Producción de abono orgánico y biogás mediante biodigestación ...
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UNIVERSIDAD DE LA SERENA<br />
Facultad <strong>de</strong> Ciencias<br />
Escuela <strong>de</strong> Agronomía<br />
PRODUCCIÓN DE ABONO ORGÁNICO Y BIOGÁS<br />
MEDIANTE BIODIGESTIÓN ANAERÓBICA DE LODOS<br />
ACTIVOS.<br />
Seminario <strong>de</strong> Título para Optar al Título <strong>de</strong> Ingeniero<br />
Agrónomo y al Grado Académico <strong>de</strong> Licenciado en Agronomía.<br />
PROFESORES GUIAS: SRA. CAROL KRAUSZ BARRIENTOS.<br />
SR. LORGIO AGUILERA JOPIA.<br />
MERLIN RIVERA TORO<br />
2010
ÍNDICE DE MATERIAS.<br />
MATERIA PÁGINA<br />
RESUMEN I<br />
ABSTRACT II<br />
1. INTRODUCCIÓN 1<br />
1.1 SITUACIÓN ENERGETICA DE CHILE 1<br />
1.2 PROBLEMAS AMBIENTALES Y ENERGÉTICOS EN LA<br />
AGRICULTURA<br />
1.3 ENERGÍA RENOVABLE 6<br />
1.3.1 Energía <strong>de</strong> la biomasa 6<br />
1.3.1.1 Fuentes <strong>de</strong> la biomasa 8<br />
1.3.1.1.1 Biomasa natural 8<br />
1.3.1.1.2 Biomasa residual 9<br />
1.3.1.1.3 Exce<strong>de</strong>ntes agrícolas 11<br />
1.3.1.1.4 Cultivos energéticos 11<br />
1.2.1.2 Ventajas <strong>de</strong> la utilización <strong>de</strong> la biomasa 12<br />
1.2.1.3 Desventaja <strong>de</strong> la biomasa 13<br />
1.4 SITUACIÓN CHILENA DE LAS PLANTAS DE AGUAS SERVIDAS<br />
Y LOS LODOS ACTIVOS<br />
1.5 DIGESTIÓN ANAERÓBICA 20<br />
1.5.1 Etapas <strong>de</strong> la digestión anaeróbica 20<br />
1.5.2 Microbiología <strong>de</strong> la digestión anaerobia 22<br />
1.5.2.1 Grupo I:Bacterias Hidrolíticas – Fermentativas 22<br />
1.5.2.2 Grupo II: Bacterias Acetogénicas 22<br />
1.5.2.3 Grupo III: Bacterias Metanogénicas. 23<br />
1.6 BIODIGESTORES 24<br />
1.6.1 Clasificación <strong>de</strong> los biodigestores 25<br />
1.6.2 Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> biodigestores 25<br />
3<br />
14
1.6.2.1 Mo<strong>de</strong>lo Chino 26<br />
1.6.2.2 Mo<strong>de</strong>lo Hindú 27<br />
1.6.2.3 Mo<strong>de</strong>los horizontales 28<br />
1.6.2.4 Mo<strong>de</strong>lo Batch por lotes 29<br />
1.6.3 Ventajas <strong>de</strong>l uso <strong>de</strong> biodigestores como técnica <strong>de</strong> reciclaje 31<br />
1.6.4 Desventajas <strong>de</strong> los biodigestores 32<br />
1.7 PRODUCCIÓN DE BIOGÁS, UNA ALTERNATIVA AMIGABLE AL<br />
MEDIO AMBIENTE<br />
1.7.1 Composición <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong><br />
1.8 BIOABONO PRODUCTO DE LA BIODIGESTIÓN ANAERÓBICA 34<br />
1.9 HIPOTESIS<br />
2. OBJETIVOS<br />
2.1 OBJETIVO GENERAL 38<br />
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 38<br />
3. MATERIALES Y MÉTODOS 39<br />
3.1 LOCALIZACIÓN Y CONTEXTUALIZACIÓN DEL ENSAYO 39<br />
3.2 MONTAJE E IMPLEMTACIÓN DE LOS BIODIGESTORES 39<br />
3.3 LLENADO DE LOS BIODIGESTORES 41<br />
3.4 DISEÑO EXPERIMENTAL 42<br />
3.5 MEDICIÓN DE VARIABLES DEL ESTUDIO 43<br />
3.5.1 Efluente liquido 43<br />
3.5.1.1 Temperatura 43<br />
3.5.1.2 Determinación <strong>de</strong> Coliformes fecales 44<br />
3.5.1.3 Determinación <strong>de</strong> las características fisicoquímicas y<br />
componentes <strong>orgánico</strong>s <strong>de</strong> los efluentes<br />
3.5.1.4 Medición <strong>de</strong> las capacida<strong>de</strong>s mejoradoras <strong>de</strong> suelos 47<br />
3.5.2 Biogás 49<br />
3.5.2.1 Volumen <strong>de</strong> gas producido 49<br />
32<br />
33<br />
37<br />
38<br />
46
3.5.2.2 Eficiencia <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>, medición <strong>de</strong> la capacidad calorífica 50<br />
3.6 ANÁLIS ESTADÍSTICOS 51<br />
4. RESULTADOS Y DISCUSIONES 52<br />
4.1 ANALISIS DE LOS EFLUENTES DE LA BIODIGESTIÓN 52<br />
4.1.1 Condición inicial <strong>de</strong> los lodos activos utilizados en al<br />
biodigestión.<br />
4.1.2 Evaluación <strong>de</strong> las temperaturas en la biodigestión 53<br />
4.1.3 Análisis biológicos, evaluación <strong>de</strong> los Coliformes fecales 56<br />
4.1.4 Análisis físicos, químicos y componente <strong>orgánico</strong> <strong>de</strong> los<br />
efluentes<br />
4.1.4.1 Composición orgánica <strong>de</strong> los efluentes 58<br />
4.1.4.2 Componentes químicos <strong>de</strong>l efluente 60<br />
4.1.4.3 Concentración <strong>de</strong> metales pesados 67<br />
4.1.5 Propieda<strong>de</strong>s mejoradoras <strong>de</strong> suelos <strong>de</strong> los efluentes 71<br />
4.2 ESTIMACIÓN DE LA PRODUCIÓN DE BIOGÁS 72<br />
4.2.1 Volumen <strong>de</strong> gas producido 72<br />
4.2.1 Estimación <strong>de</strong>l po<strong>de</strong>r calorífico <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> 75<br />
5. CONCLUSIONES 77<br />
6. BIBLIOGRAFIA 78<br />
ANEXOS<br />
52<br />
58
ÍNDICE DE CUADROS.<br />
CUADRO PÁGINA<br />
1. Generación <strong>de</strong> lodos provenientes <strong>de</strong> plantas <strong>de</strong> tratamientos <strong>de</strong><br />
aguas domesticas<br />
2. Características fisicoquímicas y biológicas <strong>de</strong> los lodos activos<br />
sin tratamiento<br />
3. Concentración <strong>de</strong> metales pesados en lodos activos 18<br />
4. Concentración máxima <strong>de</strong> metales pesados en compost<br />
producidos en base <strong>de</strong> lodos<br />
5. Composición <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> 34<br />
6. Parámetros fisicoquímicos y <strong>orgánico</strong>s encontrados en la<br />
biomasa utilizada en la biodigestión<br />
7. Concentración <strong>de</strong> metales pesados <strong>de</strong>l efluente en el periodo <strong>de</strong><br />
biodigestión<br />
8. Concentración <strong>de</strong> metales pesados aceptados por la NCh 2880<br />
para cualquier tipo <strong>de</strong> compost<br />
9. Contenidos máximos <strong>de</strong> metales pesados en los suelos antes <strong>de</strong><br />
una aplicación <strong>de</strong> lodos<br />
10. Cálculo <strong>de</strong> la producción <strong>de</strong> <strong>biogás</strong> por biodigestor 73<br />
15<br />
17<br />
19<br />
53<br />
68<br />
69<br />
70
ÍNDICE DE FIGURAS.<br />
FIGURA PÁGINA<br />
1. Ciclo <strong>de</strong> la generación <strong>de</strong> biomasa 8<br />
2. Tratamiento para la reutilización <strong>de</strong> la biomasa 12<br />
3. Representación esquemática simplificada <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong><br />
digestión anaeróbica <strong>de</strong> la materia orgánica.<br />
4. Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> biodigestor Chino 27<br />
5. Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> biodigestor Hindú 28<br />
6. Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> biodigestor horizontal <strong>de</strong> estructura flexible 29<br />
7. Mo<strong>de</strong>lo biodigestor <strong>de</strong> Batch 30<br />
8. Análisis <strong>de</strong> ecosistema para un biodigestor <strong>de</strong> polietileno basado<br />
en 7885 Kg <strong>de</strong> estiércol fresco<br />
9. Biodigestor tipo Batch <strong>de</strong> régimen estacionario (Elaboración<br />
propia)<br />
10. Biodigestor tipo Batch, utilizados en el sistema experimental 41<br />
11. Determinación <strong>de</strong> Coliformes fecales en medio A-1 45<br />
12. Efluentes obtenidos <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> biodigestión 47<br />
13. Determinación <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> humedad <strong>de</strong>l<br />
suelo<br />
14. Suelos tratados en periodos <strong>de</strong> secado a temperatura ambiente. 49<br />
15. Temperatura atmosférica alcanzada en el periodo <strong>de</strong><br />
biodigestión<br />
16. Temperaturas alcanzadas en el efluente por el proceso <strong>de</strong><br />
biodigestión<br />
17. Evolución <strong>de</strong> Coliformes fecales según el numero más probable<br />
(NMP) en los efluentes.<br />
18. Comportamiento <strong>de</strong> la materia orgánica en los efluentes <strong>de</strong> la<br />
biodigestión<br />
19. Relación carbono/nitrógeno <strong>de</strong> los efluentes 60<br />
21<br />
36<br />
39<br />
48<br />
55<br />
55<br />
57<br />
58
20. Evolución <strong>de</strong>l nitrógeno en el periodo <strong>de</strong> biodigestión 62<br />
21. Evolución <strong>de</strong>l potasio en el proceso <strong>de</strong> biodigestión 63<br />
22. Evolución <strong>de</strong>l fosforo en el proceso <strong>de</strong> biodigestión 63<br />
23. Conductividad eléctrica expresada en, para el periodo <strong>de</strong><br />
biodigestión<br />
24. El pH y su comportamiento en los efluentes 66<br />
25. Densidad <strong>de</strong>l liquido en los biodigestores 67<br />
26. Evaluación <strong>de</strong> la retención <strong>de</strong> humedad para dos tipos <strong>de</strong><br />
suelos con aplicación <strong>de</strong> lodos bio<strong>de</strong>gradados.<br />
27.Diferencias volumétricas en la producción <strong>de</strong> <strong>biogás</strong> 73<br />
28. Medición comparativa <strong>de</strong> la eficiencia <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> 75<br />
65<br />
72
RESUMEN.<br />
La biodigestión anaeróbica es una alternativa importante para la<br />
<strong>de</strong>puración <strong>de</strong> biomasa y su posterior reutilización. En este trabajo se evalúo el<br />
funcionamiento <strong>de</strong> este proceso en el saneamiento <strong>de</strong> lodos activos para su<br />
aplicación como fertilizante <strong>orgánico</strong>, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la obtención <strong>de</strong> una fuente<br />
energética producida por la generación <strong>de</strong> <strong>biogás</strong>. En el mismo, se planteó<br />
reducir la carga microbiana <strong>de</strong> los lodos a parámetros aceptables por la<br />
normativa vigente, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> evaluar la capacidad presentada por los<br />
efluentes como fertilizante por su contenido <strong>de</strong> macroelementos (NPK), y<br />
<strong>de</strong>terminar el efecto que producen en las características <strong>de</strong> suelo al ser<br />
tratados con ellos. Por otra parte se evalúo el contenido <strong>de</strong> <strong>biogás</strong> producido en<br />
relación al volumen <strong>de</strong> materia orgánica utilizada y su capacidad calorífica<br />
comparado con el gas comercial. Para alcanzar los objetivos, se elaboraron<br />
tres biodigestores anaeróbicos, con capacidad <strong>de</strong> 180 litros para el tratamiento<br />
<strong>de</strong> la biomasa, la cual permaneció con un tiempo <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> 90 días<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l contenedor, en este periodo se realizaron mediciones a los efluentes<br />
líquidos y gaseosos. Posterior al proceso <strong>de</strong> biodigestión se evalúo la<br />
capacidad <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> humedad en suelos tratados con el efluente líquido,<br />
para una textura arcillosa y arenosa. Se disminuyó la concentración <strong>de</strong><br />
coliformes fecales, sin embargo la concentración mineral fue baja<br />
manteniéndose las concentraciones que estaban presentes en la biomasa<br />
original. El pH se mantuvo cercano al neutro haciendo posible la reutilización<br />
<strong>de</strong> los efluentes, sin embargo la conductividad eléctrica osciló entre los 2 Ds/m<br />
por lo que se <strong>de</strong>be tener en consi<strong>de</strong>ración en la aplicación. El <strong>biogás</strong> generado<br />
fue <strong>de</strong> 0,188 m 3 pero no se obtuvo resultados confiables sobre su capacidad<br />
calorífica. Si bien la biodigestión resultó ser un proceso a<strong>de</strong>cuado para la<br />
<strong>de</strong>puración y reutilización <strong>de</strong> residuos, se <strong>de</strong>be tomar en cuenta que los<br />
productos <strong>de</strong>rivados finales <strong>de</strong>l proceso van a <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>r <strong>de</strong> las condiciones en<br />
que se realizó éste, pero más importante aún es la biomasa utilizada en la<br />
biodigestión ya que esta es la responsable <strong>de</strong> las características finales <strong>de</strong> los
efluentes, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la capacidad generadora <strong>de</strong> gas que presenta<br />
intrínsecamente.<br />
Palabras Claves: biodigestión anaeróbica, carga microbiana, biodigestores,<br />
<strong>biogás</strong>, biomasa.
ABSTRACT.<br />
The anaerobic bio-digestion is an important alternative for the purification of<br />
biomass and his later reutilization. In this work I evaluate the functioning of this<br />
process in the treatment of active muds for his application as organic fertilizer,<br />
besi<strong>de</strong>s the obtaining of an energetic source produced by the generation of biogas.<br />
In the same one, it consi<strong>de</strong>red to reduce the microbial abundance of the muds to<br />
acceptable parameters for the current regulation, besi<strong>de</strong> evaluating the capacity<br />
presented by the effluent ones as fertilizer by his content of macroelements (NPK),<br />
and to <strong>de</strong>termine his effect that they produce in the characteristics of soil on having<br />
been treated by them. On the other hand, I evaluate the content of biogas<br />
produced in relation to the volume of organic used matter and his calorific capacity<br />
compared with the natural gas. To reach the aims, were elaborated three<br />
anaerobic digestor, with capacity of 180 liters for the treatment of the biomass,<br />
which remained with a time of retention of 90 days insi<strong>de</strong> the container, in this<br />
period measurements were realized to the effluents and gaseous. Later to the<br />
process of bio-digestion I evaluate the capacity of humidity retention in soils<br />
treated with the effluent, for a clayey and sandy texture. The concentration of fecal<br />
coliform, nevertheless the mineral concentration was low being kept the<br />
concentrations that were present in the original biomass. The pH was kept nearby<br />
to the neutral one making possible the reutilization of the effluent ones,<br />
nevertheless the electrical conductivity ranged between 2 Ds/m for what it is<br />
necessary to have in consi<strong>de</strong>ration prior to application. The generated biogas was<br />
of 0,188 m3 but reliable results were not obtained on his calorific capacity. The bio-<br />
digestion is a process adapted for the purification and reutilization of residues, but<br />
necessary to bear in mind that the <strong>de</strong>rivative final products of the process are<br />
going to <strong>de</strong>pend on the conditions in which this one carried out, but more<br />
importantly still it is the biomass used in the bio-digestion since this is a<br />
characteristics of the effluent ones, besi<strong>de</strong>s the generating capacity of gas that it<br />
presents intrinsically.
Words key: bio-digestion, anaerobic digestor, biogas, biomass.
1. INTRODUCCIÓN.<br />
1.1 SITUACIÓN ENERGÉTICA EN CHILE.<br />
HANS-JOSEF (2002) establece que en los países industrializados, el<br />
abastecimiento <strong>de</strong> energía constituye un gran <strong>de</strong>safío. La energía es<br />
imprescindible para el funcionamiento <strong>de</strong> la economía y el bien común. Por ello, la<br />
política energética se <strong>de</strong>be basar en tres pilares fundamentales; seguridad <strong>de</strong><br />
abastecimiento, compatibilidad con el medio ambiente y rentabilidad.<br />
La situación energética <strong>de</strong> Chile, según LARRAÍN (2004), es consecuencia<br />
<strong>de</strong> una opción <strong>de</strong> política sectorial casi exclusivamente centrada en criterios <strong>de</strong><br />
mercado, con un gran protagonismo <strong>de</strong>l sector privado (principalmente<br />
transnacional) y un débil rol <strong>de</strong>l Estado. Esta fórmula evi<strong>de</strong>ncia una serie <strong>de</strong><br />
falencias en términos <strong>de</strong> política energética y <strong>de</strong> sustentabilidad, entre las que se<br />
<strong>de</strong>stacan, la excesiva <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> combustibles externos, vulnerabilidad<br />
energética, límites ambientales y contaminación local, inequidad en el<br />
abastecimiento y en el pago por servicios energéticos; por último el rol secundario<br />
<strong>de</strong>l Estado para abordad dichas temáticas.<br />
Por otro lado, CASTILLO y MALDONADO (2004) agregan que Chile se<br />
abastece principalmente <strong>de</strong> combustibles fósiles importados y megaproyectos<br />
energéticos (centrales hidroeléctricas <strong>de</strong> gran escala), lo que se traduce en graves<br />
problemas <strong>de</strong> vulnerabilidad y <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia. Casi el 70% <strong>de</strong>l consumo energético<br />
primario y secundario en el país se satisface con combustibles fósiles, (<strong>de</strong> los<br />
cuales más <strong>de</strong> la mitad correspon<strong>de</strong>n a petróleo y gas natural importados), sin<br />
adoptar medidas para revertir o evitar el impacto negativo que genera en el<br />
ambiente el uso <strong>de</strong> estos combustibles.<br />
1
Los mismos autores reafirman la extraordinaria <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia que Chile<br />
presenta <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista energético, ya que sus recursos no renovables<br />
están prácticamente agotados y/o los costos <strong>de</strong> explotación son muy elevados,<br />
respecto <strong>de</strong> los precios que éstos tienen en el mercado internacional. A su vez, los<br />
recursos renovables hidroeléctricos y biomasa, han sido sometidos a una<br />
explotación intensiva y en la mayoría <strong>de</strong> los casos, no sustentable. El país dispone<br />
<strong>de</strong> condiciones naturales favorables para la explotación <strong>de</strong> Energías renovables<br />
no convencionales (ERN 1 ), las que representaban en 1993 <strong>de</strong> acuerdo a un<br />
estudio realizado por la Comisión Nacional <strong>de</strong> Energía (CNE) un 0,2% <strong>de</strong> la matriz<br />
energética, cifra que no ha cambiado sustancialmente, puesto que los proyectos<br />
<strong>de</strong> energías renovables implementados en los últimos años (orientados<br />
principalmente a la electrificación <strong>de</strong> zonas aisladas) han sido <strong>de</strong> pequeña<br />
envergadura.<br />
GANZUA (2007), por su parte argumenta que la seguridad en el<br />
abastecimiento energético en un país netamente importador <strong>de</strong> energía como es<br />
Chile, don<strong>de</strong> aproximadamente las tres cuartas partes <strong>de</strong> la energía consumida<br />
provienen <strong>de</strong>l exterior, convierte la búsqueda <strong>de</strong> alternativas para la diversificación<br />
<strong>de</strong> la matriz energética en una cuestión <strong>de</strong> vital importancia para asegurar un<br />
<strong>de</strong>sarrollo sostenible. Las Energías Renovables se perfilan como una alternativa<br />
limpia, segura y eficiente.<br />
ENCINA (2004), agrega que Chile es un país privilegiado en cuanto a la<br />
disponibilidad <strong>de</strong> fuentes renovables <strong>de</strong> energía, por sus características<br />
geográficas y climáticas, lo cual no está representado en la matriz energética<br />
nacional. Esto ha abierto la discusión sobre el tema en diferentes sectores <strong>de</strong> la<br />
1 Las ERNC son energías originadas en fuentes no contaminantes, que permiten un abastecimiento<br />
energético sustentable –con mínimos impactos ambientales y sociales- si se las utiliza con tecnologías<br />
apropiadas. Tal es el caso <strong>de</strong> la energía eólica, solar, geotérmica, biomasa, pequeñas hidráulicas y<br />
mareomotrices.<br />
2
sociedad. Paulatinamente, se ha reconocido la importancia <strong>de</strong> comenzar a <strong>de</strong>finir<br />
el rol que <strong>de</strong>ben cumplir las energías renovables no contaminantes en el país,<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la matriz energética.<br />
LARRAÍN y ENCINA (2004) también <strong>de</strong>stacan el gran potencial que tienen<br />
las energías renovables en Chile y en América Latina (por su amplia<br />
disponibilidad); estos recursos constituyen fuentes <strong>de</strong> energía limpias y no<br />
contaminantes; permiten una mayor in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia energética, reduciendo la<br />
vulnerabilidad; favorecen la diversificación <strong>de</strong> actores en el sector energético; y en<br />
<strong>de</strong>finitiva, aportan mayor estabilidad política. Dentro <strong>de</strong> estas fuentes <strong>de</strong> energía,<br />
“la biomasa” es un recurso renovable cuya utilización presenta características<br />
singulares y beneficios notables. Se trata <strong>de</strong> una fuente prácticamente inagotable,<br />
producida cíclica y continuamente por los reinos vegetal, animal y los sistemas<br />
urbano e industrial, y existe por lo menos en alguna <strong>de</strong> sus formas en todos los<br />
espacios geográficos.<br />
1.2 PROBLEMAS AMBIENTALES Y ENERGÉTICOS EN LA AGRICULTURA.<br />
Las explotaciones agrícolas son sindicadas por BETETA y GONZÁLEZ<br />
(2005) como una fuente importante <strong>de</strong>l <strong>de</strong>terioro ambiental irreversible, ya que la<br />
utilización <strong>de</strong> energías no renovables como combustible fósil, gas natural, así<br />
como también el uso irracional <strong>de</strong> plaguicidas, fertilizantes químicos y la<br />
<strong>de</strong>forestación <strong>de</strong> los bosques, constituyen en gran parte la causa <strong>de</strong> este<br />
problema.<br />
PIMENTEL y PIMENTEL (2005), también discuten la importancia <strong>de</strong> los<br />
sistemas agrícolas industriales, basados en un alto nivel <strong>de</strong> aporte <strong>de</strong> insumos<br />
fósiles. Su sostenibilidad pue<strong>de</strong> ser cuestionada dado que los ecosistemas<br />
agrícolas a nivel mundial están siendo <strong>de</strong>gradados severamente por la erosión <strong>de</strong>l<br />
3
suelo, la salinización y la contaminación <strong>de</strong>l agua, a<strong>de</strong>más los recursos <strong>de</strong> energía<br />
fósil que son esenciales para la fabricación <strong>de</strong> fertilizantes, plaguicidas, así como<br />
para el funcionamiento <strong>de</strong> la maquinaria agrícola y para impulsar sistemas <strong>de</strong><br />
riego, no son renovables.<br />
Mientras la mo<strong>de</strong>rnización agrícola avanza, según ALTIERI y NICHOLLS<br />
(2002), la relación entre la agricultura y la ecología se <strong>de</strong>bilita en la medida en que<br />
los principios ecológicos son ignorados y/o sobrepasados. De hecho, muchos<br />
científicos agrícolas han llegado al consenso <strong>de</strong> que la agricultura mo<strong>de</strong>rna<br />
confronta una crisis ambiental. Existe evi<strong>de</strong>ncia que muestra, que aunque el<br />
sistema agrícola imperante con una aplicación intensiva <strong>de</strong> capital y tecnología, ha<br />
sido extremadamente productivo y competitivo, trae consigo también una serie <strong>de</strong><br />
problemas económicos, sociales y ambientales.<br />
GONZÁLEZ et al. 2002, expresan que no es fortuito que, en este manejo<br />
productivo, los agricultores hayan privilegiado las activida<strong>de</strong>s intensivas que<br />
mantienen el suelo completamente limpio, en vez <strong>de</strong> construir obras para la<br />
conservación <strong>de</strong> suelos; aplicar fertilizantes químicos, en vez <strong>de</strong> promover la<br />
fertilidad natural; mantener un suelo completamente sano o libre <strong>de</strong> plagas y<br />
enfermeda<strong>de</strong>s, en vez <strong>de</strong> lograr un equilibrio <strong>de</strong>l sistema agrícola. En otras<br />
palabras se eleva la producción a cualquier costo, en vez <strong>de</strong> buscar el equilibrio<br />
agroecológico en el predio, utilizando fertilizantes químicos poniendo el énfasis en<br />
el logro <strong>de</strong>l máximo potencial <strong>de</strong>l rendimiento <strong>de</strong>l cultivo, <strong>de</strong>ja <strong>de</strong> lado la<br />
regeneración <strong>de</strong>l suelo.<br />
Por otro lado si a<strong>de</strong>más en las empresas agropecuarias y agroindustriales<br />
actualmente no se tratan las excretas y los <strong>de</strong>más <strong>de</strong>sechos <strong>orgánico</strong>s, estos se<br />
<strong>de</strong>scomponen naturalmente, contaminan las fuentes <strong>de</strong> agua y producen gases<br />
como el óxido nitroso, metano, amoníaco, monóxido y/o dióxido <strong>de</strong> carbono, los<br />
cuales se liberan a la atmósfera, contribuyendo al calentamiento global <strong>de</strong> la<br />
4
tierra, <strong>de</strong>bido al efecto inverna<strong>de</strong>ro que causan estos compuestos. El gas metano<br />
(CH4) y el óxido nitroso (NO) tienen respectivamente 20 y 300 veces mayor efecto<br />
inverna<strong>de</strong>ro, comparados con el dióxido <strong>de</strong> carbono (CO2), por otra parte el<br />
amoníaco (NH4) y el Ácido sulfhídrico (H2S) contribuyen con la lluvia ácida<br />
(BOTERO, 2006).<br />
Durante mucho tiempo los hombres han <strong>de</strong>pendido <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong><br />
agricultura sostenible para su supervivencia. En la actualidad, se presentan<br />
gran<strong>de</strong>s problemas <strong>de</strong>bido al rápido ritmo <strong>de</strong> crecimiento <strong>de</strong> la población humana<br />
y a la disminución <strong>de</strong> las tierras fértiles y <strong>de</strong> los recursos <strong>de</strong> energía fósil. Para<br />
satisfacer las necesida<strong>de</strong>s básicas <strong>de</strong> alimentación <strong>de</strong> la población mundial en<br />
expansión, <strong>de</strong>berá <strong>de</strong>sarrollarse un sistema agrícola productivo y sostenible.<br />
Partiendo <strong>de</strong>l análisis <strong>de</strong> diversos sistemas agrícolas, se <strong>de</strong>be estudiar el uso<br />
eficiente <strong>de</strong> todos los recursos energéticos y apren<strong>de</strong>r a conservar la tierra, el<br />
agua y los recursos biológicos que son esenciales para lograr una agricultura<br />
sostenible en el futuro (PIMENTEL y PIMENTEL, 2005).<br />
Para SANS (2007), es una necesidad urgente el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> métodos <strong>de</strong><br />
gestión agrícola que permitan armonizar la producción agraria, la conservación <strong>de</strong><br />
los recursos naturales y el <strong>de</strong>sarrollo rural. En este sentido, la agroecología,<br />
disciplina que tiene por objetivo el conocimiento <strong>de</strong> los elementos y procesos<br />
clave que regulan el funcionamiento <strong>de</strong> los agroecosistemas y establece las<br />
bases científicas para una gestión eficaz, en armonía con el ambiente, propone el<br />
diseño <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> gestión agraria basados en un enfoque más ligado al<br />
medioambiente y socialmente más sensible, centrados no únicamente en la<br />
producción, sino también en la estabilidad ecológica <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong><br />
producción.<br />
GLIESSMAN et. al (2007) enfatizan que se <strong>de</strong>be tener en consi<strong>de</strong>ración el<br />
proceso <strong>de</strong> transición <strong>de</strong> prácticas convencionales <strong>de</strong> manejo <strong>de</strong> los<br />
5
agroecosistemas a prácticas <strong>de</strong> manejo ambientalmente más sanas, con el<br />
objetivo <strong>de</strong> alcanzar sostenibilidad a largo plazo sin sacrificar ingresos<br />
económicos. Esta transición ya está ocurriendo. Muchos agricultores, a pesar <strong>de</strong><br />
la fuerte presión económica que hay para mantener sistemas convencionales <strong>de</strong><br />
producción agrícola, están en el proceso <strong>de</strong> convertir sus unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> producción<br />
a manejos y diseños más sostenibles. Por lo tanto se <strong>de</strong>ben apoyar las prácticas<br />
que estén enfocadas a la búsqueda <strong>de</strong> este proceso, como el Manejo Integrado<br />
<strong>de</strong> Plagas (MIP), las Buenas Prácticas Agrícolas, el reciclaje y reutilización <strong>de</strong> la<br />
biomasa, entre otros.<br />
1.3 ENERGÍA RENOVABLE.<br />
CABELLO (2006), <strong>de</strong>fine la energía renovable, a aquella que en un período<br />
<strong>de</strong>terminado, vuelve a estar disponible en cantida<strong>de</strong>s similares a las que se han<br />
utilizado; el lapso <strong>de</strong> tiempo <strong>de</strong> recuperación es breve, esto <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la<br />
cantidad <strong>de</strong> energía que se consuma por unidad <strong>de</strong> tiempo. Es un recurso<br />
autóctono, que se genera muy cerca <strong>de</strong> la zona en que será consumido, esto<br />
permite el autoabastecimiento y evita los riesgos <strong>de</strong> traslado e incertidumbres. Por<br />
otra parte, se favorece el <strong>de</strong>sarrollo regional, basado en sus propios recursos<br />
locales, generando más puestos <strong>de</strong> trabajo por unidad <strong>de</strong> producción energética,<br />
una mayor riqueza y un aumento <strong>de</strong>l bienestar social en el área.<br />
1.3.1 Energía <strong>de</strong> la biomasa.<br />
Entre las energías renovables se <strong>de</strong>staca el uso <strong>de</strong> productos obtenidos a<br />
partir <strong>de</strong> materia orgánica para producir energía. Estos productos componen lo<br />
que se <strong>de</strong>nomina comúnmente “biomasa”, una <strong>de</strong>finición que abarca un gran<br />
grupo <strong>de</strong> materiales <strong>de</strong> diversos orígenes y con características muy diferentes. Los<br />
6
esiduos <strong>de</strong> aprovechamientos forestales y cultivos agrícolas, residuos <strong>de</strong> podas<br />
<strong>de</strong> jardines, residuos <strong>de</strong> industrias agroforestales, cultivos con fines energéticos,<br />
combustibles líquidos <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong> productos agrícolas, residuos <strong>de</strong> origen animal<br />
o humano, entre otros, todos pue<strong>de</strong>n consi<strong>de</strong>rarse <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la citada <strong>de</strong>finición.<br />
Por otra parte en una acepción estrictamente ecológica, CABELLO (2006), la<br />
<strong>de</strong>fine como un conjunto <strong>de</strong> sustancias orgánicas proce<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> seres vivos<br />
<strong>de</strong>positados en un <strong>de</strong>terminado lugar y también como el conjunto <strong>de</strong> materia<br />
orgánica renovable <strong>de</strong> origen vegetal, animal o proce<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> la transformación<br />
natural o artificial <strong>de</strong> la misma.<br />
La energía que contiene la biomasa es energía solar almacenada a través<br />
<strong>de</strong> la fotosíntesis (Figura 1.), proceso por el cual las plantas, utilizan la energía<br />
solar para convertir los compuestos in<strong>orgánico</strong>s que asimilan (como el CO2) en<br />
compuestos <strong>orgánico</strong>s (IDEA, 2007a).<br />
Chile cuenta con un importante potencial <strong>de</strong> energía <strong>de</strong> biomasa, existiendo<br />
amplias posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> aprovechamiento para la generación <strong>de</strong> <strong>biogás</strong>, aun que<br />
actualmente sólo se extrae este combustible <strong>de</strong> algunos verte<strong>de</strong>ros en la Región<br />
Metropolitana, explotando volúmenes muy pequeños y poco significativos.<br />
7
Figura 1: Ciclo <strong>de</strong> la gen generación <strong>de</strong> biomasa (IDEA 2007a).<br />
1.3.1.1 Fuentes <strong>de</strong> biomasa.<br />
Las fuentes <strong>de</strong> biomasa que se pue<strong>de</strong>n consi<strong>de</strong>rar <strong>de</strong> forma global según el<br />
trabajo <strong>de</strong> ALONSO (2004) son las siguientes:<br />
1.3.1.1.1 Biomasa natural.<br />
Se consi<strong>de</strong>ra a la biomasa natural como la proce<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> forma<br />
espontánea <strong>de</strong> la naturaleza (masas forestales generalmente), y actualmente es la<br />
principal base energética <strong>de</strong> los países sub<strong>de</strong>sarrollados que se encuentran en<br />
8
vías <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo, por lo que se <strong>de</strong>berían establecer programas a<strong>de</strong>cuados <strong>de</strong><br />
gestión <strong>de</strong> ese aprovechamiento, ya que se podría originar una <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong> los<br />
ecosistemas con consecuencias tan negativas como la <strong>de</strong>forestación y la erosión<br />
<strong>de</strong> gran<strong>de</strong>s superficies <strong>de</strong> terreno.<br />
1.3.1.1.2. Biomasa residual.<br />
Respecto a la biomasa residual, se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir que en ella se incluyen<br />
todas aquellas materias primas que se generan en las activida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> producción,<br />
transformación y consumo, que no han alcanzado valor económico en el contexto<br />
don<strong>de</strong> se generan.<br />
Des<strong>de</strong> un punto <strong>de</strong> vista medioambiental, en algunas ocasiones provocan<br />
graves problemas <strong>de</strong> contaminación <strong>de</strong>rivado <strong>de</strong> su mala gestión, por lo que, si se<br />
actúa convenientemente pue<strong>de</strong>n ser aprovechados energéticamente con las<br />
consiguientes revalorizaciones económicas. En este grupo se incluyen materiales<br />
como los residuos agrícolas herbáceos (<strong>de</strong> cultivos como los cereales, girasol<br />
(Helianthus annuus), canola (Brassica napus) o algodón (Gossypium hirstium)),<br />
residuos agrícolas leñosos (<strong>de</strong> las podas <strong>de</strong> frutales <strong>de</strong> pepita, <strong>de</strong> hueso, cítricos,<br />
olivo, vid o frutales <strong>de</strong> frutos secos), residuos <strong>de</strong> industrias agroalimentarias (en<br />
industrias tan importantes como la <strong>de</strong>l arroz, la <strong>de</strong>l aceite <strong>de</strong> oliva, la <strong>de</strong> los frutos<br />
secos o la <strong>de</strong>l vino), residuos forestales (proce<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> los tratamientos silvícolas<br />
para evitar incendios forestales y <strong>de</strong> las cortas <strong>de</strong> pies ma<strong>de</strong>rables en montes y en<br />
matorrales), residuos <strong>de</strong> industrias forestales (generada en industrias <strong>de</strong> primera y<br />
segunda transformación <strong>de</strong> la ma<strong>de</strong>ra), residuos gana<strong>de</strong>ros (generados<br />
mayoritariamente en las explotaciones intensivas <strong>de</strong> ganado porcino y vacuno),<br />
aguas residuales (producidas como consecuencia <strong>de</strong> la actividad humana e<br />
industrial) y residuos sólidos urbanos (RSU), producidos en las concentraciones<br />
urbanas e industriales como consecuencia <strong>de</strong> las activida<strong>de</strong>s diarias.<br />
9
Para MIRNADA (1999) <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la biomasa residual, las aguas residuales<br />
o agua servida presentan un gran importancia, <strong>de</strong>finiéndolas como una<br />
combinación <strong>de</strong> los líquidos y residuos arrastrados por el agua proveniente <strong>de</strong><br />
casas, edificios comerciales, fábricas e instituciones junto a cualquier agua<br />
subterránea, superficial o pluvial que pueda estar presente; a<strong>de</strong>más expone que<br />
existen cuatro fuentes <strong>de</strong> aguas residuales las cuales son: 1. Aguas domesticas o<br />
urbanas; 2. Aguas residuales industriales; 3. Aguas <strong>de</strong> usos agrícolas y 4. Aguas<br />
pluviales.<br />
Las aguas domesticas o urbanas presentan mayor importancia relativa en<br />
relación a las <strong>de</strong>más fuentes <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista <strong>de</strong> la biomasa, ya que al ser<br />
tratadas producen una gran cantidad <strong>de</strong> residuos, siendo el principal método<br />
utilizado en el proceso la <strong>de</strong>puración las plantas <strong>de</strong> tratamientos <strong>mediante</strong> lodos<br />
activados. Este método fue <strong>de</strong>sarrollado en Inglaterra en 1914 por An<strong>de</strong>rn y<br />
Lockett y fue llamado así por la producción <strong>de</strong> una masa activada <strong>de</strong><br />
microorganismos capaz <strong>de</strong> estabilizar un residuo por vía aeróbica. En el proceso<br />
<strong>de</strong> lodos activados, un residuo se estabiliza biológicamente en un reactor bajo<br />
condiciones aeróbicas, en el cual los microorganismos son completamente<br />
mezclados con la materia orgánica en el agua residual <strong>de</strong> manera que ésta les<br />
sirve <strong>de</strong> sustrato alimenticio. El ambiente aeróbico se logra <strong>mediante</strong> el uso <strong>de</strong><br />
aireación por medio <strong>de</strong> difusores o sistemas mecánicos. Al contenido <strong>de</strong>l reactor<br />
se le llama líquido mezcla. Una vez que el agua residual ha sido tratada en el<br />
reactor, la masa biológica resultante se separa <strong>de</strong>l liquido en un tanque <strong>de</strong><br />
sedimentación y parte <strong>de</strong> los sólidos sedimentados son retornados al reactor,<br />
siendo eliminada o purgada la masa sobrante, representando esta una fuente <strong>de</strong><br />
biomasa importante.<br />
10
1.3.1.1.3 Exce<strong>de</strong>ntes agrícolas.<br />
Los exce<strong>de</strong>ntes agrícolas son todas aquellas materias primas que se<br />
encuentran en una situación cuya producción es mayor que su utilización. Su<br />
empleo como materia prima energética <strong>de</strong>be ser en momentos puntuales para<br />
remediar el problema <strong>de</strong> los exce<strong>de</strong>ntes, intentando que eso no se prolongue en el<br />
tiempo porque si no la situación sería insostenible.<br />
1.3.1.1.4 Cultivos energéticos.<br />
Como cultivos energéticos se entien<strong>de</strong>n todas aquellas especies vegetales<br />
tradicionales con gran superficie <strong>de</strong> cultivo que se pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>sarrollar tanto para<br />
uso alimentario como energético (caso <strong>de</strong> los cereales, girasol (Helianthus<br />
annuus), canola (Brassica napus), entre otros), especies que se están ensayando<br />
y mejorando las cuales tienen como principal <strong>de</strong>stino el energético (caso <strong>de</strong> la<br />
canola) e incluso especies alimentarias con superficie <strong>de</strong> cultivo reducido pero que<br />
presentan un potencial energético muy alto como es el cardo.<br />
Las posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> tratamientos para estos tipos <strong>de</strong> residuos (biomasa),<br />
están estudiadas en el trabajo <strong>de</strong> CABELLO (2006), y en este también se<br />
menciona el <strong>de</strong>stino final <strong>de</strong> la reutilización (Figura 2).<br />
11
TIPO DE RESIDUO TRATAMIENTO APROVECHAMIENTO<br />
Residuos forestales<br />
Residuos agrícolas<br />
Residuos <strong>de</strong> ind. agrícolas<br />
Residuos <strong>de</strong> ind. forestales<br />
Residuos sólidos urbanos<br />
Efluentes gana<strong>de</strong>ros<br />
Residuos ind. agroalimentaria<br />
Aguas residuales urbanas<br />
Residuos sólidos urbanos<br />
Exce<strong>de</strong>ntes agrícolas<br />
Residuos ind. agroalimentarias<br />
Cultivos energéticos<br />
Sin tratamiento<br />
Trituración<br />
Densificación<br />
Pirolisis<br />
Gasificación<br />
Digestión anaeróbica<br />
Fermentación alcohólica<br />
Extracción<br />
Figura 2: Tratamientos para la reutilización <strong>de</strong> la biomasa (CABELLO, 2006)<br />
1.3.1.2 Ventajas en la utilización <strong>de</strong> la biomasa (DECAP, 2006)<br />
COMBUSTIÓN<br />
Dentro <strong>de</strong> las principales ventajas que presenta la biomasa como fuente<br />
energética, esta su carácter renovable; a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> disminuir las emisiones <strong>de</strong><br />
CO2, ya que es la única fuente <strong>de</strong> energía que aporta un balance <strong>de</strong> C favorable,<br />
<strong>de</strong> manera que la materia orgánica es capaz <strong>de</strong> retener durante su crecimiento<br />
más CO2 <strong>de</strong>l que se libera en su combustión. No emite contaminantes sulfurados<br />
o nitrogenados causantes <strong>de</strong> la lluvia ácida; es posible aprovechar los exce<strong>de</strong>ntes<br />
en el mercado <strong>de</strong> alimentos <strong>de</strong> los cultivos energéticos. Eso pue<strong>de</strong> ofrecer una<br />
nueva oportunidad al sector agrícola, a<strong>de</strong>más se traduce en un reciclaje y<br />
disminución <strong>de</strong> residuos; también presenta un gran potencial para rehabilitar<br />
tierras <strong>de</strong>gradadas; se evita la contaminación <strong>de</strong>l medio aprovechando los<br />
EN<br />
HOGAR<br />
COMBUSTIÓN<br />
EN<br />
MOTOR<br />
12
esiduos <strong>orgánico</strong>s para la obtención <strong>de</strong> energía; a<strong>de</strong>más se obtienen productos<br />
bio<strong>de</strong>gradables y por último pue<strong>de</strong> provocar un aumento económico en el medio<br />
rural.<br />
En la actualidad la tecnología aplicada a la biomasa está sufriendo un gran<br />
<strong>de</strong>sarrollo. La investigación se está centrando en los siguientes puntos: (a) En el<br />
aumento <strong>de</strong>l rendimiento energético <strong>de</strong> este recurso; (b) En minimizar los efectos<br />
negativos ambientales <strong>de</strong> los residuos aprovechados y <strong>de</strong> las propias<br />
aplicaciones; (c) En aumentar la competitividad en el mercado <strong>de</strong> los productos;<br />
(d) En posibilitar nuevas aplicaciones <strong>de</strong> gran interés como los biocombustibles.<br />
1.3.1.2 Desventajas <strong>de</strong> la biomasa (DECAP, 2006).<br />
La Energía <strong>de</strong> la biomasa tiene un mayor costo <strong>de</strong> producción frente a la que<br />
proviene <strong>de</strong> los combustibles fósiles, a<strong>de</strong>más los combustibles <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong><br />
biomasa presentan un menor rendimiento energético en comparación con los<br />
combustibles fósiles; la materia prima es <strong>de</strong> baja <strong>de</strong>nsidad energética, lo que<br />
quiere <strong>de</strong>cir que ocupa mucho volumen y por lo tanto pue<strong>de</strong> tener problemas <strong>de</strong><br />
transporte y almacenamiento, por lo que es necesario un acondicionamiento o<br />
transformación <strong>de</strong> la materia prima para la utilización, por otra parte también para<br />
el aprovechamiento <strong>de</strong> la biomasa se exige un aporte notable en cantidad <strong>de</strong><br />
energía para su recolección, transporte y otra transformación en combustible útil,<br />
lo cual reduce consi<strong>de</strong>rablemente la energía neta resultante.<br />
13
1.4 SITUACIÓN CHILENA DE LAS PLANTAS DE AGUAS SERVIDAS Y LOS<br />
LODOS ACTIVOS.<br />
Según BARAÑAO y TAPIA (2004), gracias a la promulgación <strong>de</strong> diversas<br />
normativas ambientales durante la última década se ha impulsado <strong>de</strong> manera<br />
importante la construcción <strong>de</strong> Plantas <strong>de</strong> Tratamiento <strong>de</strong> Aguas Servidas (PTAS)<br />
en Chile. A comienzos <strong>de</strong> la década <strong>de</strong> los 90 comenzó en el país, en forma<br />
incipiente, el proceso <strong>de</strong> construcción <strong>de</strong> PTAS, éste se aceleró significativamente<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> el año 2000, con la publicación <strong>de</strong> la Norma <strong>de</strong> Emisión <strong>de</strong> Residuos<br />
Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales (Comisión Nacional <strong>de</strong>l<br />
Medio Ambiente, 2001).<br />
Actualmente en Chile la Superinten<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> Servicios Sanitarios (SISS) es<br />
quien fiscaliza el cumplimiento <strong>de</strong> la normativa y según el Informe <strong>de</strong> Gestión <strong>de</strong>l<br />
Sector Sanitario (SISS, 2008), el 82,6% <strong>de</strong> la población recibe cobertura en el<br />
tratamiento <strong>de</strong> las aguas servidas a cargo <strong>de</strong> empresas sanitarias<br />
correspondientes a cada región, las cuales a fines <strong>de</strong>l 2008 presentaban un total<br />
<strong>de</strong> 257 plantas <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong> aguas servidas autorizadas, las que se<br />
encuentran en su totalidad en operación. De acuerdo a proyecciones realizadas en<br />
este trabajo, el índice <strong>de</strong> cobertura <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong> aguas servidas a nivel<br />
nacional alcanzará prácticamente un 98,7% en los próximos cinco años.<br />
Según la SISS (2008), entre los principales sistemas <strong>de</strong> tratamientos<br />
empleados por las PTAS están los emisarios submarinos (12,5%), lagunas<br />
aireadas (21%) y lodos activados (57,2%). El sector sanitario ha continuado la<br />
ten<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> la implementación <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong> aguas servidas<br />
basados en la tecnología <strong>de</strong>l tipo lodos activados en aquellas áreas urbanas<br />
don<strong>de</strong> se <strong>de</strong>scargaban aguas servidas crudas a cursos <strong>de</strong> aguas superficiales<br />
continentales.<br />
14
Como ya se mencionó, la mayor cantidad <strong>de</strong> PTAS correspon<strong>de</strong>n a la<br />
modalidad <strong>de</strong> lodos activados, información avalada en el trabajo <strong>de</strong> CHAMY y<br />
VIVANCO (2007), estos autores aña<strong>de</strong>n por otra parte, que si bien esta tecnología<br />
permite sanear las aguas, genera alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 0,88 kg <strong>de</strong> lodo húmedo por m 3 <strong>de</strong><br />
agua tratada, tomando en cuenta que la cantidad y composición <strong>de</strong> los lodos<br />
varían según las características <strong>de</strong> las aguas residuales tratadas, se obtienen un<br />
volumen consi<strong>de</strong>rable <strong>de</strong> lodos (Cuadro 1).<br />
Cuadro 1: Generación <strong>de</strong> lodos provenientes <strong>de</strong> plantas <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong> aguas<br />
domésticas, tipo lodos activos.<br />
Fuente: CHAMY y VIVANCO 2007.<br />
Las PTAS que generan lodos varían en función <strong>de</strong>l uso que les dan a los<br />
mismos (Cuadro 1), logrando diferenciar tres grupos; las plantas que metanizan<br />
los lodos generados (BM), las que disponen los lodos en verte<strong>de</strong>ros autorizados<br />
15
(RS), y las que realizan otros procesos como compostaje (OU), siendo RS<br />
mayoritariamente el <strong>de</strong>stino final.<br />
Según la Comisión Nacional <strong>de</strong>l Medio Ambiente (CONAMA) (2000), los<br />
lodos pue<strong>de</strong>n presentar propieda<strong>de</strong>s para usos agronómicos, siempre que se<br />
tomen los resguardos sanitarios y ambientales necesarios en su manejo. El uso<br />
agrícola <strong>de</strong> los lodos está respaldado por más <strong>de</strong> diez años <strong>de</strong> experiencia en el<br />
mundo y a<strong>de</strong>más por estudios <strong>de</strong> investigaciones <strong>de</strong> los aspectos ambientales,<br />
como son, el contenido <strong>de</strong> metales pesados, microorganismos patógenos y<br />
nutrientes presentes en los mismos<br />
En el ámbito mundial se han <strong>de</strong>sarrollado alternativas <strong>de</strong> uso <strong>de</strong> los lodos<br />
generados en las plantas <strong>de</strong> tratamientos <strong>de</strong> aguas residuales, siendo una <strong>de</strong> ellas<br />
la incorporación en los suelos agrícolas, evitando así el costo <strong>de</strong> confinamiento.<br />
Esta práctica representa la oportunidad <strong>de</strong> darle un valor agregado al residuo que<br />
se está generando en las plantas tratadoras <strong>de</strong> aguas residuales, al aprovecharse<br />
como fertilizante y/o acondicionador al suelo. Una <strong>de</strong>sventaja <strong>de</strong>l uso <strong>de</strong> los<br />
biosólidos, es que el contenido <strong>de</strong> nutrientes esenciales para los vegetales, es<br />
muy variable <strong>de</strong>bido a cambios <strong>de</strong> concentraciones <strong>de</strong>l influente a la planta <strong>de</strong><br />
tratamiento y a cambios en la actividad microbiológica y química <strong>de</strong> la misma<br />
(HERNÁNDEZ, 2005).<br />
Para reutilizarlos como se expone anteriormente, los lodos <strong>de</strong>ben ser<br />
tratados para estabilizar las características fisicoquímicas y principalmente las<br />
biológicas, las cuales son expuestas en los cuadros 2 y 3 elaborados con lodos<br />
crudos para una planta tipo <strong>de</strong> lodos activados.<br />
16
Cuadro 2. Características fisicoquímicas y biológicas <strong>de</strong> los lodos activos sin<br />
tratamiento.<br />
PARÁMETROS UNIDAD VALOR<br />
Ph pH 7,00<br />
C.E dS/m 1,90<br />
M.O % 0,12<br />
C. Orgánico % 0,07<br />
Relación C/N 1,80<br />
N. Total % 0,04<br />
NH4 Disponible % 0,0087<br />
P Total % 0,0034<br />
P2O5 Total % 0,0078<br />
K Total % 0,0025<br />
K2O Total % 0,0030<br />
Ác. Húmicos % 0,07<br />
Ác. Fúlvicos % 0,07<br />
Ex. Húmicos Totales % 0,14<br />
Densidad g/cc 1,01<br />
Coliformes fecales. NMP ˃ 1600<br />
Fuente: Elaboración propia, datos tomados <strong>de</strong> lodos PTAS Sotaquí, Aguas <strong>de</strong>l<br />
Valle.<br />
17
Cuadro 3. Concentración <strong>de</strong> metales pesados en lodos activos.<br />
Elemento (Total) Unidad Día 0<br />
Arsénico mg/L < 0,01<br />
Cadmio mg/L < 0,01<br />
Cobre mg/L 3<br />
Cromo mg/L < 0,01<br />
Mercurio mg/L < 0,01<br />
Níquel mg/L 0,9<br />
Plomo mg/L < 0,01<br />
Zinc mg/L 7<br />
Fuente: Elaboración propia, datos tomados <strong>de</strong> lodos PTAS Sotaquí, Aguas <strong>de</strong>l<br />
Valle.<br />
Los lodos para ser utilizados <strong>de</strong>ben cumplir con los requisitos <strong>de</strong> la Norma<br />
Chilena 2880, Compost - clasificación y requisitos (Instituto Nacional <strong>de</strong><br />
Normalización (INN), 2004), en la cual se <strong>de</strong>finenen dos clases <strong>de</strong> compost <strong>de</strong><br />
acuerdo a su nivel <strong>de</strong> calidad. Compost clase A: este producto no presenta<br />
restricciones <strong>de</strong> uso, Su conductividad eléctrica <strong>de</strong>be ser menor a 3 dS/m y su<br />
relación C/N <strong>de</strong>be ser menor o igual a 25. Por otro lado está compost clase B,<br />
Este producto presenta algunas restricciones <strong>de</strong> uso, por lo que para ser aplicado<br />
requiere ser mezclado con otros elementos a<strong>de</strong>cuados. Su conductividad eléctrica<br />
<strong>de</strong>be estar entre 3 dS/m y 8 dS/m y su relación C/N <strong>de</strong>be ser menor o igual a 30.<br />
Sin embargo <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista microbiológico ambos <strong>de</strong>ben cumplir con<br />
una población <strong>de</strong> coliformes fecales inferiores a 1000 NMP por gramo <strong>de</strong> compost,<br />
en base seca. A<strong>de</strong>más todas las clases <strong>de</strong> compost <strong>de</strong>ben cumplir con los<br />
18
equisitos <strong>de</strong> concentración máxima permitida <strong>de</strong> metales pesados indicados en<br />
Cuadro 4:<br />
Cuadro 4: Concentraciones máximas <strong>de</strong> metales pesados en compost producidos<br />
en base a lodos.<br />
Metales pesados<br />
Arsénico 15<br />
Cadmio 2<br />
Cobre 100<br />
Cromo 120<br />
Mercurio 1<br />
Níquel 20<br />
Plomo 100<br />
Zinc 200<br />
Concentraciones máximas<br />
en mg/kg <strong>de</strong> compost.<br />
1) Concentraciones expresadas como contenidos<br />
totales.<br />
Fuente: NORMA CHILENA 2880, COMPOST - CLASIFICACIÓN Y REQUISITOS<br />
(2004).<br />
Dentro <strong>de</strong> los métodos más apropiados para la purificación <strong>de</strong> los efluentes<br />
se encuentra la digestión anaeróbica <strong>de</strong>bido a la alta capacidad que este proceso<br />
presenta en la disminución <strong>de</strong> la carga microbiana (MCGARRY & STAINFORTH,<br />
1978; citados por BOTERO & PRESTON, 1987). Esto es avalado por MONCAYO<br />
(2005) quien postula a los biodigestores como estrategia para ayudar a disminuir<br />
el impacto ambiental, ya que logran cumplir una función ecológica muy importante,<br />
al reciclar totalmente los <strong>de</strong>sechos <strong>orgánico</strong>s (biomasa) a un costo muy bajo.<br />
19
1.5 DIGESTIÓN ANAERÓBICA.<br />
El proceso <strong>de</strong> digestión anaeróbica presenta múltiples aplicaciones en la<br />
reutilización <strong>de</strong> residuos <strong>orgánico</strong>s, en este ámbito, GARCÍA-MORALES et al.<br />
(2008), afirman que la digestión anaeróbica se ha aplicado <strong>de</strong> forma generalizada<br />
para el tratamiento <strong>de</strong> residuo <strong>de</strong> alta carga orgánica; fracción orgánica <strong>de</strong><br />
residuos sólidos urbanos, lodos <strong>de</strong> <strong>de</strong>puradora y aguas residuales <strong>de</strong> industria <strong>de</strong>l<br />
sector agroalimentario.<br />
La digestión anaeróbica es un proceso biológico, en que la materia orgánica<br />
en ausencia <strong>de</strong> oxígeno y <strong>mediante</strong> la acción <strong>de</strong> un grupos <strong>de</strong> bacterias<br />
específicas, se <strong>de</strong>scomponen en un producto gaseoso, “<strong>biogás</strong>” (CH4, CO2, H2,<br />
H2S, etc.), y en un efluente, compuesto por una mezcla <strong>de</strong> productos minerales (N,<br />
P, K, Ca, etc.) y compuestos <strong>de</strong> difícil <strong>de</strong>gradación (IDEA, 2007b).<br />
1.5.1 Etapas <strong>de</strong> la digestión anaeróbica<br />
DE MES (2003) presenta el proceso <strong>de</strong> digestión anaeróbica<br />
subdividiéndolo en cuatro fases, cada una <strong>de</strong> éstas requiere su propio grupo<br />
característico <strong>de</strong> microorganismos para ser llevada a cabo:<br />
1. Hidrólisis: conversión <strong>de</strong> biopolímeros no soluble a compuestos solubles<br />
<strong>orgánico</strong>s. Esta etapa esta realizada por anaeróbicos facultativos<br />
2. Fermentación: conversión <strong>de</strong> compuestos solubles <strong>orgánico</strong>s a ácidos<br />
grasos volátiles y CO2.<br />
3. Acetogénesis: conversión <strong>de</strong> ácidos grasos volátiles a acetato y H2<br />
20
4. Metanogénesis: conversión <strong>de</strong> acetato y CO CO2 más H2 a gas metano (CH4).<br />
MADIGAN et al. en su libro explican que el proceso <strong>de</strong> producción biológica<br />
<strong>de</strong> metano lo llevan a cabo un grupo <strong>de</strong> arqueas anaeró anaeróbicas anaeró estrictas,<br />
tales ales organismos reciben el nombre <strong>de</strong> metanógenos.,<br />
Una representación esquemática simplificada <strong>de</strong> la <strong>de</strong>gradación anaerobia<br />
<strong>de</strong> la materia orgánica ánica se muestra en la Figura 3.<br />
Fermentación<br />
Figura 3: Representación esquemática simplificada <strong>de</strong> la <strong>de</strong>gradación anaeróbica<br />
<strong>de</strong> la materia orgánica (DE MES, 2003).<br />
Ácidos volátiles<br />
(Butílico, Propiónico,<br />
Acético, Láctico),<br />
Alcohol.<br />
21
1.5.2 Microbiología <strong>de</strong> la digestión anaerobia.<br />
Para RODRÍGUEZ (s.f.) la <strong>de</strong>gradación anaerobia <strong>de</strong> la materia orgánica<br />
requiere la intervención <strong>de</strong> diversos grupos <strong>de</strong> bacterias facultativas y anaerobias<br />
estrictas, las cuales utilizan en forma secuencial los productos metabólicos<br />
generados por cada grupo. La digestión anaerobia <strong>de</strong> la materia orgánica<br />
involucra tres gran<strong>de</strong>s grupos tróficos:<br />
1.5.2.1 Grupo I: Bacterias Hidrolíticas – Fermentativas<br />
Las bacterias que llevan a cabo las reacciones <strong>de</strong> hidrólisis y acidogénesis<br />
son anaerobias facultativas y los géneros más frecuentes que participan son los<br />
miembros <strong>de</strong> la familia Enterobacteriaceae, a<strong>de</strong>más los géneros Bacillus,<br />
Peptostreptococcus, Propionibacterium, Bacteroi<strong>de</strong>s, Micrococcus y Clostridium.<br />
Las bacterias con actividad proteolítica son en su mayoría especies <strong>de</strong> los géneros<br />
Clostridium, Peptococcus, Bifidobacterium y Staphylococcus. Bacterias como<br />
Anaerovibrio lipolytica con actividad lipolítica han sido aisladas <strong>de</strong>l rumen <strong>de</strong><br />
bovinos; igualmente la Butyrovibrio fibrisolvens hidroliza fosfolípidos cuando crece<br />
con azúcares fermentables como fuente <strong>de</strong> carbono.<br />
1.5.2.2 Grupo II: Bacterias Acetogénicas<br />
Para que tenga lugar una eficiente metanogénesis, los productos <strong>de</strong><br />
fermentación como el propionato (ácido propiónico) y el butirato (ácido butírico)<br />
<strong>de</strong>ben ser oxidados a acetato, CO2 y H2, esta oxidación es llevada a cabo por un<br />
grupo <strong>de</strong>nominado organismos acetógenos productores obligados <strong>de</strong> hidrógeno<br />
(OHPA), <strong>mediante</strong> un proceso conocido como acetogénesis. Aunque la mayoría<br />
<strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> reacciones consume energía, en ambientes anaerobios don<strong>de</strong> la<br />
22
energía disponible es baja, el acoplamiento <strong>de</strong> la actividad <strong>de</strong> las bacterias OHPA<br />
con las bacterias consumidoras <strong>de</strong> H2 (metanógenos hidrogenofílicos) permite un<br />
balance energético favorable. Este último grupo, consume el hidrogeno generado<br />
por las OHPA manteniendo una presión parcial <strong>de</strong> H2 a un nivel a<strong>de</strong>cuado para<br />
que termodinámicamente pueda darse la conversión <strong>de</strong> los AGV a acetato e<br />
hidrógeno. Esta asociación se conoce como “relación sintrófica” o “transferencia<br />
interespecífica <strong>de</strong> hidrógeno”. Solamente un limitado número <strong>de</strong> especies <strong>de</strong>l<br />
grupo OHPA han sido aisladas; probablemente existan más, pero aún no son<br />
conocidas. Dentro <strong>de</strong> las especies aisladas se pue<strong>de</strong>n mencionar:<br />
Syntrophomonas sapovorans, Syntrophobacter wolinii, Syntromonas wolfei,<br />
Syntrophospara bryantii, Syntrophus buswellii<br />
Dentro <strong>de</strong>l grupo <strong>de</strong> acetógenos existe un grupo <strong>de</strong> bacterias conocidas<br />
como “bacterias homoacetogénicas” las cuales son anaerobias obligadas y utilizan<br />
el CO2, como aceptor final <strong>de</strong> electrones, produciendo acetato como producto<br />
único <strong>de</strong> la fermentación anaerobia. Este grupo no es un grupo taxonómico<br />
<strong>de</strong>finido, en el se incluyen una variedad <strong>de</strong> bacterias Gram (+) y Gram (-)<br />
formadoras <strong>de</strong> esporas como: Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum y<br />
Acetobacterium wooddi.<br />
1.5.2.3 Grupo III: Bacterias Metanogénicas<br />
Las bacterias metanogénicas pertenecen al grupo actualmente conocido<br />
como Archeaea, cuyos miembros presentan características diferentes a las<br />
encontradas en Bacteria. Estas características están relacionadas<br />
fundamentalmente con la composición química <strong>de</strong> algunas estructuras celulares.<br />
Las bacterias metanogénicas son anaerobias estrictas y producen metano como<br />
principal producto <strong>de</strong>l metabolismo energético. Dentro <strong>de</strong> estos organismos se<br />
23
pue<strong>de</strong>n i<strong>de</strong>ntificar los siguientes or<strong>de</strong>nes; Methanobacteriales, Methanococcales,<br />
Methanomicrobiales, Methanosarcinales y Methanopyrales.<br />
1.6 BIODIGESTORES<br />
Se les llama biodigestores a los <strong>de</strong>pósitos en los que tiene lugar la digestión<br />
anaerobia aprovechando el recurso <strong>de</strong> la Biomasa; a gran<strong>de</strong>s rasgos se pue<strong>de</strong>n<br />
<strong>de</strong>finir como recipientes o tanques que permiten la carga <strong>de</strong> sustratos y <strong>de</strong>scarga<br />
<strong>de</strong> bio<strong>abono</strong> (efluente) y también poseen un sistema <strong>de</strong> recolección <strong>de</strong> <strong>biogás</strong><br />
para su aprovechamiento energético (MONCAYO, 2005).<br />
CAMPERO (2007), por su parte, <strong>de</strong>fine a un digestor <strong>de</strong> <strong>de</strong>sechos<br />
<strong>orgánico</strong>s, en forma simple, como un contenedor cerrado, hermético e<br />
impermeable (llamado reactor), <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l cual se <strong>de</strong>posita el material <strong>orgánico</strong> a<br />
fermentar (excrementos animales y humanos, <strong>de</strong>sechos vegetales, entre otros) en<br />
<strong>de</strong>terminada dilución <strong>de</strong> agua para que se <strong>de</strong>scomponga, produciendo gas metano<br />
y fertilizantes <strong>orgánico</strong>s ricos en nitrógeno, fósforo y potasio.<br />
El mismo autor explica que, el fenómeno <strong>de</strong> biodigestión ocurre, <strong>de</strong>bido a la<br />
existencia <strong>de</strong> un grupo <strong>de</strong> microorganismos bacterianos anaeróbicos presentes en<br />
el material fecal, que al actuar sobre los <strong>de</strong>sechos <strong>orgánico</strong>s <strong>de</strong> origen vegetal y<br />
animal, producen una mezcla <strong>de</strong> gases con alto contenido <strong>de</strong> metano (CH4),<br />
llamado <strong>biogás</strong>, sumamente eficiente si se emplea como combustible. El resultado<br />
<strong>de</strong> este proceso genera residuos con un alto grado <strong>de</strong> concentración <strong>de</strong> nutrientes<br />
y materia orgánica, (i<strong>de</strong>ales como fertilizantes) que pue<strong>de</strong>n ser aplicados frescos,<br />
pues el tratamiento anaerobio elimina los patógenos presentes en el sustrato.<br />
24
1.6.1 Clasificación <strong>de</strong> los biodigestores.<br />
En general, según BAQUEDANO Y MORALES (1987), los biodigestores se<br />
pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>finir <strong>de</strong> las siguientes formas, según el diseño <strong>de</strong> construcción y al tipo<br />
<strong>de</strong> proceso empleado.<br />
Si se clasifican según el tipo <strong>de</strong> proceso empleado (particularmente según<br />
el sistema <strong>de</strong> abastecimiento <strong>de</strong> la materia prima), se pue<strong>de</strong>n encontrar tres tipos<br />
<strong>de</strong> digestores: los <strong>de</strong> carga continua, los <strong>de</strong> carga discontinua y por último <strong>de</strong><br />
carga semicontinua.<br />
- Biodigestores <strong>de</strong> carga continua: estos son cargados y <strong>de</strong>scargados en<br />
-<br />
forma regular y periódica <strong>de</strong> tal manera que la producción <strong>de</strong> gas y<br />
fertilizante (efluente o material <strong>orgánico</strong> fermentado) es permanente.<br />
- Biodigestores <strong>de</strong> carga discontinua o régimen estacionarios: el ciclo <strong>de</strong><br />
producción <strong>de</strong> gas y fertilizante sólo pue<strong>de</strong> ser continuado o reiniciado<br />
una vez que la carga y <strong>de</strong>scarga <strong>de</strong>l total <strong>de</strong>l contenido <strong>de</strong> materia prima<br />
<strong>de</strong>l digestor haya ocurrido.<br />
- Biodigestores <strong>de</strong> carga semicontinua: la primera carga que se introduce,<br />
consta <strong>de</strong> gran material; cuando va disminuyendo gradualmente el<br />
rendimiento <strong>de</strong>l gas se agregan nuevas materias primas y se <strong>de</strong>scarga<br />
el efluente regularmente en la misma cantidad (GUEVARA, 1996).<br />
1.6.2 Mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> biodigestores.<br />
Existen muchos mo<strong>de</strong>los entre los más populares está, “El Mo<strong>de</strong>lo Chino”,<br />
“El Mo<strong>de</strong>lo Indio”, “El Mo<strong>de</strong>lo Batch o por Lotes” y “los Mo<strong>de</strong>los Horizontales”, en<br />
25
estos últimos se pue<strong>de</strong>n encontrar los Rectangulares y Tubulares <strong>de</strong> plástico,<br />
construidos con materiales que van <strong>de</strong>s<strong>de</strong> plásticos prefabricados hasta polietileno<br />
(GUEVARA, 1996).<br />
1.6.2.1 Mo<strong>de</strong>lo Chino.<br />
Este mo<strong>de</strong>lo (Figura 4) está muy difundido en China, más <strong>de</strong> cinco millones<br />
<strong>de</strong> biodigestores se han construido en el país, pero <strong>de</strong>sgraciadamente, la<br />
tecnología no ha sido tan popular fuera <strong>de</strong> éste.<br />
Este mo<strong>de</strong>lo correspon<strong>de</strong> a un digestor <strong>de</strong> cúpula fija en forma cilíndrica,<br />
enterrado con cámaras <strong>de</strong> hidropresión. La estructura pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong> hormigón, <strong>de</strong><br />
ladrillo, bloques, adobes y se les pue<strong>de</strong> adicionar el gasómetro externo.<br />
Este digestor por estar enterrado favorece el proceso fermentativo, con<br />
poca influencia por los cambios <strong>de</strong> temperatura, la <strong>de</strong>sventaja que presenta es<br />
que la presión <strong>de</strong>l gas es variable <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong>l volumen acumulado.<br />
26
Figura 4: Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> biodigestor chino (TORRES y ORTEGAS, 2009).<br />
1.6.2.2 Mo<strong>de</strong>lo Hindú.<br />
Es originario <strong>de</strong> India y se ha difundido mucho <strong>de</strong>bido a la presión <strong>de</strong><br />
trabajo constante que se logra en el proceso, generalmente son verticales, con el<br />
gasómetro incorporado (por lo que llama digestor <strong>de</strong> Cúpula Móvil), la estructura<br />
se construye <strong>de</strong> bloques y concreto, el gasómetro es <strong>de</strong> acero, lo que lo hace<br />
costoso (Figura 5).<br />
El gasómetro posee una camisa que se <strong>de</strong>sliza en un eje y lo mantiene<br />
centrado para que no roce con las pare<strong>de</strong>s ni se oxi<strong>de</strong>, este eje <strong>de</strong>scansa en una<br />
viga transversal <strong>de</strong> concreto armado enjaulado.<br />
27
Estos digestores son <strong>de</strong> alimentación continua, se construyen generalmente<br />
enterrados quedando la cúpula sin gas en un nivel cercano a la superficie <strong>de</strong>l<br />
terreno.<br />
Figura 5: Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> biodigestor Hindú (TORRES y ORTEGAS, 2009).<br />
1.6.2.3 Mo<strong>de</strong>los horizontales.<br />
Se habla <strong>de</strong> digestor horizontal cuando estos no profundizan en el suelo,<br />
son <strong>de</strong> forma rectangular aunque pue<strong>de</strong>n ser cuadrados, se caracterizan por ser<br />
en su mayoría <strong>de</strong> concreto armado <strong>de</strong>bido a las presiones a que están sometidos<br />
(Figura 6).<br />
28
Su uso es generalmente para el saneamiento <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas cloacales, ya<br />
que su conformación alargada garantiza que el efluente al salir <strong>de</strong>l cuerpo <strong>de</strong>l<br />
digestor, <strong>de</strong>bido al flujo pistón y al tiempo <strong>de</strong> retención sea <strong>de</strong>bidamente<br />
<strong>de</strong>gradado.<br />
Estos digestores llevan generalmente en la parte superior una pequeña<br />
cúpula metálica <strong>de</strong>smontable que sirve <strong>de</strong> boca <strong>de</strong> visita, la presión se controla<br />
por el sello <strong>de</strong> agua, a<strong>de</strong>más requiere gasómetro adicional <strong>de</strong>bido a la poca<br />
capacidad <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> la cúpula y el cuerpo <strong>de</strong>l digestor.<br />
Figura 6: Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> biodigestor horizontal <strong>de</strong> estructura flexible (CARRILLO,<br />
2004).<br />
1.6.2.4 Mo<strong>de</strong>los Batch por lotes.<br />
Estos biodigestores se caracterizan por que se cargan una sola vez,<br />
presentan una cúpula metálica con sello <strong>de</strong> agua, la estructura se construye con<br />
bloques y concreto reforzado (Figura 7); este mo<strong>de</strong>lo presenta la <strong>de</strong>sventaja que<br />
se <strong>de</strong>be construir obligatoriamente un gasómetro y al ser aéreo está afectado por<br />
29
la temperatura ambiental. Se utiliza para <strong>de</strong>gradar materias primas sólidas, como<br />
restos vegetales, <strong>de</strong>sechos <strong>orgánico</strong>s, entre otros.<br />
El rendimiento volumétrico <strong>de</strong> gas es superior a cualquier digestor continuo,<br />
igualmente ocurre con el <strong>abono</strong> sólido resultante; por eso este método permite el<br />
tratamiento sanitario <strong>de</strong> <strong>de</strong>sperdicios <strong>orgánico</strong>s, el control satisfactorio <strong>de</strong> toda<br />
clase <strong>de</strong> plagas, así como la proliferación <strong>de</strong> moscas, permite la recuperación<br />
eficiente y económica <strong>de</strong>l metano y la retención <strong>de</strong> humus e ingredientes para uso<br />
<strong>de</strong> fertilizantes.<br />
Figura 7: Mo<strong>de</strong>lo biodigestor <strong>de</strong> Batch (TORRES y ORTEGAS, 2009).<br />
30
1.6.3 Ventajas <strong>de</strong>l uso <strong>de</strong> biodigestores como técnica <strong>de</strong> reciclaje.<br />
Son muchos los beneficios que se obtienen al utilizar los biodigestores,<br />
entre los más importantes se pue<strong>de</strong>n mencionar los siguientes (CIPAV, 1995):<br />
Proporcionan combustible (<strong>biogás</strong>) para suplir las necesida<strong>de</strong>s energéticas<br />
rurales, incrementando la producción <strong>de</strong> energía renovable (calor, luz, electricidad)<br />
y <strong>de</strong> bajo costo, el proceso también presenta la capacidad <strong>de</strong> reducir la<br />
contaminación ambiental al convertir en residuos útiles las excretas, aumentando<br />
la protección <strong>de</strong>l suelo, <strong>de</strong> las fuentes <strong>de</strong> agua, <strong>de</strong> la pureza <strong>de</strong>l aire y <strong>de</strong>l bosque.<br />
Dichas excretas contienen microorganismos patógenos, larvas, huevos, pupas <strong>de</strong><br />
invertebrados que <strong>de</strong> otro modo podrían convertirse en plagas y enfermeda<strong>de</strong>s<br />
para los cultivos; se produce <strong>abono</strong> <strong>orgánico</strong> (bio<strong>abono</strong>) con un contenido mineral<br />
similar al <strong>de</strong> las excretas frescas, pero <strong>de</strong> mejor calidad nutricional para las plantas<br />
y para la producción <strong>de</strong> fitoplancton, reduciendo el uso <strong>de</strong> <strong>de</strong> fertilizantes<br />
químicos, cuya producción y aplicación tiene consecuencias negativas para el<br />
medio ambiente global y local; mejora las condiciones higiénicas <strong>de</strong> la casa rural<br />
y/o unidad <strong>de</strong> producción a través <strong>de</strong> la reducción <strong>de</strong> patógenos, huevos <strong>de</strong><br />
gusanos y moscas, los que mueren durante el proceso <strong>de</strong> biodigestión;<br />
contribuyen a reducir los niveles <strong>de</strong> <strong>de</strong>forestación por el menor uso <strong>de</strong> leña con<br />
fines energéticos, bajando la cantidad <strong>de</strong> trabajo relacionado con la recolección <strong>de</strong><br />
leña para cocinar, actividad llevada a cabo principalmente por mujeres; produce<br />
beneficios micro-económicos a través <strong>de</strong> la sustitución <strong>de</strong> energía no renovable y<br />
fertilizantes sintéticos por energía renovable y fertilizantes <strong>orgánico</strong>s; aumentan<br />
los ingresos <strong>de</strong>bido al incremento <strong>de</strong> la productividad agrícola y pecuaria; a<strong>de</strong>más<br />
se reduce el riesgo <strong>de</strong> transmisión <strong>de</strong> enfermeda<strong>de</strong>s, ya que al reciclar en<br />
conjunto las excretas animales y humanas en biodigestores es posible <strong>de</strong>struir<br />
hasta el 95% <strong>de</strong> los huevos <strong>de</strong> parásitos y casi todas las bacterias y protozoarios<br />
causantes <strong>de</strong> enfermeda<strong>de</strong>s gastrointestinales.<br />
31
1.6.4 Desventajas <strong>de</strong> los Biodigestores<br />
Entre las <strong>de</strong>sventajas <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> biodigestión está el carácter líquido<br />
<strong>de</strong>l material <strong>orgánico</strong> obtenido en este tipo <strong>de</strong> bio<strong>de</strong>gradación, lo que trae como<br />
consecuencia en la aplicación <strong>de</strong> este efluente en forma líquida en suelos<br />
permeables, la perdida por lixiviación <strong>de</strong> algunos <strong>de</strong> sus componentes causando<br />
problemas <strong>de</strong> contaminación. A<strong>de</strong>más es necesario tener un suelo húmedo para<br />
hacer la aplicación <strong>de</strong>l efluente, porque si el suelo está seco existe gran pérdida<br />
<strong>de</strong> nitrógeno por volatilización. Por otra parte el gas metano, principal componente<br />
<strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>, al ser lanzado a la atmósfera, causa el efecto inverna<strong>de</strong>ro.<br />
1.7 PRODUCCIÓN DE BIOGÁS, UNA ALTERNATIVA AMIGABLE AL MEDIO<br />
AMBIENTE.<br />
Des<strong>de</strong> el inicio <strong>de</strong>l presente siglo, según SECRETARIA PRO TEMPORE<br />
(1999), se ha acrecentado la preocupación por encontrar un <strong>de</strong>stino racional a la<br />
enorme cantidad <strong>de</strong> basura y <strong>de</strong> aguas residuales en las gran<strong>de</strong>s ciuda<strong>de</strong>s. La<br />
obtención <strong>de</strong> productos <strong>de</strong> valor económico, como resultado <strong>de</strong> un procesamiento<br />
a<strong>de</strong>cuado <strong>de</strong> esos contaminantes, se consi<strong>de</strong>raba hasta hace poco, como objetivo<br />
secundario. El principal problema consistía en la eliminación <strong>de</strong> los mismos a<br />
través <strong>de</strong> medios prácticos y <strong>de</strong> bajo costo operacional.<br />
A pesar <strong>de</strong> las innumerables ventajas que ofrece el tratamiento <strong>de</strong> la basura<br />
y <strong>de</strong> los <strong>de</strong>sechos <strong>de</strong> las ciuda<strong>de</strong>s por bio<strong>de</strong>gradación, eliminando los problemas<br />
<strong>de</strong> la polución ambiental y permitiendo incluso, la obtención <strong>de</strong> productos <strong>de</strong> valor<br />
económico como amoníaco, <strong>biogás</strong> y materia orgánica en la forma <strong>de</strong> humus para<br />
utilización en agricultura, esta práctica, aunque bastante diseminada en el mundo<br />
entero, todavía no ha alcanzado un nivel <strong>de</strong> cobertura que pueda ser consi<strong>de</strong>rado<br />
i<strong>de</strong>al.<br />
32
Todavía es muy común la práctica <strong>de</strong> quemar la basura o simplemente<br />
aterrarla en las periferias <strong>de</strong> las ciuda<strong>de</strong>s, creando así, un permanente problema<br />
<strong>de</strong> salubridad pública. En cuanto a los alcantarillados, con mucha frecuencia son<br />
canalizados para el mar o para los ríos y lagos transformándose, ese sistema, en<br />
una <strong>de</strong> las principales causas <strong>de</strong> polución ambiental y <strong>de</strong> <strong>de</strong>sequilibrio ecológico a<br />
largo plazo.<br />
Dada la simplicidad operacional y la relativamente baja inversión financiera<br />
requerida para la producción <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>, por fermentación <strong>de</strong> <strong>de</strong>sechos <strong>orgánico</strong>s,<br />
se vislumbra una amplia posibilidad <strong>de</strong> difundir, a larga escala, la producción <strong>de</strong>l<br />
<strong>biogás</strong> con el objeto <strong>de</strong> volver autosuficiente al agricultor en relación a<br />
combustibles para calefacción doméstica, iluminación y, así mismo, en<br />
substitución <strong>de</strong> los carburantes <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong>l petróleo para accionar pequeños<br />
motores estacionarios <strong>de</strong> combustión interna, necesarios para el <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong><br />
innumerables funciones en el campo.<br />
1.7.1 Composición <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>.<br />
El <strong>biogás</strong> está constituido según BOTERO y PRESTON (1987), por una<br />
mezcla <strong>de</strong> gases (Cuadro 5) y su composición <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> residuo<br />
<strong>orgánico</strong> utilizado para su producción y <strong>de</strong> las condiciones en que se procesa. En<br />
esta mezcla predomina el metano (CH4) y el dióxido <strong>de</strong> carbono (CO2), en don<strong>de</strong><br />
el último eslabón <strong>de</strong> este proceso genera el (CH4), es un gas inflamable y que<br />
<strong>mediante</strong> una sencilla adaptación pue<strong>de</strong> ser utilizado en cualquier cocina,<br />
calefactor u otro proceso.<br />
33
Cuadro 5: Composición <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>.<br />
Tipo <strong>de</strong> Gas. % Obtenido.<br />
Metano (CH4) 55-75<br />
Dióxido <strong>de</strong> Carbono (CO2) 35-45<br />
Hidrógeno (H2) 1-3<br />
Nitrógeno (N2) 0.5-3<br />
Sulfuro <strong>de</strong> hidrógeno (H2S) 0.1<br />
Vapor <strong>de</strong> agua Trazas<br />
Fuente: SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLLO<br />
RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN (2007).<br />
BOTERO y PRESTON en el mismo trabajo informan que para po<strong>de</strong>r utilizar<br />
el gas, la mezcla <strong>de</strong>be purificarse, para dar más seguridad en su utilización. Se<br />
<strong>de</strong>be eliminar el gas carbónico (CO2) haciendo burbujear el <strong>biogás</strong> a través <strong>de</strong><br />
agua, el ácido sulfhídrico haciéndolo burbujear a través <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> soda<br />
cáustica en agua que contiene sulfato <strong>de</strong> cobre disuelto o pasándolo por una<br />
trampa <strong>de</strong> limadura <strong>de</strong> hierro (esponjilla <strong>de</strong> alambre), o con la introducción <strong>de</strong><br />
pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> aire (3% a 5% <strong>de</strong>l volumen <strong>de</strong>l <strong>de</strong>pósito para el <strong>biogás</strong>)<br />
reduciendo así hasta un 95% el ácido sulfhídrico producido. La humedad se<br />
elimina circulando el <strong>biogás</strong> entre cloruro <strong>de</strong> calcio o sílica gel.<br />
1.8 BIOABONO PRODUCTO DE LA BIODIGESTIÓN ANAERÓBICA.<br />
En el pasado, los biodigestores fueron consi<strong>de</strong>rados principalmente como<br />
una manera <strong>de</strong> producir gas combustible a partir <strong>de</strong> materia orgánica <strong>de</strong> <strong>de</strong>secho,<br />
pero <strong>de</strong>bido a la creciente importancia <strong>de</strong>l uso sostenible <strong>de</strong> los recursos naturales<br />
34
en los sistemas agrícolas, hoy se aprecia el papel <strong>de</strong> los biodigestores en una<br />
perspectiva mucho más amplia, y específicamente, por su aplicación potencial<br />
para el reciclaje <strong>de</strong> los nutrientes <strong>de</strong> los cultivos. Esto pue<strong>de</strong> contribuir en la<br />
reducción <strong>de</strong> la <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> los fertilizantes sintéticos y hacer más fácil el<br />
cultivar orgánicamente PRESTON (2005).<br />
Los mismos autores exponen que, el proceso anaeróbico y el largo tiempo<br />
transcurrido <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l biodigestor eliminan a la mayoría <strong>de</strong> organismos, incluso a<br />
los parásitos intestinales, que pue<strong>de</strong>n causar enfermeda<strong>de</strong>s. De esta manera, la<br />
materia orgánica introducida es mejorada química y biológicamente a partir <strong>de</strong>l<br />
proceso <strong>de</strong> fermentación. Los cambios que ocurren en el substrato durante el<br />
proceso <strong>de</strong> digestión han recibido relativamente poca atención y la preocupación<br />
principal se ha centrado en los temas <strong>de</strong> salud y medio ambiente. Recientemente,<br />
se ha empezado a prestar más cuidado al valor <strong>de</strong>l efluente como fertilizante, en<br />
cambio MONCAYO (2005), argumenta que quizá el producto más importante<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista económico y ambiental correspon<strong>de</strong> al efluente líquido <strong>de</strong>l<br />
biodigestor.<br />
AGUILAR y BOTERO (2006) citan la experiencia obtenida por HEDLUND y<br />
XUAN AN (2000), en don<strong>de</strong> se observó que durante el proceso <strong>de</strong> digestión<br />
anaeróbica <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l biodigestor, el carbono es el único elemento que es emitido<br />
en cantida<strong>de</strong>s consi<strong>de</strong>rables bajo condiciones normales. Otros nutrientes como<br />
nitrógeno (N), fósforo (P), y potasio (K) se mantienen en iguales cantida<strong>de</strong>s, pero<br />
salen en una mayor concentración en el efluente, dado que el estiércol ha sido<br />
digerido <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l biodigestor y se ha reducido su volumen. Por tanto, la misma<br />
cantidad anual <strong>de</strong> macronutrientes que ingresa al sistema es la que sale <strong>de</strong>l<br />
biodigestor a través <strong>de</strong> su tubo <strong>de</strong> salida. La Figura 8 muestra un flujo <strong>de</strong><br />
nutrientes para un biodigestor horizontal <strong>de</strong> polietileno, <strong>de</strong> flujo continuo que se<br />
muestra en forma <strong>de</strong> ejemplo en este trabajo.<br />
35
Figura 8: Análisis <strong>de</strong> ecosistema para un biodigestor <strong>de</strong> polietileno basado en<br />
7885 kg <strong>de</strong> excrementos frescos (AGUILAR y BOTERO, 2000).<br />
MONCAYO (2005) opina que el biodigestor mejora la capacidad fertilizante <strong>de</strong>l<br />
material a fermentar ya que todos los nutrientes tales como nitrógeno, fósforo,<br />
potasio, magnesio así como los elementos menores son conservados en el<br />
efluente. En el caso <strong>de</strong>l nitrógeno, buena parte <strong>de</strong>l mismo, presente en forma <strong>de</strong><br />
macromoléculas es convertido a formas más simples como amonio (NH4), las<br />
cuales pue<strong>de</strong>n ser aprovechadas directamente por los vegetales.<br />
El mismo autor argumenta que el efluente por su presentación casi líquida,<br />
permite un fácil manejo en sistemas <strong>de</strong> riego. Su uso ha sido probado en varios<br />
países y en diferentes cultivos, reportando incrementos en las cosechas y<br />
mejoramientos en las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l suelo.<br />
36
1.9 HIPÓTESIS DE ESTUDIO.<br />
Con el tratamiento anaeróbico <strong>de</strong> lodos activos es factible generar bio-<strong>abono</strong><br />
<strong>de</strong> alta efectividad para la producción agrícola, reduciendo los coliformes fecales a<br />
una <strong>de</strong>nsidad inferior a la expuesta en la Norma Chilena 2880, Compost -<br />
clasificación y requisitos. A<strong>de</strong>más se postula que con este tratamiento se<br />
producirá <strong>biogás</strong> como fuente <strong>de</strong> energía potencial.<br />
37
2.1 OBJETIVO GENERAL:<br />
2. OBJETIVOS.<br />
- Producir efluentes <strong>orgánico</strong>s a partir <strong>de</strong> la fermentación anaeróbica <strong>de</strong><br />
lodos activos <strong>mediante</strong> el proceso <strong>de</strong> biodigestión, para uso en la<br />
agricultura y generación <strong>de</strong> <strong>biogás</strong>.<br />
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:<br />
- Reducir la carga microbiológica <strong>de</strong> los lodos activos a una <strong>de</strong>nsidad menor<br />
a 1.000 Número Más Probable (NMP) <strong>de</strong> coliformes fecales, por gramo <strong>de</strong><br />
lodos.<br />
- Generar un biofertilizante natural resultante <strong>de</strong> la <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong> los lodos<br />
activos.<br />
- Evaluar la capacidad <strong>de</strong>l <strong>abono</strong> <strong>orgánico</strong> como mejorador <strong>de</strong> suelos.<br />
- Obtener <strong>biogás</strong> con alto po<strong>de</strong>r energético utilizando un biodigestor <strong>de</strong><br />
régimen estacionario.<br />
- Determinar eficiencia <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> obtenidos, comparándolos con la contra<br />
parte comercial.<br />
38
3. MATERIALES Y MÉTODOS.<br />
3.1 LOCALIZACIÓN Y CONTEXTUALIZACIÓN DEL ENSAYO.<br />
El ensayo se realizó en las <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncias <strong>de</strong> la Universidad <strong>de</strong> La Serena,<br />
Campus Limarí, Ovalle, Región <strong>de</strong> Coquimbo. El estudio consistió en la<br />
elaboración <strong>de</strong> una partida <strong>de</strong> tres biodigestores implementados al aire libre, para<br />
el tratamiento anaeróbico <strong>de</strong> lodos activos.<br />
3.2 MONTAJE E IMPLEMENTACIÓN DE BIODIGESTORES.<br />
Se construyeron tres biodigestores tipo Batch, utilizando un sistema<br />
modificado <strong>de</strong> régimen estacionario, (Figura 9), el cual se diseñó como una<br />
alternativa económica para realizar este proceso.<br />
Figura 9: Biodigestor tipo Batch <strong>de</strong> régimen estacionario (elaboración propia).<br />
39
La implementación <strong>de</strong> los biodigestores (Figura 10) se realizó construyendo<br />
en primer lugar un reactor a partir <strong>de</strong> un tambor metálico <strong>de</strong> 200 L., en el cual se<br />
<strong>de</strong>positó la biomasa a fermentar. A este recipiente se conectaron dos tuberías <strong>de</strong><br />
PVC <strong>de</strong> una pulgada cada una, en las entradas que los contenedores presenta por<br />
diseño; La primera se encarga <strong>de</strong> la evacuación <strong>de</strong>l gas generado al gasómetro,<br />
por lo tanto está instalada por sobre el nivel <strong>de</strong>l efluente en el reactor y la segunda<br />
se instaló para facilitar la toma <strong>de</strong> muestra <strong>de</strong> este sistema, quedado sumergida<br />
en el interior <strong>de</strong>l efluente. Cada una <strong>de</strong> las tuberías fue sellada herméticamente<br />
<strong>mediante</strong> una llave <strong>de</strong> paso para asegurar la anaerobiosis y eliminar las posibles<br />
fugas <strong>de</strong> gases.<br />
Finalmente se construyó el gasómetro, el cual estaba encargado <strong>de</strong> la<br />
acumulación <strong>de</strong>l gas; éste se realizó a partir <strong>de</strong> una manga <strong>de</strong> polietileno tubular<br />
<strong>de</strong> 1,5 metros <strong>de</strong> longitud, unida en un extremo a la tubería <strong>de</strong> evacuación <strong>de</strong>l<br />
<strong>biogás</strong> proveniente <strong>de</strong>l reactor y el otro extremo a una tubería <strong>de</strong> PVC cerrada con<br />
llave <strong>de</strong> paso, la que correspon<strong>de</strong> a la salida final <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>.<br />
40
c<br />
a b<br />
Figura 10: Biodigestores tipo Batch, utilizados en el sistema experimental.<br />
a) Fiting <strong>de</strong> seguridad utilizados en la unión <strong>de</strong> los implementos; b) Contenedor <strong>de</strong><br />
los efluentes (Reactor); c) Contenedor <strong>de</strong> <strong>biogás</strong> (gasómetro); d) Vista completa<br />
<strong>de</strong> biodigestores.<br />
3.3 LLENADO DE LOS DIGESTORES.<br />
Se llenaron los biodigestores conservando vacío el 10 % <strong>de</strong>l volumen total<br />
<strong>de</strong>l contenedor, utilizando como fuente <strong>de</strong> biomasa, lodos activos extraídos en la<br />
<strong>de</strong>puración <strong>de</strong> aguas residuales <strong>de</strong>l alcantarillado urbano perteneciente a la planta<br />
Sotaquí, <strong>de</strong> la Empresa Aguas <strong>de</strong>l Valle, en una relación <strong>de</strong> 1/3 <strong>de</strong> agua y lodo<br />
respectivamente. Se utilizó agua <strong>de</strong> origen superficial correspondiente al sistema<br />
<strong>de</strong> canales <strong>de</strong> regadío, ya que no <strong>de</strong>ben estar presentes contaminantes químicos<br />
d<br />
41
en la composición <strong>de</strong> los efluentes por que estos producen una disminución en la<br />
población <strong>de</strong> los organismos <strong>de</strong>scomponedores.<br />
A continuación se presentan los cálculos utilizados para <strong>de</strong>finir los<br />
volúmenes <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los componentes <strong>de</strong>l efluente:<br />
• Volumen <strong>de</strong>l digestor => 0,2 m 3 = 200 Litros.<br />
• Volumen <strong>de</strong>l digestor => 90% efluente <strong>orgánico</strong> + 10% volumen vacío.<br />
• Volumen <strong>de</strong>l efluente => 200 * 0,9 = 180 Litros.<br />
• Volumen <strong>de</strong> lodo activo => 180 * 0,33 = 60 Litros.<br />
• Volumen <strong>de</strong> agua => 180 * 0,67 = 120 Litros.<br />
El agua y los lodos se mezclaron hasta conformar una solución homogénea,<br />
luego se procedió a llenar el contenedor con la mezcla hasta completar un 90 %<br />
<strong>de</strong>l volumen total <strong>de</strong> los reactores, posterior a esto se sellaron los biodigestores,<br />
colocando una capa <strong>de</strong> silicona en toda las conexiones y así asegurar la<br />
generación <strong>de</strong> un ambiente anaeróbico.<br />
3.4 DISEÑO EXPERIMENTAL.<br />
Se realizó un diseño No Experimental, <strong>de</strong> tipo Longitudinal <strong>de</strong> Ten<strong>de</strong>ncia,<br />
en el cual solo se observó el proceso sin intervenir en las variables, analizando<br />
así los cambios a través <strong>de</strong>l tiempo en que transcurre la experiencia.<br />
Para asegurar la confiabilidad <strong>de</strong>l experimento se construyeron tres<br />
biodigestores, que representan las replica <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l proceso. Cada una <strong>de</strong> las<br />
unida<strong>de</strong>s se implementó utilizando los mismos materiales y respetando las<br />
dimensiones en cada una <strong>de</strong> estas.<br />
42
Por las características <strong>de</strong> la investigación y <strong>de</strong>l proceso, existe solo un<br />
tratamiento con tres réplicas.<br />
3.5 MEDICIÓN DE VARIABLES DEL ESTUDIO.<br />
3.5.1 Efluente líquido.<br />
Se evaluaron los efluentes para <strong>de</strong>terminar los cambios en las<br />
características y propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> estos, tomando en cuenta los siguientes<br />
parámetros:<br />
3.5.1.1 Temperaturas.<br />
Se realizaron mediciones diarias <strong>de</strong> temperaturas a lo largo <strong>de</strong> todo el<br />
período <strong>de</strong>l ensayo en dos periodos diarios (9 hrs am. y 18 hrs pm.). Para este<br />
procedimiento se introdujo un termómetro <strong>de</strong> suelos por la tubería <strong>de</strong> muestreo<br />
hasta alcanzar el centro <strong>de</strong>l digestor, para obtener temperaturas representativas y<br />
estables; se mantenía el termómetro aproximadamente un minuto en el interior <strong>de</strong>l<br />
biodigestor, y se procedía a registrar la lectura obtenida.<br />
43
3.5.1.2 Determinación <strong>de</strong> coliformes fecales.<br />
Se utilizó el método <strong>de</strong> "Determinación <strong>de</strong> coliformes fecales en Medio A-1,<br />
este es un método normado por el Instituto Nacional <strong>de</strong> Normalización (INN), <strong>de</strong>l<br />
país y está catalogado como NCh 2313/23.Of95 (1995). Los principios <strong>de</strong>l método<br />
se basan en aislar el grupo coliforme fecal, seleccionando los microorganismos<br />
por incubación <strong>de</strong>l inóculo a temperaturas mayores a las normales (44,5 ºC + -0,2<br />
ºC), utilizando la técnica <strong>de</strong> tubos múltiples (Figura 11). Se usa el Medio A-1 en<br />
concentración doble y simple y se inoculan series <strong>de</strong> tubos <strong>de</strong> ensayo con el<br />
Medio A-1 con diferentes diluciones <strong>de</strong> la muestra, según los siguientes pasos:<br />
Concentración<br />
doble medio A-1<br />
10 ml <strong>de</strong><br />
la muestra<br />
Incubar a 35 ºC por 3 hrs<br />
Concentración<br />
simple medio A-1<br />
1 ml <strong>de</strong> la<br />
muestra<br />
Concentración<br />
simple medio A-1<br />
0, 1 ml <strong>de</strong><br />
la muestra<br />
Incubar a 44,5 ºC por 21 hrs<br />
44
norma.<br />
El Número Más Probable (NMP) se calcula <strong>de</strong> acuerdo a tablas dadas en la<br />
Estas mediciones se iniciaron al principio <strong>de</strong> la experiencia, y se repitieron<br />
quincenalmente en el transcurso <strong>de</strong>l proceso, para terminar con una medición al<br />
final <strong>de</strong>l experimento. Las medidas fueron efectuadas en laboratorio <strong>de</strong>l Campus<br />
Limarí.<br />
a b<br />
c d<br />
Figura 11: Determinación <strong>de</strong> Coliformes fecales en medio A-1.<br />
a) Batería <strong>de</strong> tubos <strong>de</strong> ensayos con medio A-1; b) Implementos utilizados en la<br />
inoculación; c) Batería <strong>de</strong> tubos inoculados en estufa a temperatura modificada; d)<br />
Toma <strong>de</strong> resultados.<br />
45
3.5.1.3 Determinación <strong>de</strong> las características fisicoquímicas y componente<br />
<strong>orgánico</strong> <strong>de</strong>l <strong>abono</strong>.<br />
Estos puntos se midieron <strong>mediante</strong> la elaboración <strong>de</strong> análisis en el<br />
laboratorio AGROLAB, tomando en cuenta los siguientes parámetros:<br />
1. pH, Conductividad Eléctrica, Materia Orgánica, Relación C/N, NNH4, N,<br />
P2O5, K2O, Densidad.<br />
2. Ácidos húmicos, fúlvicos y Extractos húmicos totales.<br />
3. Metales pesados: As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn totales.<br />
Las analíticas comenzaron al inicio <strong>de</strong>l proceso, enviando una muestra <strong>de</strong> la<br />
biomasa obtenida <strong>de</strong> la PTA y el efluente utilizado en la experiencia (biomasa<br />
diluida 3/1) al laboratorio, a éstas se le realizaron todos los análisis<br />
correspondientes al punto mencionado anteriormente (análisis 1, 2, 3), sólo se<br />
envió una muestra <strong>de</strong> cada tipo ya que se utilizó la misma materia prima en cada<br />
uno <strong>de</strong> los biodigestores. Posteriormente se realizó un análisis trascurrido 45 días<br />
<strong>de</strong>l comienzo <strong>de</strong>l proceso, sólo para las mediciones 1 y 2, enviando una muestra<br />
para cada una <strong>de</strong> las réplicas.<br />
Al finalizar el ensayo se enviaron muestras para la realización <strong>de</strong> las tres<br />
analíticas que se evaluaron en este punto, se <strong>de</strong>spachó una muestra por cada<br />
biodigestor instalado haciendo un total <strong>de</strong> tres réplicas enviadas.<br />
Para este proceso se contrató el servicio <strong>de</strong>l laboratorio certificado<br />
AGROLAB Ltda., el cual exigió el envió <strong>de</strong> 5 L. <strong>de</strong> muestra por cada una <strong>de</strong> las<br />
repeticiones trabajadas.<br />
46
3.5.1.4 Medición <strong>de</strong> las capacida<strong>de</strong>s mejoradoras <strong>de</strong> suelos.<br />
Para evaluar la capacidad mejoradora <strong>de</strong> suelos <strong>de</strong> los biosólidos obtenidos,<br />
se estudió la variación en la capacidad <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> humedad. Se trabajó con<br />
dos texturas diferentes; suelo arcilloso y arenoso, con tres réplicas <strong>de</strong> 100 g cada<br />
una, las que fueron tratadas <strong>de</strong> la siguiente forma:<br />
Para ambos suelos se realizaron 2 tratamientos; el primer tratamiento se<br />
realizó aplicando al suelo 100 ml <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>sionizada, en el tratamiento dos se le<br />
aplicó al suelo 100 mL. <strong>de</strong>l efluente líquido (Figura 12) <strong>de</strong>l digestor previamente<br />
homogenizado.<br />
Figura 12: Efluentes obtenidos <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> biodigestión.<br />
Se calculó el cambio en la capacidad <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> humedad <strong>de</strong>l suelo<br />
realizando el método analítico <strong>de</strong> la microporosidad (Figura 13). Este<br />
47
procedimiento se llevó a cabo <strong>de</strong>positando los 100 ml. <strong>de</strong> suelo en un embudo<br />
previamente tapado con un algodón hidrófobo, a este volumen <strong>de</strong> suelo se le<br />
adiciona 100 ml <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>sionizada y se <strong>de</strong>ja percolar hacia una probeta<br />
graduada en don<strong>de</strong> se recibe el líquido lixiviado hasta que <strong>de</strong>ja <strong>de</strong> escurrir. De<br />
esta forma se pue<strong>de</strong> calcular el porcentaje <strong>de</strong> retención que posee el suelo.<br />
Figura 13: Determinación <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> humedad <strong>de</strong>l suelo.<br />
Las mediciones se realizaron para todas las réplicas, previo a la aplicación<br />
<strong>de</strong> los tratamientos, <strong>de</strong>jando reposar el suelo por una semana antes <strong>de</strong> realizar la<br />
prueba <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> humedad, para alcanzar el secado <strong>de</strong> los suelos a<br />
temperatura ambiente (Figura 14).<br />
48
Figura 14: Suelos tratados en período <strong>de</strong> secado a temperatura ambiente.<br />
3.5.2 Biogás<br />
Para obtener una medida aproximada <strong>de</strong> la producción <strong>de</strong> <strong>biogás</strong> y estimar<br />
el po<strong>de</strong>r calorífico <strong>de</strong> éste, se realizaron las siguientes mediciones:<br />
3.5.2.1 Volumen <strong>de</strong>l gas producido.<br />
Se calculó el volumen <strong>de</strong> gas <strong>mediante</strong> el volumen total <strong>de</strong>l contenedor<br />
implementado en los biodigestores, y estimando la capacidad ocupada por el<br />
<strong>biogás</strong> producido.<br />
Para esto se utilizó la fórmula siguiente:<br />
• V = Volumen <strong>de</strong> un cilindro.<br />
• π = Constante Pi≈ 3,141592<br />
V = π * r² * H<br />
49
• r = Radio <strong>de</strong> la circunferencia.<br />
• H = altura <strong>de</strong>l cilindro<br />
Esta medición se llevó a cabo a presión atmosférica y temperatura<br />
ambiente, por lo tanto sólo se midió el volumen físico ocupado por el gas<br />
generado.<br />
3.5.2.2 Eficiencia <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>, medición <strong>de</strong> la capacidad calorífica.<br />
Para esta etapa se realizó el calentamiento <strong>de</strong> 100 ml. <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>stilada,<br />
registrando las temperaturas que se alcanzaron en el transcurso <strong>de</strong> 30 segundos.<br />
Las mediciones se realizaron <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el inicio <strong>de</strong>l calentamiento hasta 5 minutos<br />
<strong>de</strong>spués.<br />
Se realizaron 3 repeticiones para la evaluación <strong>de</strong>l po<strong>de</strong>r calorífico <strong>de</strong>l<br />
<strong>biogás</strong>, iniciando con gas natural y posteriormente se prosiguió a realizar el<br />
mismo procedimiento con el <strong>biogás</strong>. Con ello se buscó lograr la obtención <strong>de</strong> una<br />
capacidad calorífica conocida para utilizarla como contraparte.<br />
Este proceso fue realizado a temperatura ambiente y presión atmosférica,<br />
utilizado un mechero Bunsen para efectuar el calentamiento <strong>de</strong>l contenedor <strong>de</strong><br />
agua, siendo utilizado para este caso un vaso <strong>de</strong> precipitado <strong>de</strong> 250 ml., el cual se<br />
insertó sobre un trípo<strong>de</strong> instalado con una rejilla <strong>de</strong> asbesto sobre el mechero. Las<br />
mediciones <strong>de</strong> las temperaturas fueron tomadas con un termómetro digital el cual<br />
fue colocado en el interior <strong>de</strong>l líquido al inicio <strong>de</strong>l proceso.<br />
50
3.6 ANALISIS ESTADÍSTICOS.<br />
Los datos fueron evaluados <strong>mediante</strong>s un ANOVA <strong>de</strong> un factor y un test <strong>de</strong><br />
comparaciones múltiples post hoc (Duncan), con un 0,05 <strong>de</strong> significancia (ANEXO<br />
1). Los análisis estadísticos fueron realizados <strong>mediante</strong> el programa SPSS 15.0.<br />
51
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.<br />
4.1 ANALISIS DE LOS EFLUENTES DE LA BIODIGESTIÓN.<br />
4.1.1 Condición inicial <strong>de</strong> los lodos activos utilizados en la biodigestión.<br />
Los lodos activos en estado crudo al ser analizados al inicio <strong>de</strong> la<br />
experiencia arrojaron los resultados expuestos en el Cuadro 3. Se esperaban<br />
encontrar valores <strong>de</strong>l contenido <strong>de</strong> elementos fertilizantes a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la materia<br />
orgánica superior al obtenido, por lo que para suplir el requerimiento nutricional <strong>de</strong><br />
un cultivo se requieren gran<strong>de</strong>s volúmenes por superficie, lo que resulta inviable<br />
tanto económica como operativamente.<br />
KLAUSS (2009b) argumenta que la composición <strong>de</strong>l material a <strong>de</strong>gradar es<br />
quien da las características a los efluentes <strong>de</strong>gradados, también observa que<br />
<strong>de</strong>bido a la baja concentración <strong>de</strong> elementos nutricionales <strong>de</strong> los efluentes, la<br />
aplicación <strong>de</strong> los líquidos resultantes <strong>de</strong> la biodigestión requiere una gasto<br />
energético por lo tanto un costo económico consi<strong>de</strong>rable, ya que se <strong>de</strong>ben mover<br />
gran<strong>de</strong>s volúmenes por hectáreas, por lo que recomienda planificar el sistema <strong>de</strong><br />
tratamiento anaeróbico cercano la fuente <strong>de</strong> biomasa y <strong>de</strong>l <strong>de</strong>stino final <strong>de</strong> los<br />
efluentes. Sin embargo, los valores expuestos por KLAUSS, no concuerdan con la<br />
composición mineral <strong>de</strong> los lodos presentados en este trabajo (Cuadro 6),<br />
entregando valores superiores para N, NH4, P en biosólidos urbanos <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong><br />
0,5-2,7; 0,5-0,2 y 0,2-0,8 % respectivamente.<br />
52
Cuadro 6: Parámetros fisicoquímicos y <strong>orgánico</strong>s encontrados en la biomasa<br />
utilizada para la biodigestión.<br />
PARÁMETROS UNIDAD VALOR<br />
pH pH 7,00<br />
C.E dS/m 1,90<br />
M.O % 0,12<br />
C. Orgánico % 0,07<br />
Relación C/N 1,80<br />
N. Total % 0,04<br />
NH4 Disponible % 0,0087<br />
P Total % 0,0034<br />
P2O5 Total % 0,0078<br />
K Total % 0,0025<br />
K2O Total % 0,0030<br />
Ác. Húmicos % 0,07<br />
Ác. Fúlvicos % 0,07<br />
Ex. Húmicos Totales % 0,14<br />
Densidad g/cc 1,01<br />
4.1.2 Evaluación <strong>de</strong> las temperaturas en la biodigestión.<br />
Las temperaturas logradas en el efluente durante el transcurso <strong>de</strong>l proceso<br />
fueron similares a los rangos alcanzados ambientalmente (Figura 15), sin embargo<br />
al comparar ambas mediciones se notó una mayor estabilidad <strong>de</strong> las temperaturas<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l biodigestor (Figura 16), por lo tanto las diferencias entre las mediciones<br />
realizas ambientalmente (Figura. 15) fueron mayores. Se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>ducir que en el<br />
53
efluente se ejerce una cierta regulación adicional por el reactor, que hace más<br />
constante las temperaturas en el proceso.<br />
Las temperaturas según CURRIE (1992) son <strong>de</strong> vital importancia en el<br />
proceso <strong>de</strong> biodigestión, ya que la producción potencial <strong>de</strong> <strong>biogás</strong> está dada por el<br />
sustrato utilizado y el régimen térmico. Si bien las temperaturas bor<strong>de</strong>aron los<br />
15ºC no fueron las suficientes para lograr en el proceso la mayor eficiencia.<br />
KLAUSS (2009 a) <strong>de</strong>fine las temperaturas como un factor indispensable para<br />
obtener una óptima producción <strong>de</strong> <strong>biogás</strong>; expone que en el proceso <strong>de</strong> hidrólisis y<br />
acidificación se <strong>de</strong>ben alcanzar temperaturas <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 25 a 35 ºC y en la<br />
metanogénesis se pue<strong>de</strong> trabajar en forma mesófila (con organismos viven entre<br />
32 a 42ºC) u termófila (con organismos que viven entre 50 a 58ºC), por lo tanto es<br />
indispensable para lograr un proceso <strong>de</strong> eficiencia máxima consi<strong>de</strong>rar un sistema<br />
<strong>de</strong> calefacción.<br />
Si bien las temperaturas son <strong>de</strong> vital importancia, aquellas que son<br />
inferiores a las expuestas por el autor anterior, como es el proceso con<br />
organismos psicrofílos (Temperatura inferior a 25ºC), LÓPEZ (s.f.) argumenta que<br />
la biodigestión a estos márgenes <strong>de</strong> temperaturas disminuye su eficiencia<br />
aumentando el tiempo <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> la biomasa, por lo tanto se <strong>de</strong>be consi<strong>de</strong>rar<br />
un mayor período <strong>de</strong> permanencia <strong>de</strong>l proceso, que van <strong>de</strong>s<strong>de</strong> los 15 días para<br />
termófila a 3 o más meses para el procesos psicrofílos.<br />
54
Temperatura (ºC).<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Figura 15: Temperaturas at atmosféricas alcanzadas en el período odo <strong>de</strong> biodigestión<br />
(Fuente: Elaboración propia, datos estación meteorológica Liceo Agrícola Agrí Ta<strong>de</strong>o<br />
Perry Barnes).<br />
Temperatura (ºC).<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
Temperatura Ambiente, Período Biodigestión.<br />
0 15 30 45 60 75 90<br />
Día.<br />
Temperatura Efluente, Período Biodigestión.<br />
0 15 30 45 60 75 90<br />
Día.<br />
8 hrs.pm.<br />
14 hrs.pm.<br />
20 hrs.pm.<br />
9 hrs.pm.<br />
18 hrs.pm.<br />
Figura 16: Temperaturas alcanzada alcanzadas en el efluente por el proceso <strong>de</strong> biodigestión.<br />
biodigestión<br />
55
4.1.3 Análisis biológicos, evaluación <strong>de</strong> los Coliformes Fecales.<br />
El proceso <strong>de</strong> biodigestión disminuyo la carga <strong>de</strong> Coliformes Fecales <strong>de</strong> los<br />
lodos, los cuales presentaban al inicio <strong>de</strong> la experiencia (día cero), una carga<br />
mayor a 1600 NMP <strong>de</strong> Coliformes; en el transcurso <strong>de</strong> la experiencia la carga<br />
microbiana logró <strong>de</strong>caer, hasta alcanzar valores <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 80-90 NMP <strong>de</strong><br />
Coliformes en el término <strong>de</strong> ella (Figura 17).<br />
La variación entre las poblaciones <strong>de</strong> Coliformes <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el inicio <strong>de</strong>l proceso<br />
hasta su conclusión presentó diferencias estadísticas significativas para un test <strong>de</strong><br />
DUNCAN con una significancia <strong>de</strong> 0,05 (Figura 17), encontrándose tres<br />
subconjuntos diferentes entre sí, por lo tanto el proceso como una alternativa <strong>de</strong><br />
santificación <strong>de</strong> sustratos funciona eficientemente.<br />
CHAMY (2009) argumenta que los biosólidos obtenidos en los procesos <strong>de</strong><br />
biodigestión no cumplen los requisitos mínimos para la aplicación como material<br />
tratado ya que no hay normativas para su utilización y la normativa existente está<br />
aplicada sólo al compostaje aeróbico. Por lo tanto si estos biosólidos preten<strong>de</strong>n<br />
ser utilizados como fertilizante se <strong>de</strong>be solicitar la autorización al Servicio Agrícola<br />
y Gana<strong>de</strong>ro.<br />
La Norma Chilena 2880 Compost - Clasificación y requisitos, (INN, 2004),<br />
exige un máximo <strong>de</strong> 1000 NMP <strong>de</strong> coliformes para aceptar el uso agrícola <strong>de</strong>l<br />
compost. Como se expuso anteriormente, la concentración <strong>de</strong> coliformes<br />
resultantes al final <strong>de</strong> la investigación es muy inferior a la exigida, por lo que no<br />
<strong>de</strong>berían existir impedimentos para la utilización agrícola. También en CONAMA<br />
(2001), clasifican los lodos como lodos Tipo A, a aquellos que entre otros<br />
parámetros cumplan con una carga inferior a 1000 NMP <strong>de</strong> coliformes, y autoriza<br />
su utilización en enmiendas agrícolas.<br />
56
MEDICIONES<br />
Figura 17: Evolución <strong>de</strong> Coliformes totales según el Número Más Probable (NMP),<br />
en el proceso <strong>de</strong> biodigestión <strong>de</strong> lodos activos.<br />
57
4.1.4 Análisis físicos, químicos y componente <strong>orgánico</strong> <strong>de</strong> los efluentes.<br />
4.1.4.1 Composición orgánica <strong>de</strong> los efluentes.<br />
El contenido <strong>de</strong> materia orgánica en el suelo influye en distintos aspectos<br />
sobre el balance hídrico <strong>de</strong> éste. Primero porque los parámetros que afectan al<br />
movimiento y la retención <strong>de</strong> humedad en el suelo son <strong>de</strong> carácter físico – textura,<br />
estructura y porosidad- y están relacionados con el contenido y el estado <strong>de</strong><br />
materia orgánica, a<strong>de</strong>más con la actividad edáfica. Por otra parte, la gran hidrofilia<br />
<strong>de</strong> los coloi<strong>de</strong>s húmicos hace aumentar la capacidad <strong>de</strong>l suelo para retener agua.<br />
Por lo tanto un óptimo contenido <strong>de</strong> materia orgánica se pue<strong>de</strong> traducir en una<br />
mejora <strong>de</strong> la infiltración y circulación, una equilibrada aireación, optimización<br />
hídrica, disminución <strong>de</strong> la evaporación y <strong>de</strong> la compactación, al mismo tiempo<br />
mejorar la retención <strong>de</strong> humedad (LABRADOR, 2001).<br />
En la presente investigación la materia orgánica presentó un aumento <strong>de</strong> la<br />
concentración en los efluentes mientras el proceso transcurrió, el alza presentó<br />
diferencias estadísticamente significativas (Figura 18), sin embargo en el caso <strong>de</strong><br />
los ácidos fúlvicos se presenta una excepción, ya que el aumento experimentado<br />
no es estadísticamente significativo. Si bien ya se expuso la importancia <strong>de</strong> la<br />
materia orgánica en los suelos, según LABRADOR (2001), <strong>de</strong>bido a ello el<br />
proceso resulta interesante para acondicionar distintos tipos <strong>de</strong> biomasa ya que se<br />
acentúan las propieda<strong>de</strong>s orgánicas que presentan en su composición inicial y los<br />
efluentes logrados pue<strong>de</strong>n llegar a ser fuentes mejoradoras <strong>de</strong> suelos.<br />
58
Porcentaje (%)<br />
Porcentaje (%)<br />
0,4<br />
0,35<br />
0,3<br />
0,25<br />
0,2<br />
0,15<br />
0,1<br />
0,05<br />
0<br />
0,8<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
0<br />
0,12<br />
Figura 18: Comportamiento <strong>de</strong> la materia orgánica en los efluentes <strong>de</strong> la<br />
biodigestión.<br />
MATERIA ORGÁNICA.<br />
a*<br />
0,15<br />
1 2<br />
0,07<br />
a*<br />
a*<br />
Nº Mediciones<br />
ÁCIDOS FÚLVICOS.<br />
0,12<br />
a*<br />
1 2<br />
b*<br />
0,35<br />
Nº Mediciones<br />
0,36<br />
3 4<br />
0,13<br />
a*<br />
0,74<br />
3 4<br />
a*<br />
b*<br />
La relación C/N expresa las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Carbono por unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
Nitrógeno que contiene un material material. El Carbono es una fuente <strong>de</strong> energía para los<br />
microorganismos y el Nitrógeno es un elemento necesario para la síntesis<br />
proteica. ca. Una relación a<strong>de</strong>cuada entre eestos<br />
dos nutrientes, favorecerá un buen<br />
crecimiento y reproducción (SZTERN y PRAVIA, 1999; SORIA et al., al 2001).<br />
Porcentaje (%)<br />
Porcentaje (%)<br />
En el caso evaluado la relación obtenida en los biosólido biosólidos biosólido fue <strong>de</strong> 4:1<br />
aproximadamente (F (Figura 19), la cual se expresó por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> los márgenes<br />
recomendados para un proceso óptimo <strong>de</strong> compostaje según la literatura.<br />
0,45<br />
0,4<br />
0,35<br />
0,3<br />
0,25<br />
0,2<br />
0,15<br />
0,1<br />
0,05<br />
0<br />
0,2<br />
0,18<br />
0,16<br />
0,14<br />
0,12<br />
0,1<br />
0,08<br />
0,06<br />
0,04<br />
0,02<br />
0<br />
EXTRACTOS HÚMICOS<br />
TOTALES .<br />
a*<br />
0,14<br />
0,24<br />
1 2<br />
0,07<br />
Nº Mediciones<br />
ÁCIDOS HÚMICOS.<br />
a*<br />
0,12<br />
1 2<br />
b*<br />
b*<br />
0,125<br />
NºMediciones<br />
b*<br />
0,25<br />
0,39<br />
3 4<br />
b*<br />
0,19<br />
3 4<br />
c*<br />
c*<br />
59
SZTERN y PRAVIA (1999) y SORIA et al. (2001) ) consi<strong>de</strong>ra una relación C/N<br />
óptima <strong>de</strong> entrada para iiniciar<br />
un proceso <strong>de</strong> compostaje 20 a 30. 30 Cuando la<br />
relación es muy estrecha (10:1) hay pérdidas <strong>de</strong> nitrógeno asimilable, lo cual<br />
reduce la calidad <strong>de</strong>l material digerido digerido; por otro lado si i la relación es muy amplia<br />
(40:1) se inhibe el crecimiento <strong>de</strong>bido a falta <strong>de</strong> nitrógeno.<br />
Figura 19: Relación carbono/nitrógeno <strong>de</strong> los efluentes utilizados en el ensayo. ensayo<br />
4.1.4.2 Componentes químicos <strong>de</strong>l efluente.<br />
Para TAPIA y GONZÁLES (2005) se <strong>de</strong>be encontrar con urgencia una<br />
alternativa para el uso <strong>de</strong> los lodos obtenidos en las plantas <strong>de</strong>puradoras <strong>de</strong> aguas<br />
servidas. La agricultura resulta una opción consi<strong>de</strong>rable para la reutilización <strong>de</strong><br />
este producto, argumentado que aproximadamente el 45 % <strong>de</strong> los lodos<br />
producidos en Europa son reutilizados como insumos agrícolas agrícolas.<br />
60
Ésta propuesta es avalada por Sr. JOSE OCEGUERA 2 (Com. Pers.), quien<br />
expone que los lodos que se producen al final <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> tratamiento cumplen<br />
con todos los requisitos normados por el estado para la reutilización en la<br />
agricultura.<br />
Debido al interés <strong>de</strong> reutilizar los <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong> la <strong>de</strong>puración <strong>de</strong> aguas<br />
servidas en los agroecosistemas, se evaluó la capacidad que presentan para<br />
dicho caso previo a un proceso <strong>de</strong> purificación, <strong>mediante</strong> digestión anaeróbica.<br />
Para ello se estudió la concentración mineral <strong>de</strong> los macroelementos NPK <strong>de</strong>l<br />
efluente.<br />
La composición mineral <strong>de</strong> la biomasa en el proceso tuvo un<br />
comportamiento similar para los tres minerales evaluados, sin generar una<br />
variación importante entre la concentración <strong>de</strong> ingreso y salida en el sistema.<br />
El nitrógeno total (N) tendió a disminuir mientras la biodigestión se llevó a<br />
cabo en los efluentes, por otro lado el NH4 disponible presentó un aumento lineal<br />
leve en este período (Figura 20). La concentración <strong>de</strong> nitrógeno <strong>de</strong> los biosólidos<br />
obtenida en proceso se presentó en un porcentaje <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 0,08 a 0,06 para el<br />
N total y <strong>de</strong> 0,016 a 0,023 en forma <strong>de</strong> NH4. Por otra parte el potasio tuvo un<br />
comportamiento diferente (Figura 21), ya que se produjo un pico en la mitad <strong>de</strong> la<br />
experiencia aumentando levemente la concentración <strong>de</strong>l elemento tanto para K<br />
total como K2O, pero éste aumento se pier<strong>de</strong> cuando el proceso llega a su término<br />
logrando concluir con un porcentaje <strong>de</strong> 0,0049 y 0,0041 para K y K2O<br />
respectivamente. Por último el fósforo tanto en forma <strong>de</strong> P total como P2O5 están<br />
en muy bajas concentraciones en el efluente (Figura 22), presentándose en<br />
cantida<strong>de</strong>s similares al componente evaluado anteriormente, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> presentar<br />
el mismo aumento en la etapa media <strong>de</strong>l proceso.<br />
2 JOSE OCEGUERA. 20 agosto 2009. Entrevista informativa. Asesor y analista <strong>de</strong> tratamiento<br />
Aguas <strong>de</strong>l Valle. La Serena.<br />
61
En la evolución <strong>de</strong> la concentración mineral expuesta en el párrafo anterior,<br />
no se manifestaron diferencias estadísticas significativas entre la composición <strong>de</strong><br />
entrada <strong>de</strong> la biomasa y la salida como efluente tratado, esto se aplica a todos los<br />
minerales estudiados N, P y K (F (Figura igura 20, 21 y 22), sin embargo para P y K el<br />
aumento producido en la etapa media presentó diferencia estadística significativa,<br />
pero pier<strong>de</strong> total importancia ya que no se mantuvo hasta la finalización <strong>de</strong> la<br />
biodigestión.<br />
Porcentaje (%)<br />
0,1<br />
0,09<br />
0,08<br />
0,07<br />
0,06<br />
0,05<br />
0,04<br />
0,03<br />
0,02<br />
0,01<br />
0<br />
EVOLUCIÓN DEL NITRÓGENO<br />
EN EL EFLUENTE.<br />
0,09<br />
0,0168<br />
0,0237 0,0225<br />
Figura 20: Evolución olución <strong>de</strong>l nitrógeno en el perí período <strong>de</strong> biodigestión.<br />
0,08<br />
0,06<br />
1 2 3<br />
Nº Mediciones<br />
NH4 Disp.(%)<br />
N. Total (%)<br />
62
Figura 21: Evolución <strong>de</strong>l potasio en el proceso <strong>de</strong> biodigestión.<br />
0,018<br />
0,016<br />
0,014<br />
0,012<br />
0,01<br />
0,008<br />
0,006<br />
0,004<br />
0,002<br />
0<br />
EVOLUCIÓN DEL FÓSFORO<br />
EN EL EFLUENTE.<br />
0,00798<br />
Porcentaje (%) Evolución <strong>de</strong>l potasio en el proceso <strong>de</strong> biodigestión.<br />
0,00348<br />
0,0156<br />
0,0068<br />
0,00421<br />
0,00184<br />
1 2 3<br />
Nº Mediciones<br />
Figura 22: Evolución <strong>de</strong>l fósforo en el proceso <strong>de</strong> biodigestión.<br />
P Total.(%)<br />
P2O5<br />
Total.(%)<br />
63
TAPIA y GONZÁLES (2005) en su trabajo presentaron los contenidos <strong>de</strong> los<br />
principales nutrientes minerales en lodos producidos en las PTAS, encontrándose<br />
concentraciones <strong>de</strong> nitrógeno que fluctuaban entre 1,6 y 2,3 %; 4 % <strong>de</strong> fósforo<br />
expresado en P2O5 y un 0,5 % <strong>de</strong> potasio, expresado en K2O. Si bien éstos<br />
resultados no presentan similitud a los obtenidos en las mediciones realizadas<br />
para la elaboración <strong>de</strong> ésta tesis (ANEXO 2), hay que consi<strong>de</strong>rar que los procesos<br />
para el tratamiento <strong>de</strong> los lodos discrepan en su totalidad. En primer lugar los<br />
lodos analizados por TAPIA y GONZÁLES presentaban un contenido <strong>de</strong> humedad<br />
<strong>de</strong>l 30 %, es <strong>de</strong>cir el 70 % <strong>de</strong> éstos correspondía a la materia seca, los cuales<br />
fueron el resultado final <strong>de</strong>l tratamiento en plantas <strong>de</strong>puradoras <strong>mediante</strong> el<br />
método <strong>de</strong> lodos activados; en cambio los efluente trabajados en el actual ensayo<br />
provenían directamente <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> recuperación <strong>de</strong> las aguas servidas, por lo<br />
tanto presentaban una menor concentración <strong>de</strong> materia orgánica, la cual<br />
correspon<strong>de</strong> solo a un 40 % <strong>de</strong> los lodos activos (Com. Pers. Sr. FRANCISCO<br />
CERVA 3 ), por lo que la dilución mineral es significativamente mayor.<br />
Por otra parte, no existió una variación estadísticamente significativa en la<br />
conductividad eléctrica (CE), partiendo con una C.E. <strong>de</strong> 1,9 al inicio <strong>de</strong> la<br />
biodigestión y terminando en el final <strong>de</strong>l proceso con una C.E. <strong>de</strong> 2,1 dS/m (Figura<br />
23). LABRADOR (2001), obtiene resultados similares, para el tratamiento <strong>de</strong><br />
compostaje aeróbico <strong>de</strong> estos residuos en don<strong>de</strong> la C.E. es <strong>de</strong> 2,04 dS/m.<br />
El valor alcanzado <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista agronómico correspon<strong>de</strong> a un<br />
rango en el cual existen limitaciones leves para algunos cultivos, algunos ejemplos<br />
<strong>de</strong> éstos correspon<strong>de</strong>n a cítricos, nogal, manzano, entre otros, que a una C.E. 2 -<br />
4 dS/m pue<strong>de</strong> lograr una producción mo<strong>de</strong>rada. Por otra parte en el palto,<br />
duraznero, nectarino, entre otros., una C.E. <strong>de</strong> esta magnitud pue<strong>de</strong> causar<br />
limitaciones las cuales llegan a ser <strong>de</strong> importancia económica, ya que la<br />
3 FRANCISCO CERVA. 17 <strong>de</strong> noviembre 2009. Entrevista informativa. Jefe zonal Limarí-Choapa.<br />
Aguas <strong>de</strong>l Valle S.A. Ovalle.<br />
64
producción se ve afectada <strong>de</strong> forma consi<strong>de</strong>rable (Centro <strong>de</strong> Información <strong>de</strong><br />
Recursos Naturales (CIREN), 1989 a; 1989 b).<br />
C.E (dS/m)<br />
Figura 23: Conductividad eléctrica expresada en dS/m, , para el período <strong>de</strong><br />
biodigestión.<br />
2,50<br />
2,00<br />
1,50<br />
1,00<br />
0,50<br />
0,00<br />
El pH (Figura igura 24 24) no presentó variaciones relevantes durante el proceso, se<br />
mantuvo cercano al neutro (pH 7) con gran estabilidad estabilidad, , no encontrándose<br />
diferencias estadísticas significativas en éste parámetro. Estos valores obtenidos<br />
están <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l rango óptimo propuesto para el proceso <strong>de</strong> biodigestión por<br />
ALCAYAGA et al (2000 2000) y RIQUELME (2009) en don<strong>de</strong> exponen, exponen que el potencial<br />
<strong>de</strong> hidrógeno tiene efectos directos en la vida microbiana microbiana, , ya que las l bacterias<br />
metanogénicas son<br />
Condutividad eléctrica.<br />
1,90<br />
1,30<br />
extremadamente sensibles al pH, , y requieren para su<br />
<strong>de</strong>sarrollo un pH óptimo que <strong>de</strong>ben encontrar encontrarse se entre 7 a 7,2; inhibiéndose con<br />
un valor <strong>de</strong> pH 6,6 y por último terminando por la muerte <strong>de</strong> éstas bajo los 6,2.<br />
2,17<br />
2,10<br />
1 2 3 4<br />
Mediciones<br />
C.E (dS/m)<br />
65
pH<br />
7,20<br />
7,15<br />
7,10<br />
7,05<br />
7,00<br />
6,95<br />
6,90<br />
6,85<br />
6,80<br />
6,75<br />
7,00<br />
Evolución <strong>de</strong>l pH.<br />
Figura 24: El pH y su comportamiento en los efluentes.<br />
La <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l líquido (Figura 25), ), fue igual o muy cercana a la <strong>de</strong>nsidad<br />
<strong>de</strong>l agua (1 g/cc), por lo tanto el efluente obtenido resulta atractivo ya que pue<strong>de</strong><br />
ser aplicado <strong>mediante</strong> un sistema <strong>de</strong> fertirriego, presentando así una mayor<br />
eficiencia y disminución <strong>de</strong> costos <strong>de</strong> aplicación, a<strong>de</strong>más algunos autores<br />
proponen la posibilidad <strong>de</strong> la aplicación foliar <strong>de</strong> éste producto.<br />
6,90<br />
APARCAN y JANSEN (2008), en su trabajo separan los efluentes <strong>de</strong> la<br />
biodigestión en biol (líquido), y biosol (sólidos), utilizando una <strong>de</strong>cantación al final<br />
<strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong>l material sólido y recomendando posterio posteriormente rmente la aplicación <strong>de</strong>l<br />
biol por intermedio <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong> fertirrigación para una mayor eficiencia. Por<br />
otra parte <strong>de</strong>bido a la presentación líquida y la <strong>de</strong>nsidad obtenida, COLQUE et al.<br />
(2005) exponen la posibilidad <strong>de</strong> generar fertilizantes foliares <strong>mediante</strong> el método<br />
<strong>de</strong> digestión anaeróbica, obteniendo do como producto <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> la<br />
<strong>de</strong>scomposición <strong>de</strong> los <strong>de</strong>sechos <strong>orgánico</strong>s fitoreguladores, , que actúan como<br />
bioestimulante oestimulante <strong>orgánico</strong> en pequeña pequeñas cantida<strong>de</strong>s, capaz <strong>de</strong> promover el<br />
6,93<br />
7,13<br />
1 2 3 4<br />
Mediciones<br />
66
crecimiento y <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> las plantas. . Para lograrlo se <strong>de</strong>ben adicionar al<br />
efluente insumos como alfalfa picada, roca fosfórica, leche, pescados, pescado entre otros.<br />
(g/cc)<br />
1,02<br />
1,015<br />
1,01<br />
1,005<br />
0,995<br />
0,99<br />
Figura 25: Densidad <strong>de</strong>l líquido en los biodigestores.<br />
4.1.4.3 Concentración <strong>de</strong> metales pesados.<br />
Los metales pesados no son una problemática para la reutilización <strong>de</strong> los<br />
lodos según los s resultados obtenidos (Cuadro 77),<br />
), ya que las concentraciones en<br />
los efluentes ya digeridos están bajo a las exigida por la NCh 2880 (INN, 2004),<br />
en la cual se indica que todas las clases <strong>de</strong> compost <strong>de</strong>ben cumplir con las<br />
concentraciones máximas indicadas en la Cuadro 88.<br />
. Si bien en el mayor número<br />
<strong>de</strong> los elementos analizados se obtuvi obtuvieron eron valores trazas, zinc y cobre<br />
presentaron n una concentración mayor, aún cuando los rangos obtenido obtenidos obtenido no<br />
sobrepasaron lo reglamentado.<br />
1<br />
Densidad <strong>de</strong>l líquido.<br />
1,01 1,01<br />
AHUMADA et al. (2004), generaron resultados similares en sus su<br />
investigaciones, , don<strong>de</strong> los biosólidos presentaron los mismos elementos en una<br />
1,00<br />
1,02<br />
1 2 3 4<br />
Mediciones<br />
67
mayor concentración (Zn y Cu), sin transgredir la normativa en ninguno <strong>de</strong> los<br />
casos; por otra parte fundamentan que aún con los valores obtenidos, la<br />
acumulación en el suelo no <strong>de</strong>ja <strong>de</strong> ser consi<strong>de</strong>rable ya que la aplicación<br />
progresiva pue<strong>de</strong> generar un aumento en las concentraciones <strong>de</strong> estos elementos.<br />
Cuadro 7: Concentración <strong>de</strong> metales pesados <strong>de</strong>l efluente en el período <strong>de</strong><br />
biodigestión.<br />
Elemento<br />
(Total)<br />
Unidad Día 0 Día 60 Día 120<br />
Arsénico mg/L < 0,01 < 0,01 < 0,01<br />
Cadmio mg/L < 0,01 < 0,01 < 0,01<br />
Cobre mg/L 3 2,93 2,67<br />
Cromo mg/L < 0,01 < 0,01 < 0,01<br />
Mercurio mg/L < 0,01 < 0,01 < 0,01<br />
Níquel mg/L 0,9 0,8 0,83<br />
Plomo mg/L < 0,01 < 0,01 < 0,01<br />
Zinc mg/L 7 5,21 4,67<br />
68
Cuadro 8: Concentración <strong>de</strong> metales pesados aceptados por NCh. 2880 para<br />
cualquier tipo <strong>de</strong> compost.<br />
Metales pesados<br />
Arsénico 15<br />
Cadmio 2<br />
Cobre 100<br />
Cromo 120<br />
Mercurio 1<br />
Níquel 20<br />
Plomo 100<br />
Zinc 200<br />
Concentraciones máximas<br />
en mg/kg <strong>de</strong> compost.<br />
1) Concentraciones expresadas como contenidos<br />
totales.<br />
MENDOZA et al. (2004) reafirman, que la aplicación <strong>de</strong> lodos al suelo en<br />
general, incrementa su contenido total <strong>de</strong> elementos, entre ellos metales pesados,<br />
correlacionado positivamente con la dosis aplicada. En este estudio el incremento<br />
<strong>de</strong> metales en el suelo en or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> importancia fue Zn>Cu, resultado similar en<br />
relación a los valores obtenidos en los efluentes <strong>de</strong> esta tesis, ya que los metales<br />
ya mencionados presentaron concentraciones en el mismo or<strong>de</strong>n prioritario.<br />
Los mismos autores a<strong>de</strong>más argumentan que la aplicación <strong>de</strong> una dosis<br />
superior a la propuesta por la reglamentación nacional, produce un incremento en<br />
la concentración foliar <strong>de</strong> Cu, Cd, Ni, Pb, Zn, ésto resultados fueron obtenidos en<br />
un bioensayo <strong>de</strong> lechuga con aplicación <strong>de</strong> 6 veces la cantidad <strong>de</strong> lodos<br />
especificados en la norma.<br />
69
Los metales pesados presentes en los lodos contaminan el suelo y son<br />
absorbidos por los cultivos en concentraciones tales que puedan ser nocivas para<br />
la salud <strong>de</strong> quienes los consumen, a<strong>de</strong>más se pue<strong>de</strong> integrar a la ca<strong>de</strong>na trófica<br />
(GREENBER et al., 1992).<br />
Por lo tanto CONAMA (2009), a<strong>de</strong>más propone una mayor restricción a la<br />
aplicación <strong>de</strong> los lodos, integrando también los tipos <strong>de</strong> suelos, su pH y las<br />
concentraciones <strong>de</strong> metales pesados presentes en ellos (Cuadro 9), por lo que si<br />
un suelo no cumple con las características mencionadas en éste cuadro no será<br />
posible el tratamiento con lodos o sus <strong>de</strong>rivados.<br />
Cuadro 9: Contenidos máximos <strong>de</strong> metales en suelos antes <strong>de</strong> una aplicación <strong>de</strong><br />
lodos.<br />
Metal<br />
Fuente: CONAMA, 2000.<br />
Contenido total en mg/kg <strong>de</strong> suelo<br />
en base seca<br />
Zona Centro-Norte Zona Sur<br />
pH >6,5 pH
4.1.5 Propieda<strong>de</strong>s mejoradoras <strong>de</strong> suelos <strong>de</strong> los efluentes.<br />
Se evaluó la capacidad <strong>de</strong> mejorar el suelo <strong>mediante</strong> el cambio producido<br />
en la retención <strong>de</strong> humedad al ser tratados con los lodos bio<strong>de</strong>gradados, posterior<br />
a un tiempo <strong>de</strong> reposo. La experiencia produjo modificaciones en la capacidad<br />
volumétrica <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> humedad por las partículas <strong>de</strong>l suelo, las variaciones<br />
obtenidas fueron <strong>de</strong> 48,5 a 56,0 % <strong>de</strong> retención para el suelo arcilloso y 39,25 a<br />
41% para el arenoso respectivamente, sin embargo sólo para el primero el<br />
tratamiento arrojó diferencias estadísticas significativas (Figura 26).<br />
Los lodos obtenidos <strong>de</strong> las plantas <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong> agua correspon<strong>de</strong>n a<br />
un material con un alto componente <strong>de</strong> materia orgánica. Es por esto que los<br />
efectos <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong> lodos urbanos son predominantemente físicos,<br />
mientras que los efectos químicos y nutricionales <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rán <strong>de</strong> la composición,<br />
tratamiento y método <strong>de</strong> aplicación, por lo tanto es esperable que los efectos<br />
físicos sobre el suelo sean similares a los obtenidos con las aplicaciones <strong>de</strong> otros<br />
tipos <strong>de</strong> materiales <strong>orgánico</strong>s, generando cambios en la estructura y en el sistema<br />
poroso. La aplicación <strong>de</strong> lodos frescos y tratados genera en corto plazo un cambio<br />
en la porosidad, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> un aumento <strong>de</strong> la microagregación <strong>de</strong> los suelos<br />
(CUEVAS, 2006).<br />
SEGUEL et al. (2003) también obtuvieron resultados similares al tratar<br />
suelos in situ con bioabano obtenido <strong>de</strong> la biodigestión <strong>de</strong> estiércol <strong>de</strong> bovinos<br />
más rastrojo <strong>de</strong> trigo, en un biodigestor tipo Batch. La aplicación <strong>de</strong> los efluentes<br />
produjo un aumento en la macro y micro porosidad. Los suelos tratados<br />
presentaron una mejor estructura y en término gravimétrico las aplicaciones <strong>de</strong><br />
MO promovieron un incremento <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> agua, sin embargo los autores<br />
concluyeron en su trabajo que el principal efecto <strong>de</strong> los residuos <strong>orgánico</strong>s<br />
probablemente se encuentre en la mayor cantidad <strong>de</strong> macroporos, lo que<br />
favorecería una mejor aireación e infiltración <strong>de</strong> agua.<br />
71
MEDICIÓN DE RETENCIÓN DE HUMEDAD.<br />
Figura 26: Evaluación <strong>de</strong> la retención <strong>de</strong> humedad para dos tipos <strong>de</strong> suelos con<br />
aplicación <strong>de</strong> lodos bio<strong>de</strong>gradados.<br />
4.2 ESTIMACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS.<br />
4.2.1 Volumen <strong>de</strong> gas producido.<br />
Se logró acumular <strong>biogás</strong> solamente en un <strong>de</strong> las repeticiones, en los otros<br />
dos biodigestores se produjeron fugas <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> por lo que los resultados se<br />
<strong>de</strong>scartan <strong>de</strong> los análisis (Figura 27).<br />
72
El gasómetro en el que se obtuvo un óptimo funcionamiento, presentó el<br />
total <strong>de</strong> su capacidad <strong>de</strong> acumulación a temperatura ambiente y presión<br />
atmosférica, con dimensiones <strong>de</strong> 1,5 m <strong>de</strong> largo y un radio <strong>de</strong> 0,2 m (Cuadro 10),<br />
acumulando un total <strong>de</strong> 0,188 m 3 <strong>de</strong> <strong>biogás</strong>.<br />
a b<br />
Figura 27: Diferencias volumétrica en la producción <strong>de</strong> <strong>biogás</strong>; a) Gasometros sin<br />
<strong>biogás</strong>; b) Gasometro con capacidad total <strong>de</strong> <strong>biogás</strong>.<br />
Cuadro 10: Cálculo <strong>de</strong> la producción <strong>de</strong> <strong>biogás</strong> por biodigestor.<br />
FÓRMULA = π *r 2 *H<br />
Π r 2 (m) H (m)<br />
3,1416 0,04 1,5<br />
Volumen Total 0,188 m 3<br />
73
Al correlacionar el volumen <strong>de</strong> biomasa utilizada (180 L <strong>de</strong> efluente) y el<br />
volumen <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> generado (0.188 m 3 ) se obtuvo una producción superior a las<br />
experiencias <strong>de</strong> autores anteriores. Porcentualmente arrojó <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 100 % <strong>de</strong><br />
productividad <strong>de</strong> la materia orgánica; respecto a este punto CHAMY (2009)<br />
expresa que, hay un rendimiento <strong>de</strong> 550 m 3 por tonelada <strong>de</strong> lodo residual <strong>de</strong> las<br />
PTA, lo que correspon<strong>de</strong> a un 50 % aproximado <strong>de</strong> <strong>biogás</strong> por volumen tratado<br />
con un rendimiento <strong>de</strong> 60 % <strong>de</strong> CH4. Al compar ambos resultados se pue<strong>de</strong><br />
cuestionar la pureza <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> obtenido en la experiencia ya que no se tiene la<br />
composición <strong>de</strong> éste. A<strong>de</strong>más este fenómeno se pue<strong>de</strong> explicar, si se toma en<br />
cuenta que el tratamiento anaeróbico <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> poblaciones microbianas<br />
complejas, que <strong>de</strong>ben adaptarse a cambios en el medio que se <strong>de</strong>sarrollan,<br />
reajustando su composición; por lo tanto con tiempos <strong>de</strong> retención hidráulica<br />
cortos, los microorganismos pue<strong>de</strong>n no alcanzar a digerir la totalidad <strong>de</strong> las<br />
materias presentes en los líquidos; y con tiempos <strong>de</strong> retención largos pue<strong>de</strong>n<br />
digerir la totalidad, hasta quedar luego sin alimentación (ALCAYAGA et al., 2000).<br />
Hay que consi<strong>de</strong>rar que los resultados expuestos por CHAMY (2009),<br />
fueron evaluados para un proceso continuo con tiempo <strong>de</strong> retención corto <strong>de</strong> 20 a<br />
30 días, versus los 90 días en que transcurrió la etapa experimental <strong>de</strong> éste<br />
trabajo, por lo tanto se pue<strong>de</strong> inferir que <strong>de</strong>bido a las características <strong>de</strong>l proceso<br />
los microorganismos pudieren haber presentado una mayor eficiencia <strong>de</strong> la<br />
conversión <strong>de</strong> la biomasa. VILLEGAS (s.f.), argumenta a<strong>de</strong>más que mientras más<br />
largo es el tiempo <strong>de</strong> retención <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l biodigestor, más alto es el contenido <strong>de</strong><br />
metano, y el po<strong>de</strong>r calorífico aumenta. Con tiempos <strong>de</strong> retención cortos el<br />
contenido <strong>de</strong> metano pue<strong>de</strong> disminuir hasta en un 50%.<br />
74
4.2.2 Estimación <strong>de</strong>l po<strong>de</strong>r calorífico <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>.<br />
Al realizar el método formulado para esta etapa <strong>de</strong> la investigación, no se<br />
consiguieron los resultados esperados, ya que el <strong>biogás</strong> no efectuó una<br />
combustión continua, por lo que fue imposible lograr un aumento en las<br />
temperaturas <strong>de</strong>l fluido utilizado (Figura 28).<br />
Esta problemática pudo ser causada, <strong>de</strong>bido a que la presión obtenida por<br />
el sistema no fue la necesaria para encen<strong>de</strong>r un mechero Bunsen; por otra parte el<br />
<strong>biogás</strong> generado, pue<strong>de</strong> no haber presentado la composición necesaria <strong>de</strong>l gas<br />
combustible (CH4). VILLEGAS (s.f.), expresa que se pier<strong>de</strong> la inflamabilidad <strong>de</strong><br />
<strong>biogás</strong> con un contenido <strong>de</strong> metano menor <strong>de</strong>l 50%.<br />
a b<br />
Figura 28: Medición comparativa <strong>de</strong> la eficiencia <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong>; a) Medición <strong>de</strong>l po<strong>de</strong>r<br />
calorífico <strong>de</strong>l gas natural; b) Medición <strong>de</strong>l po<strong>de</strong>r calorífico <strong>biogás</strong>.<br />
75
Si la evaluación <strong>de</strong> la capacidad calorífica <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> fue imposible obtener<br />
experimentalmente, KALUSS (2009b) expone que el po<strong>de</strong>r calorífico para este<br />
gas es <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n 4 a 6 KWh por m 3 aproximadamente, en cambio consi<strong>de</strong>rando<br />
como referencia al gas natural, éste presenta alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 12 KWh, <strong>de</strong>pendiendo<br />
<strong>de</strong> la pureza.<br />
También SERVIAN et al. (2007), presentaron en el tratamiento <strong>de</strong> aguas<br />
residuales, un <strong>biogás</strong> con una concentración promedio <strong>de</strong> 63 % <strong>de</strong> gas CH4 y<br />
po<strong>de</strong>r calorífico <strong>de</strong> 4600 kcal/m 3 a 6500 kcal/m 3 , argumentando que la<br />
composición típica <strong>de</strong>l <strong>biogás</strong> tiene una alta proporción <strong>de</strong> metano (CH4). Por lo<br />
tanto, el <strong>biogás</strong> permite emplearse con cierta ventaja para reemplazar<br />
combustibles tradicionales. En el trabajo <strong>de</strong> VILLEGAS (s/f) se presenta que el<br />
<strong>biogás</strong> posee una temperatura <strong>de</strong> inflamación <strong>de</strong> alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> los 700ºC,<br />
alcanzando los 870 ºC en la temperatura <strong>de</strong> la llama.<br />
76
5. CONCLUSIONES.<br />
El proceso <strong>de</strong> biodigestión logró disminuir la carga <strong>de</strong> coliformes fecales a<br />
valores muy inferiores a los normados en don<strong>de</strong> se exige un mínimo <strong>de</strong> 1000<br />
MNP, obteniendo en esta experiencia un <strong>de</strong>nsidad final <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 80-90 MNP<br />
<strong>de</strong> coliformes.<br />
Los efluentes, posterior al tratamiento anaeróbico no presentaron<br />
características in<strong>de</strong>seables para la aplicación como <strong>abono</strong> <strong>orgánico</strong> tomando en<br />
cuenta la normativa vigente, presentando un pH neutro, una conductividad<br />
eléctrica <strong>de</strong> 2,1 dS/m y una <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l liquido igual a 1 g/cc. Por otra parte la<br />
concentración mineral fue baja alcanzando valores <strong>de</strong> 0,06; 0,0043 y 0,0049 para<br />
NPK respectivamente.<br />
La evaluación <strong>de</strong> la capacidad mejoradora <strong>de</strong> suelos <strong>de</strong> los efluentes arrojó,<br />
en un suelo arcilloso un cambio en la retención <strong>de</strong> humedad <strong>de</strong>s<strong>de</strong> un 48,5 a 56,0<br />
% y en una textura arenosa <strong>de</strong> 39,25 a 41 %, siendo estadísticamente significativo<br />
para la primera textura.<br />
En la biodigestión se generó un volumen 0,188 m 3 sólo en una <strong>de</strong> las<br />
repeticiones, presentando un rendimiento aproximado <strong>de</strong>l 60 % en relación al<br />
volumen <strong>de</strong> la biomasa utilizada en el proceso, lo que significa un bajo po<strong>de</strong>r<br />
energético <strong>de</strong>l proceso.<br />
La eficiencia energética que presenta el <strong>biogás</strong> no fue factible evaluar, ya<br />
que no fue capaz <strong>de</strong> generar una combustión continua, por lo que se plantea como<br />
inquietud para una próxima experiencia la evaluación <strong>de</strong> esta <strong>mediante</strong> el análisis<br />
<strong>de</strong> la composición <strong>de</strong>l gas resultante <strong>de</strong>l proceso.<br />
77
6. BIBLIOGRAFIA.<br />
AHUMADA, I; GUDENSCHWAGER, O; CARRASCO, M; CASTILLO, G;<br />
SADZAWKA, M y ASCAR, L. 2004. Influencia <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong> biosólidos<br />
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88
ANEXOS<br />
1
ANEXO 1: Análisis estadísticos spss 15.0;<br />
ANOVA <strong>de</strong> un factor<br />
Ph<br />
C.E (dS/m)<br />
M.O (%)<br />
C. Orga.<br />
(%)<br />
N. Total (%)<br />
Relación<br />
C/N<br />
Propieda<strong>de</strong>s físicas y químicas <strong>de</strong>l efluente.<br />
Suma <strong>de</strong><br />
cuadrados<br />
gl<br />
Media<br />
cuadrática<br />
F Sig.<br />
Inter-grupos 0,096 2 0,048 8,6 0,017<br />
Intra-grupos 0,033 6 0,006<br />
Total 0,129 8<br />
Inter-grupos 1,396 2 0,698 15,7 0,004<br />
Intra-grupos 0,267 6 0,044<br />
Total 1,662 8<br />
Inter-grupos 0,084 2 0,042 10,525 0,011<br />
Intra-grupos 0,024 6 0,004<br />
Total 0,108 8<br />
Inter-grupos 0,025 2 0,012 12,4 0,007<br />
Intra-grupos 0,006 6 0,001<br />
Total 0,031 8<br />
Inter-grupos 0,001 2 0,001 1 0,422<br />
Intra-grupos 0,004 6 0,001<br />
Total 0,006 8<br />
Inter-grupos 136,82 2 68,41 2,792 0,139<br />
Intra-grupos 147 6 24,5<br />
Total 283,82 8<br />
2
Continuación cuadro ANOVA.<br />
NH4 Disp.<br />
(%)<br />
P Total.<br />
(%)<br />
P2O5<br />
Total.<br />
(%)<br />
K Total.<br />
(%)<br />
K2O Total.<br />
(%)<br />
Suma <strong>de</strong><br />
cuadrados<br />
gl<br />
Media<br />
cuadrática<br />
F Sig.<br />
Inter-grupos 0 2 0 1,58 0,281<br />
Intra-grupos 0 6 0<br />
Total 0 8<br />
Inter-grupos 0 2 0 4,606 0,061<br />
Intra-grupos 0 6 0<br />
Total 0 8<br />
Inter-grupos 0 2 0 4,788 0,057<br />
Intra-grupos 0 6 0<br />
Total 0 8<br />
Inter-grupos 0 2 0 3,872 0,083<br />
Intra-grupos 0 6 0<br />
Total 0 8<br />
Inter-grupos 0 2 0 3,895 0,082<br />
Intra-grupos 0 6 0<br />
Total 0 8<br />
3
Continuación cuadro ANOVA.<br />
Ác. Húmicos<br />
(%)<br />
Ác. Fúlvicos<br />
(%)<br />
Ex. Húm.<br />
Totales<br />
(%)<br />
Densidad<br />
(g/cc)<br />
Suma <strong>de</strong><br />
cuadrados<br />
gl<br />
Media<br />
cuadrática<br />
F Sig.<br />
Inter-grupos 0,009 2 0,005 5,903 0,038<br />
Intra-grupos 0,005 6 0,001<br />
Total 0,014 8<br />
Inter-grupos 0,757 2 0,378 1,347 0,329<br />
Intra-grupos 1,686 6 0,281<br />
Total 2,442 8<br />
Inter-grupos 0,042 2 0,021 23,444 0,001<br />
Intra-grupos 0,005 6 0,001<br />
Total 0,048 8<br />
Inter-grupos 0 2 0 19 0,003<br />
Intra-grupos 0 6 0<br />
Total 0 8<br />
4
Pruebas post hoc; Subconjuntos homogéneos.<br />
Tratamiento<br />
Duncan para variable pH.<br />
N<br />
Subconjunto para<br />
alfa = .05<br />
1 2 1<br />
1 3 6,900<br />
2 3 6,933<br />
3 3 7,133<br />
Sig. ,604 1,000<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
Duncan para variable C.E (dS/m)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto para<br />
alfa = .05<br />
1 2 1<br />
1 3 1,300<br />
3 3 2,100<br />
2 3 2,167<br />
Sig. 1,000 ,712<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
5
Duncan para variable M.O (%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto para<br />
alfa = .05<br />
1 2 1<br />
1 3 ,1500<br />
2 3 ,3500<br />
3 3 ,3600<br />
Sig. 1,000 ,853<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
Duncan para variable C. Orgánico (%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto para<br />
alfa = .05<br />
1 2 1<br />
1 3 ,0900<br />
2 3 ,1900<br />
3 3 ,2100<br />
Sig. 1,000 ,468<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
6
Duncan para variable N Total (%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto<br />
para alfa = .05<br />
1 1<br />
3 3 ,0600<br />
2 3 ,0800<br />
1 3 ,0900<br />
Sig. ,228<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
Duncan para variable relación C/N<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto<br />
para alfa = .05<br />
1 1<br />
1 3 3,00<br />
2 3 8,60<br />
3 3 12,50<br />
Sig. ,064<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
7
Duncan para variable NH4 Disp. (%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto<br />
para alfa = .05<br />
1 1<br />
1 3 ,016800<br />
3 3 ,022500<br />
2 3 ,023700<br />
Sig. ,159<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
Tratamiento<br />
Duncan para variable P Total. (%)<br />
N<br />
Subconjunto para alfa<br />
= .05<br />
1 2 1<br />
3 3 ,0018400<br />
1 3 ,0034800 ,0034800<br />
2 3 ,0068000<br />
Sig. ,363 ,093<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
8
Duncan para variable P2O5 Total.(%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto para alfa<br />
= .05<br />
1 2 1<br />
3 3 ,0042100<br />
1 3 ,0079800 ,0079800<br />
2 3 ,0156000<br />
Sig. ,354 ,088<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
Duncan para variable K Total (%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto para<br />
alfa = .05<br />
1 2 1<br />
1 3 ,003600<br />
3 3 ,004100 ,004100<br />
2 3 ,004880<br />
Sig. ,322 ,143<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
9
Tratamiento<br />
Duncan para variable K2O Total (%)<br />
N<br />
Subconjunto para alfa =<br />
.05<br />
1 2 1<br />
1 3 ,0043200<br />
3 3 ,0049200 ,0049200<br />
2 3 ,0059000<br />
Sig. ,334 ,137<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
Duncan para variable Ác. Húmicos (%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto para<br />
alfa = .05<br />
1 2 1<br />
1 3 ,1200<br />
2 3 ,1250<br />
3 3 ,1900<br />
Sig. ,833 1,000<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
10
Duncan para variable Ác. Fúlvicos (%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto<br />
para alfa = .05<br />
1 1<br />
1 3 ,1200<br />
2 3 ,1300<br />
3 3 ,7400<br />
Sig. ,215<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
Duncan para variable Ex. Húm. Totales (%)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto para<br />
alfa = .05<br />
1 2 1<br />
1 3 ,2400<br />
2 3 ,2500<br />
3 3 ,3900<br />
Sig. ,697 1,000<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
11
Duncan para variable Densidad. (g/cc)<br />
Tratamiento<br />
N<br />
Subconjunto para<br />
alfa = .05<br />
1 2 3 1<br />
2 3 1,0000<br />
1 3 1,0100<br />
3 3 1,0167<br />
Sig. 1,000 1,000 1,000<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
12
ANOVA <strong>de</strong> un factor<br />
Análisis biológico (Coliformes Fecales).<br />
Suma <strong>de</strong><br />
cuadrados<br />
Inter-grupos 5142027,778 5<br />
NMP Intra-grupos 1269733,333 12<br />
gl<br />
Total 6411761,111 17<br />
Pruebas post hoc.; Subconjuntos homogéneos.<br />
TRATAMIE<br />
NTO<br />
Duncan para variable NMP.<br />
N<br />
Día 75 3 83,33<br />
Día 60 3 200,00<br />
Media<br />
cuadrática<br />
1028405,5<br />
56<br />
105811,11<br />
Subconjunto para alfa = .05<br />
1<br />
2 3 1<br />
Día 45 3 560,00 560,00<br />
Día 30 3 1000,00 1000,00<br />
Día 15 3 1133,33 1133,33<br />
Día 0 3 1600,00<br />
Sig. ,113 ,062 ,052<br />
F Sig.<br />
9,719 ,001<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 3,000.<br />
13
ANOVA <strong>de</strong> un factor,<br />
Análisis porcentaje <strong>de</strong> retención <strong>de</strong> humedad.<br />
Suma <strong>de</strong><br />
cuadrados<br />
gl<br />
Media<br />
cuadrática<br />
F Sig.<br />
% Inter-grupos 706,688 3 235,563 64,611 ,000<br />
Retención Intra-grupos 43,750 12 3,646<br />
humedad Total 750,438 15<br />
Pruebas post hoc; Subconjuntos homogéneos.<br />
Duncan para variable % retención <strong>de</strong> humedad.<br />
Tratamiento N Subconjunto para alfa = .05<br />
Arenoso sin lodo 4 39,25<br />
Arenoso con lodo 4 41,00<br />
1 2 3 1<br />
Arcilloso sin lodo 4 48,50<br />
Arcilloso con lodo 4 56,00<br />
Sig. ,219 1,000 1,000<br />
Se muestran las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.<br />
a. Usa el tamaño muestral <strong>de</strong> la media armónica = 4,000.<br />
14
ANEXO 2: Análisis <strong>de</strong> los efluentes laboratorio AGROLAB.<br />
Análisis <strong>de</strong> los lodos puros extraídos <strong>de</strong> la planta <strong>de</strong> tratamiento.<br />
15
Análisis <strong>de</strong>l efluente diluido a la entrada <strong>de</strong>l biodigestor.<br />
16
Análisis para los tres biodigestores transcurrido 45 días <strong>de</strong> biodigestión.<br />
17
Análisis biodigestor número1, al final <strong>de</strong> la experiencia.<br />
18
Análisis biodigestor número 2, al final <strong>de</strong> la experiencia.<br />
19
Análisis biodigestor número 3, al final <strong>de</strong> la experiencia.<br />
20