UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS

PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE AGUAS

RESIDUALES DE LA EXTRACTORA LA SEXTA A ESCALA DE

LABORATORIO

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO

DE INGENIERO DE ALIMENTOS

AUTOR: BRANY YANMAR MACÍAS ANDRADE

DIRECTORA: ING. NUBIA GRIJALVA

Quito, Junio 2014

© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014

Reservados todos los derechos de reproducción

DECLARACIÓN

Yo BRANY YANMAR MACÍAS ANDRADE, declaro que el trabajo aquí

descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para

ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias

bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de

Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional

vigente.

_________________________

Brany Yanmar Macías Andrade C.I. 0802813311

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título “PRODUCCIÓN DE

BIOGÁS A PARTIR DE AGUAS RESIDUALES DE LA EXTRACTORA LA

SEXTA A ESCALA DE LABORATORIO”, que, para aspirar al título de

Ingeniero de Alimentos fue desarrollado por Brany Macías, bajo mi dirección

y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las

condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18

y 25.

___________________

Ing. Nubia Grijalva Vallejo DIRECTORA DEL TRABAJO

C.I. 171766568-9

DEDICATORIA

Con mucho cariño y amor:

A Dios que en todo momento me da fuerza para salir adelante y enfrentar

cada uno de los objetivos y metas que me planteo a diario.

A mis queridos padres, quienes me enseñaron valores morales, me guiaron

cuando los necesitaba y me dieron el apoyo incondicional en mis estudios

A mi hermano Rayd y a mis abuelos que me brindaron su apoyo en todo

momento.

A mis amigos (as) con quien compartí gratos momento durante la formación

universitaria.

Y especialmente a mi Directora que me guio y es parte de este logro.

Gracias a todos los que me acompañaron en esta etapa de mi vida y que

Dios los llene de bendiciones.

Brany Y. Macías Andrade

i

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN VII

ABSTRACT VIII

1. INTRODUCCIÓN 1

1.1 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 3

1.1.1 OBJETIVO GENERAL 3

1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3

2. MARCO TEÓRICO 4

2.1 EXTRACTORA LA SEXTA 4

2.2 ACEITE ROJO DE PALMA 5

2.2.1 EXTRACCIÓN DE ACEITE DE PALMA 6

2.3 PRODUCCIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PROCESOS

INDUSTRIALES 8

2.3.1 AGUAS RESIDUALES 8

2.3.2 TIPOS 10

2.3.3 IMPORTANCIA 11

2.3.4 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 12

2.4 BIORREMEDIACIÓN 13

2.4.1 USO DE INOCULANTES MICROBIANOS 15

2.5 BIOGÁS 16

2.6 BIODIGESTOR 18

2.6.1 TIPOS DE BIODIGESTORES 19

2.6.1.1 Biodigestor tipo continuo 19

2.6.1.2 Biodigestor tipo discontinuo 21

2.6.1.3 Biodigestor tipo semi continuo 22

2.6.2 MECANISMOS DE PRODUCCIÓN 22

2.6.3 PROCESO DE PRODUCCIÓN DE GAS METANO 24

2.6.4 RANGOS DE TEMPERATURA Y pH 26

ii

PÁGINA

3. METODOLOGÍA 28

3.1 IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE FERMENTACIÓN

ANAERÓBICA A ESCALA DE LABORATORIO 28

3.2 ANÁLISIS MICROBIOLÓGICOS 29

3.2.1 TOMA DE MUESTRAS 29

3.2.2 DILUCIONES SUCESIVAS 30

3.2.3 SIEMBRA EN PLACAS PETRIFILM 31

3.2.4 RECUENTOS TOTALES DE POBLACIONES MICROBIANAS 31

3.3 ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS 32

3.3.1 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS 32

3.3.2 ANÁLISIS DE SÓLIDOS TOTALES 32

3.3.3 ANÁLISIS DE SÓLIDOS SEDIMENTABLES 33

3.3.4 ANÁLISIS DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN 33

3.3.5 ANÁLISIS DE FÓSFORO 34

3.3.5.1 Expresión de resultados 36

3.3.6 MEDICIONES DE pH 36

3.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICOS 36

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 38

4.1 ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO DE CADA TRATAMIENTO 38

4.1.1 MOHOS 38

4.1.2 LEVADURAS 40

4.1.3 AEROBIOS 42

4.1.4 ANAEROBIOS 45

4.2 RESULTADOS DE ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICOS 47

4.2.1 pH 47

4.2.2 TEMPERATURA 48

4.2.3 SÓLIDOS TOTALES 50

4.2.4 SÓLIDOS SEDIMENTABLES 50

4.2.5 SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN 51

4.2.6 FÓSFORO 52

iii

PÁGINA

4.3 GENERACIÓN DE BIOGÁS 53

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 55

5.1 CONCLUSIONES 55

5.2 RECOMENDACIONES 56

BIBLIOGRAFÍA 57

ANEXOS 63

iv

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1. Composición química del biogás 17

Tabla 2. Factores determinantes en la producción de biogás 17

Tabla 3. Reacciones bioquímicas en la formación del biogás 25

Tabla 4. Tipos de fermentación 27

Tabla 5. Rango de valores de pH en la generación de BIOGÁS 27

Tabla 6. Condiciones de incubación 31

Tabla 7. Curva de calibración 35

Tabla 8. Resultados de los análisis microbiológicos de mohos. 39

Tabla 9. Recuento de los análisis microbiológicos de levaduras 42

Tabla 10. Recuentos de los análisis microbiológicos de aerobios. 44

Tabla 11. Resultados de los análisis microbiológicos de anaerobios. 45

Tabla 12. Valores diarios de pH 47

Tabla 13. Análisis Físico Químicos 49

v

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA

Figura 1. Extractora La Sexta 4

Figura 2. Diagrama Extracción de aceite. 7

Figura 3. Depuradora de aguas residuales 13

Figura 4. Biodigestor autolimpiable para tratamiento de aguas residuales 19

Figura 5. Biodigestor Continuo 20

Figura 6. Biodigestor Discontinuo 21

Figura 7. Funcionamiento del biodigestor 23

Figura 8. Reacción en el biodigestor 24

Figura 9. Producción de gas metano 26

Figura 10. Sistema de fermentación anaeróbica 28

Figura 11. Diluciones 30

Figura 12. Recuento de Mohos 38

Figura 13. Recuento de levaduras. 41

Figura 14. Recuento de aerobios 43

Figura 15. Recuentos de anaerobios 45

Figura 16. Registro de pH 48

Figura 17. Temperatura registrada 49

Figura 18. Porcentaje de sólidos totales. 50

Figura 19. Porcentaje de sólidos sedimentables. 51

Figura 20. Porcentaje de sólidos en suspensión. 52

Figura 21. Porcentaje de fósforo 53

Figura 22. Producción de biogás 54

vi

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO 1.

DILUCIONES 64

ANEXO 2.

ESTERILIZACIÓN 65

ANEXO 3.

CÁMARA DE FLUJO LAMINAR 66

ANEXO 4.

RECUENTO MICROBIOLÓGICO 67

ANEXO 5.

RECUENTO DE MOHOS Y LEVADURAS 68

ANEXO 6.

RECUENTO DE AEROBIOS 69

ANEXO 7.

REPORTES DE TEMPERATURA Y pH 70

ANEXO 8.

CONTROL DE TEMPERATURA 72

ANEXO 9.

OBTENCIÓN FINAL DE BIOGÁS 73

ANEXO 10.

ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO 74

vii

RESUMEN

La generación de grandes cantidades de aguas residuales de naturaleza

industrial es un problema importante que debe gestionarse y tratarse de

forma adecuada. Actualmente, la mayoría de empresas, especialmente

aquellas enfocadas a la producción de bienes agroindustriales, buscan la

implementación de alternativas medio ambientales para el tratamiento de

estos desechos que no generen altos costos y a la vez brinden un doble

beneficio; una de esas alternativas es la generación de biogás a partir de

efluentes. Las empresas extractoras de aceite de palma generan volúmenes

altos de aguas residuales, por ello mediante la implementación de sistemas

para generación de biogás, se lograría estabilizar el agua para devolverla al

medio ambiente, obtener un tipo de biocombustible para generar energía y

finalmente se conseguiría procesar abono orgánico producto del lodo

residual de este proceso. En el presente trabajo de investigación se

implementó un sistema de fermentación anaerobia a escala de laboratorio y

se analizó la producción de biogás en muestras de las tres primeras piscinas

del sistema de tratamiento de aguas residuales de la Extractora la Sexta que

son producto del proceso de extracción de aceite (Piscina 1: Agua residual

recién salida de la extractora; 2: Agua residual con 15 días de reposo +

inóculo - condiciones aerobias ; 3: Agua residual con 30 días de reposo +

inóculo - condiciones anaerobias). Mediante recuentos microbiológicos en

placas petrifilm, se determinó la carga microbiana en relación a anaerobios,

aerobios mesófilos, mohos y levaduras en los días 0. 15 y 30 de

fermentación. Se realizaron además análisis físico químicos de las muestras

finales (sólidos totales, sedimentados, disueltos, porcentaje de fósforo, pH y

temperatura); el biogás generado fue recolectado en bolsas estériles. Una

vez realizados los recuentos microbiológicos se obtuvo que los valores más

altos correspondieron a las muestras obtenidas en la piscina 3; de igual

forma en estas mismas muestras se determino la mayor generación de

biogás que inició a los 15 días de fermentación. Se podrían atribuir estas

diferencias a la composición de materia orgánica que posee cada piscina, la

carga microbiana presente, la fase de crecimiento de los microorganismos,

las condiciones de tratamiento. Se encontraron diferencias significativas

entre los dos tratamientos evaluados comparados con el control.

viii

ABSTRACT

Throughout the time the sewage has been a problem that must be controlled

and against this, the different industries are choosing to implement

environmental alternatives that do not generate high maintenance costs and

also provide a double benefit. One of those alternatives is the generation of

biogas from industrial effluents. In this case water extraction process of red

palm oil, which is achieved with this is the stabilization the water get back to

the environment, the production of biogas to generate energy and finally get

organic manure from the sludge of this process. For this research project, it

has been taken samples of the first three pools treatment system from the

wastewater of the Sixth Puller that is the result of the oil extraction process.

Microbiological analyzes of samples from each treatment were conducted to

determine the microbial over 30 days of fermentation, this was carried out in

a system of biogas production in laboratory scale that is based on a design of

batch digester. For the microbiological count was used Petrifilm plates that

allowed to determinate the microbial population of molds, yeasts, aerobic and

anaerobios that was used for each treatment. Once the recounts were made

the reports reflect a log CFU/higher in treatment 2 ml and reaching a peak of

biogas production on day 15, dropping to 30th. Likewise the Control sample

reported the lowest values of log CFU/ml sometimes values starting from 0.

These differences are due to the composition of organic material that has

each pool, another factor is the microbial load, being the treatment sample 2,

the greatest load that had more time of fermentation is why significant

differences were obtained between one treatment and another. For physico-

chemical analysis of the sample the following parameters were evaluated:

total solids, settled, dissolved, phosphorus percentage, pH and temperature

being the last two of great importance to control the fermentation process

from the beginning to the end.

1. INTRODUCCIÓN

1

1. INTRODUCCIÓN

El biogás es un combustible que está compuesto por una mezcla de

metano, dióxido de carbono y porcentajes pequeños de otros gases. El

método más utilizado para la producción de biogás es la digestión

anaeróbica, esto se logra descomponiendo la materia orgánica mediante las

etapas de: hidrólisis, acidificación y metanización. La hidrólisis desintegra los

polímeros y lípidos en elementos básicos como monosacáridos y

aminoácidos, la acidificación forma ácidos simples y la metanización forma el

gas metano y dióxido de carbono (Schulz, 1996).

La producción de gas metano se realiza con residuos y efluentes que las

industrias aprovechan, los transforman en materia orgánica y los someten a

digestión anaerobia que es un proceso biológico natural en el que una

comunidad entrelazada de microorganismos que trabajan juntos para dar

inicio a una fermentación estable y autorregulada, aquí se degrada la

materia orgánica y se transforma en biogás (Scenna, 1999).

La estabilización o recuperación de efluentes industriales se realizan

mediante plantas de tratamiento de aguas residuales que son instalaciones

que reciben aguas servidas o utilizadas, ya sea del alcantarillado de una

ciudad o del proceso productivo de una fábrica para ser sometida a

recuperación. Para este proceso se toman en cuenta varios parámetros

como: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) y Demanda Química de

Oxígeno (DQO). Entre las aguas que se someten a tratamiento existen:

Aguas pluviales, que son aquellas que llegan a la superficie provocadas por

las precipitaciones atmosféricas (lluvia, nieve, granizo, otros) a las cuales se

les han incorporado contaminantes al atravesar la atmósfera y por el lavado

de superficies de terreno; Aguas blancas procedentes de la escorrentía

superficial y de drenajes; Aguas negras o urbanas recogidas en las

aglomeraciones urbanas procedentes de los vertidos de la actividad humana

doméstica o a la mezcla de estas con las procedentes de actividades

2

comerciales, industriales y agrarias; Aguas industriales que provienen de

actividades de manufactura y producción (química, farmacéutica, alimenticia,

agrícola) y Aguas agrarias procedentes de actividades agrícolas y ganaderas

(López, 1997).

Las aguas residuales del proceso de extracción de aceite rojo de palma

africana pueden ser aprovechadas para la producción de materia orgánica

para biodigestores y posteriormente utilizados como abono orgánico (León,

1987). En las piscinas de oxidación de las extractoras se suelen añadir

bacterias generadoras de gas metano, por lo general son del sustrato

comercial Feusol FOG. Las bacterias que se colocan en el interior de

biodigestores, piscinas o lagunas de estabilización deben ser cultivadas en

condiciones adecuadas ya que son los protagonistas de la fermentación, por

tanto no se obtiene el gas inmediatamente. Se debe esperar un tiempo

adecuado para que los microorganismos empiecen a producir biogás, esto

puede tardar cerca de 15 días (Elizondo, 2005).

En este tipo de procesos se obtiene un doble resultado: la descontaminación

de las aguas residuales (logrando cumplir y superar las normas

ambientales), y además se obtiene como subproducto el biogás que sirve

como energía alternativa para generar electricidad (Zapata, 1998).

Por lo general, en la mayoría de países latinoamericanos el gas metano ha

tenido un uso limitado en la cocción de alimentos y calefacción de granjas.

A pesar de esto, el uso de este gas viene proyectándose con fuerza en los

últimos años en la sustitución de combustibles fósiles y para la generación

de electricidad mediante generadores de energía eléctrica (Marchaim, 1992).

En el presente trabajo se analizaron las diferencias en relación a la carga

microbiológica y a la producción de biogás en tres etapas de tratamiento de

las aguas residuales de la extractora con el objeto de determinar en cuál de

ellas se obtiene los mejores rendimientos.

3

1.1. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

Los principales objetivos de la presente investigación son:

1.1.1. OBJETIVO GENERAL

Analizar la producción de biogás a partir de aguas residuales del proceso de

extracción del aceite rojo de palma en tres etapas de tratamiento.

1.1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar en qué etapa de tratamiento de las aguas residuales de la

extractora La Sexta se obtienen mayores rendimientos en relación a

la generación de biogás.

Establecer la relación del recuento microbiológico (anaerobios,

aerobios, mohos y levaduras) con la producción de biogás en cada

tratamiento y cada etapa fermentativa.

2. MARCO TEÓRICO

4

2. MARCO TEÓRICO

2.1. EXTRACTORA LA SEXTA

EXTRACTORA LA SEXTA es una empresa dedicada a la extracción de

aceite rojo de palma africana, está ubicada en el recinto Simón Bolívar “La

Sexta” del Cantón Quinindé, Provincia de Esmeraldas, como se observa en

la Figura 1.

Figura 1. Extractora La Sexta

La primera empresa inicio sus actividades en el año 1971, con una

capacidad de extracción de 3 toneladas/hora. Con el pasar del tiempo su

capacidad de producción ha aumentado paulatinamente hasta alcanzar las

30 toneladas/hora. Sus actividades de exportación las realiza hacia varios

países a nivel mundial como: Colombia, Venezuela, Brasil, Holanda, Francia,

Canadá entre otros (Fedepalma y Cenipalma, 2010).

Su principal producto es el aceite rojo de palma.

5

2.2. ACEITE ROJO DE PALMA

Es un aceite de origen vegetal que se obtiene del mesocarpio de la fruta de

la palma Elaeis guineensis Jacq. Su uso industrial ha venido de la mano de

la extracción de aceite los frutos, aceite de palma de la parte carnosa, y

aceite de palmiste a partir de la semilla. La producción agrícola consiste en

la siembra de monocultivos, los frutos se obtienen pasados de 4 a 5 años

desde la plantación de la palma, y su mayor producción se alcanza entre los

20 y los 30 años. Los racimos, compuestos entre 1000 y 4000 frutos de 3 a

5cm de largo, oscilan entre 15 y 25 kilogramos. Estos frutos son procesados

principalmente para la obtención de estearina de palma que tiene usos

industriales (cosméticos, jabones, detergentes, velas, lubricantes) y oleína

de palma, de uso alimentario.

A nivel mundial, los mayores productores son Indonesia y Malasia que

conjuntamente reúnen más del 85% de las exportaciones de aceite rojo de

palma.

En América Latina los mayores productores son Ecuador y Colombia.

Ecuador es el segundo productor regional de aceite de palma con 280 mil

hectáreas sembradas. Estas tienen un crecimiento anual del 7% (García,

2000).

Debido a su composición física el aceite de palma puede ser utilizado en

diversas preparaciones sin necesidad de hidrogenarse, proceso mediante el

cual se forman los trans. Sus principales usos son culinarios especialmente

empleado como aceite de freír o aliñar, sirve para añadir a otros alimentos

como los helados, las margarinas, aceite de cacao, jabones, etc. Los aceites

de palma y palmiste sirven también para la fabricación de productos

oleoquímicos como los ácidos grasos, ésteres grasos, alcoholes grasos,

compuestos de nitrógeno graso y glicerol, elementos esenciales en la

producción de jabones, detergentes, lubricantes para pintura, barnices,

6

gomas y tinta. Es el tipo de aceite con más volumen de producción sólo

superado por el aceite de soja (Fedepalma y Cenipalma, 2010).

Otra aplicación muy importante que tiene el aceite de palma africana es la

de materia prima para la producción de biodiesel que es un biocombustible

líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o

grasas animales mediante procesos industriales de esterificación y

transesterificación y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o

parciales del diésel obtenido del petróleo. El diésel vegetal, cuyas

propiedades son conocidas desde mediados del siglo XIX debido a los

trabajos de Rudolf Diésel, ya se destinaba a la combustión en motores de

ciclo diésel convencional o adaptados según el fabricante y por ello a

principios del siglo XXI en la búsqueda de nuevas fuentes de energía y la

creciente preocupación por el calentamiento global del planeta se impulsa su

desarrollo como combustible vehicular, alternativo al diésel oil derivado del

petróleo ( Figueroa de la Vega, 2008).

2.2.1. EXTRACCIÓN DE ACEITE DE PALMA

El proceso de extracción consiste en esterilizar la fruta, desgranarla,

macerarla, extraer el aceite de la pulpa, clarificarlo y recuperar las almendras

del bagazo resultante, dicho proceso se puede observar en la Figura 2. Se

extrae principalmente la porción pulposa de la fruta mediante varias

operaciones que se describen en el siguiente diagrama:

7

Figura 2. Diagrama Extracción de aceite.

Los residuos de la extracción son las nueces rotas y las cáscaras, es

necesario secar las semillas de la palma y colocarlas en las bolsas para su

almacenamiento y extracción posterior. De las almendras se obtienen dos

productos: el aceite y la torta de palmiste que sirve para alimentos animal, es

un balanceado utilizado para el engorde de cerdos y ganado vacuno. Al

fraccionar el aceite de palma se obtienen también dos productos: la oleína y

la estearina de palma (Garcés, 2000). La oleína es líquida y se puede

mezclar con cualquier aceite vegetal, la estearina es la fracción más sólida y

sirve para producir grasas, principalmente margarinas y jabones. El proceso

de extracción del aceite de palma produce grandes cantidades de

desperdicios sólidos, en la forma de hojas, racimos vacíos, fibras, cáscaras y

residuos. Los racimos contienen muchos alimentos recuperables,

normalmente las fibras, cáscaras y otros residuos sólidos se queman como

combustible, para producir vapor (Fedepalma y Cenipalma, 2010).

8

2.3. PRODUCCIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PROCESOS

INDUSTRIALES

2.3.1. AGUAS RESIDUALES

Las aguas residuales son aquellas que de una forma directa o indirecta han

sido contaminadas. La contaminación directa se da principalmente por su

utilización en diversas actividades y la contaminación indirecta se da por la

llegada a cuerpos receptores (río, lagos y otros) de aguas ya contaminadas.

Se considera como aguas residuales a los líquidos que han sido utilizados

en actividades diarias principalmente de ciudades, entiéndase estas

actividades como: domésticas, comerciales, industriales y de servicios

(Noyola, 1995).

El estado actual del tratamiento de aguas residuales, domésticas y

municipales en Ecuador es preocupante, solo algunos municipios poseen

tecnología básica pero no hay un adecuado tratamiento, no existe un

suficiente manejo de tecnologías aplicadas al tratamiento de desechos y

efluentes como: piscinas de oxidación, pantanos o lagunas artificiales de

estabilización, etc. Sin embargo se ha intentado adaptar normas en cuanto

a materia de descargas y tratamientos de aguas residuales ya que en

algunas ciudades no están bien reguladas o no existen, salvo contadas

excepciones una separación de aguas lluvias con aguas negras, algunas

empresas privadas sí realizan tratamientos de aguas pero más se debe a su

nivel de conciencia ya que las exigencias del mercado los han obligado a

responder a esos consumidores conscientes (Salazar, 1999).

Los efluentes de las industrias han sido una problemática que viene desde

hace muchos años atrás pero actualmente se controla y se exige más su

tratamiento en base al cumplimiento de normas medio ambientales. El

manejo de los efluentes provenientes de las plantas extractoras de aceite

rojo de palma se origina principalmente en Malasia por los años 70 debido a

la preocupación ambiental causada por el aumento del número de plantas

9

extractoras en este país. El problema se agravó ya que la cantidad de

efluentes que se enviaba a los ríos estaba aumentando y esto conducía al

agotamiento del oxígeno y por consiguiente destruía los sistemas vivos.

Inicialmente, estos efluentes se consideraban como un problema que debía

desecharse o evadirse, pero los estudios emprendidos desde entonces han

demostrado que constituyen un recurso aprovechable para las plantaciones

y viveros de palma africana, es así que se origina la tecnología de

biodigestores industriales que se aplican en la actualidad. La contaminación

que causan estos efluentes se mide en términos de la demanda bioquímica

de oxígeno (DBO), que significa, la cantidad de oxígeno requerido para que

la actividad bacteriana pueda oxidar toda la materia orgánica que contiene

dicho efluente. Y la DBO, demanda química de oxígeno (DQO), la cual se

mide con mayor facilidad y generalmente está presente en las mismas

proporciones (Wood, 1989).

El manejo de los efluentes que provienen de las plantas extractoras de

aceite rojo de palma, día a día va tomando mayor importancia, lo que se

está buscando es la optimización y una mayor utilización de éstos residuos

que pueden ser muy útiles sobre la misma plantación, de esta forma se

consigue generar un círculo de operaciones en donde los subproductos

desechados hacia el ambiente sean cada vez menos. Para realizar

tratamientos de efluentes se ha desarrollado sistemas alternativos que luego

de su implementación han demostrado buenos resultados aparte de que son

económicamente viables, los principales sistemas son: Piscinas de

oxidación, lagunas carpadas, biodigestores.

Las lagunas carpadas y los biodigestores permiten canalizar el biogás

producido en el proceso de descomposición de la materia orgánica, esto da

la posibilidad de inyectarlo a las plantas eléctricas y calderos de las

extractoras para generar energía y disminuir el consumo de combustible.

Otro beneficio del tratamiento de efluentes son los lodos residuales ya que

poseen características nutricionales que los hacen atractivos para utilizarlos

sobre las plantaciones y viveros como abono orgánico (Petitpierre, 1983).

10

2.3.2. TIPOS

De acuerdo a Moreno (1997), las aguas residuales se las clasifica según su

origen:

Aguas Residuales Municipales. Este tipo de aguas son residuos

líquidos transportados por el alcantarillado de una ciudad o población

y son tratados en una planta de tratamiento municipal.

Aguas Residuales Industriales. Son aguas residuales que provienen

de las descargas de industrias de manufactura.

Borzacconi (1994) indica que también pueden ser clasificadas según el

contenido de contaminantes:

Aguas negras. Son aquellas que provienen de servicios higiénicos

(inodoro), es decir, aquellas aguas que transportan excrementos

humanos y orina, contienen una alta cantidad de contaminantes,

perjudiciales para la salud por ser ricas en sólidos suspendidos,

nitrógeno y coliformes fecales.

Aguas grises. Son aquellas que provienen de tinas, duchas,

lavamanos y lavadoras. Estas aguas contienen sólidos suspendidos,

fosfatos, grasas y coliformes fecales, también se las conoce con el

nombre de aguas residuales domésticas.

Aguas negras industriales. Se conoce como aguas negras industriales

a la mezcla de las aguas negras de una industria en combinación con

las aguas residuales de sus procesos productivos. Los contaminantes

provenientes de la producción están en función del proceso industrial,

y tienen la mayoría de ellos efectos nocivos a la salud si no existe un

control de la descarga.

11

2.3.3. IMPORTANCIA

La contaminación ambiental constituye actualmente una de las mayores

preocupaciones a nivel mundial. La contaminación a gran escala que

generan las industrias mediante sus efluentes se ha ido controlando y

regulando en los últimos años, a partir de la década de los 70 se vienen

implementando sistemas de tratamiento de aguas residuales ya que las

normas ambientales exigen que el agua que se toma de la naturaleza para

cualquier proceso industrial debe ser devuelta de igual manera, es decir libre

de contaminantes que puedan atentar contra el medio ambiente. Se viene

trabajando mediante organismos reguladores que dan alternativas

medioambientales para optimizar los desechos y efluentes generados por las

industrias, de esta forma se logra aprovechar la mayor cantidad de materia

prima y desechos generados durante un proceso industrial. Los residuos

orgánicos de las industrias pueden ser utilizados como materia prima de la

cual se logra extraer energía. Aquí es donde se pone en práctica las

alternativas y tratamientos medio ambientales mediante la aplicación de

biodigestores que son sistemas generadores de Biogás, esta es una

alternativa cuyo funcionamiento provee energía (Schulz H, 1996).

La degradación de la materia orgánica presente en las aguas residuales, se

puede realizar en varias etapas pasando de un biodigestor a otro o mediante

varias piscinas de oxidación, de esta forma el agua residual va recuperando

su pureza y puede ser devuelta al medio ambiente sin causar mayor impacto

ambiental (Bowkett, A. 1989).

Otra alternativa que se está poniendo en práctica es la biorremediación que

trata principalmente contaminantes como, lodos aceitosos, lodos de

perforación, hidrocarburos totales del petróleo. Esta es una tecnología que

por lo general es aplicada para recuperación de suelos contaminados por

hidrocarburos. En la actualidad se ha incrementado su aplicación en las

actividades industriales debido a que es un proceso sencillo, es una

12

tecnología efectiva y en cuanto a costos estos son relativamente bajos en

comparación a la tecnología físico química (Saval, 1998).

2.3.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Las piscinas de oxidación o lagunas de estabilización son unos de los

procesos más eficientes que existen para el tratamiento de aguas residuales

domésticas, urbanas e industriales. La principal vía de manejo de residuos

orgánicos líquidos o semisólidos es la digestión anaeróbica que presenta

varias ventajas sobre los procesos tradicionales.

No se requiere de energía externa para su realización.

Da lugar a la producción de lodos que pueden ser usados como

abonos ricos en fertilizantes.

Se produce gas metano útil para generar energía eléctrica (Moreno,

1997).

Estos parámetros la convierten en una tecnología sustentable para la

construcción de un modelo de desarrollo medioambiental (Noyola,

1995).

Esta tecnología que se lleva a cabo mediante reactores anaeróbicos, se

empezó a desarrollar al inicio de los años 70, luego de diez años se empezó

a generalizar su uso. El avance tecnológico que superó su aplicación

tradicional fue la de fosas sépticas que se convirtió posteriormente en

biodigestores ya sea sobre soportes inertes en la superficie o mediante la

formación de bolsas o tanques que se colocan bajo tierra para sedimentar

lodos y degradar la materia orgánica del efluente (Guardado, 1990).

Como se detalla en la Figura 3 para la depuración de aguas residuales se

utiliza un sistema secuencial de tanques ( biodigestores) o piscinas, en el

tanque de tratamiento biológico se realiza la purificación anaerobia del agua,

aquí se trabaja bajo condiciones libres de oxígeno, esto da paso a la

13

generación de biogás que puede ser utilizado con finalidades energéticas

para procesos productivos, esto hace que la digestión anaerobia resulte

muy favorable económicamente permitiendo en muchos casos la

autosuficiencia de las plantas de tratamiento. Depurar el agua significa

eliminar de esta todas las impurezas contaminantes y microorganismos

patógenos (Switzenbaum, 1995).

Figura 3. Depuradora de aguas residuales

(Saval, 1998)

2.4. BIORREMEDIACIÓN

La biorremediación describe una variedad de sistemas de tratamientos que

utilizan organismos vivos ya sean (plantas, hongos, bacterias) para extraer,

remover o degradar compuestos orgánicos tóxicos que contienen los suelos

o aguas residuales y convertirlos en productos metabólicos menos tóxicos o

inocuos para el medio ambiente (Van Deuren, 1997).

La biorremediación es una tecnología que apareció en los últimos años

como una alternativa tecnológica que se utiliza básicamente para la limpieza

14

de suelos y acuíferos contaminados, se basa en aprovechar el potencial de

los microorganismos para mineralizar o transformar contaminantes orgánicos

en compuestos químicamente más sencillos es decir menos tóxicos. La

biorremediación es la mejor opción para la limpieza de sitios contaminados

desde el punto de vista económico y ambiental, así de esta forma se

garantiza que el agua que se toma de ríos, lagos y vertientes para procesos

productivos puedan ser devueltos al medio ambiente luego de ser utilizadas

y respectivamente tratadas (Saval, 1997).

En cuanto a los microorganismos que se utilizan en el proceso de

biorremediación, estos pueden ser propios del sitio (autóctonos) o ajenos a

este (exógenos) y llevarse a cabo en condiciones aerobias o anaerobias.

Una gran ventaja que tiene la biorremediación es que puede realizarse en el

mismo lugar donde se genera el compuesto orgánico a degradar. Es

importante recalcar que aunque no todos los compuestos orgánicos que

poseen las aguas residuales son susceptibles a la biodegradación, los

procesos de biorremediación han sido utilizados con éxito para aplicar

tratamientos en suelos, lodos y sedimentos contaminados por hidrocarburos

totales del petróleo. Además de esto se aplica satisfactoriamente en

industrias que generan desechos de pesticidas, residuos alimenticios e

hidrocarburos (Eweis, Ergan & Chang, 1998).

La aplicación de tecnologías de biorremediación para el tratamiento de sitios

contaminados es relativamente innovador y presenta varias ventajas en

relación a los métodos físico químicos que se ha venido utilizando

tradicionalmente a través de la historia (Yánez, 1993).

Entre las ventajas de la biorremediación se destacan: Los bajos costos de

instalación y operación de los sistemas a implementar, además de esto es

una tecnología simple y de fácil aplicación en la industria. La biorremediación

es un tratamiento seguro con un mínimo de riesgo para la salud de quienes

la ponen en práctica, es tecnológicamente muy efectiva y es altamente

15

rentable ya que en cuanto a los costos se pueden llegar a reducir en un 65%

y 80% en comparación con los métodos físico químicos (Van Deuren, 1997).

2.4.1. USO DE INOCULANTES MICROBIANOS

El uso de inoculantes se aplica para que sean estos microorganismos los

encargados de realizar la degradación de materia orgánica, ya sea en

condiciones aerobias o anaerobias. Un inoculante es un concentrado

comercial de bacterias específicas y micronutrientes que aplicado

convenientemente al efluente a tratar empiezan a generar una fermentación

y posterior degradación de materia orgánica sólida y semisólida. Su empleo

es una práctica reconocida en las industrias por sus beneficios ambientales y

económicos, a tal punto que desde hace algunas décadas se lleva a cabo

como una de las principales alternativas para descontaminar y reciclar aguas

servidas de procesos de manufactura, es a esto a lo que se llama

tratamiento de aguas residuales mediante piscinas de oxidación con

inoculantes microbianos (Saval, 1997).

Inoculante comercial FEUSOL: En las piscinas de oxidación de las

extractoras se suelen añadir bacterias generadoras de gas metano, por lo

general son del sustrato comercial Feusol FOG, esta es una formulación a

base de bacterias metanógenas: como Arquea metanógena y

micronutrientes específicos que se utiliza en industrias alimenticias para

depurar aguas residuales y desechos generados en los procesos

productivos.

Las arqueas metanógenas son microorganismos procariotas que se

reproducen en medios anaerobios, no toleran ni siquiera una breve

exposición al oxígeno y obtienen su energía a través de la producción de

gas metano (Lengeler, 1999).

16

Las ARQUEAS son un grupo extenso de bacterias que producen metano

como parte de su metabolismo. Comprende las clases: Methanobacteria,

Methanococci, Methanomicrobia y Methanopyri. Este tipo de bacterias se

encuentran extensamente distribuidos en: pantanos, humedales, lagos,

sedimentos, fuentes hidrotermales, aguas residuales de industrias, rumen de

mamíferos y en el intestino de insectos tales como termitas y cucarachas

(Jácome ,1990). Las bacterias METANÓGENAS son consideradas como un

grupo filogenéticamente heterogéneo en donde el factor común que las une

es la producción de gas metano. Debido a esta característica esta clase de

microorganismos son de gran importancia para el medio ambiente ya que

intervienen directamente en la degradación de materia y desechos orgánicos

(Colmenares, 1987).

2.5. BIOGÁS

El biogás en un gas compuesto por metano y dióxido de carbono, tiene

mínimas proporciones de otros gases como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno

y sulfuro de hidrógeno, estos valores se los puede observar en la Tabla1. Es

un poco más liviano que el aire, posee una temperatura de inflamación de

700oC y su llama alcanza una temperatura de 870 oC” (Guardado, 2010).

Este es un gas producido por bacterias durante un proceso de

biodegradación de materia orgánica en condiciones de total anaerobiosis.

La generación de biogás es una parte importante del ciclo biogeoquímico del

carbono. El metano que producen las bacterias es el último eslabón en una

cadena de microorganismos que degradan materia orgánica y devuelven los

productos de la descomposición al medio ambiente (Mandujano, 1981).

17

Tabla 1. Composición química del biogás

Elemento %

Metano (CH4) 50-70

Dióxido de carbono (CO2) 30-50

Nitrógeno (N2) 0.5-3

Ácido sulfhídrico (H2S) 0.1-1

Vapor de agua Trazas

(Guardado, 2010)

Según Guardado (2010) el gas que se obtiene de la descomposición en un

ambiente anaerobio de residuos orgánicos como el estiércol animal o

desechos vegetales posee varias utilidades como: iluminación, cocción de

alimentos, generación de energía y combustible. A continuación, en la Tabla

2, se muestran los factores que permiten la obtención del biogás.

Tabla 2. Factores determinantes en la producción de biogás

SUSTRATO PROCESO DIGESTOR

Composición Temperatura Condiciones

* Existencia de bacterias formadoras de metano

* Concentración * Anaeróbicas

* Tiempo de permanencia del sustrato en el Biodigestor

* Dimensionamiento

* Valor de pH * Diseño

* Mezclado e intensidad del agitado

BACTERIAS - PROCESO DE FERMENTACIÓN

CANTIDAD DE BIOGAS CALIDAD DE BIOGAS

(Infantes, 2006)

18

2.6. BIODIGESTOR

El biodigestor es un recinto cerrado donde se producen reacciones

anaeróbicas; es decir sin oxígeno, aquí se degrada la materia orgánica

disuelta en un medio acuoso para dar como resultado metano, dióxido de

carbono, trazas de hidrógeno y ácido sulfhídrico.

Los microorganismos que se encuentran en su interior deben ser cultivados

en condiciones adecuadas ya que son los protagonistas de la fermentación,

por tanto no se obtiene el gas inmediatamente. Se debe esperar el tiempo

necesario para que los microorganismos empiecen a producir metano, esto

puede tardar cerca de 15 días. La producción se ve afectada por la

temperatura exterior, por tanto si se quiere que un biodigestor produzca

cantidades constantes de biogás se lo debe colocar bajo tierra para que la

temperatura se mantenga en unos 18 grados centígrados (Elizondo, 2005).

Como se muestra en la Figura 4 el tanque de preferencia debe ser de color

negro o azul si es que no está bajo tierra para así aumentar y mantener la

temperatura de fermentación (Domínguez, 2010).

19

Figura 4. Biodigestor autolimpiable para tratamiento de aguas residuales

(Domínguez, 2010)

2.6.1. TIPOS DE BIODIGESTORES

La instalación destinada a la producción y captación del biogás recibe el

nombre de planta de biogás o biodigestor. Existen múltiples diseños y

formas, en función de su tamaño, materia prima que se emplea, materiales

de construcción con que se construye, etc. Su variedad es tal que los

modelos existentes se adaptan prácticamente a todas las necesidades y

variantes que se deseen, en cuanto a volumen, materiales empleados y

residuales orgánicos que se deben tratar (Guardado, 2010).

Existen tres Sistemas generales de biodigestores:

Biodigestor de tipo continuo

Biodigestor de tipo discontinuo

Biodigestor de tipo semicontinuo

2.6.1.1. Biodigestor tipo continuo

Son los más adecuados para implementar en granjas con animales ya que

se les da mantenimiento regularmente, el diseño continuo es el más común y

20

apropiado para instalaciones pequeñas ya que no requiere de conocimiento

especializado ni maquinaria grande. Este modelo de equipos posee una

válvula de entrada, una válvula de descarga y una válvula que sirve para

recargarlo periódicamente, a continuación se detalla que función tiene cada

una de estas:

Una válvula central que es cerrada después de hacer la carga inicial y

es abierta únicamente para limpiar el biodigestor al realizar la

descarga total.

La segunda válvula se usa para cargarlo diariamente en cantidades

pequeñas con biomasa nueva.

Y la tercera válvula la cual permite sacar el bioabono periódicamente,

es decir, los residuos sólidos que resultan de la fermentación.

La Figura 5 muestra cómo está conformado un biodigestor de tipo continuo.

El diseño de este biodigestor es apropiado para ser cargado con materiales

blandos tales como: estiércol, aguas residuales y material orgánico vegetal.

(Viñas, 1994).

Figura 5. Biodigestor Continuo

(Cose, 2007)

21

2.6.1.2. Biodigestor tipo discontinuo

Este biodigestor tiene solamente una válvula de acceso por donde se carga

y se descarga. Se carga una sola vez para ser llenado y posteriormente

usado, debido a esto la fermentación dura un tiempo de entre 2 y 4 meses

dependiendo de la temperatura a la que se encuentre expuesto y se

descarga por completo únicamente cuando concluye la fermentación.

Aunque si es posible emplear este diseño a pequeña escala su

implementación es más común en industrias que generan volúmenes

elevados de efluentes y desechos. En este tipo de biodigestores se cambia

toda la biomasa cuando se termine el biogás que se genera (López, 2010).

En la Figura 6 se muestra como se instala un biodigestor discontinuo.

Figura 6. Biodigestor Discontinuo

(Murillo, 2008)

22

2.6.1.3. Biodigestor tipo semi continuo

Este tipo de biodigestores se cargan en lapsos cortos de tiempo, por ejemplo

cada 12 horas, 1 vez al día o cada 2 días. Su funcionamiento es similar al

del modelo continuo, debido a esto se cargan periódicamente solo cuando la

disponibilidad de materia orgánica es constante.

El biodigestor semicontinuo se utiliza por lo general con fines sanitarios para

procesar desechos y materia orgánica más que para producción de biogás

debido a esto se carga únicamente cada cierto tiempo (Monterroso, 2011).

2.6.2. MECANISMOS DE PRODUCCIÓN

El gas metano se obtiene principalmente con desechos orgánicos

sometiéndolos a fermentación en medios anaerobios, se llega a producir una

reacción por medio de bacterias que cooperan en conjunto para degradar la

materia y transformarla en gas metano, para esto se debe adecuar un medio

propicio para que se produzca esta reacción. Lo más común es la

adecuación o construcción de biodigestores que van desde tamaños a

escala hasta verdaderas obras de la ingeniería para producciones

tecnificadas de biogás a escala industrial (Martí, 2008).

A continuación en la Figura 7 se muestran algunos tipos de materia orgánica

que se puede utilizar para llevar a cabo la producción de gas metano.

23

Figura 7. Funcionamiento del biodigestor

(Escudero, 2011)

Los biodigestores poseen un agitador que tiene la función de impedir que en

la superficie del sustrato se forme una capa (nata), ya que si esto ocurre

detiene la fermentación y anula el trabajo de las bacterias, esto se debe a

que la capa de la superficie impide que las bacterias continúen degradando

la materia orgánica y por consecuente mueren por falta de alimento. Aparte

del agitador, en la parte superior se coloca la válvula de salida para el gas

metano que se aprovecha para la producción de energía eléctrica con la

ayuda de un generador. La salida del biodigestor sirve para descargar

constantemente la materia orgánica que ingresa una vez que ya está

convertida en efluente fermentado es decir que ya cumplió con producir gas

metano, este residuo se saca del biodigestor y se lo utiliza como abono

orgánico para cualquier cultivo (Escudero, 2011).

A la materia orgánica fermentada agotada se la conoce con el nombre de

bioabono, que es un abono rico en nutrientes fertilizantes para suelos áridos

y poco productivos. Como se ve en la Figura 8 se detallan los resultados de

24

la reacción que ocurre en el biodigestor, otros lo aprovechan para el

funcionamiento de cocinas y calderos (Verastegui, 1980).

Figura 8. Reacción en el biodigestor

(Sebastián, 2009)

2.6.3. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE GAS METANO

El proceso de fermentación para la producción de gas metano se compone

de dos fases principales:

Fase ácida o hidrolítica.

Fase metanogénica.

En la Tabla 3 se detallan los componentes que intervienen en cada etapa.

En la primera etapa se forman los aminoácidos, ácidos grasos y alcoholes a

partir de las proteínas, grasas e hidratos de carbono disueltos en el residual.

En la segunda etapa se forman el metano, el dióxido de carbono y el

amoníaco, entre otros (Infantes, 2006).

25

Tabla 3. Reacciones bioquímicas en la formación del biogás

FASES COMPONENTES ORGÁNICOS

Moléculas macro

FASE HIDROLÍTICA Carbohidratos, grasas y proteínas

Moléculas micro

Azúcares simples, ácidos grasos y aminoácidos

Ácido carbónico, ácido orgánico, alcoholes y dióxido de carbono

FASE METANOGÉNICA Ácido acético, hidrógeno, dióxido de

carbono, metanol (Formación de gas

metano) Biogás

Metano y dióxido de carbono (Infantes, 2006)

En la Figura 9 se muestra el procedimiento para llevar a cabo la producción

de gas metano. Las flechas hacia arriba que van por la válvula de salida

representan el gas obtenido. Los tubos curvos que están a los costados

ayudan a mezclar el contenido del tanque para que no se forme una capa

sólida que puede ahogar a las bacterias. Atados a esta soga van de 3 a 5

envases llenos hasta la mitad con arena que ayudan a batir la mezcla

(Romero, 2002)

26

Figura 9. Producción de gas metano

(Romero, 2002)

A = representa el tanque donde se va a digerir la mezcla de agua del

proceso en la extractora.

B y C = representan el tubo de entrada y el tubo de salida respectivamente.

El tubo de entrada debe entrar el tanque cerca del fondo, y el tubo de salida

debe entrar el tanque justo por debajo de la primera fila de bloques de

cemento.

D y E = representan la pila de carga y la pila de descarga respectivamente.

2.6.4. RANGOS DE TEMPERATURA Y pH

En la Tabla 4 se muestran los rangos de temperatura que debe tener un

biodigestor para la producción del gas metano, las temperaturas van de

acuerdo al tipo de fermentación que se realice. El tiempo de fermentación es

el que determina a que tipo pertenece. Las condiciones climáticas de la zona

donde se adapte el biodigestor serán las que determinen que tiempo de

27

fermentación se llevara a cabo; en temperaturas de 4 a 30 ºC se requiere de

100 días de fermentación, de 15 a 45 ºC se requieren entre 30 y 60 días y de

25 a 80 ºC se requieren de 10 a 15 días al aumentar la temperatura

disminuyen los días de fermentación, es decir que a mayor temperatura más

rápido se obtiene el gas metano (Romero, 2002).

Tabla 4. Tipos de fermentación

Fermentación Mínimo

(ºC) Óptimo

(ºC) Máximo

(ºC) Tiempo de

fermentación

Psycrophílica 4 a 10 15 a 18 25 a 30 Arriba de 100 días

Mesophílica 15 a 20 28 a 33 35 a 45 30 a 60 días

Thermophílica 25 a 45 50 a 60 75 a 80 10 a 15 días (Infantes, 2006)

En la Tabla 5 se muestran los valores adecuados de pH para la

fermentación.

Un valor de pH 7 a 7.2 indica una producción óptima de gas metano, en

casos de pH 6.2 y 7.6 se dan retardos por presencia de ácidos y amonios

respectivamente; esto ocurre debido al exceso de materia orgánica dentro

del biodigestor, precisamente para controlar esto se calcula la capacidad

buffer, cuando sucede esto lo más adecuado es restablecer el pH alrededor

de 7 utilizando una solución lechada de cal (Infantes, 2006).

Tabla 5. Rango de valores de pH en la generación de BIOGÁS

VALOR DE pH CARACTERÍSTICAS

7 a 7.2 ÓPTIMO

Menor de 6.2 Retardo por ácidos

Mayor de 7.6 Retardo por amonios (Infantes, 2006)

3. METODOLOGÍA

28

3. METODOLOGÍA

3.1. IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE FERMENTACIÓN

ANAERÓBICA A ESCALA DE LABORATORIO

El sistema de fermentación anaeróbica puede ser observado en la Figura 10,

el cual fue armado en el laboratorio de Microbiología de la Universidad

Tecnológica Equinoccial, con los siguientes materiales:

Erlenmeyers con pinza de Mohr.

Termómetros de 0 a 150º C.

Mangueras para salida de gases.

tapones de caucho para Erlenmeyer.

Bolsas quirúrgicas estériles para recolección del gas.

Parafilm.

Figura 10. Sistema de fermentación anaeróbica

Una vez colocadas las muestras en los erlenmeyers, se le inserto los

tapones de caucho que tenían ya instalados una manguera para salida de

29

gases y un termómetro para medir la temperatura periódicamente; para

asegurar el no ingreso de oxígeno en el sistema se selló con parafilm.

Una vez listas las muestras se conectó la bolsa para la recolección de gases

a la manguera que salía de cada tapón, de igual forma se selló con parafilm

el área de conexión para evitar que ingrese oxígeno. Se instaló un foco de

80V que paso encendido durante los 30 días, con la finalidad de mantener

una temperatura constante entre 29º C - 31º C.

3.2. ANÁLISIS MICROBIOLÓGICOS

Las evidencias de los análisis microbiológicos realizados a las muestras del

presente trabajo de investigación se detallan en los anexos 4, 5 y 6.

3.2.1. TOMA DE MUESTRAS

Se tomaron muestras de las tres primeras piscinas de oxidación de la

extractora, a las cuales se las llamó:

Control: Agua residual recién salida de la extractora.

Tratamiento 1: Agua residual con 15 días de reposo + inóculo (en

condiciones aerobias)

Tratamiento 2: Agua residual con 30 días de reposo + inoculo

(condiciones anaerobias)

Las muestras fueron tomadas del centro de las piscinas en todos los casos y

fueron transportadas en condiciones de refrigeración al laboratorio de

Microbiología de la Universidad Tecnológica Equinoccial. Las tres muestras

tomadas se colocaron en frascos estériles y se rotularon para preparar las

diluciones de cada una y realizar las siembras y el posterior recuento

microbiológico.

30

3.2.2. DILUCIONES SUCESIVAS

Para realizar los análisis microbiológicos se realizaron diluciones sucesivas

según la norma técnica ecuatoriana INEN 1 529-2 (1999), como se puede

observar en la Figura 11, bajo el siguiente procedimiento:

1. Cada frasco contenía 90 ml de agua peptonada estéril y aquí se

añadió 10 ml de la muestra a sembrar. Esta fue la dilución 10⁻¹ y se

puede observar en los Anexos 1 y 2.

2. Con la ayuda de una micropipeta se tomó una alícuota de 1ml de la

dilución 10⁻¹ y se colocó en un tubo con 9ml de agua peptonada,

posteriormente se utilizó un vortex (homogenizador) entre 5 y 10

segundos, de esta manera se realizó la dilución 10⁻².

3. Se repitió el procedimiento, se tomó con la micropipeta una alícuota

de 1 ml de la dilución 10⁻² se colocó en el siguiente tubo de ensayo y

se llevó al vortex, esta fue la dilución 10⁻³ luego se hizo lo mismo para

preparar la dilución 10⁻⁴ y 10⁻⁵ (Ahmed & Carlstrom, 2006).

Figura 11. Diluciones

31

3.2.3. SIEMBRA EN PLACAS PETRIFILM

El proceso de siembra se realizó en una cámara de flujo laminar como se

observa en el Anexo 3, esto garantizó la esterilidad total y se siguió la

metodología detallada por el Manual NISSUI PHARMACEUTICAL CO., LTD.

Para la siembra se utilizaron 3 diluciones por cada muestra, se tomó con la

micropipeta 1ml de cada dilución, se colocó en el centro de la placa Petri, se

cerró y se rotuló, así se realizó la siembra para aerobios, anaerobios, mohos

y levaduras respectivamente. Una vez finalizada la siembra se invirtieron las

placas y se llevaron a incubación según las condiciones requeridas para

cada tipo de microorganismo tal como se detalla en la Tabla 6.

Tabla 6. Condiciones de incubación

Microorganismo Condiciones de

incubación Medio de Cultivo

Aeróbios Mesófilos

37º C de 24 a 48 horas

Standard Methods Agar

Mohos y Levaduras

25º C de 3 a 5 días Potato Dextrose Agar

Anaerobios 35 a 37º C de 72 a 96

horas Agar sangre anaerobio, feniletil alcohol agar

(Jawetz, 2002)

3.2.4. RECUENTOS TOTALES DE POBLACIONES MICROBIANAS

Una vez finalizado el tiempo de incubación, de las placas sembradas, se

procedió a realizar el recuento de colonias para determinar la población

microbiana obtenida tal como se observa en el Anexo 4, para esto se trabajó

con la metodología detallada por Ahmed & Carlstrom (2006). Para realizar el

recuento en placas se utilizó una lupa para mejorar la visibilidad de las

colonias y un lápiz marcador para señalar las colonias que ya fueron

32

contabilizadas y evitar confusiones, una vez finalizado el recuento de cada

placa los resultados del recuento fueron expresados como unidades

formadoras de colonias por unidad de volumen (UFC/ml) y fueron calculadas

mediante la Ecuación 1 que se detalla a continuación.

[1]

3.3. ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS

Los análisis físico-químicos fueron realizados en el laboratorio de Análisis

Químico y de Alimentos AGROLAB como se muestra en el Anexo 10, el cual

se encuentra ubicado en la ciudad de Santo Domingo de los Tsáchilas y

posee una acreditación otorgada por el Organismo de Acreditación

Ecuatoriano (OAE) en el año 2004. A continuación se describen los

protocolos utilizados por este laboratorio.

3.3.1. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS

Inmediatamente las muestras llegaron al laboratorio fueron homogenizadas

mediante agitación para tomar el volumen específico para cada análisis. Se

siguió la metodología detallada por las Normas EPA (Environmental

Protection Agency).

3.3.2. ANÁLISIS DE SÓLIDOS TOTALES

Se calentó un crisol limpio a 103º C – 105º C durante una hora y se lo

conservó en un desecador. Se transfirió un volumen de muestra de agua

residual de 200 ml bien mezclado al crisol previamente pesado y se evaporó

hasta que se seque en un horno de secado. Se secó la muestra evaporada

durante una hora en un horno a 103º C – 105º C. Se enfrió el crisol en un

33

desecador para equilibrar la temperatura y se pesó en una balanza analítica

(EPA, 2010).

En la Ecuación 2 se observan los cálculos efectuados.

[2]

Donde:

A = Peso del residuo seco más crisol en mg.

B = Peso del crisol en mg.

Vol. (ml) = Volumen de Muestra (ml de la muestra).

3.3.3. ANÁLISIS DE SÓLIDOS SEDIMENTABLES

Se tomó un volumen de cada muestra que fue previamente homogeneizada

por agitación, luego se introdujo en un cono Inhoff. Se dejó decantar la

muestra durante una hora y se anotó el volumen de precipitado obtenido

(EPA, 2010). El contenido en sólidos sedimentables se calcula a partir de la

Ecuación 3, que se encuentra a continuación:

[3]

Donde:

V: volumen de muestra utilizado en litros.

V’: volumen del precipitado formado en el cono Inhoff en ml.

3.3.4. ANÁLISIS DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN

Se tomó un filtro de análisis de sólidos y se lo colocó en un crisol de

porcelana.

Se los introdujo en una estufa a 105º C durante dos horas. Una vez pasadas

las dos horas se sacó el filtro con el crisol de porcelana y se enfrió en el

desecador.

El filtro con el crisol una vez enfriado se pesó hasta conseguir un peso

constante. Se agitó la muestra y se filtró un volumen conocido (V) de la

34

misma, utilizando para ello un equipo de filtración al vacío, constituido por un

matraz de recepción del líquido filtrado, un porta filtros para colocar el filtro y

un embudo de filtración donde se adicionó la muestra. Una vez filtrada la

muestra se recogió el filtro y se colocó en el crisol de porcelana. El filtro

utilizado anteriormente fue secado a 105º C durante 1 hora. Posteriormente

se dejó enfriar en el desecador y se pesó, hasta conseguir peso constante.

Si el depósito sobre el filtro es inferior a 2.5 mg/l se filtrará un volumen mayor

(EPA, 2010).

El contenido en sólidos en suspensión se calculó a partir de la siguiente

expresión:

[4]

Donde

Pd: peso del filtro-vidrio después de evaporar el agua, en mg.

Pa: peso del filtro-vidrio antes de añadir la muestra, en mg.

V: volumen de muestra utilizado, en litros.

3.3.5. ANÁLISIS DE FÓSFORO

Se utilizó el Método del Azul de Molibdeno, para ello se prepararon

inicialmente cada una de las soluciones utilizándose como control negativo

muestras de agua destilada. Se transfirió una alícuota de muestra de 100

cm³ a un vaso de precipitados de 200 cm³ de forma alta y se agregó 1 cm³

de ácido sulfúrico concentrado y 5 cm³ de ácido nítrico concentrado. Se

calentó hasta eliminar vapores nitrosos y se dejó enfriar. Se adicionó

aproximadamente 20 cm³ de agua, una gota de fenolftaleína. Se neutralizó

con hidróxido de sodio 6 N hasta obtener un ligero color rosa tenue.

Finalmente se filtró y se aforó a 100 cm³ con agua.

Se adicionó 4.0 cm³ de la solución de molibdato de amonio y se agitó para

homogeneizar. Se añadió 10 gotas de cloruro estanoso I, se homogeneizó y

35

se dejó reposar. Se midió la absorbancia de la muestra después de 10

minutos y antes de 12, usando el testigo para ajustar el espectrofotómetro a

cero. Se tomó de la solución patrón de 5.0 μg de P/cm³, alícuotas de

acuerdo con la Tabla 7.

Tabla 7. Curva de calibración

Volumen de solución patrón cm³

μg P

5 25

10 50

15 75

20 100

25 125

30 150

35 175

40 200 (EPA, 2010)

Se elaboró la curva de la calibración correspondiente graficando las lecturas

de absorbancia en el eje de las abscisas contra las concentraciones de P en

mg, en el eje de las ordenadas. Una vez que se efectuó la digestión se tomó

una alícuota de 40 cm³ de muestra y se llevó a 40 cm³ con agua. Se

transfirió a un embudo de separación de 500 cm³ y se agregó 50 cm³ de

solución benceno alcohol isopropílico. Se agregó 15cm³ de la solución de

molibdato de amonio II, se agitó durante 15 segundos y se dejó reposar

durante 10 minutos. Una vez separadas las capas acuosas y orgánicas se

drenó la capa acuosa. Se tomó 25 cm³ de la capa orgánica y se transfirió a

un matraz aforado de 50 cm³. Se agregó aproximadamente 15 cm³ de

solución alcohólica - ácida y diez gotas de la solución de cloruro estanoso II.

Se diluyó hasta el aforo con solución alcohólica - ácida y se dejó desarrollar

el color azul. Se midió en el espectrofotómetro la absorbancia después de 15

minutos a una longitud de onda de 625 nm. Se leyó en una curva de

calibración hecha con las soluciones patrón, las cuales se fueron sometidas

a una extracción (EPA, 2010).

36

3.3.5.1. Expresión de resultados

El contenido de fósforo presente en la muestra se calcula mediante la

Ecuación 5:

[5]

Donde:

C= μg de fósforo leída en la gráfica

V= volumen de la alícuota tomada para la determinación, en cm3.

La diferencia entre los resultados obtenidos en pruebas efectuadas por

duplicado no debe exceder de ± 1.0 mg/dm³ en caso contrario, se

recomienda repetir la determinación.

3.3.6. MEDICIONES DE pH

Durante todo el ensayo se midió el pH mediante un potenciómetro de campo

cada cinco días a partir de 40ml de muestra.

Para medir el pH final de la muestra se colocó un volumen significativo de

muestra en un vaso de precipitación de 100 ml, se procedió a medir el pH de

cada tratamiento utilizando un potenciómetro OMEGA por inmersión del

electrodo en la muestra y se anotó la lectura.

3.4. ANÁLISIS ESTADÍSTICOS

Para el análisis de los resultados se trabajó con un diseño experimental

multifactorial A x B, siendo A el tipo de tratamiento y B el tiempo de

fermentación. Se utilizó el software estadístico InfoStat (Student Version).

Los análisis fueron realizados por tratamiento (Control, Tratamiento 1 y

Tratamiento 2) y por cada recuento microbiológico (Mohos, Levaduras,

37

Aerobios y Anaerobios); los datos fueron analizados mediante una prueba de

TUKEY.

Se realizó una comparación entre las 3 muestras y, se midió la influencia del

tipo de tratamiento y los días de fermentación sobre la cantidad de

microorganismos presentes.

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

38

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1. ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO DE CADA TRATAMIENTO

Una vez finalizados los análisis microbiológicos se obtuvieron diferentes

resultados para cada tipo de Tratamiento (Control, tratamiento 1 y

tratamiento 2) en relación a los recuentos totales de mohos, levaduras,

aerobios y anaerobios. La cuantificación de este tipo de microorganismos es

muy importante ya que indica cómo se lleva a cabo el proceso fermentativo y

la posterior formación de biogás. En los Anexos 5 y 6 se muestran los

detalles de los recuentos totales de microorganismos realizados a cada

muestra.

4.1.1. MOHOS

En relación al recuento de mohos todos los tratamientos presentaron un

comportamiento diferente a lo largo de los días de fermentación como se

observa en la Figura 12 y la Tabla 8.

Diferencia de Tukey = 0.39420

Figura 12. Recuento de Mohos

39

Tabla 8. Resultados de los análisis microbiológicos de mohos.

Tratamientos Día de

evaluación log UFC / ml

Control

0 2.62 ± 0.46

15 4.67 ± 0.14

30 4.34 ± 0.09

Tratamiento 1

0 0

15 5.57 ± 0.22

30 6.53 ± 0.30

Tratamiento 2

0 2.53 ± 0.33

15 5.38 ± 0.18

30 2.27 ± 0.03

Para la muestra Control, en el día 0 se reportó un recuento microbiológico

de 2.63 log UFC/ml que fue significativamente diferente a los datos

obtenidos en los días 15 y 30 donde se obtuvieron valores similares 4.67 log

UFC/ml y 4.35 log UFC/ml respectivamente.

Para el tratamiento 1, en el día 0 se reportó un valor igual a 0 log UFC/ml,

según Fedepalma y Cenipalma (2010) es normal obtener un reporte de

recuento microbiológico de valor 0 log UFC/ml debido a que este tratamiento

es de agua residual en reposo a la espera de pasar a la fase de

fermentación por lo que en ocasiones es nula la presencia de ciertos

microorganismos. Para los días 15 y 30 se obtuvieron valores de 5.57 log

UFC/ml y 6.54 log UFC/ml respectivamente sin diferencias significativas

entre sí, lo que indica que el crecimiento de microorganismos (mohos) iba

aumentando conforme aumentaban los días de fermentación. Es importante

aclarar también que la técnica de recuento en placa no es muy sensible para

40

análisis de muestras con carga microbiana muy baja (Montville, Matthews &

Kniel, 2012).

En el tratamiento 2, se obtuvo valores similares en el día 0 y día 30, se

reportó 2.54 log UFC/ml y 2.28 log UFC/ml respectivamente, no hubo

diferencias significativas entre sí, a diferencia del día 15 donde se obtuvo un

valor alto en relación a los anteriores, 5.39 log UFC/ml lo que indica que

para este tratamiento la proliferación de mohos alcanzan su pico más alto en

el medio de la fermentación y conforme avanzan los días vuelve a decaer

como en la fase inicial (Rivas, 1978).

4.1.2. LEVADURAS

Tanto para el control como para los dos tratamientos se reportaron

recuentos iniciales considerables (mayores a 3.5 log UFC/ml) de levaduras

por lo que se asume que su presencia es muy común en este tipo de aguas

residuales por la cantidad de materia orgánica que poseen.

Las levaduras poseen una gran capacidad de realizar fermentaciones en

carbohidratos, son abundantes en la naturaleza y se las puede encontrar

fácilmente en el suelo o en las plantas. Para su cultivo se utilizan medios con

azucares, compuestos nitrogenados, agua y sales minerales (Arenas, 1993).

Para el recuento de levaduras, los análisis estadísticos revelaron que, para

la muestra control, el valor obtenido en el día 0 (3.63 log UFC/ml) fue

significativamente diferente comparado con los días 15 y 30 en los que se

reportaron valores de 4.63 log UFC/ml y 5.23 log UFC/ml respectivamente y

no presentaron diferencia estadística entre sí, esto se detalla en la Figura 13.

Este comportamiento se justifica por el hecho de que las aguas residuales

de procesos industriales sometidas a recuentos microbiológicos suelen

presentar baja carga microbiana en sus primeros días debido a que recién

se está empezando a conformar una población microbiana capaz de llevar a

41

cabo una fermentación que ocasiona una degradación de materia orgánica

(Conil, 1989).

Diferencia de Tukey = 0.28704

Figura 13. Recuento de levaduras.

En el tratamiento 1, se obtuvieron valores de 2.28 log UFC/ml en el día 0

manteniendo una diferencia significativa con los días 15 y 30 que reportaron

4.84 log UFC/ml y 4.74 log UFC/ml respectivamente sin diferencias

estadísticas entre sí, esto indica que el crecimiento de levaduras fue

aumentando y del día 15 en adelante se mantuvo un crecimiento constante

hasta empezar a decrecer hasta llegar al día 30.

En el tratamiento 2 se obtuvo valores de 2.25 log UFC/ml en el día 0

mostrando diferencias significativas con los días 15 y 30 debido a que al

aumentar los días de experimentación aumento considerablemente el

crecimiento microbiano hasta empezar a decrecer al final de la fermentación,

vale recalcar que este tratamiento es el que mayor carga de

microorganismos posee. Para el día 15 se obtuvo valores de 5.14 log

UFC/ml manteniendo diferencias estadísticas con el día 30 en lo que se

presentó un valor de 4.33 log UFC/ml, esto puede ser observado en la Tabla

9. La razón por la cual el valor del día 30 decrece se debe a que los

42

erlenmeyers en los cuales se realizó el experimento fueron basados en un

diseño de biodigestor discontinuo, es decir que se carga una sola vez y

cuando ya se obtuvo el biogás su carga microbiana empieza descender

hasta morir por falta de nutrientes, es decir materia orgánica en calidad de

efluente (Mandujano, 1981).

Tabla 9. Recuento de los análisis microbiológicos de levaduras

Tratamientos Día de

evaluación log UFC / ml

Control

0 3.62 ± 0.21

15 4.62 ± 0.21

30 5.23 ± 0.32

Tratamiento 1

0 2.27 ± 0.03

15 4.84 ± 0.08

30 4.73 ± 0.23

Tratamiento 2

0 2.25 ± 0.07

15 5.13 ± 0.13

30 4.33 ± 0.01

4.1.3. AEROBIOS

Para los recuentos en aerobios para la muestra Control se reportó un valor

de 2.04 log UFC/ml en el día 0; 4.58 log UFC/ml en el día 15 y 1.25 log

UFC/ml en el día 30, como se observa en la Figura 14, lo que indica

claramente que existen diferencias significativas entre los datos inicial y final

con relación al dato intermedio del día 15, es decir que en el día 15 se dio el

pico más alto en cuanto a proliferación microbiana de aerobios, según

Garcés (2000), estos picos de producción máxima en la mitad de la

43

fermentación se deben a que es aquí donde se ha consolidado una

adecuada producción de biogás y los microorganismos degradan cada vez

más materia orgánica quedando menos conforme pasan los días, por lo que

al llegar al final (día 30) disminuye el crecimiento microbiano por falta de

alimento. Es debido a esto que en lagunas carpadas (lagunas de

estabilización) se realizan cargas constantes de efluentes industriales para

producción de biogás, la frecuencia con la que se debe añadir más efluente

se controla mediante el cálculo de la capacidad buffer lo que indica si es o

no adecuado cargar nuevamente la laguna, se controla este parámetro

debido a que los microorganismos que se encuentran en su interior pueden

morir por falta de alimento o colapsar por exceso del mismo paralizando por

completo la fermentación (Fundación Hábitat, 2005).

Diferencia de Tukey = 0.41924

Figura 14. Recuento de aerobios

Para el tratamiento 1 se obtuvo valores de 4.06 log UFC/ml para el día 0 sin

mantener diferencias significativas con el día 15 que tuvo valores de 5.17 log

UFC/ml siendo este el pico más alto de proliferación microbiana, para el día

30 se obtuvo un valor de 2.42 log UFC/ml manteniendo diferencias

estadísticas con los días 0 y 15. Como ya se explicó anteriormente en el día

44

30 se nota como disminuye la población microbiana debido a que en los días

finales del experimento ya ha sido degradada la mayor cantidad de materia

orgánica, es decir ya se obtuvo el biogás esperado.

En el tratamiento 2, se presentaron los siguientes valores: 4.35 log UFC/ml

para el día 0, 4.58 log UFC/ml para el día 15 y 2.82 log UFC/ml en el día 30

lo que indica que entre los días 0 y 15 no existe una diferencia significativa,

aquí la población microbiana de aerobios es alta, conforme pasan los días

de fermentación la materia orgánica disminuye y la carga microbiana

empieza a desaparecer y eso se refleja en el valor del día 30 que es

estadísticamente diferente a los días 15 y 30. En la Tabla 10 se detallan los

resultados reportados.

Tabla 10. Recuentos de los análisis microbiológicos de aerobios.

Tratamientos Día de

evaluación Aerobios (log UFC / ml)

Control

0 2.03 ± 0.05

15 4.57± 0.28

30 1.25 ± 0.07

Tratamiento 1

0 4.05 ± 0.07

15 5.17 ± 0.08

30 2.42 ± 0.59

Tratamiento 2

0 4.35 ± 0.38

15 4.57 ± 0.03

30 2.82 ± 0.05

45

4.1.4. ANAEROBIOS

Tanto en la Figura 15 como en la Tabla 11 se observa el recuento

microbiológico de Anaerobios reportados.

Diferencia de Tukey = 0.44961

Figura 15. Recuentos de anaerobios

Tabla 11. Resultados de los análisis microbiológicos de anaerobios.

Tratamientos Día de

evaluación Anaerobios (log UFC / ml)

Control

0 0

15 5.56 ± 0.47

30 2.75 ± 0.02

Tratamiento 1

0 0

15 6.59 ± 0.12

30 5.43 ± 0.36

Tratamiento 2

0 4.43 ± 0.33

15 4.53 ± 0.46

30 4.24 ± 0.05

46

En la muestra Control para el día 0 se obtuvo un valor de 0 log UFC/ml, en el

día 15 un valor de 5.56 log UFC/ml y en el día 30 un valor de 2.76 log

UFC/ml lo que indica que los días 1 y 30 mantienen diferencias significativas

con el día 15, donde se llegó a la máxima proliferación microbiana de

anaerobios. Según indica Moreno (1988) cuando en un biodigestor, laguna

de estabilización o piscina carpadas se registran los datos máximos de

presencia de anaerobios es aquí donde ocurre la mayor producción de

biogás ya que los microorganismos están degradando al máximo la materia

orgánica que se encuentra en su interior y así permanecerá mientras la

capacidad buffer indique la frecuencia de una nueva alimentación de

efluente, caso contrario los microorganismos finalizan su trabajo y su

población empieza a decrecer hasta ser nula por falta de nutrientes.

Para la muestra de tratamiento 1, los análisis estadísticos dieron como

resultado los siguientes valores, 0 UFC/ml en el día 0, manteniendo una

diferencia significativa con el día 15 donde la presencia de anaerobios llegó

a un valor de 6.59 log UFC/ml y en el día 30 decreció levemente reportando

un valor de 5.44 log UFC/ml sin tener diferencias estadísticas entre sí.

En el tratamiento 2 se reportó un valor de 4.44 log UFC/ml para el día 0,

4.53 log UFC/ml para el día 15 y 4.24 log UFC/ml para el día 30, estos

valores no tuvieron diferencias significativas entre sí, lo que indica que el

crecimiento de microorganismos se dio de forma paralela del día 0 al día 30,

vale indicar que este tratamiento es el que mayor carga microbiana tenia

debido a que las muestras fueron tomadas de la tercera piscina, donde llega

efluente de la extractora que ya está siendo degradado por bacterias.

47

4.2. RESULTADOS DE ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICOS

4.2.1. pH

Las muestras tanto del control como de los dos tratamientos presentaron

valores de pH ácidos (3.3 – 4.8) al iniciar el proceso, sin embargo una vez

que transcurrió la fermentación para todos los casos presentaron valores

superiores a 7, como se observa en la Tabla 12. Según Infantes (2006) la

producción óptima de biogás se da en valores de pH 7 a 7.2 y en valores de

pH inferiores a 6.2 o superiores a 7.6 pueden ocurrir retardos en la

fermentación causados por ácidos y amonios respectivamente.

Pese a que en el control se presentó un comportamiento similar en relación

al pH de las muestras, como se observa en la Figura 16, no se generó

biogás posiblemente porque esto no solo depende de este parámetro, sino

de la carga microbiana total.

Tabla 12. Valores diarios de pH

MUESTRA Día 0 Día 5 Día 10 Día 15 Día 20 Día 25 Día 30

Control 4.8 4.31 4.97 6.97 7.13 7.31 7.36

Tratamiento 1 3.39 3.46 4.66 7.1 6.15 6.91 7.13

Tratamiento 2 4.41 3.31 5.01 7.03 6.85 7.01 7.43

48

Figura 16. Registro de pH

4.2.2. TEMPERATURA

Tanto las muestras control como las de los tratamientos presentaron a lo

largo de los 30 días de ensayo una temperatura constante entre los 29ºC y

31ºC, estas mediciones se detallan en los Anexos 7 y 8. Según Romero

(2002) a mayor temperatura más rápido se obtiene el biogás y a

temperaturas que van de 25ºC a 80ºC se requieren de 10 a 15 días para

iniciar una fermentación anaeróbica. En la Figura 17 se detallan los valores

de temperatura que se obtuvieron durante los 30 días de experimentación.

49

Figura 17. Temperatura registrada

En la Tabla 13 se registran los valores obtenidos del análisis físico químico

para las tres muestras.

Tabla 13. Análisis Físico Químicos

PARÁMETROS M - 470 M - 471 M - 472

Sólidos en suspensión 0.29 0.22 0.085

Sólidos totales 6.81 7.07 6.3

Sólidos sedimentables 6.12 6.4 6.15

Fósforo total 0.4 0.38 0.45

pH inicial 7.21 6.72 8.14

pH final 7.36 7.13 7.43

50

4.2.3. SÓLIDOS TOTALES

Como se observa en la Figura 18, la muestra correspondiente al tratamiento

2 fue la que presentó los valores más bajos de sólidos totales comparados

con el control y el tratamiento 1, posiblemente debido a la presencia masiva

de microorganismos degradadores de forma inicial que condujo a la rápida

degradación de la materia orgánica presente en el agua residual. Según

Metcalf & Eddy (1985) los valores normales para aguas residuales

municipales en cuanto a sólidos totales están entre 0.85% y 0.95% y los

valores obtenidos en los análisis de laboratorio reportaron valores más altos,

esto se puede deber a la concentración de lodos que poseen las piscinas de

estabilización para efluentes de las cuales fueron tomadas las muestras.

Figura 18. Porcentaje de sólidos totales.

4.2.4. SÓLIDOS SEDIMENTABLES

Los análisis para sólidos sedimentables reportaron los siguientes valores:

6.12 para la muestra de control, 6.40 en el tratamiento 1 y 6.15 para el

tratamiento 2. Valores que se detallan en la Figura 19. Los valores normales

51

para aguas residuales municipales en cuanto a sólidos sedimentables están

en 3%, sin embargo, para las aguas de efluentes industriales este valor

tiende a aumentar debido a la composición de desechos que estas poseen

(Brenes, 2002). En los análisis realizados esto se vio reflejado con valores

que llegaron al doble de lo normal para aguas municipales.

Figura 19. Porcentaje de sólidos sedimentables.

4.2.5. SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN

En la Figura 20 se puede observar los análisis sobre sólidos en suspensión y

se obtuvo los siguientes valores: 0.29 para la muestra de control, 0.22 en el

tratamiento 1 y 0.085 para el tratamiento 2.

Los sólidos en suspensión se encuentran en valores de 0.35% para aguas

residuales municipales (Metcalf & Eddy, 1985). Estos valores son superiores

a los obtenidos en las muestras de cada tratamiento que se analizó, esto

puede ser debido a la degradación de materia que realizaron los

microorganismos durante los 30 días de experimentación.

52

Figura 20. Porcentaje de sólidos en suspensión.

4.2.6. FÓSFORO

Para los análisis sobre porcentaje de fósforo se reportaron los siguientes

valores: 0.40 para la muestra Control, 0.38 para el tratamiento 1 y 0.45 en el

tratamiento 2, dichos valores se observan en la Figura 21. El fósforo es un

componente del agua residual importante para los microorganismos. Junto

con el nitrógeno son elementos esenciales para el crecimiento bacteriano, en

el agua residual de efluentes municipales el fósforo se encuentra en un valor

de 0.15% (Brenes, 2002).

En los análisis de las muestras se obtuvo valores superiores debido a la

composición de los efluentes de las piscinas de oxidación que poseían

concentraciones altas de fósforo en los lodos residuales del fondo de cada

una de estas debido a los procesos de fermentación que se llevó a cabo

anteriormente.

53

Figura 21. Porcentaje de fósforo

4.3. GENERACIÓN DE BIOGÁS

Una vez transcurridos 30 días de fermentación anaerobia, se reportó para

los dos tratamientos un volumen cuantificable de biogás como se observa en

el Anexo 9 y los resultados reportados se los puede observar en la Figura

22.

Las muestras correspondientes al tratamiento 2 fueron las que generaron

mayor cantidad (724.4 cm³/250 ml agua residual) comparadas con el

tratamiento 1 cuyo valor promedio fue (456.8 cm³/250 ml agua residual);

para la muestra Control en ninguna de las réplicas se generó un volumen

detectable de biogás.

Según Señer (2005), los efluentes que contienen restos de alimentos, grasas

y basura orgánica pueden producir biogás en una cantidad estimada de 170

m³ por cada 100 litros de efluentes y desechos; es decir 17 000 cm³ de

biogás por cada 100.000 ml de agua y desechos. Esta cantidad está basada

en experimentaciones con residuos orgánicos alimenticios y basura, no

54

exactamente con efluentes de residuos de palma africana ya que su

aplicación en la generación de biogás aún no se ha popularizado como si se

lo ha hecho con la basura orgánica y el estiércol vacuno, porcino y avícola,

especialmente en granjas que mediante estos generan energía, es por esta

razón que no se tiene datos exactos en cuanto a obtención de biogás a partir

de efluentes de palma africana.

Figura 22. Producción de biogás

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

55

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. CONCLUSIONES

Los análisis microbiológicos de las muestras que presentaron menor

carga microbiana a lo largo de los 30 días de fermentación fueron las

correspondiente al Control, esto se debe posiblemente a que esta

piscina contiene agua que sale del proceso de esterilización de la

fruta y posee un nivel bajo de microorganismos.

La muestra del tratamiento 2 es la que mayor carga microbiana

reportó a lo largo del proceso, esto se debe a que estas muestras

proceden de la tercera piscina de tratamiento con 30 días de reposo

que permitieron una mejor adaptación y activación de los

microorganismos degradadores de la materia orgánica que se vio

reflejado en los recuentos, en esta piscina ya se ha consolidado la

fermentación.

El en el tratamiento 2 se obtuvo la mayor generación de biogás con

724.4cm3/ 250 ml de agua residual. Este resultado refleja la

efectividad de la fermentación anaerobia para la generación de biogás

en este tipo de sustrato.

Lo ocurrido en cada fase se vio reflejado en los recuentos

microbiológicos de cada tratamiento, las muestra del día 0 se

identificaron con la fase de latencia y fase exponencial, las muestras

del día 15 se caracterizaron por encontrarse en la fase estacionaria y

las muestras de del día 30 estuvieron relacionadas con la fase de

muerte donde la población microbiana fue cada vez menor.

En el análisis de temperatura y pH se logró cumplir con los rangos

requeridos para llevar a cabo una fermentación anaerobia sin

56

problemas, se logró mantener un pH entre 6 y 7 durante el proceso y

la temperatura fue controlada para mantenerla constante en un

promedio de 30ºC durante los 30 días de experimentación.

5.2. RECOMENDACIONES

Estudiar alternativas medio ambientales para ser aplicadas en el

tratamiento de desechos industriales, de esta forma se contribuye en

gran parte a disminuir la contaminación ambiental causada por

efluentes sin ningún tipo de tratamiento que se deberían llevar a cabo

mediante piscinas de oxidación.

Realizar un estudio a escala piloto mediante un biodigestor diseñado

en función de los volúmenes generados por la extractora.

Realizar estudios de cinética microbiana para las aguas tratadas bajo

condiciones anaerobias para definir detalladamente las curvas de

crecimiento de los microorganismos presentes y por ende determinar

el tiempo máximo de producción de biogás.

6. BIBLIOGRAFÍA

57

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ANEXOS

64

ANEXO 1

DILUCIONES

65

ANEXO 2

ESTERILIZACIÓN

66

ANEXO 3

CÁMARA DE FLUJO LAMINAR

67

ANEXO 4

RECUENTO MICROBIOLÓGICO

68

ANEXO 5

RECUENTO DE MOHOS Y LEVADURAS

69

ANEXO 6

RECUENTO DE AEROBIOS

70

ANEXO 7

REPORTES DE TEMPERATURA Y pH

71

72

ANEXO 8

CONTROL DE TEMPERATURA

73

ANEXO 9

OBTENCIÓN FINAL DE BIOGÁS

74

ANEXO 10

ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO