del INEGI 2008, México cuenta con una población de porcinos que supera los 15.2 millones de cabezas. De su producción se estima que un 10.8% es de traspatio, un 32.3% semi-tecnificadas mientras el 56.9% es tecnificada. La producción de cerdos se lleva a cabo en todos los estados del país, con mayor concentración en las regiones Centro y Sureste. El estado de Guanajuato junto con Michoacán y Jalisco alcanzaron el 30% de producción de carne porcina a nivel nacional en 2008 (SAGARPA 2008). Clasificando a granjas de pequeña escala (menor a 50 vientres), granjas medianas (hasta 300 vientres), y granjas grandes (mayores a 300 vientres). Al igual que toda actividad antropogénica (de origen humano o derivado de actividades del hombre), la producción de cerdos, trae consigo consecuencias a la calidad del medio ambiente, debido a la generación de excretas (heces y orina) y agua residual. Cuando los residuos de la porcicultura no tienen ningún manejo especial se ocasionan graves problemas ambientales, entre los que caben: Contaminación del aire: Los residuos porcinos generan gases que afectan la atmósfera tales como metano, amoniaco, dióxido de carbono, y acido sulfhfdrico. Los malos olores permiten la proliferación de fauna nociva (moscas y mosquitos). Contaminación del agua: El principal problema se da con la eutrofización que se produce por la abundancia de fósforo en los cuerpos de agua, lo que ocasiona un crecimiento excesivo de algunas especies como algas y la muerte de especies acuáticas como resultado de la reducción de oxígeno (Castellanos et al., 201 O). El control de contaminación por descargas de aguas residuales porcinas, está regulada por las siguientes leyes y normas:

Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente - 1988. Última Reforma DOF 30-08-2011. http://www.diputados.gob,mx/LeyesBibljo/pdf/148.pdf Ley Federal de Derechos de 1981 (Parámetros: Demanda Química de Oxígeno, Sólidos Suspendidos Totales). Última Reforma DOF 15-12-2011. http://www.diputados,gob,mx/LeyesBibljo/pdf/1 07.pdf. Ley de Aguas Nacionales -1992- y su Reglamento -1994. Última Reforma 20-06-2011. Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales.

6 IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA .... PRODUCTORES PORCICOLAS

Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEMARNAT-1996, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal.

Contaminación del suelo: Los residuos orgánicos desechados al suelo aumentan la cantidad de nutrientes como nitrógeno (N), fósforo (P), y potasio (K) que pueden ser beneficiosos para la fertilidad, pero en exceso también provocan un desequilibrio e inhibición de algunos procesos naturales. Tradicionalmente los estiércoles son utilizados como mejoradores de suelos, pero el utilizarlos sin ningún tratamiento previo, ocasionan la propagación de enfermedades a consecuencia de los patógenos propios de estos residuos.

Una alternativa para el manejo de los residuos de la porcicultura es el uso de un Biodigestor. Proceso con el que el estiércol porcino pasa de ser un problema de residuos a un beneficio económico y social para el productor.

Los sistemas de generación de biogás, últimamente han cobrado mucho interés principalmente por su aportación al ahorro de energía y cuidado del medio ambiente, mayormente en zonas rurales. Sin embargo, desde el punto de vista ambiental, se ha dado el caso de que son considerados como una opción única para mitigar el potencial contaminante de los residuales orgánicos como es el caso de los estiércoles de animales, siendo este enfoque bastante discutible, pues esta alternativa de manejo, debe ser considerada como parte importante de un sistema integrado de manejo de residuales, en donde no siempre se va a justificar el establecimiento de una instalación de éste tipo. Es importante considerar que un sistema de generación de biogás por principio de cuentas consume una buena cantidad de agua, y ésta al final de este proceso alternativo, no cumple con las especificaciones de los límites máximos permisibles relacionados en la NOM-001-SEMARNAT-1996, y que por otro lado, este tipo de sistemas provoca la generación de un gas de efecto invernadero como es el metano, y que antes del establecimiento de esta ecotecnoiDgía, no se generaba en la misma proporción que lo hace una vez establecido el sistema, de tal forma que es importante determinar cuanta materia orgánica se va a utilizar para la carga del biodigestor, y entender que este sistema forma parte de uno integrado, que genere los tres beneficios que hacen sostenible una actividad, beneficios económico, social y ambiental, lo que garantizará la permanencia de las comunidades en un proceso productivo, mejorando a su vez su nivel de vida en el campo.

M'IEt.EifllloCION lE &IUDiGEiiiUIW& PMA ••• PRDDUCIUiW& PORCiooiM 7

2. BIODJOESTOR

Un blodlgealar 88 un depóaiiD o tanque cona!nJido con di~ mateilalea como ladilllo y cemento, metal, •lenta da plés!lco (F9lra 1 )6 cámaras CMBdea hachea a baBa de gaomambrana (Figu~a 2) en el qua M fadllla el avclmlanlo y la prollfaracl6n de un grupo de bacterle8 anearoblea rnatanogénlcu, que d88CC111ponen y fannantan loa ~a~iduce dejando como ~Ua~ltado final un gas ~u.tible wnucido como biogú quo 88..,. mezcla do QUM, principalmente melino (CHJ y di6xido de carbono (CO,), ademú de un elluenle liquido alcalino rico en nutilenteaymatailaCJ1114nlcaeatable.

Cluificación do biodi¡¡oebee eogún eu modo do oporaci6n:

•· De ~lmen MúlcJDnerto o betch: CONillen en tanque~ helm6tlcoa con ,., sellda de a• conectade e un g816meá'D fiDWite clondaaealmacenael bloglli&. Se eaJV&n unaaola'WIZ, y ladeacarga seefacbla cuando ya no seganamgea. Esta tipo ea muy uaual cuando al ollf8tiVO pit'IIO!IIIal ea obtanar fartlllzanlll Dlgllnlco(Salazar, 19113).

b. De 1'6¡111'111'1 Mmlconllnuo: Son loe més UB&doa en el medio IUIBI cuando 118 lnlta de illllllwnea ~. Se conafruyen anta 1iiidoe y puedan ArY81tiatlea o cillndriw8, con elt.c:ho y el piso en bme de domo. Se cargan porgi'IIV8dad Wl& wz .. dfe, con un volumen do mezcle quo dependa del tiempo do fennontecl6n o rotencl6n y produce una cantidad diaria m61 o mene& constante de blogaa. En la peitB aupeilor del pozo Ilota unacampenadonda sealm_,ael blogéa (Salazar, 1993}.

c. Holllontalea dll cleapllam!Mta: Conalatan en bloclgaelonla anta •adoa. pow profundoa y alargadDB, semalando un canal. Sa apamn a régimen 118111k:onllnuo, enbando la carga por un axtramo del blodlgestor, y BBIIendo los lodoa por el


extremo opuesto. Este tipo se recomienda cuando se requiere trabajar con volúmenes mayores de los 15m3

, para los cuales la excavación de un pozo vertical resulta problemática.

d. De régimen continuo: Se desarrollan principalmente para el tratamiento de aguas negras. Son plantas muy grandes en las cuales se emplean equipos comerciales para proporcionarles calefacción y agitación, asr como para su control. Por lo tanto este tipo de digestores son más bien de tipo industrial, donde se genera una gran cantidad de biogás. (Mandujano, 1981 ).

3. COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS

El biogás es una mezcla de gases que se produce durante la fermentación anaeróbica y está compuesto por metano, hidrógeno (H), nitrógeno (N), dióxido de carbono (C02 ), oxígeno (02 ) y trazas de ácido sulfhídrico. (Banquedano y Young 1979).

GAS VOLUMEN(%)

CH4 40-70

C02 30-60

H2S 0-3

H2 0-1

Cuadro 1. Composición de la muela de gases producidos en un blodlgestor

Propiedades físicas del biogás:

Produce una llama limpia de color azul (Botero y Thomas, 1987), que alcanza una temperatura de entre 800 a 859 a e, que permite la cocción de los alimentos, con un poder calorífico de 5780 a 6230 kcal/m 3 (México, CECODES s/f)

Su principal aplicación es como energético para cocinar, iluminar, generar calor, operar maquinaria, bombear agua, generar energía eléctrica, etc. (Salazar, 1993). Un metro cúbico de biogás totalmente combustionado genera 1.25 kw/h de electricidad; lo cual es el equivalente para generar 6 horas de luz con un bombillo de 60 watt, poner a trabajar un


refrigerador de 1 m3 de capacidad durante una hora o hacer funcionar un motor de un H P durante 2 horas.

4. PRODUCCIÓN DE BIOGÁS.

La fermentación anaeróbica se efectúa por la acción de diversas familias de bacterias. Es un proceso común y típico en la naturaleza y un componente importante del ciclo de las masas. Los microbios de fermentación que producen biogás están ampliamente distribuidos en la naturaleza, sobre todo en lagos, montones de estiércol, aguas de albañal, y otros lodos orgánicos.

Usualmente se consideran tres etapas de fermentación: hidrólisis, producción de ácido y producción de gas.

Fase de hidrólisis. Las bacterias facultativas de fermentación anaerobia en esta etapa descomponen la materia orgánica. Sobreviven en presencia de bajos contenidos de oxígeno, su reproducción es muy alta, poco sensible a los cambios de temperatura y acidez, dando como resultado ácidos orgánicos solubles.

Fase de acidificación. Los materiales solubles ingeridos por los microbios son transformados a ácidos grasos volátiles (AGV) como ácido acético y también hidrógeno, dióxido de carbono y en menor cantidad otras sustancias.

Fase metanogénica. Las bacterias metanogénicas utilizan los compuestos simples, es decir el ácido acético, el hidrógeno, el ácido fórmico y el C02 para formar metano y anhídrido carbónico. Estas bacterias son estrictamente anaeróbicas de reproducción lenta, muy sensibles a los cambios de temperatura y acidez.

5. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA

El proceso de conversión anaerobia depende de diversos factores como por ejemplo: del pH, la temperatura, la disponibilidad de nutrientes, la presencia de sustancias tóxicas, el tiempo de retención, la relación carbono- nitrógeno (C: N ) y el nivel de carga.

1 0 IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA .... PRODUCTORES PORCICOLAS

5.1 Ambiente estrictamente anaeróbico Todos los microbios que desempeñan un papel importante en la digestión metanogénicas son bacterias anaeróbicas. Será difícil la digestión cuando subsista aún el menor rastro de oxígeno.

5.2 Material orgánico Las materias primas fennentables que mencionaremos en este manual son los excrementos animales específicamente de la especie porcina.

5.2.1-Función. Una vez que se deposita el material de arranque en el digestor se espera un enriquecimiento de bacterias anaeróbicas y facultativas.

5.2.2 -Fuente. La materia prima primaria será los residuos orgánicos de las granjas porcinas, sin olvidar que existen otras fuentes de desechos orgánicos como los excrementos humanos, aguas residuales orgánicas de las industrias (producción de alcohol, procesado de frutas, verduras, lácteos, cames y alimenticia en general), restos de cosechas y basura de diferente tipo.

5.2.3 -Velocidad de carga volumétrica. Con este ténnino se designa al volumen de sustrato orgánico cargado diariamente al digestor. Este valor tiene una relación de tipo inversa con el tiempo de retención, dado que a medida que se incrementa la carga volumétrica disminuye el tiempo de retención. El volumen de sustrato orgánico en base seca cargado diariamente al digestor se calcula de la siguiente manera:

w, Mo=-----(100)

W, Donde: M o= Concentración de sólidos (%) W,=Peso de la muestra W,=Peso seco de la muestra a 1 05"C.

Ejemplo: si se calienta 1 O g de estiércol de cerdo a 1 05"C en un hamo, y el peso seco de la muestra es de 1.8g, entonces

1.8 Mo=------(100)= 18%

10


Es decir, la concentración total de sólidos en la materia prima de fermentación es de 18%. Un factor importante a tener en cuenta en este parámetro es la dilución utilizada, debido a que una misma cantidad de material biodegradable podrá ser cargado con diferentes volúmenes de agua.

5. 2.4 -Dilución de la carga. Para la fermentación en la producción del biogás, es necesario diluir la carga apropiadamente, lo que implica mantener un porcentaje entre los sólidos totales (ST) en el líquido total de fermentación. Se recomienda que los canales de desagüe, lo que resulta de la limpieza de los corrales de la Unea de engorda y destete principalmente conecten a la pileta de carga del biodigestor, cuidando la proporción de sólidos totales y cantidad de agua. No es útil para la producción de gas que la carga este demasiado concentrada o demasiado diluida. Con bajas concentraciones, la tasa de aprovechamiento de la carga serra alta, pero escasa la producción de gas. Por el contrario, con una alta concentración se obtendrá gran cantidad de gas pero una baja utilización de la carga. En zonas rurales comúnmente se usa una concentración de 7 a 9% de sólidos totales (excreta en materia seca), pudiendo llegar a hasta un 15%, y considerar el resto del porcentaje en agua, variando la región y las estaciones del año.

5.2.5 -Tiempo de retención hidráulica (T.R.H). Las bacterias requieren de cierto tiempo para degradar la materia orgánica, y la velocidad de degradación está ligado a dos factores: el tipo de sustrato y la temperatura del mismo. A mayor temperatura disminuye el T.R.H. con relación al sustrato. Generalmente los materiales con mayor proporción de C demandarán mayor tiempo de T.R.H para ser digerido, esto se calcula de la siguiente manera:

Volumen del digestor (m3

) 003

- Volumen de carga diaria Tiempo de retención (días) - día

5.3 Temperatura: Los niveles de reacción química y biológica normalmente aumentan con el incremento de la temperatura. Para los digestores de biogás esto es cierto dentro de un rango de temperatura tolerable para diferentes microorganismos. Las altas temperaturas causan una declinación del metabolismo, debido a la degradación de las enzimas; y esto es crítico para la vida de las células. Los microorganismos tienen un nivel óptimo de crecimiento y metabolismo dentro de un rango de temperatura bien definido, particularmente


en los niveles superiores, los cuales dependen de la termoestabilidad de la síntesis de proteínas para cada tipo particular de microorganismo.

Las bacterias metanogénicas son más sensibles a los cambios de temperatura que otros organismos en el digestor. Esto se debe a que los demás grupos crecen más rápido, como las acetogénicas, las cuales pueden alcanzar un catabolismo sustancial, incluso a bajas temperaturas.

El proceso puede llevarse en un amplio rango de temperatura, desde 15 hasta 60°C.; sin embargo, para que las bacterias formadoras de metano trabajen en forma óptima, se requiere mantenerlas en temperatura entre 30 y 60°C, distinguiéndose para ello dos rangos:

a) Rango mesofnico: de 30 a 40 °C b) Rango termofnico: de 55 a 60 oc

a) Mesofílico: las bacterias que se desarrollan en este rango, se reproducen fácilmente y pueden permanecer activas si no ocurren cambios súbitos de temperatura. La temperatura óptima es de 35°C. en la mayoría de los casos, los biodigestores se construyen enterrados para evitar cambios bruscos de temperatura, y poderla controlar más fácilmente. Este es el rango más usado en biodigestores a nivel rural.

b) Termofílico: En este rango se produce mayor cantidad de biogás que en el anterior, y en general solo se usa en instalaciones grandes a nivel industrial, ya que se requiere de un control muy preciso, siendo las bacterias en este rango, muy sensibles a las cambios de temperatura.

5.4pH El valor óptimo del potencial hidrógeno (pH) para la digestión metanogénica es de 6.5 a 7.5. Los valores normales de pH se mantienen de forma automática y pocas veces necesita ajustes. Sin embargo, si la carga está compuesta de proporciones inconvenientes y se hace funcionar en malas condiciones, el valor de pH puede no mantenerse constante. Cuando baja de 5 o sube de 8 puede inhibirse el proceso de fermentación o incluso detenerse.

Se han tomado las siguientes medidas para ajustar el pH.


1) Se saca frecuentemente una pequeña cantidad de efluente y se agrega materia prima fresca en la misma cantidad simultáneamente.

2) Puede remediarse un bajo valor de pH agregando un fertilizante de cenizas, agua amoniacal diluida o una mezcla de ambas y licor fermentado. Cuando se emplea cal, la cantidad debe controlarse estrictamente para no dañar a las bacterias.

5.5 Relación carbono/nitrógeno: El C y el N son las fuentes principales de alimentación de las bacterias

formadoras de metano; el Ces la fuente de energía, y el N contribuye a la formación de nuevas células. Estas bacterias consumen 30 veces más C que N por lo que la relación óptima de estos dos elementos en la materia prima es de 30:1 aunque puede lograrse una buena producción de biogás cuando se trabajan relaciones menores como es el caso del estiércol de cerdo que es de 20:1 (México, CECODES, Mandujano, 1981).

5.6 Porcentaje de sólidos: Toda la materia orgánica está compuesta de agua y una fracción sólida: esta última llamada "sólidos totales". Experimentalmente se ha demostrado que una carga que contenga entre 7 y 9% de sólidos totales, es óptima para la digestión. Para esto se debe calcular el volumen de agua que hay que agregar a la materia prima, con base en el porcentaje de sólidos que contiene. Para el caso de estiércol porcino, se calcula que tiene un 18% de sólidos totales aproximadamente, debiéndosela agregar de 1 a 1.3 volúmenes de agua por uno de estiércol, para que la mezcla contenga 8% (Mandujano, 1981 ).

5. 7 Agitación En ausencia de agitación, el lodo de fermentación se separa en tres capas nítidas en los digestores pequeños: la lama de la parte superior, el líquido en el medio y el fango en el fondo. Esta estratificación no fomenta la producción de gas y debe considerarse la necesidad de agitar la masa.

Las principales funciones de la agitación son las de romper estas capas y promover una distribución uniforme del material de carga y las bacterias, acelerando asr la digestión,-aumentando la producción de gas y liberando en forma más fácil el C02 y el CH4 que pueda producirse a partir del lodo.


Actualmente se emplean tres tipos de agitadores.

a) Agitador mecánico. Se instala dentro del digestor y es adecuado para digestores que emplean estiércol o una mezcla de excrementos y paja molida como material de carga.

b) Agitador líquido. Se remueve cierta cantidad de efluente de la salida del digestor como una bomba u otros dispositivos manuales y se vuelve a poner en la toma de entrada para agitar ell íquido fuertemente con esta corriente.

e) Agitador a gas. El biogás retirado del digestor se vuelve a colocar en el digestor en forma continúa desde el fondo hacia arriba para agitar el lodo de fermentación.

5.8 Promotoras e inhibidores de la fermentación La digestión metanogénica guarda estrecha relación con los promotores e inhibidores de la fermentación. Hay muchos materiales que pueden acelerar el proceso de digestión y otros que lo inhiben. Algunos pueden cumplir ambas funciones, es decir, aceleración si el lodo de fermentación es de baja concentración e inhibición si el lodo es de alta concentración. Para fomentar la producción de gas y garantizar una digestión normal, es importante descubrir cuáles son los diversos promotores e inhibidores de la fermentación.

a) Los promotores. La urea y el CaC03 se emplean como promotores obteniendo buenos resultados.

b) Los inhibidores. La digestión metanogénica es un proceso microbiano y como tal hay muchos factores que pueden inhibir la actividad vital de los microorganismos. Cuando es demasiado alta la concentración de AGV (más de 2000 ppm para la fermentación mesófilica y de 3600 ppm para la termófrlica) se inhibirá la fermentación. Cuando hay excesiva concentración de amonraco y N se destruyen las bacterias de fermentación metanogénicas. Todo tipo de productos químicos agrícolas, sobre todo los tóxicos fuertes, pueden tener un efecto letal sobre las bacterias deteniendo la digestión.

6. GUIA PRÁCTICA PARA EL ESTABLECIMIENTO DE UN BIODIGESTOR EN CLIMAS TEMPLADOS

Preparación del sitio Se cava una zanja de las siguientes dimensiones: 1.20 m ancho en la parte superior; 1.80 m de profundidad; 1.20 m de ancho en la parte inferior; 8 m de largo.

IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA .... PRODUCTORES PORCICOLAS 15

6.1 Construcción de piletas de carga y descarga. Las dimensiones de la pileta de carga y descarga son de 1 X 1 m de base y 75 cm de altura. A diferente niveles. La de carga (C) a 25 cm abajo del nivel del piso y la de descarga (D) 75 cm abajo del nivel del piso. LA DIFERENCIA DE LOS NIVELES DEBE SER DE 20A25 CM.

e

D

Los lados deberán ser inclinados para evitar que la zanja colapse. El suelo deberá tener una ligera pendiente (1 a 2%) para permitir el flujo continuo de estiércol liquido (diluido) a lo largo del biodigestor.

6.2 Preparación del terreno Si la zanja para el biodigestor mide ocho metros de largo, deberán considerarse los espacios para las piletas (carga y descarga), como se muestra en el diagrama anterior, resaltando que dicho diagrama, aplica para cualquier tipo de material con que se vaya a construir el biodigestor.

6.3 Materiales necesarios para construir el biodigestor 11 sacos de cemento gris; 66 cubetas (de 191) de arena de río; 331itros de selladorvinílico (Figura 5) 2 tramos de 2 m de largo de tubo de PVC de 6" de diámetro. Uno para la carga y otro para la descarga (entrada y salida de material). Un tramo de 2m de largo de 6" de diámetro, para elaborar el filtro de ácido sulflhídrico. 2 tramos de PVC de 2" de 35 a 40 cm para captación del biogás (Figura 6). Dos niples de 2" (un codo y una ''T") para acoplarse a los tramos de PVC y manguera de plástico de 2" para conducción del gas (el largo dependerá de la distancia hasta la cocina o el lugar de uso del metano ya purificado). Abrazaderas para "2", una botella de plástico de 3.8 litros como regulador de presión del biogás, acoplada en el sistema de tubería en la manguera a 2m del tramito de 2" y después del segundo niple ("T") entre éste niple y la bolsa de almacén temporal.

18 M'IEt.EifllloCION lE &IUDiGEiiiUIW& PMA ••• PRDDUCIUiW& PORCiooiM

1211cJaada paniiiW No. 3. (Figura 7 AyB) 380 P'- da ladilllo da lama, para la cot18lnlcc:l6n da las platal

(foallaa)de C8J11aydaacarga. Un medlllor da gas (comen:lal), plll8 fadii!Br 111 registro del gas

generado. Una bolla da pl4allc:o para alm-nar el blogab. Uno o dos quamado1811 da tubalfa galvanizada da % •, acoplado a una basa con 1118tama da '*w:li!n plll8 facilitar la 118llda y oombullll6n del metano (Figura 11 AyB).

Flfu,. 7. (A) ....,11 W dlll No.~ fle~n7.(B) ..... IWdiiiNo.3


1.4 Llenado del blodlgutw El blodlgeator se llena c:on el ea116rcol dll'*lo haúa quelaa 111berla de entrada y aallda eatén selladas (cublel188 con ~~FB) daadit dentro. A partir da 88la momantoydurante 12 dlaa en un horailo da 12 613 hr, aa aupa!VIse al hll)' fuga utilizando agua Jabonoaa, o blan calhldra Allda en ague a 111Z6n de 15%, pniC8dlendo a la aplicación de 1111P811M&blllzanle y Hilador an caao da requerh&. Posteilonnente al dla 13 en aJ80 de no haber fuga, e rveliz:an ca111• diariae coneicleiMclo aPf"(IXimldlmente 180 litro~ de ca111a contiderendo la pJ'CII)DtCi6n 81ti6rcol:agua, mencionada anteriormente.

1.5 Uberadarde p1MI6n daga (Valvula.da-pedapa) Pln aaegurarqua la pi'8816n da gas den!IO del bloclgestor no manente demaalado ea lmpcltanle c:ontar c:on un mecanismo da eecape simple qua puada ser fabricado c:on facilidad a palUrda 1n1 botella da pléatk:o


pardalmente 1111118 da agua. Eata clnlmpe de aguo deberé aer suspendida en .., lugar convenlenta de manara qua - posible obaM/ar ccn facilidad el nivel dal ap y IIDMII1a a llam• cuando -.-arlo.

8.8 F1Hraclodel blogia Ala eallda del blogéll porlaa tubelfu, ea acopla un lnlmo de PVC de 6" dedim.troy 2 mdelongitud, el cual Mempacaoon limaduradefienvy -rrln, en una proporci6n da 30170,1imadura/-rrln. El tubo de PVC dabet6 tener una tapa on embol exlleiuoa, el cual • la coloca una adaptacl6n de tubo da PVC tambl6n 1*0 de 2", o bien una reducciOn da 7!', con objeto de b'zar al paso del blogk El bJogaa al pasar por eata lllbo empacado Y libera del azufre quedando solo el meta10, el cual ya aadlrtgeal almaatn tamporalde gas. Eallladllamantopanlel ftllradodal bloglb y llberailo del azuti&eedaauma lmpor&lcla porvarlaa lliZIIII88. Una para oblllner axclualvamante el gaa combustible que en eete CiliO es el metano, yalnl para poderpi'BV8nlralgiln ilesgoda lntuxlcacl6ny no IIObrec:argaral~nbilllllecon acido 11ullh!drioo, prindpalmenlln:uando la combueti6n" realiza en luiJites cenadoa como una cocina o un local cenado (Figura 10AyB).

Flgw ra 1 O. (A) Flllro do bl "11 ú Flgwra 10. (B) Flllro do bl..-

1.7118dlel6n da laprvducc:l6n de melano Detpo 1M do hebei'M inslllado el filtro para azu1ro, " recomillnd8 colocar un medidor peragea, que en eate CNO puad& aer similar al quo se utiliza para el gas CCiillll'dll, y qua exista en al mercado da manera convencional. La finalidad de lllltit equipo sencillo, ea poder llevar un


ft91dio dal gas generado, el que deberilll8r anotado en una bltéCOI'II, eam pennlllnl conocer la eftclanda da produccl6n da meBio a lr8v6l delllf111110.

~ .

, . ~-· . ,.. , . FIQ¡wra11. (A) lhdll~o c!M.6atlco .... 8.8AIJ~~UHamlantDch ... EIJ!a paao, Clllml8p0ndaa la bolla p14811ca gnnle (3a4 me1Joe da lalgo por1 m dadlématro) a baaeda lAmina da pglatlleno ac:opladoalllstema de conducción del gaa. Elle niiJIIM)rio temporal, cumple una fUnci6n claw en al ~miDnto del biodigesby debeni eñlrubicado 1111 un lugw COIMiftienta (euependido del tedio, por ejemplo) cerca de la cocine. El gea almacenai:Jo eatara ur cerca dal punto da utlllzlcl6n, lo que perm!M quelilnga una preal6n m6a alta. Pftwlo a eata almadn da gas, comoll8 menclon6enel pwl!Dantallor, se coloca el Uloda PVCde a-y 2m da la¡go, pan1 nNIIza' al lllrado del blog6a y llbaialo dal acldo auHh!diloo.

8.1 Conducc:l6n d81ga alacoc:lnao alluprda ulllzac:l6n. Unavezque al tanque 8816 anBUeltlo, la tubelfadegaeeujeta ala salida deber6 lllll'fiiada al quemador. Se coloca W1a flda alredadar do la parta media da la boiM. con el fin da qua eiMI PI/a aumentar la praei6n del ga que llegue a loa quemadora~; aato ea raellza ejullando la l'e,la (por ajllmplo: colgando...,. contrapaao da uno de lo&exll'811108 da la faja). Par lo general, esto ea lliiC8II8I1o c:uando 118 cocina durante mudla& hcraa. Esta bolsa deban\ eataren...,. lugar qua no ullllW8Illre "XJJ' ~a la luz dlracta del 801 como mecida da pu8:cl6n. Una vsz Instalada la luberfa de conducción del metano hacia el lugar en donda ésta sera utilizado, se n~~~llzan laa pi\18baa de oombua116n y poder ajuat. loa


quamadorea alllmallodalallama como u da8ee qua 6ata sobnlsalga del extremo del ~os) cplllliiCior(flll)en la8 homlllaa.

8.10Piul ==16nchlblodgaator El blodlgsstor n11C811la IMII"protagklo da animal as, nllloa u o!roeiiiT*IIo que pueda datlailo. Se racomllllllla w1ota un oen:o da ¡x•ltecckln alrededor de la zanja.

8.118ubJ)fOCIIICtMchlllailm8 d88tft81'8d6n d8 blog .. Aparta del blog6agenendoenel81stema, sa generan dos subproductos quafllllmportaiiiBc:onaldarar, yaon aa!Ds, el apl'lllllbll {alluenta)yel bloabono.. En el caso del agua 1'881dual, 81118 auncp» rad.-11J110118ntamenta algunos pa!Úialros de calidad del agua, c:cmo as el


caso da la Demanda B~acJ!rmlca de Oxigeno (DBOJ, h&Ma en un 75%, oeca no cumple con le NOM-001.SEMARNAT·1896, y por ... t8Z4n debetil ser somellda a o1ro p,_ 8dl~ ti es que ae requiere de8cargara un C1J8r110 da agua, o bien pude -~• al iiiiiM8 en el lavado da Instalaciones, o bien cama aua1talo liquido peraaerullllzlldo en lombllc:ultura, como elemento da humectación para el alatama da "VMnk:ompllllteo, adamú da qua se puada iWin!JliiB da nuew al blilci¡Jaat«, con nueva C8/11& da mataila orgdnlca, polanclallzando la produccl6n da bloglb, debido a la carga de baclailas matanogOnlcaa contenida en el agua lndadL El mllmo a110 paiW el bloabono, el cual puede ..,.. .tabilizado y lnln.rvnnado en humu• median!G el milmo proeoaodavonnic:olillpoeteo, trld11Ci6n~6tteprtctic:aenuneiltem8 !NI'*&Irado concerac:ten"tac:u de lntogralldad

FIQoua 11. 8ietonla ... ..,.,. ,... ., FilgLftfi.IIOIIIbono 11<'11<'11-*" -ll'*'llllefluonilll Gllll>locllgiiÁW

1.12 ConaldenclonnlldlclonaiU Al menot1 una vez cada 2 meaea, y c:omo principio de mantenlmlanto, se deberán revisar las unlanea da las tubarfas, asf como la exialaitcia da fug81 en IDdo al aiatatna, enfocando eata nM816n, al CUf.IIPO del dlgeetor, tuberfaa, alat&ma da filtrado para azufre, medidor da gas, bolsa de almecatn y uniones en loa quemadonJII, PI como un registro también del colar de la llama. La Información registrada sobre la producd6n ele metano, aerfa


importante graficarla con el objeto de hacerla más entendible y poder determinar alguna modificación en el proceso de producción del metano, y realizar las modificaciones pertinentes. Por otra parte, la renovación del material para lograr el filtrado del azufre, deberá ser cambiado al menos cada 5o 6 meses.

7. ÁMBITO DE APLICACIÓN.

La presente tecnología se ha desarrollado en la región centro de México (Guanajuato, Jalisco, Michoacán). Sin embargo, con el propósito de estandarizar procedimientos puede aplicarse en las diferentes regiones pecuarias del país y bajo otros tipos de residuos (estiércoles), siempre y cuando se consideren los protocolos de validación correspondientes.

8. COSTO DE LAAPLICACIÓN DE LA TECNOLOG(A.

El costo varra de acuerdo al material usado, fluctuando desde $20,000 a $50,000 pesos, obteniendo rendimientos de ahorro en las lechoneras por combustión, y en la cocina de la misma granja, así como para los calentadores de agua.

9. IMPACTO DE LA CONSTRUCCIÓN DE UN DIGESTOR.

a) Menor contaminación ambiental. Reduciendo la contaminación de suelo, aire y cuerpos de agua.

b) Producción de biogás. Reducir la emisión de gases efecto invernadero; obtención de energía (térmica y/o eléctrica).

e) Producción de abono orgánico. En el efluente y los lodos orgánicos digeridos se conservan todos los nutrientes originales de la excreta, como el N, P, y K que son esenciales para las plantas, utilizándose como abono composteado, seco o inclusive puede ser utilizado como alimento de animales (peces en estanques y lombricultivos).


10. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA.

La literatura consultada

Baquedano M., Young M. y Morales L. 1979. Los digestores. Energía y fertilizantes para el desarrollo rural. INIREB.

Botero, B.M y R. P. Thomas. 1987. ·siodigestor de bajo costo para la producción de combustible y fertilizante a partir de excretas. Manual para su instalación, operación y utilización". Centro Internacional de Agricultura Tropical. Cali, Colombia.

Castellanos Aceves Alejandro, Salazar Gutiérrez Gerardo, Hemández Morales Patricia, Domrnguez Arauja Gerardo, Barrera Camacho Gerardo. 201 O, ·uso del ensilado de cerdaza en la alimentación animal". Campo experimental Centro Altos de Jalisco, México.

FAO. 1994. ·Los Residuos de Ganado y el Medio Ambiente". Documento preparado para el Taller internacional de residuos periurbanos del ganado en China. CCEICR, Beijing, 19-22 de Septiembre.

lñiguez C., G. 1990. Estudio de Factibilidad para el Reciclaje de Excretas Porcinas en la Alimentación Animal. Memorias 1 er Simposium Internacional sobre Manejo de Residuos Orgánicos. Guadalajara, Jalisco. México.

Mandujano M., l. M. 1981. "Biogás: Energía y Fertilizante a partir de Desechos Orgánicos: Manual para el Promotor de la Tecnología". Organización Latinoamericana de Energía.

Salazar Gutiérrez G. 1996, "Técnicas para el Uso de la Melaza de Caña deAzúcar(SACHARUM OFFICINARUM) en la Alimentación de Cerdos en Crecimiento•. Campo Experimental Centro Altos de Jalisco, México.

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24 IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES PARA .... PRODUCTORES PORCICOLAS

Salazar Gutiérrez G. 1996, "Uso de Excretas de Cerdo en la Alimentación Animal". Campo Experimental Centro Altos de Jalisco, México.

Taiganides Paul E, Pérez Espejo R, Girón Sánchez. 1996, "Manual para el Manejo y Control de Aguas Residuales y Excretas Porcinas en México".


COORDINACIÓN DE LA INFORMACIÓN

Dr. Keir Francisco Byerly Murphy

Dr. Gerardo Salazar Gutiérrez

M.C. Ramón Hemández Virgen

REVISIÓN TÉCNICA

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FOTOGRAFIAS

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Código INIFAP

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Esta publicación ee lmpilml6 con apoyo ~ro da la FUndllcl6n

Guanajua!D Produce, A.C., medlaidl loa proyadOB No. FGP 537/11

SIFP 11-2011.()020 Tlllllado: "Tecnotoglaa Suatantallles y Al:ceelblea

para el SadiDrPon:lcolaqualo Hagan SaatanlllayConlllluyaa Mitigar

aiCambloCiiuétlwan Guana.Jiatd'yaiNo. FGP4~8SIFP 11-21XJB.

0951 Tlllllado: ·o-II'Oito lntagral Soatenlbla dalaAdlvldad Pon:lna en

al Eatado da Guanajuato Bajo al Enfoque da Cadena

A(J'oallmantaila/Agrolnü11181" lljac:utado por el lnaatu!D Nacional da

IIW8Idlgadonaa FmutaleBAglfwlasyPawaJiaa.

http:llwww.fundaclonguanajuato.eoo~


Campo Experimental Centro Altos de Jalisco M.C. Ramón Hernández Virgen

Jefe de Campo Lic. Sandra Lucía Vega lñiguez

Jefe Administrativo

Personal Investigador

M.C. Vlctor Alemán Mar11nez Malz M.C. Luis Eduardo Arias Chávez Leche Dr. Rodolfo Barretero Hemández Came de Rumiantes

Dr. Juan de Dios Benavides Solario Manejo Forestal y Servicios Ambientales M.C. José Rubén Chávez Camacho Agrometeorología y Modelaje M.C. Alvaro Agustln Chávez Durán Incendios Forestales

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Dr. José Germán Flores Gamlca Incendios Dr. Hugo Ernesto Flores López Manejo Integral de Cuencas

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La presente publicación se terminó de imprimir en Mayo de 2012 en los talleres de Gráfica Lara

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El ti raje fue de 1 000 ejemplares Impreso en México

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