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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERA EN GEOLOGA MINAS PETRLEOS Y AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERA AMBIENTAL
DISEO, CONSTRUCCIN Y ESTANDARIZACIN OPERATIVA DE BIODIGESTOR ANAEROBIO PARA FINCA PRODUCTORA DE LECHE
TRABAJO DE TITULACIN, MODALIDAD PROPUESTA TECNOLGICA PARA LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO AMBIENTAL
.
AUTOR: LUIS ANTONIO BARZALLO BRAVO
TUTOR: ING. DAVID VINICIO CARRERA VILLACRS, PHD
QUITO
2018
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i
DERECHOS DE AUTOR
Yo, Luis Antonio Barzallo Bravo en calidad de autor del trabajo propuesta tecnolgica: DISEO, CONSTRUCCIN Y ESTANDARIZACIN OPERATIVA DE BIODIGESTOR ANAEROBIO PARA FINCA PRODUCTORA DE LECHE, autorizo a la Universidad Central del Ecuador hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines estrictamente acadmicos o de investigacin.
Los derechos que como autores me corresponden, con excepcin de la presente autorizacin, seguirn vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artculos 5, 6, 8; 19 y dems pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalizacin y publicacin de este trabajo en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgnica de Educacin Superior.
En la ciudad de Quito, a los 26 das del mes abril del 2018
Luis Antonio Barzallo Bravo
CC. 1716632946
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APROBACIN DEL TUTOR
Yo, David Vinicio Carrera Villacrs en calidad de tutor del trabajo de titulacin, modalidad proyecto de propuesta tecnolgica DISEO, CONSTRUCCIN Y ESTANDARIZACIN OPERATIVA DE BIODIGESTOR ANAEROBIO PARA FINCA PRODUCTORA DE LECHE elaborado por el estudiante Luis Antonio Barzallo Bravo de la Carrera de Ingeniera Ambiental, Facultad de Ingenieras en Geologa Minas Petrleos y Ambiental de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo rene los requisitos y mritos necesarios en el campo metodolgico y en el campo epistemolgico, para ser sometido a la evaluacin por parte del jurado examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo sea habilitado para continuar con el proceso de titulacin determinado por la Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito, a los 26 das del mes abril de 2018
CC:1712218518
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APROBACIN DEL TRABAJO DE TITULACIN POR PARTE DEL TRIBUNAL
El subdecano y los miembros del tribunal calificador del trabajo de titulacin, modalidad propuesta tecnolgica: DISEO, CONSTRUCCIN Y ESTANDARIZACIN OPERATIVA DE BIODIGESTOR ANAEROBIO PARA FINCA PRODUCTORA DE LECHE, elaborado por el estudiante LUIS ANTONIO BARZALLO BRAVO de la Carrera de Ingeniera Ambiental, Facultad de Ingenieras en Geologa Minas Petrleos y Ambiental de la Universidad Central del Ecuador, egresado de la Carrera de Ingeniera Ambiental, declaran que el presente proyecto ha sido revisado, verificando y evaluando detenida y legalmente, por lo que lo califican como original y autntico del autor.
En la ciudad de Quito, a los 24 das del mes de mayo de 2018
________________________
Dr. Jorge Ortiz Msc.
SUBDECANO
_____________________ ___________________
Ing, Eduardo Espn, MSc Ing. Teresa Palacios
MIEMBRO MIEMBRO
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iv
DEDICATORIA
A mi hermano Carlos Eduardo
y mi hermana Andre del Roco
A todas las personas que tengo
el gusto de llamar amigos
Y a toda aquella persona que
est interesada en el desarrollo
de tecnologas amigables con
el del medioambiente en pro
de un desarrollo sostenible social,
econmico y ambiental
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v
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos:
A Luis Barzallo Sacoto mi padre y a Blanca Bravo Garca mi madre no solamente por el
apoyo econmico brindado para culminar el presente proyecto, sino por ser el pilar
fundamental en mi vida e inculcar valores como el respeto a los dems, perseverancia
y el trabajo duro en bsqueda de las metas. Permitiendo le culminar el autor presente
proyecto y a la vez su carrera profesional.
Al Departamento de Biotecnologa de la Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE y
sobre manera especial al Doctor Petronio Gavilnez Quizhpi, director del departamento
de biotecnologa, al Ingeniero Rafael Vargas Verdesoto, docente del departamento de
biotecnologa y la Ingeniera Karina Ponce Loaiza. Por compartir sus experiencias e
ideas de biodigestores implementados por ellos, adems de ser quienes
voluntariamente conformaran un grupo de trabajo de docentes y estudiantes para
construccin del biodigestor en el cantn San Miguel de los Bancos.
A la Facultad de Ingenieras en Geologa, Minas, Petrleos y Ambiental de la
Universidad Central del Ecuador por los insumos, materiales y apoyo para los anlisis
fisicoqumicos del presente proyecto. Con especial mencin al laboratorio de la facultad
y a su personal de apoyo como fueron el Ingeniero Gabriel Cevallos, director del
laboratorio e Ingeniera Vernica Rodrguez, instructor de laboratorio. Por las apreciables
consideraciones, crticas, enseanzas y discusiones sobre mtodos analticos y
objetivos de anlisis que el presente proyecto llevo acab, se agradece al Ingeniero
Alfredo Maldonado, instructor del laboratorio.
A David Bolaos, Marianela Mario y Carolina Trujillo, estudiantes del departamento de
Biotecnologa de la Universidad de las fuerzas Armadas-ESPE y a mi amiga Nathaly
Bayas, egresada de la Carrera de Ingeniera Ambiental de la Universidad Central del
Ecuador. Por ser el apoyo estudiantil de trabajo para la construccin e implementacin
del biodigestor. Ayuda necesaria e imprescindible de gran estima que el autor espera
algn da poderla recompensarla.
No por ser el ltimo en agradecimiento se quiere expresar que el apoyo en este trabajo
fuese menor, sino ms bien se cree pertinente agradecer en un prrafo especial al tutor
David Carrera Villacrs, Ingeniero civil y PhD, docente a tiempo parcial de la Universidad
Central del Ecuador y Docente a tiempo completo de la Universidad de las fuerzas
Armadas-ESPE. Por el apoyo incondicional detrs del proyecto como tutor, dejando que
el autor desarrolle el proyecto, pero a la vez corrigindolo cuando lo amerita y a pesar
de estar terminado el proyecto seguir motivando al autor para que contine adelante en
la investigacin sobre el tema, con el objetivo de inculcar sobre l espritu de
investigacin y creacin de conocimientos en pro del desarrollo cientfico.
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vi
CONTENIDO
pg.
1 JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA ..........................................................................1
2 OBJETIVOS ...............................................................................................................2
2.1 Objetivo general ..................................................................................................2
2.2 Objetivos especficos ..........................................................................................2
3 DESCRIPCIN DEL REA DE ESTUDIO ................................................................2
3.1 Lmites de la zona de estudio .............................................................................5
3.2 Clima de la zona de estudio ...............................................................................6
3.3 Topografa de la zona de estudio .....................................................................10
3.4 Caractersticas del suelo de la zona de estudio...............................................11
4 MARCO TERICO ..................................................................................................14
4.1 Digestin anaerbica ........................................................................................14
4.1.1 Fermentacin metanognica .................................................................... 15
4.2 Variables imperantes de la digestin anaerbica ............................................18
4.2.1 Material de carga ...................................................................................... 18
4.2.2 Relacin Carbono/Nitrgeno .................................................................... 19
4.2.3 Temperatura ............................................................................................. 20
4.2.4 Tiempo de retencin hidrulico ................................................................ 21
4.2.5 pH.............................................................................................................. 21
4.2.6 Inhibidores del proceso ............................................................................ 22
4.3 Componentes de biodigestores anaerobios .....................................................23
4.4 Clasificacin de biodigestores anaerobios .......................................................24
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vii
4.4.1 Biodigestores por la forma de carga ........................................................ 24
4.4.2 Biodigestores por el modelo o tipo ........................................................... 26
4.5 Marco legal aplicable ........................................................................................29
4.5.1 Marco legal aplicable para categorizacin del proyecto .......................... 29
4.5.2 Marco legal aplicable para efluentes ....................................................... 30
4.5.3 Marco legal de seguridad e higiene laboral ............................................. 34
5 FACTIBILIDAD DE LA PROPUESTA TECNOLGICA ..........................................35
5.1 Bases de diseo ...............................................................................................35
5.1.1 Clculo de materia prima ......................................................................... 35
5.1.2 Capacidad volumtrica de cmara de carga y flujo volumtrico diario ... 39
5.1.3 Capacidad volumtrica de la cmara de fermentacin ........................... 40
5.1.4 Capacidad volumtrica de la cmara de descarga ................................. 41
5.1.5 Clculo del biogs a producirse ............................................................... 42
5.1.6 Clculo de lodos a purgarse..................................................................... 43
5.2 Anlisis tcnico de las alternativas ...................................................................44
5.2.1 Alternativa 1: biodigestor de cpula mvil ............................................... 44
5.2.2 Alternativa 2: Biodigestor de polietileno tubular ....................................... 50
5.3 Anlisis econmico de las alternativas .............................................................57
5.3.1 Inversin inicial para Biodigestor de cpula mvil (BCM) ....................... 57
5.3.2 Inversin inicial para biodigestor de polietileno tubular (BPT) ................ 58
5.4 Comparacin de costos ....................................................................................58
5.5 Sntesis del anlisis tcnico y econmico ........................................................59
6 DISEOS DEFINITIVOS Y COSTOS .....................................................................60
6.1 Cmara de carga ..............................................................................................60
6.2 Cmara de fermentacin ..................................................................................61
6.3 Lneas de conduccin del lquido .....................................................................62
6.4 Lnea de conduccin del gas ............................................................................66
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viii
6.5 Vlvula de seguridad ........................................................................................67
6.6 Cmara de almacenamiento de biogs............................................................69
6.7 Cmara de descarga ........................................................................................70
6.8 Trinchera y emplazamiento de cmaras ..........................................................71
6.9 Presupuesto definitivo ......................................................................................72
7 PARMETROS DE DISEO ...................................................................................75
8 CONSTRUCIN Y MONTAJE.................................................................................78
8.1 Seleccin de lugar ............................................................................................78
8.2 Excavacin y trabajos previos ..........................................................................78
8.3 Construccin de la cmara de carga ................................................................79
8.4 Implantacin de la lnea de carga.....................................................................80
8.5 Emplazamiento de cmara de carga y cmara de descarga. .........................81
8.6 Adecuacin de la cmara de fermentacin ......................................................81
8.7 Adecuacin de la bolsa de almacenamiento de biogs ...................................85
8.8 Construccin de vlvula de seguridad .............................................................86
8.9 Construccin de trampa de gas ........................................................................86
8.10 Adecuacin de acometida de biogs ...............................................................87
9 OPERACIN Y MANTENIMIENTO.........................................................................88
10 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO .................................93
10.1 Conclusiones.....................................................................................................93
10.2 Recomendaciones ............................................................................................93
11 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................95
12 ANEXOS................................................................................................................ 100
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ix
NDICE DE TABLAS
pg.
Tabla 1. Inventario de establecimientos de salud en el Cantn San
Miguel de los Bancos ................................................................................................ 3
Tabla 2. Uso suelo del Cantn San Miguel de los Bancos ...................................... 4
Tabla 3. Valor agregado bruto cantonal de San Miguel de los Bancos
por Agricultura, ganadera, silvicultura pesca. .......................................................... 5
Tabla 4. Promedios de temperatura, precipitacin, heliofana,
humedad relativa y velocidad del viento con influencia directa sobre
Puerto Quito, San Miguel de los Bancos y Pedro Vicente Maldonado .................... 7
Tabla 5. Temperatura promedio y precipitaciones promedio anuales
del rea de estudio .................................................................................................... 8
Tabla 6. Porcentaje y superficie por Capacidad del uso de tierra del
Cantn San Miguel de los Bancos ............................................................................ 12
Tabla 7. Capacidad del uso de las tierras del rea de estudio ................................ 12
Tabla 8. Clasificacin de microorganismos por procesos aerbicos o
procesos anaerbicos ............................................................................................... 14
Tabla 9. Fuentes de origen de residuos orgnicos .................................................. 18
Tabla 10. Relacin Carbono/nitrgeno para distintos materiales ............................ 19
Tabla 11. Rangos de temperatura de fermentacin anaerbica .............................. 20
Tabla 12. Tiempo de retencin hidrulico para estircoles de ganado
para diferentes regiones ............................................................................................ 21
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x
Tabla 13. Concentracin inhibidora de sustancias para procesos
anaerobios ................................................................................................................. 22
Tabla 14. Criterios de calidad de aguas para riego agrcola .................................... 30
Tabla 15. Parmetros de los niveles de calidad de agua para riego ....................... 31
Tabla 16. Lmites de descarga a un cuerpo receptor de agua dulce ....................... 32
Tabla 17. Aprovechamiento de bioslidos ................................................................ 33
Tabla 18. Lmites mximos permisibles de patgenos y parsitos en
bioslidos ................................................................................................................... 33
Tabla 19. Valores lmites de exposicin corta y exposicin diaria para
CO2 H2S y CH4........................................................................................................... 34
Tabla 20. Produccin de estircoles por terneros .................................................... 35
Tabla 21. Produccin de estircoles por vacas ........................................................ 36
Tabla 22. Nmero de animales tabulados en relacin con el tiempo ...................... 36
Tabla 23 Porcentaje de slidos totales del excremento ........................................... 39
Tabla 24. Clculo de concreto necesario para el BCM ............................................ 46
Tabla 25. Volumen de concreto para construccin de cmara de carga
en BCM ...................................................................................................................... 49
Tabla 26. Volumen de concreto para la construccin de la cmara de
descarga del BCM ..................................................................................................... 49
Tabla 27. Volumen por excavar para BPT ................................................................ 53
Tabla 28. Volumen de concreto para construccin de cmara de carga
en BCM ...................................................................................................................... 56
Tabla 29. Volumen de concreto para la construccin de la cmara de
descarga del BCM ..................................................................................................... 56
Tabla 30. Presupuesto preoperativo total para biodigestor de cpula
mvil ........................................................................................................................... 58
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xi
Tabla 31. Inversin inicial por tipo de biodigestor..................................................... 59
Tabla 32. Bases para el diseo definitivo ................................................................. 60
Tabla 33. Dimensiones de cmara de fermentacin ................................................ 61
Tabla 34. Relacin volumen y altura del lquido en el rollo tubular .......................... 62
Tabla 35. Tabla iterativa para aforo del 75% de tubera 110mm ............................. 63
Tabla 36. Variacin de la presin interna con relacin al tiempo en la
cmara de fermentacin. ........................................................................................... 67
Tabla 37. Dimensiones de trinchera de emplazamiento .......................................... 72
Tabla 38. Costo definitivo del proyecto ..................................................................... 72
Tabla 39. Dimensiones de emplazamiento ............................................................... 75
Tabla 40. Dimensiones de cmaras y lneas de conduccin ................................... 75
Tabla 41. Materiales y equipos necesarios para la implementacin del
biodigestor ................................................................................................................. 76
Tabla 42. Composicin porcentual del biogs del proyecto ..................................... 88
Tabla 43. Composicin qumica del efluente o biol producido ................................. 90
Tabla 44. Nmero de coliformes en el efluente ........................................................ 91
Tabla 45. pH y temperatura de efluentes .................................................................. 91
Tabla 46. Volumen de excavacin necesario para BCM.......................................... 100
Tabla 47. Clculo de la distancia de varilla en BCM ................................................ 103
Tabla 48. Desglose presupuestario por construcciones y obras civiles
para BCM ................................................................................................................... 107
Tabla 49. Costo por mano de obra en construccin del BCM .................................. 108
Tabla 50. Material de construccin a transportarse para construccin
BCM ........................................................................................................................... 109
Tabla 51. Costo del transporte de material del BCM ................................................ 109
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xii
Tabla 52. Presupuesto por construccin y obras civiles para
biodigestor de polietileno tubular .............................................................................. 112
Tabla 53. Presupuesto por contratacin de mano de obra para
biodigestor de polietileno tubular .............................................................................. 114
Tabla 54. Presupuesto por transporte de material para biodigestor de
polietileno tubular ...................................................................................................... 114
Tabla 55. Tiempo de retencin hidrulico en base a temperatura ........................... 115
Tabla 56. Dimetro de rollos tubulares en el mercado ............................................. 115
Tabla 57. Formulas utilizadas ................................................................................... 116
Tabla 58. Tabla iterativa desarrollada en Excel para encontrar radio y
largo ptimo de la cmara de fermentacin ............................................................. 118
Tabla 59. Datos del proyecto e informacin hidrulica para el clculo
de perdidas por conduccin ...................................................................................... 119
Tabla 60. Frmulas para el clculo de perdidas por friccin en tuberas
................................................................................................................................... 119
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xiii
NDICE DE GRFICOS
...pg.
Grfica 1. Poblacin ocupada por actividad del cantn San Miguel de
los Bancos. ................................................................................................................ 4
Grfica 2. Ubicacin y lmites del rea de estudio.................................................... 6
Grfica 3. Mapa de precipitacin promedio anual del rea de estudio .................... 9
Grfica 4. Temperatura promedio del rea de estudio ............................................. 10
Grfica 5. Mapa de capacidad de uso suelo del rea de estudio ............................ 13
Grfica 6. Sntesis de polmeros en monmeros por hidrolisis. ............................... 15
Grfica 7. Sntesis del piruvato en cido propinico. ............................................... 16
Grfica 8. Transferencia del hidrogeno Inter-especies............................................ 17
Grfica 9. Sntesis de acetato (izquierda) y dixido de carbono
(derecha) a metano. .................................................................................................. 17
Grfica 10. Actividad metanognica en relacin al pH. ............................................ 22
Grfica 11. Componentes de los biodigestores. Adaptacin .................................. 23
Grfica 12. Reactores tipo batch. .............................................................................. 25
Grfica 13. Reactores de flujo semi-continuo. .......................................................... 25
Grfica 14. Reactores de flujo continuo. ................................................................... 26
Grfica 15. Biodigestor modelo chino. ...................................................................... 27
Grfica 16. Biodigestor Hind o de Cpula Mvil. .................................................... 27
Grfica 17. Biodigestor horizontal. ............................................................................ 28
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xiv
Grfica 18. Biodigestor tubular. ................................................................................. 29
Grfica 19. Vista frontal trinchera de emplazamiento del Biodigestor de
polietileno tubular ...................................................................................................... 53
Grfica 20. Dimensiones y diseo definitivo de vlvula de seguridad ..................... 69
Grfica 21. Caja de revisin y conexin a tanque de descarga ............................... 71
Grfica 22. Vista frontal de trinchera y biodigestor ................................................... 71
Grfica 23.Lugar de emplazamiento del proyecto .................................................... 78
Grfica 24. Nivelacin del terreno y excavacin de trinchera .................................. 78
Grfica 25. Implantacin de sacos y plstico en la trinchera ................................... 79
Grfica 26. Cmara de carga construida .................................................................. 80
Grfica 27. Implantacin de la lnea de carga .......................................................... 81
Grfica 28. Cmara de descarga emplazada y conectada ...................................... 81
Grfica 29. Lugar para trabajos de corte del plstico. .............................................. 82
Grfica 30. Corte de rollo tubular .............................................................................. 82
Grfica 31. Igualamiento de puntas del plstico tubular........................................... 83
Grfica 32. Conexin de la salida de biogs ............................................................ 83
Grfica 33. Instalacin de la salida de biogs en cmara de
fermentacin .............................................................................................................. 84
Grfica 34. Amarre de tubos de entrada y salida de biodigestores ......................... 84
Grfica 35. Tubera instalada al plstico. .................................................................. 85
Grfica 36. Reservorio de biogs. ............................................................................. 85
Grfica 37. Vlvula de seguridad .............................................................................. 86
Grfica 38. Trampa para retencin de sulfuro de hidrgeno .................................... 86
Grfica 39. Aparatos acondicionados y funcionando con biogs ............................ 87
Grfica 40. Produccin de biogs en operacin del sistema ................................... 88
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xv
Grfica 41. Divisiones horizontales y verticales de la base del
biodigestor de cpula mvil BCM ........................................................................... 101
Grfica 42. Mallado de la estructura base del BCM ................................................. 102
Grfica 43. Anlisis trigonomtrico por cuadrante de mallado del BCM
................................................................................................................................... 102
Grfica 44. Flujo del lquido en el biodigestor de polietileno diseado .................... 120
-
xvi
NDICE DE ANEXOS
..pg.
Anexo A. Cantidad de material requerido para el biodigestor de cpula
mvil: alternativa 1: .................................................................................................... 100
Anexo B. Planos de pre-diseo para biodigestor de cpula mvil:
alternativa 1 ............................................................................................................... 106
Anexo C. Presupuesto estimado por costos unitarios para construccin
del biodigestor de cpula mvil: alternativa 1 ........................................................... 107
Anexo D. Planos de pre-diseo para biodigestor de polietileno tubular:
alternativa 2 ............................................................................................................... 111
Anexo E. Presupuesto estimado por costos unitarios para construccin
del Biodigestor de polietileno tubular: alternativa 2. ................................................. 112
Anexo F. Clculo del largo y dimetro ptimo para cmara de
fermentacin de polietileno tubular ........................................................................... 115
Anexo G. Altura mxima de emplazamiento de tubera de descarga
por perdidas de carga................................................................................................ 119
Anexo H. Clculo del peso molecular del biogs .................................................... 122
Anexo I. Planos definitivos del biodigestor de polietileno tubular ............................ 123
Anexo J. Informe del anlisis de la muestra de biogs ............................................ 124
Anexo K. Manual de operacin y mantenimiento ..................................................... 127
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xvii
DISEO, CONSTRUCCIN Y ESTANDARIZACIN OPERATIVA DE BIODIGESTOR
ANAEROBIO PARA FINCA PRODUCTORA DE LECHE, PROPUESTA
TECNOLGICA
RESUMEN
El sector agropecuario en el Ecuador es el segundo contribuyente econmico del
Producto Interno Bruto nacional, pero no solo provee de alimentos y rubros econmicos
positivos al pas sino tambin puede generar ventajas altamente apreciables
aprovechando la biomasa como fuente energtica en la implementacin de
biodigestores. Los objetivos del presente proyecto fueron disear, construir y operar un
biodigestor para el tratamiento de estircol producido en una finca lechera ubicada en
el Cantn San Miguel de los Bancos con el fin de obtener beneficios energticos y
productos orgnicos para fertilizacin de los campos. Proyecto que parti desde la
determinacin de la cantidad de estircol producido en establos, comparacin de dos
modelos distintos de biodigestores, seleccin de uno ellos y construccin de un
biodigestor de polietileno tubular que en operacin demostr un biogs con
concentracin de 52,55%mol de metano; efluentes o bioles con concentraciones
porcentuales en peso de nitrgeno, potasio, fosfato, calcio y magnesio; demostrndose
su viabilidad e implementacin para el tratamiento de estircol bovino con
aprovechamientos energticos y la utilidad de sus bioles como fertilizante orgnico con
ciertas recomendaciones por cumplir.
PALABRAS CLAVES: biodigestor de polietileno, biogs, bioles, metano.
-
xviii
DESIGNING, BUILDING AND STANDARIZATION OPERATIVE OF ANAEROBIC
BIODIGESTER FOR DAIRY FARM, TECHNOLOGY PROPORSAL
ABSTRACT
The agricultural sector in Ecuador is the second economic contributor of the national
Gross Domestic Product, but not only it purveys food and positive economic items to the
country but also it can generate highly appreciable benefits by using the biomass as an
energy source in the implementation of biodigesters. The objectives of the current project
were to design, to build and to operate a biodigester for the treatment of manure
produced in a dairy farm located in San Miguel de los Bancos with the purpose to get
energy benefits and organic products for land fertilization. Project that started from
estimation of manure produced in stables, comparison of two different biodigesters
models, selection of one of them and building a plug-flow digester which in operation
showed a biogas with methane concentration at 52,55% in moles; effluent or the
biosolids have weight percentage of nitrogen, potassium, phosphate, calcium and
magnesium. Demonstrating its feasibility of implementation for the treatment of manure
with energy uses and the utility of biosolids as an organic fertilizer with certain
recommendation to be met.
KEY WORDS: plug-flow digester, biogas, biosolids, methane
-
1
1 JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA
El sector agropecuario es una de las actividades de mayor importancia econmica para el
Ecuador. Posicionado en segundo lugar despus de la produccin petrolera, con un 10,7% de
aporte al PIB nacional para el ao 2008 (Ministerio del Ambiente, 2014a) y convirtindose en
prioridad nacional no solo como actividad de rubros econmicos positivos, sino tambin de
orden estratgico para la soberana alimentaria del pas y provechos alternativos poco
desarrollados en el territorio.
Uno de estos es el aprovechamiento de la biomasa como fuente de generacin energtica.
Siendo la biodegracin anaerobia un ejemplo eficaz, que permite no solo la obtencin de
energa renovable a travs de la produccin de biogs como combustible, sino tambin
subproductos como fertilizantes orgnicos y enmiendas orgnicas como bioles, que mejoran
las propiedades del suelo y la produccin agrcola.
El presente proyecto se enmarca en los objetivos 7. Energa asequible y no contaminante y
13. Accin por el clima de los 17 objetivos de desarrollo sustentable para la agenda 2030
(FAO, 2016) que busca el fortalecimiento y mejora del sector agropecuario, agregndole valor
a los residuos producidos y la reduccin de la cantidad de metano libre en el ambiente.
Adems de acoplarse perfectamente dentro de los objetivos de la Estrategia Nacional de
Cambio Climtico, que textualmente pretende Identificar e incorporar prcticas apropiadas
para mitigar el cambio climtico en el sector agropecuario, que puedan adems fortalecer y
mejorar su eficiencia productiva y competitividad. (Ministerio del Ambiente, 2012)
-
2
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo general
Disear, construir y estandarizar operativamente un biodigestor anaerobio, para
provechos energticos y generacin de abonos a partir de estircoles animales,
producidos en finca lechera ubicada en el noroccidente de Pichincha, en el cantn de San
Miguel de los Bancos.
2.2 Objetivos especficos
Determinar la carga diaria mnima, mxima y promedio de estircoles producidos en
establo.
Disear un biodigestor para el tratamiento de los residuos animales producidos.
Construir un biodigestor y adecuar acometida de gas, para aprovechamiento del biogs
como fuente de energa trmica.
Estandarizar la medicin pH, temperatura y presin del gas, como variables operativas
del proceso anaerobio.
Verificar la correcta operacin del biodigestor mediante la produccin constante de biogs
y la calidad del biol, como fertilizante orgnico.
3 DESCRIPCIN DEL REA DE ESTUDIO
El proyecto se emplaza en San Miguel de los Bancos. Una de las parroquias del cantn que
lleva el mismo nombre. La poblacin del cantn procede de diferentes provincias del Ecuador
como: Loja, el Oro, Manab y Bolvar. Gracias a la colonizacin que impulsa el gobierno
nacional en la dcada de los 50, con el objeto de lograr asentamientos de colonos en el
noroccidente de Pichincha y evitar la migracin en masa de personas hacia los grandes polos
de desarrollo del pas (GAD municipal del cantn San Miguel de los bancos, 2013: p.10)
Segn el censo de 2010, la poblacin del cantn de San Miguel de los Bancos es de 17 573
habitantes. Con 9413 hombres y 8160 mujeres. Alrededor del 72,63% de la poblacin se
asienta en el rea rural y tan solo un 27,37% se ubica en la zona urbana (INEC; citado en
GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013: p.13)
En la zona rural de San Miguel de los Bancos el 31,36% de la poblacin consume agua de la
red pblica, un 27,82 % de ros y vertientes y el 6,74% de pozos. Sobresale el dficit de
servicios bsicos, para tratamiento de aguas servidas en la zona rural (GAD MUNICIPAL DEL
CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013: p.21)
-
3
Referente a la Infraestructura de salud pblica se tiene dficit; con solo un subcentro de salud
en la cabecera cantonal y tres establecimientos particulares de medicina general para todo el
cantn (GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013: p.63) como
denota la Tabla 1.
Tabla 1. Inventario de establecimientos de salud en el Cantn San Miguel de los Bancos
(GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013)
La cobertura de energa elctrica en la zona urbana es total y se estima un noventa por ciento
de cobertura en la zona rural, sin tener plantas generadoras de energa dentro del cantn, a
pesar del alto potencial hdrico, climatolgico y morfolgico existente (GAD MUNICIPAL DEL
CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013: p.72)
La ocupacin preponderante dentro del cantn de San Miguel de los Bancos es agrcola-
pecuaria. Donde su produccin a travs de los tiempos ha variado paulatinamente desde:
recoleccin de caucho e incienso, produccin de almidn de yuca, aj, panela, licor y sal. Hasta
la construccin de la carretera en 1992, perodo en que inicia la explotacin de madera fina y
una vez agotadas las fuentes madereras, empieza la actividad ganadera (GAD MUNICIPAL
DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013: pp.10-11)
Actualmente las actividades econmicas del cantn de San Miguel de los Bancos, de mayor
relevancia son el turismo y el sector agropecuario. Donde el 44,94% de la poblacin ocupada
presta su fuerza de trabajo en el sector de agricultura, caza y pesca (Censo de poblacin y
vivienda; citado en GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013)
Convirtindolo en el mayor porcentaje de ocupacin como se lo puede observar en la
Grfica 1.
UBICACIN DISPENSARIO SUBCENTRO PARTICULAR OTROS
Cabecera Cantonal x Odontologa, Medicina General, Obstetricia, Enfermera Farmacia
Ganaderos Orenses
x Medicina General, Odontologa
San Bernab x Medicina General, Odontologa
Cabecera Cantonal x Dr. Oscar Villarreal Medicina general
Cabecera Cantonal x Dra. Miriam Hernndez Odontologa
Cabecera Cantonal x Dr. Abraham Cazares Medicina General
Cabecera Cantonal x Dr. Luis Yuquilema Medicina General
Cabecera Cantonal x Dra. Enna Narvez Odontloga
Cabecera Cantonal x Dr. Francisco Hidalgo Odontlogo
-
4
Grfica 1. Poblacin ocupada por actividad del cantn San Miguel de los Bancos. (Censo de poblacin y vivienda, 2010; citado en GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS
BANCOS, 2013)
Con respecto al uso suelo del cantn, el 55,01 % de la superficie se destina a pastos cultivados
siendo el mayor porcentaje de uso, como se puede observar el de la Tabla 2, y que sirve
primordialmente para alimentacin ganado bovino.
Tabla 2. Uso suelo del Cantn San Miguel de los Bancos
(GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013)
6,72%
0,79%
2,54%
3,91%
0,78%
0,06%
0,90%
4,07%
44,94%
0,28%
9,16%
6,77%
0,23%
2,95%
0,06%4,29%
0,51%1,44%
0,19%
ACTIVIDADES DE ALOJAMIENTO YSERVICIO DE COMIDAS
ACTIVIDADES DE LA ATENCIN DE LASALUD HUMANA
ACTIVIDADES DE LOS HOGARES COMOEMPLEADORES
ACTIVIDADES DE SERVICIOSADMINISTRATIVOS Y DE APOYO
ACTIVIDADES FINANCIERAS Y DESEGUROS
ACTIVIDADES INMOBILIARIAS
ACTIVIDADES PROFESIONALES,CIENTFICAS Y TECNICAS
ADMINISTRACIN PBLICA Y DEFENSA
AGRICULTURA, SILVICULTURA, CAZA YPESCA
ARTES, ENTRETENIMIENTO YRECREACIN
COMERCIO AL POR MAYOR Y MENOR
CONSTRUCCIN
DISTRIBUCIN DE AGUA, ALCANTARILLADO Y GESTIN DE DESECHOS
ENSEANZA
EXPLOTACIN DE MINAS Y CANTERAS
INDUSTRIAS MANUFACTURERAS
INFORMACIN Y COMUNICACIN
ACTIVIDADES DE SERVICIOS
SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD, GAS,VAPOR Y AIRE ACONDICIONADO
USOS rea ha. %
Islote 163,41 0,19
rea Urbana 17,65 0,02
Bosques intervenidos 16.054,62 18,78
Bosque natural 4.533,18 5,30
Cuerpos de agua 691,44 0,81
Cultivos 982,67 1,15
Pastos cultivados 47.028,23 55,01
Vegetacin Arbrea 9.659,60 11,30
Vegetacin arbustiva 5.745,65 6,72
Vegetacin arbrea con palmito 427,41 0,50
Cultivos y pastos cultivados 187,63 0,22
TOTAL 85.491,47 100,00
-
5
El Valor agregado bruto de agricultura, ganadera, silvicultura y pesca para los aos 2007,
2008, 2009 y 2010 representan el 37,08% del valor agregado bruto neto del cantn, como lo
resume la Tabla 3 y en anlisis objetivo la actividad agropecuaria se posiciona como actividad
de prioridad econmica y a la vez social en el cantn, por desembolsar los mayores rubros
econmicos a nivel cantonal.
Tabla 3. Valor agregado bruto cantonal de San Miguel de los Bancos por Agricultura,
ganadera, silvicultura pesca.
Ao
VAB CANTONAL (MILES DE DOLARES)
VAB- AGRICULTURA, GANADERA, SILVICULTURA Y PESCA (MILES DE DLARES)
PORCENTAJE DE REPRESENTACIN
2007 36960,7 12389,84 33,52% 2008 39346,36 13430,55 34,13% 2009 50298,49 20333,26 40,43% 2010 46860,98 18851,82 40,23% Promedio 37,08%
Adaptacin (Banco Central del Ecuador cuentas regionales, 2008-2010; citado en GAD
MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013)
3.1 Lmites de la zona de estudio
El predio se encuentra cercano al recinto San Francisco del Chipal, perteneciente al cantn
San Miguel de Los Bancos, en la provincia de Pichincha, dentro de los lmites continentales
del Ecuador. Los puntos georreferenciados se pueden observar en la Grfica 2.
Los lmites de la finca son:
P1: X= 729785 m; Y=10007958 m; WGS84 Zona 17S
P2: X=730002 m; Y=10007890 m; WGS84 Zona 17S
P3: X=729867 m; Y=10005898 m; WGS84 Zona 17S
P4: X=729671 m; Y=10006046 m; WGS84 Zona 17S
-
6
Grfica 2. Ubicacin y lmites del rea de estudio
3.2 Clima de la zona de estudio
El cantn se ubica dentro de las estribaciones de la cordillera de los Andes en ceja de
montaa, por lo que su clima tiende a ser de bosque hmedo-lluvioso (GAD MUNICIPAL DEL
CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013: p.12) Su temperatura mxima es 31,98C,
el mnimo es 19,40C y el promedio mensual es de 24,53C. La nubosidad es 6,91/8
mensualmente y 8,3/8 al ao. Sus registros de heliofana son de 73,16 h/sol al mes y en
promedio 878 h/sol al ao. La velocidad promedio es de 6m/s mensualmente y 72 m/s al ao,
con direcciones preponderantes suroeste (GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE
LOS BANCOS, 2013: pp.31-33) Todos los datos expuestos y a mayor detalle lo resumen la
Tabla 4.
-
7
Tabla 4. Promedios de temperatura, precipitacin, heliofana, humedad relativa y velocidad
del viento con influencia directa sobre Puerto Quito, San Miguel de los Bancos y Pedro Vicente
Maldonado
Temperatura C Precipitacin Heliofana Humedad Nubosidad Viento
Meses Mxima Media Mnima (mm) (horas/sol) Relativa (%) Octavos Velocidad Direccin
ENE 32,40 24,40 19,80 412,8 65,6 88 7 6 SW
FEB 32,90 24,40 16,70 512,4 85,6 90 6 7 SW
MAR 33,20 25,50 20,70 612 113,2 87 7 6 SW
ABR 32,80 25,20 20,60 687 104,7 89 7 7 SW
MAY 32,00 25,00 20,60 437,7 79,6 90 7 6 SW
JUN 31,30 24,40 16,60 270 53,1 90 7 7 S
JUL 31,30 24,00 20,00 157,9 67,3 89 7 7 SW
AGO 31,40 23,70 19,60 116,9 59,5 89 7 7 S
SEP 32,00 24,00 20,00 190 59,5 89 7 6 SW
OCT 31,50 23,80 19,60 172,3 53,9 89 7 6 SW
NOV 31,80 25,60 20,40 187,2 68,7 85 7 7 SW
DIC 31,20 24,40 19,80 190,4 57,3 87 7 6 SW
Prom.
Mensual 31,98 24,53 19,40 328,88 73,16 88,50 6,91 6,00 SW
Prom.
Anual
3946,60 878,00 1062,00 83,00 72,00 SW
(Anuario meteorolgico INAHMI 1995-2000 citado en GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013)
La zona climtica segn GAD MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS
es subtropical meso trmico lluviosos, con precipitaciones anuales mayores a 3000 mm. y una
temperatura promedio entre 18 y 22C (2013: p.33)
Con base en los mapas proporcionados por el Instituto Espacial Ecuatoriano (2013) dentro de
los lmites del predio, se encontr precipitaciones promedio anuales entre 4000-4100 mm para
una superficie de 19,03 ha del predio y 3900-4000 mm para 22,63 ha de la superficie restante.
El rea total del predio es de 41,66 ha y su temperatura promedio anual esta entre los 21-22
C. Datos que se resumieron en la Tabla 5 y mapas temticos que se visualizan en la Grfica
3 y Grfica 4.
-
8
Tabla 5. Temperatura promedio y precipitaciones promedio anuales del rea de estudio
Id Polgono
Temperatura
media anual
(C)
Descripcin por polgono de
temperatura promedio anual
Precipitacin
promedio anual
(mm)
Descripcin por polgono de
precipitacin promedio anual rea (ha)
1 21-22 extensin del territorio con una
temperatura atmosfrica 4000 -4100
extensin del territorio con un clima
predominante basado en datos de
precipitacin media anual
19,03
2 21-22 extensin del territorio con una
temperatura atmosfrica 3900-4000
extensin del territorio con un clima
predominante basado en datos de
precipitacin media anual
22,63
Total 41,66
-
9
Grfica 3. Mapa de precipitacin promedio anual del rea de estudio
-
10
Grfica 4. Temperatura promedio del rea de estudio
3.3 Topografa de la zona de estudio
En el cantn predomina en un 17,67% vertientes abruptas e irregulares. 15,51% del rea son
colinas convexo-cncavas con desnivel 0-20 metros. Convexo-cncavas con desnivel entre
20-50m representa 15,57%. Abruptos de llanura son el 13,07%. Montaosos altos representan
-
11
el 6,22% y el restante 5,67% de la extensin total son montaas bajas a medias. (GAD
MUNICIPAL DEL CANTN SAN MIGUEL DE LOS BANCOS, 2013: p.25)
3.4 Caractersticas del suelo de la zona de estudio
El cantn San Miguel de los Bancos cuenta con 82 569,12 hectreas de extensin. Su
capacidad de uso de la tierra (CUT) se categoriza en 7 clases de 8 expuestas segn la
memoria tcnica de Generacin de Geoinformacin para la Gestin nacional del territorio
escala 1:25 000 (IEE,2013)
El mayor porcentaje de CUT en el cantn es de clase IV. Con un porcentaje de 35,01%
representando 28 910,92 ha del rea cantonal.
La capacidad de uso IV se caracterizan como tierra con altas limitaciones, por lo que
labores con maquinaria deben realizarse con tratamiento especial o permiten laboreo
ocasional. Se restringen cultivos de orden intensivo y se permite el cultivo, pero con
prcticas de manejo y conservacin adecuadas. Dentro de las caractersticas
fisicoqumicas de esta clasificacin se encuentra tierras con pendientes entre 12-25%.
Poco profundas, moderadamente profundas y profundas. De texturas francas y francas-
arenosas. Fertilidad media a baja. Drenaje natural bueno hasta moderado. Suelos no
salinos. Toxicidad media y alta por aluminio. Rgimen de temperatura isohipertrmico y
rgimen de humedad dico (IEE, 2013: p.40)
La clasificacin de CUT que le sigue en extensin es de clase VII con 15 610,91 ha y 18,91%
de la extensin cantonal. Se reconocen como;
tierras con severas limitaciones para pastos y bosques. Con pendientes del 25-70%,
representando limitaciones para laboreo. Tierras que se prestan para uso forestal con fines
de conservacin. Dentro de sus caractersticas fisicoqumicas; son de textura francas,
franco arcillosas y franco arenosas. Con drenaje natural bueno y moderado en pocas
unidades. De profundidad efectiva poco profundo a profundo. Y con fertilidad mediana a
baja (IEE, 2013: p.43)
La dems categorizacin por capacidad de uso del cantn lo resume la Tabla 6
-
12
Tabla 6. Porcentaje y superficie por Capacidad del uso de tierra del Cantn San Miguel de los
Bancos
CANTN CLASES DE CAPACIDAD DE USO DE LAS TIERRAS SAN MIGUEL DE
LOS BANCOS
II III IV V VI VII VIII
Tie
rra
s m
isc
el
ne
as
PA
NE
No
ap
lic
ab
le
Superficie (ha) 220,7 12338,3 28910,9 155,6 3471,4 15610,9 15610,9 11700,8 9086,7 835,6
Total (%) 0,27 14,94 35,01 0,19 4,20 18,91 18,91 14,17 11,00 1,01
(Generacin de Geoinformacin para la Gestin nacional del territorio escala 1:25 000, 2013)
Dentro de los lmites del lugar de estudio se clasificaron 20,33 ha, como suelo de CUT
categora III, erosin tipo 2 (e2) con pendientes entre el 5 al 25%, fertilidad baja o muy baja
(s4) y alta toxicidad. (s6). Las 21,32 ha restantes, se clasificaron como categora IV del CUT,
con las mismas subclases de capacidad (e2s4s6) Como se puede observar en la Tabla 7 y la
Grfica 5
Tabla 7. Capacidad del uso de las tierras del rea de estudio
Id Polgono Capacidad de uso suelo rea
1 IIIe2s4s6 20,33
2 IVe2s4s6 21,32
Total 41,65
Cabe recalcar que en tierras con CUT de Categora III soportan actividades agropecuarias o
forestales, pero en cultivos anuales aumentan los costos de produccin por los usos de
prcticas de manejo de suelo y agua. Dentro de sus caractersticas fsicas tienen un drenaje
excesivo y poca pedregosidad, permitiendo la utilizacin de maquinara para arado. (IEE,
2013)
-
13
Grfica 5. Mapa de capacidad de uso suelo del rea de estudio
-
14
4 MARCO TERICO
4.1 Digestin anaerbica
La descomposicin de compuestos orgnicos e inorgnicos por medios biolgicos se puede
dar por dos procesos:
El primero se trata de los procesos aerbicos, donde microorganismos utilizan el oxgeno
como electrn oxidante dentro de su metabolismo, destruyendo los compuestos orgnicos e
inorgnicos presentes (Metcalf & Eddy Inc., 2003: p.563) o el segundo proceso que es el
anaerbico, donde microorganismos utilizan electrones oxidantes diferentes al oxgeno para
sntesis de compuestos orgnicos o inorgnicos.
Dicho en otras palabras, el electrn oxidante utilizado en el metabolismo microbiano es quien
clasifica al proceso, como imprescindible de oxgeno para sintetizar los compuestos
presentes, o sustituible por otros compuestos como lo demuestra la Tabla 8.
Tabla 8. Clasificacin de microorganismos por procesos aerbicos o procesos anaerbicos
Tipo de bacteria
Nombre comn de la
reaccin
Fuente de carbono
Electrn reductor
Electrn oxidante
Productos
Hetertrofos aerobios
Oxidacin aerbica
Compuestos orgnicos
Compuestos orgnicos
O2 CO2, H2O
Acetotrofos aerobios
Nitrificacin CO2 NH3, NH2
, O2 NO2, NO3
Oxidacin del hierro
CO2 Fe(II) O2 Fe (III)
Oxidacin del azufre
CO2 H2S, S0, S2O3
2+ O2 4
2+
Hetertrofos facultativos
Desnitrificacin anxica
Compuestos orgnicos
Compuestos orgnicos
O2 N2, CO2, H2O
Hetertrofos anaerobios
Fermentacin cida
Compuestos orgnicos
Compuestos orgnicos
Compuestos orgnicos
cidos grasos voltiles (VGA) (acetato, butirato, propionato)
Reduccin de hierro
Compuestos orgnicos
Compuestos orgnicos
Fe (III) Fe(II), CO2, H2O
Reduccin del sulfato
Compuestos orgnicos
Compuestos orgnicos
SO4 H2S, CO2, H2O
Metanognesis Compuestos orgnicos
cidos grasos voltiles
CO2 Metano
(Metcalf & Eddy Inc., 2003:563)
-
15
Y en efecto la digestin anaerbica es un proceso complejo en ausencia de oxgeno.
Constituido por dos sub-procesos que son: la fermentacin anaerbica y la respiracin
anaerbica. Que lo realizan los microorganismos para sntesis de materia orgnica e
inorgnica.
Dentro de la fermentacin anaerbica. Las molculas orgnicas complejas son sintetizadas
en molculas sencillas por medio de reacciones de xido-reduccin bioqumicas gracias a
microorganismos anaerobios facultativos o estrictos. Las mismas molculas orgnicas
trabajan como compuestos oxidantes y reductores para sintetizarse; ejemplo de ello es el
acetato, que funciona a la par como oxidante y reductor dentro de la metanognesis
acetotrfica, que produce los dos tercios del metano de la digestin
(MINERGIA/PNUD/FAO/GEF 2011: p.14)
Con respecto a la respiracin anaerbica, el proceso difiere en el uso de una cadena
transportadora de electrones y oxidante externo. Donde las molculas inorgnicas como CO2,
SO42- o NO3 son los electrones aceptores del proceso. Haciendo posible la sntesis de
molculas complejas. Se conoce mediante esta va que la reduccin del CO2 produce el
metano y conforma el un tercio faltante de produccin de metano de la digestin anaerbica
(MINERGIA/PNUD/FAO/GEF 2011: p.15)
4.1.1 Fermentacin metanognica
La fermentacin metanognica es una digestin anaerbica, donde se sintetizan las
molculas complejas como carbohidratos, protenas y lpidos en compuestos menos
complejos, con el objeto de produccin de metano. Este subproceso se rige por cuatro fases:
Hidrlisis
En esta etapa, las molculas orgnicas polimrica se destruyen en formas ms sencillas
conocidas como monmeros como puede observarse en la Grfica 6; mediante el apoyo de
enzimas extracelulares hidrolticas producidas por bacterias anaerobias facultativas y
bacterias anaerobias estrictas. Para que los compuestos sean asimilables y pasen a travs
de la pared celular.
Grfica 6. Sntesis de polmeros en monmeros por hidrolisis. (Dublein y Steinhauser, 2008:
p.94)
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16
El tiempo que conlleva esta etapa depende del material a sintetizar y por ello es importante
conocer las caractersticas del material a tratarse y la relacin al Carbono/Nitrgeno que los
compone; ya que la sntesis de carbohidratos puede ocurrir en algunas horas; la sntesis de
protenas puede ocurrir en das y la velocidad de degradacin se reduce sin llegar a
completarse en su totalidad para material lignoceluloso (Dublein y Steinhauser, 2008: p.94)
Etapa fermentativa o acidognica
Con los productos de la hidrolisis; bacterias anaerbicas descomponen el material hasta
formar cadenas cortas de cidos orgnicos de un carbono hasta cinco carbonos como: cido
butrico, cido propinico, acetato y cido actico. Ejemplo de las bio-reacciones de esta
etapa, se puede observar la Grfica 7, que describe la descomposicin del piruvato en cido
propinico. Otros subproductos de esta fase son alcoholes, hidrgeno y dixido de carbono
(Dublein y Steinhauser, 2008: p.94)
Grfica 7. Sntesis del piruvato en cido propinico. (Dublein y Steinhauser, 2008: p.95)
Etapa Acetognica
Con el sustrato provisto en la etapa de formacin cida, algunos de los compuestos son
fcilmente asimilables por bacterias metanognicas, pero otros compuestos an deben
degradarse.
Por ello en esta etapa, las bacterias acetanognicas continan el trabajo aprovechando el
hidrogeno y dixido de carbono desecho por otros microorganismos como sustrato, para
descomponer las molculas restantes en acetato (CH3COO-) e hidrgeno (H2) y las dems
bacterias anaerobias del proceso empiezan a eliminar cidos voltiles sencillos y estos se
convierten en el sustrato de las bacterias presentes en la etapa metanognica
(MINERGIA/PNUD/FAO/GEF 2011: p.21 ; Dublein y Steinhauser, 2008: p.96) cmo se
esquematiza brevemente en la Grfica 8.
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Grfica 8. Transferencia del hidrogeno Inter-especies. (Dublein y Steinhauser. 2008: p.96)
Etapa metanognica
En esta etapa aparecen los microorganismos encargados de convertir todos los desechos
anteriormente sintetizados en metano, como puede observar en la Grfica 9. El sustrato de
las bacterias metanognicas son principalmente compuestos monocarbonados o de dos
tomos de carbono unidos por enlace covalente (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.22)
Grfica 9. Sntesis de acetato (izquierda) y dixido de carbono (derecha) a metano. (Dublein
y Steinhauser, 2008: p.99)
Llegndose a clasificar a las bacterias por el sustrato que degradan como: Bacterias tipo CO2
por degradar CO2, HCOO-, CO; bacterias de tipo Metil por degradar CH3OH, CH3NH3, (CH3)2
NH21+, CH3SH, (CH3)2S y bacterias de tipo acetato por degradar CH3COO (Dublein y
Steinhauser, 2008: p.98)
Quienes participan en esta fase son microorganismos estrictamente anaerobios, altamente
sensibles a cambios en el sistema, y de alta funcionalidad para la descomposicin de materia.
En sntesis, de todas las etapas anteriormente expuestas, el Esquema 1 elaborado por
Pavlostatis y Giraldo Gmez (citados en MINERGIA/PNUD/FAO/GEF 2011: p.20) resume el
proceso de fermentacin metanognica.
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Esquema 1. Consolidado de la fase de la fermentacin metanognica y bacterias presentes en cada etapa1. (Pavlostatis y Gomez, 1991; citados en MINERGIA/PNUD/FAO/GEF 2011)
4.2 Variables imperantes de la digestin anaerbica
4.2.1 Material de carga
Es importante conocer las caractersticas macro del material a descomponer por fermentacin
metanognica. De las caractersticas del material a cargarse depende que funcione o fracase
la fermentacin metanognica
El material recomendado para tratamiento anaerobios; son materiales de procedencia
orgnica, ya sea de origen animal o vegetal (Guevara, 1996) Conformados por carbohidratos,
protenas y lpidos. Previniendo el ingreso de material lignoceluloso sin tratamiento previo.
Debido a la disminucin de velocidad y eficiencia en la degradacin de materiales compuestos
de lignina (Dublein y Steinhauser, 2008). La Tabla 9 resume el origen de materiales orgnicos
que pueden tratarse por fermentacin metanognica.
Tabla 9. Fuentes de origen de residuos orgnicos
Fuente Residuo orgnico
Origen animal Estircol, orina, camas, residuos de mataderos (sangre y otros) residuos de pescado
Origen vegetal Malezas, rastrojos de cosechas, pajas, forraje en mal estado.
Origen humano Heces, basura, orina Residuos agroindustriales Salvado de arroz, orujos, cosetas, melazas,
residuos de semillas Residuos forestales Hojas, vstagos, ramas y cortezas Residuos de cultivos acuticos Algas marinas, jacintos y malezas acuticas
(Varnero y Arellano, 1991; citados en MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011)
1 Los nmeros indican la poblacin bacteriana responsable del proceso: 1: bacterias fermentativas; 2: bacterias acetanognicas que producen hidrgeno; 3 bacterias homoacetanognicas; 4: bacterias metanognicas hidrogenotrficas; 5: bacterias metanognicas acetoclsticas
-
19
El origen del material de carga vara ampliamente, pero debe proveer a las bacterias presentes
el alimento y energa necesario para su proliferacin. Por ello es imperante manejar ciertas
relaciones de mezcla del material orgnico, para su correcta operacin, como la relacin
carbono/nitrgeno que se describen a continuacin.
4.2.2 Relacin Carbono/Nitrgeno
Los principales nutrientes requeridos por las clulas; son el carbono y el nitrgeno. Por proveer
de energa a la clula y ser precursor de la regeneracin celular respectivamente, sin ser las
bacterias metanognicas la excepcin; las cantidades ptimas de C/N se estima entre un
rango de 20:1 hasta 30:1 (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.35; Guevara, 1996: p.15)
para un adecuado funcionamiento y crecimiento celular.
Cada material tiene una relacin C/N distinta, como se observa en la Tabla 10. Relacin
ptima C/N que se puede obtener en la mezcla de materiales, con base en la aplicacin de
la ecuacin ( 1 ).
K=C1X1+C2X2+
N1X1+N2X2+ =CiXiNiQi
( 1 )
(Guevara, 1996: p.16)
Donde:
K=C/N de la mezcla de materias primas
C= porcentaje de carbono orgnico contenido en cada materia prima
N= porcentaje de nitrgeno orgnico contenido en cada materia prima
Q=Peso fresco de cada materia, expresado en kilos o toneladas
Tabla 10. Relacin Carbono/nitrgeno para distintos materiales
Materiales % C % N C/N
Bovinos 30 1,30 25:1
Equinos 40 0,80 50:1
Ovinos 35 1 35:1
Porcinos 25 1,5 16:1
Caprinos 40 1 40:1
Conejos 35 1,5 23:1
Gallinas 35 1,5 23:1
Patos 38 0,80 47:1
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20
Materiales % C % N C/N
Pavos 35 0,70 50:1
Excretas humanas 2,5 0,85 3:1
Paja trigo 46 0,53 87:1
Paja cebada 58 0,64 90:1
Paja arroz 42 0,63 67:1
Paja avena 29 0,53 55:1
Rastrojos maz 40 0,75 53:1
Leguminosas 38 1,50 28:1
Hortalizas 30 1,80 17:1
Tubrculos 30 1,50 20:1
Hojas secas 41 1,00 41:1
Aserrn 44 0,06 730:1
(Varnero y Arellano, 1991; citados en MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011)
4.2.3 Temperatura
La temperatura es un factor limitante, relacionado dependientemente con la eficiencia de
produccin de metano y la velocidad mxima de crecimiento de los microorganismos.
Existen poblaciones metanognicas con mayor rendimiento de produccin de biogs a los
70C de temperatura y otras poblaciones con un ptimo de produccin de metano en un rango
de 30-35 C (Mart, 2008: p.26) sin descartar bacterias metanognicas productoras de biogs
a bajas temperaturas, siempre y cuando se d un adecuado tiempo de acondicionamiento
para su proliferacin (Mart, 2018)
Sin embargo, se describen tres rangos trmicos generales de fermentacin, como lo resume
la Tabla 11 y que se relacionan con el tiempo de retencin hidrulico. Por lo que en proyectos
pequeos o de escala familiar, donde no se implantan calefaccin interna al sistema; el tiempo
de retencin hidralica se fija en base a la temperatura ambiente del lugar (Mart, 2008: p.27;
Guevara, 1996: p.18)
Tabla 11. Rangos de temperatura de fermentacin anaerbica
Fermentacin Mnimo ptimo Mximo Tiempo de fermentacin
Psycrophilica 4-10 C 15-18 C 20-25 C Sobre 100 das Mesophillica 15-20 C 25-35 C 35-45 C 30-60 das Thermophillica 25-45 C 50-60 C 75-80 C 10-15 das
(Lagrange, 1979; citado en MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011)
-
21
4.2.4 Tiempo de retencin hidrulico
Se conoce como Tiempo de Retencin Hidrulico o por sus siglas TRH, al tiempo necesario
para que los microorganismos puedan digerir el material cargado al sistema.
Este factor se determina en base a la cantidad volumtrica de carga por da, tomando en
cuenta una la dilucin del material cargado menor al 10% de contenido de slidos totales
(Guevara, 1996) y la temperatura del lugar de emplazamiento, la Tabla 12 resume tiempos de
retencin recomendados por zonas climticas, fijndose el TRH con base en la temperatura
ambiente del lugar (Mart, 2008: p.27; Guevara, 1996: p.18)
Tabla 12. Tiempo de retencin hidrulico para estircoles de ganado para diferentes regiones
Tiempo de retencin hidrulico Caractersticas
30-40 das Clima tropical con regiones planas. Ej.: Indonesia, Venezuela, Amrica Central
40-60 das Regiones clidas con inviernos fros cortos. Ej.: India, Filipinas, Etiopa
60-90 das Clima temperado con inviernos fro. Ej.: China, Corea, Turqua
(Varnero, 1991; citado en MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011)
4.2.5 pH
Para microorganismos metanognicos, el pH es determinante sobre su crecimiento en
comparacin con otros microorganismos presentes en la fermentacin metanognica; se
conoce que el pH ptimo para microorganismos acidognicos est entre el 5,5-6,5; para
microorganismos metanognicos entre el 7,8-8,2, pero generalmente el crecimiento
microbiano no es selectivo, por lo que el rango puede fluctuar entre 6-8 para un desarrollo
microbiano satisfactorio (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.43)
Segn Guevara (1996: p.20) se debe tener precaucin en mantener el pH entre 6,5- 7,5; un
medio cido generalmente acumula cidos grasos voltiles y dixido de carbono, existiendo
una baja actividad de microorganismos metanognicos y un biogs pobre en metano. En
contra partida un medio alcalino acumula amonaco que en altas concentraciones se
transforma en inhibidor microbiano (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.43)
Por ello es ideal un pH neutro dentro del sistema, para una proliferacin balanceada de
microorganismos aportantes en las distintas fases de fermentacin metanognica. En la
Grfica 10 se resume la actividad de microorganismos para producir metano en relacin con
el pH, observndose picos altos de produccin de metano a pH neutro.
-
22
Grfica 10. Actividad metanognica en relacin al pH. (Speece, 1996; citado en
MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011)
4.2.6 Inhibidores del proceso
Son sustancias txicas con la capacidad de inhabilitar el funcionamiento eficaz de los
microorganismos involucrados en la fermentacin metanognica.
Dentro de los inhibidores se distingue dos fuentes; aquellas sustancias que forman parte del
material que ingresa al digestor y aquellos desechos que producen los mismos
microorganismos.
En el primer grupo se encuentra el amoniaco, metales pesados, compuestos halogenados
cianuro y fenoles. Del segundo grupo se distinguen sulfuro, amonaco y cidos grasos
(MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.46) Las concentraciones de inhibidores comunes lo
resume la Tabla 13.
Tabla 13. Concentracin inhibidora de sustancias para procesos anaerobios
Inhibidor Concentracin
SO4 5000 ppm NaCl 40000 ppm Nitrato 0,05mg/mL Cu 100 mg/L Cr 200 mg/L Ni 200-500 mg/L CN- 25 mg/L Detergente sinttico 20-40mg/L Na 3500-5500 mg/L K 2500-4500 mg/L Ca 2500-4500 mg/L Mg 1000-1500 mg/L Amoniaco-N > 3000mg/L Oxgeno 1 ug/L
Adaptacin (Guevara, 1996: p.21; MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.49)
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Como se puede observar en la tabla anterior, el oxgeno es inhibidor para las bacterias
metanognicas, debido a que las mismas son anaerobias estrictas y una pequea cantidad
disuelta en el sistema puede inhibir su desarrollo. Detergentes y jabones entra en este grupo,
por la capacidad de romper la pared celular de los microorganismos.
4.3 Componentes de biodigestores anaerobios
Los principales componentes de los biodigestores son: cmara de fermentacin, cmara de
carga, cmara de descarga y cmara de almacenamiento de gas.
La cmara de carga sirve para mezclar y controlar el material de ingreso a la cmara de
fermentacin. Adems, en conjunto con la cmara de descarga, dan el sello de agua requerido
para impedir el paso de oxgeno al interior de la cmara de fermentacin.
La cmara de descarga almacena el material estable del proceso anaerobio, emplazado a un
nivel ms bajo que el de la cmara de carga, para sellar el sistema. Esta accin no es rgida
y puede variar segn las especificaciones del proyectista, pero para digestores tubulares se
menciona como control un desnivel entre lnea de entrada y lnea de salida de las tuberas
(Mart, 2018)
La cmara de almacenamiento de gas sirve para acumulacin de biogs, confiriendo presin
al gas para conducirse por tuberas o manguera hasta el lugar de consumo. Este componente
puede pertenecer al mismo cuerpo de la cmara de fermentacin o puede adaptarse de forma
externa; ejemplo de ello y de forma comparativa es el biodigestor de modelo chino en
comparacin al biodigestor tubular, como puede observarse en la Grfica 11 con sus
respectivos componentes.
Grfica 11. Componentes de los biodigestores. Adaptacin (Annimo, 2009; Cinico,2012) Los principales componentes se encuentran numerados dentro de los grficos: 1) Caja de carga 2) Cmara de
descarga 3) Cmara de fermentacin y 4) Cmara de almacenamiento de biogs
-
24
Existen ms componentes que complementan el sistema y hacen posible su control. Como
son:
Reguladores de presin: quienes se encargan de disipar la presin sobrante del sistema
y mantenerla bajo un rango no superior a los 20 cm de columna de agua.
Quemadores: quienes se encargan de quemar el biogs sobrante liberado por los
reguladores y no emitir directamente al ambiente el biogs.
Muestreador: tubera de 8 o 10 cm de dimetro insertado hasta el fondo del digestor, con
unos 30 cm sumergidos sobre el lodo, con la finalidad de obtener muestras del lodo del
digestor, sin permitir el intercambio de biogs y aire.
Sistema de calentamiento: a pesar de que muchos digestores puedan funcionar sin
necesidad de energa externa, se han implementado en digestor de tipo industrial
intercambiadores de calor los cuales calienta el sistema y hacen ms eficiente la
produccin de metano, el agua recirculada lleva una temperatura entre los 60 y 80C.
Alimentado con el mismo biogs. (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.83)
4.4 Clasificacin de biodigestores anaerobios
Existe una gran variedad de clasificaciones para los biodigestores anaerobios como lo
redactado por Guevara (1996: pp.28-32) pero entre las clasificaciones ms destacadas estn:
4.4.1 Biodigestores por la forma de carga
Se distingue estos biodigestores por la espacialidad de cargas, cantidad de materia orgnica
de carga y tiempo de recoleccin de desechos generados. Dicho en otras palabras, se
clasifican dentro de estos tipos los biodigestores con base en el balance de masas que se
efecta dentro de un reactor. Por esta clasificacin se dividen en:
Biodigestores batch o por lotes
Se cargan por una sola vez con material orgnico, se completa su volumen con agua y
posteriormente se cierran por un periodo de tiempo establecido para su fermentacin. Se
descargan por completo y se vuelve a cargar con un nuevo lote de materia prima una vez que
la produccin del biogs y el proceso tiende a estacionarse (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF,
2011: p.98) De forma esquemtica la Grfica 12 describe su funcionamiento
-
25
Grfica 12. Reactores tipo batch. (Metcalf & Eddy Inc., 2003: p.219)
Se debe inocular adecuadamente el sistema, ya que existe una alta concentracin de slidos
por digerirse. La carga y descarga necesita de mano de obra puntual, por realizarse una vez
cada cierto tiempo. Se vuelve menos complejo su operacin y su produccin de biogs es alta
por unidad de volumen cargado con alta calidad de bioabonos (Guevara, 1996: p.23)
Biodigestores de flujo semi-continuo
Se alimentan en la primera carga con una alta proporcin de materia orgnica y
posteriormente se los carga si existe una disminucin en la produccin del biogs. Existe una
acumulacin en el sistema, ya que la salida del material no es en la misma proporcin en
relacin con la primera carga; donde se llena hasta un 80% de su capacidad en un inicio, y se
deja un 20 % de espacio disponible para cargas de materias primas cuando la eficiencia del
biogs tiende a disminuir (Guevara, 1996: p.23) En el medio rural biodigestores de este tipo
son el modelo chino y los biodigestores de tipo hind. Un esquema simple del funcionamiento
de este tipo de biodigestores lo describe la Grfica 13.
Grfica 13. Reactores de flujo semi-continuo. (Metcalf & Eddy Inc., 2003: p.219)
Biodigestores de flujo contino
Mantienen una carga interrumpida en el tiempo; con una misma cantidad de material al ingreso
y salida, como puede observarse en la Grfica 14. Se utilizan para el tratamiento de aguas
negras y con mayor uso en el campo industrial. Se proveen de sistemas de calefaccin y
-
26
agitacin para mayor eficiencia del sistema produciendo grandes cantidades de biogs y en
el medio rural entran en esta clasificacin los biodigestores de polietileno tubular.
El tamao de estos digestores generalmente es entre los 6,3 m3, 15 m3 y mayor 15 m3. La
dilucin del material es 3 a 5 partes de agua por excretas y generalmente su manejo es
hidrulico (Guevara, 1996: p.22)
Grfica 14. Reactores de flujo continuo. (Metcalf & Eddy Inc., 2003: p.219)
4.4.2 Biodigestores por el modelo o tipo
Alrededor del mundo se han desarrollado diferentes variantes de biodigestores, entre ellas las
de mayor difusin son:
Biodigestor de modelo chino o domo fijo
Este tipo de biodigestor lleva el nombre por ser muy popular en China; donde se implement
6 millones promovidos por el gobierno de China entre el periodo de 1970 a 1983 (Dublein y
Steinhauser, 2008: p.37)
Su cmara es cilndrica, con paredes unidas por sus lados rectos, techo y fondo se construyen
hemiesfricos de forma curvilnea para mantener presiones internas de 100 cm de columna
de agua que puede alcanzar el biogs dentro del sistema. La produccin de biogs es
relativamente baja en comparacin con otros tipos de digestor, fluctuando entre los 0,15-0,20
volumen de gas por volumen de biodigestor/da (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011)
Su material de construccin difiere desde ladrillo, hormign hasta piedra (Almanza, 2011;
Guevara: 1996) No cuenta con gasmetro, el gas se almacena dentro de la cpula entre del
techo y el sobrante del lquido. En la parte superior se adapta una tapa para realizar limpiezas
necesarias, destruir costras formadas y verificar la operatividad del sistema.
El material ingresa al sistema por medio de tubera y su salida ocurre por la presin ejercida
entre lquido y gas; permitiendo subir al material estabilizado por la tubera, como se observa
en la Grfica 15.
-
27
Como desventajas esta la necesidad de materiales de construccin de alta calidad y la
contratacin de mano de obra externa para su construccin.
Grfica 15. Biodigestor modelo chino. (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.98)
Modelo Hind o Biodigestor de cpula mvil
Su nombre se debe por desarrollarse en India antes de expandirse por el mundo; con
capacidades de 2 m3 se estiman que se instal en el rea rural de India entre 16 y 22 millones
de biodigestores de este tipo (Dublein y Steinhauser, 2008: p.40)
La cmara de fermentacin es vertical, conformado por una lnea gua para el gasmetro o
cpula flotante. El gasmetro permite obtener una presin constante y almacenar el biogs
que se genera. La lnea gua instalada sirve de eje para no permitir que el gasmetro se
desalinee al momento de subir y bajar.
Se carga y descarga por medio de tuberas acopladas a la cmara de fermentacin. Se instala
una pared divisoria con la funcin de retener los slidos en un solo lado de la cmara como
se observa en la Grfica 16. La cmara de fermentacin se construye con pantallas de
hormign o bloque o ladrillo (Mattos y Faras, 2012; Cevallos y Ramos, 2009)
Grfica 16. Biodigestor Hind o de Cpula Mvil. (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.99)
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28
Las eficiencias en produccin de biogs son altas con rango de 0,5-1 m3 de volumen de gas
por volumen de digestor al da y la presin interna del biogs se estima 30 cm de columna de
agua (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.99) permitiendo una eficiente operacin de
equipos alimentados con el gas;
Las desventajas para implementacin de este tipo de biodigestores; son los altos costos por
construccin del gasmetro y requerimiento de mano de obra especializada para su
construccin de cmara y gasmetro.
Biodigestores horizontales
Su nombre se debe a la direccin horizontal de flujo del lquido. Se construyen normalmente
semienterrados, con relaciones largo-ancho comprendidas entre 5:1 hasta 8:1. De forma
rectangular o cuadrada. Se opta por este tipo de digestor para volmenes mayores a 15 m3,
ante limitaciones en la construccin de un biodigestor vertical (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF,
2011: p.99)
En la parte superior se adapta una cpula mvil de metal o de algn material flexible que
permite mantener hermtico el sistema, retener el biogs y se desmonte (Guevara, 1996)
como se observa en la Grfica 17.
Grfica 17. Biodigestor horizontal. (MINERGIA/PNUD/FAO/GEF, 2011: p.99)
Biodigestores tubulares
Los biodigestores tubulares actualmente representan una alternativa viable y de gran acogida
para pequeos granjeros, por reducir los costos de inversin en materiales de construccin y
mano de obra.
Su desarrollo empez desde los aos sesenta, en bsqueda de materiales resistentes y de
menor costo. Por lo que el material de construccin cambio desde nylon, neopreno, barro rojo
de PVC, polietileno (Almanza, 2012: p.19) hasta geomembrana. Aunque vale destacar que
este ltimo material, aun no desplaza al polietileno por los mayores costes que representa.
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El biodigestor funciona como bolsa de almacenamiento de gas y lquido a la vez. Se emplaza
generalmente bajo tierra y se acondiciona conexiones para biogs y lquidos en el cuerpo del
mismo. Se carga por medio de tuberas acoplada en uno de sus extremos, fluyendo el material
en forma horizontal hasta la boca de salida que se encuentra acoplada al extremo opuesto de
la tubera de entrada. Como se puede observar en la Grfica 18
Grfica 18. Biodigestor tubular. (ICAITI; citado en Almanza, 2012)
Desventajas que presenta, es la fragilidad del material pudiendo desgarrarse o romperse por
cualquier filo existente.
4.5 Marco legal aplicable
El control normativo y regularizacin de biodigestores es pertinente para la reduccin del
peligro hacia la salud humana y/o el medio ambiente, por factores de riesgo como:
Sofocacin por concentracin perjudiciales para la salud >10 ppm para H2S, >50 ppm
para CO, >0,5 ppm para Cl2 y >5000ppm para CO2.
Descargas directas de efluente ocasionando contaminacin de aguas superficiales,
aguas subterrneas y suelos. Contaminacin de aire por metano liberado.
Riesgo de explosin por mezcla del biogs con aire
Peligro de incendios.
(Dublein y Steinhauser, 2008)
4.5.1 Marco legal aplicable para categorizacin del proyecto
Dentro del Ecuador todo proyecto, obra o actividad debe categorizarse con base en el impacto
y riesgo ambiental que produce.
La produccin de biogs, fertilizantes y compost; se clasifica como actividades de soporte a
la agricultura (Ministerio del Ambiente, 2014b: p.26) El trmite correspondiente no es
obligatorio, pero en caso de requerirlo, se pide un certificado ambiental que lo otorga la
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30
autoridad ambiental competente por medio del sistema nico de informacin ambiental
(Ministerio del Ambiente, 2015a: p.13)
4.5.2 Marco legal aplicable para efluentes
No existe normativa especfica en el pas para control de efluentes tratados biolgicamente.
Pero el marco regulatorio general, para calidad ambiental y descarga de efluentes a nivel
nacional es el Anexo 1 del libro VI del Texto Unificado de Legislacin Secundaria del Ministerio
del Ambiente (Ministerio del Ambiente, 2015b). Dentro de esta norma se estipula criterios de
calidad para agua de riego en usos agrcolas y grado de restriccin para agua de riego que
resumen la Tabla 14 y la Tabla 15.
Tabla 14. Criterios de calidad de aguas para riego agrcola
PARMETRO EXPRESADO COMO UNIDAD CRITERIO DE CALIDAD
Aceites y grasas Pelcula visible Ausencia
Aluminio Al mg/L 5
Arsnico As mg/L 0,1
Berilio Be mg/L 0,1
Boro Be mg/L 0,75
Cadmio Cd mg/L 0,05
Cinc Zn mg/L 2
Cobalto Co mg/L 0,01
Cobre Cu mg/L 0,2
Coliformes fecales NMP NMP/100mL 1000
Cromo Cr6+ mg/L 0,1
Flor F mg/L 1
Hierro Fe mg/L 5
Huevo de parsitos Ausencia
Litio Li mg/L 2,5
Materia flotante Visible Ausencia
Mercurio Hg mg/L 0,001
Manganeso Mn mg/L 0,2
Molibdeno Mo mg/L 0,01
Nquel Ni mg/L 0,2
Nitritos No mg/L 0,5
Oxgeno disuelto OD mg/L 3
pH Ph 6-9
Plomo Pb mg/L 5
Selenio Se mg/L 0,02
Sulfatos SO42- mg/L 250
Vanadio V mg/L 0,1
(Ministerio del Ambiente, 2015b: p.14)
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31
Tabla 15. Parmetros de los niveles de calidad de agua para riego
Problema potencial Unidades
Grado de restriccin2
Ninguno Ligero-moderado Severo
Salinidad3
CE4 milimhos/cm 0,7 0,7-3,0 >3,0
SDT5 mg/L 450 450-2000 >2000
Infiltracin6
RAS=0-3 y CE= 0,7 0,7-0,2 8,5
pH rango normal 6,5-8,4
(Ministerio del Ambiente, 2015b: p.15)
S el efluente no se utiliza para fines de riego agrcolas y como ltima opcin se opta por
descargar a cuerpos receptores. Deben realizarse anlisis previos del efluente, en laboratorios
acreditados por el Servicio de acreditacin ecuatoriana (SAE) y respetar los lmites mximos
permisibles resumidos en la Tabla 16. Los municipios se encargarn de establecer las cargas
mximas permisibles a descargarse al sistema receptor (Ministerio del Ambiente, 2015b: p.22)
2 Es el grado de limitacin, que indica el rango de factibilidad para el uso del agua en riego. 3 Afecta a la disponibilidad del agua para cultivos 4 CE= Conductividad elctrica del agua de regado (1 milimhos/cm = 1000micromhos/cm) 5 SDT= Slidos totales disueltos 6 Afecta a la tasa de infiltracin en el suelo 7 afecta a la sensibilidad de los cultivos 8 RAS, relacin de absorcin de sodio ajustada 8 y 9 afecta a los cultivos susceptibles
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Tabla 16. Lmites de descarga a un cuerpo receptor de agua dulce
PARMETRO EXPRESADO COMO UNIDAD Lmite mximo
permisible
Aceites y grasas sust. Solubles en hexano mg/L 30
Alkil mercurio mg/L No detectable
Aluminio Al mg/L 5
Arsnico total As mg/L 0,1
Bario Ba mg/L 2
Boro Total B mg/L 2
Cadmio Cd mg/L 0,02
Cianuro total CN mg/L 0,1
Cinc Zn mg/L 5
Cloro activo Cl mg/L 0,5
Cloroformo Ext. Carbn cloroformo ECC mg/L 0,1
Cloruros Cl mg/L 1000
Cobalto Co mg/L 0,5
Cobre Cu mg/L 1
Coliformes fecales NMP NMP/100ml 2000
Color real10 Color real unidades de color
Inapreciable en dilucin: 1/20
Compuestos fenlicos Fenol mg/L 0,2
Cromo hexavalente Cr mg/L 0,5 Demanda bioqumica de oxgeno (5 das) DBO mg/L 100
Demanda qumica de oxgeno DQO mg/L 200
Estao Sn mg/L 5
Fluoruros F mg/L 5
Hierro total Fe mg/L 10
Hidrocarburos totales de petrleo TPH mg/L 20
Manganeso total Mn mg/L 2
Litio Li mg/L 2,5
Materia flotante Visible Ausencia
Mercurio total Hg mg/L 0,005
Nquel Ni mg/L 2
Nitrgeno amoniacal N mg/L 30
Nitrgeno total Kjedahl N mg/L 50
Compuestos organoclorados Organoclorados totales mg/L 0,05
Compuestos organofosforados Organofosforados totales mg/L 0,05
Plata Ag mg/L 0,1
Plomo Pb mg/L 0,2
potencial hidrgeno Ph 6-9
Selenio Se mg/L 0,01
Slidos suspendidos totales SST mg/L 130
Slidos totales ST mg/L 1600
10 La apreciacin del color se estima sobre 10 cm de la muestra diluida
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PARMETRO EXPRESADO COMO UNIDAD Lmite mximo
permisible
Sulfatos SO mg/L 1000
Sulfuros S mg/L 0,5
Temperatura C Condicin natural +- 3
Tensoactivos Sustancias activas al azul de metileno mg/L 0,5
Tetracloruro de carbono Tetracloruro de carbono mg/L 1
(Ministerio del Ambiente del Ecuador, 2015b: p.24)
Sedimentos y lodos de tratamientos de aguas residuales no pueden descargarse en aguas
superficiales, subterrneas, marinas, de estuario, alcantarillado o cauces estacionales
(Ministerio del Ambiente, 2015b: p.18)
Ante la inexistencia de control normativo nacional para el efluente y lodos que se producen y
como apoyo; puede tomarse en cuenta la Norma oficial mexicana NOM-004-SERMARNAT-
2002. Que establece parmetros de control para patgenos en bioslidos y lo clasifica de
acuerdo con su concentracin. En la Tabla 17 y la Tabla 18 se resume la clasificacin por tipo
de aprovechamiento del bioslido con su respectivo indicador cuantitativo.
Tabla 17. Aprovechamiento de bioslidos
Clase Aprovechamiento
A Usos urbanos con contacto pblico directo durante su aplicacin Los establecidos para la clase B y C
B Usos urbanos sin contacto pblico directo durante su aplicacin Los establecidos por la clase C
C Usos forestales Mejoramiento de suelos Usos agrcolas
Tabla 18. Lmites mximos permisibles de patgenos y parsitos en bioslidos
Clase
Indicador bacteriolgico de
contaminacin Patgenos Parsitos
Coliformes fecales NMP/g en base seca
Salmonella spp. NMP/g en base seca
Huevos de helmitos/g en base seca
A Menor de 1000 Menor de 3 Menor de 1 (a)
B Menor de 1000 Menor de 3 Menor de 10
C Menor de 2 000 000 Menor de 300 Menor de 35
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34
4.5.3 Marco legal de seguridad e higiene laboral
En lo referente a la prevencin de riesgos y peligros para la salud humana que el proyecto
puede conllevar, la normativa nacional establece para trabajos con manipulacin de
sustancias de o