tratamiento anaerobico para efluentes porcinos grupo 4

5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo 4

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Universidad de ConcepcinFacultad de Ciencias Ambientales

Centro de ciencias ambientales EULA-Chile

INFORME

Caracterizacin de efluentes industriales y

tecnologa de tratamiento de efluentes domsticas.

Felipe Gonzlez Rodrguez

Pamela GranifoRoudergue

Romina Nnez Delgado

JUNIO , 2014


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INDICE

I. RESUMEN .. 3

II. INTRODUCCIN......................................................................3

III.OBJETIVOS... 4

IV. MARCO TERICO..4

V. METODOLOGA...8

VI. RESULTADOS. 9

VII. DISCUSIN Y CONCLUSIONES17

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.. 18

IX. ANEXOS... 19


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I. RESUMENEn la actualidad en lo que respecta a la industria ganadera de porcinos, los purines de cerdosconstituyen una importante barrera al momento de buscar la sustentabilidad ambiental ya que sonuna parte importante en el ciclo de produccin y adems un desecho de difcil manejo que trae

consigo una serie de parmetros que las empresas deben mitigar, como lo son los olores y su futuradisposicin.

La caracterizacin fsico-qumica nos permite saber exactamente con lo que nos encontramostrabajando (en este caso la composicin de los efluentes de purines), mediante el uso de tecnologasque nos permiten medir de manera exacta parmetros importantes como los es el nitrgeno y elfosforo.

Son estas caractersticas que visualizamos las que nos orientan a tratar los desechos provenientesdel ganado porcino (purines), con diversas opciones de mitigacin siendo la ms importante encomparacin a sus similares, el tratamiento anaerbico, que soluciona el problema de la disposicin

y adems trae consigo la revalorizacin de los residuos, generando para las industrias una ventanaque les permite hacer nuevos balance econmicos producto de la generacin de biogs que a su vezes considerada como un mitigantes de gases de efecto invernadero ya que llega como reemplazantede fuente no renovables de combustibles.

II. INTRODUCCIN

La industria porcina cada vez est creciendo en el mundo, especialmente en pases desarrollados. Enel caso particular de Chile la produccin de carne de cerdos ha tenido un crecimiento extraordinariodesde los aos 90 hasta la fecha, con aumentos de produccin anual de 9,3% para el perodo 1996-2006.1

La actual demanda por el consumo de carne y la preocupacin de la sociedad con respecto a lasexigencias de altos estndares en la produccin, han llevado a la creciente tendencia de losmercados internacionales de exigir que el ciclo productivo se desarrolle de forma sustentable,llevando a las empresas productivas a realizar una correcta gestin de los residuos generados en susinstalaciones para evitar impactos negativos en el medio ambiente.

Los principales impactos ambientales generados en la crianza intensiva de ganado porcinocorresponde a la produccin y gestin del purn: mezcla de las deyecciones animales (slidos y

lquidos), alimentos y agua en cantidades variables, de consistencia fluida o pastosa.

De acuerdo con la literatura internacional (ver referencias), la cantidad estimada de purinesproducidos en un plantel y la composicin media de estos purines, se desprende que los altosvalores reportados para algunos parmetros como N, DBO y DQO permiten suponer gravesimpactos ambientales que un inadecuado manejo puede provocar. Es por esto que se hace necesario

1http://www.asprocer.cl/index/plantilla1.asp?id_seccion=2&id_subsecciones=77


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conocer tecnologas de abatimiento que permitan reutilizar o revalorizar los purines comosubproductos.

III. OBJETIVOS

Conocer y aplicar tcnicas analticas bsicas para la caracterizacin fsico-qumica de un efluente yconocer y entender a escala laboratorio el fundamento de sistemas de tratamiento de efluentes.

IV. MARCO TERICO

De acuerdo con la literatura internacional (ver referencias), la cantidad estimada de purinesproducidos en un plantel se muestra en la tabla 1. En la tabla 2 se indica que la composicin mediade estos purines, se desprende que los altos valores reportados para algunos parmetros como N,DBO y DQO permiten suponer graves impactos ambientales que un inadecuado manejo puedeprovocar.(ver anexo, tablas 1 y 2)

De las tablas 1 y 2 se desprende que no tanto los volmenes de desecho como las caractersticas delos mismos dependen del tipo de instalacin. Por lo tanto, antes de desarrollar y evaluar alternativasde tratamiento es necesario identificar las caractersticas de la instalacin propiamente tal.Adicionalmente, se observa que los contaminantes ms relevantes son los slidos suspendidostotales, materia orgnica, nitrgeno y fsforo. Gran parte de la materia orgnica y el fosforo estnasociados a los slidos suspendidos, en tanto el nitrgeno se encuentra disuelto enaproximadamente un 70%.

Entre los impactos ambientales al medio acutico debido a un manejo inadecuado de los purines sepuede destacar:

El vertido directo o indirecto en un cauce superficial deteriora la calidad de este comofuente de agua de consumo debido a la alta contaminacin por materia orgnica ybacteriolgica. Una cloracin de esta agua transformara parte de la materia orgnica encompuestos de alta toxicidad (triclorometanos). Adicionalmente, a la incorporacin denutrientes con N y P al agua puede provocar problemas de eutroficacin.


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Por otra parte, la mineralizacin del N del purn origina elevadas concentraciones de nitratos(NO3), compuesto de alta toxicidad que puede moverse fcilmente por escorrenta como por

infiltracin contaminndose de esta forma aguas superficiales y subterrneas.

En el medio aire, los impactos generados por la produccin de purines corresponden a:

Produccin de olores desagradables que generalmente traspasan los lmites de los recintosporcinos propiamente tal.

Emisin de compuestos nitrogenados: xido nitroso por desnitrificacin y amoniaco porvolatilizacin, que estn implicados en los procesos de deposicin cida.

Emisin de metano, gas asociado al efecto invernadero.

En el suelo, una incorrecta gestin de purines puede causar:

Desequilibrios nutricionales en las plantas debidos principalmente a excesos de N, P o K.

Acumulacin de metales pesados, Cu y Zn.

Incremento del contenido de sales solubles.

La acumulacin de elementos de alta movilidad en el suelo provoca en el mediano y largoplazo, la contaminacin del acufero que lo subyace.

CARACTERIZACIN FISICO QUIMICA DE UN EFLUENTE

i) Parmetros de Controla) Potencial de Hidrogeno (pH):

Corresponde a la escala de valoracin de la acidez y la alcalinidad de una solucin, esta se basa enla concentracin de hidrgeno expresada en unidades qumicas llamadas moles por litro. Se medirpor medio de pH metro Hanna HI255. Los pH van de 0 a 14.0 con un punto medio de 7.0 que esneutro. Una solucin con pH mayor que 7.0 ser considerada una solucin base, o sea, decaractersticas alcalinas y las de pH menor a 7.0 sern acido.

b) Oxgeno Disuelto (OD):

El Oxgeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxgeno que est disuelta en el agua. Es un indicador decmo de contaminada est el agua o de lo bien que puede dar soporte esta agua a la vida vegetal yanimal. Generalmente, un nivel ms alto de oxgeno disuelto indica agua de mejor calidad. Si losniveles de oxgeno disuelto son demasiado bajos, algunos peces y otros organismos no puedensobrevivir. Adems, la cantidad de oxgeno que puede disolverse en el agua (OD) depende de latemperatura. El agua ms fra puede contener ms oxgeno en ella que el agua ms caliente. Los


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niveles de oxgeno disuelto tpicamente pueden variar de 7 y 12 partes por milln (ppm o mg/l). Aveces se expresan en trminos de Porcentaje de Saturacin. Se determinar OD con oximetro ysonda Hanna HI 9146.

ii) Parmetros Operacionalesa) Demanda Qumica de Oxigeno (DQO):

Determina la cantidad de oxgeno requerido para oxidar el total de la materia orgnica en unamuestra de agua residual, bajo condiciones especficas de agente oxidante, temperatura y tiempo. Semide en miligramos de oxgeno por litro de agua (mg O2/l). La DQO vara en funcin de lascaractersticas de las materias presentes, de sus proporciones respectivas, de sus posibilidades deoxidacin y de otras variables. Es por esto que la reproductividad de los resultados y suinterpretacin no pueden ser satisfechas ms que en condiciones de metodologa de ensayo biendefinida y estrictamente respetada.

El mtodo del dicromato de potasio es un procedimiento se basa en la oxidacin de la materiautilizando dicromato de potasio como oxidante en presencia de cido sulfrico e iones de platacomo catalizadores. La disolucin acuosa se calienta bajoreflujo durante 2 h a 150 C. Luego seevala la cantidad del dicromato sin reaccionartitulando con una disolucin dehierro . La demandaqumica de oxgeno se calcula a partir de la diferencia entre el dicromato aadido inicialmente y eldicromato encontrado tras la oxidacin. Esto expresado bajo la ecuacin:

DQO (mg/l)= 8000 (V1-V0)T/V

Donde:

V0 es el volumen de sulfato de hierro y amonio necesario para la determinacin (ml)

V1 es el volumen de sulfato de hierro y amonio necesarios para el ensayo en blanco (ml)

T es el valor de la concentracin de la solucin de sulfato de hierro y amonio

V es el volumen de la muestra tomada para la determinacin.

El valor obtenido es siempre superior a lademanda biolgica de oxgeno (aproximadamente el doble),ya que se oxidan por este mtodo tambin las sustancias nobiodegradables.La relacin entre losdos parmetros es indicativa de la calidad del agua

b) Demanda Biolgica de Oxigeno (DBO5):

Cantidad de oxgeno que los microorganismos, especialmente bacterias, hongos y plancton,consumen durante la degradacin de las sustancias orgnicas contenidas en la muestra. Se basa en lacomparacin del oxgeno disuelto inicialmente en la muestra con el existente en una muestrasimilar, despus de haber sido incubada durante cinco das a unatemperatura estandarizada de 20C. Estos cinco das son el tiempo estndar destinado para que las bacterias digieran la materia
http://es.wikipedia.org/wiki/Reflujohttp://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9tricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Demanda_biol%C3%B3gica_de_ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Biodegradabilidadhttp://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=750http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=103http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=103http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=750http://es.wikipedia.org/wiki/Biodegradabilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Demanda_biol%C3%B3gica_de_ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9tricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Reflujo


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orgnica presente en la muestra. El resultado es DBO5 y se expresa en miligramos de oxgenodisuelto por litro (mg O2/L). Cuando se descarganaguas con DBO alta a un cuerpo de agua, lasbacterias y otrosmicroorganismos disponen de una rica fuente de alimentos, lo que permite que sereproduzcan con rapidez. Las cantidades cada vez mayores de bacterias consumen el oxgeno delagua. Si la DBO delefluente es demasiado elevada, o elcuerpo receptor no es capaz de diluirla

hasta alcanzar un nivel seguro, la cantidad de oxgeno disuelto disminuye de tal forma que los pecesy otrosorganismos acuticos mueren asfixiados. Los resultados del ensayo puede ser representadospor

DBO= F (To-T5)-(F-1)(D0-D5)

Dnde:

D0 = Contenido de oxgeno (mg/l) del agua de dilucin al principio del ensayo.

D5 = Contenido medio de oxgeno (mg/l) del agua de dilucin al cabo de 5 das de

incubacin.

T0 = Contenido de oxgeno (mg/l) de una de las diluciones de la muestra al principio del

ensayo.

T5 = Contenido de oxgeno (mg/l) de una de las diluciones de la muestra al cabo de 5 das

de incubacin.

F = Factor de dilucin.

Valores por encima de 30 mgO2/litro pueden ser indicativos de contaminacin en aguas

continentales, aunque las aguas residuales pueden alcanzar una DBO de miles de mgO2/litro.

c)Carbono Orgnico Total (COT):

Se denomina COT al carbn que forma parte de las sustancias orgnicas de las aguas superficiales.Actualmente existen muchas sustancias naturales y artificiales que contribuyen a incrementar losniveles de TOC en el ambiente, no obstante, esta sustancia puede ser descompuesta pormicroorganismos, durante el proceso de consumo de oxgeno.

El Carbono Orgnico Total es un parmetro que se utiliza para valorar la calidad de las aguas de undeterminado lugar. Generalmente esta sustancia se origina de forma natural en plantas y animalescomo resultado de su metabolismo, excrecin y descomposicin. No obstante los efluentes de las

industrias que utilicen compuestos orgnicos tambin son una fuente significativa de emisin deCOT al ambiente.

La concentracin de TOC se obtiene sustrayendo la concentracin de carbono inorgnico de la de carbonototal:

TOC = TC - IC.
http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=51http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=535http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=327http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=240http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=564http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=564http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=240http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=327http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=535http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=51


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Medicin de TC (carbono total): Se agregan a la muestra cido fosfrico y el oxidante (per sulfato),y se calienta la mezcla a la vez que se irradia con luz ultravioleta para convertir el carbono presenteen la muestra en dixido de carbono. Este dixido de carbono fluye con el gas de arrastre por eldeshumidificador hacia la celda de medicin del detector infrarrojo no dispersivo (NDIR). Se mideel rea del pico de dixido de carbono, y esta rea se convierte en concentracin TC usando la curvade calibracin previamente preparada.

Medicin de IC (carbono inorgnico): La muestra se acidifica con cido fosfrico y se burbujea gasde arrastre para convertir el carbono inorgnico presente en la muestra en dixido de carbono. Estedixido de carbono es detectado por el NDIR y la concentracin del IC de la muestra se mide de lamisma manera que TC.

V. METODOLOGA

Para la ejecucin del laboratorio se estructur 5 grupos y 4 estaciones de trabajo y consisti en larotacin de los diferentes grupos por las siguientes estaciones de trabajo:

Estacin de trabajo N 1: caracterizacin fsico-qumica de efluentes.

En esta estacin de trabajo se realiz un laboratorio demostrativo de tcnicas fsico-qumicas decaracterizacin de efluentes. Se revis equipamiento para medicin de: pH, oxgeno disuelto,nitrgeno, DQO y DBO5. Esta estacin se realiz en el laboratorio de investigacin del Grupo deIngeniera y Biotecnologa Ambiental, GIBA.

Estacin de trabajo N 2: tratamiento fsico-qumico de efluentes.

En esta estacin se describieron sistemas de tratamiento fsico-qumicos de plantas convencionalesde agua potable y tratamiento primario de aguas servidas domiciliarias y efluentes industriales. Seevalu la operacin de un test de jarra (jar-test). Adems se demostr la medicin de cloro residual,mtodo colorimtrico comnmente usado en la industria potabilizadora de agua. Esta estacin serealiz en el laboratorio de investigacin del Grupo de Ingeniera y Biotecnologa Ambiental,GIBA.

Estacin de trabajo N 3 y 4: tratamiento secundario de efluentes.

En esta estacin se describi un sistema de tratamiento biolgico aerbico y anaerbico. Estatecnologa de tratamientos est destinada a eliminar materia orgnica. Estos sistemas trabajan conbacterias anaerbicas y control se realiza a travs de la velocidad de carga orgnica y tiempo deretencin hidrulico. Esta estacin se realiz en el laboratorio de investigacin del Grupo deIngeniera y Biotecnologa Ambiental, GIBA.

Estacin de trabajo N 5: tratamiento por humedales construidos


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Los humedales construidos, son sistemas de ingeniera diseados para eliminar componentes quepueden ser degradados por el consorcio planta-rizoma-microorganismos. El diseo y la hidrulicade los sistemas, en conjunto con la actividad de la plantas definir la disponibilidad de oxgeno enlos sistemas y con ello de depuracin de materia orgnica, nutrientes, compuestos especficos ypatgenos. Esta estacin se realiz en el laboratorio de investigacin del Grupo de Ingeniera y

Biotecnologa Ambiental, GIBA.

En el presente informe se abordar la caracterizacin y los principales aspectos del tratamientoanaerbico para un efluente de purn de cerdo.

VI. RESULTADOS

6.1 CARACTERIZACIN FSICOQUMICA DEL EFLUENTE DE PURINESPORCINOS

El purn es el nombre que recibe el residual orgnico generado en las explotaciones ganaderas como

resultado de la mezcla de las deyecciones slidas y lquidas junto con restos de alimentos, agua delos abrevaderos, aguas de lavado y, en ocasiones, agua de lluvia.

Caractersticas generales

Es un material no exento de patgenos ( E.Coli, Klebsiella, Ptoteus y Enterbacter). Olores ofensivos volatilizacin de compuestos azufrados y nitrogenados). Elevado contenido de humedad. Posee cantidades importantes de hidratos de carbono, amoniacos, protenas, urea y

compuestos azufrados. Contenido importante de nitrgeno u en menor medida fsforo, potasio y calcio.

Caractersticas fisicoqumicas de purines de cerdo

La generacin y composicin de los purines, suele estar influenciada por el tipo de produccin. Elprimero tipo encontramos que suele ser mayor durante la maternidad y destete por el aumento en elconsumo de agua y el segundo tipo es durante el crecimiento por la ingesta de alimento(cantidad/composicin). En esta oportunidad analizaremos las caractersticas fsicas qumicas conrelacin a un valor medio entre estos tipos de produccin.

Tabla 3. Caractersticas fsico-qumica de purines.

Parmetro Valores

pH 7,6

Demanda Biolgica de Oxigeno DB05 (mg/L) 23.000

Demanda Qumica de Oxgeno DQO (mg/L) 68.000

Contenido de materia seca total (% peso) 6


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Contenido de materia orgnica (% peso) 4

Conductividad (dS/m) 0,18

Factores que influyen en la composicin de las excretas:

Calidad y cantidad de alimento ingerido Sistema de alimentacin poca del ao Aguas Pluviales Nmero y madurez fisiolgica del animal Sistema de Limpiezas

Los principales parmetros, que caracterizan al purn desde el punto de vista de sus constituyentes y

el volumen producido, que se necesitan para el diseo de un sistema de tratamiento de purines son:

Flujo medio total diario (m3/da) Demanda biolgica de oxigeno DBO5(mg/L) Slidos voltiles (mg/L) Nitrgeno total (mg/L) Fsforo (mg/L)

6.2 EFLUENTES DEL SECTOR PECUARIO: PURINES DE CERDO

Los efluentes de las granjas de ganado porcino, se denominan purines. Estn constituidos

mayoritariamente por agua y alrededor de un 4 a 7% de materia slida en suspensin y solucin(ver Tabla IV). La materia slida contiene un 8-10% de N, 3-5% de P2O5, 6-8% de K2O y un 65%de materia orgnica.

Tabla 4. Composicin de un purn de cerdo.

Tabla IV. Composicin de un purn de cerdo



DQO (mg O2/L) 68.000

DBO (mg O2/L) 23.000Nitrgeno (% peso de materia seca) 9

P2O5(% peso de materia seca) 5

K2O (% peso de materia seca) 7

Cu (ppm) 28

Zn (ppm) 42


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6.3 ENFOQUE SUSTENTABLE EN EL MANEJO DE PURINES

La creciente demanda por el consumo de carne de cerdo, ha provocado instalaciones de produccinintensiva, aumentando la generacin de purines utilizados para riego, como fertilizante y reparacinde suelos. Es debido a esto que se busca realizar una gestin de purines, de manera de evitarimpactos sobre el medio ambiente.

Un manejo inadecuado puede afectar las caractersticas del suelo, calidad del agua y del aire, lasalud de las personas y animales. El gran desafo de la industria ganadera es la revalorizacin de losnutrientes contenidos en las deyecciones, de forma sustentable con el medio ambiente.

El aprovechamiento agronmico de las deyecciones pecuarias constituye un recurso para la tierra,ya que aporta nutrientes a los cultivos, mantiene el terreno esponjoso, evita la erosin y mejora lascosechas.

6.4 SISTEMA TRADICIONAL DE MANEJO DE PURINES

Las instalaciones porcinas utilizan tradicionalmente un sistema de transporte con agua, lo quepermite desplazar los guanos desde el lugar de confinamiento hacia el sitio de almacenamiento.

Se utilizan fosas de recarga o sistemas de manejo del estircol mediante arrastre con agua a travsde canaletas, asociadas a un tipo de separacin y lagunaje para la depuracin y almacenamiento delpurn. Generalmente los efluentes son aplicados a campos agrcolas cercanos a los plantelesproductivos.

Las deficiencias que presenta este sistema son:

i. Generacin de exceso de nutrientes en los cultivos y suelosii. Volatilizacin de nitrgeno amoniacal desde las lagunas y tranques de almacenamiento

iii. Generacin de malos oloresiv. Proliferacin de vectores sanitarios

6.5 ALTERNATIVAS PARA EL MANEJO DE PURINES

Hay dos enfoques para lograr una gestin del estircol. La primera consiste en desarrollar sistemassecos (deepbending; hoop; highrise), en dnde el estircol fresco se mezcla con un agente

voluminizador, o utilizar cintas inclinadas bajo el piso acanalado para separar orinas del guano, deesta manera manejar el estircol slo como slido.

El segundo enfoque consiste en reajustar los sistemas lquidos existentes para que los nutrientesslidos y orgnicos voltiles se separen del purn fresco y sean transportados y depurados con unaserie de tcnicas que generen productos revalorizados.


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Figura 1. Diagrama de alternativas de manejo de purines.

6.6 TRATAMIENTO ANAEROBIO DE PURINES

La estabilizacin anaerobia de la materia orgnica es un proceso bioqumico complejo que dependede varios factores (temperatura, tiempo de detencin, grado de mezcla, carga orgnica, etc.).Ocurre en varias etapas.

En la primera etapa, organismos hetertrofos facultativos hidrolizan el sustrato orgnico complejo(protenas, carbohidratos lpidos), formando compuestos fcilmente utilizable. En la segunda etapa,los productos de la primera son convertidos en cidos orgnicos simple (cidos voltiles) mediantehidrolisis y fermentacin. Los principales productos de esta etapa son cido actico y cidopropinico. Las bacterias involucradas pueden funcionar en un amplio rango de temperatura y pH yse reproducen normalmente en horas.

En la segunda etapa, microorganismos estrictamente anaerobios convierte los cidos orgnicos enmetano (CH4), dixido de carbono (CO2) y otros gases (H2S, H2 y N2). Las bacterias involucradasson ms sensibles a las condiciones ambientales y normal mente se reproducen lentamente, demodo tal que es esta etapa la que controla el proceso.


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6.7 PARMETROS AMBIENTALES Y OPERACIONALES DEL PROCESO.

pH y alcalinidad

En cada fase del proceso los microorganismos presentan mxima actividad en un rango de pHdiferenciado, aunque siempre alrededor de la neutralidad. En algunos residuos con bajo podertampn (baja alcalinidad), puede llegar a ser necesario controlar exteriormente el pH, a fin de evitarsu bajada debida a los cidos generados en la segunda fase. No es as para purines de cerdo, para loscuales su alta alcalinidad permite una regulacin permanente del pH. Se admite que una alcalinidadcomprendida entre 2 y 3 g CaCO3/L es suficiente.

Potencial redox

Debe ser suficientemente bajo para asegurar el desarrollo de poblaciones anaerobias estrictas, convalores inferiores a -300mV.

Nutrientes

En el medio a digerir debe haber una relacin adecuada entre nutrientes para el desarrollo de laspoblaciones bacterianas. En general, los residuos ganaderos no presentan problemas por falta demacronutrientes o micronutrientes.

Temperatura

El proceso de digestin anaerobia puede realizarse a tres rangos diferentes de temperatura:Psicrfilo: por debajo de 20C; mesfilo, entre 30 y 40 C; termfilo, entre 50 y 70C. Con elaumento en el rango de temperaturas se aumenta la velocidad de crecimiento de las bacterias, la

velocidad en la produccin de biogs y una disminucin de tiempos de retencin. Trabajando en elrango termoflico se asegura, adems, la destruccin de patgenos, la eliminacin de semillas demalas hierbas, de huevos y de larvas de insectos. A pesar de las grandes ventajas de los sistemastermoflicos, estos requieren de mayor control y seguimiento, debido al efecto inhibidor de algunoscompuestos a alta temperatura.

6.8 ESTABILIDAD, INHIBICIN Y TOXICIDAD

Las formas no ionizadas de los cidos grasos voltiles, as como el amonaco libre o el cido

sulfhdrico son inhibidores de importancia de las bacterias metanognicas. Estos compuestospresentan una inhibicin de tipo reversible. Los metales pesados tambin son inhibidores, o txicosa altas concentraciones. Para residuos ganaderos en general, los compuestos crticos son elnitrgeno amoniacal, los antibiticos y los desinfectantes, as como el Cu y el Zn para residuos deporcino. Los desinfectantes son mucho ms activos que los antibiticos, llegando a provocardisminuciones en la produccin hasta del 90% a bajas concentraciones (Hilper et al., 1982).


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El Cu es inhibidor a partir de 40 mg/L y el Zn lo es a partir de 400 mg/L. Ambos son txicos apartir de 70 mg/L y 600 mg/L respectivamente (Hayes y Theis, 1978). Estos metales sonintroducidos en las dietas de porcino, y aunque las concentraciones de Zn en las deyeccionesdifcilmente pueden llegar a las de inhibicin, para el Cu se han encontrado valores que superanampliamente los lmites de inhibicin en granjas de engorde.

Las concentraciones a partir de las cuales el amonaco libre es un inhibidor no estn definidasntidamente. As, Henze et al. (1995) proponen el valor de 200 mg mg N-NH3/L, Angelidaki yAhring (1994) el de 700 mg mg N-NH3/L, y Hansen et al. (1998) el de 1100 mg N-NH3/L.

Las diferencias que se encuentran en la bibliografa son debidas a aclimatacin de las bacterias y alhecho que la concentracin de amonaco libre aumenta con el pH y la temperatura. Este fenmenono permite una digestin anaerobia termoflica estable de purines de cerdo, debido a sus altasconcentraciones en nitrgeno amoniacal.

Entre los reactores de cultivo suspendido se destaca el proceso anaerbico de contacto, el cual operaen forma similar a un sistema de lodos activados con recirculacin, pero en condiciones anaerobias.En los reactores anaerbicos de flujo ascendente (UASB) las aguas se introducen por el fondo yascienden a travs de un manto de lodos compuesto por grnulos formados biolgicamente. Eltratamiento ocurre a medida que el agua entra en contacto con los grnulos. Los gases producidoscausan una circulacin interna que permite la formacin y la mantencin de los grnulos biolgicos.

Entre los reactores de cultivo fijo se destacan el filtro anaerobio y el proceso de lecho expandido.

El filtro anaerobio es una columna rellena con un medio generalmente sinttico, el cual sirve demedio de soporte para el crecimiento bacteriano. El agua asciende por la columna entrando encontacto con la biomasa que se desarrolla sobre el medio. Es posible en estos casos obtener largos

periodos de retencin celular, lo cual permite trata residuos orgnicos de alta concentracin inclusoa temperatura ambiente.

En el proceso de lecho expandido, las aguas residuales son bombeadas a travs de un lecho dearena, carbn u otro medio sinttico, sobre el cual se han desarrollado las bacterias. Laconcentracin de biomasa puede llegar hasta valores sobre 15.000mg/L, de modo que es posibletratar algunos efluentes en tiempo de retencin hidrulicos relativamente cortos.

Los procesos anaerobios han sido utilizados tradicionalmente para la digestin de los lodosproveniente del tratamiento biolgico de aguas residuales.

6.9 ACONDICIONAMIENTO DEL SUSTRATO PREVIO A LA PRODUCCIN DE BIOGS

Antes de introducir los residuos orgnicos dentro hay que realizar una serie de operaciones deacondicionamiento. Dependiendo del tipo de reactor, el grado de preparacin ser diferente. Lafinalidad de estas operaciones es introducir el residuo lo ms homogneo posible, con lascondiciones fsico-qumicas adecuadas al proceso al que va ser sometido, y sin elementos quepuedan daar el digestor.


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La forma de acondicionar los residuos de entrada es a travs de pre-tratamiento, reduccin deltamao de la partcula, espesamiento, calentamiento, control de pH, eliminacin de metales yeliminacin de grmenes patgenos.

Cuando se manejan los purines, no hay que almacenarlos por mucho tiempo, ya que laproductividad de biogs decae muy deprisa al producirse fermentaciones espontneas.

6.9.1 PRODUCCIN DE BIOGS

El biogs que es producido en la digestin anaerbica de compuestos orgnicos, vara en sucomposicin dependiendo del sustrato digerido y de la tecnologa utilizada. Generalmente tiende aser:

50-70% metano (CH4)

30-40% anhdrido carbnico (CO2)

5% de hidrgeno (H2), cido sulfhdrico (H2S) y otros gases

Los potenciales usos del biogs obtenido en la digestin anaerbica son:

Generacin de calor o electricidad en una caldera.

Generacin de electricidad en motores o turbinas.

Como materia prima para la sntesis de productos de mayor valor como el metanol y el gasnatural licuado.

Combustible de automocin

En pilas de combustible, previa realizacin de una limpieza de H2S y otros contaminantesde las membranas.

6.9.1.1 PRODUCCIN DE METANO

La demanda bioqumica de oxgeno (DQO) puede ser considerada como un parmetro conservativo(entrada= salida):

DQO influente = DQO efluente + DQO biogs

Bajo el supuesto de que el biogs obtenido slo est compuesto por CH4 y CO2 y teniendo encuenta que la DQO del CO2es prcticamente nula, la DQO eliminada como residuo correspondera

a la DQO obtenida en forma de metano, lo que significa 2,857kg DQO mor m 3 CH4, 0,35m3deCH4 por Kg de DQO eliminada, es decir 0,38 m

3de CH4en condiciones estndar.

Basados en la potencia calorfica del metano, se podra llegar a generar 3,5 KW h/ Kg DQO eliminadaaproximadamente. Esta propiedad de los sistemas anaerbicos es una ventaja por sobre los sistemasaerbicos de tratamiento de residuos orgnicos y aguas residuales en los cuales el consumoenergtico en la transferencia de oxgeno es del orden de 1 KW h/Kg O2 consumido.


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Tabla 5. Ventajas del proceso de digestin anaerbico (Flotats 2000).

Factor Ventajas de la Digestin Anaerbica

Variabilidad en lacomposicin

Homogenizacin de la composicin, ms intensa cuanto mayor esel tiempo de retencin.

Malos olores y

compuestos orgnicos

voltiles

Eliminacin de cidos grasos voltiles y otros compuestos

fcilmente degradables. La materia orgnica resultante es

lentamente degradable; los purines digeridos no presentan olor

desagradable y son un producto ms estable. En procesos trmicos

posteriores se evitan problemas por volatilizacin de compuestos

orgnicos.

Reduccin de materia

orgnica

Reduccin de slidos totales voltiles. Reduccin de materia

orgnica degradable y mantenimiento de las concentraciones denutrientes. Transformacin de nitrgeno orgnico a amoniacal. En

caso de separar la fase acuosa, el producto resultante presentar

menor volumen, manteniendo la misma riqueza fertilizante

Distribucin de

partculas y de

fraccin soluble

Homogenizacin en la distribucin de partculas lo cual favorece el

diseo y aplicacin de procesos posteriores de secado. Hidrlisis de

partculas de pequeo tamao y coloidales y reduccin de

orgnicos solubles, con lo cual se facilita la separacin entre fases

solubles y en suspensin.

Consistencia Consistencia pastosa de la fraccin slida de los purines digeridos,

lo cual favorece su manipulacin y peletizacin.

Alcalinidad Disminucin significativa de la relacin de alcalinidad. Aporte de

alcalinidad para favorecer un proceso posterior de nitrificacin

(total o parcial). Debido a la reduccin de materia orgnica, el

consumo energtico en este proceso ser inferior al de la

nitrificacin de la fraccin lquida de purines frescos.

Balance energtico Balance energtico positivo y proceso productor neto de energa

renovable. Permite el tratamiento de mezcla con otros residuospara optimizar la produccin energtica y facilitar la gestin

integral de residuos orgnicos.

Emisin de gases de

efecto invernadero

En el caso que el metano producido sustituya una fuente no

renovable de energa, se lograra una disminucin en la generacin

de gases de efecto invernadero en el proceso.


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VII. DISCUSIN Y CONCLUSIONES

El purn de cerdo es un subproducto de la actividad ganadera, con una alta variabilidad en sucomposicin que debe ser gestionada incluso antes de originarse. Abordar la problemtica de lospurines slo con tecnologas de tratamiento suele ser un error, ya que es importante conocer suspropiedades para poder evaluar el comportamiento futuro del efluente, y poder realizarcomparaciones y visualizar mejoras o no en estos desechos.

Bajo el enfoque del manejo eficiente ambientalmente del purn de cerdo, la revalorizacinagronmica constituye la mejor opcin aplicable, es por esto que es de vital importancia considerarcomo tecnologa de abatimiento el tratamiento anaerbico.

La produccin de biogs en cantidad como en composicin dependen tanto del residuo a tratar

como de los parmetros de operacin. En general la produccin de biogs a partir de purines decerdo est comprendida entre 0,3 0,4m3Biogs/kg SV, siendo entre 5580% metano, de 2045%CO2 y 0 1% H2S su composicin media. Cabe destacar que la capacidad calorfica dependedirectamente de la concentracin de metano.

En general el aprovechamiento de los purines de cerdo es una excelente opcin para el manejosustentable de los residuos, ya que existen varias estrategias para mejorar la produccin de biogs,como por ejemplo la co-digestin de otros residuos con los purines (Hartmann, 2006), la aplicacinde pre-tratamientos trmicos (Bonmat, 2001) o el aumento de la temperatura de digestin(Angelidaki, 1993).

Es importante destacar lo ventajoso de los reactores anaerbicos ya que si comparamos unainstalacin de digestin anaerobia requiere una inversin elevada. Adems es imprescindible unaporte constante de purn a lo largo de todo el ao y una supervisin tcnica peridica, ya que elproceso se puede inhibir con niveles altos de desinfectantes, antibiticos, amonio, materia orgnica,etc.

Se concluye que el tratamiento anaerbico de efluentes como medio de revalorizacin de losresiduos es una solucin consistente en la labor de dar carcter de ambientalmente sustentable a losciclos de procesos industriales, como lo es en este caso el de los efluentes de purines de cerdo.


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VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

AngelidakI, I., Ahring, B.K. (1994). Anaerobic Thermophilic Digestion of Manure at Different

Ammonia. Loads: Effect of Temperature. Water Research: 28, 3, 727-731.

American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA),

Pollution Control Federation (WPCF). 1985. Standar methods for examination of water and

wastewater. 16th ed. Washington.

Hansen, K., Angelidaki, I., Ahring, B. (1998). Anaerobic digestion of swine manure: Inhibition

by ammonia. Water Research, 32 (1), 5-12.

Hayes, T.D., Theis, T.L. (1978). The distribution of heavy metals in anaerobic

digestion.JWPCF, 1, 50.

Henze, M., Harremoes, P., Jansen, J.C., Arvin, E. (1995). Wastewater Treatment.Biological

and Chemical Processes. Springer Verlag.

Hilper, R., Winter, J., Kandler, O. (1982) Feed additives and desinfectants as inhibitory factors

in anaerobic digestion of agricultural wastes. 2nd E.C. Conference Energy from Biomass,

Berlin.Applied Science Publishers, pp 552-558.

Metcalf& hed. 1995. Ingeniera de Aguas Residuales: Tratamiento, Vertido y Reutilizacin. 3

ed., vol. I y II, McGraw-Hill, Madrid.

Ramalho, R. S. 1991. Tratamiento de Aguas residuales, Revert, Barcelona.

Rittmann, B and McCarrty, P. 2001. Biotecnologa del Medio Ambiente: Principios y

Aplicaciones. McGraw-Hill. ISBN 84-481-3280-7


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IX. ANEXOS

Tabla 1. Cantidades aproximadas de purines producidos por tipo de animal

Tipo de Animal Peso vivo (Kg) (L / cabeza da)

Cerdos de engorde 20-50 3,5Cerdos de engorde 50-100 6,5

Macho reproductor 140 10

Hembra no gestante 140 10

Hembra gestante 150 12

Hembra con cras 150 16

Tabla 2. Composicin media del purn de cerdo en funcin del tipo de explotacin

Parmetro Engorde Reproductores Ciclo cerrado

Materia seca % 8,5 3,2 5,2

Materia orgnica (% MS) 74 67 66N total (Kg/m3) 5,9 3,4 4,3

N orgnico (Kg/m3) 2,5 0,9 1,3

N amoniacal (Kg/m3) 3,4 2,5 3

P O (Kg/m3) 5,3 1,8 3,2

K O (Kg/m3) 3,6 2,3 2,8

Ca (% MS) 3,9 3,5 4

Mg (% MS) 0,8 0,8 1,1

Na (mg/kg MS) 1,6 2,8 2

Cu (mg/kg MS) 752 98 678

Zn (mg/kg MS) 600 636 808

Fe (mg/kg MS) 1006 763 1207

Mn (Kg/m3) 320 229 303

Tabla 3. Caractersticas fsico-qumica de purines.

Parmetro Valores

pH 7,6

Demanda Biolgica de Oxigeno DB05 (mg/L) 23.000

Demanda Qumica de Oxgeno DQO (mg/L) 68.000



Conductividad (dS/m) 0,18


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Tabla 4. Composicin de un purn de cerdo.

Tabla IV. Composicin de un purn de cerdo



DQO (mg O2/L) 68000DBO (mg O2/L) 23000

Nitrgeno (% peso de materia seca) 9

P2O5(% peso de materia seca) 5

K2O (% peso de materia seca) 7

Cu (ppm) 28

Zn (ppm) 42

Figura 1. Diagrama de alternativas de manejo de purines


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Tabla 5. Ventajas del proceso de digestin anaerbico (Flotats 2000).

Factor Ventajas de la Digestin Anaerbica

Variabilidad en la

composicin

Homogenizacin de la composicin, ms intensa cuanto mayor es

el tiempo de retencin.

Malos olores y

compuestos orgnicos

voltiles

Eliminacin de cidos grasos voltiles y otros compuestos

fcilmente degradables. La materia orgnica resultante es

lentamente degradable; los purines digeridos no presentan olor

desagradable y son un producto ms estable. En procesos trmicos

posteriores se evitan problemas por volatilizacin de compuestos

orgnicos.

Reduccin de materia

orgnica

Reduccin de slidos totales voltiles. Reduccin de materia

orgnica degradable y mantenimiento de las concentraciones de

nutrientes. Transformacin de nitrgeno orgnico a amoniacal. En

caso de separar la fase acuosa, el producto resultante presentar

menor volumen, manteniendo la misma riqueza fertilizante

Distribucin de

partculas y de

fraccin soluble

Homogenizacin en la distribucin de partculas lo cual favorece el

diseo y aplicacin de procesos posteriores de secado. Hidrlisis de

partculas de pequeo tamao y coloidales y reduccin de

orgnicos solubles, con lo cual se facilita la separacin entre fases

solubles y en suspensin.

Consistencia Consistencia pastosa de la fraccin slida de los purines digeridos,

lo cual favorece su manipulacin y peletizacin.

Alcalinidad Disminucin significativa de la relacin de alcalinidad. Aporte de

alcalinidad para favorecer un proceso posterior de nitrificacin

(total o parcial). Debido a la reduccin de materia orgnica, el

consumo energtico en este proceso ser inferior al de la

nitrificacin de la fraccin lquida de purines frescos.

Balance energtico Balance energtico positivo y proceso productor neto de energa

renovable. Permite el tratamiento de mezcla con otros residuos

para optimizar la produccin energtica y facilitar la gestin

integral de residuos orgnicos.

Emisin de gases de

efecto invernadero

En el caso que el metano producido sustituya una fuente no

renovable de energa, se lograra una disminucin en la generacin

de gases de efecto invernadero en el proceso.

tratamiento anaerobico para efluentes porcinos grupo 4

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