-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
1/21
Universidad de ConcepcinFacultad de Ciencias Ambientales
Centro de ciencias ambientales EULA-Chile
INFORME
Caracterizacin de efluentes industriales y
tecnologa de tratamiento de efluentes domsticas.
Felipe Gonzlez Rodrguez
Pamela GranifoRoudergue
Romina Nnez Delgado
JUNIO , 2014
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
2/21
2
INDICE
I. RESUMEN .. 3
II.
INTRODUCCIN......................................................................3
III.OBJETIVOS... 4
IV. MARCO TERICO..4
V. METODOLOGA...8
VI. RESULTADOS. 9
VII. DISCUSIN Y CONCLUSIONES17
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.. 18
IX. ANEXOS... 19
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
3/21
3
I. RESUMENEn la actualidad en lo que respecta a la industria
ganadera de porcinos, los purines de cerdosconstituyen una
importante barrera al momento de buscar la sustentabilidad
ambiental ya que sonuna parte importante en el ciclo de produccin y
adems un desecho de difcil manejo que trae
consigo una serie de parmetros que las empresas deben mitigar,
como lo son los olores y su futuradisposicin.
La caracterizacin fsico-qumica nos permite saber exactamente con
lo que nos encontramostrabajando (en este caso la composicin de los
efluentes de purines), mediante el uso de tecnologasque nos
permiten medir de manera exacta parmetros importantes como los es
el nitrgeno y elfosforo.
Son estas caractersticas que visualizamos las que nos orientan a
tratar los desechos provenientesdel ganado porcino (purines), con
diversas opciones de mitigacin siendo la ms importante encomparacin
a sus similares, el tratamiento anaerbico, que soluciona el
problema de la disposicin
y adems trae consigo la revalorizacin de los residuos, generando
para las industrias una ventanaque les permite hacer nuevos balance
econmicos producto de la generacin de biogs que a su vezes
considerada como un mitigantes de gases de efecto invernadero ya
que llega como reemplazantede fuente no renovables de
combustibles.
II. INTRODUCCIN
La industria porcina cada vez est creciendo en el mundo,
especialmente en pases desarrollados. Enel caso particular de Chile
la produccin de carne de cerdos ha tenido un crecimiento
extraordinariodesde los aos 90 hasta la fecha, con aumentos de
produccin anual de 9,3% para el perodo 1996-2006.1
La actual demanda por el consumo de carne y la preocupacin de la
sociedad con respecto a lasexigencias de altos estndares en la
produccin, han llevado a la creciente tendencia de losmercados
internacionales de exigir que el ciclo productivo se desarrolle de
forma sustentable,llevando a las empresas productivas a realizar
una correcta gestin de los residuos generados en susinstalaciones
para evitar impactos negativos en el medio ambiente.
Los principales impactos ambientales generados en la crianza
intensiva de ganado porcinocorresponde a la produccin y gestin del
purn: mezcla de las deyecciones animales (slidos y
lquidos), alimentos y agua en cantidades variables, de
consistencia fluida o pastosa.
De acuerdo con la literatura internacional (ver referencias), la
cantidad estimada de purinesproducidos en un plantel y la
composicin media de estos purines, se desprende que los
altosvalores reportados para algunos parmetros como N, DBO y DQO
permiten suponer gravesimpactos ambientales que un inadecuado
manejo puede provocar. Es por esto que se hace necesario
1http://www.asprocer.cl/index/plantilla1.asp?id_seccion=2&id_subsecciones=77
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
4/21
4
conocer tecnologas de abatimiento que permitan reutilizar o
revalorizar los purines comosubproductos.
III. OBJETIVOS
Conocer y aplicar tcnicas analticas bsicas para la
caracterizacin fsico-qumica de un efluente yconocer y entender a
escala laboratorio el fundamento de sistemas de tratamiento de
efluentes.
IV. MARCO TERICO
De acuerdo con la literatura internacional (ver referencias), la
cantidad estimada de purinesproducidos en un plantel se muestra en
la tabla 1. En la tabla 2 se indica que la composicin mediade estos
purines, se desprende que los altos valores reportados para algunos
parmetros como N,DBO y DQO permiten suponer graves impactos
ambientales que un inadecuado manejo puedeprovocar.(ver anexo,
tablas 1 y 2)
De las tablas 1 y 2 se desprende que no tanto los volmenes de
desecho como las caractersticas delos mismos dependen del tipo de
instalacin. Por lo tanto, antes de desarrollar y evaluar
alternativasde tratamiento es necesario identificar las
caractersticas de la instalacin propiamente tal.Adicionalmente, se
observa que los contaminantes ms relevantes son los slidos
suspendidostotales, materia orgnica, nitrgeno y fsforo. Gran parte
de la materia orgnica y el fosforo estnasociados a los slidos
suspendidos, en tanto el nitrgeno se encuentra disuelto
enaproximadamente un 70%.
Entre los impactos ambientales al medio acutico debido a un
manejo inadecuado de los purines sepuede destacar:
El vertido directo o indirecto en un cauce superficial deteriora
la calidad de este comofuente de agua de consumo debido a la alta
contaminacin por materia orgnica ybacteriolgica. Una cloracin de
esta agua transformara parte de la materia orgnica encompuestos de
alta toxicidad (triclorometanos). Adicionalmente, a la incorporacin
denutrientes con N y P al agua puede provocar problemas de
eutroficacin.
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
5/21
5
Por otra parte, la mineralizacin del N del purn origina elevadas
concentraciones de nitratos(NO3), compuesto de alta toxicidad que
puede moverse fcilmente por escorrenta como por
infiltracin contaminndose de esta forma aguas superficiales y
subterrneas.
En el medio aire, los impactos generados por la produccin de
purines corresponden a:
Produccin de olores desagradables que generalmente traspasan los
lmites de los recintosporcinos propiamente tal.
Emisin de compuestos nitrogenados: xido nitroso por
desnitrificacin y amoniaco porvolatilizacin, que estn implicados en
los procesos de deposicin cida.
Emisin de metano, gas asociado al efecto invernadero.
En el suelo, una incorrecta gestin de purines puede causar:
Desequilibrios nutricionales en las plantas debidos
principalmente a excesos de N, P o K.
Acumulacin de metales pesados, Cu y Zn.
Incremento del contenido de sales solubles.
La acumulacin de elementos de alta movilidad en el suelo provoca
en el mediano y largoplazo, la contaminacin del acufero que lo
subyace.
CARACTERIZACIN FISICO QUIMICA DE UN EFLUENTE
i) Parmetros de Controla) Potencial de Hidrogeno (pH):
Corresponde a la escala de valoracin de la acidez y la
alcalinidad de una solucin, esta se basa enla concentracin de
hidrgeno expresada en unidades qumicas llamadas moles por litro. Se
medirpor medio de pH metro Hanna HI255. Los pH van de 0 a 14.0 con
un punto medio de 7.0 que esneutro. Una solucin con pH mayor que
7.0 ser considerada una solucin base, o sea, decaractersticas
alcalinas y las de pH menor a 7.0 sern acido.
b) Oxgeno Disuelto (OD):
El Oxgeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxgeno que est
disuelta en el agua. Es un indicador decmo de contaminada est el
agua o de lo bien que puede dar soporte esta agua a la vida vegetal
yanimal. Generalmente, un nivel ms alto de oxgeno disuelto indica
agua de mejor calidad. Si losniveles de oxgeno disuelto son
demasiado bajos, algunos peces y otros organismos no
puedensobrevivir. Adems, la cantidad de oxgeno que puede disolverse
en el agua (OD) depende de latemperatura. El agua ms fra puede
contener ms oxgeno en ella que el agua ms caliente. Los
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
6/21
6
niveles de oxgeno disuelto tpicamente pueden variar de 7 y 12
partes por milln (ppm o mg/l). Aveces se expresan en trminos de
Porcentaje de Saturacin. Se determinar OD con oximetro ysonda Hanna
HI 9146.
ii) Parmetros Operacionalesa) Demanda Qumica de Oxigeno
(DQO):
Determina la cantidad de oxgeno requerido para oxidar el total
de la materia orgnica en unamuestra de agua residual, bajo
condiciones especficas de agente oxidante, temperatura y tiempo.
Semide en miligramos de oxgeno por litro de agua (mg O2/l). La DQO
vara en funcin de lascaractersticas de las materias presentes, de
sus proporciones respectivas, de sus posibilidades deoxidacin y de
otras variables. Es por esto que la reproductividad de los
resultados y suinterpretacin no pueden ser satisfechas ms que en
condiciones de metodologa de ensayo biendefinida y estrictamente
respetada.
El mtodo del dicromato de potasio es un procedimiento se basa en
la oxidacin de la materiautilizando dicromato de potasio como
oxidante en presencia de cido sulfrico e iones de platacomo
catalizadores. La disolucin acuosa se calienta bajoreflujo durante
2 h a 150 C. Luego seevala la cantidad del dicromato sin
reaccionartitulando con una disolucin dehierro . La demandaqumica
de oxgeno se calcula a partir de la diferencia entre el dicromato
aadido inicialmente y eldicromato encontrado tras la oxidacin. Esto
expresado bajo la ecuacin:
DQO (mg/l)= 8000 (V1-V0)T/V
Donde:
V0 es el volumen de sulfato de hierro y amonio necesario para la
determinacin (ml)
V1 es el volumen de sulfato de hierro y amonio necesarios para
el ensayo en blanco (ml)
T es el valor de la concentracin de la solucin de sulfato de
hierro y amonio
V es el volumen de la muestra tomada para la determinacin.
El valor obtenido es siempre superior a lademanda biolgica de
oxgeno (aproximadamente el doble),ya que se oxidan por este mtodo
tambin las sustancias nobiodegradables.La relacin entre losdos
parmetros es indicativa de la calidad del agua
b) Demanda Biolgica de Oxigeno (DBO5):
Cantidad de oxgeno que los microorganismos, especialmente
bacterias, hongos y plancton,consumen durante la degradacin de las
sustancias orgnicas contenidas en la muestra. Se basa en
lacomparacin del oxgeno disuelto inicialmente en la muestra con el
existente en una muestrasimilar, despus de haber sido incubada
durante cinco das a unatemperatura estandarizada de 20C. Estos
cinco das son el tiempo estndar destinado para que las bacterias
digieran la materia
http://es.wikipedia.org/wiki/Reflujohttp://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9tricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Demanda_biol%C3%B3gica_de_ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Biodegradabilidadhttp://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=750http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=103http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=103http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=750http://es.wikipedia.org/wiki/Biodegradabilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Demanda_biol%C3%B3gica_de_ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9tricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Reflujo
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
7/21
7
orgnica presente en la muestra. El resultado es DBO5 y se
expresa en miligramos de oxgenodisuelto por litro (mg O2/L). Cuando
se descarganaguas con DBO alta a un cuerpo de agua, lasbacterias y
otrosmicroorganismos disponen de una rica fuente de alimentos, lo
que permite que sereproduzcan con rapidez. Las cantidades cada vez
mayores de bacterias consumen el oxgeno delagua. Si la DBO
delefluente es demasiado elevada, o elcuerpo receptor no es capaz
de diluirla
hasta alcanzar un nivel seguro, la cantidad de oxgeno disuelto
disminuye de tal forma que los pecesy otrosorganismos acuticos
mueren asfixiados. Los resultados del ensayo puede ser
representadospor
DBO= F (To-T5)-(F-1)(D0-D5)
Dnde:
D0 = Contenido de oxgeno (mg/l) del agua de dilucin al principio
del ensayo.
D5 = Contenido medio de oxgeno (mg/l) del agua de dilucin al
cabo de 5 das de
incubacin.
T0 = Contenido de oxgeno (mg/l) de una de las diluciones de la
muestra al principio del
ensayo.
T5 = Contenido de oxgeno (mg/l) de una de las diluciones de la
muestra al cabo de 5 das
de incubacin.
F = Factor de dilucin.
Valores por encima de 30 mgO2/litro pueden ser indicativos de
contaminacin en aguas
continentales, aunque las aguas residuales pueden alcanzar una
DBO de miles de mgO2/litro.
c)Carbono Orgnico Total (COT):
Se denomina COT al carbn que forma parte de las sustancias
orgnicas de las aguas superficiales.Actualmente existen muchas
sustancias naturales y artificiales que contribuyen a incrementar
losniveles de TOC en el ambiente, no obstante, esta sustancia puede
ser descompuesta pormicroorganismos, durante el proceso de consumo
de oxgeno.
El Carbono Orgnico Total es un parmetro que se utiliza para
valorar la calidad de las aguas de undeterminado lugar.
Generalmente esta sustancia se origina de forma natural en plantas
y animalescomo resultado de su metabolismo, excrecin y
descomposicin. No obstante los efluentes de las
industrias que utilicen compuestos orgnicos tambin son una
fuente significativa de emisin deCOT al ambiente.
La concentracin de TOC se obtiene sustrayendo la concentracin de
carbono inorgnico de la de carbonototal:
TOC = TC - IC.
http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=51http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=535http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=327http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=240http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=564http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=564http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=240http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=327http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=535http://www.dominicanaonline.org/diccionariomedioambiente/es/definicionVer.asp?id=51
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
8/21
8
Medicin de TC (carbono total): Se agregan a la muestra cido
fosfrico y el oxidante (per sulfato),y se calienta la mezcla a la
vez que se irradia con luz ultravioleta para convertir el carbono
presenteen la muestra en dixido de carbono. Este dixido de carbono
fluye con el gas de arrastre por eldeshumidificador hacia la celda
de medicin del detector infrarrojo no dispersivo (NDIR). Se mideel
rea del pico de dixido de carbono, y esta rea se convierte en
concentracin TC usando la curvade calibracin previamente
preparada.
Medicin de IC (carbono inorgnico): La muestra se acidifica con
cido fosfrico y se burbujea gasde arrastre para convertir el
carbono inorgnico presente en la muestra en dixido de carbono.
Estedixido de carbono es detectado por el NDIR y la concentracin
del IC de la muestra se mide de lamisma manera que TC.
V. METODOLOGA
Para la ejecucin del laboratorio se estructur 5 grupos y 4
estaciones de trabajo y consisti en larotacin de los diferentes
grupos por las siguientes estaciones de trabajo:
Estacin de trabajo N 1: caracterizacin fsico-qumica de
efluentes.
En esta estacin de trabajo se realiz un laboratorio demostrativo
de tcnicas fsico-qumicas decaracterizacin de efluentes. Se revis
equipamiento para medicin de: pH, oxgeno disuelto,nitrgeno, DQO y
DBO5. Esta estacin se realiz en el laboratorio de investigacin del
Grupo deIngeniera y Biotecnologa Ambiental, GIBA.
Estacin de trabajo N 2: tratamiento fsico-qumico de
efluentes.
En esta estacin se describieron sistemas de tratamiento
fsico-qumicos de plantas convencionalesde agua potable y
tratamiento primario de aguas servidas domiciliarias y efluentes
industriales. Seevalu la operacin de un test de jarra (jar-test).
Adems se demostr la medicin de cloro residual,mtodo colorimtrico
comnmente usado en la industria potabilizadora de agua. Esta
estacin serealiz en el laboratorio de investigacin del Grupo de
Ingeniera y Biotecnologa Ambiental,GIBA.
Estacin de trabajo N 3 y 4: tratamiento secundario de
efluentes.
En esta estacin se describi un sistema de tratamiento biolgico
aerbico y anaerbico. Estatecnologa de tratamientos est destinada a
eliminar materia orgnica. Estos sistemas trabajan conbacterias
anaerbicas y control se realiza a travs de la velocidad de carga
orgnica y tiempo deretencin hidrulico. Esta estacin se realiz en el
laboratorio de investigacin del Grupo deIngeniera y Biotecnologa
Ambiental, GIBA.
Estacin de trabajo N 5: tratamiento por humedales
construidos
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
9/21
9
Los humedales construidos, son sistemas de ingeniera diseados
para eliminar componentes quepueden ser degradados por el consorcio
planta-rizoma-microorganismos. El diseo y la hidrulicade los
sistemas, en conjunto con la actividad de la plantas definir la
disponibilidad de oxgeno enlos sistemas y con ello de depuracin de
materia orgnica, nutrientes, compuestos especficos ypatgenos. Esta
estacin se realiz en el laboratorio de investigacin del Grupo de
Ingeniera y
Biotecnologa Ambiental, GIBA.
En el presente informe se abordar la caracterizacin y los
principales aspectos del tratamientoanaerbico para un efluente de
purn de cerdo.
VI. RESULTADOS
6.1 CARACTERIZACIN FSICOQUMICA DEL EFLUENTE DE
PURINESPORCINOS
El purn es el nombre que recibe el residual orgnico generado en
las explotaciones ganaderas como
resultado de la mezcla de las deyecciones slidas y lquidas junto
con restos de alimentos, agua delos abrevaderos, aguas de lavado y,
en ocasiones, agua de lluvia.
Caractersticas generales
Es un material no exento de patgenos ( E.Coli, Klebsiella,
Ptoteus y Enterbacter). Olores ofensivos volatilizacin de
compuestos azufrados y nitrogenados). Elevado contenido de humedad.
Posee cantidades importantes de hidratos de carbono, amoniacos,
protenas, urea y
compuestos azufrados. Contenido importante de nitrgeno u en
menor medida fsforo, potasio y calcio.
Caractersticas fisicoqumicas de purines de cerdo
La generacin y composicin de los purines, suele estar
influenciada por el tipo de produccin. Elprimero tipo encontramos
que suele ser mayor durante la maternidad y destete por el aumento
en elconsumo de agua y el segundo tipo es durante el crecimiento
por la ingesta de alimento(cantidad/composicin). En esta
oportunidad analizaremos las caractersticas fsicas qumicas
conrelacin a un valor medio entre estos tipos de produccin.
Tabla 3. Caractersticas fsico-qumica de purines.
Parmetro Valores
pH 7,6
Demanda Biolgica de Oxigeno DB05 (mg/L) 23.000
Demanda Qumica de Oxgeno DQO (mg/L) 68.000
Contenido de materia seca total (% peso) 6
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
10/21
10
Contenido de materia orgnica (% peso) 4
Conductividad (dS/m) 0,18
Factores que influyen en la composicin de las excretas:
Calidad y cantidad de alimento ingerido Sistema de alimentacin
poca del ao Aguas Pluviales Nmero y madurez fisiolgica del animal
Sistema de Limpiezas
Los principales parmetros, que caracterizan al purn desde el
punto de vista de sus constituyentes y
el volumen producido, que se necesitan para el diseo de un
sistema de tratamiento de purines son:
Flujo medio total diario (m3/da) Demanda biolgica de oxigeno
DBO5(mg/L) Slidos voltiles (mg/L) Nitrgeno total (mg/L) Fsforo
(mg/L)
6.2 EFLUENTES DEL SECTOR PECUARIO: PURINES DE CERDO
Los efluentes de las granjas de ganado porcino, se denominan
purines. Estn constituidos
mayoritariamente por agua y alrededor de un 4 a 7% de materia
slida en suspensin y solucin(ver Tabla IV). La materia slida
contiene un 8-10% de N, 3-5% de P2O5, 6-8% de K2O y un 65%de
materia orgnica.
Tabla 4. Composicin de un purn de cerdo.
Tabla IV. Composicin de un purn de cerdo
Contenido de materia seca total (% peso) 6
Contenido de materia orgnica (% peso) 4
DQO (mg O2/L) 68.000
DBO (mg O2/L) 23.000Nitrgeno (% peso de materia seca) 9
P2O5(% peso de materia seca) 5
K2O (% peso de materia seca) 7
Cu (ppm) 28
Zn (ppm) 42
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
11/21
11
6.3 ENFOQUE SUSTENTABLE EN EL MANEJO DE PURINES
La creciente demanda por el consumo de carne de cerdo, ha
provocado instalaciones de produccinintensiva, aumentando la
generacin de purines utilizados para riego, como fertilizante y
reparacinde suelos. Es debido a esto que se busca realizar una
gestin de purines, de manera de evitarimpactos sobre el medio
ambiente.
Un manejo inadecuado puede afectar las caractersticas del suelo,
calidad del agua y del aire, lasalud de las personas y animales. El
gran desafo de la industria ganadera es la revalorizacin de
losnutrientes contenidos en las deyecciones, de forma sustentable
con el medio ambiente.
El aprovechamiento agronmico de las deyecciones pecuarias
constituye un recurso para la tierra,ya que aporta nutrientes a los
cultivos, mantiene el terreno esponjoso, evita la erosin y mejora
lascosechas.
6.4 SISTEMA TRADICIONAL DE MANEJO DE PURINES
Las instalaciones porcinas utilizan tradicionalmente un sistema
de transporte con agua, lo quepermite desplazar los guanos desde el
lugar de confinamiento hacia el sitio de almacenamiento.
Se utilizan fosas de recarga o sistemas de manejo del estircol
mediante arrastre con agua a travsde canaletas, asociadas a un tipo
de separacin y lagunaje para la depuracin y almacenamiento delpurn.
Generalmente los efluentes son aplicados a campos agrcolas cercanos
a los plantelesproductivos.
Las deficiencias que presenta este sistema son:
i. Generacin de exceso de nutrientes en los cultivos y suelosii.
Volatilizacin de nitrgeno amoniacal desde las lagunas y tranques de
almacenamiento
iii. Generacin de malos oloresiv. Proliferacin de vectores
sanitarios
6.5 ALTERNATIVAS PARA EL MANEJO DE PURINES
Hay dos enfoques para lograr una gestin del estircol. La primera
consiste en desarrollar sistemassecos (deepbending; hoop;
highrise), en dnde el estircol fresco se mezcla con un agente
voluminizador, o utilizar cintas inclinadas bajo el piso
acanalado para separar orinas del guano, deesta manera manejar el
estircol slo como slido.
El segundo enfoque consiste en reajustar los sistemas lquidos
existentes para que los nutrientesslidos y orgnicos voltiles se
separen del purn fresco y sean transportados y depurados con
unaserie de tcnicas que generen productos revalorizados.
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
12/21
12
Figura 1. Diagrama de alternativas de manejo de purines.
6.6 TRATAMIENTO ANAEROBIO DE PURINES
La estabilizacin anaerobia de la materia orgnica es un proceso
bioqumico complejo que dependede varios factores (temperatura,
tiempo de detencin, grado de mezcla, carga orgnica, etc.).Ocurre en
varias etapas.
En la primera etapa, organismos hetertrofos facultativos
hidrolizan el sustrato orgnico complejo(protenas, carbohidratos
lpidos), formando compuestos fcilmente utilizable. En la segunda
etapa,los productos de la primera son convertidos en cidos orgnicos
simple (cidos voltiles) mediantehidrolisis y fermentacin. Los
principales productos de esta etapa son cido actico y
cidopropinico. Las bacterias involucradas pueden funcionar en un
amplio rango de temperatura y pH yse reproducen normalmente en
horas.
En la segunda etapa, microorganismos estrictamente anaerobios
convierte los cidos orgnicos enmetano (CH4), dixido de carbono
(CO2) y otros gases (H2S, H2 y N2). Las bacterias involucradasson
ms sensibles a las condiciones ambientales y normal mente se
reproducen lentamente, demodo tal que es esta etapa la que controla
el proceso.
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
13/21
13
6.7 PARMETROS AMBIENTALES Y OPERACIONALES DEL PROCESO.
pH y alcalinidad
En cada fase del proceso los microorganismos presentan mxima
actividad en un rango de pHdiferenciado, aunque siempre alrededor
de la neutralidad. En algunos residuos con bajo podertampn (baja
alcalinidad), puede llegar a ser necesario controlar exteriormente
el pH, a fin de evitarsu bajada debida a los cidos generados en la
segunda fase. No es as para purines de cerdo, para loscuales su
alta alcalinidad permite una regulacin permanente del pH. Se admite
que una alcalinidadcomprendida entre 2 y 3 g CaCO3/L es
suficiente.
Potencial redox
Debe ser suficientemente bajo para asegurar el desarrollo de
poblaciones anaerobias estrictas, convalores inferiores a
-300mV.
Nutrientes
En el medio a digerir debe haber una relacin adecuada entre
nutrientes para el desarrollo de laspoblaciones bacterianas. En
general, los residuos ganaderos no presentan problemas por falta
demacronutrientes o micronutrientes.
Temperatura
El proceso de digestin anaerobia puede realizarse a tres rangos
diferentes de temperatura:Psicrfilo: por debajo de 20C; mesfilo,
entre 30 y 40 C; termfilo, entre 50 y 70C. Con elaumento en el
rango de temperaturas se aumenta la velocidad de crecimiento de las
bacterias, la
velocidad en la produccin de biogs y una disminucin de tiempos
de retencin. Trabajando en elrango termoflico se asegura, adems, la
destruccin de patgenos, la eliminacin de semillas demalas hierbas,
de huevos y de larvas de insectos. A pesar de las grandes ventajas
de los sistemastermoflicos, estos requieren de mayor control y
seguimiento, debido al efecto inhibidor de algunoscompuestos a alta
temperatura.
6.8 ESTABILIDAD, INHIBICIN Y TOXICIDAD
Las formas no ionizadas de los cidos grasos voltiles, as como el
amonaco libre o el cido
sulfhdrico son inhibidores de importancia de las bacterias
metanognicas. Estos compuestospresentan una inhibicin de tipo
reversible. Los metales pesados tambin son inhibidores, o txicosa
altas concentraciones. Para residuos ganaderos en general, los
compuestos crticos son elnitrgeno amoniacal, los antibiticos y los
desinfectantes, as como el Cu y el Zn para residuos deporcino. Los
desinfectantes son mucho ms activos que los antibiticos, llegando a
provocardisminuciones en la produccin hasta del 90% a bajas
concentraciones (Hilper et al., 1982).
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
14/21
14
El Cu es inhibidor a partir de 40 mg/L y el Zn lo es a partir de
400 mg/L. Ambos son txicos apartir de 70 mg/L y 600 mg/L
respectivamente (Hayes y Theis, 1978). Estos metales
sonintroducidos en las dietas de porcino, y aunque las
concentraciones de Zn en las deyeccionesdifcilmente pueden llegar a
las de inhibicin, para el Cu se han encontrado valores que
superanampliamente los lmites de inhibicin en granjas de
engorde.
Las concentraciones a partir de las cuales el amonaco libre es
un inhibidor no estn definidasntidamente. As, Henze et al. (1995)
proponen el valor de 200 mg mg N-NH3/L, Angelidaki yAhring (1994)
el de 700 mg mg N-NH3/L, y Hansen et al. (1998) el de 1100 mg
N-NH3/L.
Las diferencias que se encuentran en la bibliografa son debidas
a aclimatacin de las bacterias y alhecho que la concentracin de
amonaco libre aumenta con el pH y la temperatura. Este fenmenono
permite una digestin anaerobia termoflica estable de purines de
cerdo, debido a sus altasconcentraciones en nitrgeno amoniacal.
Entre los reactores de cultivo suspendido se destaca el proceso
anaerbico de contacto, el cual operaen forma similar a un sistema
de lodos activados con recirculacin, pero en condiciones
anaerobias.En los reactores anaerbicos de flujo ascendente (UASB)
las aguas se introducen por el fondo yascienden a travs de un manto
de lodos compuesto por grnulos formados biolgicamente.
Eltratamiento ocurre a medida que el agua entra en contacto con los
grnulos. Los gases producidoscausan una circulacin interna que
permite la formacin y la mantencin de los grnulos biolgicos.
Entre los reactores de cultivo fijo se destacan el filtro
anaerobio y el proceso de lecho expandido.
El filtro anaerobio es una columna rellena con un medio
generalmente sinttico, el cual sirve demedio de soporte para el
crecimiento bacteriano. El agua asciende por la columna entrando
encontacto con la biomasa que se desarrolla sobre el medio. Es
posible en estos casos obtener largos
periodos de retencin celular, lo cual permite trata residuos
orgnicos de alta concentracin inclusoa temperatura ambiente.
En el proceso de lecho expandido, las aguas residuales son
bombeadas a travs de un lecho dearena, carbn u otro medio sinttico,
sobre el cual se han desarrollado las bacterias. Laconcentracin de
biomasa puede llegar hasta valores sobre 15.000mg/L, de modo que es
posibletratar algunos efluentes en tiempo de retencin hidrulicos
relativamente cortos.
Los procesos anaerobios han sido utilizados tradicionalmente
para la digestin de los lodosproveniente del tratamiento biolgico
de aguas residuales.
6.9 ACONDICIONAMIENTO DEL SUSTRATO PREVIO A LA PRODUCCIN DE
BIOGS
Antes de introducir los residuos orgnicos dentro hay que
realizar una serie de operaciones deacondicionamiento. Dependiendo
del tipo de reactor, el grado de preparacin ser diferente.
Lafinalidad de estas operaciones es introducir el residuo lo ms
homogneo posible, con lascondiciones fsico-qumicas adecuadas al
proceso al que va ser sometido, y sin elementos quepuedan daar el
digestor.
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
15/21
15
La forma de acondicionar los residuos de entrada es a travs de
pre-tratamiento, reduccin deltamao de la partcula, espesamiento,
calentamiento, control de pH, eliminacin de metales yeliminacin de
grmenes patgenos.
Cuando se manejan los purines, no hay que almacenarlos por mucho
tiempo, ya que laproductividad de biogs decae muy deprisa al
producirse fermentaciones espontneas.
6.9.1 PRODUCCIN DE BIOGS
El biogs que es producido en la digestin anaerbica de compuestos
orgnicos, vara en sucomposicin dependiendo del sustrato digerido y
de la tecnologa utilizada. Generalmente tiende aser:
50-70% metano (CH4)
30-40% anhdrido carbnico (CO2)
5% de hidrgeno (H2), cido sulfhdrico (H2S) y otros gases
Los potenciales usos del biogs obtenido en la digestin anaerbica
son:
Generacin de calor o electricidad en una caldera.
Generacin de electricidad en motores o turbinas.
Como materia prima para la sntesis de productos de mayor valor
como el metanol y el gasnatural licuado.
Combustible de automocin
En pilas de combustible, previa realizacin de una limpieza de
H2S y otros contaminantesde las membranas.
6.9.1.1 PRODUCCIN DE METANO
La demanda bioqumica de oxgeno (DQO) puede ser considerada como
un parmetro conservativo(entrada= salida):
DQO influente = DQO efluente + DQO biogs
Bajo el supuesto de que el biogs obtenido slo est compuesto por
CH4 y CO2 y teniendo encuenta que la DQO del CO2es prcticamente
nula, la DQO eliminada como residuo correspondera
a la DQO obtenida en forma de metano, lo que significa 2,857kg
DQO mor m 3 CH4, 0,35m3deCH4 por Kg de DQO eliminada, es decir 0,38
m
3de CH4en condiciones estndar.
Basados en la potencia calorfica del metano, se podra llegar a
generar 3,5 KW h/ Kg DQO eliminadaaproximadamente. Esta propiedad
de los sistemas anaerbicos es una ventaja por sobre los
sistemasaerbicos de tratamiento de residuos orgnicos y aguas
residuales en los cuales el consumoenergtico en la transferencia de
oxgeno es del orden de 1 KW h/Kg O2 consumido.
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
16/21
16
Tabla 5. Ventajas del proceso de digestin anaerbico (Flotats
2000).
Factor Ventajas de la Digestin Anaerbica
Variabilidad en lacomposicin
Homogenizacin de la composicin, ms intensa cuanto mayor esel
tiempo de retencin.
Malos olores y
compuestos orgnicos
voltiles
Eliminacin de cidos grasos voltiles y otros compuestos
fcilmente degradables. La materia orgnica resultante es
lentamente degradable; los purines digeridos no presentan
olor
desagradable y son un producto ms estable. En procesos
trmicos
posteriores se evitan problemas por volatilizacin de
compuestos
orgnicos.
Reduccin de materia
orgnica
Reduccin de slidos totales voltiles. Reduccin de materia
orgnica degradable y mantenimiento de las concentraciones
denutrientes. Transformacin de nitrgeno orgnico a amoniacal. En
caso de separar la fase acuosa, el producto resultante
presentar
menor volumen, manteniendo la misma riqueza fertilizante
Distribucin de
partculas y de
fraccin soluble
Homogenizacin en la distribucin de partculas lo cual favorece
el
diseo y aplicacin de procesos posteriores de secado. Hidrlisis
de
partculas de pequeo tamao y coloidales y reduccin de
orgnicos solubles, con lo cual se facilita la separacin entre
fases
solubles y en suspensin.
Consistencia Consistencia pastosa de la fraccin slida de los
purines digeridos,
lo cual favorece su manipulacin y peletizacin.
Alcalinidad Disminucin significativa de la relacin de
alcalinidad. Aporte de
alcalinidad para favorecer un proceso posterior de
nitrificacin
(total o parcial). Debido a la reduccin de materia orgnica,
el
consumo energtico en este proceso ser inferior al de la
nitrificacin de la fraccin lquida de purines frescos.
Balance energtico Balance energtico positivo y proceso productor
neto de energa
renovable. Permite el tratamiento de mezcla con otros
residuospara optimizar la produccin energtica y facilitar la
gestin
integral de residuos orgnicos.
Emisin de gases de
efecto invernadero
En el caso que el metano producido sustituya una fuente no
renovable de energa, se lograra una disminucin en la
generacin
de gases de efecto invernadero en el proceso.
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
17/21
17
VII. DISCUSIN Y CONCLUSIONES
El purn de cerdo es un subproducto de la actividad ganadera, con
una alta variabilidad en sucomposicin que debe ser gestionada
incluso antes de originarse. Abordar la problemtica de lospurines
slo con tecnologas de tratamiento suele ser un error, ya que es
importante conocer suspropiedades para poder evaluar el
comportamiento futuro del efluente, y poder realizarcomparaciones y
visualizar mejoras o no en estos desechos.
Bajo el enfoque del manejo eficiente ambientalmente del purn de
cerdo, la revalorizacinagronmica constituye la mejor opcin
aplicable, es por esto que es de vital importancia considerarcomo
tecnologa de abatimiento el tratamiento anaerbico.
La produccin de biogs en cantidad como en composicin dependen
tanto del residuo a tratar
como de los parmetros de operacin. En general la produccin de
biogs a partir de purines decerdo est comprendida entre 0,3
0,4m3Biogs/kg SV, siendo entre 5580% metano, de 2045%CO2 y 0 1% H2S
su composicin media. Cabe destacar que la capacidad calorfica
dependedirectamente de la concentracin de metano.
En general el aprovechamiento de los purines de cerdo es una
excelente opcin para el manejosustentable de los residuos, ya que
existen varias estrategias para mejorar la produccin de biogs,como
por ejemplo la co-digestin de otros residuos con los purines
(Hartmann, 2006), la aplicacinde pre-tratamientos trmicos (Bonmat,
2001) o el aumento de la temperatura de digestin(Angelidaki,
1993).
Es importante destacar lo ventajoso de los reactores anaerbicos
ya que si comparamos unainstalacin de digestin anaerobia requiere
una inversin elevada. Adems es imprescindible unaporte constante de
purn a lo largo de todo el ao y una supervisin tcnica peridica, ya
que elproceso se puede inhibir con niveles altos de desinfectantes,
antibiticos, amonio, materia orgnica,etc.
Se concluye que el tratamiento anaerbico de efluentes como medio
de revalorizacin de losresiduos es una solucin consistente en la
labor de dar carcter de ambientalmente sustentable a losciclos de
procesos industriales, como lo es en este caso el de los efluentes
de purines de cerdo.
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
18/21
18
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
AngelidakI, I., Ahring, B.K. (1994). Anaerobic Thermophilic
Digestion of Manure at Different
Ammonia. Loads: Effect of Temperature. Water Research: 28, 3,
727-731.
American Public Health Association (APHA), American Water Works
Association (AWWA),
Pollution Control Federation (WPCF). 1985. Standar methods for
examination of water and
wastewater. 16th ed. Washington.
Hansen, K., Angelidaki, I., Ahring, B. (1998). Anaerobic
digestion of swine manure: Inhibition
by ammonia. Water Research, 32 (1), 5-12.
Hayes, T.D., Theis, T.L. (1978). The distribution of heavy
metals in anaerobic
digestion.JWPCF, 1, 50.
Henze, M., Harremoes, P., Jansen, J.C., Arvin, E. (1995).
Wastewater Treatment.Biological
and Chemical Processes. Springer Verlag.
Hilper, R., Winter, J., Kandler, O. (1982) Feed additives and
desinfectants as inhibitory factors
in anaerobic digestion of agricultural wastes. 2nd E.C.
Conference Energy from Biomass,
Berlin.Applied Science Publishers, pp 552-558.
Metcalf& hed. 1995. Ingeniera de Aguas Residuales:
Tratamiento, Vertido y Reutilizacin. 3
ed., vol. I y II, McGraw-Hill, Madrid.
Ramalho, R. S. 1991. Tratamiento de Aguas residuales, Revert,
Barcelona.
Rittmann, B and McCarrty, P. 2001. Biotecnologa del Medio
Ambiente: Principios y
Aplicaciones. McGraw-Hill. ISBN 84-481-3280-7
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
19/21
19
IX. ANEXOS
Tabla 1. Cantidades aproximadas de purines producidos por tipo
de animal
Tipo de Animal Peso vivo (Kg) (L / cabeza da)
Cerdos de engorde 20-50 3,5Cerdos de engorde 50-100 6,5
Macho reproductor 140 10
Hembra no gestante 140 10
Hembra gestante 150 12
Hembra con cras 150 16
Tabla 2. Composicin media del purn de cerdo en funcin del tipo
de explotacin
Parmetro Engorde Reproductores Ciclo cerrado
Materia seca % 8,5 3,2 5,2
Materia orgnica (% MS) 74 67 66N total (Kg/m3) 5,9 3,4 4,3
N orgnico (Kg/m3) 2,5 0,9 1,3
N amoniacal (Kg/m3) 3,4 2,5 3
P O (Kg/m3) 5,3 1,8 3,2
K O (Kg/m3) 3,6 2,3 2,8
Ca (% MS) 3,9 3,5 4
Mg (% MS) 0,8 0,8 1,1
Na (mg/kg MS) 1,6 2,8 2
Cu (mg/kg MS) 752 98 678
Zn (mg/kg MS) 600 636 808
Fe (mg/kg MS) 1006 763 1207
Mn (Kg/m3) 320 229 303
Tabla 3. Caractersticas fsico-qumica de purines.
Parmetro Valores
pH 7,6
Demanda Biolgica de Oxigeno DB05 (mg/L) 23.000
Demanda Qumica de Oxgeno DQO (mg/L) 68.000
Contenido de materia seca total (% peso) 6
Contenido de materia orgnica (% peso) 4
Conductividad (dS/m) 0,18
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
20/21
20
Tabla 4. Composicin de un purn de cerdo.
Tabla IV. Composicin de un purn de cerdo
Contenido de materia seca total (% peso) 6
Contenido de materia orgnica (% peso) 4
DQO (mg O2/L) 68000DBO (mg O2/L) 23000
Nitrgeno (% peso de materia seca) 9
P2O5(% peso de materia seca) 5
K2O (% peso de materia seca) 7
Cu (ppm) 28
Zn (ppm) 42
Figura 1. Diagrama de alternativas de manejo de purines
-
5/24/2018 Tratamiento Anaerobico Para Efluentes Porcinos Grupo
4
21/21
21
Tabla 5. Ventajas del proceso de digestin anaerbico (Flotats
2000).
Factor Ventajas de la Digestin Anaerbica
Variabilidad en la
composicin
Homogenizacin de la composicin, ms intensa cuanto mayor es
el tiempo de retencin.
Malos olores y
compuestos orgnicos
voltiles
Eliminacin de cidos grasos voltiles y otros compuestos
fcilmente degradables. La materia orgnica resultante es
lentamente degradable; los purines digeridos no presentan
olor
desagradable y son un producto ms estable. En procesos
trmicos
posteriores se evitan problemas por volatilizacin de
compuestos
orgnicos.
Reduccin de materia
orgnica
Reduccin de slidos totales voltiles. Reduccin de materia
orgnica degradable y mantenimiento de las concentraciones de
nutrientes. Transformacin de nitrgeno orgnico a amoniacal.
En
caso de separar la fase acuosa, el producto resultante
presentar
menor volumen, manteniendo la misma riqueza fertilizante
Distribucin de
partculas y de
fraccin soluble
Homogenizacin en la distribucin de partculas lo cual favorece
el
diseo y aplicacin de procesos posteriores de secado. Hidrlisis
de
partculas de pequeo tamao y coloidales y reduccin de
orgnicos solubles, con lo cual se facilita la separacin entre
fases
solubles y en suspensin.
Consistencia Consistencia pastosa de la fraccin slida de los
purines digeridos,
lo cual favorece su manipulacin y peletizacin.
Alcalinidad Disminucin significativa de la relacin de
alcalinidad. Aporte de
alcalinidad para favorecer un proceso posterior de
nitrificacin
(total o parcial). Debido a la reduccin de materia orgnica,
el
consumo energtico en este proceso ser inferior al de la
nitrificacin de la fraccin lquida de purines frescos.
Balance energtico Balance energtico positivo y proceso productor
neto de energa
renovable. Permite el tratamiento de mezcla con otros
residuos
para optimizar la produccin energtica y facilitar la gestin
integral de residuos orgnicos.
Emisin de gases de
efecto invernadero
En el caso que el metano producido sustituya una fuente no
renovable de energa, se lograra una disminucin en la
generacin
de gases de efecto invernadero en el proceso.