COLEGIO MEXICANO DE INGENIEROS BIOQUÍMICOS, A. C.

Transcripción

1 EFECTO DE ph-nitrogeno EN LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS DE RESIDUOS VEGETALES POR DIGESTIÓN ANAEROBIA. Sagrario Veyna Castañeda, Diana Ramírez Sáenz, Fabián Robles Martínez, Inés García Peña, Laboratorio de Tecnología ambiental, Departamento de Bioprocesos, Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología del Instituto Politécnico Nacional Av. Acueducto s/n Col. Barrio La Laguna Ticomán, Del. GAM, México DF. Tel: Ext.56342, Fax.56305, Palabras clave: Digestión anaerobia, residuos vegetales, biogás. Introducción. La central de abastos de la Ciudad de México genera grandes volúmenes de residuos sólidos orgánicos, dentro de los cuales se encuentran los de origen vegetal. Estos deben ser dispuestos y eliminados en el relleno sanitario de Bordo Poniente. Una parte es tratada por compostaje y el resto es colocado directamente en las celdas del relleno, generando problemas de lixiviados y biogás sin control. La digestión anaerobia usada para la estabilización de residuos sólidos puede constituir una alternativa de interés en la producción de energía renovable, biogás. El estudio realizado pretende establecer las condiciones para llevar acabo la digestión anaerobia de residuos vegetales y obtener biogás (principalmente metano). La generación y composición de biogás depende principalmente del porcentaje y composición de materia orgánica (MO) presente. Se reporta que una tonelada de materia orgánica podrá generar de 120 a 240 m 3 de biogás (5). La intensidad de la actividad anaerobia dependerá de la naturaleza de los residuos, del tamaño de partícula, de la humedad de éstos, de la temperatura, ph y otros factores como macro y micronutrientes (6, 7 ): ph ( ): Las bacterias anaerobias, especialmente las metanogénicas son sensibles a las concentraciones ácidas e inhibidas bajo dichas condiciones. En condiciones neutrales, ph 7, las bacterias tienen mejor desarrollo y el rango para llevar acabo la digestión anaerobia es de 5.5 a 8.5 (6).

2 Durante la digestión anaerobia ocurren dos procesos que ocasionan diferentes niveles de ph. La acidogénesis mantiene ph ácido (<5) debido a la producción de sustancias ácidas y la naturaleza de los residuos utilizados. Para que se lleve acabo la metanogénesis se requiere de un rango de ph entre 7.2 y 8.2 (9). Inóculo ( UFC/ml): se considera que sin inóculo el tiempo esperado para la segunda etapa (metanogénesis) es mucho mayor en un orden de 20 veces el tiempo esperado (o alrededor de 80 días a 35º C) que cuando se inocula (6). Relación C:N:P (100:12:2): Para mejor funcionamiento del proceso anaerobio, se deben adicionar nutrientes en una adecuada relación de ellos, principalmente C:N:P. El nitrógeno debe estar en forma reducida (NH 3 o Nitrógeno orgánico en forma amino), ya que como nitrato o nitrito es más probable que se pierda por desnitrificación en el entorno anaerobio, el fósforo deberá estar en forma de ión fosfato para ser asimilado (6). Se recomienda una relación C:N:P para procesos anaerobios de 75:5:1 (7). Las características de los residuos que se trataron comprenden una baja cantidad de materia orgánica (10%), así como alta acidez (ph<4), condiciones que dificultan la producción de metano. En este trabajo se presenta el efecto de la adición de nitrógeno y control de ph sobre el consumo de materia orgánica y la producción de biogás. Metodología. Se utilizaron sistemas herméticos con 50 g de residuos triturados y fueron colocados en microcosmos, posteriormente se ajustaron a las siguientes condiciones:

3 Sistema sin inóculo Sistema inoculado Controles C IC Control de ph Ajuste de nitrógeno Control de ph y Ajuste de nitrógeno P N PN IP IN IPN Los parámetros de seguimiento fueron materia orgánica (8), sólidos volátiles (SV) (4), volumen de biogás por desplazamiento y composición del biogás por cromatografía de gases (4). Resultados y discusión. Experimentos previos mostraron que uno de los parámetros de control del proceso mas importantes para producir biogás a partir de estos residuos es el control de ph ( 7), obteniendo alrededor 180 L/KgVS en 28 días de proceso. Este volumen es bajo comparado con el reportado por otros autores (1,2,3), quienes reportan alrededor de 190 a 400 L/KgVS por lo que se realizó un nuevo diseño experimental en el que se incluyó la adición de nitrógeno, el control de temperatura y ph para favorecer el proceso. En los sistemas P, IN y PN/IC se obtuvo la mayor producción de biogás, registrándose 350, y L/kgSV respectivamente (Figura 1). La materia orgánica

4 transformada a los 38 días en los sistemas se presenta en la Tabla 1, se observa que la mayor degradación se presenta en los sistemas P, PN, N y IC. Figura. 1. Acumulación de biogás en cada sistema. C P N PN IC IP IN IPN Tiempo (Días) Tablao 1. ph, biogás y % de materia orgánica degradada de los sistemas a los 38 días. Sistema ph Biogás (L/kgSV) % M.O degradada C P N PN IC IP 6, IN 6, IPN 6, Los resultados obtenidos hasta el momento (38 días de proceso), muestran que los sistemas con control de ph y con control de ph y adición de nitrógeno son los que favorecen la conversión de materia orgánica a biogás. Ambos parámetros, control de ph y presencia de nitrógeno, se pueden obtener de manera natural llevando a cabo la

5 co-digestión de los residuos vegetales con residuos cárnicos, ya que estos últimos al tener un alto contenido de proteína generan intermediarios nitrogenados de carácter alcalino (regulación de ph). Por otro lado, algunos autores (3) han reportado que residuos ricos en proteína generan mayores cantidades de biogás y metano. Las condiciones más favorables después de 3 meses de proceso serán evaluadas en un reactor anaerobio de 30 L de capacidad. Conclusiones. El control de ph así como la presencia de fuente de nitrógeno favoreció la producción de biogás en sistemas no inoculados. La co-digestión de residuos vegetales y residuos cárnicos puede ser considerada como una alternativa para regular el ph y la relación carbono/nitrógeno. Agradecimiento. Agradecemos el apoyo otorgado por la Secretaria de Investigación y Posgrado del IPN por el financiamiento para la realización de ésta investigación (Proyecto CGPI ). Bibliografía 1. Gunaseelan VN. Biochemical methane potential of fruit and vegetable solid waste feedstocks. Biomass and Bioenergy 2004; 26, P, IN y PN/IC 2. Bouallagui H., Cheikh RB., Marouani L., Hamdi M. Mesophilic biogas production from fruit and vegetable waste in a tubular digester. Bioresource Technology 2003; 86, Dinsdale RM., et al. Two-stage anaerobic co-digestion of waste activated sludge and fruit/vegetable waste using inclined tubular digester. Bioresource Techology 2000; 72, APHA, AWWA, WPCF., (1980) Métodos estandarizados para la examinación de aguas residuales, 15th, Ed. APHA, AWWA, Washington, D.C.

6 5. Robles Martínez Fabián, (2005). Generación de biogás y lixiviados en los rellenos sanitarios, 1º Edición, Instituto Politécnico Nacional. 6. Rittman B.E., (2001). Biotecnología del Medio ambiente, 1ª. Edición Editorial Mc Graw Hill. 7. Morton A. Barlaz., (1997) Microbial Studies of Landfills Anaerobic Refuse decomposition, Environmental Microbiology Handbook. 8. Norma mexicana para la determinación de Materia orgánica en residuos sólidos NMX Shefali Verma, (2002). Anaerobic digestion of biodegradable organics in municipal solid wastes, Department of Earth & Environmental Engineering, (Henry Krumb School of Mines) Foundation School of Engineering & Applied Science Columbia University, May