Presentado por: Luis Miguel Pérez Cruz

DIGESTIÓN ANAEROBIA DE RESIDUOS ORGÁNICOS Y AGUAS RESIDUALES PROVENIENTES DE LA UP-PUEBLA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PUEBLA

Directora:Dra. María Leticia Ramírez Castillo PTC-Universidad Politécnica de Puebla

ÍNDICE1. Introducción

2. Objetivos

3. Planteamiento del problema

4. Justificación

5. Marco teórico

6. Materiales y métodos

7. Resultados y discusión

8. Conclusiones

9. Perspectivas

10. Bibliografía

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

GENERAL

Implementar un sistema de digestión anaerobia para la producción de biogás

ESPECÍFICOS

Poner en marcha 6 reactores a escala piloto utilizando materia orgánica y estiércol de vaca

Caracterizar la materia orgánica

Caracterización del estiércol de vaca

Caracterización del agua de la UP-Puebla

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El inadecuado manejo y disposición de los residuos sólidos genera diversos efectos en la salud, en el medio ambiente y finalmente, en la economía.

A nivel nacional, de las 84 200 toneladas de residuos generados al día. Se recolecta el 77 por ciento y solo se dispone adecuadamente el 53 porciento.

JUSTIFICACIÓN

El actual modelo de consumo y economía social implica que la generación de residuos por parte de una población creciente sea, en consonancia, cada vez mayor. Ello implica la necesidad de aplicar medidas estratégicas y de planificación para reducir el volumen de residuos que se producen por parte de las diferentes actividades antropicas, y que generan, en mayor o menor medida, un perjuicio sobre el medio ambiente.

Como se ha mencionado, es un imperativo ambiental el considerar seriamente la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, para evitar el efecto del calentamiento global sobre el planeta.

MARCO TEÓRICO

DIGESTIÓN ANAEROBIA

Es un proceso biológico en el cual un consorcio de diversos microorganismos interactúan entre si, en ausencia de oxigeno, para estabilizar la materia orgánica por conversión a metano y otros productos inorgánicos incluyendo agua y dióxido de carbono.

Materia orgánica + H2O bacterias anaerobias CH4 + CO2 + NH3 + H2S + biomasa + calor

IMPORTANCIA DE LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA

La reducción de la emisión de gases de efecto invernadero parece ser la acción más prometedora para contrabalancear los dramáticos cambios climáticos que se acercan en el futuro .

Una opción de mitigación para el manejo de residuos animales es la digestión anaeróbica en donde se han visto reducciones de hasta 71% en la emisión de metano

El proceso de digestión anaeróbica puede considerarse como una tecnología moderna

MICROBIOLOGÍA DEL PROCESO

Metanogenesis

Polímeros complejos

Acidogénesis

Bacterias hidroliticas

Bacterias acidogénicas

Lípidos

Hidrólisis

Productos intermediarios: propionato, butirato,

valeriato

Ácidos grasos, alcoholes

CarbohidratosProteínas

Aminoácidos, azucares

Metanogenos acetoclasticos

H2, CO2

Metanogenos hidrogenofilicos

Acetato

CH4

FACTORES OPERACIONALES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE DEGRADACIÓN

Temperatura

Nutrientes

Agitación

Tiempo de residencia hidráulico y tiempo de retención de sólidos

Influencia del pH

Ácidos volátiles

Inhibición del proceso

La co-digestión de la fracción orgánica de residuos sólidos municipales y estiércol de vaca tienen un aparente efecto sinérgico el cual supera el desequilibrio en nutrientes y mejora la biodegradación, este efecto resulta en altos rendimientos de metano comparado con la digestión anaeróbica de estiércol de vaca como sustrato simple

CO-DIGESTIÓN CON ESTIÉRCOL DE VACA

PRODUCTOS FINALES

PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

Metano (55-65%) y el anhídrido carbónico (35-45%), en menor proporción, nitrógeno, (0-3%), hidrógeno (0-1%), oxígeno (0-1%) y sulfuro de hidrógeno (trazas) .

EFLUENTES

la fermentación anaerobia de la materia orgánica produce un residuo orgánico de excelentes propiedades fertilizantes. La composición del bioabono en promedio tiene 8.5% de materia orgánica, 2.6% de nitrógeno, 1.5% de fósforo, 1.0% de potasio y un pH de 7.5

USO DEL BIOGÁS

RESIDUOS SÓLIDOS

Fuente Instalaciones, actividades o localizaciones donde se generan

Tipo de residuo sólidos

Domestica Viviendas aisladas y bloques de baja, mediana y elevada altura, etc., unifamiliares y multifamiliares.

Residuos de comida, papel, cartón, plástico, textiles, cuero, residuos de jardín, madera, vidrio, latas de hojalata, aluminio, otros metales, cenizas, hojas en la calle, residuos especiales, * residuos domésticos peligrosos.

Comercial Tiendas, restaurantes, mercados, edificios de oficina, hoteles, moteles, imprentas, gasolineras, talleres mecánicos, etc.

Papel, cartón, plásticos, madera, residuos especiales, residuos peligrosos.

Institucional Escuelas, hospitales, cárceles, centros gubernamentales.

(como en comercial)

Construcción y demolición Lugares nuevos de construcción, lugares de reparación/renovación de carreteras, derribos de edificios, pavimentos rotos.

Madera, acero, hormigón, suciedad, etc.

Servicios municipales (excluyendo plantas de tratamiento)

Limpieza de calles, paisajismo, limpieza de cuencas, parques y playas, otras zonas de recreo.

Residuos especiales, basura, barreduras de la calle, recortes de arboles y plantas, residuos de cuencas, residuos generales de parques, playas y zonas de recreo.

Plantas de tratamiento; incineradoras municipales

Agua, aguas residuales y procesos de tratamiento industrial, etc.

Residuos de plantas de tratamiento, compuestos principalmente de fangos.

Residuos sólidos urbanos Todos los citados Todos los citadosIndustrial Construcción, fabricación ligera y

pesada, refinerías, plantas químicas, centrales térmicas, demolición, etc.

Residuos de procesos industriales, materiales de chatarra, etc. Residuos no industriales incluyendo residuos de comida, basura, cenizas, residuos de demolición y construcción, residuos especiales, residuos peligrosos.

Agrícolas Cosechas de campo, arboles frutales, viñedos, ganadería intensiva, granjas, etc.

Residuos de comida, residuos agrícolas, basura, residuos peligrosos.

COMPOSICIÓN DE LOS RSU

Subproducto E.U.A.

%

Francia

%

México

%

Colombia

%Papel y cartón

40 35 14 22

Plástico 8 7 6 5Metales 9 5 3 1Textiles - 5 1 4Vidrio 7 12 7 2

Residuos alimenticios

18 21 32 56

Residuos de jardinería

7 - 10 10

Otros 11 15 27 -

GESTIÓN DE LOS RESIDUOS

GENERACIÓN DE RESIDUOS

Eliminación(Disposición final)

Generación de residuos

Manipulación y separación almacenamiento y

procesamiento en el origen

Recolección

Transferencia y transporte Separación, procesamiento y transformación de

residuos sólidos

Zona * Generación per capital

diaria (kg/hab*día)

Generación anual

(toneladas)

Porcentaje (%)

Centro 0.841 15789612 50.1

D.F. 1.383 4350691 13.8

Norte 0.889 5983153 19.0

Sur 0.665 3074318 9.8

Frontera norte

0.836 2290725 7.3

Nacional 0.874 31488499 100

EFECTO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS

Principales problemas CausasDeterioro del paisaje Acumulación de residuos sólidos sin cobertura cerca de

carreteras, caminos vecinales, asentamientos humanos y arroyos Incendios, dispersión de materiales ligeros y polvos

Contaminación del aire Olores desagradables propios de la descomposición de los residuos sólidos.

Incendios y suspensión de partículas Generación de gases tóxicos y humos

Contaminación de cuerpos de agua superficiales y subterráneos Ubicados de sitios en suelos permeables Carencia de un sistema de impermeabilización y control de

lixiviados Falta de cobertura diaria y final Cercanía de cuerpos de agua superficial y subterránea Carencia de obras de desvió de aguas pluviales

Contaminación del suelo Ubicación de sitios en suelos permeables Carencia de un sistema de impermeabilización y control de

lixiviados Falta de cobertura diaria y final Carencia de cuerpos de agua superficial y subterráneo Carencia de obras de desvió de aguas pluviales Falta de control de materiales ligeros.

Impacto en la salud Proliferación de fauna nociva Presencia de animales domésticos dentro del sitio Contacto directo con los residuos sólidos Migración y movilidad de contaminantes generados en los sitios

de disposición final, a través de suelo, aire y aguaImpacto social Abandono o falta de control de los sitios de disposición final

Existencia de materiales aprovechables

ESTIÉRCOL

DEFINICIÓN DE RESIDUO GANADEROS

La paja y restos de alimentos, y otra liquida que se denomina.

Caracterización y composición de los residuos ganaderos

Parámetro Concentración

Materia seca 7 %

DBO5 15000 mg/l

DQO 60000 mg/l

NTK 4500 mg/l

Fosforo 1.700 mg/l

Potasio 5800 mg/l

MATERIALES Y MÉTODOS

REVISIÓN DE NOMAS PARA LOS MÉTODOS ANALÍTICOS

Parámetros Norma

Materia orgánica NMX-AA-021-1985

Demanda química de oxigeno (DQO) NMX-AA-030-SCFI-01

Sólidos totales, volátiles y fijos NMX-AA-034-SCFI-01

Alcalinidad NMX-AA-0-

pH NMX-AA-0-

MATERIA ORGÁNICA

ClasificaciónPeso en kg % Total

Hiervas 1.772 2.7908588

Lechuga 5.305 8.3552518

Jitomates 2.196 3.458649

Nopal 0.843 1.3277054

Chile 0.843 1.3277054

Calabaza 0.864 1.3607799

Frutas (mango, manzana, sandia y plátano) 11.63 18.31698

Aguacate 9.941 15.656844

Varios (inorgánicos) 30.099 47.405226

Total 63.493 100

Clasificación Peso en kg

% TotalHiervas 1.772 5.3063425Lechuga 5.305 15.886087Jitomates 2.196 6.5760316Nopal 0.843 2.5244056Chile 0.843 2.5244056Calabaza 0.864 2.5872911Frutas (mango, manzana, sandia y plátano)

11.63

34.826616Aguacate 9.941 29.768821Total 33.394

ESTIÉRCOL DE VACA

Como inoculo para la digestión se utilizo estiércol de vaca fresco, el cual se diluyo en agua en una relación 1:1.5, una ves realizado esto se prosiguió a filtrar para eliminar la paja que se encuentra en el estiércol, ya que esta por su alto contenido en celulosa es difícil de degradar.

AGUAS RESIDUALES DE LA UP-PUEBLA

Los parámetros que se consideraron más importantes a medir fueron:

1. pH

2. Alcalinidad

3. DQO

4. Sólidos totales, volátiles y fijos

Para medir estos parámetros se realizo un muestreo simple durante una semana.

REACTORES

Los reactores se acondicionaron de acuerdo a las necesidades de la digestión, fue necesario verificar que los reactores no presentaran fugas, ya que esto impediría la medición del volumen del gas producido.

DIGESTIÓN ANAEROBIA

Para el llenado de los reactores se realizaron 6 composiciones diferentes en cuanto a la concentración de sólidos totales. En la tabla 18 Se observa la cantidad de materia que orgánica y volumen de estiércol que se ocupo para este trabajo

Numero de digestor

Materia orgánica (g)

Estiércol Concentración de sólidos totales de materia orgánica

(g/l)

Concentración de sólidos totales de estiércol

(g/l)

Total de sólidos totales

R1 11.93 34.37 1 1 2R2 29.83 34.37 2.5 1 3.5R3 11.93 85.93 1 2.5 3.5R4 29.83 85.93 2.5 2.5 5R5 59.66 0 5 0 5R6 0 85.93 0 5 5

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA UP-PUEBLA

Fechas

Parámetros 11/06/12 12/06/12 13/06/12 14/06/12

pH 8.66 8.73 9.42 8.81

Alcalinidad 36 37.28 38 45.29

DQO 30.8 28 57.4 71.4

Sólidos totales 1.1 1 1.1 1.2

Sólidos volátiles

.340 .350 .340 .361

Sólidos fijos .76 .65 .76 .839

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Dias

pH

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Dias

CaCO3(mg/l)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

10

20

30

40

50

60

70

80

Dias

O2 (mg/l)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

ST SV SF

Dias

Axis Title

CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

pH

Tiempo (Dias)

pH

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

Sólidos Totales Sólidos Volátiles Sólidos Fijos

Tiempo (Dias)

ST, SV y SF (g/l)

0 5 10 15 20 25 300

2000400060008000

100001200014000160001800020000

DQOt DQOs

Tiempo (Dias)

O2 (mg/l)

Caracterización de estiércol

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

7

8

9

pH

Tiempo (Dias)

pH

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

Sólidos Totales Sólidos Volátiles Sóidos Fijos

Tiempo (Dias)

ST, SV y SF (g/l)

0 5 10 15 20 25 300

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

DQOt DQOs

Tiempo (Dias)

O2 (mg/l)

REACTOR 1

0 5 10 15 20 25 30 356

8

10

pH

pH

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

Sólidos TotalesSólidos VolátilesSólidos Fijos

0 5 10 15 20 25 300

2000

4000

6000

8000

10000

12000

DQOtDQOs

REACTOR 2

0 5 10 15 20 25 306

7

8

9

pH

pH

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

SólidosSólidos VolatilesSólidos Fijos

0 5 10 15 20 25 300

2000

4000

6000

8000

10000

12000

DQOtDQOs

0 5 10 15 20 25 300

10

20

30

40

50

60

70

80

Tiempo (días)

Volu

men d

e B

iogás (

ml)

REACTOR 3

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

7

8

9

pH

pH

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

Sólidos TotalesSólidos VolátilesSólidos Fijos

0 5 10 15 20 25 300

5000

10000

15000

20000

25000

Series1Series3

REACTOR 4

0 5 10 15 20 25 306

8

10

pH

pH

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

Sólidos TotalesSólidos VolátilesSólidos Fijos

0 5 10 15 20 25 300

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

DQOtDQOs

CONCLUSIÓN

PERSPECTIVAS

BIBLIOGRAFÍA