UNIVERSIDAD INTERNACIONAL SEK FACULTAD DE CIENCIAS

UNIVERSIDAD INTERNACIONAL SEK
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES
INGENIERÍA AMBIENTAL
BIOTECNOLOGÍA – IX SEMESTRE
Digestión anaerobia con biometanización de la fracción orgánica de los residuos sólidos
urbanos del Distrito Metropolitano de Quito: una aproximación teórica al desarrollo
inicial en laboratorio
DIEGO CAAMAÑO RAMOS
2010 – 2011
INTRODUCCIÓN
Problema:
La ausencia de gestión diferenciada de la fracción orgánica de los residuos
sólidos urbanos (FORSU) del Distrito Metropolitano de Quito (DMQ) y la actual
técnica para su disposición final son causales de la rápida pérdida de operación de los
rellenos sanitarios municipales. Además, la empresa municipal de aseo, que es la
institución encargada de la totalidad de la gestión de los residuos sólidos urbanos (RSU)
del DMQ, sufre actualmente de un déficit financiero. Por otro lado, existe en el país un
déficit energético crónico, y la actual gestión de la energía está lejos de ser
ambientalmente sustentable (1; 2).
Antecedentes
El inadecuado manejo de los residuos sólidos urbanos (RSU) del Distrito
Metropolitano de Quito (DMQ) ha dado como resultado la generación de riesgos a la
salud humana, pérdida de la calidad de vida de la comunidad, y se ha convertido en una
amenaza constante para los ecosistemas. En primer lugar, la incompleta aplicación de
los segmentos de gestión de los RSU como su reducción en la generación, reutilización,
reciclaje, separación, recolección, transferencia, transporte, tratamiento y disposición
final, junto con un incremento constante en su generación y el hecho de que se supere su
capacidad de manejo (la recolección es insuficiente) han traído problemas como
enfermedades infecciosas transmitidas por vectores, la contaminación del agua y suelos
para agricultura y la creación de pasivos ambientales (como las piscinas de lixiviados
del Inga Bajo). El Municipio gasta anualmente 4’500.000 USD en disponer los RSU en
el relleno sanitario, los que, con lo anteriormente expuesto, están siendo utilizados
ineficientemente. La situación económica de la Empresa Metropolitana de Aseo de
Quito sólo le permite cubrir el presupuesto de gastos corrientes mas no el de
inversiones. Tampoco existe planificación con tiempo para el cierre de un depósito y la
apertura de uno nuevo (Ilustre Municipio del Distrito Metropolitano de Quito;
Secretaría de Ambiente del Distrito Metropolitano de Quito, 2010) (2) (1).
La generación hidroeléctrica ha dado lugar a grandes impactos ambientales
negativos, y esto combinado con la utilización de combustibles fósiles en las centrales
termoeléctricas hace que la generación energética en el Ecuador esté lejos de ser
ambientalmente sustentable.
En el DMQ existen actualmente cerca de 2’200.000 habitantes y una generación
de residuos sólidos urbanos de aproximadamente 1.800 toneladas de residuos por día.
La generación per cápita es de 0,85kg/día, aproximadamente. Quito urbano concentra el
90% de los RSU generados en el DMQ. Se estima que en el DMQ la FORSU representa
el 61%; esto significa alrededor de 1100 toneladas diarias de FORSU. La cobertura de
la recolección en el DMQ es cercana al 90% (Secretaría de Ambiente del Distrito
Metropolitano de Quito, 2010) (1).
En el Ecuador, a pesar de lo que exige la normativa, (TULAS), la gestión de los
RSU generalmente está lejos de ser adecuada (sólo las grandes urbes dan una gestión
casi completa a los RSU generados, al menos con recolección y disposición final en
rellenos sanitarios) y de utilizar las mejores tecnologías disponibles, excepto por
Cuenca y Loja, que están un paso más adelante. Estas ciudades son las únicas donde
actualmente se practica una separación en la fuente de la FORSU y se le da un
tratamiento especial (3). Sin embargo, el tratamiento sólo consiste en compostaje.
Además, su volumen de generación y procesamiento es mucho menor a la del DMQ (6
t/día de FORSU a compostaje en Cuenca) (3).
Alrededor del mundo, la tecnología de digestión anaerobia de residuos orgánicos
ya ha sido desarrollada. La utilización de la digestión anaerobia y el biogás se remonta
al siglo 10 A.C., pero no ha sido sino hasta aproximadamente los últimos 50 o 60 años
que se ha logrado su uso óptimo a escala industrial. Primero se la utilizó para el
tratamiento de biomasa proveniente de la industria agropecuaria, y para el tratamiento
de aguas residuales municipales y para tratar los lodos resultantes de este proceso.
Últimamente, se la ha aplicado para el tratamiento de la FORSU. En las dos últimas
décadas se ha podido implementar la técnica a escala industrial para este uso, y con
variedad de configuraciones y tipos de reactores. Europa es el continente donde más se
ha desarrollado y utilizado la tecnología de digestión anaerobia de residuos orgánicos.
Para el año 2006, ya había 126 plantas de digestión anaerobia de capacidad mayor a
3000 t/año que trataban biomasa compuesta al menos en 10% de RSU, y su capacidad
conjunta alcanzaba las 3,9 x 106 t/año (figura 1). En ese año, España lideraba por la
capacidad per cápita de tratamiento por digestión anaerobia, llegando a tratar el 10% de
sus residuos orgánicos por esta vía. En este rubro le siguen Bélgica, Holanda, Suiza y
Alemania (figura 2) (4) (5).
Figura 1: capacidad instalada de digestores anaerobios de residuos sólidos en Europa. Constan: la
capacidad anualmente instalada, la capacidad instalada acumulada y la capacidad instalada media.
Tomado de (4).
Figura 2: capacidad por país en digestores anaerobios, por habitantes (asumiendo una producción per
cápita de 300kg/año de residuos orgánicos). Tomado de (4).
En el Ecuador no existen estudios publicados sobre la digestión anaerobia de la
FORSU.
La tendencia últimamente ha derivado hacia la operación de reactores con
alimentación de la FORSU en fase seca (20 - 40% sólidos) y en un rango de
temperatura termofílico (55°C). Esto debido a las siguientes ventajas (6) (7):
1. Aumenta la velocidad específica de crecimiento de los microorganismos, lo que
viene juntamente con un incremento de la tasa de carga orgánica aplicable y la
velocidad de degradación, logrando un aumento de la producción de biogás por
unidad de volumen del reactor y una producción excedente de energía, con una
reducción en los tiempos de retención y en los tamaños de los biorreactores
(menor costo de equipos);
2. Disminuye la tasa de generación de fango y la producción de espumas;
3. Mejoran las características fisicoquímicas del sistema, lo que reduce la energía
necesaria para agitación (a mayor temperatura disminuye la viscosidad),
disminuye la solubilidad de gases tóxicos. También disminuyen los
requerimientos de agua de dilución inicial y de deshidratación del producto
final;
4. aumenta la eficiencia de destrucción de patógenos;
Así, se han desarrollado varias tecnologías a escala industrial, entre las que destacan
Valorga, Kompogas y DRANCO para este régimen de operación (8) (6) (4).
Asimismo, la configuración en un sistema de una fase requiere sólo un reactor
donde ocurren todas las reacciones fisicoquímicas y microbiológicas del proceso
anaerobio, con lo que se disminuye el costo inicial, se simplifica el diseño y existen
menores problemas técnicos (6).
Cabe recalcar que también existen otros modos de operación y configuraciones
de reactor. En resumen, por la temperatura de operación, se puede operar en rango
psicrofílico, mesofílico y termofílico; por contenido de sólidos en la alimentación, la
digestión puede ser húmeda o seca; por el régimen de alimentación, el proceso puede
ser continuo, semicontinuo o discontinuo; y por el número de fases del proceso, puede
trabajarse en sistemas de una fase o monoetapa, o de dos fases (6) (4).
Justificación
El presente proyecto cuadra dentro del proceso investigativo necesario para
implantar tecnologías que cooperen con la conservación del medio ambiente, que son
requeridas globalmente, aunque tenga este proyecto un desarrollo a escala local. En un
mundo que atraviesa las consecuencias del cambio climático al que contribuye la
contaminación, es importante cualquier medida de mitigación, sobre todo la aplicación
de la tecnología de digestión anaerobia de RSU, por su escala. Sus beneficios
ambientales son: que contribuye a la salud de los habitantes y ambiente de la
comunidad, que produce energía renovable, que reduce la emisión de gases de efecto
invernadero, que conserva la capacidad de los rellenos sanitarios y produce fertilizante
para suelos a partir de una fuente renovable (9).
Por otro lado, la actual planificación para la gestión de los residuos sólidos en el
DMQ se ha propuesto como lineamientos estratégicos, entre otros: 1. el desarrollo y
adaptación de tecnologías, y 2. la valorización de residuos y oportunidades productivas
y comerciales. El desarrollo del presente trabajo contribuye con ambas políticas al dar
un paso adelante en el desarrollo de tecnologías para una mejor gestión de los RSU, y
por ser un resultado de la aplicación de la tecnología propuesta la valorización de la
FORSU, con su producción de biogás con alto valor energético y de un acondicionador
de suelos.
El potencial energético de la FORSU es alto:
100t de RSU del DMQ pueden producir:
200m 3 5300Kcal
1kWh


 0,38  28570,7kWhe  28,57MWhe
3
t
860Kcal
m
En total se podrían producir:
1900 t
28,5707 MWh e 
 542 ,84 MWh e día  198,14GWhe año
100 t.día
En términos monetarios, a USD 0,07/KWh:
USD 0,07
542840 kWhe 
 USD 37998 ,8 día  USD13869562 año
kWh
61t 
Asimismo, en comparación con otras tecnologías para tratar la FORSU, la
digestión anaerobia implica una menor contribución de gases de efecto invernadero, y
en general presenta un menor impacto ambiental negativo total (4).
OBJETIVOS
General: determinar los requerimientos técnicos para el desarrollo inicial de la
tecnología de digestión anaerobia termofílica seca de la fracción orgánica de los
residuos sólidos urbanos del Distrito Metropolitano de Quito a escala de laboratorio, por
medio de una revisión bibliográfica.
Específicos:
-
determinar las características químicas y físicas de la FORSU del DMQ.
-
identificar la flora activa que intervendrá en el bioproceso así como los procesos
metabólicos involucrados.
-
determinar los factores necesarios y variables del bioproceso, considerando
como parámetros de operación un régimen discontinuo en fase seca de
alimentación, un rango de temperatura termofílico, y una configuración de
reactor tipo batch.
MARCO TEÓRICO
Diagnóstico de la contaminación:
1. Caracterización de la contaminación/problema
Caracterización química
La contaminación a ser tratada es la fracción orgánica de los residuos sólidos
urbanos (FORSU) del Distrito Metropolitano de Quito. Este tratamiento biológico
requiere su previa separación en la fuente. Sin embargo, se prevé que existan impurezas
residuales que habrán de removerse antes del inicio del bioproceso. La composición
química de la FORSU es muy variada como para caracterizarla, por lo que en los
diferentes estudios es referida solamente como materia orgánica o sólidos volátiles (7)
(6). Estos últimos son los sólidos totales menos el contenido de cenizas, obtenibles por
medio de una incineración completa de la FORSU; se subdividen en biodegradables
(SVB) y refractarios (SVR) (baja biodegradabilidad). La fracción refractaria se
compone generalmente de lignina. El conocimiento de las proporciones de SVB y SVR
son útiles para estimar la biodegradabilidad de los residuos, la producción de biogás en
calidad y cantidad y la relación carbono-nitrógeno (5). A pesar de esto, en un estudio se
propuso una fórmula molecular general para la FORSU que, excluyendo al nitrógeno y
otros componentes minoritarios, es C6H10O4 (5). No obstante, de acuerdo a la
bibliografía revisada es de interés la caracterización química elemental, sobre todo para
C, N y P (7) (6). En términos generales, la FORSU se compone de polímeros como los
lípidos, proteínas, carbohidratos y celulosa. La FORSU del DMQ no ha sido
caracterizada químicamente en detalle en la bibliografía consultada (Ilustre Municipio
del Distrito Metropolitano de Quito) (1).
Caracterización física
Son de especial importancia la humedad, el pH, la densidad y la granulometría. Ver la
siguiente tabla.
Tabla 1. Caracterización físico-química inicial de la FORSU utilizada en el estudio de
Forster Carneiro (2005) (adaptada de su Tabla II.11).
Parámetros Analíticos
Densidad (kg/m3)
Materia Orgánica (%)
Humedad (%)
Valores medios
328,0
52,9
18,1
Sólidos (%)
ST (g/kg)
SV (g/kg)
SFT (g/kg)
STS (g/L)
SVS (g/L)
SFS (g/L)
pH
Alcalinidad (g/L)
Acidez Total (g/L)
N-NH4 (g/L)
N-total (g/kg)
COD (g/L)
DQO (g/L)
P-total (g/kg TS)
P-total (%)
P (P205)(g/kg ST)
Carbono (%) (Materia orgánica)
C:N (Materia orgánica)
81,9
819,0
433,5
385,5
13,1
12,1
1,0
7,6
0,30
1,35
0,67
30,0
52,2
57,6
1,12
0,11
0,05
30,7
10,4
En el Distrito Metropolitano de Quito se producen actualmente alrededor de 1800
toneladas diarias de residuos sólidos urbanos, de las cuales el 61% representa la
FORSU. Existiendo una cobertura de recolección cercana al 89%, habría una fuente de
contaminación (FORSU) a ser tratada de 977t/día o 1000t/día, aproximadamente (Ilustre
Municipio del Distrito Metropolitano de Quito) (1).
2. Caracterización de la flora activa
Por la naturaleza del bioproceso que se va a realizar, es decir, la digestión anaerobia
de la FORSU, se presentan diferentes etapas con diferentes grupos microbianos. No
obstante, aquellos se relacionan tróficamente, y lo que el metabolismo de los
microorganismos de las primeras etapas produce es aprovechado como sustrato de los
microorganismos de las siguientes etapas. Es decir, hay varios grupos microbianos que
intervienen cuyos metabolismos están acoplados (6) (7) (11).
La flora activa del bioproceso se clasifica principalmente en dos grandes grupos y
una posterior división en cada uno:
1. Bacterias formadoras de ácidos o acidogénicas
1.1 Bacterias formadoras de ácidos: a este grupo bacteriano pertenecen bacterias
anaerobias estrictas o facultativas, también bacterias proteolíticas. Algunos géneros de
este grupo son Clostridium, Bacillus, Pseudomonas y Micrococcus (6).
1.2 Bacterias acetogénicas: en este grupo se pueden distinguir dos tipos de bacterias:
las acetogénicas productoras de hidrógeno, y las homoacetogénicas. Algunas bacterias
que pertenecen a este grupo son las anaerobias estrictas Syntrophobacter (se destaca S.
wolinii), Syntrophomonas (se destaca S. wolfei) y Desulfovibrio; también están:
Peptococcus anerobus, Lactobacillus y Actinomyces (6) (7) (5).
2. Archaeas productoras de metano: son anaerobias estrictas.
2.1. Archaeas metanogénicas utilizadoras de H2: incluyen seis géneros principales:
Methanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus, Methanobacillus,
Methanotrix y Methanospirillum (6).
2.2. Archaeas metanogénicas acetoclásticas: Methanosarcina y Methanotrix
únicamente (7).
Aparte, coexisten en el bioproceso de digestión anaerobia bacterias
sulfatorreductoras (6).
3. Metabolismo y etapas de la degradación anaerobia
La digestión anaerobia consiste en un proceso microbiológico complejo que degrada
u oxida la materia orgánica en ausencia de oxígeno, dando como resultado un biogás de
alto valor energético, compuesto esencialmente de dióxido de carbono (≈35%) y metano
(≈65%), y un residuo con un menor contenido de sólidos volátiles u orgánicos, casi
completamente estable y con un uso potencial como mejorador de suelos (5) (6) (7)
(12).
Como se dijo anteriormente, este bioproceso integra las acciones individuales de
varios grupos de microorganismos. Es decir, no existe un único metabolismo llevado a
cabo en la digestión anaerobia de la FORSU, sino múltiples metabolismos que se
desarrollan en serie y en paralelo; en resumidas cuentas, metabolismos
interdependientes (6) (7) (11). Así, es más práctico hablar de etapas del bioproceso bien
diferenciadas que de múltiples metabolismos específicos. Consecuentemente, se
distinguen:
1. Hidrólisis
Los biopolímeros se descomponen en monómeros o dímeros mediante la actividad
de enzimas hidrolíticas extracelulares de las bacterias acidogénicas. Así, las
macromoléculas de lípidos, proteínas y carbohidratos resultan en ácidos grasos de
cadena larga, aminoácidos y péptidos, y azúcares u oligosacáridos y alcoholes. También
se produce CO2 e H2 (7) (6) (5).
2. Acidogénesis
En anaerobiosis estricta o facultativa, las bacterias acidogénicas utilizan los
productos de la hidrólisis como fuente de carbono y energía, y los fermentan por
diferentes rutas metabólicas a compuestos de peso molecular intermedio: ácidos grasos
volátiles (AGV) como acetato, propionato y butirato, ácidos lácticos, alcoholes,
amoníaco, a más de CO2 e H2. Estas reacciones ocurren a una velocidad específica de
crecimiento μ=0,05-0,3 h-1 para la acidogénesis de la glucosa (para rango mesofílico)
(7) (6) (5). Estas son algunas de las reacciones que ocurren:
Etapa 1. Acidogénesis (μGl=0,05-0,3 h-1)
C6H12O6 → CH3(CH2)2COOH + 2 CO2
C6H12O6 + 2 H2 → 2 CH3CH2COOH + 2 H2O
C6H12O6 + 2 H2O → 2 CH3COOH + 4 H2 + 2 CO2
Tomado de (7).
Las bacterias acidogénicas son de crecimiento rápido, en comparación con los
microorganismos de las otras etapas (6).
3. Acetogénesis
En esta etapa, las bacterias acetogénicas utilizan como sustrato los productos de la
acidogénesis por dos rutas metabólicas diferentes (7) (5) (11) (6).
-
Acetogénesis o Deshidrogenación Acetogénica: a partir de la deshidrogenación
de otros ácidos grasos, como el propionato y butirato, y algunos alcoholes, las
bacterias generan acetato.
-
Homoacetogénesis o Hidrogenación Acetogénica: algunas bacterias autótrofas
producen acetato a partir de H2 y CO2.
Algunas reacciones:
Etapa 2. Acetogénesis (μHBt=0,015 h-1, μHPr=0,013 h-1)
CH3(CH2)2COOH + 2 H2O → 2 CH3COOH
CH3CH2COOH + 2 H2O → CH3COOH + CO2 + 3 H2
Tomado de (7).
4. Metanogénesis
Finalmente, ocurre la metanogénesis, asimismo por dos rutas metabólicas
principales. La una es la producción de metano y dióxido de carbono a partir de la
degradación de acetato. Esta vía comprende el 70% de las fermentaciones que producen
metano. Esto es llevado a cabo por las Archaeas Acetoclásticas. La otra vía es la
producción de metano y agua mediante la utilización de hidrógeno y dióxido de
carbono, llevada a cabo por las Archaeas metanogénicas utilizadoras de hidrógeno, la
cual participa en un 30% en las reacciones que producen metano.
Etapa 3. Metanogénesis (μHAc=0,014 h-1, μH2=0,006 h-1)
CH3COOH → CH4 + CO2
4 H2 + CO2 → CH4 + 2 H2O
2C2H5OH + CO2 → CH4 + 2CH3COOH
Tomado de (7) y (5).
Tomado de (6).
En la metanogénesis se puede distinguir lo siguiente:
Fermentadores de acetatos
Oxidantes de hidrógeno
Donantes de electrones
acetatos
H2 y formiatos
Aceptores de electrones
Fuentes de carbono
acetatos
acetatos
CO2
CO2
Rendimiento, Y
0,04 g SSVa/g Ac
0,45 g SSVa/g H2
Fuente: (11)
4. Cinética del crecimiento microbiano
El régimen de alimentación escogido para esta investigación fue el discontinuo. Esto
por su simplicidad y bajo costo. El crecimiento microbiano en este régimen se ve
limitado por la cantidad de nutrientes en el medio, por lo que su comportamiento en
función del tiempo será como el mostrado en la gráfica. Esto es, incluye una fase “a” de
adaptación de los microorganismos al medio y su baja velocidad de crecimiento por
cuanto en esta fase su metabolismo se encuentra produciendo las enzimas necesarias
para la degradación de la FORSU. Esta fase dependerá de las características del inóculo
utilizado; una fase “b” de máxima velocidad de crecimiento, una vez que la microbiota
se halla aclimatada. Es esta la etapa del crecimiento de los distintos microorganismos
del bioproceso que interesan en esta investigación; una fase estacionaria “c” donde la
velocidad de crecimiento es nula, por el agotamiento de nutrientes o bien por la
actividad inhibitoria de ciertas sustancias; y una fase “d” de muerte (6).
5. Caracterización de los nutrientes presentes en el sustrato a degradarse
Los principales nutrientes a ser considerados en el bioproceso de digestión
anaerobia de FORSU son el nitrógeno y el fósforo. Además, debe atenderse con igual
importancia a la relación C/N (carbono-nitrógeno), de la cual depende el buen
funcionamiento del proceso (7) (6).
La FORSU contiene aproximadamente los siguientes valores para estos nutrientes:
Ntotal = 30g/kg; Ptotal = 0,11% (6)
Además, generalmente presenta una relación C/N de 40 cuando ha sido separada en
la fuente (7), a pesar de que el análisis realizado en el estudio de Forster Carneiro
(2005) presentó una relación C/N media de 10,4.
6. Condiciones ambientales
El biorreactor se instalará en la ciudad de Quito, la cual tiene un clima templado. El
bioproceso propuesto de digestión anaerobia requiere operar alrededor de los 55°C, y
tiene un rango muy estrecho de tolerancia a la variación de la temperatura fijada de
operación (una variación de 2°C puede distorsionar el proceso). Pero al ocurrir en un
reactor con condiciones controladas, las condiciones climáticas de la ciudad pierden
importancia, más aún cuando no son extremas, y cuando, al haber una mayor
producción energética por el modo de operación elegido, sobra energía para mantener la
temperatura requerida en el biodigestor (6).
Diseño del biorreactor
1. Variables de estado
velocidad específica de producción de biogás (0,41-0,43 m3/kg SV añadido)
En la biometanogénesis en general: 100 a 240 m3biogás/tFORSU.
2. Variables del bioproceso
Temperatura: los microorganismos anaerobios termofílicos se desarrollan en un rango
de entre 50 y 80°C, pero la temperatura óptima de operación es de 55°C. La probidad de
la selección de este rango de temperatura se demuestra por una mayor velocidad de
crecimiento general en el proceso (7).
Tomado de (7).
Como se dijo anteriormente, la temperatura que mantenga el reactor es clave para el
desarrollo de la digestión anaerobia, y es muy poco tolerante a cambios, sobre todo en el
rango termofílico. Véase en el gráfico que al rebasar la temperatura óptima, la velocidad
específica de crecimiento desciende abruptamente (7).
Tiempo de retención:
Contenido de sólidos y Carga orgánica: el contenido de sólidos deberá estar dentro del
rango de 20-40% p/p de la FORSU húmeda.
La carga orgánica determina la cantidad de sustrato disponible para la biomasa
presente en el reactor, y es un indicador de la capacidad de degradación biológica del
sistema. Pero la producción de biomasa depende de la concentración de sustrato en el
reactor como de la velocidad de su suministro. En el proceso discontinuo que se
propone, sin embargo, habría sólo una alimentación por proceso.
La carga orgánica que se suministra es importante, ya que un exceso podría
inhibir la metanogénesis por acumulación de inhibidores como H2 y AGV, por un
incremento de la actividad hidrolítica (5) (7).
Nutrientes e inhibidores: la necesidad de nutrientes en la digestión anaerobia es menor a
la de la degradación aeróbica porque forma mucho menos biomasa. A pesar de la
necesidad en trazas de otros nutrientes (sodio, potasio, calcio, magnesio, cloruro y
sulfato), es significativo el requerimiento sobre todo de nitrógeno y fósforo, y de la
relación C/N. Para un correcto desarrollo de digestión anaerobia de FORSU, se debe
procurar que esta última relación esté en el rango de 20-40. Una fuente recomienda una
relación C/N/P de 100/2,5/0,5. Otra recomendación es una relación DBO5/N/P de
100/0,5/0,1. Durante la digestión, la C/N puede bajar a un rango de 12-18 por la pérdida
de CO2; si la relación en el digestor es demasiado alta, indica un consumo demasiado
rápido de N por las metanógenas, resultando en baja producción de metano. Si al final
del proceso, se tiene una C/N alta, significa generalmente una degradación incompleta,
mientras que si es baja generalmente corresponde a una excesiva mineralización (7) (5).
Como inhibidores constan:
-
sustancias tóxicas que se generan como productos intermedios en el proceso: H2,
AGV, H2S, N amoniacal.
-
sustancias tóxicas que pueden ingresar accidentalmente al biorreactor, como O2.
-
tóxicos que pueden ingresar en la alimentación: destacan los metales pesados
(menos probables si existe separación en la fuente de la FORSU), y los sulfatos.
Estos últimos pueden hacer que bacterias reductoras de sulfatos compitan con
las metanógenas utilizadoras de hidrógeno por H2 o CO2.
Tamaño de partícula:
Grado de mezcla
Composición de la FORSU
pH
Otros factores de suprema importancia para el funcionamiento del sistema de D.A.:
-
fuente y características del inóculo
-
estrategia de arranque del biorreactor
MARCO METODOLÓGICO
1. Determinación de las características químicas y físicas de la FORSU del
DMQ
Al carecer de una caracterización cabal de la FORSU del DMQ, se procedió a tomar
como referencia caracterizaciones de la FORSU de otras investigaciones conducidas. En
este caso, se tomaron los datos de la tesis de Forster Carneiro (6).
2. Identificación de la flora activa que intervendrá en el bioproceso así como
los procesos metabólicos involucrados.
Con base en la revisión bibliográfica, se identificaron los principales grupos
microbianos que intervienen generalmente en la digestión anaerobia de la materia
orgánica. Tampoco se ha realizado un estudio al respecto para el DMQ.
3. Determinación de los factores necesarios y variables del bioproceso,
considerando como parámetros de operación un régimen discontinuo en
fase seca de alimentación, un rango de temperatura termofílico, y una
configuración de reactor tipo batch.
Para esto se usó la información solamente de las publicaciones, que fueron pocas,
específicas de estudios en estos modos de operación (6) (7). No se llegó a un mayor
nivel de detalle en el campo de la cinética microbiológica.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
No fue posible determinar las características fisicoquímicas exactas de la
FORSU del DMQ, por cuanto no se ha realizado estudios al respecto. Por lo tanto, se
utilizó las caracterizaciones de otros trabajos al respecto, de España. Sin embargo, se
debe tener en cuenta que la composición de los RSU y de la FORSU puede cambiar
significativamente de un lugar a otro debido a diferencias culturales. Por esto se
recomienda el realizar un adecuado muestreo y una consecuente caracterización
fisicoquímica exhaustiva (tener en cuenta una correcta limpieza de impurezas) de la
FORSU del DMQ para que un estudio en este campo tenga validez.
Con respecto a la flora activa que servirá en este bioproceso, no cabe duda, por
la seriedad y generalidad demostrada en diversos estudios, sobre los procesos
metabólicos que tienen lugar. No obstante, podría haber variaciones en el rango de
especies, cosa que además dependerá del inóculo utilizado.
Al parecer, el modo de operación de la digestión anaerobia termofílica seca de la
FORSU del DMQ es viable dentro del mismo. Son importantes durante la operación: el
control del pH, la temperatura, el tiempo de retención, el contenido de sólidos y la carga
orgánica, la granulometría y el grado de mezcla, y el control de nutrientes e inhibidores.
Asimismo, es de elevadísima importancia la estrategia de arranque o puesta en marcha
del proceso y la fuente de inóculo. Al respecto de este último debería ponerse mucha
atención al momento de realizar el bioproceso en las diferentes escalas, tomando en
cuenta fuentes locales posibles y sus características microbiológicas.
Trabajos citados
1. Gestión integral de residuos sólidos urbanos, Distrito Metropolitano de Quito. de la Torre,
Francisco. 2009, Revista de Casos Exitosos de Programas de Gestión Integrada de Residuos
Sólidos Urbanos en América Latina y el Caribe.
2. Isch L., Édgar. Observatorio Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito. [En línea]
noviembre de 2009. [Citado el: 14 de enero de 2011.]
http://www.oaquito.org.ec/downloads/Diagnostico%20Prioridades%20Ambientales%20DMQ
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3. El Tiempo. Ecuador: Planta piloto de compostaje para Cuenca. El Tiempo. 2008.
4. Rapport, Joshua. Current Anaerobic Digestion Technologies Used for Treatment of Municipal
Organic Solid Waste. Davis : University of California, Davis. Department of Biological and
Agricultural Engineering, 2008.
5. Verma, Shefali. Anaerobic Digestion of Biodegradable Organics in Municipal Solid Wastes.
s.l. : Columbia University. Fu Foundation School of Engineering & Applied Science. Department
of Earth & Environmental Engineering, 2002.
6. Forster Carneiro, Tânia. Digestión anaerobia termofílica seca de residuos sólidos urbanos:
estudio de las variables del proceso en el arranque y estabilización del bio-reactor. Cádiz :
Universidad de Cádiz, Departamento de Ingeniería Química, Tecnología de Alimentos y
Tecnologías del Medio Ambiente, 2005. Tesis doctoral.
7. Fernández Güelfo, Luis Alberto. Caracterización cinética de la degradación anaerobia
termofílica seca de la FORSU. Efecto de diferentes pretratamientos sobre la biodegradabilidad
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