Biodigestión anaeróbica de residuos orgánicos

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Fecha: lunes, 22 de diciembre de 2014
Descripción:

Lic. M.Sc. Patricia Bres habla de los avances en la biodigestión anaeróbica de residuos orgánicos

Transcripción:

Lo que explicaron recién, la problemática de los residuos que esta acoplado a un cambio de producciones, donde antes las producciones extensivas no tenían estos tipos de problemas que se generan a través de las producciones intensificadas. El problema es que se generan grandes volúmenes en espacios muy reducidos, y eso genera un tipo de contaminación puntual. Por lo tanto puse la palabra manejo y disposición que es de lo que venimos hablando, esto es a modo de resumen las diferentes producciones y la cantidad de excretas por animal por establecimiento, por día y la cantidad de residuos por establecimientos por día, si estos volúmenes los multiplicamos por los 360 días al año en donde el animal excreta vemos que los volúmenes que se generan son demasiado importantes y merecen una atención. Esta generación de estos residuos va a depender de diferentes factores el tipo de producción, el tipo de manejo no es lo mismo en el sistema avícola, como el sistema tradicional donde el guano es sacado una vez al año o dos veces al año que un sistema automático donde el guano es traído en el día o dos veces a la semana. Esto hace que las características de ese residuo sean completamente diferentes pero lo que si sabemos es que hay un aprovechamiento que se le puede hacer de ese residuo y también merecen atención y merecen ser tratados y dispuestos adecuadamente. Como dispositivo que obtenemos del estiércol, ya dijimos que tiene nutrientes que son esenciales para las plantas, tenemos presencia de nitrógeno de potasio, fosforo y algunos metales que esos no son tan buenos cuando los queremos aplicar en forma continua, pueden generar un impacto negativo, podemos tener exotoxinas, antibióticos, microorganismos patógenos y también ácaros, parásitos, diferentes tipos de compuestos que pueden no ser tan buenos cuando son aplicados en forma continua. Cuando se aplica de forma continua, se genera primero un taponamiento de los porros, un cambio estructural del suelo, y eso produce una anaerobiosis presencia de microorganismos y cambia toda la flora y la microflora del suelo, esto también va a estar asociado a la presencia de plagas roedores y puede afectar a todo lo que es el cultivo y los vegetales de la zona, cambia el ecosistema. También va a haber ese exceso de nitrógeno, las plantas van a consumir lo que necesitan el exceso puede llegar a lixiviar y pasar a los cuerpos de agua. El impacto en los cuerpos de agua es el exceso de nitrógeno y fosforo causan eutrofización, empieza a haber ausencia de oxigeno hay presencia de nitratos y amonios que pueden encontrarse en los cuerpos de agua, esa agua que puede ser tratada para consumo de agua potable y que luego nosotros somos los que estamos consumiendo esa agua. No solo presencia de nitrato y nitritos, en realidad el nitrito es el que causa la nitrosidad sino también podemos encontrar halo metanos organoclorados  y también microorganismos. En la atmosfera ese amonio que dadas determinadas condiciones de humedad y temperaturas de PH se va a formar amonio y va a ser liberado a la atmosfera que es uno de los efectos de gases invernadero también hay presencia de sulfúrico, olores desagradables, material articulado que va a estar en el establecimiento y en la zona en donde se va a transportar materia fecal, microorganismos patógenos , endotoxinas y que pueden estar en contacto con el humano, es decir hay una gran variedad de compuestos que van a afectar no solo a la salud humana sino a la salud animal porque lo que uno busca siempre es tener una atomización en la producción, esa salud humana va a estar afectada por microorganismos patógenos de suelos contaminados por lo tanto alimento contaminado y agua contaminada. ¿qué se puede hacer para evitar o minimizar este efecto, estos son algunas de las cosas que se pueden llegar a hacer en lo que es minimización de estos riesgos que trae como consecuencia una mala disposición de los residuos es tratar de manejarlos de forma correcta recolectarlos, almacenamiento y también todo lo que tiene que ver con la higiene y la seguridad de los establecimientos, los peones son los que están expuestos a los contaminantes atmosféricos y por ahí no son conscientes, por lo tanto no solo la higiene de seguridad para los animales sino para la gente que está trabajando en el lugar. Después en lel tratamiento de los residuos tenemos diferentes tecnologías en las que yo voy a presentar la digestión anaeróbica. A través del proyecto trabajamos con diferentes residuos desde el año 2005 que esto trabajando en esta temática y lo que voy a tratar de mostrar acá son los avances que hemos tenido a nivel INTA. La digestión anaeróbica es la biodegradación de la materia orgánica de las cuales voy a obtener un subproducto que uno es el biogás y el efluente y otro semilíquido. En este proceso hay distintas etapas en donde actúan distintas bacterias, anaeróbicas, facultativas, un coctel de bacterias que actúan en forma sincronizada en las diferentes etapas. Tenemos una etapa de fermentación acida en donde las bacterias transforman esos compuestos orgánicos complejos lo van degradando, van rompiendo esa estructura y lo trasforma en ácidos orgánicos, esos ácidos orgánicos van a ser consumidos por la segunda etapa que es la de fermentación metanogénica y donde actúan las bacterias metanogénicas, van a trasformar, consumir esos ácidos orgánicos y los trasforman en dióxido de carbono, metano y otros gases. La ventaja principal es que estoy concentrando todos esos problemas que tenía en el residuo en un espacio y además estoy degradando la materia orgánica y evito diferentes tipos de problemas que tenia lo que es por ejemplo todos los gases de efecto invernadero, hay un montón de efectos que tenía ese residuo que no lo estaba tratando lo puedo mejorar si yo aplico digestión anaeróbica, la ventaja principal es que obtengo un compuesto altamente energético, el biogás en donde el porcentaje de metano puede variar en función al tipo de residuo, pero oscila entre un 70 y 80% en el mejor de los casos también tenemos dióxido de carbono y otros gases trazas que merecen prestarle atención porque tenemos compuestos que son corrosivos es el vapor de agua y el acido sulfúrico, porque es importante si yo quiero utilizar ese biogás requiere de una purificación previa. Estos son dos de las aplicaciones que más se usan, el biogás puede ser utilizado para calefaccionar un establecimiento, para todo lo que es energía térmica o bien puede ser utilizado en energía eléctrica. El digestado que es el efluente liquido generado a través del proceso siempre hablamos de digestión húmeda, se refiere a cuando se trabaja en un 8 o 10 % de sólidos totales, ingresa algo semilíquido, entonces lo que voy a obtener es un efluente semilíquido. Este efluente va a tener contenido de materia orgánica cuando estamos trabajando con residuos agropecuarios y residuos sólidos urbanos asa lo mismo. Estamos trabajando con un residuo de un efluente de cerdo que tiene entre 30.000 y 60.000 de DQO por lo cual por más eficiente que sea el sistema va a ser una DKO alta y eso lo tenemos que tener en cuenta cuando queremos disponer de este residuo. También podemos encontrar exceso de nitrógeno, de fósforo que en determinadas dosis es positivo podemos tener metales que pueden estar acomplejados con la matriz sólida, podemos tener presencia de microorganismos patógenos que a pesar de venir de un proceso anaeróbico donde ocurre que muchas de las bacteria patógenas van a ser eliminadas puede haber ciertos microorganismos patógenos que ven a resistir a ese proceso y lo vamos a encontrar a la salida, en el efluente. Por lo tanto es muy importante considerar que voy a hacer con ese efluente, cuales son las características, cual va a ser la disposición final de ese efluente. En cuanto a las normativas nosotros en lo que nos tendríamos que basar es en lo que establecen las reglamentaciones provinciales que es sobre los parámetros de vuelco a un cuerpo de agua superficial o una absorción por suelo, en el caso de la provincia de Buenos Aires se establece un límite de DQO de 200 o 250 ppm, por lo cual si tenemos un efluente de cerdo que tiene 60.000 de DQO esto se hace imposible poder llegar por más eficiente que sea el sistema, otros países sin embargo tienen las directrices reglamentación especificas de lo que es  el efluente anaeróbico o biofertilizante es decir no es lo mismo si un efluente lo uso como riego o lo uso como un cuerpo superficial que si lo quiero utilizar con un biofertilizante son dos cosas totalmente diferentes sin embargo, hoy en día en lo que nos tenemos que basar es en las reglamentación de absorción por suelos o cuerpos de agua superficial. Con respecto al análisis del proceso, nosotros debemos conocer cuál es la característica de ese sustrato para saber cuáles van a ser las resultantes de ese proceso anaeróbico, en el caso tanto de estiércol avícola y efluente de cerdo la limitante es la concentración de amonio, el amonio es un inhibidor del proceso, por lo tanto es importante saber cuáles son las características iniciales, cual es la concentración inicial de amonio tengo para asegurarme que el proceso anaeróbico sea eficiente. La concentración de  iones amonio y amoniacal libre van a depender de la temperatura y también del pH, es decir el proceso químico se va a ir corriendo en función al pH por eso estas variables son importantes tenerlas en cuenta cuando trabajamos con la digestión anaeróbica.

Todo lo que es en los cambios de pH va a hacer que se acumulen los ácidos orgánicos cuando los pH son bajos y también va a ocurrir una toxicidad de la microflora. ¿Cómo solucionar estos problemas? ¿Podemos utilizar entonces una digestión anaeróbica para un estiércol avícola o un efluente de cerdo? Hay algunas cosas que se hacen, se puede diluir el material cuando estamos hablando de un efluente de cerdo o en el caso de un estiércol avícola podemos trabajar concentraciones de sólidos baja se puede agregar sufaltantes, absorbentes, pero esto es poco viable económicamente, lo que más se utiliza es la codigestión de los sustratos, es decir codigestión se refiere a la mezcla de sustratos puedo mezclar el estiércol avícola con otro tipo de residuo que lo que haga es balancear esa relación carbono-nitrógeno y de alguna forma bloquear esa inhibición del amonio. Otra cosa importante que se hace y que a veces no es considerado es generar una biomasa que este adaptada a esas concentraciones de amonio, esto e logra con un proceso muy lento, lo que generalmente se hace es tratar de ir alimentando al t de una forma muy gradual de forma de generar una biomasa que este adaptada a tolerar esas concentraciones altas de nitrógeno o de amonio. Entonces en resumen para tener en cuenta tenemos que pensar en varios factores cuando queremos implementar estas tecnologías a pequeñas o grandes escalas, debemos caracterizar estos residuos, saber cuáles son las condiciones elementales ya que en los residuos son muy heterogéneas y no podemos decir que todos los estiércoles avícolas se comportan de la misma manera o que todos los efluentes de cerdo tienen las mismas características, cada establecimiento merece su atención y merecería hacerse una evaluación de ese estiércol en particular. El monitoreo del proceso, les mencione el amonio que es uno de los factores que puede influenciar en el proceso pero existen otros tipos de factores por lo cual es importante que cuando montemos estas plantas controlemos el proceso, que haya monitoreos periódicos, debemos controlar el pH, medir cierto parámetro físico químico que nos den una idea de saber si ese proceso está funcionando bien, contabilizar la fundación de biogás es fundamental para saber que esas bacterias están degradando el residuo y caracterizar los dos subproductos que se generan. En lo que es avances a nivel investigación esto es lo que estuvimos trabajando en los últimos años en nuestros laboratorio, hemos avanzado en todo lo que es caracterización de los residuos y las aguas residuales fundamentalmente siempre lo que es referido a residuos agropecuarios y domiciliarios, analizar el proceso saber cómo debemos inocular esto de la adaptación de las bacterias, contabilizar la extensión de biogás, existen diferentes sistemas que pueden contabilizarse para controlar el biogás. En lo que es la planta piloto hemos utilizado los caudalímetros de gas natural funcionan bien, solo que tienen cierto tipo de degradación a lo largo del tiempo en general duran dos o tres años porque cuando trabajamos con compuestos como residuos domiciliarios tienen alto contenido de azufre eso hace que el deterioro sea mucho más rápido , podemos usar bolsas tedlar para recolectar ese biogás y determinar cuál es la concentración de metano sino tenemos un cromatógrafo de gases ahí mismo, hay servicios tercerizados que hacen este tipo de recolecciones pero que deben considerarse cundo se trabaja con estos tipos de tecnologías. En lo que es reactores en Batch nosotros tenemos reactores de carga única, lo que me permite determinar es la actividad metanogénica que tiene ese inoculo, lo que quiere decir es que cuando yo quiero montar un reactor debo conocer cuál es el potencial metanogénico de ese inoculo inicial. Es decir yo quiero saber si me conviene más inocular con un efluente proveniente de una laguna anaeróbica de tambo o una laguna anaeróbica de cerdos o de un rector anaeróbico que ya está funcionando. Se pueden hacer estos ensayos que se llaman ensayos de actividad metanogénica especifica que lo que hace es se prueba el inoculo, se prueba una solución que se llama sustrato de sodio y lo que mido es la producción de biogás generada en ese espacio de cabeza, se mide a través de presión esa presión en mililitros de biogás y luego se inyecta en un cromatógrafo que lo que me permite medir es la cantidad de metano producida. Estos mismos reactores me permiten determinar los ensayos de biodegrabilidad es decir puedo probar los diferentes sustratos que me conviene más, mezclar un efluente avícola con un efluente de cerdo en que porcentaje en que proporciones esos estudios se deben realizar a escala laboratorio y estos ensayos nos permiten determinar la biodegrabilidad del residuo. También contamos con reactores a escala continua, que a diferencia de los otros reactores acá ya no tengo un efluente que puedo analizar en forma continua en cambio de esta forma yo alimento diariamente y obtengo un efluente que puede ser caracterizado, nos permite evaluar las características de efluente, optimizar mezclas, nos permite evaluar la adaptación de las bacterias, trabajar a diferentes velocidades de carga, es decir diferentes factores que van a estar afectando al proceso. También tenemos una planta piloto en la que hemos probado diferentes tipos de residuos y ha trabajado durante 6, 7 años y esto nos permitió evaluar otras extremidades que están asociadas al proceso que tiene que ver con los sistemas de bombeo, el tipo de agitación , la circulación, otras cosas que a escala laboratorio no pueden ser evaluadas. Cuando hablamos de aplicación a campo escala industrial, lo que quisiera transmitirle serian algunas consideraciones que deberían ser tenidas en cuenta cuando yo pienso en utilizar esta tecnología como tratamiento, primero estudiar cada establecimiento en particular, que cantidad de residuo se genera, que tipo de residuo, conocer las características de ese residuo y algunas características mínimas del establecimiento, a veces se montan estos reactores y resulta que no tenemos acceso a agua potable mientras que en estos tipos de sistemas vamos a necesitar agua, si no tenemos agua potable, ¿de dónde vamos a sacar el agua?¿la sacamos de un efluente cloacal?, la mezclamos con un efluente de cerdo, en fin esas cosas hay que tenerlas en cuenta porque a veces se montan estas plantas y después se dan cuenta que falta conexión a una red eléctrica cuando se requiere para los sistemas de bombeo o los sistemas de agitación, saber el potencial metanogénico del residuo y evaluar la mezcla con otros residuos eso va a optimizar el proceso. Todo lo que es diseño de reactores, no es lo mismo si trabajamos con un residuo solido que con uno liquido, es decir el diseño del reactor va a ser realmente diferente, hay que tener en cuenta los tiempos de retención, como lo voy a cargar, la carga electrónica volumétrica, como voy a ir inoculando, cada cuanto voy a ir alimentándolo. La pre cámara si estoy trabajando con residuos domiciliarios, en particular se sabe que cuanto más homogéneos es el sustrato mejor, esta homogeneidad la voy a lograr mediante una trituración previa porque lo que hago es aumentar la carga superficial para el ataque de las bacterias por lo tanto la homogenización es importante. La temperatura de trabajo, este es un sistema de serpentín que era en un reactor de 40m cúbicos, tenía un serpentín solo sobre el piso, no tenía sobre las paredes. El tema de agitación, esto de agitación manual se vuelve complicado cuando estamos trabajando a escala industrial. Destino de los efluentes, saber dónde va a ir a parar ese efluente, es decir es importante contar con un plan de gestión de esos residuos. Que voy a hacer con ese biogás, donde lo voy a utilizar, hay una escasa información a nivel nacional sin embargo hay una fuerte tendencia en el uso de energías alternativas eso es importante y deberíamos tratar de aprovecharlos para seguir realizando  proyectos que puedan seguir dando más información sobre la utilización del biogás. Conocer el balance energético del sistema, cuanto biogás voy a generar y cuanta energía necesito para mantener ese organismo vivo. Algunas cosas que tenemos que tener en cuenta cuando queremos instalar esto, necesitamos estudios preliminares que van a estar asociados a nivel investigación o a nivel universidades, la ingeniería hay todo un mundo de ingeniería atrás de la implementación de estos reactores, saber la legislación y las condiciones de seguridad estamos trabajando con un combustible con lo cual, con lo cual merecen tener ciertos controles de seguridad y a veces hay una falta de información con respecto a esto y monitoreos cuando se montan estos reactores a escala industrial debe haber un responsable de planta que siga este proceso, es un organismo vivo y va a requerir que se estén realizando monitoreos, tanto de control de producción de biogás como también análisis de ese proceso mediante parámetros físicos-químicos.          

 

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