Cinética de la digestión anaeróbica de excretas porcinas para la obtención de biogás en laboratorio

Contenido principal del artículo

Jairo Enrique Granados Moreno
Diego Adrés Abril Herrera
Andrés Mogollón Reina

Resumen

La biodigestión anaeróbica es un proceso bioquímico natural, mediante el cual materiales orgánicos complejos son desdoblados por algunas comunidades microbianas hasta producir biomoléculas elementales y biogas, en ausencia de oxígeno. El proceso se realiza en cuatro etapas: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. La generación de CH4 se puede seguir mediante análisis y modelos cinéticos como los de Gompertz y Monod. El objetivo del trabajo fue evaluar el comportamiento cinético de biogases: CH4, CO2, H2S, producidos por biodigestión anaeróbica de excretas porcinas tratadas con inóculo microbiano, mediante modelos cinéticos de Gompertz y Monod. Se trabajó con datos recolectados en campo provenientes de un biodigestor de geomembrana instalado en un predio cercano a Fusagasugá, en Cundinamarca, Colombia, y con tres prototipos de biodigestores emplazados en laboratorio, cuyo afluente eran excretas porcinas e inóculo microbiano (IM), el seguimiento a la producción de biogas se realizó mediante termohigrómetro digital y medidor multiparamétrico de gases A-ALT5X-ALKB. Mediante DCA se encontraron diferencias significativas (p <0,05) entre los parámetros cinéticos evaluados, expresados a través de los modelos cinéticos trabajados, lo que es atribuible al control de variables como: tipo y composición del afluente, temperatura del biodigestato, pH y evolución del DQO. El mejor comportamiento cinético se observó en el biodigestor que operó a temperatura cercana a 38 ºC, dado que el cambio de volumen del biogas y las concentraciones de CH4, CO2, H2S y NH3 en el tiempo, fueron explicados adecuadamente mediante los modelos cinéticos de Gompertz y Monod.

Detalles del artículo

Cómo citar
Granados Moreno, J. E., Abril Herrera, D. A., & Mogollón Reina, A. (2022). Cinética de la digestión anaeróbica de excretas porcinas para la obtención de biogás en laboratorio. Ingeniería Agrícola, 12(4). Recuperado a partir de https://revistas.unah.edu.cu/index.php/IAgric/article/view/1632
Sección
Artículos Originales

Citas

Ampudia, M. M. J. (2011). Investigación de las condiciones óptimas y de la cinética del proceso de biodigestión anaerobia de desechos orgánicos agroindustriales y estiercol vacuno [Tesis de grado en Ingeniería Química]. Universidad San Francisco de Quito.

Appels, L., Lauwers, J., Degrève, J., Helsen, L., Lievens, B., Willems, K., Van Impe, J., & Dewil, R. (2011). Anaerobic digestion in global bio-energy production: Potential and research challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(9), 4295-4301.

Benavidez, E., Toledo, J., Palacios, Y., Andino, F., & Ortiz, W. (2017). Producción de biogás a partir de la codigestión de estiércol bovino, melaza e inóculo bacteriano. Revista RedBioLAC, 1(1), 52-57. http://redbiolac.org/revista/

Cerdán, M. J. M. A. (2020). Potencial de producción de ácidos grasos volátiles en lodos de Ptar, residuos urbanos y agroindustriales: Enfoque hacia una economía circular [Tesis para optar el grado de Magister Scientiae en ciencias ambientales]. Universidad Agraria la Molina.

Deepanraj, B., Sivasubramanian, V., & Jayaraj, S. (2015). Kinetic study on the effect of temperature on biogas production using a lab scale batch reactor. Ecotoxicology and Environmental Safety, 121, 100-104. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.04.051

Ferrer, Y., & Pérez, H. (2010). Los microorganismos en la digestión anaerobia y la producción de biogás. Consideraciones en la elección del inóculo para el mejoramiento de la calidad y el rendimiento. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, 43(1), 9-20.

García, A. K. (2009). Codigestión anaeróbica de estiércol y lodos de depuradora para producción de biogás [Tesis para optar el grado de Máster, perfil Investigador]. Universidad de Cádiz, Universidad de Cádiz.

García, G. J., & Ballesteros, G. M. I. (2005). Evaluación de parámetros de calidad para la determinación de carbono orgánico en suelos. Revista colombiana de Química, 34(2), 201-209.

Gutiérrez, N. L. C., & Ochoa, N. L. D. (2019). Determinación del potencial energético para la obtención de biogás, a partir de la codigestión anaerobia del cosustrato cascarilla de arroz con excretas porcinas [Tesis Ingeniería Ambiental]. Universidad Santo Tomás, Facultad de Ingeniería Ambiental.

López, A. A. M., & Ruíz, R. C. (2014). Evaluación de la producción de biogás a partir del buchón de agua mediante codigestión anaerobia con estiércol bovino [Tesis (en opción al título de Ingeniería de Procesos )]. Universidad EAFIT, Escuela de Ingeniería, Departamento de Ingeniería de Procesos.

Nopharatana, A., Pullammanappallil, P. C., & Clarke, W. P. (2007). Kinetics and dynamic modelling of batch anaerobic digestion of municipal solid waste in a stirred reactor. Waste management, 27(5), 595-603.

Orjuela, C. G. C. (2015). Producción de biogás mediante la fermentación anaerobia de los residuos orgánicos de la cadena de restaurantes Wok [Tesis Ingeniería Química]. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química.

Pommier, S., Chenu, D., Acosta, M. M., & Lefebvre, X. (2007). A logistic model for the prediction of the influence of water on the solid waste methanization in landfills. Biotechnology and bioengineering, 97(3), 473-482.

Sihuang, X., Faisal, H. I., Xinmin, Z., Wenshan, G., Hao, N. H., William, P. E., & Long, N. D. (2016). Anaerobic co-digestion: A critical review of mathematical modelling for performance optimization. Bioresource Technology, 222, 498-512. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2016.10.015

Valdés, L. Y., Vavilin, V. A., Kettunen, R. H., Rintala, J. A., Holliger, C., & Nozhevnikova, A. N. (2001). Evaluation of kinetic coefficients using integrated Monod and Haldane models for low-temperature acetoclastic methanogenesis. Water Research, 35(12), 2913-2922.

Valladares, C. F. (2017). Modelamiento del proceso de digestión anaeróbica de estiércol vacuno y cáscara de cacao [Tesis en Ingeniería Mecánico-Eléctrica]. Universidad de Piura. Facultad de Ingeniería. Programa Académico de Ingeniería Mecánico-Eléctrica.

Vaquerano, P. N., Salazar, R. T., & Porras, A. M. (2016). Medición automática del metano en biogás, por columnas de desplazamiento. Revista Tecnología en Marcha, 29, 86-96. http://dx.doi.org/10.18845/tm.v29i8.2988

Yu, L., Wensel, P. C., Ma, J., & Chen, S. (2013). Mathematical modeling in anaerobic digestion (AD). J Bioremed Biodeg S, 4(2). http://dx.doi.org/10.4172/2155-6199.S4-003

Zapata, E. I. V. (2019). Valorización de residuo alimentario como fuente potencial de producción de biogás y ácidos grasos volátiles [Tesis para optar al título de Ingeniero Civil Químico]. Universidad Técnica Federico Santa María, Departamento de Ingeniería Química y Ambiental.