Presentado por: Luis Miguel Pérez Cruz
DIGESTIÓN ANAEROBIA DE RESIDUOS ORGÁNICOS Y AGUAS RESIDUALES PROVENIENTES DE LA UP-PUEBLA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PUEBLA
Directora:Dra. María Leticia Ramírez Castillo PTC-Universidad Politécnica de Puebla
ÍNDICE1. Introducción
2. Objetivos
3. Planteamiento del problema
4. Justificación
5. Marco teórico
6. Materiales y métodos
7. Resultados y discusión
8. Conclusiones
9. Perspectivas
10. Bibliografía
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
GENERAL
Implementar un sistema de digestión anaerobia para la producción de biogás
ESPECÍFICOS
Poner en marcha 6 reactores a escala piloto utilizando materia orgánica y estiércol de vaca
Caracterizar la materia orgánica
Caracterización del estiércol de vaca
Caracterización del agua de la UP-Puebla
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El inadecuado manejo y disposición de los residuos sólidos genera diversos efectos en la salud, en el medio ambiente y finalmente, en la economía.
A nivel nacional, de las 84 200 toneladas de residuos generados al día. Se recolecta el 77 por ciento y solo se dispone adecuadamente el 53 porciento.
JUSTIFICACIÓN
El actual modelo de consumo y economía social implica que la generación de residuos por parte de una población creciente sea, en consonancia, cada vez mayor. Ello implica la necesidad de aplicar medidas estratégicas y de planificación para reducir el volumen de residuos que se producen por parte de las diferentes actividades antropicas, y que generan, en mayor o menor medida, un perjuicio sobre el medio ambiente.
Como se ha mencionado, es un imperativo ambiental el considerar seriamente la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, para evitar el efecto del calentamiento global sobre el planeta.
MARCO TEÓRICO
DIGESTIÓN ANAEROBIA
Es un proceso biológico en el cual un consorcio de diversos microorganismos interactúan entre si, en ausencia de oxigeno, para estabilizar la materia orgánica por conversión a metano y otros productos inorgánicos incluyendo agua y dióxido de carbono.
Materia orgánica + H2O bacterias anaerobias CH4 + CO2 + NH3 + H2S + biomasa + calor
IMPORTANCIA DE LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA
La reducción de la emisión de gases de efecto invernadero parece ser la acción más prometedora para contrabalancear los dramáticos cambios climáticos que se acercan en el futuro .
Una opción de mitigación para el manejo de residuos animales es la digestión anaeróbica en donde se han visto reducciones de hasta 71% en la emisión de metano
El proceso de digestión anaeróbica puede considerarse como una tecnología moderna
MICROBIOLOGÍA DEL PROCESO
Metanogenesis
Polímeros complejos
Acidogénesis
Bacterias hidroliticas
Bacterias acidogénicas
Lípidos
Hidrólisis
Productos intermediarios: propionato, butirato,
valeriato
Ácidos grasos, alcoholes
CarbohidratosProteínas
Aminoácidos, azucares
Metanogenos acetoclasticos
H2, CO2
Metanogenos hidrogenofilicos
Acetato
CH4
FACTORES OPERACIONALES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE DEGRADACIÓN
Temperatura
Nutrientes
Agitación
Tiempo de residencia hidráulico y tiempo de retención de sólidos
Influencia del pH
Ácidos volátiles
Inhibición del proceso
La co-digestión de la fracción orgánica de residuos sólidos municipales y estiércol de vaca tienen un aparente efecto sinérgico el cual supera el desequilibrio en nutrientes y mejora la biodegradación, este efecto resulta en altos rendimientos de metano comparado con la digestión anaeróbica de estiércol de vaca como sustrato simple
CO-DIGESTIÓN CON ESTIÉRCOL DE VACA
PRODUCTOS FINALES
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Metano (55-65%) y el anhídrido carbónico (35-45%), en menor proporción, nitrógeno, (0-3%), hidrógeno (0-1%), oxígeno (0-1%) y sulfuro de hidrógeno (trazas) .
EFLUENTES
la fermentación anaerobia de la materia orgánica produce un residuo orgánico de excelentes propiedades fertilizantes. La composición del bioabono en promedio tiene 8.5% de materia orgánica, 2.6% de nitrógeno, 1.5% de fósforo, 1.0% de potasio y un pH de 7.5
USO DEL BIOGÁS
RESIDUOS SÓLIDOS
Fuente Instalaciones, actividades o localizaciones donde se generan
Tipo de residuo sólidos
Domestica Viviendas aisladas y bloques de baja, mediana y elevada altura, etc., unifamiliares y multifamiliares.
Residuos de comida, papel, cartón, plástico, textiles, cuero, residuos de jardín, madera, vidrio, latas de hojalata, aluminio, otros metales, cenizas, hojas en la calle, residuos especiales, * residuos domésticos peligrosos.
Comercial Tiendas, restaurantes, mercados, edificios de oficina, hoteles, moteles, imprentas, gasolineras, talleres mecánicos, etc.
Papel, cartón, plásticos, madera, residuos especiales, residuos peligrosos.
Institucional Escuelas, hospitales, cárceles, centros gubernamentales.
(como en comercial)
Construcción y demolición Lugares nuevos de construcción, lugares de reparación/renovación de carreteras, derribos de edificios, pavimentos rotos.
Madera, acero, hormigón, suciedad, etc.
Servicios municipales (excluyendo plantas de tratamiento)
Limpieza de calles, paisajismo, limpieza de cuencas, parques y playas, otras zonas de recreo.
Residuos especiales, basura, barreduras de la calle, recortes de arboles y plantas, residuos de cuencas, residuos generales de parques, playas y zonas de recreo.
Plantas de tratamiento; incineradoras municipales
Agua, aguas residuales y procesos de tratamiento industrial, etc.
Residuos de plantas de tratamiento, compuestos principalmente de fangos.
Residuos sólidos urbanos Todos los citados Todos los citadosIndustrial Construcción, fabricación ligera y
pesada, refinerías, plantas químicas, centrales térmicas, demolición, etc.
Residuos de procesos industriales, materiales de chatarra, etc. Residuos no industriales incluyendo residuos de comida, basura, cenizas, residuos de demolición y construcción, residuos especiales, residuos peligrosos.
Agrícolas Cosechas de campo, arboles frutales, viñedos, ganadería intensiva, granjas, etc.
Residuos de comida, residuos agrícolas, basura, residuos peligrosos.
COMPOSICIÓN DE LOS RSU
Subproducto E.U.A.
%
Francia
%
México
%
Colombia
%Papel y cartón
40 35 14 22
Plástico 8 7 6 5Metales 9 5 3 1Textiles - 5 1 4Vidrio 7 12 7 2
Residuos alimenticios
18 21 32 56
Residuos de jardinería
7 - 10 10
Otros 11 15 27 -
GESTIÓN DE LOS RESIDUOS
GENERACIÓN DE RESIDUOS
Eliminación(Disposición final)
Generación de residuos
Manipulación y separación almacenamiento y
procesamiento en el origen
Recolección
Transferencia y transporte Separación, procesamiento y transformación de
residuos sólidos
Zona * Generación per capital
diaria (kg/hab*día)
Generación anual
(toneladas)
Porcentaje (%)
Centro 0.841 15789612 50.1
D.F. 1.383 4350691 13.8
Norte 0.889 5983153 19.0
Sur 0.665 3074318 9.8
Frontera norte
0.836 2290725 7.3
Nacional 0.874 31488499 100
EFECTO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
Principales problemas CausasDeterioro del paisaje Acumulación de residuos sólidos sin cobertura cerca de
carreteras, caminos vecinales, asentamientos humanos y arroyos Incendios, dispersión de materiales ligeros y polvos
Contaminación del aire Olores desagradables propios de la descomposición de los residuos sólidos.
Incendios y suspensión de partículas Generación de gases tóxicos y humos
Contaminación de cuerpos de agua superficiales y subterráneos Ubicados de sitios en suelos permeables Carencia de un sistema de impermeabilización y control de
lixiviados Falta de cobertura diaria y final Cercanía de cuerpos de agua superficial y subterránea Carencia de obras de desvió de aguas pluviales
Contaminación del suelo Ubicación de sitios en suelos permeables Carencia de un sistema de impermeabilización y control de
lixiviados Falta de cobertura diaria y final Carencia de cuerpos de agua superficial y subterráneo Carencia de obras de desvió de aguas pluviales Falta de control de materiales ligeros.
Impacto en la salud Proliferación de fauna nociva Presencia de animales domésticos dentro del sitio Contacto directo con los residuos sólidos Migración y movilidad de contaminantes generados en los sitios
de disposición final, a través de suelo, aire y aguaImpacto social Abandono o falta de control de los sitios de disposición final
Existencia de materiales aprovechables
ESTIÉRCOL
DEFINICIÓN DE RESIDUO GANADEROS
La paja y restos de alimentos, y otra liquida que se denomina.
Caracterización y composición de los residuos ganaderos
Parámetro Concentración
Materia seca 7 %
DBO5 15000 mg/l
DQO 60000 mg/l
NTK 4500 mg/l
Fosforo 1.700 mg/l
Potasio 5800 mg/l
MATERIALES Y MÉTODOS
REVISIÓN DE NOMAS PARA LOS MÉTODOS ANALÍTICOS
Parámetros Norma
Materia orgánica NMX-AA-021-1985
Demanda química de oxigeno (DQO) NMX-AA-030-SCFI-01
Sólidos totales, volátiles y fijos NMX-AA-034-SCFI-01
Alcalinidad NMX-AA-0-
pH NMX-AA-0-
MATERIA ORGÁNICA
ClasificaciónPeso en kg % Total
Hiervas 1.772 2.7908588
Lechuga 5.305 8.3552518
Jitomates 2.196 3.458649
Nopal 0.843 1.3277054
Chile 0.843 1.3277054
Calabaza 0.864 1.3607799
Frutas (mango, manzana, sandia y plátano) 11.63 18.31698
Aguacate 9.941 15.656844
Varios (inorgánicos) 30.099 47.405226
Total 63.493 100
Clasificación Peso en kg
% TotalHiervas 1.772 5.3063425Lechuga 5.305 15.886087Jitomates 2.196 6.5760316Nopal 0.843 2.5244056Chile 0.843 2.5244056Calabaza 0.864 2.5872911Frutas (mango, manzana, sandia y plátano)
11.63
34.826616Aguacate 9.941 29.768821Total 33.394
ESTIÉRCOL DE VACA
Como inoculo para la digestión se utilizo estiércol de vaca fresco, el cual se diluyo en agua en una relación 1:1.5, una ves realizado esto se prosiguió a filtrar para eliminar la paja que se encuentra en el estiércol, ya que esta por su alto contenido en celulosa es difícil de degradar.
AGUAS RESIDUALES DE LA UP-PUEBLA
Los parámetros que se consideraron más importantes a medir fueron:
1. pH
2. Alcalinidad
3. DQO
4. Sólidos totales, volátiles y fijos
Para medir estos parámetros se realizo un muestreo simple durante una semana.
REACTORES
Los reactores se acondicionaron de acuerdo a las necesidades de la digestión, fue necesario verificar que los reactores no presentaran fugas, ya que esto impediría la medición del volumen del gas producido.
DIGESTIÓN ANAEROBIA
Para el llenado de los reactores se realizaron 6 composiciones diferentes en cuanto a la concentración de sólidos totales. En la tabla 18 Se observa la cantidad de materia que orgánica y volumen de estiércol que se ocupo para este trabajo
Numero de digestor
Materia orgánica (g)
Estiércol Concentración de sólidos totales de materia orgánica
(g/l)
Concentración de sólidos totales de estiércol
(g/l)
Total de sólidos totales
R1 11.93 34.37 1 1 2R2 29.83 34.37 2.5 1 3.5R3 11.93 85.93 1 2.5 3.5R4 29.83 85.93 2.5 2.5 5R5 59.66 0 5 0 5R6 0 85.93 0 5 5
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA UP-PUEBLA
Fechas
Parámetros 11/06/12 12/06/12 13/06/12 14/06/12
pH 8.66 8.73 9.42 8.81
Alcalinidad 36 37.28 38 45.29
DQO 30.8 28 57.4 71.4
Sólidos totales 1.1 1 1.1 1.2
Sólidos volátiles
.340 .350 .340 .361
Sólidos fijos .76 .65 .76 .839
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Dias
pH
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Dias
CaCO3(mg/l)
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50
10
20
30
40
50
60
70
80
Dias
O2 (mg/l)
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
ST SV SF
Dias
Axis Title
CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
5
6
pH
Tiempo (Dias)
pH
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
5
6
Sólidos Totales Sólidos Volátiles Sólidos Fijos
Tiempo (Dias)
ST, SV y SF (g/l)
0 5 10 15 20 25 300
2000400060008000
100001200014000160001800020000
DQOt DQOs
Tiempo (Dias)
O2 (mg/l)
Caracterización de estiércol
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
5
6
7
8
9
pH
Tiempo (Dias)
pH
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
5
Sólidos Totales Sólidos Volátiles Sóidos Fijos
Tiempo (Dias)
ST, SV y SF (g/l)
0 5 10 15 20 25 300
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
DQOt DQOs
Tiempo (Dias)
O2 (mg/l)
REACTOR 1
0 5 10 15 20 25 30 356
8
10
pH
pH
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
Sólidos TotalesSólidos VolátilesSólidos Fijos
0 5 10 15 20 25 300
2000
4000
6000
8000
10000
12000
DQOtDQOs
REACTOR 2
0 5 10 15 20 25 306
7
8
9
pH
pH
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
5
6
SólidosSólidos VolatilesSólidos Fijos
0 5 10 15 20 25 300
2000
4000
6000
8000
10000
12000
DQOtDQOs
0 5 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
Tiempo (días)
Volu
men d
e B
iogás (
ml)
REACTOR 3
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
5
6
7
8
9
pH
pH
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
5
6
Sólidos TotalesSólidos VolátilesSólidos Fijos
0 5 10 15 20 25 300
5000
10000
15000
20000
25000
Series1Series3
REACTOR 4
0 5 10 15 20 25 306
8
10
pH
pH
0 5 10 15 20 25 300
1
2
3
4
5
6
Sólidos TotalesSólidos VolátilesSólidos Fijos
0 5 10 15 20 25 300
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
DQOtDQOs
CONCLUSIÓN
PERSPECTIVAS
BIBLIOGRAFÍA
Top Related