Evaluación técnica de un sistema de digestión anaerobia en zona rural para la maximización de la producción de biometano

Autores/as

  • Juan Manuel Nieto Cifuentes Grupo de investigación INAM - USTA, Facultad de Ingeniería Ambiental, Universidad Santo Tomás, Carrera 9 No. 51 - 11, Bogotá, Colombia.
  • María Paula Rodríguez Castro 1Grupo de investigación INAM - USTA, Facultad de Ingeniería Ambiental, Universidad Santo Tomás, Carrera 9 No. 51 - 11, Bogotá, Colombia.
  • Miguel Casallas-Ojeda 2Facultad de Ingeniería. Departamento de Procesos Químicos y Biotecnológicos. Universidad de la Sabana. Campus del Puente del Común, Km. 7, Autopista Norte de Bogotá. Chía, Cundinamarca, Colombia.
  • Angélica María Candela Soto Grupo de Investigación en Nuevos Materiales y Energías Alternativas, Facultad de Química Ambiental, Universidad Santo Tomás, Floridablanca 681003, Colombia
  • Paola Andrea Acevedo Pabón 1Grupo de investigación INAM - USTA, Facultad de Ingeniería Ambiental, Universidad Santo Tomás, Carrera 9 No. 51 - 11, Bogotá, Colombia
  • Jhessica Daniela Mosquera Tobar Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional, Carrera 45 No. 26 – 85 edificio Uriel Gutiérrez, Bogotá, Colombia
  • Iván Cabeza Rojas Universidad de La Sabana

Palabras clave:

Biodigestor anaerobio, Co- digestión, Porquinaza, Producción de energía, Residuos sólidos urbanos

Resumen

Se desarrollaron ensayos de codigestión anaerobia a escala de laboratorio entre porquinaza y residuos sólidos urbanos (RSU) para garantizar la estabilidad del proceso y en un futuro replicarlo en un biodigestor tipo Taiwan. Empleando un diseño factorial de 3 niveles 32, se obtuvieron 9 combinaciones con diferentes tiempos de ensayo (TE) y relaciones carbono/nitrógeno (C/N) de 20, 25 y 30 para ambos parámetros, buscando determinar la mejor combinación con respecto a la producción de metano. Se fijaron las variables carga orgánica (OLR) en 1,5 y relación sustrato inóculo en 3. Posteriormente mediante el método de desplazamiento de volumen se obtuvo la producción acumulada de biogás y el rendimiento del sistema. Se determinó que la mejor combinación fue la evaluada con un TE de 20 días y OLR de 3,12 g de porquinaza, 3,58 g de RSU (46,56 y 53,43 %p respectivamente), se alcanzó un rendimiento de 680,09 mL de biogás/gSV y un potencial bioquímico de metano de 282,24 mLCH4/gSV.

Citas

Álvarez, R., & Lidén, G. (2008). Semi-continuous co-digestion of solid slaughterhouse waste, manure, and fruit and vegetable waste. Renewable Energy, 33(4), 726–734. https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.05.001

Al-Zuahiri, F., Pirozzi, D., Ausiello, A., Florio, C., Turco M., Micoli, L., Zuccaro, G., & Toscano, G. (2015). Biogas production from solid state anaerobic digestion for municipal solid waste. Chemical Engineering Transactions, 43: 2407-2412. https://doi.org/10.3303/CET1543402

APHA. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wasterwater (23rd edition).

Astals, S., Koch, K., Weinrich, S., Hafner, S. D., Tait, S., & Peces, M. (2020). Impact of Storage Conditions on the Methanogenic Activity of Anaerobic Digestion Inocula. Water, 12(5), 1321. https://doi.org/10.3390/w12051321

Bayona, C. & Cortés, B. (2015). Producción de biogás a partir de estiércol porcino a escala piloto: caso de estudio biorreactor continuo tubular plástico (BCTP) finca Tosoly [Tesis de pregrado, Universidad Industrial de Santander].

Cabeza, I., Thomas, M., Vasquez, A., Acevedo, P. & Hernández, M. (2016). Anaerobic co-digestion of organic residues from different productive sectors in Colombia: biomethanation potential assessment. Chemical engineering transactions, 49, 385–390. https://doi.org/10.3303/CET1649065

Casallas-Ojeda, M., Torres-Guevara, L. E., Caicedo-Concha, D. M. & Gómez, M. F. (2021). Opportunities for waste to energy in the milk production industry: perspectives for the circular economy. Sustainability, 13(22), 12892. https://doi.org/10.3390/su132212892

Castañeda, S. & Rodriguez, J. (2017). Modelo de aprovechamiento sustentable de residuos sólidos orgánicos en Cundinamarca, Colombia. Universidad y Salud, 19(1), 116-125. https://doi.org/10.22267/rus.171901.75

Castillo, M., Cristancho, D. & Arellano, V. (2003). Estudio de las condiciones de operación para la digestión anaerobia de residuos sólidos urbanos. Revista Colombiana de Biotecnología, 5(2): 11–22.

Dechrugsa, S., Kantachote, D. & Chaiprapat, S. (2013). Effects of inoculum to substrate ratio, substrate mix ratio and inoculum source on batch co-digestion of grass and pig manure. Bioresource Technology, 146: 101–108. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.07.051

Duan, N., Zhang, D., Lin, C., Zhang, Y., Zhao, L., Liu, H. & Li, Z. (2019). Effect of organic loading rate on anaerobic digestion of pig manure: Methane production, mass flow, reactor scale and heating scenarios. Journal of Environmental Management, 231: 646–652. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.10.062

Escalante, H., Orduz, J., Zapata, H., Cardona, M., & Duarte, M. (2010). Anexo E. En Atlas del potencial energético de la biomasa residual en Colombia. Unidad de Planeación Minero-Energética de Colombia.

Escarraga, K., & Espinosa, N. (2019). Evaluación de la obtención de biogás mediante la digestión anaerobia de los residuos de fruta generados por una empresa de alimentos a escala laboratorio [Tesis de pregrado, Fundación Universidad de América]. Repositorio Institucional Lumieres. https://hdl.handle.net/20.500.11839/8176

Fernandes, T. V., Keesman, K. J., Zeeman, G., van Lier, J. B. (2012). Effect of ammonia on the anaerobic hydrolysis of cellulose and tributyrin. Biomass and Bioenergy, 47, 316–323. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.09.029

Gil, M., Soto, A., Usma, J., & Gutierrez, O. (2012). Contaminantes emergentes en aguas, efectos y posibles tratamientos. Producción + limpia. 7(2): 52-73.

Jaramillo Arango, J. G., Rodriguez Cortés, P., Jaimes- Estevéz, J., Castro Molano, L., & Escalante Hernández, H. (2021). Efecto del diseño bioclimático sobre el comportamiento térmico: caso de estudio de dos digestores operando bajo condiciones psicrofílicas. RedBioLAC, 5: 4-8.

Marchaim, U., & Food and Agriculture Organization of the United Nations. (1992). Biogas Processes for Sustainable Development. Food and Agriculture Organization of the United Nations. https://digitallibrary.un.org/record/131826?ln=es

Montes, M. E. (2008). Estudio técnico-económico de la digestión anaerobia conjunta de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos y lodos de depuradora para la obtención de biogás [Tesis doctoral, Universidad Politécnica de Madrid]. Repositorio institucional de la Universidad Politécnica de Madrid. https://oa.upm.es/1049/

Mosquera, J., Acevedo, P., Cabeza, I., Santis, A., Varela, L., & Villamizar, S. (2020). Improving anaerobic co-digestion of different residual biomass sources readily available in Colombia by process parameters optimization. Biomass and Bioenergy, 142, 105790. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105790

Navas, L., & Torres, W. (2019). Observatorio socio-económico - Vereda Santivar - Sector Pueblo Nuevo del municipio de San Antonio del Tequendama en Cundinamarca. [Tesis de grado, Universidad Cooperativa de Colombia]. Repositorio Institucional - Universidad Cooperativa de Colombia.

Parra-Orobio, B. A., Angulo-Mosquera, L. S., Loaiza- Gualtero, J. S., Torres-López, W. A., & Torres-Lozada, P. (2018). Inoculum mixture optimization as strategy for to improve the anaerobic digestion of food waste for the methane production. Journal of Environmental Chemical Engineering, 6(1), 1529-1535. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.01.048

Reyes, E. (2018). Generación de biogás mediante el proceso de digestión anaerobia, a partir del aprovechamiento de sustratos orgánicos. Revista Científica de FAREM- Estelí. 24: 60–81. https://doi.org/10.5377/farem.v0i24.5552

Rodríguez, A., Ángel, J., Rivero, E., Acevedo, P., Santis, A., Cabeza, I., Acosta, M., & Hernández, M. (2017). Evaluation of the biochemical methane potential of pig manure, organic fraction of municipal solid waste and cocoa industry residues in Colombia. Chemical Engineering Transactions. 57: 55-60. https://doi.org/10.3303/CET1757010

Rodríguez, A., Zuleta, J., Garzón, A., Avendaño, S., Alvarez, Y., Cabeza, I., Santis, A., & Acevedo, P. (2018). Anaerobic Co-digestion of Pig Manure, Organic Fraction of Municipal Solid Waste, Fruit Residues of Drinks Industry and Cocoa Residues. Chemical Engineering Transactions. 64: 499-504. https://doi.org/10.3303/CET1864084

Roman, P., Martinez, M., & Pantoja, A. (2013). Manual de compostaje del agricultor. FAO Chile.

Romeu Luque, P. (2018). Efecto del tiempo de retención hidráulica sobre la dinámica poblacional en un reactor anaerobio de membranas para el tratamiento de aguas residuales. [Tesis de maestría, Universidad Politécnica de Valencia]. Repositorio Institucional - Universidad Politécnica de Valencia.

Sánchez-Gómez, J. S., Fuenzalida-Sandoval, E. A., Sánchez-Amézquita, L., Cassés-Franceschi, D., Rivera-Ramos, L. C., Reyes-Barrios, L. H., y Fajardo-Pinilla, J. M. (2020). Aprovechamiento del biosol producido por biodigestión anaerobia de porquinaza para la fertilización de rábano rojo. Revista Ontare, 8, 89-105. https://doi.org/10.21158/23823399.v8.n0.2020.2677

Sandoval-Cobo, J. J., Casallas-Ojeda, M. R., Carabalí- Orejuela, L., Muñoz-Chávez, A., Caicedo-Concha, D. M., Marmolejo-Rebellón, L. F., & Torres-Lozada, P. (2020). Methane potential and degradation kinetics of fresh and excavated municipal solid waste from a tropical landfill in Colombia. Sustainable Environment Research, 30, 1-11. https://doi.org/10.1186/s42834-020-00048-6

Wang, X., Yang, G., Feng, Y., Ren, G., & Han, X. (2012). Optimizing feeding composition and carbon–nitrogen ratios for improved methane yield during anaerobic co-digestion of dairy, chicken manure and wheat straw. Bioresource Technology, 120, 78-83. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.06.058

Descargas

Publicado

2023-12-27

Cómo citar

Nieto Cifuentes, J. M. ., Rodríguez Castro, M. P. ., Casallas-Ojeda, M., Candela Soto, A. M., Acevedo Pabón, P. A. ., Mosquera Tobar, J. D. ., & Cabeza Rojas, I. (2023). Evaluación técnica de un sistema de digestión anaerobia en zona rural para la maximización de la producción de biometano. Revista RedBioLAC, 7, 28–34. Recuperado a partir de http://revistaredbiolac.org/index.php/revistaredbiolac/article/view/72

Número

Sección

Artículos largos