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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
QUÍMICA DE ALIMENTOS
EVALUACIÓN POR VALORACIÓN DEL POTENCIAL DE
BIOMETANIZACIÓN DEL RENDIMIENTO DE PRODUCCIÓN DE METANO
A PARTIR DE SUERO LÁCTEO DE LA QUESERÍA ARTESANAL DE LA
ZONA RURAL DE MACHACHI INOCULADO CON ESTIÉRCOL BOVINO
Trabajo de investigación presentando como requisito previo para la obtención del título
de: Químico de Alimentos.
Autor: Lizeth Katherine Cantuña Cóndor
Tutor: Msc. Díaz Basantes Milene Fernanda
Quito, junio 2018
ii
DEDICATORIA
Dedico mi tesis con todo mi amor y cariño a mis padres Alejandro Cantuña y Fanny
Cóndor dos pilares fundamentales en mi formación quienes me brindan su apoyo
emocional, moral, espiritual y económico para seguir luchando por lo que quiero y
nunca darme por vencida.
A mi abuelita Petrona Achig un ángel en mi vida, que desde el cielo me brinda sus
bendiciones para que si en algún momento sufra una caída me pueda levantar con
mucha fuerza y ánimo para seguir adelante, yo sé que desde donde ella esta se siente
orgullosa de mi por cumplir una de las muchas metas en mi vida que tengo planeadas
realizar.
A mi abuelita Mercedes Morales quien está siempre preocupada por mi bienestar y me
brinda sus bendiciones.
A mi hermano Saúl Cantuña y a su pequeña hija Yamileth mi sobrina que desde que
llego a este mundo con sus travesuras alegra cada día de nuestras vidas.
Y en general a toda mi familia tíos, primos que me extendieron su mano, además de
brindarme un consejo lleno de sabiduría, a través de sus palabras a veces bromas me
dieron un ejemplo de lucha, el cual dice que la vida es difícil de enfrentar pero cuando
uno desea algo con mucha fuerza lo consigue no importa el tiempo que se tarde lo que
importa es la perseverancia y el deseo enorme que uno tiene para superarse como
profesional.
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AGRADECIMIENTOS
La vida es un reto que se debe enfrentar día a día con mucha sabiduría, al cumplir una
de las metas trazadas quiero agradecer en primera instancia a papito Dios, a la
Virgencita del Quinche y a la Virgencita del Cisne en quienes he depositado mi vida y
bienestar para cada día que salgo de casa regresar con bien.
A mis padres por haberme brindado la vida para que yo pueda estar en este mundo
donde al pasar los días se aprende cosas nuevas.
A mi hermano que a pesar de las diferencias que tenemos, siempre está ahí para
brindarme un abrazo, un consejo y una sonrisa la cual me ha inspirado para no caer al
contario, esa sonrisa cálida que me brinda me da fuerzas para levantarme y continuar.
A mi tutora MSc. Milene Díaz que me extendió su mano y me brindó un consejo
cuando estaba a punto de darme por vencida y dejar todo atrás, gracias por soportar mis
momentos de llanto y debilidad. A los miembros de tribunal MSc. Irma Gonza y MSc
Juan Sebastián Serrano por la compresión y los conocimientos compartidos. También
quiero agradecer a una excelente profesional MSc. Lorena Goetschel por compartir sus
experiencias y conocimientos.
A mi estimada MSc. Paola Cují quien me brindó una oportunidad para realizar la tesis
en el laboratorio de Biomasa del INER, además de compartir sus conocimientos y su
tiempo para resolver dudas acerca de cómo realizar la investigación, también agradezco
a cada uno de los miembros que forman parte del equipo de investigación del
laboratorio de Biomasa INER por brindarme su ayuda para sobrellevar la
experimentación y que esta concluya a cabalidad.
A cada uno de los miembros del OSP quienes me abrieron las puertas del laboratorio
para llevar a cabo parte de la investigación. Muchas gracias Dr. Geovanny Garófalo,
Bioq. Alicia Cepa, Bioq. Viviana Pacheco por su paciencia.
A mi primo Ing. Armando Quishpe mi ejemplo a seguir, gracias primo por darme un
jalón de orejas cuando quería desistir de seguir estudiando.
A mis amigos Evelyn, Mauricio, Carlitos, Belén, Nora, Jenny, Jessica, Gina, Anais
quienes compartieron conmigo esta lucha constante que parecía no tener fin pero que
ahora estoy concluyendo con la frente en alto, gracias por su amistad y sus consejos que
me ayudaron a ser una persona fuerte.
A mis compañeros de profesión Alex, Nathaly, Katherine, Diego y Stephy por
compartir muchos momentos agradables.
Finalmente quiero agradecer a mi familia, gracias por estar siempre pendientes a lo
largo de mis estudios y durante la realización de la investigación.
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vii
ÍNDICE DE CONTENIDOS
Introducción ............................................................................................................ 1
Capítulo I ................................................................................................................ 3
1. El Problema ........................................................................................................ 3
1.1 Planteamiento del problema .................................................................... 3
1.2 Formulación del problema ...................................................................... 4
1.2.1 Preguntas directrices. ......................................................................... 5
1.3 Objetivos de la investigación .................................................................. 5
1.3.1 Objetivo general. ............................................................................... 5
1.3.2 Objetivos específicos. ........................................................................ 5
1.4 Justificación e Importancia de la investigación ...................................... 5
Capítulo II ............................................................................................................... 7
2. Marco Teórico .................................................................................................... 7
2.1 Antecedentes de la investigación ............................................................ 7
2.2 Fundamentación teórica .......................................................................... 8
2.2.1 Bioenergía sostenible. ........................................................................ 8
2.2.2 Biocombustibles. ............................................................................... 9
2.2.3 Digestión anaerobia de residuos (DA). ............................................ 10
2.2.4 Biogás. ............................................................................................. 16
2.2.5 Metano como producto. ................................................................... 16
2.2.6 Potencial bioquímico de metano (PBM).......................................... 17
2.2.7 Suero lácteo como sustrato. ............................................................. 21
2.2.8 Estiércol como inóculo. ................................................................... 23
2.2.9 Estiércol bovino. .............................................................................. 23
2.2.10 Métodos de análisis y cuantificación de biogás (Metano). ............ 24
2.3 Fundamento legal .................................................................................. 25
2.3.1 Constitución de la República del Ecuador. ...................................... 26
viii
2.3.2 Plan Nacional del Buen Vivir. ......................................................... 26
2.3.3 Ley de Gestión Ambiental. .............................................................. 26
2.3.4 Ley de Prevención y Control de la Contaminación. ........................ 27
2.3.5 Normas: (COOTAD). ...................................................................... 27
2.4 Hipótesis ............................................................................................... 28
2.4.1 Hipótesis de trabajo (Hi). ................................................................. 28
2.4.2 Hipótesis nula (Ho). ......................................................................... 28
2.5 Sistemas de variables ............................................................................ 28
2.5.1 Variable dependiente. ...................................................................... 28
2.5.2 Variable independiente. ................................................................... 28
Capítulo III ........................................................................................................... 29
3. Metodología de la Investigación ...................................................................... 29
3.1 Diseño de la investigación .................................................................... 29
3.2 Población y Muestra ............................................................................. 29
3.3 Métodos y Materiales ............................................................................ 30
3.3.1 Materiales. ....................................................................................... 30
3.3.2 Equipos. ........................................................................................... 32
3.3.3 Reactivos. ........................................................................................ 33
3.3.4 Métodos. .......................................................................................... 34
3.4 Diseño experimental ............................................................................. 43
3.5 Matriz de operacionalización de variables ............................................ 44
3.6 Técnica e Instrumento de recolección de datos .................................... 44
3.7 Técnica de procesamiento y Análisis de datos...................................... 45
3.7.1 Análisis estadístico descriptivo para caracterización del sustrato y el
inóculo. ..................................................................................................... 46
3.7.2 Análisis estadístico explicativo para determinar efecto de las variables
independiente sobre sobre las variables dependientes. ............................. 46
Capítulo IV ........................................................................................................... 47
ix
4. Análisis y Discusión de resultados ................................................................... 47
4.1 Caracterización del sustrato (suero lácteo) ........................................... 47
4.1.1 Determinación de pH (upH). ........................................................... 47
4.1.2 Determinación de sólidos totales (SST) y sólidos volátiles (SSV). 48
4.1.3 Determinación de ácidos grasos volátiles (AGV) y alcalinidad total (AT).
.................................................................................................................. 49
4.1.4 Determinación de proteína cruda (PC). ........................................... 50
4.1.5 Determinación de grasa cruda (GC). ............................................... 51
4.1.6 Determinación de densidad.............................................................. 52
4.1.7 Determinación de demanda química de oxígeno (DQO). ............... 52
4.2 Caracterización fisicoquímica del inóculo (estiércol bovino) .............. 54
4.3 Ensayos de biodegradabilidad anaerobia de mezclas suero lácteo (S): estiércol
bovino (I) .................................................................................................... 55
4.3.1 Caracterización fisicoquímica de las mezclas suero lácteo (sustrato) /
estiércol bovino (inóculo), al inicio y final del proceso. .......................... 56
4.3.2 Variación de los parámetros fisicoquímicos para las mezclas SL: EB con
el proceso de digestión anaerobia. ............................................................ 59
4.3.3 Evaluación del potencial de biometanización (PBM) para las diferentes
mezclas (S/I). ............................................................................................ 64
4.3.4 Análisis de varianza (ANOVA) de dos factores para la evolución del
potencial de biometanización (PBM) de las mezclas SL: EB. ................. 68
4.3.5 Análisis de varianza (ANOVA) de dos factores para el rendimiento en
porcentaje de producción acumulada de metano de las mezclas SL: EB. 70
Capítulo V ............................................................................................................ 73
5. Conclusiones y Recomendaciones ................................................................... 73
5.1 Conclusiones ......................................................................................... 73
5.2 Recomendaciones ................................................................................. 74
6. Bibliografía ....................................................................................................... 75
7. Anexos .............................................................................................................. 80
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Esquema general del proceso bioquímico durante la digestión anaeróbica .... 11
Figura 2. Composición en g/kg para lactosueros dulces y ácidos de quesos ................. 22
Figura 3. Contenido de materia orgánica y algunos micronutrientes en función del
porcentaje de materia seca de diferentes animales domésticos y el humano ................. 24
Figura 4. a) Método manométrico (Equipo OxiTop®); b) Esquema del montaje
experimental del método volumétrico ............................................................................ 25
Figura 5. Muestreo de suero lácteo: a) Recolección de suero lácteo en botellones
plásticos herméticos de 6L, b) Suero lácteo usado para el montaje de los biodigestores
........................................................................................................................................ 34
Figura 6. Muestreo de estiércol bovino (inóculo): a) Remoción de la parte seca de la
deyección, b) Recolección de la parte fresca de la deyección, c) Homogenización para
la obtención de una muestra compuesta de estiércol, d) Bolsas de estiércol con cierre
hermético ........................................................................................................................ 35
Figura 7. Sistema de medición de metano (CH4) por desplazamiento alcalino ............. 42
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Principales reacciones metanogénicas.............................................................. 13
Tabla 2. Bacterias aisladas en un reactor anaerobio que participan en cada una de las
etapas metabólicas .......................................................................................................... 14
Tabla 3. Ventajas y limitaciones de la digestión anaerobia............................................ 15
Tabla 4. Componentes químicos principales del biogás ................................................ 16
Tabla 5. Rangos de temperatura y tiempo de fermentación anaeróbica ......................... 18
Tabla 6. Métodos para el análisis fisicoquímico ............................................................ 36
Tabla 7. Ensayos realizados para obtención de biogás................................................... 41
Tabla 8. Cantidades de suero lácteo (sustrato) y estiércol bovino (inóculo) colocadas en
los biodigestores ............................................................................................................. 42
Tabla 9. Combinaciones para los tratamientos ............................................................... 44
Tabla 10. Matriz de operacionalización de variables ..................................................... 44
xi
Tabla 11. Promedios del pH (upH) de las muestras analizadas ..................................... 47
Tabla 12. Promedios del porcentaje de sólidos totales (% SST) obtenidos durante las
dos semanas de ensayos.................................................................................................. 48
Tabla 13. Promedios del porcentaje de sólidos volátiles (% SSV) ................................ 48
Tabla 14. Promedio de alcalinidad total en (mg CaCO3 /L) por día durante las dos
semanas de análisis ......................................................................................................... 49
Tabla 15. Promedio de ácidos grasos volátiles en (mg ac acético/L) por día durante las
dos semanas de análisis .................................................................................................. 50
Tabla 16. Promedio del porcentaje de proteína cruda (% PC) analizada durante las tres
semanas de muestreo ...................................................................................................... 50
Tabla 17. Promedio del porcentaje de grasa cruda (% GC) presente en las muestras de
suero lácteo por día ......................................................................................................... 51
Tabla 18. Promedio de densidad relativa y densidad absoluta a 20°C ........................... 52
Tabla 19. Promedio de DQO en mg O2/L para las muestras analizadas de suero lácteo
(sustrato) ......................................................................................................................... 52
Tabla 20. Resultados de la caracterización fisicoquímica del sustrato (suero lácteo).... 53
Tabla 21. Resultados de la caracterización fisicoquímica del inóculo (estiércol bovino)
........................................................................................................................................ 55
Tabla 22. Valores iniciales y finales de los parámetros fisicoquímicos para el ensayo 1
y ensayo 4 ....................................................................................................................... 56
Tabla 23. Valores iniciales y finales de los parámetros fisicoquímicos para el ensayo 2
(SB-75SL: 25EB; LB-465) ............................................................................................. 57
Tabla 24. Valores iniciales y finales de los parámetros fisicoquímicos para el ensayo 3
(SB-50SL: 50EB; LB-464) ............................................................................................. 57
Tabla 25. Valores iniciales y finales de los promedios de los datos obtenidos para el
ensayo 5 (CB-75SL: 25EB; LB-462) ............................................................................. 58
Tabla 26. Valores iniciales y finales de los promedios de los datos obtenidos para el
ensayo 6 (CB-50SL: 50EB; LB-461) ............................................................................. 58
Tabla 27. Potencial de biometanización acumulado en (m3CH4/kg SV sustrato)
determinado para cada mezcla SL: EB ........................................................................... 68
Tabla 28. Resultados del ANOVA de dos factores con varias muestras por grupo para la
evolución del potencial de biometanización (PBM) de las diferentes mezclas SL: EB . 69
xii
Tabla 29. Resultados de la prueba LDS al 95% para el potencial de biometanización
(PBM) de las diferentes mezclas SL: EB ....................................................................... 69
Tabla 30. Rendimiento de producción de metano acumulado en porcentaje determinado
para cada mezcla SL: EB. ............................................................................................... 70
Tabla 31. Resultados del ANOVA de dos factores con varias muestras por grupo para el
rendimiento acumulado en porcentaje de metano (% CH4) de las diferentes mezclas SL:
EB ................................................................................................................................... 71
Tabla 32. Resultados de la prueba LDS al 95% para el rendimiento acumulado en
porcentaje de metano (% CH4) de las diferentes mezclas SL: EB ................................. 72
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1. Valores de pH antes y después del proceso de digestión anaerobia para las
diferentes mezclas SL: EB.............................................................................................. 60
Gráfico 2. Valores iniciales y finales de los contenidos de ácidos grasos volátiles
(AGV) presentes en las diferentes mezclas SL: EB ....................................................... 61
Gráfico 3. Valores iniciales y finales de los contenidos de alcalinidad total (AT)
presentes en las diferentes mezclas SL: EB ................................................................... 61
Gráfico 4. Contenido de sólidos totales (% SST) antes y después del proceso de
digestión anaerobia para las diferentes mezclas SL: EB ................................................ 62
Gráfico 5. Contenido de sólidos volátiles (% SSV) antes y después del proceso de
digestión anaerobia para las diferentes mezclas SL: EB ................................................ 63
Gráfico 6. Valores iniciales y finales de DQO obtenidos para las diferentes mezclas SL:
EB con el proceso de digestión anaerobio. ..................................................................... 64
Gráfico 7. Producción específica de metano acumulada correspondiente a los ensayos
de biodegradabilidad anaeróbica. Los valores representan el promedio de las tres
réplicas de cada ensayo .................................................................................................. 65
Gráfico 8. Rendimiento de producción de metano para cada ensayo medido cada 8 días
durante el tiempo de retención hidráulica ...................................................................... 66
Gráfico 9. Variación de temperatura en °C durante el proceso de digestión anaerobia
para todas las mezclas SL: EB........................................................................................ 67
Gráfico 10. Gráfico de medias para el potencial de biometanización (PBM) de las
mezclas SL: EB .............................................................................................................. 70
xiii
Gráfico 11. Gráfico de medias para el porcentaje de metano acumulado de las mezclas
SL: EB ............................................................................................................................ 72
Gráfico 12. Variación de pH (upH) del suero lácteo durante las dos semanas de
muestreo ......................................................................................................................... 83
Gráfico 13. Variación del porcentaje de sólidos totales (% SST) en el suero lácteo ..... 83
Gráfico 14. Variación del porcentaje de sólidos volátiles (% SSV) en el suero lácteo .. 84
Gráfico 15. Variación de los valores de alcalinidad total (mg CaCO3/L) del suero lácteo
durante las dos semanas de muestreo ............................................................................. 84
Gráfico 16. Variación de la concentración de ácidos grasos volátiles (mg ac acético/L)
en el suero lácteo durante las dos semanas de muestreo ................................................ 85
Gráfico 17. Variación del porcentaje de proteína cruda en el suero lácteo durante las
tres semanas de muestreo ............................................................................................... 85
Gráfico 18. Variación del porcentaje de grasa cruda en el suero lácteo durante los días
de muestreo ..................................................................................................................... 86
Gráfico 19. Variación de la densidad relativa (g/ml) del suero lácteo por día de
muestreo ......................................................................................................................... 86
Gráfico 20. Variación de la demanda química de oxígeno para el suero lácteo por día de
muestreo ......................................................................................................................... 87
xiv
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo A: Esquema causa efecto .................................................................................... 80
Anexo B: Diagrama de flujo para la determinación del potencial de biometanización a
partir de suero lácteo inoculado con estiércol bovino .................................................... 81
Anexo C. Gráficas de control de la caracterización fisicoquímica del suero lácteo
(sustrato) ......................................................................................................................... 83
Anexo D. Instrumento de recolección de datos para la caracterización fisicoquímica del
sustrato por semana de muestreo .................................................................................... 88
Anexo E. Características fisicoquímicas del estiércol bovino (inóculo) para cada
muestreo realizado .......................................................................................................... 92
Anexo F. Datos obtenidos de la caracterización fisicoquímica inicial y final de cada
mezcla ............................................................................................................................. 93
Anexo G: Matriz de recolección de datos de desplazamiento de volumen, temperatura,
y potencial de biometanización para las mezclas (SL: EB) ........................................... 95
Anexo H. Datos de lectura del porcentaje de metano .................................................. 103
Anexo I. Registro fotográfico ....................................................................................... 105
Anexo J. Cromatogramas obtenidos del porcentaje de metano (CH4) ......................... 113
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1. Contenido de carbono en base seca ............................................................ 40
Ecuación 2. Contenido de nitrógeno en base seca .......................................................... 40
Ecuación 3. Volumen de gas en condiciones normales de temperatura y presión ......... 45
xv
Tema: Evaluación por valoración del potencial de biometanización del rendimiento de
producción de metano a partir de suero lácteo de la quesería artesanal de la zona rural
de Machachi inoculado con estiércol bovino.
Autora: Lizeth Katherine Cantuña Cóndor
Tutora: MSc. Milene Fernanda Díaz Basantes
RESUMEN
El propósito de esta investigación fue evaluar a través del potencial de biometanización
(PBM), el rendimiento de producción de metano, para ello se tomó como muestra suero
lácteo (sustrato) procedente de la empresa artesanal “Lácteos Kathy” dedicada a la
elaboración de quesos frescos situada en la parroquia de Machachi. El estiércol bovino
(inóculo) se recolectó de 12 vacas lecheras de una hacienda situada en la misma
parroquia, para los dos casos se realizó una caracterización fisicoquímica, la
caracterización del suero se efectuó por dos semanas los días jueves, sábado, domingos
incluyendo una mezcla. Para evaluar el potencial de biometanización se probó dos
composiciones en porcentaje de sólidos volátiles (% SV) de sustrato/ inóculo: 75/25%;
50/50% con y sin adición de buffer (NaHCO3), el proceso de biodigestión se llevó a
cabo en un tiempo de retención hidráulica de 34 días, a una temperatura de 30°C, como
solución barrera se utilizó una solución de NaOH (0,1N). La medición del volumen de
desplazamiento y de temperatura se tomó por día; para comprobar el consumo de
materia orgánica se realizó una caracterización a las mezclas tanto al inicio como al
final del proceso. El análisis de la composición de biogás se realizó aproximadamente
cada 8 días, la producción de metano empezó a descender debido al descenso de pH
otorgado por la fermentación de la lactosa. En todos los casos existió producción de
metano, la mezcla de 50:50 sin buffer presentó un PBM DE 0,16 m3 CH4/ kg SV con un
porcentaje acumulado de metano de 3,49%, estableciendo que el suero lácteo puede
servir como sustrato para la producción de biogás.
PALABRAS CLAVE: POTENCIAL DE BIOMETANIZACIÓN (PBM),
DIGESTIÓN ANAERÓBIA, SUERO LÁCTEO, ESTIÉRCOL BOVINO, BIOGÁS,
METANO.
xvi
Topic: Evaluation for assessment of the potential performance of biomethanisation of
methane production from whey of the artisanal cheese factory in the rural area of the
Machachi inoculated with bovine manure.
Author: Lizeth Katherine Cantuña Cóndor
Tutor: MSc. Milene Fernanda Díaz Basantes
ABSTRACT
The purpose of this research was to evaluate through the potential of biomethanization
(PBM), the production yield of methane, for it was taken as sample whey (substrate)
from the artisan company "Dairy Kathy" dedicated to the production of cheeses
frescoes located in the parish of Machachi. The bovine manure (inoculum) was
collected from 12 dairy cows from a farm located in the same parish, for both cases a
physicochemical characterization was carried out; the characterization of the whey was
carried out for two weeks on Thursdays, Saturdays and Sundays including a mixture.
To evaluate the biomethanization potential, two compositions were tested in percentage
of volatile solids % (SV) of substrate / inoculum: 75/25%; 50/50% with and without
addition of buffer (NaHCO3), the biodigestion process was carried out in a hydraulic
retention time of 34 days, at a temperature of 30°C, as a barrier solution was used a
NaOH solution (0,1N). The displacement and temperature volume measurement were
taken per day; to characterize the consumption of organic matter, a characterization of
the mixtures was carried out at the beginning and at the end of the process. The analysis
of the biogas composition was carried out approximately every 8 days; the production
of methane began to decrease due to the decrease in pH granted by the fermentation of
the lactose. In all cases there was methane production, the 50:50 mixture without buffer
showed a PBM OF 0,16 m3
CH4/kg SV with an accumulated percentage of methane of
3,49%, establishing that the whey can serve as a substrate for the production of biogas.
KEYWORDS: BIOMETHANIZATION POTENTIAL (PBM), ANAEROBIC
DIGESTION, WHEY, BOVINE MANURE, BIOGAS, METHANE.
1
Introducción
En los últimos años el tratamiento tanto de residuos sólidos como residuos
líquidos suma gran importancia, ya que al descomponerse generan biogás un excelente
recurso energético limpio, que a su vez ayuda a reducir la contaminación del medio
ambiente (Holguín, 2017).
La opción de gestionar el lactosuero mediante una valorización energética ha
adquirido gran importancia durante los últimos años, siendo una de las alternativas de
gran interés el aprovechamiento energético por digestión anaerobia. Debido a las
características propias del lactosuero, como el alto contenido de proteínas, lactosa y
minerales, lo hacen un sustrato adecuado, para la producción de biogás. El porcentaje
de metano presente en el biogás proveniente del suero lácteo varía entre un 60% y 80%
componente mayoritario que se aprovecha como fuente de energía renovable que puede
ser usado como combustible, además de proporcionar calor y electricidad. (Repullo,
2009)
La implementación de un sistema de biogás puede ser una alternativa efectiva
con grandes beneficios económicos, y más si el proceso de digestión anaerobia se lleva
a cabo con la ayuda de una codigestión que incrementa el desempeño del proceso, para
lo cual en la investigación se hizo uso del estiércol bovino como inóculo para crear un
mejor balance de nutrientes, materia orgánica degradable, pH, relación carbono/
nitrógeno y materia seca, por otro lado la mezcla sustrato/inóculo mejora la estabilidad
de los microorganismos metanogénicos. (Hernández, 2015)
El propósito de esta investigación fue identificar el uso que se puede dar al
suero lácteo generado como subproducto en el proceso de elaboración de quesos
frescos en empresas artesanales, los mismos que son desechados como efluente a los
suelos o en su lugar se lo utiliza como alimento para cerdos, debido a que las
tecnologías alternativas diseñadas para darle un valor agregado son altamente costosas
para ser implementadas.
En el Capítulo I se detalla el problema a resolver, para ello se realizó una amplia
revisión bibliográfica, de esa manera se logró establecer si el problema formulado, así
como los objetivos, general y específicos planteados, son viables de realizar; finalmente
con la ayuda de un árbol de problemas (Anexo A) se pudo establecer como dar solución
al mismo durante el desarrollo del proyecto de investigación, el problema a resolver se
planteó de la siguiente manera ¿Qué relación de estiércol bovino aplicado como inóculo
y suero lácteo como sustrato permite mayor porcentaje de rendimiento al producir
metano?.
En el Capítulo II, se detalla el fundamento teórico, el mismo que se evaluó a
partir de la conceptualización de las variables, se especifican los antecedentes de
investigaciones que poseen cierta relación con el tema planteado y que sirvieron de guía
para el desarrollo del proyecto, también se establece el fundamento legal donde se
muestra la normativa relacionada a temas de aprovechamiento energético y medio
2
ambiente que sustentan la aplicabilidad del trabajo presentado, finalmente se detallan
las hipótesis que son la respuesta al problema plantado y las variables que se describen
acorde al nivel de investigación máximo al que se logró llegar en el proyecto.
En el Capítulo III se detalla el paradigma de la investigación el cual corresponde
a un paradigma cuantitativo, el nivel de investigación, en este caso es explicativo y el
tipo de investigación que corresponde a la investigación experimental, además se
describe cómo se realizó: el muestreo, la tabulación de datos y el análisis estadístico
propuesto.
En el Capítulo IV se detalla el análisis estadístico para el potencial de
biometanización y el rendimiento de producción de metano, gráficas de control, para la
caracterización del sustrato y las gráficas en barra de comparación para la
caracterización una vez concluido el proceso de biodigestión.
Finalmente, en el Capítulo V se detallan las conclusiones relacionadas a los
objetivos planteados y las recomendaciones para continuar con futuras investigaciones
relacionados al tema propuesto.
3
Capítulo I
1. El Problema
1.1 Planteamiento del problema
Es de conocimiento general considerar a la leche como elemento de primera
necesidad, debido a su elevado contenido de nutrientes como proteínas de alto valor
biológico, hidratos de carbono en forma de lactosa, grasas, vitaminas liposolubles,
vitaminas del complejo B y minerales (calcio y fósforo), que mejora el nivel de salud
de la población. (Fernández, Martínez, & Hernández, 2015)
En Ecuador según datos establecidos por el Ministerio de Agricultura,
Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP), se producen a diario alrededor de 5,4
millones de litros de leche, de esta cantidad aproximadamente 1,4 millones de litros se
quedan en las haciendas para autoconsumo o para alimentación de terneros; 4 millones
de litros son comercializados en los distintos mercados, 2,8 millones de litros son
transformados por industrias que procesan derivados y 1,2 millones de litros son
utilizados para elaborar quesos artesanales (Magap, 2016). Por otro lado, el Instituto de
Promoción de Exportaciones e Inversiones (PRO-ECUADOR) para el 2014 categorizó
a la región Sierra como la principal productora de leche con el 75,90%, seguido de la
región Costa con el 18,84% y la región Oriental junto a las zonas no delimitadas con el
5,26% (PROECUADOR, 2016). Por su parte en el cantón Mejía, la producción de leche
es de 240 mil litros por día, que se encuentran distribuidos en las parroquias de
Machachi, Aloag, Tambillo, Aloasí, Cutuglahua, Uyumbicho y Chaupi (Flores Zaruma,
2009).
A parte de los beneficios a nivel alimenticio que proporciona la leche para el
consumo humano, la misma es utilizada a nivel industrial para la elaboración de ciertos
productos, tal es el caso del queso artesanal, cuya elaboración se ha ido incrementando
en los últimos años, en Ecuador existen tanto empresas formales y artesanales
dedicadas a la elaboración de este producto.
En la industria láctea para obtener 500 g de queso fresco se requieren
aproximadamente 3,2 litros de leche, generándose 2,3 litros de lactosuero como
subproducto, este último se define como el residuo líquido de color amarillento que se
obtiene mayoritariamente después de la separación de la cuajada en la elaboración de
quesos (Pasmay Macías, 2015), contiene cerca de 55% del total de ingredientes de la
leche como lactosa, proteínas solubles, lípidos y sales minerales. El lactosuero al no
poseer un uso determinado muchas veces es desechado como efluente, esta forma de
eliminación provoca serios problemas ambientales ya que afecta física y químicamente
la estructura del suelo, disminuye el rendimiento de cultivos agrícolas; además al ser
desechado en el agua ocasiona la pérdida mensurable de la vida acuática debido al
agotamiento del oxígeno disuelto (OD) (Parra Huertas, 2010). En Ecuador la mayor
parte de productores dedicados a la elaboración de quesos frescos, trabajan en el campo
y el uso frecuente que se destina es su venta para alimentación de cerdos como
4
suplemento alimenticio o en su defecto lo utilizan como adulterante, es decir para
completar los litros de leche para su comercialización.
Uno de los problemas más graves que genera el lactosuero y que preocupa a los
habitantes del sector rural en la parroquia de Machachi perteneciente al Cantón Mejía,
en especial a los propietarios de la empresa artesanal Lácteos Kathy, que para realizar
quesos frescos utilizan 600 litros de leche diarios con un subproducto de 440 litros de
lactosuero, es la contaminación ambiental, ya que el principal elemento afectado es el
suelo, provocando en él un fenómeno denominado lixiviación, que se presenta debido
al contenido de nitrógeno soluble en agua que forma parte de su composición este es
arrastrado hasta llegar a los mantos freáticos, convirtiéndose en un peligro tanto para la
salud humana como para la salud animal. (Guerrero Cabrera, 2017)
Para evitar los problemas de contaminación provocados por el uso inadecuado
de lactosuero, en la actualidad se realizan estudios (utilizando tecnologías como el
fraccionamiento, deshidratación, fermentación, digestión anaerobia etc.) cuyo objetivo
es transformar el mismo en un producto útil de alto valor agregado (Ramírez Navas,
2012). La posibilidad de introducir un tratamiento biológico, como la digestión
anaerobia se presenta como una opción factible que puede permitir gestionar y valorizar
económicamente el lactosuero gracias al aprovechamiento energético del biogás
(Fernández Rodríguez, 2014).
El biogás (mezcla de metano y dióxido de carbono) es el resultado de un
proceso donde los materiales orgánicos son descompuestos por las bacterias en
condiciones anaeróbicas; para su obtención existen muchos residuos orgánicos que
actúan como sustrato e inóculo, siendo uno de ellos el lactosuero, considerado como un
sustrato adecuado para ser tratado por sistemas de bioconversión anaerobia debido a su
elevado contenido de materia orgánica.
En general se utiliza el suero lácteo proveniente de las industrias lácteas en
especial de aquellas empresas artesanales que no tienen la capacidad tecnológica para el
tratamiento o reutilización del mismo, siendo una opción factible que puede beneficiar
al pequeño productor, la ejecución de este proyecto permite ofrecer soluciones limpias
de aprovechamiento efectivo de residuos, a partir de la producción de biogás una fuente
de energía limpia y renovable cuyo componente mayoritario es el metano que
proporciona varios beneficios como: la reducción del uso de combustibles fósiles
convencionales, reducción de la emisión de metano residual sin usar, alimentación de
equipos que usan gas natural. En las empresas artesanales de quesos frescos se podría
sustituir el gas natural para calentar agua, a nivel rural se reduciría la deforestación por
el uso de leña para generar energía. La producción de metano como fuente focalizada
de energía en zonas rurales permite la disponibilidad de energía en zonas alejadas.
1.2 Formulación del problema
De lo planteado anteriormente el problema se formula de la siguiente manera:
5
¿Qué relación de suero lácteo aplicado como sustrato y estiércol bovino como
inóculo permite mayor porcentaje de rendimiento al producir metano?
1.2.1 Preguntas directrices.
- En relación con las características fisicoquímicas ¿Cuál es la composición del suero
lácteo utilizado como sustrato en el proceso de digestión anaerobia (DA)?
- ¿Cuál es la composición y características fisicoquímicas del estiércol bovino, que le
permita participar como inóculo en un proceso de DA?
- ¿Cuál es el potencial de biometanización (PBM) del suero lácteo inoculado con
estiércol bovino?
- Acorde al rendimiento de producción de metano ¿Cuál es la relación suero lácteo
(sustrato) / estiércol bovino (inóculo) óptima para producción de metano?
- Con relación a la capacidad buffer otorgada por el alcalinizante (bicarbonato de
sodio) para evitar problemas de acidificación ¿Existe diferencia en el rendimiento
de producción de metano al añadir buffer?
1.3 Objetivos de la investigación
1.3.1 Objetivo general.
Evaluar por valoración del potencial de biometanización el rendimiento de
producción de metano a partir de suero lácteo inoculado con estiércol bovino.
1.3.2 Objetivos específicos.
- Determinar la composición y características fisicoquímicas del lactosuero utilizado
como sustrato.
- Determinar la composición del estiércol bovino usado como inóculo a través de sus
características fisicoquímicas.
- Definir el potencial de biometanización (PBM) para el suero lácteo inoculado con
estiércol bovino.
- Plantear que relación suero lácteo (sustrato) / estiércol bovino (inóculo) es la óptima
para producción de metano (potencial de biometanización).
- Determinar si existe diferencia en cuanto al rendimiento de producción de metano
cuando se trata el sustrato con bicarbonato de sodio aprovechando su condición de
regulador de pH o buffer.
1.4 Justificación e Importancia de la investigación
El realizar este tipo de investigación que implica como eje principal del estudio,
la evaluación del potencial de biometanización del rendimiento de producción de
6
metano del suero lácteo con estiércol bovino como inóculo, es de gran importancia para
las industrias lácteas, en especial para aquellas industrias artesanales dedicadas a la
elaboración de quesos frescos, que se caracterizan por generar lactosuero como
subproducto del proceso. En general una pequeña empresa dedicada a este tipo de
producción utiliza alrededor de 600 litros de leche, de esta cantidad solo se utiliza 160
litros para producir quesos frescos, los 440 litros restantes son eliminados como suero
lácteo, el mismo que al no poseer la pequeña empresa la capacidad tecnológica para el
tratamiento o reutilización es desechado o sirve como suplemento alimenticio para los
cerdos por su elevado contenido en materia orgánica en forma de lactosa y proteínas.
El desechar suero lácteo como residuo sin ningún tratamiento, origina graves
problemas de contaminación no sólo con respecto al agua o al suelo que pierde sus
propiedades provocando una disminución en el rendimiento de los cultivos, sino
también con respecto al aire, cuya descomposición produce grandes cantidades de gases
de efecto invernadero que son arrojadas a la atmósfera, sin embargo a pesar de que ya
se han propuesto diversas alternativas para solucionar estos problemas de
contaminación ambiental, aún persisten debido a los altos costos de inversión y de
operación que conlleva el realizar un tratamiento tecnológico adecuado que convierta el
suero lácteo en un producto de alto valor agregado ( Bretón Velasco, 2014).
Por este motivo, la opción de gestionar el lactosuero mediante una valorización
energética ha adquirido gran importancia durante los últimos años, siendo una de las
alternativas de gran interés el aprovechamiento energético por digestión anaerobia, el
cual se describe como una de las tecnologías más empleadas para el tratamiento de
diversos tipos de residuos, además las características propias del lactosuero,
especialmente el alto contenido materia orgánica (lactosa, proteína, grasas) lo hacen un
sustrato adecuado, para la producción de biogás, cuyas aplicaciones a nivel rural son de
gran importancia como: dar energía, sanidad, y fertilizantes orgánicos libres de
químicos que dañen el medio ambiente. (Morán, Fernández, Gómez, & Martínez, 2016)
Por lo ya antes mencionado, se decide valorar el potencial de biometanización
del lactosuero usando como inóculo estiércol bovino, una opción accesible por el
pequeño productor que en la actualidad aún se dedica a la crianza de este tipo de
ganado, cuyos excrementos al ser almacenados a cielo abierto ocasionan problemas
ambientales como malos olores, atracción de fauna nociva y riesgo de contaminación
de los suelos, se va utilizar las características positivas tanto del estiércol bovino como
del lactosuero para ser usados en conjunto y conocer qué relación puede ser la más
adecuada para obtener un rendimiento óptimo de metano, componente mayoritario del
biogás con un (60-70%), seguido del dióxido de carbono (40-30%). La producción de
este gas es beneficiosa para la comunidad, además de ser accesible y económica, ya que
los residuos a ser utilizados están a la mano del productor.
7
Capítulo II
2. Marco Teórico
2.1 Antecedentes de la investigación
Para el desarrollo del presente trabajo de investigación fue necesario el apoyo
documental de trabajos realizados que guardan cierto grado de relación con los
objetivos propuestos. A continuación, se menciona algunas de las investigaciones
realizadas.
“Modelamiento matemático de la producción de biogás a partir de lactosuero”
( Bretón Velasco, 2014, pág. 10), realizado por Ethel Alejandra Bretón Velasco, el
presente trabajo se publicó en 2014 por la Universidad Veracruzana (Facultad De
Ciencias Químicas-Xalapa), el propósito principal del trabajo fue construir modelos
matemáticos que faciliten describir el proceso de digestión anaerobia por el que debe
pasar el suero lácteo para la producción de biogás, además de analizar el efecto de cada
una de las variables involucradas como temperatura, carga orgánica, y pH, llegando a la
conclusión de que el biogás generado a partir de suero lácteo como sustrato puede ser
una alternativa de gran potencia, con la desventaja de ser un proceso difícil de
controlar, además logró desarrollar modelos matemáticos para balance de materia y
fenómenos de transporte. ( Bretón Velasco, 2014)
“Producción de metano utilizando residuos cunícolas” (Teniza, Pérez,
González, & Valencia, 2015, pág. 321), elaborado por Teniza García, Pérez López,
González Prieto, Valencia Vázquez, la investigación se publicó en 2015 por la revista
Mexicana de Ingeniería Química, el objetivo de la investigación fue establecer
condiciones óptimas para llevar a cabo la digestión anaeróbica en relación a la
producción de mayor rendimiento de metano comparando diferentes mezclas de
residuos provenientes de las granjas cunícolas, las condiciones evaluadas fueron pH,
temperatura y relación C/N, una vez finalizada la experimentación se estableció que la
cantidad de metano puede incrementar hasta valores cercanos al 70% cuando se
modifican ciertas condiciones del proceso de digestión anaeróbica, las mejores
condiciones se dieron cuando se utilizaron vísceras de conejo con 10% de estiércol de
cabra, ajustando el pH a 7,2 con una relación C/N de 23/1 con aserrín o paja de avena a
una temperatura de 37ºC. (Teniza, Pérez, González, & Valencia, 2015)
“Efecto de la relación sustrato-inóculo sobre el potencial bioquímico de metano
de biorresiduos de origen municipal” (Parra Orobio et al., 2015, pág. 515), elaborado
por Parra Orobio y colaboradores, la investigación fue publicada en 2015 por las
revistas UNAM, el objetivo fue evaluar el grado de influencia de la relación sustrato-
inóculo (S/I) sobre la digestión anaerobia usando biorresiduos de origen municipal
(BOM), las relaciones a experimentar fueron 0,25 a 9 gSVsustrato/ gSVinóculo, al culminar
la experimentación lograron determinar que el mayor efecto por parte de los BOM
8
sobre la DA se aprecia en la relación 0,25 con una producción de 176,19 mLCH4/g SV
y un índice de biodegradabilidad de 73,12%, mientras que la relación de 9 generó bajos
resultados con una producción de 17,56 mLCH4/g SV y un índice de 7,29%,
respectivamente. (Parra Orobio et al., 2015)
“Evaluación de la producción de biogás a partir de la degradación de gallinaza
sometida a diferentes relaciones C/N” (Belduma Zambrano, 2015, pág. 1) elaborado
por Andrea Mercedes Belduma Zambrano, el presente trabajo se publicó en 2015 por la
Universidad Técnica de Machala, el objetivo principal fue proponer una actividad
económica beneficiosa y menos contaminante que permita la obtención de biogás a
partir de la degradación de desechos de gallinaza sometida a diferentes relaciones C/N,
el proceso de degradación se realizó en biodigestores tipo Bach por 29 días a 27 °C,
como sustrato se usó desechos orgánicos, como conclusión se estableció que el
tratamiento 2 (7% de gallinaza: 44% de desechos orgánicos) fue el mejor con una
producción de biogás de 12,8 Litros, además de comprobar que la producción de biogás
a partir de la degradación de gallinaza depende de las diferentes relaciones C/N a
experimentar. (Belduma Zambrano, 2015)
“Efecto de la carga orgánica de la gallinaza de jaula en el potencial de
biometanización” (Marin Batista, Castro, & Escalante, 2015, pág. 8) realizada por José
Marín Batista, el artículo de la investigación se publicó en 2015 por la revista
Colombiana de Biotecnología, el propósito del estudio fue evaluar el potencial de
biometanización de la gallinaza de jaula usando cinco diferentes cargas orgánicas 16,6
(RIS 1,0); 11,0 (RIS 1,5); 8,3 (RIS 2,0), 6,6 (RIS 2,5) y 5,5 (RIS 3,0) g SV/L
manteniendo una cantidad fija de inóculo (0,58 g estiércol bovino), los ensayos de
biodegradación se llevaron a cabo durante 30 días a temperatura de (39 °C ± 2), al
concluir el proceso, la relación inóculo/sustrato de 1,0 dio el mayor potencial de
biometanización (0,58 m3 CH4/kg SV), comprobando que la gallinaza de jaula contiene
las características fisicoquímicas adecuadas para ser considerado como un sustrato
potencial capaz de generar biogás. (Marin Batista, Castro, & Escalante, 2015)
2.2 Fundamentación teórica
2.2.1 Bioenergía sostenible.
Muchos de los residuos orgánicos, que se generan en las pequeñas industrias
luego de elaborar un producto, al no poseer uso determinado, son desechados o sirven
de alimento para ciertos animales; a partir de una serie de estudios realizados en las
últimas décadas, se ha logrado determinar que estos pueden servir como biomasa para
generar bioenergía, convirtiéndose en una oportunidad para suministrar energía al
mundo. La bioenergía se define como la energía renovable procedente de la biomasa
que a su vez es aprovechada por la materia orgánica. La biomasa es el material
orgánico producido tanto por plantas como animales que se utiliza como combustible.
(Martínez Jiménez, Álvarez Vargas, & Martínez Rodríguez, 2014)
9
Entre las ventajas que proporciona el uso de la bioenergía como fuente
energética sustentable, se mencionan las siguientes:
- Disminución en el uso de combustibles fósiles, como resultado futuro se espera
la reducción de los cambios climáticos generados por las emisiones a la
atmósfera.
- Permite la eliminación de parte de los desechos orgánicos rurales y urbanos
conocidos como FORS, además en el sector del autotransporte se la conoce
como la única fuente energética capaz de sustituir al petróleo.
- Desde el punto de vista social, ofrece fuentes de empleo en las zonas rurales.
- Al ser de considerada como energía renovable a nivel económico establece el
equilibrio entre la oferta y la demanda de energía convirtiéndose en una vía
ahorrativa para el país (Islas & Martínez, 2010).
2.2.2 Biocombustibles.
Según PROECUADOR se definen como aquellos compuestos renovables capaces
de generar energía, que se obtienen a partir de recursos forestales, agrícolas, pesqueros
e incluso desechos orgánicos provenientes de agroindustrias (PROECUADOR, 2015).
Se clasifican dependiendo del estado de la materia prima usada para su
elaboración en combustibles de primera generación como bioetanol, biodiesel, biogás
que provienen de cultivos y residuos alimenticios, combustibles de segunda generación
que aprovechan la lignocelulosa procedente de residuos forestales, combustibles de
tercera generación que se dan a partir de la materia orgánica proveniente de animales,
plantas y algas (macro o microalgas). Finalmente, los de cuarta generación en este
grupo los biocumbustibles se generan a partir de anhídrido carbónico o alguna otra
fuente de carbono que son transformados por bacterias genéticamente modificadas.
(Acevedo, 2013)
Además pueden clasificarse respecto al estado en el que se encuentran en:
biocombustibles sólidos que se divide en dos grandes bloques, aquellos conocidos
como pellets y los conocidos como productos de torrefacción; los biocombustibles
líquidos (bioetanol y biodiesel), cuya principal aplicación se presenta en el sector del
transporte, para finalizar los biocombustibles gaseosos tal es el caso del biogás que se
genera por la descomposición de la biomasa cuando ésta es almacenada en medio
anaerobio. (Rincón Martínez & Silva Lora, 2014)
Entre las ventajas que destacan para los biocombustibles se tiene las siguientes:
- Son una alternativa viable y de fácil acceso, además de ser una fuente de energía
reciclable e inagotable.
- Reducción en la producción de emisiones que pueden alterar el equilibrio del
medio ambiente o contaminar a los seres vivos, agua y aire.
10
- A nivel social revitalizan las economías rurales proporcionando fuentes de
empleo en el sector agrícola. (Lede, s.f)
2.2.3 Digestión anaerobia de residuos (DA).
Es un proceso biológico de fermentación microbiana a través del cual la
materia orgánica en ausencia de oxígeno, y mediante la acción de microorganismos
específicos, se descompone en una mezcla de productos gaseosos tales como metano
(CH4), dióxido de carbono (CO2), hidrogeno (H2), dióxido de azufre (H2S) que en
conjunto forman el biogás, a su vez forman una mezcla de productos minerales como
nitrógeno(N), fósforo(P), potasio(K), calcio(Ca) y también se descompone en
compuestos difíciles de degradar. (BESEL, S.A, 2007)
La aplicación de la DA es extensa, está relacionada tanto para residuos
industriales, ganaderos, agrícolas, se aplica en tratamiento de efluentes residuales de
alta carga orgánica producidas en muchas industrias como la industria alimentaria
(BESEL, S.A, 2007).
Entre los beneficios que proporciona la DA se mencionan los siguientes:
- Reducción apreciable de malos olores.
- Producción de energía renovable, beneficiosa a nivel económico ya que
sustituye la energía fósil, al ser aprovechado energéticamente (BESEL, S.A,
2007).
- Al reducir el uso de energía fósil se reduce las emisiones de gases de efecto
invernadero, es decir se controla el exceso de producción de metano (BESEL,
S.A, 2007). Los principales productos del proceso de DA, son el bioabono y el
biogás.
Bioquímica de la digestión anaeróbica.
La digestión anaerobia (DA) se considera como un proceso complejo debido a
la serie de reacciones bioquímicas que se generan, como a los microorganismos
involucrados, según el modelo ADM 1 (Digestión Anaerobia Modelo Nº 1) el cual fue
desarrollado por la IWA (Asociación Internacional del Agua) esta se divide en cuatro
etapas: (FAO, 2011)
a) Etapa 1: hidrólisis
b) Etapa 2: fermentativa o acidogénica
c) Etapa 3: acetogénica
d) Etapa 4: metanogénica
En la Figura 1 se detalla las principales etapas de la digestión anaerobia y
grupos bacterianos involucrados.
11
Figura 1. Esquema general del proceso bioquímico durante la digestión anaeróbica
Adaptado por: Lizeth Cantuña
a) Primera etapa. Hidrólisis.
En esta etapa, con ayuda de las enzimas hidrolasas que provienen
exclusivamente de microorganismos hidrolíticos se produce la descomposición
biológica de sustratos orgánicos complejos como lípidos, polisacáridos, proteínas,
ácidos nucleicos, entre otros en moléculas más pequeñas (monómeros y dímeros)
(Parra Huertas, 2015) que puedan atravesar la pared celular para que sean absorbidas y
utilizadas directamente por los microorganismos como sustrato o fuente de alimento.
La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura
(FAO por sus siglas en inglés) establece que la velocidad de descomposición biológica
durante el proceso de digestión anaerobia depende tanto de la naturaleza del sustrato
12
como de factores fisicoquímicos tal es el caso del tiempo de retención hidráulica,
temperatura, nivel de pH por unidad de sustrato, composición bioquímica del sustrato,
tamaño de partículas, concentración de amonio (NH4+
) y productos de hidrólisis.
(FAO, 2011)
b) Segunda etapa: fermentativa o acidogénica.
En esta etapa los monómeros producidos en la fase hidrolítica como los
aminoácidos, azúcares simples, ácidos grasos se convierten en ácidos orgánicos de
cadena corta y alcoholes (ácido butírico, propiónico, acético, H2, CO2, etanol
principalmente) producto de la acción de las endoenzimas que son generadas por las
bacterias formadoras de ácidos para posteriormente ser oxidados por bacterias
acetogénicas en la siguiente etapa del proceso (Parra Huertas, 2015) . Para Chavarria
Neri (2014) el 70% de la producción de metano se origina a partir del ácido acético
formado.
c) Tercera etapa: acetogénesis.
En esta etapa aquellos productos como el caso del hidrógeno y el ácido acético
pueden ser metabolizados directamente por los organismos metanogénicos, mientras
que el etanol, ácidos grasos volátiles y algunos compuestos aromáticos previamente
deben ser transformados en sustratos metanogénicos, como producto de la oxidación se
obtienen productos más sencillos como dióxido de carbono, acetato (CH3COO-) e
hidrógeno (H2). (Parra Huertas, 2015)
d) Cuarta etapa: metanogénesis.
En esta fase final del proceso la formación de metano se da por medio de dos
rutas principales, la fase acetoclástica en la cual los microorganismos crecen en
sustratos como acetato, metanol y algunas aminas, como producto final se obtiene
alrededor del 70% de metano (CH4), y la ruta conocida como la hidrogenotrófica en
donde los microorganismos crecen en sustratos como H2/CO2 y fórmicos da un aporte
de alrededor del 27 al 30 % de metano (CH4) (Corrales, Corredor, & Bohórquez
Macías, 2015).
En la Tabla 1 se consignan las principales reacciones bioquímicas que se llevan
a cabo en la cuarta etapa: metanogénesis durante el proceso de digestión anaerobia.
13
Tabla 1. Principales reacciones metanogénicas
ETAPA REACCIÓN
Metanogénesis
Hidrogenitrófica
4 H2 + H+
+ 2HCO3- Acetato + 4H2O
4 H2 + 4 S0 4HS
- + 4H
+
4 H2 + 2HCO3- + H
+ CH4 +3H2O
4H2 + 4 fumarato 4 succinato
4H2 + NO3- + 2H
+ NH4
+ +3H2O
Metanogénesis
Acetoblásticas
Acetato + H2O HCO3- + CH4
Fuente: (Pazmiño, 2012)
Adaptado por: Lizeth Cantuña
Microorganismos que participan en cada etapa del proceso de digestión
anaeróbica.
Dependiendo del proceso cada microorganismo se clasifica acorde a los
nutrientes y condiciones que proporciona cada etapa de la digestión anaerobia.
a) Grupo 1: Bacterias que participan en la hidrólisis.
La función principal que efectúan este grupo de bacterias es romper los enlaces
de moléculas complejas como carbohidratos (celulosa, lignina), proteínas o lípidos para
convertirlos en monómeros como aminoácidos, glucosa, ácidos grasos y glicerol, de
fácil absorción para las bacterias del segundo grupo de la fase de la digestión anaerobia
(Corrales, Corredor, & Bohórquez Macías, 2015). Entre los principales géneros que
hacen parte de los microorganismos hidrolíticos se encuentran: los microorganismos
estrictos (Bacteroides, y Clostridium), y los microorganismos facultativos
(Estreptococci, Lactobacillus, Sphingomonas, Sporobacterium, Megasphaera,
Bifidobacterium) (FAO, 2011).
b) Grupo 2: Bacterias presentes en la acidogénesis.
Este grupo constituye alrededor del 90% de la población presente dentro de un
digestor; su función principal es convertir azúcares, aminoácidos y gliceroles (lípidos)
en ácidos orgánicos, alcoholes, cetonas, hidrógeno (H2) y dióxido de carbono (CO2),
algunos de los microorganismos típicos dentro de este grupo son: Acinetobacter lwoffi,
Acinetobacter sp, Actinomyces sp, Alcaligenes, Pasteurella sp, Staphylococcus hominis,
Bacillus, Kleibsiella oxytoca, Bifidobacterium, Delsulphovibrio spp, Lactobacillus,
Staphylococcus, Escherichia coli (Parra Huertas, 2015), aquellos géneros dominantes
14
en la etapa acidogénica que a su vez participan en todas las etapas de digestión
anaerobia son los Clostridium, Paenibacillus y Ruminococcus.
c) Grupo 3: Bacterias que participan de la acetogénesis.
Este grupo de bacterias se caracterizan por ser productoras y vivir en simbiosis
con aquellos microorganismos que consumen hidrógeno (H2), además de poseer un
periodo de regeneración de 84 h, el conjunto está conformado por el género
Syntrophobacter wolinii capas de oxidar el propionato, el género Syntrophomonas
wolfei cuya especialidad es oxidar los ácidos grasos de 4 a 8 átomos de carbono como
el propiónico, butírico y algunos alcoholes convirtiéndolos en acetato, hidrógeno (H2) y
dióxido de carbono (CO2) el mismo que se utiliza en la etapa final conocida como la
metanogénesis. (Corrales, et al., 2015)
d) Grupo 4: Bacterias presentes en la metanogénesis.
Este grupo es el último que participa en el proceso de la descomposición anaerobia su
función principal es generar metano para lo cual requiere de energía proveniente de la
degradación del sustrato durante el proceso. Las principales especies están
representadas por: Arqueas metanogénicas grupo dominante, Methanobacterium,
Methanospirillum hungatii y Methanosarcina (FAO, 2011). En la Tabla 2 se detallan
los principales grupos de bacterias aisladas que participan en la digestión anaerobia.
Tabla 2. Bacterias aisladas en un reactor anaerobio que participan en cada una de las
etapas metabólicas
Fase no metanogénica Fase Metanogénica
Anaeróbicos facultativos Anaeróbicos estrictos Anaeróbicos extremos
Lactobacillus
Spirillum
Klebsiella
Aerobacter
Vibrio
Corynebacterium
Bacillus
Micrococcus
Pseudomonas
Alcaligenes
Bacteroides
Clostridium
Bifidobaterium
Sphaerophorus
Fusobacterium
Veillonella
Peptococcus
Deulfovibrio
Methanobacterium
Methanococcus
Methanospirillum
Methanobrevibacter
Methanomicrobium
Fuente: (Belduma Zambrano, 2015) Adaptado por: Lizeth Cantuña
15
Beneficios ambientales y limitaciones de la digestión anaerobia.
En la Tabla 3 se sintetiza las principales ventajas y limitaciones que conlleva el
proceso de digestión anaerobia.
Tabla 3. Ventajas y limitaciones de la digestión anaerobia
BENEFICIOS
- En el sector agrícola permite obtener beneficios económicos, ambientales y
energéticos, aprovechando los nutrientes de los residuos agrícolas y
reduciendo la emisión de gases de efecto invernadero.
- Se obtienen productos como alcoholes y ácidos orgánicos de alto valor
agregado que sirven como nutrientes y proporcionan la energía necesaria
para el metabolismo de ciertos organismos, o como el caso del biogás cuyo
componente mayoritario es el metano que son utilizados con fines
energéticos por la sociedad.
- A nivel económico permite bajos costos de implementación, ya que el
tratamiento anaerobio puede ser fácilmente aplicado a escala muy pequeña o
escala mayor, además de que la construcción y operación de los reactores es
simple.
- Uno de los productos de alta potencialidad es el hidrógeno que puede
emplearse como combustible o materia prima.
- Los sustratos e inóculos empleados como efluentes para la operación de los
biodigestores son de fácil acceso y económicos como residuos agrícolas,
lodos residuales, excrementos de animales, aguas residuales entre otros.
LIMITACIONES
- Impacto ambiental por generación de malos olores ocasionados por
subproductos formados durante el proceso de digestión anaerobia como el
sulfuro de hidrógeno.
- Periodos largos de inicio del proceso debido a la velocidad de crecimiento
lenta por parte de los microorganismos metanogénicos, el tiempo de
retención puede llegar aproximadamente a los 60 días hasta la generación del
90% de metano.
- Para obtener un medio netamente alcalino se requiere de una solución buffer
en cantidades altas o moderadas, lo que incrementa los costos de inversión.
Fuente: Cárdenas et al. (2016).
Adaptado por: Lizeth Cantuña
16
2.2.4 Biogás.
En la Tabla 4 se observa la composición de la mezcla gaseosa, que se forma a
partir de reacciones de biodegradación de la materia orgánica como desechos agrícolas,
estiércol, aguas residuales, etc. ya sea de forma natural o artificial. Su composición
depende tanto del material digerido como del proceso, cuando el contenido de metano
supera el 45%, el biogás puede ser considerado como inflamable. (Gutiérrez García et
al., 2012)
Tabla 4. Componentes químicos principales del biogás
Componentes Fórmulas Concentración (%)
Metano CH4 40-70
Dióxido de carbono CO2 30-60
Hidrógeno H2 0,1
Nitrógeno N2 0,5
Monóxido de carbono CO 0,1
Oxígeno O 0,1
Sulfuro de hidrógeno H2S 0,1
Fuente: Blanco et al. (2011)
Adaptado por: Lizeth Cantuña
2.2.5 Metano como producto.
El metano es el gas mayoritario de un 40-70 %, que forma parte del biogás, se
produce por descomposición de la materia orgánica, es inflamable y se halla presente
en la atmósfera (Cornejo Arteaga, s.f).
Usos y Aplicaciones.
Su principal aplicación en los últimos años con buenos resultados es como
fuente energética alternativa en pequeña escala, generado a partir de residuos orgánicos.
Combustible: Se lo conoce como gas natural ya que se emplea como
combustible para la calefacción y para cocinar, además sirve como combustible
en las turbinas de gas y generadores de vapor, siendo importante para la
generación eléctrica.
Industria química: A nivel industrial es considerado como la materia prima
principal para la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético y anhidro
acético (Cornejo Arteaga, s.f).
17
2.2.6 Potencial bioquímico de metano (PBM).
El ensayo de potencial bioquímico de metano se puede realizar a escala
laboratorio, su objetivo principal es medir la máxima producción de metano de un
sustrato orgánico específico que puede estar en forma líquida o principalmente sólida
durante su descomposición anaeróbica, es un proceso de digestión en discontinuo, es
decir que el digestor por lotes será llenado una sola vez con el sustrato y el inóculo
permaneciendo sellado durante todo el proceso con las condiciones de operación
definidas. (Cárdenas Cleves et al., 2016)
El requerimiento específico del ensayo de PBM es la mezcla del sustrato
orgánico a ser investigado con un cultivo de bacterias anaerobias que se las conoce
como inóculo, dicha mezcla será incubada dentro de un biorreactor tipo Batch por un
periodo de 30-60 días, al finalizar el proceso de degradación se obtendrá como
productos finales principales el metano (gas de interés) y el dióxido de carbono que
puede ser eliminado con la ayuda de un agente depurador como una solución alcalina
para obtener mayor rendimiento de metano, el valor de PBM obtenido se representa
como el volumen de metano a condiciones normales de temperatura y presión por
kilogramo del material orgánico(SV) del sustrato. (Julio Guerrero, 2016)
El ensayo de Potencial de Biometanización (PBM) tiene diferentes aplicaciones:
- Determinar la máxima producción de CH4 de residuos orgánicos y la
biodegradabilidad anaerobia.
- Permiten determinar la viabilidad e identificar el potencial de producción de
energía de un material específico para ser aprovechado como sustrato en el
proceso de digestión anaerobia.
- Proporcionan información a través de la simulación del proceso de biodigestión
a escala de laboratorio, para identificar las condiciones óptimas, la cantidad y la
rapidez con que el material (sustrato) se puede degradar, para adaptar los
digestores a escala real.
- Seleccionar e identificar la adaptación de inóculos, estableciendo parámetros
óptimos, así como identificar los posibles inhibidores para los microorganismos
(Cárdenas Cleves, et al., 2016).
Factores determinantes en el proceso metanogénico (producción de biogás).
Entre los factores de mayor importancia a ser controlados en la evolución del
potencial de biometanización se tiene: tipo de sustrato, temperatura, nivel de acidez
(pH), alcalinidad o capacidad buffer, contenido de sólidos, tiempo de retención
hidráulica, relación sustrato/inoculo, relación C/N, humedad y compuestos inhibidores
del proceso. (FAO, 2011)
18
Temperatura.
La temperatura es un factor determinante en la cinética de crecimiento de los
microorganismos implicados en la producción de biogás, el proceso anaerobio inicia a
un rango de temperatura de 4 a 5 °C, sin sobrepasar los 80°C. Según el Manual de
biogás establecido por la FAO (2011) existen tres rangos de temperatura (ver Tabla 5)
en los que pueden crecer los microorganismos anaeróbicos: psicrófilos (por debajo de
25°C), mesófilos (entre 25 y 45°C) y termófilos (entre 45 y 65°C), además aclara que el
aumentar o disminuir la temperatura favorece la formación de ácidos grasos volátiles
(AGV) que pueden inhibir a los microorganismos metanogénicos responsables de la
producción de biogás. (FAO, 2011)
Tabla 5. Rangos de temperatura y tiempo de fermentación anaeróbica
Microorganismos
anaeróbicos
Rangos de temperatura Tiempo de
retención
hidráulica Mínimo Óptimo Máximo
Psicrófilos
Mesófilos
Termófilos
4 – 10 °C
15 – 20 °C
25 – 45 °C
15 – 18 °C
25 – 35 °C
50 – 60 °C
20 – 25 °C
35 – 45 °C
75 – 80 °C
Sobre 100 días
30-60 días
10-15 días
Fuente: (FAO, 2011)
Adaptado por: Lizeth Cantuña
Por su parte Zupančič & Grilc (2012) a partir de varias investigaciones
bibliográficas revisadas lograron concluir que los ensayos de PBM se realizan en dos
rangos, mesofílicos cuya temperatura óptima se encuentra en alrededor de 30-40°C y
termofílicos con una temperatura óptima de alrededor de 50-55°C, siendo el régimen
mesofílico de operación el más utilizado debido a que es más estable y requiere
menores gastos de energía, por su parte el rango termófilo se usa con más frecuencia en
la actualidad para realizar estos ensayos ya que aumenta la eliminación de organismos
patógenos y mejora la velocidad del proceso, pero como desventaja ocasiona inhibición
por compuestos tóxicos como el nitrógeno amoniacal y ácidos grasos de cadena larga
que se forman a elevadas temperaturas. (Zupančič & Grilc, 2012)
Tiempo de retención hidráulica (TRH).
Se conoce como el tiempo de permanencia del sustrato dentro de un reactor tipo
batch. El mismo se define como el tiempo que se requiere para disminuir los sólidos
volátiles iniciales del sustrato, depende de dos factores: de la biodegradabilidad del
sustrato y de la temperatura, es decir mientras mayor sea la temperatura menor es el
tiempo de retención ya que a temperaturas altas que no sobrepasen los 80 °C (rango
máximo de temperatura para microorganismos termófilos) aumenta la velocidad de
degradación anaerobia para conseguir una buena producción de biogás (Belduma
19
Zambrano, 2015). Para microorganismos mesófilos se reporta alrededor de 30 días en
donde ocurre una fase de estabilización por parte de los microorganismos para producir
CH4 y alrededor de 30 a 60 días para una producción teórica aproximada de CH4 del
90% (Cárdenas Cleves, et al., 2016).
pH y Alcalinidad.
Es recomendable mantener el pH próximo a la neutralidad con fluctuaciones
entre 6,5 y 7,5 con el fin de garantizar la actividad metabólica de las arqueas
metanogénicas (microorganismos sensibles), además de mantener a más del 99% de los
ácidos grasos en su forma no ionizada es decir en estado no tóxico. Por otro lado,
cuando el pH disminuye los ácidos grasos volátiles (AGV) alcanzan su forma ionizada
(estado tóxico) provocando que el biogás generado contenga cantidades limitadas de
metano y por ende disminuya sus cualidades energéticas. (Díaz Báez, Molina, & Espitia
Vargas, 2002)
La alcalinidad es una medida de la capacidad tampón del medio que varía
acorde al cambio de pH, esta se da en un rango de pH de 6 a 8 en el cual el dióxido de
carbono‐ bicarbonato controla la alcalinidad en el equilibrio químico. La relación de
alcalinidad está dada por la relación entre la alcalinidad intermedia generada por los
ácidos grasos volátiles (AGV) y la debida al bicarbonato (alcalinidad parcial), el valor
recomendado no debe sobrepasar el 0,3‐0,4 con el objetivo de evitar la acidificación del
reactor. (Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), 2013)
Contenido de sólidos totales.
A medida que existe un incremento por parte de los sólidos totales en el efluente
se ve afectada la movilidad de las bacterias metanogénicas, como resultado puede darse
bajos rendimientos de producción de biogás. Para digestores semicontinuos el
porcentaje óptimo oscila entre 8% a 12% mientras que, para digestores discontinuos,
este oscila entre un 40 a 60% porcentajes adecuados que aseguran un buen
funcionamiento del proceso. (Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC),
2013)
Inhibidores.
La inhibición ocasionada por los compuestos tóxicos presentes ya sea en la
materia orgánica que se utiliza para alimentar el biorreactor o como subproductos de los
procesos metabólicos de conversión bioquímica puede provocar la disminución en la
producción de biogás, estos afectan a la población bacteriana, aumentan la deficiencia
en la remoción de la materia orgánica y pueden inclusive causar la falla total del
proceso. Entre los compuestos tóxicos de importancia que llegan alterar el proceso de
digestión anaerobia tenemos: el hidrógeno uno de los subproductos generados en el
proceso, su acumulación provoca la inhibición de la acetogénesis, debido a la
acumulación de ácidos grasos volátiles (AGV) con más de dos átomos de carbono,
además las elevadas concentraciones de H2 dirigen a la producción de butirato,
20
propionato, lactato o etanol; la concentración de AGV en la fermentación mesofílica no
debe tener valores superiores a 2000 ppm y de 3600 ppm para la termofílica ya que
pueden inhibir la digestión. Por otro lado, concentraciones elevadas de nitrógeno
amoniacal pueden llegar a destruir las bacterias metanogénicas, se ha reportado que el
nitrógeno amoniacal comienza a ser tóxico a concentraciones mayores de 3000 mg/L,
mientras que cuando la concentración se encuentra entre 1,500 mg/L y 3000 mg/L a pH
mayores de 7,4, se inhibe la digestión anaerobia para cualquier tipo de sustrato. (FAO,
2011)
Relación carbono nitrógeno C/N.
En general casi toda la materia orgánica cuya composición en nutrientes supere
los valores de concentración óptimos necesarios para el desarrollo de las
metanobacterias es capaz de generar biogás cuando es sometida a proceso de
fermentación anaeróbica.
Siendo así el carbono y nitrógeno las principales fuentes de alimentación de las
bacterias metanogénicas, el carbono por su parte proporciona energía mientras que el
nitrógeno es fundamental para la formación de nuevas células, la relación C/N óptima
para que se lleve a cabo la degradación anaeróbica de la materia orgánica oscila entre
valores de 20 a 30, sin embargo si la relación C/N es alta, la cantidad de nitrógeno será
minina, es decir no reaccionara con el material restante ya que será consumida
rápidamente por las bacterias metanogénicas para la formación de proteínas por lo tanto
la producción de gas será alta. Si, por lo contrario, dicha relación es muy baja, es decir,
donde el nitrógeno sea abundante, este al ser liberado se acumula en forma de nitrógeno
amoniacal, que a pesar de ser necesario para la formación del protoplasma celular,
crecimiento y reproducción de los microorganismos; cuando se encuentra en cantidades
relativamente elevadas ejerce efectos tóxicos sobre la bacterias metanogénicas
inhibiendo el proceso de digestión anaerobia. (Belduma Zambrano, 2015)
Relación sustrato: inóculo (S/I).
La relación sustrato/inóculo (S/I) se expresa generalmente en términos del
contenido de sólidos volátiles y en algunos casos de la demanda química de oxígeno,
para establecer una relación óptima se debe considerar la capacidad amortiguadora y la
producción potencial de ácidos grasos volátiles (AGV) otorgada por el tipo de sustrato
a ser utilizado para el proceso de biodegradabilidad, sin embrago es recomendable que
para ensayos en biorreactores discontinuos (tipo batch) se empleé una relación S/I en la
cual la cantidad de sólidos volátiles del inóculo sea al menos el doble de la cantidad de
sólidos volátiles del sustrato para evitar inhibición por acumulación de productos, esta
relación se usa con frecuencia. (Julio Guerrero, 2016)
Tipo de sustrato.
Los microorganismos involucrados en el proceso metanogénico a parte de las
fuentes de C y N necesarias para su crecimiento requieren de otros compuestos en
21
equilibrio como sales minerales, dependiendo de los requerimientos nutricionales los
sustratos involucrados pueden ser excrementos (humanos y animales), residuos líquidos
de alta carga orgánica, residuos sólidos de origen municipal (basura), lodos procedentes
del tratamiento de agua residual municipal o industrial, restos de cosechas, residuos
agroindustriales, aguas residuales orgánicas de la industrias alimentarias y efluentes
procedentes de industrias químicas. (FAO, 2011) La composición y concentración del
sustrato son puntos determinantes en la producción de metano o inhibición de los
microorganismos involucrados por lo que es recomendable realizar una caracterización
previa al ensayo, tanto en términos de parámetros fisicoquímicos como de su
composición elemental. (Cárdenas Cleves, et al., 2016)
2.2.7 Suero lácteo como sustrato.
Definición.
El lactosuero o suero de leche es la sustancia liquida translúcida verde que se
obtiene a partir de la separación del coágulo de la leche (Elpidia Poveda, 2013),
también se la conoce como un subproducto que se genera durante el proceso de
elaboración de quesos, cuya formación se da mediante acción enzimática, tal es el caso
de la renina (enzima digestiva de los rumiantes) que rompen el sistema coloidal de la
leche en dos fracciones:
- La fracción sólida, formada por proteínas insolubles y lípidos.
- Y la fracción líquida, formada por lactosuero rico en componentes nutricionales
que no fueron integrados durante el proceso de coagulación de la caseína
(Elpidia Poveda, 2013).
Tipos de lactosuero.
El tipo de lactosuero se obtiene después de la elaboración del queso fresco, este
se da acorde al proceso de coagulación de la leche, y a partir de las propiedades
fisicoquímicas, por ende se establecen dos tipos: lactosuero dulce o enzimático y
lactosuero ácido. (Córdoba Márquez, 2013)
Lactosuero dulce.
Este tipo de producto lácteo líquido se genera debido a la coagulación de la
leche por acción de una enzima proteolítica, la temperatura y el tiempo de coagulación
se establecen acorde al tipo de queso elaborado, los coagulantes utilizados para el
proceso pueden ser la quimosina, pepsina o la mezcla de ambas. (Córdoba Márquez,
2013)
Una de las características particulares del lactosuero enzimático es la ausencia
de ácido láctico, debido a que no se desarrollan los microorganismos que lo producen,
como resultado su pH es cercano al de la leche, además de poseer una composición
química estable sin variación en su contenido mineral. (Córdoba Márquez, 2013)
22
Lactosuero ácido.
Se produce por coagulación ácida a un pH de 4,6 y cuando la acidificación es
rápida, valor que corresponde al punto isoeléctrico de las caseínas, (Callejas, Prieto,
Reyes, Marmolejo, & Méndez, 2012) estas tienden a flocular formando un precipitado
granuloso, al contario si la acidificación es lenta, se forma un coágulo liso y
homogéneo que ocupa el volumen inicial de la leche.
Los factores que participan en la coagulación ácida son: el cultivo de bacterias
lácticas de la leche en el caso de utilizarlas, la temperatura y el tiempo que dura la
coagulación (Córdoba Márquez, 2013).
Composición.
La composición de lactosuero varia acorde a las características fisicoquímicas
de la leche y al proceso de elaboración del queso del cual procede, se encuentra
formado por partículas suspendidas solubles y no solubles tales como: proteínas,
lípidos, carbohidratos, vitaminas hidrosolubles y minerales, compuestos de importancia
biológica-funcional, aproximadamente contiene alrededor de 4,9% de lactosa; 0,9% de
proteína cruda; 0,6% de cenizas; 0,3% de grasa; 0,2% de ácido láctico y 93,1% de
humedad. El 70% del nitrógeno total corresponde a proteína pura, la misma que está
formada por β-Lactoglobulina, α-Lactoalbúmina, inmunoglobulinas, proteo-peptonas y
enzimas nativas, el resto está constituido por aminoácidos, urea, creatina, amoníaco y
ácidos nucleicos. (Córdoba Márquez, 2013) En la Figura 2 se observa la composición
fisicoquímica establecida para el suero dulce y ácido.
Figura 2. Composición en g/kg para lactosueros dulces y ácidos de quesos
Fuente: Judith Callejas Hernández, Víctor E. Reyes Cruz. (2012)
Inóculo.
En el proceso de digestión anaerobia es recomendable el uso de inóculo
plenamente activo que garantice mayor afinidad hacia el sustrato aumentando la
23
actividad biológica, lo que provoca una reducción en el tiempo tanto de adaptación
como de arranque de los reactores, para de eso modo garantizar mayor rendimiento en
cuanto a la producción de metano, normalmente el inóculo debe ser sometido a una
extensa caracterización fisicoquímica para la identificación del contenido de biomasa
activa en relación sólidos volátiles / sólidos totales (SSV/SST), Cárdenas et al. (2016).
En general los inóculos más empleados en este tipo de procesos son los lodos
anaerobios procedentes del tratamiento de agua residual doméstica; debido a la
accesibilidad; también se reporta el uso de otros inóculos como estiércol de animales
(bovino, porcino, equino entre otros), lodos industriales, rumen y extracto de suelos.
2.2.8 Estiércol como inóculo.
Definición.
El estiércol se define como aquellos desechos sólidos que son eliminados por el
ser humano o animales, es decir son el resultado de materiales no útiles que se forman a
partir de los alimentos que se consumen (Pazmiño Zumárraga, 2012).
Estiércol equino.
Es pegajoso, fácilmente fermentable, una de las ventajas que presenta es su
naturaleza ardiente por lo que es muy empleado en los establos (Pazmiño Zumárraga,
2012).
Estiércol porcino.
De aspecto líquido, posee altos contenidos de cobre (Cu) y zinc (Zn) debido al
tipo de alimentación acuosa que recibe el cerdo convirtiéndolo en abono para los
cultivos, además al ser almacenado por mucho tiempo puede generar olores molestos,
eliminando al aire dióxido de carbono, metano, amoniaco y otros gases que provocan el
efecto invernadero (Pazmiño Zumárraga, 2012).
2.2.9 Estiércol bovino.
Es una mezcla de los desechos sólidos provenientes de la materia no útil que
consume el ganado bovino y la cama formada por paja donde este descansa, es usado
como inóculo en los procesos de digestión anaerobia debido a su alto contenido de
microorganismos metanogénicos, además de ser económico, de fácil acceso ya que a
nivel rural es uno de los desechos que se genera en grandes cantidades. (Pazmiño
Zumárraga, 2012)
Composición.
Su composición (ver Figura 3) depende del tipo de alimentación, al ser animales
herbívoros se alimentan de pasturas o forrajes, por lo que la composición de sus
excrementos básicamente es de fibra y agua, (Arellano, Cruz Rosales, & Huerta, 2014)
además de ser alimentado con melaza, sal en grano, balanceado, plátano verde,
24
zanahoria, papas entre otros, que lo convierten en fuente de carbono y nitrógeno para el
desarrollo de microorganismos metanogénicos.
Figura 3. Contenido de materia orgánica y algunos micronutrientes en función del
porcentaje de materia seca de diferentes animales domésticos y el humano
Fuente: Aso & Bustos, Editado por Magdalena Cruz Rosales (2014)
Aplicaciones.
- El estiércol de cerdo deshidratado o en forma de pellet tratado con sustancias
químicas puede servir de alimento para ganado bovino.
- El estiércol al secarse bien puede servir como combustible doméstico, además
sus cenizas pueden servir de abono para los cultivos.
Puede servir como material de construcción, la mezcla de paja y estiércol actúa
como un tejido que da consistencia y firmeza (Pazmiño Zumárraga, 2012).
Aprovechamiento del estiércol en la producción de biogás.
Para la producción de biogás es posible utilizar cualquier tipo de estiércol ya sea
de vaca, cerdos, ovejas, gallinas, cabras, caballos, conejos entre otros, el más usado es
el estiércol bovino debido a su elevado contenido de microorganismos metanogénicos,
la producción de biogás con el uso de biomasa residual al ser un proceso sencillo que
no requiere de alta tecnología está al alcance del bolsillo del pequeño productor
catalogando como un mecanismo básico de fácil acceso y desarrollo. (Arellano, Cruz
Rosales, & Huerta, 2014)
2.2.10 Métodos de análisis y cuantificación de biogás (Metano).
Cuando se realizan investigaciones que involucren la digestión anaerobia (DA),
una de las variables que se mide es la concentración porcentual de los gases producidos,
siendo los métodos volumétricos y manométricos los más empleados en los ensayos de
potencial de biometanización (PBM) (Cárdenas Cleves, et al., 2016):
25
- Métodos manométricos.
En este método el equipo OxiTop® (ver Figura 4a) es el sistema más utilizado,
este mide la presión ejercida por parte del biogás compuesto básicamente por CH4 y
CO2 sobre un sensor, a través de la adición de lentejas de NaOH el equipo puede
realizar una absorción del CO2, como resultado la variación de la presión dentro del
sistema estará dado únicamente por el metano contenido en el biogás. (Ortiz Jordá,
2011)
- Métodos volumétricos.
Se basan en la determinación del volumen desplazado (ver Figura 4b) por la
generación de biogás o metano (CH4) que se producen en biodigestores de reacción que
contiene tanto al sustrato como al inóculo. Existen tres formas de determinar la
cantidad de metano.
Cromatografía de gases: las columnas utilizan sustancias específicas que
separan H2, O2, N2 y CH4 (Pazmiño Zumárraga, 2012).
Medición de volumen: consiste en registrar la medida del volumen de biogás
que se hace pasar por una solución de NaOH para remover el CO2 y luego por
otras soluciones para remover el H2 y O2, para medir el metano restante en
forma volumétrica (López Martínez, 2013).
Medición in situ: El % de CH4 se obtiene por medición in situ con ayuda de un
equipo portátil que permite medir: O2, CO2, CO, óxidos de nitrógeno,
temperatura, dióxido de azufre, presión diferencial, rendimiento y exceso de aire
(Pazmiño Zumárraga, 2012).
Figura 4. a) Método manométrico (Equipo OxiTop®); b) Esquema del montaje
experimental del método volumétrico
Fuente: (ORTIZ, 2011)
2.3 Fundamento legal
En esta sección se detallan los documentos de naturaleza legal que están
relacionados y sirvieron de soporte para el desarrollo del presente trabajo de
investigación.
26
2.3.1 Constitución de la República del Ecuador.
La Constitución Política de la República del Ecuador publicada en el 2008 en el
Registro Oficial No.449, dispone los siguientes artículos relacionados al tema:
- Artículo 14 y 15. Capítulo II sección segunda (Ambiente Sano).
- Artículo 72. Capítulo VII. Derechos de la naturaleza.
- Artículo 413, 414, 415. Capitulo II sección séptima (Biosfera, ecología urbana y
energías alternativas) (Asamblea Nacional Constituyente de Ecuador de 2007-
2008, 2015).
En cada uno de estos artículos se pone en constancia que el estado garantizara
que cada una de las actividades diseñadas para proporcionar fuentes energéticas
renovables no generaran residuos contaminantes que alteren el equilibrio del medio
ambiente, de ese modo se cuidara el bienestar tanto del sector público como del sector
privado.
2.3.2 Plan Nacional del Buen Vivir.
Para los años 2013 al 2017 el Gobierno Nacional puso en marcha el Plan
Nacional del Buen Vivir, dicho plan está constituido por tres ejes centrales que lo
forman 12 objetivos nacionales.
De los 12 objetivos plateados, aquellos que se relaciona con el trabajo de
investigación son (…):
Objetivo 3, que afirma “mejorar la calidad de vida de la población”.
Política 3.10. Lineamiento 3.10.h.
Objetivo 7, que describe “garantizar los derechos de la naturaleza y promover la
sostenibilidad ambiental territorial y global”.
Política 7.7. Lineamiento 7.7.b; Política 7.8. Lineamientos 7. 8. a., 7.8.b, 7.8.d;
Política 7.9. Lineamiento 7.9.b.
Objetivo 11, el mismo que detalla “asegurar la soberanía y eficiencia de los
sectores estratégicos para la transformación industrial y tecnológica”.
Política 11. Lineamientos 11.1.b., 11.1.h., 11.1.j., 11.1.t. (Secretaría Nacional de
Planificación y Desarrollo, 2013-2017)
2.3.3 Ley de Gestión Ambiental.
En esta ley los artículos planteados están relacionados con la prevención,
control y sanción hacia las actividades que contaminen los recursos naturales, las
codificaciones que amparan el tema se detallan a continuación (…):
27
Título I: Ámbito y Principios de la Gestión Ambiental
Art. 2.- “establece que la gestión ambiental se sujeta a los principios de
solidaridad, corresponsabilidad, cooperación, coordinación, reciclaje y reutilización de
desechos, utilización de tecnologías alternativas ambientalmente sustentables y respecto
a las culturas y prácticas tradicionales”.
Título II: Del Régimen Institucional de la Gestión Ambiental; Capítulo I: del
desarrollo sustentable.
Art 9 (Literal m) “establece que se debe promover la participación de la
comunidad en la formulación de políticas y en acciones concretas que se adopten para
la protección del medio ambiente y manejo racional de los recursos naturales”.
(Ministerio del Ambiente, 2012)
2.3.4 Ley de Prevención y Control de la Contaminación.
Se publicó en septiembre de 2004 en la Codificación del Registro Oficial
Suplemento 418. En el Capítulo III, de la Prevención y Control de la Contaminación de
los Suelos: Art. 10 y 11, están detallados aquellas leyes relacionadas al tema de
investigación (…)
Art. 10.- “Queda prohibido descargar, sin sujetarse a las correspondientes
normas técnicas y regulaciones, cualquier tipo de contaminantes que puedan alterar la
calidad del suelo y afectar a la salud humana, la flora, la fauna, los recursos naturales y
otros bienes”.
Art. 11.- “Para los efectos de esta Ley, serán consideradas como fuentes
potenciales de contaminación, las substancias radioactivas y los desechos sólidos,
líquidos o gaseosos de procedencia industrial, agropecuaria, municipal o doméstica”.
(Sistema Integrado de Legislación Ecuatoriana, 2012)
2.3.5 Normas: (COOTAD).
Código Orgánico de Organización Territorial, Autonomía y Descentralización
(COOTAD).
El artículo asociado al proyecto de investigación se localiza en el Título V,
Capítulo IV, Del Ejercicio de las Competencias Constitucionales:
Art. 136. “De acuerdo con lo dispuesto en la Constitución, el ejercicio de la
tutela estatal sobre el ambiente y la corresponsabilidad de la ciudadanía en su
preservación, se articulará a través de un sistema nacional descentralizado de gestión
ambiental, que tendrá a su cargo la defensoría del ambiente y la naturaleza a través de
la gestión concurrente y subsidiaria de las competencias de este sector, con sujeción a
las políticas, regulaciones técnicas y control de la autoridad ambiental nacional, de
conformidad con lo dispuesto en la ley”. (Ministerio de Finanzas del Ecuador, 2012)
28
2.4 Hipótesis
2.4.1 Hipótesis de trabajo (Hi).
Existe una relación óptima suero lácteo (sustrato)/estiércol bovino (inóculo)
para obtener alto rendimiento de metano.
2.4.2 Hipótesis nula (Ho).
No existe una relación óptima suero lácteo (sustrato) /estiércol bovino (inóculo)
para obtener alto rendimiento de metano.
2.5 Sistemas de variables
2.5.1 Variable dependiente.
Es conocida como la variable de respuesta que se modifica al manipular la
variable independiente por ende las variables dependientes planteadas son:
- El potencial de biometanización (PBM) y el rendimiento de producción de
metano.
2.5.2 Variable independiente.
Es seleccionada por el investigador para determinar su relación con los
fenómenos observados, como variables independientes se plantearon:
- La composición en porcentaje (%SV) de suero lácteo (sustrato): estiércol
bovino (inóculo) y la adición y no adición de buffer (NaHCO3).
29
Capítulo III
3. Metodología de la Investigación
3.1 Diseño de la investigación
Para realizar el presente trabajo de investigación se utilizó el paradigma
cuantitativo que implica la recolección, y el análisis de datos a través de métodos y
técnicas estadísticas (Fernández, Baptista, & Hernández, 2016), ya que se requirió de
análisis experimentales que permitieron comprobar las hipótesis. Por otro lado, se
anhelo obtener una visión integral y completa acerca de qué relación sustrato/inóculo es
la mejor para obtener mayor porcentaje de rendimiento de metano.
Los niveles involucrados son el nivel descriptivo cuantitativo el mismo que se
encarga de describir fenómenos en tiempo real, además desde el punto de vista
estadístico estima parámetros (Fernández, Baptista, & Hernández, 2016) es decir se
plantearon parámetros como pH, temperatura y tiempo de retención que estaban ligados
a las variables sustrato, inóculo y rendimiento de metano.
El nivel de investigación explicativo es el nivel máximo al que se logró llegar en
el trabajo; el propósito de su uso fue obtener mejor familiarización con el tema y
adquirir nuevos conocimientos, además de permitir conocer aquellos factores que
intervinieron durante todo el proceso (Fernández, Baptista, & Hernández, 2016).
El tipo de investigación aplicado es experimental, que se define como aquella
“situación en la que el investigador controla y produce las condiciones en las que se va
a observar la conducta” (Rojas & Vich, 2011, pág. 4), por ende se manipuló las variables
acorde a la facilidad de estudio, analizando cada una de las muestras de una manera
ordenada, estableciendo condiciones adecuadas para llevar a cabo el proceso de
digestión anaerobia, para lo cual fue necesario caracterizar a través de un análisis
fisicoquímico tanto el suero lácteo (sustrato) como el estiércol bovino (inóculo).
3.2 Población y Muestra
Para Suárez (2011), muestra es un segmento de una totalidad que forma parte de
la población, es conocida como una réplica en miniatura de la misma, su estudio es más
sencillo de realizar que estudiar a toda una población en conjunto. Las muestras pueden
ser probabilísticas o no probabilísticas, la selección de una muestra probabilística se
rige mediante reglas matemáticas, es decir que la unidad a ser elegida se conoce de
antemano. Por el contrario, en una muestra no probabilística la selección se da acorde al
criterio del investigador procurando que sea los más representativa posible.
Para el presente trabajo de investigación se tomó en consideración el tipo de
muestreo no probabilístico discrecional ya que tanto el suero lácteo (sustrato), como el
30
estiércol bovino (inóculo) fueron seleccionados acorde a la cantidad necesaria para la
caracterización fisicoquímica como para el montaje de los biodigestores; se empleó
como sustrato el suero lácteo proveniente de una empresa artesanal dedicada a la
elaboración de quesos frescos denominada “Lácteos Kathy”, situada en la parroquia de
Machachi, Cantón Mejía.
Como inóculo se utilizó estiércol bovino proveniente de 12 vacas lecheras
pertenecientes a una hacienda vecina a la empresa artesanal de quesos frescos
localizada en el mismo cantón, la recolección se realizó acorde al protocolo para el
muestreo de la biomasa residual (Anexo C) del Atlas del Potencial Energético de la
Biomasa Residual en Colombia.
3.3 Métodos y Materiales
Los ensayos de potencial de biometanización (PBM) se realizaron en el
Laboratorio para Termovalorización de Biomasa y Residuos Sólidos “Dr. Jerko M.
Labus” sede de investigación perteneciente al Instituto Nacional de Eficiencia
Energética y Energía Renovables (INER) ubicado al norte de la ciudad de Quito, en
Carapungo, dentro del Complejo de CELEC EP–Unidad de Negocios
TRANSELECTRIC.
Para el proceso experimental se utilizaron los siguientes recursos:
3.3.1 Materiales.
a) Obtención de la muestra
- Recolección de suero lácteo (sustrato)
o Botellones plásticos 6L
o Botellas plásticas 600ml
- Recolección de estiércol bovino (inóculo)
o Balde pequeño con tapa de 5 galones
o Pala
o Bailejo
o Fundas ziploc
b) Caracterización fisicoquímica del sustrato, inóculo, mezclas (S/I)
- Determinación de pH
o Vasos de precipitación 100ml
- Determinación de sólidos totales y sólidos volátiles
o Cápsulas de porcelana
o Cucharas plásticas pequeñas
o Pipetas Pasteur de plástico
o Envases plásticos
o Desecador
- Determinación de ácidos grasos volátiles (AGV) y alcalinidad total (AT)
o Vasos de precipitación 100ml
o Buretas 25ml, 50ml
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o Pipetas volumétricas 10ml
o Probeta 50ml
o Pinza
o Soporte universal
o Pera de succión
o Núcleos de ebullición de vidrio
o Agitador magnético
- Determinación de proteína
o Erlenmeyer 250ml, 500ml
o Núcleos de ebullición de vidrio
o Probeta 50ml
o Tubos de digestión 250ml
o Pipeta graduada 5ml
o Pera de succión
o Pipetas Pasteur de plástico
- Determinación de grasa cruda
o Dedales de celulosa, de 26 × 60 mm
o Vasos de extracción: Al, 44id. 60mm de alto
o Erlenmeyer 250ml, 500ml
o Probetas 50ml, 100ml
o Embudos plásticos
o Papel filtro
o Pipetas Pasteur de plástico
o Desecador
- Determinación de densidad
o Picnómetros 25ml
- Determinación de DQO
o Tubos 16mm
- Balones aforados 100ml, 250ml, 500ml
o Pipetas volumétricas 10ml, 25ml, 50ml
o Pipetas graduadas 10ml, 5ml, 1ml
- Determinación de la relación C/N
o Mortero con pistilo
o Vaso de precipitación 1000ml
o Papel aluminio, fundas ziploc
c) Ensayos de biodegradabilidad anaerobia de mezclas suero lácteo (sustrato):
estiércol bovino (inóculo).
- Montaje de biodigestores
o Gradilla
o Pera succión
o Frascos autoclaves 500ml
o Tapas roscas
o Corcho plástico
o Mangueras PVC 1/8
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o Tubos en U plásticos
o Agujas hipodérmicas
o Probetas plásticas 600ml,500ml
o Tinas medianas y grandes
o Resistencias para 20 galones
o Mallas metálicas
o Termómetros de mercurio
o Varilla de agitación
- Medición de biogás
o Jeringas 60ml
o Llaves de tres vías
o Filtro 0,45um
3.3.2 Equipos.
a) Obtención de la muestra
- No aplica
b) Caracterización fisicoquímica del sustrato, inóculo, mezclas (S/I)
- Determinación de pH
o Potenciómetro micropH-700 OAKION®
- Determinación de sólidos totales y sólidos volátiles
o Estufa
o Mufla Thermo Scientific
o Balanza Analítica OHAUS
- Determinación de ácidos grasos volátiles (AGV) y alcalinidad total (AT)
o Plancha calefactora Thermo Scientific
o Agitador magnético R.K.I
o Baño de hielo
o Centrifuga Thermo Scientific ST16
o Cronómetro
- Determinación de proteína
o Bureta digital (0,00-50,00ml)
o Bloque de digestión R. ESPINAR, S.L
o Unidad de destilación UDK 127
o Unidad de neutralización
o Balanza analítica, E-AL-60b (0,0001-220g)
- Determinación de grasa cruda
o Sistema de extracción, E-AL-12
o Estufa E-AL-05 (130±3°C)
o Balanza analítica, E-AL-60b (0,0001-220g)
o Cocineta E-AL-28
- Determinación de densidad
o Balanza analítica
- Determinación de DQO
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o Espectrofotómetro MERCK SQ 118
o COD Reactor, HACH
- Determinación de la relación C/N
o Analizador CHNS/O, Serie II 2400 PerkinElmer
o Termobalanza HB43-S Mettler Toledo
c) Ensayos de biodegradabilidad anaerobia de mezclas suero lácteo (sustrato):
estiércol bovino (inóculo).
- Montaje de biodigestores
o Balanza digital ACS-30JS (30kg × 1g)
- Medición de biogás
o Analizador de biogás (Agilent Technologies 490 Micro GC)
3.3.3 Reactivos.
a) Obtención de la muestra
- No aplica
b) Caracterización fisicoquímica del sustrato, inóculo, mezclas (S/I)
- Determinación de pH
o Agua destilada tipo I, II
o Buffer pH: 4, pH: 7, pH: 10
- Determinación de ácidos grasos volátiles (AGV) y alcalinidad total (AT)
o Solución hidróxido de sodio, NaOH 0,1N
o Solución ácido sulfúrico, H2SO4 0,2N
o Fenolftaleína
o Agua destilada tipo I, II
- Determinación de proteína
o Tabletas de catalizador (sulfato de cobre/selenio)
o Solución ácido bórico, H3BO3 4%
o Ácido sulfúrico concentrado, H2SO4 c
o Peróxido de hidrogeno, H2O2 30-35%
o Solución estándar de ácido clorhídrico, HCl 0,1N
o Solución de hidróxido de sodio, NaOH 50%
o Agua destilada tipo II
- Determinación de grasa cruda
o Éter dielítico
o Ácido clorhídrico grado técnico, HCl c
o Agua tipo II
- Determinación de densidad
o Agua tipo II
- Determinación de DQO
o Solución reactivo A (sulfato de mercurio II; ácido sulfúrico)
o Solución reactivo B
o Agua destilada tipo II
c) Ensayos de biodegradabilidad anaerobia de mezclas suero lácteo – estiércol bovino.
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- Montaje de biodigestores
o Solución de hidróxido de sodio, NaOH 0,1N
o Bicarbonato de sodio (NaHCO3)
o Agua destilada tipo II
o Fenolftaleína
3.3.4 Métodos.
A continuación, se presenta la metodología utilizada para la investigación, así
como una descripción de las técnicas analíticas empleadas en la caracterización
fisicoquímica y la determinación del potencial de biometanización (PBM).
Obtención de la muestra.
Recolección del suero lácteo (sustrato)
La recolección del suero lácteo (sustrato) se realizó los días de mayor
producción correspondientes a los jueves, sábados, y domingos, de los 440 litros
generados se recolectó aproximadamente 600 ml por dos semanas seguidas para la
caracterización fisicoquímica que incluye el análisis de ácidos grasos volátiles (AGV),
alcalinidad, proteína, sólidos totales, sólidos volátiles, y DQO, mientras que para el
montaje de los biodigestores se recolectó aproximadamente 6 L. La recolección se
realizó en envases herméticos plásticos (ver Figura 5) e inmediatamente las muestras
fueron refrigeradas a 4°C para evitar la formación de ácidos grasos volátiles (AGV).
Figura 5. Muestreo de suero lácteo: a) Recolección de suero lácteo en botellones
plásticos herméticos de 6L, b) Suero lácteo usado para el montaje de los biodigestores
Recolección de estiércol bovino.
La muestra fue recolectada un día previo al análisis a las 6 am, para lo cual se
dividió el potrero en un cuadrado y por cada 15 pasos en forma de zigzag se recolectó
una sub muestra con ayuda de una pala previamente desinfectada en un balde para 15
galones (ver Figura 6b), tratando de tomar la parte fresca de la deyección para lo cual
fue necesario remover la parte seca con ayuda de un bailejo (ver Figura 6a), una vez
lleno el balde se procedió a mezclar para obtener una muestra totalmente homogénea,
que posteriormente fue almacenada en doble bolsa con cierre hermético. Para evitar
35
pérdidas y procurando sacar todo el aire, se colocó aproximadamente 500g por cada
bolsa, generando un total de 7 colectores (ver Figura 6d), cantidad suficiente para llevar
a cabo la caracterización fisicoquímica, que incluyó el análisis de ácidos grasos
volátiles (AGV), alcalinidad total, pH, sólidos totales, sólidos volátiles y relación C/N,
así como para el montaje de los biodigestores, de igual forma las muestras se
refrigeraron a 4°C.
Figura 6. Muestreo de estiércol bovino (inóculo): a) Remoción de la parte seca de la
deyección, b) Recolección de la parte fresca de la deyección, c) Homogenización para
la obtención de una muestra compuesta de estiércol, d) Bolsas de estiércol con cierre
hermético
Caracterización inicial del sustrato (suero lácteo) y el inóculo (estiércol
bovino).
La caracterización fisicoquímica se realizó de acuerdo al manual de digestión
anaerobia del Laboratorio de Biotecnología de la Escuela de Ingeniería Química de la
Universidad Industrial de Santander adoptados por el laboratorio de biomasa (INER:
2015), para el caso de pH, sólidos totales SST (%), sólidos volátiles SSV (%),
alcalinidad total (mg CaCO3/L), y ácidos grasos volátiles AGV(mg ac acético/L),
mientras que para el análisis de demanda química de oxígeno DQO (mg O2/ L) se
siguió el método 5220-D recomendado por Standard Methods. Para el caso de grasa
cruda (%) y proteína cruda (%) se utilizó los métodos oficiales establecidos por la
AOAC. Las técnicas analíticas utilizadas se detallan en la Tabla 6, además cabe
recalcar que cada análisis de caracterización se realizó por triplicado, exceptuando la
determinación de grasa, y densidad que fueron realizados por duplicado. Los
parámetros fisicoquímicos analizados para el sustrato fueron: pH, proteína cruda, grasa
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cruda, SST, SSV, DQO, densidad, AGV, alcalinidad total, C/N. Para el caso del inóculo
se analizó: pH, AGV, alcalinidad total, SST, SSV, y C/N.
Tabla 6. Métodos para el análisis fisicoquímico
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Determinación de pH.
Se utilizó un potenciómetro, previamente calibrado con soluciones patrón a pH
4,7 y 10, modelo micropH-700 OAKION® de dos cifras decimales de precisión. Para
el caso del suero lácteo (sustrato) la medición se realizó por inmersión directa del
electrodo en aproximadamente 50 ml de muestra, mientras que para el estiércol bovino
Muestra a ser analizada Método
Análisis
Físicos
pH Potenciométrico
(Standard Methods 4500- B: 2017 )
Sólidos totales Gravimétrico
(Standard Methods 2540- B: 2017)
Sólidos volátiles Gravimétrico
(Standard Methods 2450 –E: 2017)
Alcalinidad Total Método titrimétrico (Método interno laboratorio
de biomasa INER: 2015)
Ácidos Grasos Volátiles Método titrimétrico (Método interno laboratorio
de biomasa INER: 2015)
DQO Método titulométrico de reflujo cerrado
(Standard Methods 5220-D: 2017)
Análisis
Químico
Proteína cruda
(Nitrógeno Total)
Método de digestión en bloque; Kjeldhal
(Método Oficial AOAC 981.10: 2012)
Grasa cruda
Método de extracción con solventes; Soxhlet
(Método Oficial AOAC 991.36: 2012)
Relación C/N Determinación del contenido total de carbono,
hidrógeno y nitrógeno
(Método instrumental BS EN 15104:2011)
37
(inóculo) se tomó 10 g en 100 ml, se centrifugó la muestra a 5000 rpm por 10 min, se
filtró el sobrenadante y se midió el pH de igual forma por inmersión directa del
electrodo. Cada ensayo se realizó por triplicado tanto para el sustrato como para el
inóculo.
Determinación de sólidos totales (SST) y sólidos volátiles (SSV).
Los sólidos totales fueron determinados sobre la muestra bruta tanto para el
sustrato como para el inóculo. La determinación se realizó por gravimetría utilizando
una balanza autocalibrante OHAUS Explorer con una precisión de 0,0001 gramos, para
el caso del sustrato se pesó alrededor de 2g de muestra bien homogenizada, mientras
que para el inóculo se pesó alrededor de 3g, para lo cual se utilizó cápsulas previamente
taradas en una estufa para secado modelo Memrmert SN 55 por 4 horas a 105°C hasta
peso constante. Las muestras se secaron a 105° C durante 4 horas, pasado este tiempo
se las dejó enfriar en un desecador durante 30 min para posteriormente pesarlas, una
vez más fueron colocados en la estufa durante 1 hora, de igual manera se dejó enfriar y
se volvió a pesar, el ciclo se repitió hasta que la diferencia con el peso anterior fuera
menor al 4%. Los resultados se expresan como porcentaje de sólidos totales sobre el
total de muestra.
Los sólidos volátiles (SSV) se determinaron, igualmente, por gravimetría, a
partir del residuo seco obtenido en la anterior determinación, para el caso del sustrato,
este se calcinó en un horno mufla Thermo Scientific modelo F48018 a 550ºC durante 2
h hasta peso constante, mientras que para el inóculo al ser semisólido su calcinación se
realizó a escala de temperatura (iniciando a 105°C durante 12 min, para llegar a 250°C
se elevó 10 °C/min, esta temperatura se mantuvo por 30 min, posteriormente para
llegar a 575°C en donde la muestra se mantuvo por 3 horas, la temperatura se elevó
20°C/min), una vez alcanzada la calcinación se dejó enfriar antes de pesar, el ciclo de
calcinación se llevó a cabo hasta peso constante o hasta que la diferencia con el peso
anterior fuera menor al 4%. De igual manera los resultados se expresan como
porcentaje de sólidos volátiles sobre los sólidos totales.
Determinación de ácidos grasos volátiles (AGV) y alcalinidad total (AT).
La medición se realizó mediante la técnica volumétrica de valoración
potenciométrica, utilizando un potenciómetro previamente calibrado con soluciones
patrón a pH 4,10 y 7, para el sustrato la determinación se efectuó sobre la muestra
bruta, para el caso del inóculo el análisis se llevó a cabo sobre el sobrenadante de la
muestra, la cual fue centrifugada durante 10 minutos a 5000 r.p.m. y luego filtrada.
Para el análisis se tomó 10 ml de muestra con una pipeta volumétrica en un vaso
de 100 ml, se agregó 50 ml de agua destilada, seguido se colocó un agitador magnético
y se procedió a medir el pH inicial, para la alcalinidad se procedió a titular con una
solución de H2SO4 0,2N previamente valorada hasta llegar a pH=5,75 anotando el
volumen gastado (V1), se continuó agregando ácido hasta pH=4,3, se tomó el volumen
gastado desde el inicio (V2), posteriormente para el análisis de acidez volátil se
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continuo titulando hasta pH=3, una vez alcanzado el pH, se dejó la muestra en
ebullición durante 5 min e inmediatamente se colocó en un baño de hielo para alcanzar
la temperatura ambiente, se tituló con una solución de NaOH 0,1N previamente
valorada, hasta pH=4 se anotó el volumen gastado (V3). Se continuó agregando base
hasta pH=7 y finalmente se tomó el volumen gastado desde el principio (V4). Los
resultados se expresaron como mgCaCO3 /L (alcalinidad total) y en mg ac acético/L
(acidez volátil).
Determinación de proteína cruda (PC).
La determinación de este parámetro se hizo siguiendo el Método de digestión en
bloque (Método Oficial AOAC 981.10), para lo cual se pesó en un papel libre de
nitrógeno 0,5 g de sustrato, dicha determinación se realizó por tres semanas seguidas
con muestras de suero lácteo procedentes de los días jueves, sábado y domingo
incluyendo una mezcla de las mismas.
El procedimiento para este parámetro se basa en la digestión de la muestra con
ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) entre 400°C-420°C, en presencia de catalizadores
metálicos para reducir el nitrógeno orgánico de la muestra hasta amoníaco, el cual
queda en solución en forma de sulfato de amonio, la digestión se llevó a cabo en el
bloque de digestión R. ESPINAR, S.L. Luego de la descomposición, el amoníaco se
destila desde un medio alcalino y se absorbe en ácido bórico. Para la destilación, se
utilizó la unidad de destilación VELP UDK12. Posteriormente a la destilación, la
cuantificación se determinó por titulación con ácido clorhídrico (HCl) 0,1N
normalizado usando una bureta digital de presión 0,00-50,00ml.
Determinación de grasa cruda (GC).
Este parámetro permite determinar la cantidad de grasa (algunas veces llamado
extracto etéreo, grasa neutra o grasa cruda) presente en la muestra por extracción con
disolventes menos polares.
La determinación se realizó siguiendo el Método de extracción con solventes
(Método Oficial AOAC 991.36 modificado), dicho parámetro se determinó para las
muestras de suero lácteo recolectadas los días sábado, y domingo incluyendo una
mezcla de estas, el procedimiento se dio en tres etapas:
Hidrólisis: se llevó a cabo mediante calentamiento durante 30 min, para lo cual se pesó
en un erlenmeyer 15 g de muestra bien homogenizada, con 60 ml de ácido clorhídrico
concentrado grado técnico y 70 ml de agua destilada.
Filtración: una vez concluida la hidrolisis, se procedió a filtrar el hidrolizado a través
de papel filtro previamente humedecido, para eliminar la acidez del hidrolizado se lavó
con 500 ml de agua caliente. El proceso de secado del filtrado se realizó a temperatura
ambiente.
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Extracción: se llevó a cabo con un sistema de extracción Soxhlet VELP SER148, el
papel filtro seco previamente etiquetado se colocó dentro de un dedal de celulosa, la
extracción se realizó sobre vasos de extracción para grasa previamente tarados a 105°C
usando como solvente aproximadamente 50 ml de éter dielítico. La grasa se reportó
como porcentaje en peso con respecto a la muestra original.
Determinación de la densidad.
La determinación se realizó con una mezcla y la muestra del suero lácteo del día
sábado usando el Método del picnómetro con una balanza autocalibrante OHAUS
Explorer con una precisión de 0,0001 gramos y un picnómetro de 25 ml, tomando el
peso del picnómetro vacío, el peso del picnómetro con agua destilada y el peso del
picnómetro con la muestra de suero lácteo, para los dos pesos finales estos se tomaron
previo a ser sometidos a un baño térmico durante 3 min. La densidad absoluta se
reporta a 20°C.
Determinación de la demanda química de oxígeno (DQO).
La determinación se hizo usando el método titulométrico de reflujo cerrado
5220D recomendado por Standard Methods, las muestras de suero lácteo analizadas
correspondieron a las obtenidas los días sábado, domingo y una mezcla. Debido al alto
rango de las determinaciones fue necesario realizar una dilución de 10 en 500 ml con
un FD=50, para la preparación de la muestra se colocó en cubetas de 16 mm en orden
2,4 ml de reactivo A, seguido de 1,8 ml de reactivo B y finalmente 1 ml de muestra,
una vez preparado el tubo se agitó hasta disolver totalmente el contenido, a la par se
realizó un blanco solo con reactivos y agua destilada.
Se procedió a realizar la digestión a 150°C durante dos horas en un COD
REACTOR marcha HACH, terminado el proceso se dejó enfriar hasta temperatura
ambiente, para poder realizar la lectura se usó el método 112 para rango de DQO alto
(500-10000 mgO2/L) con ayuda de un espectrofotómetro MERCK SQ 116, la
determinación se realizó por triplicado.
Determinación de la relación C/N.
La determinación se llevó a cabo acorde a lo establecido por el método
instrumental BS EN 15104:2011 (Determinación del contenido total de carbono,
hidrógeno y nitrógeno para biocombustibles sólidos), el procedimiento se detalla a
continuación:
- Se pesó aproximadamente 500g de suero lácteo en un vaso de precipitación de
1L, para evaporación total de la parte líquida a una temperatura no superior a
60°C, el residuo sólido se homogenizó con ayuda de un mortero.
- Se pesó aproximadamente 10g de estiércol bovino, para secar la muestra se
colocó en una estufa por 24h a 60°C, de igual forma de trituró la muestra seca
con un mortero.
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- Para la determinación del análisis elemental se pesó de 1 a 2 mg de muestra
sólida utilizando el equipo PerkinElmer Serie II CHNS/O Analyzer 2400.
- El reporte de los resultados en base seca del porcentaje de carbono y nitrógeno
se corrigió acorde a la ecuación 1 y 2 para lo cual fue necesario determinar la
humedad a 105°C por Termobalanza pesando de 0,9 –1 g de muestra, la
humedad se reporta en porcentaje.
o Para el contenido de carbono:
𝐶𝑑 = 𝐶𝑎𝑑 ×100
100 −𝑀𝑎𝑑
Ecuación 1. Contenido de carbono en base seca (British Standards Institution , 2011)
o Para el contenido de nitrógeno:
𝑵𝒅 = 𝑵𝒂𝒅 ×𝟏𝟎𝟎
𝟏𝟎𝟎 −𝑴𝒂𝒅
Ecuación 2. Contenido de nitrógeno en base seca (British Standards Institution , 2011)
Dónde: d es el contenido en base seca; ad-contenido determinado; M ad el contenido
de humedad de la muestra cuando se analiza.
- Se reporta la relación C/N en porcentaje dividiendo el contenido de carbono para el
contenido de nitrógeno. El análisis se realizó por triplicado.
Caracterización fisicoquímica de las mezclas suero lácteo (sustrato) / estiércol
bovino (inóculo), al inicio y final del proceso.
Al inicio y al final del proceso de digestión se analizaron en las mezclas S/I los
siguientes parámetros: pH, ácidos grasos volátiles (AGV), sólidos totales (SST), sólidos
volátiles (SSV), demanda química de oxígeno (DQO).
- pH: la determinación se realizó de forma directa por inmersión del electrodo en
las mezcla S/I. El parámetro se midió por triplicado para cada ensayo.
- Sólidos totales: para determinar este parámetro se pesó 2 g de muestra en
cápsulas previamente taradas, midiendo la pérdida de peso después de
calentamiento a 105°C por 4 horas hasta peso constante, cumpliendo con un
ciclo de 1 h de secado y 30 min para enfriar en un desecador antes de tomar el
peso. El parámetro se analizó por duplicado.
- Sólidos volátiles: este parámetro se llevó a cabo sobre las muestras previamente
secadas a 105°C, al ser una muestra semisólida el proceso de calcinación a
575°C, se llevó a cabo a escala de temperatura (iniciando a 105°C durante 12
min, para llegar a 250°C se elevó 10 °C/min, a esta temperatura se mantuvo por
30 min, finalmente para llegar a 575°C en donde la muestra se mantendría por 3
41
horas la temperatura se elevó 20°C/min), de igual manera cumpliendo con un
ciclo de 1 h de calcinación y se dejó enfriar en un desecador antes de tomar el
peso. El parámetro se analizó por duplicado.
- Ácidos grasos volátiles: la determinación se realizó acorde al procedimiento
detallado para la caracterización del sustrato e inóculo, previamente se
centrifugó las muestras a 5000 rpm por 10 min, se trabajó con el sobrenadante
una vez filtrado. El parámetro se analizó por duplicado.
- Demanda química de oxígeno: este parámetro se determinó a partir de las
muestras centrifugadas a 5000 rpm por 10 min, además debido a la elevada
carga orgánica se realizó una dilución de 25 ml en 250 ml, con un FD 10. El
parámetro se analizó por duplicado.
Ensayos de biodegradabilidad anaerobia de mezclas suero lácteo – estiércol
bovino (S/I).
Se realizaron ensayos de potencial de biometanización para cada una de las
mezclas S/I asignadas, en condiciones mesofílicas a 30°C, en frascos autoclave de
500ml, durante un periodo de retención de 34 días, siguiendo el manual de digestión
anaerobia del Laboratorio de Biotecnología de la Escuela de Ingeniería Química de la
Universidad Industrial de Santander adoptados por el laboratorio de biomasa (INER:
2015). Las proporciones de mezcla a experimentar, basadas en sólidos volátiles, se
muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Ensayos realizados para obtención de biogás
Ensayo Suero lácteo
(%SV)
Estiércol bovino
(%SV)
Notación Código
1 100 0 SB-SL 100:0 LB-457
2 75 25 SB-SL: EB =75:25 LB-465
3 50 50 SB-SL: EB =50:50 LB-464
4 100 0 CB-SL: EB =100:0 LB-457
5 75 25 CB-SL: EB =75:25 LB-462
6 50 50 CB- SL: EB=50:50 LB-461
CB: con buffer (NaHCO3); SB: sin buffer SL: suero lácteo; EB: estiércol bovino
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Descripción del método para el ensayo de potencial de biometanización (PBM).
Se adaptó un equipo a escala laboratorio como se observa en la Figura 7 para la
obtención de biogás por desplazamiento de volumen, en las probetas de plástico de 500
42
ml se colocó como solución de barrera hidróxido de sodio (NaOH) 0,1 N con
fenolftaleína, el mismo que sirvió como indicador al generarse dióxido de carbono
(CO2), los ensayos como se describen en la Tabla 7 fueron montados por triplicado, a
excepción de los ensayos 1 y 4 que se montaron por duplicado.
Figura 7. Sistema de medición de metano (CH4) por desplazamiento alcalino
Los ensayos 4, 5 y 6 fueron tratados antes del proceso de digestión con una
cantidad en gramos por unidad de pH de bicarbonato de sodio (buffer) para obtener un
pH aproximado de 7,2; con el propósito de evitar la formación de AGV que a pH< 6
inhiben la generación de bacterias metanogénicas responsables de la producción de
biogás. El peso ocupado por el sustrato y el inóculo fue de 450 g, para determinar la
cantidad en gramos relacionados al porcentaje fue necesario determinar la densidad del
suero lácteo. En la Tabla 8 se detallan las cantidades utilizadas tanto de sustrato como
inóculo.
Tabla 8. Cantidades de suero lácteo (sustrato) y estiércol bovino (inóculo) colocadas en
los biodigestores
Composición
%(SV)
Suero lácteo
(sustrato) g
Suero lácteo
(sustrato) ml
Estiércol bovino
(inóculo) g
g NaHCO3
(buffer)
SL=100:0
450
439
0
a.-3,0196
b.-3,0197
SL: EB =75:25
337,5
329,22 ~ 329
112,5~ 113
a.-3,3812
b.-3,3811
c.-3,3812
SL: EB =50:50
225
219,48 ~ 219
225
a.-2,3833
b.-2,3834
c.-2,3862
Elaborado por: Lizeth Cantuña
43
Medición de biogás.
Para la determinación del potencial de biometanización se midió el volumen de
solución barrera desplazado durante el tiempo de retención, del mismo modo por día se
tomó en cuenta la temperatura del ensayo, por lo general la lectura de volumen y
temperatura se realizó aproximadamente a las 16:00 h.
Al observar un volumen apreciable de desplazamiento de solución barrera que
por lo general se daba a los 8 días se procedía a extraer una cantidad apreciable de gas,
para lo cual se utilizó una jeringa de 60 ml adaptada a una llave de tres vías, además
dentro de las jeringas se colocó gel de sílice activado dejando actuar por 5 min para
adsorber la mayor cantidad de humedad de las muestras, el porcentaje de cada gas se
determinó con ayuda de un cromatógrafo para gases modelo Technologies 490 Micro
GC, las corridas se realizaron por triplicado o duplicado dependiendo de la cantidad de
gas recolectada.
3.4 Diseño experimental
El diseño experimental aplicado corresponde a un análisis de varianza de dos
factores con varias muestras por grupo DBCA (diseño de bloques completamente al
azar), que compara más de dos tratamientos, se estableció dos relaciones (S/I)
considerando la cantidad de ST necesarios en el proceso de biodigestión. Los ensayos
se realizaron por triplicado para apreciar de mejor modo el efecto de los factores en la
variabilidad, además se tomó en consideración la composición en porcentaje SL: EB y
la adición y no adición de buffer (NaHCO3) para regular el pH como variables
independientes con el propósito de observar su grado de influencia en la producción de
metano. Los tratamientos combinados se detallan en la Tabla 9.
Variable respuesta: % metano
Factor de estudio: potencial de biometanización (PBM)
Variables independientes
A: La composición de sólidos volátiles (%SV) de la relación (S/I)
A1: 100 SL: 0 EB
A2: 75 SL: 25 EB
A3: 50 SL: 50 EB
B: Bicarbonato de sodio (NaHCO3) como buffer
B1: 0 g NaHCO3
B2: adición de NaHCO3
Tratamientos: A x B x triplicado= 3x2 x 3 = 18
44
Tabla 9. Combinaciones para los tratamientos
Variables B1 (0 g NaHCO3) B2 (adición de NaHCO3)
A1 (100 SL: 0 EB) A1B1 T1 A1B2 T4
A2 (75 SL: 25 EB) A2B1 T2 A2B2 T5
A3 (50 SL: 50 EB) A3B1 T3 A3B2 T6
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Hipótesis
- Hipótesis nula: Las variables independientes A y B por separado y su interacción
no influye sobre el potencial de biometanización y el porcentaje de metano.
- Hipótesis alternativa: Las variables independientes A y B por separado y su
interacción si influye sobre el potencial de biometanización y el porcentaje de
metano.
3.5 Matriz de operacionalización de variables
Tabla 10. Matriz de operacionalización de variables
VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES
Potencial de
biometanización
(PBM)
Método de cuantificación
volumétrico
m3/ kg SV sustrato
Contenido de materia orgánica Solidos totales (%); sólidos
volátiles (%) y DQO (mgO2/L)
Contenido de ácidos grasos
volátiles
AGV (mg ac acético/L); pH
(upH)
Grado de alcalinidad Alcalinidad total (mg
CaCO3/L)
Composición
sustrato/ inóculo
Relación % SV
Metano Rendimiento de producción % metano (CH4)
Buffer (NaHCO3) Adición o no adición g NaHCO3 / upH
Elaborado por: Lizeth Cantuña
3.6 Técnica e Instrumento de recolección de datos
La técnica aplicada para la recolección de datos se basó en la observación, esta
técnica sencilla que nos permite verificar las variaciones que surgen a medida que se va
desarrollando la experimentación, para tomar decisiones acertadas que permitan
mejorar el proyecto de investigación. Para recolectar los datos a ser analizados se
utilizó la guía de observación, la cual fue elaborada combinando las variables
dependientes, así como las variables independientes.
45
Además, se tabularon cada uno de los datos obtenidos de caracterización
fisicoquímica para el sustrato, el inóculo así como también de la caracterización inicial
y final de las mezclas y una vez concluido el proceso de digestión anaerobia, para tener
constancia de cómo se dio el desplazamiento de volumen relacionado al potencial de
biometanización, se elaboraron tablas para cada mezcla, tomando en cuenta la
temperatura, de igual forma se tabuló la producción de metano por día de lectura.
La guía de observación, así como las tablas para la recolección de los datos
fueron validadas por tres profesionales relacionados con el tema de investigación. MSc.
Paola Cují (Analista Técnico de Servicios Especializados 3 Instituto Nacional de
Eficiencia Energética y Energías Renovables), Ing. Mishel Romero (Analista Técnico
de Servicios Especializados 3 Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías
Renovables) y Msc. Milene Díaz (Docente Universidad Central del Ecuador; Facultad
de Ciencia Químicas).
3.7 Técnica de procesamiento y Análisis de datos
Para la determinación del PBM expresada en términos de potencial específico
de metano (m3CH4/kg SV sustrato), fue necesario realizar la corrección del volumen
medido a condiciones normales de temperatura y presión haciendo uso de la ecuación
de los gases ideales considerando el número de moles constante (ver Ecuación 3), para
el cálculo del PBM se consideró el volumen acumulado una vez finalizada la digestión
anaerobia.
𝑉𝐶𝑁𝑇𝑃 =𝑉𝑚 × 𝑃𝑚 × 𝑇
𝑇𝑚 × 𝑝
Ecuación 3. Volumen de gas en condiciones normales de temperatura y presión
(Carlín, 2015)
Dónde:
VCNTP = Volumen de gas en condiciones normales (ml)
Vm = Volumen de gas generado (ml)
Pm = Presión registrada al momento de realizar la medición de metano (0,7315
bar)
p = presión atmosférica absoluta (1,0133 bar)
T= temperatura absoluta (273,15 Kelvin)
Tm= temperatura del ensayo (°C+ 273,15 Kelvin)
El porcentaje de metano se expresó de forma acumulada, para todas las mezclas.
46
3.7.1 Análisis estadístico descriptivo para caracterización del sustrato y el
inóculo.
Los datos de las características fisicoquímicas del sustrato e inóculo, así como
de la caracterización inicial y final para cada una de las mezclas fueron procesados
empleando métodos estadísticos descriptivos, con el fin de mostrar de una manera
concisa y resumida los aspectos fundamentales del conjunto de datos, se efectuó el
cálculo de la media y la desviación estándar para el total de muestras a ser analizadas.
Para el caso de sustrato la caracterización se realizó usando muestras según los
días de producción por lo que fue necesario el cálculo del límite de cuantificación
superior y el límite de cuantificación inferior para verificar la dispersión de los datos
obtenidos.
3.7.2 Análisis estadístico explicativo para determinar efecto de las variables
independiente sobre sobre las variables dependientes.
Para determinar el grado de influencia sobre el potencial de biometanización y
el rendimiento de metano por parte de las variables independientes, se aplicó el análisis
de varianza (ANOVA) de dos factores con varias muestras por grupo con un nivel de
significancia del 95%, además para verificar cuales tratamientos son diferentes se
aplicó la prueba de rangos múltiples LSD (Least significant difference) con p < 0,05. El
análisis estadístico, así como las gráficas para interpretar los resultados para todos los
casos, se realizó con ayuda del programa estadístico Minitab 17 y Microsoft Excel
2010.
47
Capítulo IV
4. Análisis y Discusión de resultados
En el presente capítulo se muestran los resultados obtenidos durante el
desarrollo de la etapa experimental del trabajo de investigación.
4.1 Caracterización del sustrato (suero lácteo)
4.1.1 Determinación de pH (upH).
La determinación de pH se realizó sobre las muestras recolectadas durante dos
semanas, tomando en cuenta los días de mayor producción, que correspondió a los días
jueves, sábado y domingo. Se midió además el pH de una mezcla, para lo cual se tomó
50ml de suero lácteo de cada una de las muestras obtenidas en los días ya mencionados
que fueron mezcladas y analizadas por triplicado, el promedio de los valores obtenidos
se detalla en la Tabla11.
Tabla 11. Promedios del pH (upH) de las muestras analizadas
Muestra pH (upH): semana 1 pH (upH): semana 2 LCS LCI
Jueves 5,95 5,27 6,42 5,00
Sábado 6,31 4,75 6,42 5,00
Domingo 6,53 6,55 6,42 5,00
*Mezcla 5,25 5,05 6,42 5,00
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Para el análisis de los resultados obtenidos se calculó los límites de
cuantificación que permitieron establecer la dispersión de los datos; los valores
obtenidos fueron: límite de cuantificación superior (LCS) 6,42 upH y límite de
cuantificación inferior (LCI) 5,00 upH (Gráfico 12; Anexo C). Para evitar que las
bacterias metanogénicas sean inhibidas y puedan realizar su función es indispensable
mantener al suero dentro de valores de pH alcalinos y/o que el suero lácteo sea definido
como dulce, en este caso el pH debe ser superior a 6, (Callejas et al., 2012). En este
estudio los valores de pH más cercanos obtenidos corresponden a los valores
correspondientes al día domingo y de la muestra del día sábado de la semana 1,
mientras que el resto de los valores de pH se encuentran fuera del rango de pH óptimo;
la reducción del pH puede ser consecuencia del aumento de los ácidos grasos volátiles
(AGV) generados durante el tiempo de espera para analizar el parámetro a pesar de
haberse conservado refrigerado a 4°C. Otro factor que puede haber generado altos
niveles de acidez es el aumento de carga microbiana como consecuencia de la
manipulación directa del queso fresco por parte del operario. La condición inicial de
acidez determinada demuestra posteriormente que tiene alta incidencia sobre la
efectividad del proceso experimental realizado.
48
4.1.2 Determinación de sólidos totales (SST) y sólidos volátiles (SSV).
La determinación se realizó durante dos semanas, los sueros obtenidos los días
jueves, sábado y domingo, además de la mezcla, cada ensayo se realizó por triplicado
por lo que en la Tabla 12 se observa únicamente el promedio de los datos obtenidos.
Tabla 12. Promedios del porcentaje de sólidos totales (% SST) obtenidos durante las
dos semanas de ensayos
Muestra % SST: semana 1 % SST: semana 2 LCS LCI
Jueves 7,02 6,58 7,08 6,49
Sábado 7,29 6,49 7,08 6,49
Domingo 6,87 6,52 7,08 6,49
*Mezcla 6,97 6,53 7,08 6,49
Elaborado por: Lizeth Cantuña
El Gráfico 13; Anexo C muestra de mejor forma la diferencia que existe en los
promedios calculados para cada muestra detallados en la Tabla 12, los límites de
cuantificación calculados son LCS= 7,08% y LCI= 6,49%, valores obtenidos para el
caso del %SST correspondientes al día sábado de la semana 1 se puede observar que el
valor de 7,29% supera el LCS, lo cual indica que gran parte de la materia seca no se
quedó atrapada en la masa de cuajada durante el proceso de elaboración del queso
fresco. Por otro lado la cantidad de sólidos totales presentes en el suero lácteo es menor
en comparación al límite mínimo del 11,2% establecido por la NTE INEN 9: 2008
como requisito para la leche cruda, es decir que existen pérdidas durante el proceso de
elaboración del queso fresco, además según Alava Viteri (2014) el contenido de sólidos
totales varía acorde a la composición de proteína lactosa y sales minerales, sin embargo
esta cantidad es adecuada para ser compensada con la cantidad de sólidos totales
correspondientes al inóculo, ya que una cantidad excesiva puede ocasionar inmovilidad
a las bacterias metanogénicas provocando un bajo rendimiento de producción de
biogás.
El análisis de sólidos volátiles (SSV) se realizó a partir de los sólidos totales
obtenidos, el promedio se presenta en la Tabla 13.
Tabla 13. Promedios del porcentaje de sólidos volátiles (% SSV)
Muestra % SSV bs
: semana 1 % SSV bs
: semana 2 LCS LCI
Jueves 90,93 90,68 92,11 90,49
Sábado
Domingo
90,83 90,95 92,11 90,49
93,10 91,72 92,11 90,49
*Mezcla 91,41 90,76 92,11 90,49
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
49
Para este análisis los límites de cuantificación son: LCS= 92,11% y LCI=
90,49%, se observa en el (ver Gráfica 14; Anexo C), el %SSV correspondientes al
domingo de la semana 1 presenta un valor de 93,10%, el mismo que supera el límite de
cuantificación superior presentando la mayor dispersión porque su contenido de materia
orgánica que se volatiliza en forma de agua es superior. En general el contenido de
sólidos volátiles presentes en el sustrato es alto, siendo una opción factible para el
proceso de digestión anaerobia ya que, a mayor cantidad de compuestos orgánicos
presentes para ser degradados, mayor es el potencial de generación de biogás que puede
transformarse en energía.
4.1.3 Determinación de ácidos grasos volátiles (AGV) y alcalinidad total
(AT).
El análisis de alcalinidad total (carbonatos y bicarbonatos) sobre las muestras
analizadas se muestra en la Tabla 14. Cada ensayo se determinó por triplicado y se
reporta, el promedio de sus valores.
Tabla 14. Promedio de alcalinidad total en (mg CaCO3 /L) por día durante las dos
semanas de análisis
Muestra
Alcalinidad Total (mg CaCO3 /L)
LCS
LCI Semana 1 Semana 2
Jueves 1414,16 1671,28 1727,10 1430,66
Sábado 1446,30 1703,42 1727,10 1430,66
Domingo 1446,30 1671,28 1727,10 1430,66
*Mezcla 1799,84 1478,44 1727,10 1430,66
Elaborado por: Lizeth Cantuña
En el Gráfico 15; Anexo C de control se puede observar si existe dispersión de
datos aplicando los límites de cuantificación respectivos; el límite superior (LCS) y el
límite de cuantificación inferior (LCI), para este caso son los valores de 1727,10 mg
CaCO3/L y 1430,66 mg CaCO3/L respectivamente. El valor de 1799,84 mg CaCO3/L
correspondiente a la muestra de la mezcla de sueros tomada la segunda semana
sobrepasa el LCS, mientras que los valores de 1414,16 mg CaCO3/L; 1446,30 mg
CaCO3/L; 1446,30 mg CaCO3/L correspondientes a los días jueves, sábado y domingo
respectivamente, tomadas en la misma semana se encuentran sobre el LCI,
demostrando que la dispersión de datos es mínima. Se puede concluir que los valores de
alcalinidad en gran parte son resultado de los ácidos grasos volátiles ya que la
alcalinidad intermedia es superior a la alcalinidad parcial (alcalinidad total debida a
carbonatos y bicarbonatos).
El promedio por día incluyendo a la mezcla del análisis de ácidos grasos
volátiles (AGV) se detalla en la Tabla 15.
50
Tabla 15. Promedio de ácidos grasos volátiles en (mg ac acético/L) por día durante las
dos semanas de análisis
Muestra
Ácidos grasos volátiles
(mg ac acético/L)
LCS
LCI Semana 1 Semana 2
Jueves 2540,80 2892,60 2751,34 2286,27
Sábado 2423,53 2501,71 2751,34 2286,27
Domingo 2423,53 2775,33 2751,34 2286,27
*Mezcla 2462,62 2130,36 2751,34 2286,27
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Los límites de cuantificación superior e inferior establecido para el caso de
AGV son 2751,34 mg ac acético/L y 2286,27 mg ac acético/L (ver Gráfico 16; Anexo
C), el valor de 2892,60 mg ac acético/L correspondiente al día jueves y el valor de
2775,33 mg ac acético/L correspondiente al día domingo en la segunda semana superan
el LCS, mientras que el valor de 2130,36 mg ac acético/L de la mezcla en la misma
semana es inferior al LCI. El promedio de AGV para el sustrato en las dos semanas de
ensayo supera el rango de 50-250 mg ac acético/L, establecido por la FAO (2011) en el
Manual de biogás, ocasionando desestabilización del proceso, y por ende una
disminución en el rendimiento de producción de biogás. El resultado elevado de AGV
puede estar ligado a la falta de control de la acidez de materia prima (leche).
4.1.4 Determinación de proteína cruda (PC).
Para el análisis de proteína el muestreo se hizo durante tres semanas, a partir de
suero lácteo recolectado los días jueves, sábado, domingo incluyendo una mezcla de los
mismos, el ensayo se determinó por triplicado, el promedio de la determinación se
describe en la Tabla 16.
Tabla 16. Promedio del porcentaje de proteína cruda (% PC) analizada durante las tres
semanas de muestreo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Muestra % PC: semana 1 % PC: semana 2 % PC: semana 3 LCS LCI
Jueves 1,05 1,11 1,22 1,16 0, 97
Sábado 0,97 1,03 0,91 1,16 0,97
Domingo 1,00 1,09 1,04 1,16 0,97
*Mezcla 1,02 1,07 1,25 1,16 0,97
51
El contenido de proteína (ver Gráfico 17; Anexo C) establecido según el cálculo
del límite de cuantificación superior (LCS) y el límite de cuantificación inferior (LCI)
se encuentra entre 1,16% y 0,97%, los valores correspondientes a la muestras de la
semana 3 del día jueves, sábado y la mezcla se encuentran fuera de este límite, en
relación al contenido de proteína de 2,9% establecido por la NTE INEN 9: 2008 para la
leche cruda, el porcentaje de proteína es menor, mientras que en comparación al
contenido establecido por Callejas et al. (2012), de 9 g/kg -14 g/kg (0,9%-1,4%), se
encuentra dentro del rango. Según los valores determinados de proteína el suero lácteo
analizado es considerado como dulce ya que procede de la coagulación enzimática de la
leche, sin embargo la diferencia en relación al contenido de proteína de la leche cruda,
se debe a que la leche fue sometida a un proceso térmico antes de la elaboración del
queso, causando que las proteínas pierdan solubilidad y sean las proteínas del suero las
que precipiten para formar la cuajada, además la pérdida puede ser resultado de la
desnaturalización de las mismas.
4.1.5 Determinación de grasa cruda (GC).
En la Tabla 17 se detalla el promedio de los datos obtenidos para este análisis de
materia grasa, se lo realizó por duplicado para muestras de suero lácteo pertenecientes a
los días sábado y domingo incluyendo una mezcla de los mismos.
Tabla 17. Promedio del porcentaje de grasa cruda (% GC) presente en las muestras de
suero lácteo por día
Muestra Grasa cruda (%) LCS LCI
Sábado 0,41 0,73 0,34
Domingo 0,76 0,73 0,34
*Mezcla 0,44 0,73 0,34
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Se calculó el límite de cuantificación superior (LCS) y el límite de
cuantificación inferior (LCI), los valores corresponden a 0,73% y 0,34%
respectivamente, es decir el contenido de materia grasa más alto como se observa en el
Gráfico 18; Anexo C de control fue para la muestra del domingo con un 0,76% que
supera el LCS. En comparación al contenido de materia grasa mínima (3%) que
establece la NTE INEN 9: 2008 como requisito para leche cruda, dicho valor incluido
el porcentaje de grasa del domingo y de la mezcla es mínimo ya que únicamente se
recupera parte de la materia grasa en el suero gracias al trabajo mecánico con agitación,
el resto de grasa forma parte de la masa de cuajada. Según Alava Viteri (2014) el
contenido de grasa para suero dulce se encuentra entre 0,25% - 0,6%, el valor de 0,76%
está fuera de este rango, pero el elevado contenido de grasa puede ser resultado de dos
condiciones: la calidad composicional de la leche y el trabajo mecánico que se realiza
durante el proceso de coagulación de la parte líquida (Alava Viteri, 2014).
52
4.1.6 Determinación de densidad.
Se determinó la densidad relativa y absoluta a 20°C para una muestra aleatoria
que correspondió a la obtenida el sábado y una mezcla, la determinación se hizo por
duplicado, en la Tabla 18 se presentan los promedios obtenidos durante el análisis.
Tabla 18. Promedio de densidad relativa y densidad absoluta a 20°C
Muestra Densidad relativa
(g/ml)
Densidad absoluta
(g/ml)
LCS LCI
Sábado 1,0269 1,0251 1,0279 1,0267
*Mezcla 1,0277 1,0259 1,0279 1,0267
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Para la densidad relativa a 20°C se presenta un límite de cuantificación superior
(LCS) y un límite de cuantificación inferior (LCI) cuyos valores corresponden a 1,0279
g/ml- 1,0267 g/ml, como se puede apreciar en el Gráfico 19; Anexo C de control, los
valores se encuentran dentro del rango, y no presentan diferencia significativa.
También, se realizó el cálculo para la determinación de la densidad absoluta en relación
con el agua a 20°C, generando un promedio de 1,0255 g/ml, el valor fue usado para
determinar las cantidades en gramos de suero lácteo que fueron colocados en los
biodigestores para el proceso de digestión anaerobia, además en comparación a la
densidad establecida por Alava Viteri (2014) que reporta valores entre 1,025 g/ml y
1,027 g/ml, dicho valor se encuentra dentro del rango establecido.
4.1.7 Determinación de demanda química de oxígeno (DQO).
Para la determinación se usó una muestra procedente del sábado y del domingo,
a su vez una mezcla de estas, el ensayo se realizó por triplicado, el promedio se detalla
en la Tabla 19.
Tabla 19. Promedio de DQO en mg O2/L para las muestras analizadas de suero lácteo
(sustrato)
Muestra DQO mgO2/L LCS LCI
Sábado 69766,67 78296,63 66992,26
Domingo 75700,00 78296,63 66992,26
*Mezcla 72466,67 78296,63 66992,26
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Para Arango & Sánchez (2009) en su investigación acerca del “Tratamiento de
aguas residuales de la industria láctea en sistemas anaerobios tipo UASB”, se estableció
un promedio de DQO para suero lácteo de 76000 mg O2/L. El valor determinado para
este parámetro oscila entre 78296,63 mg O2/L y 66992,26 mg O2/L correspondientes al
53
límite de cuantificación superior (LCS) y el límite de cuantificación inferior (LCI)
respectivamente. En el Gráfico 20; Anexo C se observa que los promedios están dentro
del límite, además son cercanos al dato bibliográfico establecido, es decir que la
cantidad de oxígeno necesaria para oxidar la materia orgánica es elevada, pero debido a
su composición que incluye suspensiones coloidales de proteínas, sustancias orgánicas
disueltas como la lactosa, y sales minerales, el suero lácteo es considerado como un
efluente de alta contaminación.
La Tabla 20 presenta los resultados obtenidos para la caracterización del suero
lácteo (sustrato) respectivamente incluyendo el valor promedio y la desviación estándar
de los mismos. Los datos obtenidos durante los ensayos se encuentran en el Anexo D 1,
2, 3 y 4.
Tabla 20. Resultados de la caracterización fisicoquímica del sustrato (suero lácteo)
Parámetro Promedio Desviación Estándar Valor referencial
pH (upH) 5,71 0,71 >6
Sólidos totales (%) 6,78 0,30 4- 6
Sólidos volátiles (%) bs
91,30 0,81 80- 92
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
1578,88 148,22 -
Ácidos grasos volátiles
(mg ac acético/L)
2518,81 232,53 -
Proteína cruda (%) 1,06 0,10
0,9- 1,4
Grasa cruda (%) 0,54
0,20 0,25-0,6
Densidad relativa
(g/ml)
1,0273 0,0006 -
Densidad absoluta
(g/ml)
1,0255 0,0003 1,025- 1,027
DQO (mg O2/L) 72644,44 5652,18 76000
Relación C/N bs
25,68 1,36 -
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
El contenido de sólidos totales (SST) en el suero lácteo está entre 6,26% y
7,29%, con un promedio de 6,78%, este valor es superior al 4-6% establecido por
Zupančič & Grilc (2012) cómo se mencionó en el apartado de caracterización del
sustrato, la variación puede ser consecuencia del contenido de proteínas, lípidos y sales
minerales presentes. En cuanto al contenido de sólidos volátiles (SSV), los valores
fluctuaron entre 90,47% hasta 93,00%, siendo 91,30% el valor promedio; en
comparación al valor establecido de 80-92% por Zupančič & Grilc (2012) este se
encuentra dentro del rango, siendo incluso un valor elevado lo que significa mayor
degradación para la generación de gas.
54
La variable de alcalinidad total se encuentra dentro de los valores de 1349,88
mg CaCO3/L y 1831,98 mg CaCO3/L, este parámetro presentó un promedio de 1578,88
mg CaCO3/L como se puede apreciar la alcalinidad es baja ya que en parte está dada
por el contenido elevado de ácidos grasos volátiles. Con relación al contenido de ácidos
grasos volátiles (AGV) se obtuvo en promedio un valor de 2518,81 mg ac acético/L, en
este sentido los valores de AGV estuvieron entre 2110,81 mg ac acético/L y 2990,32
mg ac acético/L, la acidez elevada según Arango et al. (2009) puede ser consecuencia
de la fermentación de la lactosa.
Con respecto al contenido de proteína éste presenta un promedio de 1,06%, para
esta variable los valores oscilaron entre 1,36% - 0,77%; los contenidos de grasa en el
suero fluctuaron entre 0,77% y 0,42%, siendo 0,54% el promedio para la materia grasa
presente. Para el parámetro de DQO el valor más alto es 81150,00 mg O2/L, mientras
que el valor más bajo es 65850,00 mg O2/L, en este caso el valor promedio corresponde
a 72644,44 mg O2/L; en relación a la densidad relativa se presentan valores entre
(1,0267 g/ml- 1,0287 g/ml), con un promedio de 1,0273 g/ml, para la densidad absoluta
el promedio es 1,0255 g/ml, con valores entre 1,0269 g/ml- 1,0252 g/ml.
El promedio establecido para el pH es de 5,71 este valor se encuentra fuera del
límite de 6,5-7,5 establecido por la FAO (2011) para el desarrollo de las bacterias
metanogénicas responsables de la generación de biogás. La relación C/N establecida es
de 25,68, el potencial máximo de metano para procesos de digestión anaerobia
mesofílico se da con una relación C/N de 25, es decir el valor determinado es cercano al
establecido, además de contener mayor cantidad de carbono que proporcione la energía
necesaria para el desarrollo de bacterias metanogénicas. (Wang et al., 2014)
4.2 Caracterización fisicoquímica del inóculo (estiércol bovino)
La Tabla 21 presenta los resultados de la caracterización del inóculo, los
resultados corresponden a las dos caracterizaciones realizadas: la primera se realizó
usando la mezcla del estiércol bovino de 12 vacas lecheras que sirvió para conocer la
composición del inóculo, mientras que la segunda mezcla fue usada para ser colocada
en los biodigestores, los valores obtenidos en cada caracterización se presentan en el
Anexo E, cabe recalcar que cada ensayo se realizó por triplicado para el caso 1 y por
duplicado para el caso 2.
La variable pH se encuentra dentro de los valores de 7,49 y 7,69; siendo 7,59 el
valor promedio, este valor de pH es cercano a la neutralidad además de estar dentro del
rango óptimo de 6,5 a 7,5 establecido por la FAO (2011) que garantiza la actividad
metanogénica; el contenido de sólidos totales (SST) oscila entre valores de 13,97% y
13,27% con un promedio de 13,70%, este valor se encuentra dentro del rango de
13,4%-56,2% establecido para residuos en el manual de biodigestión de la FAO (2011),
la diferencia de contenido puede estar relacionada al tipo de alimentación que recibe el
ganado bovino; los valores de sólidos volátiles (SSV) en el estiércol bovino fluctuaron
desde 81,01% hasta 79,08%, con un promedio de 79,82%, el valor se encuentra dentro
55
del rango establecido 75-85% por Zupančič & Grilc (2012) siendo una cantidad elevada
por la biomasa bacteriana presente que a su vez mejora el rendimiento de la producción
de biogás; en cuanto a los valores otorgados para alcalinidad total estos se encuentran
entre 7066,32 mg CaCO3/L y 5785,20 mg CaCO3/L, con un promedio de 6494,79
CaCO3/L, al ser elevada la alcalinidad se pudo determinar que responde en gran parte a
la presencia de carbonatos y bicarbonatos, considerando que el pH es cercano a la
neutralidad. Por otro lado, estas características fueron consideradas para mejorar la baja
capacidad alcalina otorgada por el suero lácteo (sustrato).
En lo que respecta al contenido de ácidos grasos volátiles (AGV) se obtuvo en
promedio un valor de 4969,24 mg ac acético/L cercano al valor referencial, en ese
sentido los valores se encuentran entre 5863,37 mg ac. acético/L y 4060,00 mg ac
acético/L. La relación C/N establecida es de 15,32 siendo menor en comparación al
valor de 25 establecido por Wang et al. (2014) para llevar a cabo el proceso de
digestión anaerobia, en este caso el contenido de nitrógeno es mayor y según establece
la FAO (2011) contenidos excesivos de nitrógeno pueden inhibir directamente la
producción de biogás, en relación al valor referencial este valor es superior la diferencia
se otorga a la cantidad de fibra presente por el tipo de alimentación.
Tabla 21. Resultados de la caracterización fisicoquímica del inóculo (estiércol bovino)
Parámetro Promedio Desviación
Estándar
Valor
referencial
pH (lixiviado)
(upH)
7,59 0,13 7
Sólidos totales (%) 13,70 0,37 13,4-56,2
Sólidos volátiles (%) bs
79,82 0,77 75-85
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
6494,79 94,46 7100
Ácidos grasos volátiles
(mg ac acético/L)
4969,24 711,69 4320
Relación C/N bs
15,32 0,61 7,5
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
4.3 Ensayos de biodegradabilidad anaerobia de mezclas suero lácteo (S): estiércol
bovino (I)
Los ensayos de biodegrabilidad se montaron por triplicado; para seguir el
proceso periódicamente, se realizó la medición del volumen desplazado, la temperatura
del ensayo, así como la composición del biogás; este último se midió una vez que el
volumen desplazado fue el suficiente para extraer la muestra del gas de las probetas.
Además, para evaluar el proceso de degradación se realizó una caracterización tanto al
inicio como al final de la digestión anaerobia.
56
4.3.1 Caracterización fisicoquímica de las mezclas suero lácteo (sustrato) /
estiércol bovino (inóculo), al inicio y final del proceso.
A continuación, se exponen los valores de los parámetros fisicoquímicos
analizados, cabe aclarar que los ensayos de biodegrabilidad se realizaron por triplicado,
pero para la caracterización, para facilitar el análisis estadístico de los datos obtenidos,
se utilizó dos de las réplicas de cada ensayo (ver Anexos F 1 y 2).
Ensayo 1- Ensayo 4: 100% Suero lácteo (sustrato): 0% Estiércol bovino
(inóculo) sin tratar (SB-100SL: 0EB; LB-457) y con NaHCO3 (CB-100SL:
0EB; LB-457).
Tabla 22. Valores iniciales y finales de los parámetros fisicoquímicos para el ensayo 1
y ensayo 4
Ensayo SB-100SL: 0EB CB-100SL: 0EB
Parámetro Ensayo inicial Ensayo final Ensayo inicial Ensayo final
pH (upH) 6,04 ± 0,01 3,42 7,06 3,85 ± 0,01
Sólidos totales
(%)
6,97 ± 0,03 5,00 ± 0,06 7,34 ± 0,07 5,28 ± 0,03
Sólidos volátiles
(%)bs
90,36 ± 0,31 86,88 ± 0,61 85,78 ± 0,21 77,96 ± 0,20
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
1157,04 0,00 3667,76 ± 58,28 0,00
AGV
(mg ac acético/L)
2443,94 ± 135,46 5884,81 ± 118,89 2408,93 ± 46,88 8262,52 ± 59,44
DQO (mg O2/L) 72712,50 ± 654,07 62895,00 ± 21,21 83537,50 ± 2139,00 63980,00 ± 2969,85
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Para el caso de suero lácteo sin tratar, el porcentaje de remoción para sólidos
totales, sólidos volátiles y DQO corresponden a los valores de 28,24%; 3,86% y
13,50%, la diferencia es apreciable con relación a la alcalinidad total, el valor
correspondiente al suero lácteo tratado la alcalinidad es dos veces mayor esto implica
que se presentó un aumento considerable en el contenido de ácidos grasos volátiles
como resultado de la fermentación de la lactosa.
Los blancos 100% Suero lácteo (sustrato): 0% Estiércol bovino (inóculo) sin
tratar (SB-100SL: 0EB; LB-457) y con NaHCO3 (CB-100SL: 0EB; LB-457), no fueron
consideradas para el proceso de biodigestión anaerobia a pesar de que el contenido en
cuanto a sólidos totales, sólidos volátiles, proteína, grasa se encuentran dentro de los
rangos establecidos para potenciar el proceso de digestión anaerobia, para que este se
lleve a cabo satisfactoriamente a nivel microbiológico necesita de la presencia de las
bacterias metanogénicas responsables de la generación de biogás que en este caso se
encuentran presentes en el estiércol bovino usado como inóculo por su contenido
elevado de biomasa bacteriana, en los cromatogramas localizados en el Anexo J c se
57
puede evidenciar la presencia en el suero lácteo de gases como nitrógeno, oxígeno y
dióxido de carbono pero no metano.
Ensayo 2: 75% Suero lácteo (sustrato): 25% Estiércol bovino (inóculo) sin
tratar (SB-75SL: 25EB; LB-465).
En la Tabla 23 se presentan los promedios de los datos obtenidos de la
caracterización fisicoquímica antes y después de la digestión anaerobia para el ensayo 2
(SB-75SL: 25EB; LB-465).
Tabla 23. Valores iniciales y finales de los parámetros fisicoquímicos para el ensayo 2
(SB-75SL: 25EB; LB-465)
Parámetro Ensayo inicial Ensayo final
pH (upH) 6,55 ± 0,01 3,66 ± 0,02
Sólidos totales (%) 9,66 ± 0,72 5,79 ± 0,10
Sólidos volátiles (%) bs
86,62 ± 0,38 84,04 ± 0,76
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
1818,88 0,00
Ácidos grasos volátiles
(mg ac acético/L)
3085,60 ±162,4 7534,35 ± 364,41
DQO (mg O2/L) 62407,50 ± 1992,59 57075,00 ± 2609,91
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Ensayo 3: 50% Suero lácteo (Sustrato): 50% Estiércol bovino (Inóculo)
sin tratar (SB-50SL: 50EB; LB-464).
En la Tabla 24 se recogen los promedios de los valores iniciales y finales de los
parámetros fisicoquímicos analizados para el ensayo 3 (SB-50SL: 50EB; LB-464).
Tabla 24. Valores iniciales y finales de los parámetros fisicoquímicos para el ensayo 3
(SB-50SL: 50EB; LB-464)
Parámetro Ensayo inicial Ensayo final
pH (upH) 6,83 ± 0,01 3,85 ± 0,01
Sólidos totales (%) 10,40 ± 0,23 7,11 ± 0,13
Sólidos volátiles (%) bs
83,52 ± 0,26 80,08 ± 0,30
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
2373,30 ± 353,34 0,00
Ácidos grasos volátiles
(mg ac acético/L)
3410,40 ± 434,76 8589,45 ±149,59
DQO (mg O2/L) 56907,50 ± 1004,40 50990,00 ± 2036,47
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
58
Ensayo 5: 75% Suero lácteo (Sustrato): 25% Estiércol bovino (Inóculo)
con NaHCO3 (CB-75SL: 25EB; LB-462).
En la Tabla 25 se presentan los valores iniciales y finales de los diferentes
parámetros estudiados en el ensayo (CB-75SL: 25EB; LB-462).
Tabla 25. Valores iniciales y finales de los promedios de los datos obtenidos para el
ensayo 5 (CB-75SL: 25EB; LB-462)
Parámetro Ensayo inicial Ensayo final
pH (upH) 7,28 ± 0,01 3,95 ± 0,01
Sólidos totales (%) 9,75 ± 0,73 6,12 ± 0,29
Sólidos volátiles (%) bs
84,10 ± 0,27 79,64 ± 0,52
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
3839,86 ± 142,90 0,00
Ácidos grasos volátiles
(mg ac acético/L)
4364,50 ± 180,05 9882,33 ± 140,46
DQO (mg O2/L) 58827,50 ± 2195,99 53655,00 ±1125,48
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Ensayo 6: 50% Suero lácteo (Sustrato): 50% Estiércol bovino (Inóculo)
con NaHCO3 (CB-50SL: 50EB; LB-461).
En la Tabla 26 se exponen los valores de los promedios obtenidos de los
parámetros fisicoquímicos analizados para la mezcla CB-50SL: 50EB.
Tabla 26. Valores iniciales y finales de los promedios de los datos obtenidos para el
ensayo 6 (CB-50SL: 50EB; LB-461)
Parámetro Ensayo inicial Ensayo final
pH (upH) 7,26 ± 0,01 4,37 ± 0,01
Sólidos totales (%) 10,55 ± 0,12 7,78 ± 0,12
Sólidos volátiles (%) bs
82,51 ± 0,26 77,69 ± 0,30
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
3713,55 ± 265,75 656,16 ± 58,28
Ácidos grasos volátiles
(mg ac acético/L)
4790,80 ± 114,83 10016,07 ± 327,38
DQO (mg O2/L) 58415,00 ± 1244,98 48120,00 ± 760,18
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
59
4.3.2 Variación de los parámetros fisicoquímicos para las mezclas SL: EB
con el proceso de digestión anaerobia.
A continuación se representan gráficamente los valores promedios iniciales y
finales de pH, AGV y AT determinados para las diferentes mezclas SL: EB.
Para el ensayo 2 (SB-75SL: 25EB; LB-465), en el Gráfico 1 se puede observar
que existe una disminución considerable de pH, como resultado del incremento de
cuatro veces más el contenido de ácidos grasos volátiles como se observa en el Gráfico
2, que se generan debido a la fermentación de la lactosa, además de provocar que la
alcalinidad total (ver Gráfico 3) otorgada por los carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos
sea cero, como resultado el efluente al contener mayor cantidad de suero lácteo
(sustrato) tiende acidificarse rápidamente entrando a una etapa acidogénica en la cual
existe mayor crecimiento de bacterias acetogénicas que inhiben la actividad
metanogénica y provocan un descenso en la producción de metano.
Como se observa en el Gráfico 1 para el caso del ensayo 3 (SB-50SL: 50EB;
LB-464), el valor de pH determinado disminuye considerablemente, a medida que la
concentración de ácidos grasos volátiles aumenta cinco veces más como se observa en
el Gráfico 2 a pesar de que las proporciones tanto del sustrato como el inóculo son
equivalentes, el aumento de AGV que como consecuencia provoca la pérdida total de la
alcalinidad (ver Gráfico 3), es producto de que en un inicio la alcalinidad total inicial
(ver Tabla 14) en la mezcla está dada en gran parte por los ácidos grasos volátiles, ya
que la alcalinidad intermedia es superior a la alcalinidad parcial aportada por
carbonatos y bicarbonatos, al igual que el ensayo 2 el efluente alcanza una etapa
acidogénica inadecuada para el desarrollo de bacterias metanogénicas provocando
pérdidas en la producción de metano.
Para regular la acidez del suero lácteo en el ensayo 5 (CB-75SL: 25EB) se
agregó aproximadamente 3 g bicarbonato de sodio (buffer) por unidad de pH a la
mezcla con el objetivo de alcanzar un valor de 7,2 que esté dentro del rango óptimo de
6,5-7,5 para los microorganismos metanogénicos, pero al estar el suero lácteo en mayor
cantidad, el valor de pH tendió a disminuir. Por otro lado se evidenció que la
alcalinidad total inicial de la mezcla en gran parte está dada por el contenido de ácidos
grasos volátiles debido a que la alcalinidad intermedia (2576,75 mg CaCO3/L) es
superior a la alcalinidad parcial (1263,11 mg CaCO3/L), por esa razón una vez
concluido el proceso de digestión anaerobia como se observa en el Gráfico 2 el
contenido de ácidos grasos volátiles aumenta considerablemente, mientras que la
alcalinidad otorgada por carbonatos y bicarbonatos disminuyó en su totalidad (ver
Gráfico 3), por ende el añadir al inicio del proceso bicarbonato de sodio no se garantiza
que el pH se mantendrá constante a lo largo del todo el proceso.
De igual manera para el ensayo 6 (CB-50SL:50EB) se usó aproximadamente 2 g
de bicarbonato de sodio (buffer) para regular el pH del suero lácteo, obteniendo un pH
inicial de 7,25, óptimo para el desarrollo de las bacterias metanogénicas responsables
60
de la generación de biogás, en el Gráfico 1 se evidencia un descenso mínimo de pH de
2,89 upH, la baja de pH se frenó debido a la presencia del estiércol bovino, que se
encuentra en cantidad equivalente con el sustrato. La alcalinidad del medio mejorada
por la presencia en conjunto del inóculo y el buffer otorgan que la alcalinidad total
inicial (ver Gráfico 3) debida en gran parte al contenido de ácidos grasos volátiles, no
descienda en su totalidad, la reducción se dio en un 82,33%, a pesar de eso se puede
apreciar un aumento considerable en el contenido de ácidos grasos volátiles (ver
Gráfico 2), que provoca que el efluente gane acidez ocasionando pérdida en el
rendimiento de metano.
Variación de los valores de pH (upH).
Gráfico 1. Valores de pH antes y después del proceso de digestión anaerobia para las
diferentes mezclas SL: EB
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Variación del contenido de ácidos grasos volátiles (AGV)
61
Gráfico 2. Valores iniciales y finales de los contenidos de ácidos grasos volátiles
(AGV) presentes en las diferentes mezclas SL: EB
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Variación del contenido de alcalinidad total (mg CaCO3/L).
Gráfico 3. Valores iniciales y finales de los contenidos de alcalinidad total (AT)
presentes en las diferentes mezclas SL: EB
Elaborado por: Lizeth Cantuña
mg ac acético/L
CB- SL: EB=50:50CB-SL: EB =75:25SB-SL: EB =50:50SB-SL: EB =75:25
AGV finalAGV inicialAGV finalAGV inicialAGV finalAGV inicialAGV finalAGV inicial
10000
8000
6000
4000
2000
0
AG
V (
mg
ac a
cé
tico
/L)
7534,35
3085,60
8589,45
3410,40
9882,33
4364,50
10016,07
4790,80
Ácidos grasos volátiles (AGV) para las mezclas SL: EB
mg CaCO3/L
CB- SL: EB=50:50CB-SL: EB =75:25SB-SL: EB =50:50SB-SL: EB =75:25
AT finalAT inicialAT finalAT inicialAT finalAT inicialAT finalAT inicial
4000
3000
2000
1000
0
AT
(m
g C
aC
O3
/L)
0,00
1818,88
0,00
2373,30
0,00
3839,86
656,16
3713,55
Alcalinidad total (AT) para las mezclas SL: EB
62
Variación del contenido de sólidos totales (SST) y sólidos volátiles (SSV).
A continuación, se representa gráficamente los promedios en porcentaje de la
variación de sólidos totales y sólidos volátiles de las diferentes mezclas SL: EB con el
proceso de digestión anaerobia.
En el Gráfico 4 se observa una disminución al final del proceso de digestión
anaerobia del contenido de sólidos totales presentes en las diferentes mezclas SL: EB.
La mezcla SB-75SL: 25EB presentó un porcentaje de remoción del 40,09%, el
porcentaje de remoción para la mezcla SB-50SL: 50EB corresponde al valor de
31,65%, para el caso de las mezclas CB-75SL: 25EB y CB-50 SL: 50EB los
porcentajes de remoción corresponden a los valores de 37,29% y 26,25%
respectivamente, cabe aclarar que para la mezclas tratadas con buffer, el añadir
bicarbonato de sodio al medio no altera el contenido de sólidos, el papel que cumple el
buffer es netamente relacionado a la estabilización del pH. La reducción del contenido
de sólidos totales está ligada a la reducción de la fracción orgánica presente en el
efluente como consecuencia de su consumo por parte de las bacterias metanogénicas
que las utilizan en su fase de crecimiento. El porcentaje de sólidos totales iniciales es
superior en la mezcla SL: EB= 50: 50.
Gráfico 4. Contenido de sólidos totales (% SST) antes y después del proceso de
digestión anaerobia para las diferentes mezclas SL: EB
Elaborado por: Lizeth Cantuña
En el Gráfico 5 se puede observar que existe una ligera disminución por parte
del contenido de sólidos volátiles presentes en las diferentes mezclas SL: EB al
finalizar el proceso de digestión anaerobia. La eficiencia de remoción de sólidos
%
SB-SL: EB =75:25CB-SL: EB =75:25SB-SL: EB =50:50CB- SL: EB=50:50
SST finalSST inicialSST finalSST inicialSST finalSST inicialSST finalSST inicial
12
10
8
6
4
2
0
SS
T (
%)
5,79
9,66
7,11
10,40
6,12
9,75
7,78
10,55
Sólidos solubles totales (% SST) para las mezclas SL: EB
63
volátiles del ensayo 2 (SB-75SL: 25EB) fue del 2,98%, mientras que el ensayo 5 (CB-
75SL: 25EB) presentó una eficiencia de remoción de 5,31%, es decir que al ser
considerados los sólidos volátiles como indicadores del contenido de materia orgánica
presente en el efluente, la eficacia de remoción de materia orgánica para ambos casos es
baja debido a la presencia de mayor cantidad de suero lácteo. Por su parte la eficiencia
de remoción de sólidos volátiles para el ensayo 3 (SB-50SL: 50EB; LB) y ensayo 6
(CB-50SL: 50EB; LB) fueron del 4,11% y del 5,84%, ligeramente superior en
comparación a los ensayos mencionados anteriormente, debido a la presencia en
cantidades equivalentes tanto de sustrato como inóculo lo que incrementa la eficiencia
de remoción para la mezcla, esto se respalda con los valores obtenidos de PBM que
corresponde a los valores de 0,16 m3CH4/kg SV y 0,11 m
3 CH4/kg SV respectivamente.
A pesar de eso para todos los ensayos la eficiencia de sólidos volátiles no fue elevada lo
que significa que la materia orgánica no se ha degradado por completo continuando con
su proceso degradación en otros compuestos secundarios que no necesariamente
aportan para la generación de biogás.
Gráfico 5. Contenido de sólidos volátiles (% SSV) antes y después del proceso de
digestión anaerobia para las diferentes mezclas SL: EB
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Variación del contenido de Demanda química de oxígeno (DQO).
En el Gráfico 6 se puede apreciar la variación de los valores promedios
obtenidos de DQO para las diferentes mezclas al concluir el proceso de digestión
anaerobia. Para el caso del ensayo 2 (SB-75SL: 25EB) y ensayo 5 (SB-75SL: 25EB) el
porcentaje de remoción fue del 8,54% y 8,79% respectivamente, mientras que para el
%
CB- SL: EB=50:50SB-SL: EB =50:50CB-SL: EB =75:25SB-SL: EB =75:25
SSV finalSSV inicialSSV finalSSV inicialSSV finalSSV inicialSSV finalSSV inicial
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
SS
V (
%)
84,0486,62
80,0883,52
79,64
84,10
77,69
82,51
Sólidos volátiles ( %SSV ) para las mezclas SL: EB
64
ensayo 3 (SB-50SL: 50EB) y ensayo 6 (CB-50SL: 50EB) se presenta una eficiencia de
remoción del 10,40% y 17,62% respectivamente superior a los ensayos anteriormente
mencionados. Para todos los casos se puede apreciar que la materia orgánica no se ha
degradado totalmente y continua con su proceso de transformación, para conseguir la
degradación total de la materia orgánica se debe esperar un tiempo de retención de
varios meses y como productos finales únicamente se llegará a obtener dióxido de
carbono y agua, de igual manera se aclara que el contenido de carbono presente en el
bicarbonato de sodio (buffer) no aumenta el contenido de materia orgánica.
Gráfico 6. Valores iniciales y finales de DQO obtenidos para las diferentes mezclas
SL: EB con el proceso de digestión anaerobio.
Elaborado por: Lizeth Cantuña
4.3.3 Evaluación del potencial de biometanización (PBM) para las
diferentes mezclas (S/I).
En el Gráfico 7 se presenta la producción acumulada de metano expresada como
(m3 CH4/kg SV sustrato) para cada uno de los ensayos evaluados, descartando los
ensayos 1 y 6. Para la mezcla SB-SL: EB=50:50, el volumen acumulado de metano
corresponde a 146,84 ml con un PBM de 0,16 m3 CH4/kg SV sustrato, sin embargo
durante el proceso de digestión anaerobia se observó que la segunda replica empezó la
producción de biogás al segundo día del proceso, esta situación pudo haber sido
consecuencia de la presencia de mayor biomasa bacteriana activa, el volumen para la
réplica es de 244,73 ml con un PBM de 0,27 m3 CH4/kg SV, al ser un valor alejado en
comparación a la primera y segunda replica se procedió a realizar la prueba Q que sirve
para detectar errores gruesos, como resultado se obtuvo un valor de Qexp= 0,80 < Qcri
95%= 0,941 aceptando el valor y considerándolo para el promedio final del volumen
mgO2/L
CB- SL: EB=50:50SB-SL: EB =50:50CB-SL: EB =75:25SB-SL: EB =75:25
DQO finalDQO inicialDQO finalDQO inicialDQO finalDQO inicialDQO finalDQO inicial
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
DQ
O (
mg
O2
/L)
57075,00
62407,50
50990,00
56907,50
53655,00
58827,50
48120,00
58415,00
Demanda química de oxígeno (DQO) para las mezclas SL: EB
65
acumulado de metano. La mezcla SB-SL: EB=75:25 presentó un volumen acumulado
de 119,64 ml con un PBM de 0,13 m3 CH4/kg SV, finalmente para las mezclas CB-SL:
EB=75:25 y CB-SL: EB=50:50 los valores de volumen y PBM corresponden a (85,93
ml; 0,09 m3 CH4/kg SV) y (96,80 ml; 0,11 m
3 CH4/kg SV) respectivamente. Para Carlin
(2015) en su trabajo de investigación para evaluar el potencial energético del metano a
partir de la codigestión de estiércol bovino con residuos de alimentos establece que los
valores de PBM aumentan acorde cambia a la composición de la mezcla, esto se refleja
en la mezcla SB-SL: EB=50:50 que presenta mayor PBM ya que tanto el suero lácteo
como el estiércol bovino se encuentran en las mismas proporciones y su contenido en
cuanto a sólidos totales, solidos volátiles, alcalinidad y pH mejoran por la presencia del
inóculo, incrementando la producción de metano. Por otro lado para Zupančič & Grilc
(2012) en su investigación de producción de biogás a partir de residuos orgánicos
establece un límite de PBM para suero lácteo de 0,5-0,9 m3 CH4/kg SV, el valor
calculado para los ensayos analizados se encuentra entre 0,16-0,09 m3 CH4/kg SV la
diferencia se da por la composición del sustrato y el inóculo usados así como las
condiciones ambientales de la región en donde se llevó a cabo el proceso.
Gráfico 7. Producción específica de metano acumulada correspondiente a los ensayos
de biodegradabilidad anaeróbica. Los valores representan el promedio de las tres
réplicas de cada ensayo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
En el Gráfico 8 se representa el promedio en porcentaje (%) del rendimiento de
producción de metano acumulado, generado durante el tiempo de retención hidráulica,
las lecturas se hicieron cada 8 días por triplicado y duplicado dependiendo la cantidad
de volumen de NaOH desplazado.
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0 5 10 15 20 25 30 35 40
PB
M (
m3
CH
4/k
g S
V s
ust
rato
)
Tiempo retención hidraúlica (días)
Producción acumulada de metano (CH4)
SB-SL: EB =75:25
SB-SL: EB =50:50
CB-SL: EB =75:25
CB- SL: EB=50:50
66
Gráfico 8. Rendimiento de producción de metano para cada ensayo medido cada 8 días
durante el tiempo de retención hidráulica
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Para cada ensayo se puede observar que debido a la caída de pH por el
incremento de los ácidos grasos volátiles (AGV) la producción de metano tiende a
disminuir. La mezcla SB-SL: EB=75:25 presenta un porcentaje de metano acumulado
de 4,21%; como se observa en el gráfico 8 al inicio del proceso (8 días) la producción
de metano se da en cantidad apreciable (2,09%) pero a medida que avanza el proceso
de digestión la producción de metano comienza a decrecer de manera drástica, se nota
pérdidas de 0,69% para finalmente obtener un valor de 0,05%, la mezcla SB-SL:
EB=50:50 presenta un porcentaje acumulado de metano de 3,49%, en este caso la
producción al inicio se da en menor cantidad (1,13%) pero comparando el porcentaje
por día de lectura la pérdida es menor (0,11%) obteniendo un valor final de 0,18%, es
decir que la producción a medida que avanza los días se estabiliza debido a que la
mezcla presenta cantidades equivalentes tanto de inóculo como de sustrato
compensando la alcalinidad del medio por lo que la caída de pH se da de manera más
lenta, además de presentar mejor porcentaje de remoción para sólidos volátiles, esto se
corrobora con el cálculo de factor de correlación de 0,9833 cercano a la linealidad.
Para el caso de la mezcla CB-SL: EB=75:25 el porcentaje de metano acumulado
corresponde a 0,29% la producción es baja sin embargo la caída de metano es
paulatina, finalmente la mezcla CB-SL: EB=50:50 presenta un porcentaje acumulado
de metano de 1,35%. De igual forma la pérdida de metano por descenso de pH se da de
manera paulatina y se pudo apreciar que la producción de metano se da para todos los
casos, la diferencia en cuanto a la cantidad que se obtuvo puede ser consecuencia de
presencia de trazas de inhibidores como monóxido de carbono, etano, dióxido de
R² = 0,9833
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 1 2 3 4 5 6
% m
eta
no
Días / lecturas
Rendimiento de producción de metano (CH4)
SB-SL: EB =75:25
SB-SL: EB =50:50
CB-SL: EB =75:25
CB- SL: EB=50:50
67
carbono generados al día 30 cercano al tiempo final de retención y, al inicio del proceso
la presencia de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno ya que no se realizó burbujeo de
volumen libre para obtener un ambiente anaerobio antes de cerrar el reactor. Los
cromatogramas de la composición de los gases se detallan en el Anexo J.
Otro de los parámetros de control que se tomó en cuenta para el ensayo fue la
temperatura, en el Gráfico 9 se observa la variación de la temperatura por día durante el
tiempo de retención hidráulica.
Gráfico 9. Variación de temperatura en °C durante el proceso de digestión anaerobia
para todas las mezclas SL: EB
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Para todos los casos la temperatura fue de 30°C, que se encuentra dentro del
rango óptimo de 25-35°C para el crecimiento de los microorganismos anaerobios
mesófilos establecidos por el manual de biodigestión de la FAO (2011), al inicio del
ensayo la temperatura alcanzó los 22°C a medida que las resistencias estabilizaban el
baño, se observa una temperatura de 29°C los días 3, 4, 5, 9, 20, 23, 25, 26 y 34; la
temperatura aumento a 32°C los días 11 y 16, para el día 27 la temperatura decae a
28°C, para el caso de la temperatura de 29°C esta cumple el límite de variación de 0,6 -
1,2°C/día establecido por la FAO (2011) para un óptimo funcionamiento del digestor,
mientras que las temperaturas entre 32 y 28°C sobrepasan el límite, este aumento y
descenso de temperatura provoca un acrecentamiento en el contenido de ácidos grasos
volátiles provocando la inhibición de microorganismos metanogénicos y provocando
desestabilización en la producción de metano. Los datos por triplicado de volumen,
20,00
22,00
24,00
26,00
28,00
30,00
32,00
34,00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
T °
C
Tiempo de retención hidraúlica (días)
Temperatura °C para los ensayos; SL:EB
SB-SL: EB =75:25
SB-SL: EB =50:50
CB-SL: EB =75:25
CB- SL: EB=50:50
68
temperatura, potencial de biometanización y porcentaje de metano para cada ensayo se
detallan en los Anexos G y H respectivamente.
4.3.4 Análisis de varianza (ANOVA) de dos factores para la evolución del
potencial de biometanización (PBM) de las mezclas SL: EB.
Los valores del potencial de biometanización obtenidos en los ensayos
realizados se registran en la Tabla 27.
Factor A: La composición de sólidos volátiles (% SV) de la relación (S/I)
Factor B: Bicarbonato de sodio (NaHCO3) como buffer
Tabla 27. Potencial de biometanización acumulado en (m3CH4/kg SV sustrato)
determinado para cada mezcla SL: EB
FACTOR B
FACTOR A
A2 A3
B1
0,14 0,13
0,10 0,27
0,15 0,09
Promedio 0,13 ± 0,03 0,16 ± 0,09
B2
0,10 0,13
0,09 0,08
0,09 0,11
Promedio 0,09 ± 0,01 0,11 ± 0,03
Elaborado por: Lizeth Cantuña
El análisis necesario para establecer si existe diferencia en cuanto al potencial
de biometanización (m3 CH4/kg SV sustrato) en los diferentes ensayos (S/I) requiere un
ANOVA de dos factores que permita evaluar las siguientes hipótesis:
Hipótesis nula 1: La variable independiente A no influye sobre el potencial de
biometanización, (A=0).
Hipótesis alterna 1: La variable independiente A si influye sobre el potencial
de biometanización, (A≠0).
Hipótesis nula 2: La variable independiente B no influye sobre el potencial de
biometanización, (B=0).
Hipótesis alterna 2: La variable independiente A si influye sobre el potencial
de biometanización, (B≠0).
Hipótesis nula 3: La interacción entre las variables independientes A y B no
influye sobre el potencial de biometanización, (AB=0).
69
Hipótesis alterna 3: La interacción entre las variables independientes A y B si
influye sobre el potencial de biometanización, (AB≠0).
Los resultados del análisis de varianza para el potencial de biometanización
(PBM) de las mezclas de suero lácteo (sustrato) y estiércol bovino (inóculo) se
presentan en la Tabla 28.
Tabla 28. Resultados del ANOVA de dos factores con varias muestras por grupo para
la evolución del potencial de biometanización (PBM) de las diferentes mezclas SL: EB
Fuente de variaciones Suma de
cuadrados
GL Cuadrado
medio
Valor-P F crítica
% Composición (S/I):
Factor A
0,0063 1 0,0063 0,16NS
5,32
Buffer (Bicarbonato de
sodio; NaHCO3): Factor B
0,0013 1 0,0013 0,50NS
5,32
Interacción: Factor A y B 0,0002 1 0,0002 0,77NS
5,32
Error 0,0209 8 0,0026
Total 0,0287 11
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Al ser el valor P de la prueba F mayor a 0,05, se acepta la hipótesis nula para
todos los casos, es decir que no existe una diferencia significativa en cuanto al potencial
de biometanización evaluado para cada ensayo, la producción de metano se dio en
todos los casos debido a la presencia de inóculo con biomasa microbiana activa,
además de comprobar que no necesariamente se requiere de un buffer para regular pH,
ya que la alcalinidad del medio puede estar otorgada por el pH neutro del inóculo
(estiércol bovino).
Tabla 29. Resultados de la prueba LDS al 95% para el potencial de biometanización
(PBM) de las diferentes mezclas SL: EB
Ensayo Promedio
PBM
Comparaciones Diferencias DMS Grupos
homogéneos
B: Ensayo 3 0,16 B-A 0,03 <0,096 X
A: Ensayo 2 0,13 B-D 0,05 <0,096 X
D: Ensayo 6 0,11 B-C 0,07 <0,096 X
C: Ensayo 5 0,09 A-D 0,03 <0,096 X
A-C 0,04 <0,096 X
D-C 0,01 <0,096 X
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Para comprobar la aceptación de la hipótesis nula se realizó una prueba de rango
múltiples LDS al 95%, obteniendo un solo grupo homogéneo, los resultados son
mostrados en la Tabla 29. Para corroborar la tendencia se muestra el gráfico de medias
70
(ver Gráfico 10) donde se puede apreciar una ligera dispersión por parte de las medias,
la mayor se observa en la mezcla SL: EB; 50:50.
Gráfico 10. Gráfico de medias para el potencial de biometanización (PBM) de las
mezclas SL: EB
Elaborado por: Lizeth Cantuña
4.3.5 Análisis de varianza (ANOVA) de dos factores para el rendimiento en
porcentaje de producción acumulada de metano de las mezclas SL: EB.
Los resultados obtenidos en relación al rendimiento de producción acumulado
de metano de las mezclas se registran en la Tabla 30 y fueron analizados con un
ANOVA de dos factores.
Factor A: La composición de sólidos volátiles (% SV) de la relación (S/I)
Factor B: Bicarbonato de sodio (NaHCO3) como buffer
Tabla 30. Rendimiento de producción de metano acumulado en porcentaje determinado
para cada mezcla SL: EB.
FACTOR B
FACTOR A
A2 A3
B1
3,60 0,19
4,25 9,92
4,79 0,37
Promedio 4,21 ± 0,59 3,49 ± 5,57
B2
0,37 3,05
0,19 0,35
0,29 0,63
Promedio 0,29±0,09 1,35±1,49
Elaborado por: Lizeth Cantuña
71
Para verificar si existe diferencia en cuanto al rendimiento de producción de
metano en porcentaje para cada mezcla SL: EB se plantearon las siguientes hipótesis:
Hipótesis nula 1: La variable independiente A no influye sobre el porcentaje de
metano, (A=0).
Hipótesis alterna 1: La variable independiente A si influye sobre el porcentaje de
metano, (A≠0).
Hipótesis nula 2: La variable independiente B no influye sobre el porcentaje de
metano, (B=0).
Hipótesis alterna 2: La variable independiente A si influye sobre el porcentaje de
metano, (B≠0).
Hipótesis nula 3: La interacción entre las variables independientes A y B no influye
sobre el porcentaje de metano, (AB=0).
Hipótesis alterna 3: La interacción entre las variables independientes A y B si influye
sobre el porcentaje de metano, (AB≠0).
Los resultados del análisis de varianza para el porcentaje de metano de las mezclas
de suero lácteo (sustrato) y estiércol bovino (inóculo) se presentan en la Tabla 31.
Tabla 31. Resultados del ANOVA de dos factores con varias muestras por grupo para
el rendimiento acumulado en porcentaje de metano (% CH4) de las diferentes mezclas
SL: EB
Fuente de variaciones Suma de
cuadrados
GL Cuadrado
medio
Valor-P F crítica
% Composición (S/I):
Factor A
27,66 1 27,66 0,11 NS
5,32
Buffer ( Bicarbonato de
sodio; NaHCO3):
Factor B
0,09 1 0,09 0,92 NS
5,32
Interacción: Factor A y B 2,37 1 2,37 0,61 NS
5,32
Error 67,09 8 8,39
Total 97,21 11
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Al ser el valor-P de la prueba F mayor a 0,05 se acepta la hipótesis nula para
todos los casos, es decir que el rendimiento de producción de metano no se ve afectado
estadísticamente por las variables independientes A y B, ni tampoco por la interacción
de las mimas, la producción de metano y en general de biogás se dio en todos los casos
a diferente intensidad debido a las proporciones usadas de inóculo y de sustrato.
72
Se realizó la prueba de rangos múltiples LSD al 95% para comprobar la
aceptación de la hipótesis nula, los resultados se detallan en la Tabla 32 y se grafican en
el Gráfico 11. Se obtuvo un grupo homogéneo, en el gráfico de medias se puede
evidenciar una ligera dispersión en todos los valores de las medias para cada ensayo
para el caso de las mezclas con buffer se evidencia mayor dispersión en la mezcla CB-
SL: EB; 50:50, es decir en comparación a la mezcla CB-SL: EB; 75: 25 presenta mayor
rendimiento de producción de metano debido a las cantidades equivalentes tanto de
sustrato como de inóculo que compensan la alcalinidad otorgada por la adición de
buffer.
Tabla 32. Resultados de la prueba LDS al 95% para el rendimiento acumulado en
porcentaje de metano (% CH4) de las diferentes mezclas SL: EB
Ensayo Promedio
(% metano)
Comparaciones Diferencias DMS Grupos
homogéneos
A: Ensayo 2 4,21 A-B 0,72 5,44 X
B: Ensayo 3 3,49 A-D 2,87 5,44 X
D: Ensayo 6 1,35 A-C 3,93 5,44 X
C: Ensayo 5 0,29 B-D 2,15 5,44 X
B-C 3,21 5,44 X
D-C 1,06 5,44 X
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Gráfico 11. Gráfico de medias para el porcentaje de metano acumulado de las mezclas
SL: EB
Elaborado por: Lizeth Cantuña
73
Capítulo V
5. Conclusiones y Recomendaciones
5.1 Conclusiones
- La composición en promedio establecida para el suero lácteo obtenida a partir de la
caracterización fisicoquímica se detalla en la Tabla 20.
- La composición promedio establecida para el estiércol bovino se observa en la
Tabla 21.
- El potencial de biometanización se estableció en base al porcentaje de los sólidos
volátiles del suero lácteo (sustrato), los valores obtenidos para cada ensayo
corresponden a: 0,13 m3 CH4/ kg SV para la mezcla SB-75SL: 25EB; 0,16 m
3 CH4/
kg SV para la mezcla SB-50SL: 50EB; 0,09 m3 CH4/ kg SV para la mezcla CB-75
SL: 25EB, y finalmente un valor de 0,11 m3 CH4/ kg SV correspondiente a la
mezcla CB-50SL: 50EB.
- El análisis realizado establece que no existe diferencia significativa por parte de la
composición de sólidos volátiles (%SV) hacia el potencial de biometanización y el
rendimiento de producción de metano, es decir en todos los casos se evidencio
generación de biogás, sin embargo para el ensayo 3 y el ensayo 6 que presentaron
valores de PBM de 0,16 m3 CH4/ kg SV y 0,11 m
3 CH4/ kg SV respectivamente,
este valor fue superior, en conclusión se establece que la composición óptima para
generación de metano es 50SL: 50EB.
- Para la mezcla CB-50SL:50EB la producción acumulada de metano fue mayor, no
existe diferencia significativa al agregar buffer (NaHCO3), los valores de
alcalinidad total corroboran el comportamiento.
- Las mezclas sin adición de buffer presentan un mayor contenido de metano, esta
diferencia puede estar relacionada con la presencia en mayor cantidad de biomasa
microbiana activa o por la variación de temperatura. Los promedios acumulados de
porcentaje de metano para el ensayo 2 y ensayo 3 fueron 4,21% y 3,49%
respectivamente, mientras que para los ensayos 5 y 6 fueron 0,29% y 1,35%; de
igual manera no existe diferencia significativa, en todos los casos se da producción
de metano debido a la presencia del inóculo.
- El máximo rendimiento para el potencial de biometanización fue de 0,16 m3CH4/
kg, con un valor acumulado de 3,49%, de metano, al no mostrar diferencia
significativa dependiente de la composición y adición de buffer se concluye que el
suero lácteo puede ser un sustrato generador de biogás al ser combinado con el
inóculo apropiado.
74
5.2 Recomendaciones
- La caracterización del suero lácteo se realizó tomando en cuenta los días de
producción con el objetivo de verificar, si existe diferencia en la composición
gracias a ello se identificó que el usar suero lácteo para montar los biodigestores en
mezcla no es una buena opción ya que a pesar de estar refrigerado el pH por
fermentación de la lactosa tiende a disminuir, lo recomendable seria usar suero
fresco recolectado el mismo día, midiendo el pH previo a la recolección.
- Usar estiércol bovino, sometido a un proceso de digestión anaerobio previo,
midiendo periódicamente la pérdida de sólidos totales, que serviría como indicativo
de que las bacterias metanogénicas van a consumir los sólidos únicamente del suero
lácteo.
- Para mantener una temperatura fija para llevar a cabo el proceso se puede hacer uso
de una incubadora, de ese modo se reduciría la pérdida por variación de
temperatura. La investigación está plasmada para generar beneficio a las empresas
artesanales que elaboran quesos frescos, se podría implementar biodigestores
construidos con material reciclado en la empresa para ir evaluando la producción de
metano a las condiciones ambientales del sector.
- La solución barrera que se usó para el desplazamiento de volumen fue una solución
alcalina (NaOH; 0,1N), se podría realizar una comparación de varias soluciones
barreras como soluciones saturadas de NaCl, soluciones acidas pH<2, para
comprobar con cual se recupera mayor cantidad de metano.
- Cuantificar la presencia de microorganismos metanogénicos, y realizar curvas de
cinéticas para evaluar el pH, sólidos totales, sólidos volátiles que tienen mayor
relación con la producción de biogás.
75
6. Bibliografía
Acevedo, A. (2013). Biocombustibles: tipos, generaciones y biomasas empleadas para
su elaboración. Agropost (127), 4-5.
Alava Viteri, C. (2014). Caracterización fisicoquímica del suero dulce obtenido de la
producción de queso casero en el municipio de Pasto. Revista Colombiana de
Investigaciones Agroindustriales, 1, 22 - 32. doi: 10.23850/24220582.110.
Arango, O., & Sánchez, L. (2009). Tratamiento de aguas residuales de la industria
láctea en sistemas anaerobios tipo UASB. Facultad Ciencias Agropecuarias, 7,
24-31.
Arellano, L., Cruz Rosales, M., & Huerta, C. (2014). El estiércol, material de desecho,
de provecho y algo más. México: INECOL.
Asamblea Nacional Constituyente de Ecuador de 2007-2008. (2015). Constitución de la
República del Ecuador 2008. Quito, Ecuador: INOCAR.
Belduma Zambrano, A. M. (2015). Evaluación de producción de biogás a partir de la
degradación de gallinaza sometida a diferentes relaciones C/N (tesis de
pregrado). Universidad Técnica de Machala, Machala, Ecuador.
BESEL, S.A. (2007). Biomasa: Digestores anaerobios. Madrid, España: IDAE.
Bretón Velasco, E. A. (2014). Modelamiento matemático de la producción de biogás a
partir de lactosuero (tesis de licenciatura). Universidad Veracruzana (UV),
Xalapa, México.
British Standards Institution. (2011). Solid biofuels — Determination of total content of
carbon, hydrogen and nitrogen —Instrumental methods. Unión Europea: BSI
Group Headquarters.
Callejas, J., Prieto, F., Reyes, V., Marmolejo, Y., & Méndez, M. (2012).
Caracterización fisicoquímica de un lactosuero: potencialidad de recuperación de
fósforo. ActaUniversitaria, 22, 11-18. Obtenido de: http://www. actauniversitaria. ugto.
mx/index. php/acta/article/viewFile/304/282.
Cárdenas Cleves et al., L. (2016). Perspectivas del ensayo de Potencial Bioquímico de
Metano - PBM para el control del proceso de digestión anaerobia de residuos.
revista ion, 29, 95-108. doi: http://dx.doi.org/10.18273/revion.v29n1-2016008.
Carlin, R. (2015). Evaluación del potencial energético a partir del metano producido
por codigestión de residuos de alimentos y estiércol vacuno. Escuela Agrícola
Panamericana, Zamorano, Honduras .
76
Chavarria Neri, I. C. (2014). Implementación de un biodigestor en unidades pecuarias
(tesis de pregrado). Universidad Autónoma Agraria "Antonio Narro", Torreón,
México.
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). (2013). Digestión anaeróbia.
AGROWASTE, 1-10.
Córdoba Márquez, R. (2013). Metodología alternativa para la reutilización del suero
de queso en base a derivados de la industria cañera (tesis de posgrado).
Universidad Veracruzana, Xalapa, México.
Cornejo Arteaga, P. M. (s.f). Aplicaciones del metano. Obtenido de
https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa3/n4/m2.html
Corrales, L., Corredor, A., & Bohórquez Macías, J. (2015). Bacterias anaerobias:
procesos que realizan y contribuyen a la sostenibilidad de la vida en el planeta.
NOVA, 13, 55-81. doi: 10.22490/24629448.1717.
Díaz Báez, M., Molina, F., & Espitia Vargas, S. (2002). Digestión Anaerobia: Una
aproximación a la tecnología. Bogotá, Colombia: UNIBIBIOS.
Elpidia Poveda, E. (2013). Suero lácteo, generalidades y potencial uso como fuente de
calcio de alta biodisponibilidad. Revista Chilena de Nutrición, 40, 397-403. doi:
http://dx.doi.org/10.4067/S0717-75182013000400011.
FAO. (2011). Manual de Biogás. Santiago de Chile, Chile: Proyecto CHI/00/G32.
Fernández Rodríguez, C. (2014). Obtención de biogás e hidrógeno a partir de
lactosuero (tesis de doctorado). Universidad de León, León, España.
Fernández, C., Baptista, P., & Hernández, R. (2016). Metodología de la Investigación
(Sexta ed.). México: McGRAW - HILL.
Fernández, E., Martínez, J., & Hernández, M. (2015). Documento de Consenso:
importancia nutricional y metabólica de la leche. Nutrición Hospitalaria, 31,
92-101. doi: 10.3305/nh.2015.31.1.8253.
Flores Zaruma, N. I. (2009). Proyecto para la instalación de una planta procesadora
de lácteos en la parroquia Machachi cantón Mejía (tesis de pregrado).
Universidad de las Fuerzas Armadas (ESPE), Sangolquí, Ecuador.
Guerrero Cabrera, M. L. (2017). Estudio microbiológico de lactosuero de las industrias
queseras del cantón Mejía de la provincia de Pichincha (tesis de pregrado).
Universidad Politécnica Salesiana, Quito, Ecuador.
Gutiérrez García et al., G. d. (2012). Biogás: Una alternativa ecológica para la
producción de energía. Ide@s CONCYTEG, 7, 881-894. Obtenido de: http:
77
//studylib.es/doc/4798765/biog%C3%A1s--una-alternativa-ecol%C3%B3gica-
para-la-producci%C3%B3n-de-e...
Hernández, F. (2015). Producción de biogás con suero de queso: Tratamiento y
generación de energía renovable a partir de lactosuero. Recuperado de:
http://www.lulu.com/shop/francisco-m-hern%C3%A1ndez/producci%C3%B3n-
de-biog%C3%A1s-con-suero-de-queso/ebook/product-22060288.html.
Holguín, J. C. (18 de Junio de 2017). Biogás, alternativa energética para cuidar el
ambiente. eltelégrafo, págs. 1-4. Obtenido de: https://www. eltelegrafo. com.
ec/noticias/702/51/biogas-alternativa-energetica-para-cuidar-el-ambiente.
Islas, J., & Martínez, A. (2010). Bioenergía. revistaciencia, 1-10. Obtenido de:
http://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/61_2/PDF/Bioenergia.pdf
Julio Guerrero, I. C. (2016). Evaluación del potencial de biometanización de la
codigestión digestión de lodos provenientes del tratamiento de aguas residuales
municipales mezclados con residuos de alimentos (tesis de masterado).
Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia.
Lede, S. (s.f). Los biocombustibles. ArgenBio, 1-5.
López Martínez, G. (2013). Método no convencional de medición de gases en la
digestión anaerobia. revistacientifica, 1-16.
Magap. (02 de Abril de 2016). 5,4 millones de litros de leche se producen al día.
eltelégrafo, 1-2. Obtenido de https://www. eltelegrafo. com.
ec/noticias/economia/1/5-4-millones-de-litros-de-leche-se-producen-al-dia.
Marin Batista, J., Castro, L., & Escalante, H. (2015). Efecto de la carga orgánica de la
gallinaza de jaula. Revista Colombiana de Biotecnología, XVII, 18-23. doi:
https://doi.org/10.15446/rev.colomb.biote.v17n1.39971.
Martínez Jiménez, A., Alvarez Vargas, J., & Martínez Rodríguez, M. (2014). Volver al
futuro: bioenergía, biocombustibles y biotecnología. Revista digital
universitaria, 15, 1-10. doi: http://www. revista. unam. mx/ojs/index.
php/rdu/article/view/382.
Ministerio de Finanzas del Ecuador. (2012). Código Orgánico de Organización
Territorial, Autonomía y Descentralización (COOTAD). Quito, Ecuador:
LEXIS.
Ministerio del Ambiente. (2012). Ley de Gestión Ambiental. Quito, Ecuador: LEXIS.
Morán, A., Fernández, C., Gómez, X., & Martínez, E. (2016). Procesos biológicos para
el tratamiento de lactosuero con producción de biogás e hidrógeno. ION, 29, 47-
62. doi: https://doi.org/10.18273/revion.v29n1-2016004.
78
Ortiz Jordá, V. (2011). Puesta a punto de una metodología para la determinación de la
actividad metanogénica específica (AME) de un fango anaerobio mediante el
sistema OXITOP® influencia de las principales variables experimentales (tesis
de posgrado). Universidad Politécnica de Valencia, Valencia, España.
Parra Huertas, R. A. (2010). Digestión anaerobia de lactosuero: efecto de altas cargas
puntuales. Revista Facultad Nacional de Agronomía Medellin, 63, 5385-5394.
Parra Huertas, R. A. (2015). Digestión anaeróbica: mecanismos biotecnológicos en el
tratamiento de aguas residuales y su aplicación en la industria alimentaria.
Producción + Limpia, 10, 142-159. doi: 10.22507/pml.v10n2a13.
Parra Orobio et al., B. (2015). Efecto de la relación sustrato-inóculo sobre el potencial
bioquímico de metano de biorresiduos de origen municipal. Revista de
Ingeniería, Investigación y Tecnología, 16, 515-526. doi: 10.1016/j. riit.2015.
09.004.
Pasmay Macías, H. V. (2015). Caracterización del suero lácteo de una quesería
artesanal localizada en la zona 5 del Ecuador (tesis de pregrado). Escuela
Superior Politéctica del Litoral, Guayaquil, Ecuador.
Pazmiño Zumárraga, A. I. (2012). Diseño, construcción e implantación de un digestor
anaerobio de flujo continuo para el tratamiento de estiércol bovino en la finca
Rancho Santa Esther del sector La Delicia parroquia Tulcán, cantón Tulcán,
provincia del Carchi, Ecuador (tesis de pregrado). Universidad de las Fuerzas
Armadas (ESPE), Sangolquí, Ecuador.
PROECUADOR. (2015). Biocombustibles. Obtenido de http: //www. proecuador. gob.
ec/wp-content/uploads/2015/06/Perfiles-de-Inversiones-Promocion-de-
Inversiones/Perfiles-de- Inversion/ Biocombustibles. pdf
PROECUADOR. (2016). Producción Nacional. En Perfil Sectorial de Lácteos y
Cárnicos (págs. 12-22). Quito: PROECUADOR 2016.
Ramírez Navas, J. S. (2012). Aprovechamiento Industrial de Lactosuero Mediante
Procesos Fermentativos. Revista Especializada en Ingeniería de Procesos en
Alimentos y Biomateriales, 6, 1100-1701. doi: 10.22490/25394088.1100.
Repullo, F. (2009). Expectativas del uso del biogás en España. Barcelona, España:
AEBIG.
Rincón Martínez, J. M., & Silva Lora, E. E. (2014). Bioenergía:Fuentes, conversión y
sustentabilidad. Bogotá, Colombia: Charlie’s Impresores Ltda.
Rodger, B., Andrew, D., & Eugene, W. (2017). Standard Methods for the Examination
of Water and Wastewater; 23RD EDITION. United States of America: Sheridan
Books.
79
Rojas, T., & Vich, G. (2011). Investigación Experimental. Obtenido de http://es.
slideshare.net/gloriavich91/investigacin-experimental
Sampieri, H. (2014). Metodología de la Investigación. Mexico: UNAM.
Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo. (2013-2017). Plan Nacional del
Buen Vivir. Obtenido de http://www.buenvivir.gob.ec/
Sistema Integrado de Legislación Ecuatoriana . (2012). Ley de prevencion y control de
la contaminacion ambiental. Quito, Ecuador: LEXIS S.A.
Suárez, P. (2011). Población de estudio y muestra . Obtenido de
http://udocente.sespa.princast.es/documentos/Metodologia_Investigacion/Presen
taciones/4_%20poblacion&muestra.pdf
Teniza, O., Pérez, M., González, J., & Valencia, R. (2015). Producción de metano
utilizando residuos cunícolas. Revista Mexicana de Ingeniería Química, 14,
321-334.
Wang et al., X. (2014). Effects of Temperature and Carbon-Nitrogen (C/N) Ratio on the
Performance of Anaerobic Co-Digestion of Dairy Manure, Chicken Manure and
Rice Straw: Focusing on Ammonia Inhibition. PLOS ONE, 9, 1-8. doi:
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0097265.
Zupančič, G., & Grilc, V. (2012). Anaerobic Treatment and Biogas Production from
Organic Waste. En S. Kumar, Management of Organic Waste (págs. 1-27).
London, United Kingdom: IntechOpen. doi: 10.5772/32756.
80
7. Anexos
Anexo A: Esquema causa efecto
Contaminación de
carácter orgánico (DQO
y DBO elevadas)
Desconocimiento acerca del aprovechamiento de suero lácteo obtenido como subproducto en la elaboración de
queso fresco
Falta de sistemas de
tratamiento.
Contaminación
Ambiental
Agotamiento del
(oxígeno disuelto)
OD en el agua de
ríos
Suero lácteo
desechado como
efluente
Uso de suero lácteo como
alimento para cerdos
Producción de
gases de efecto
invernadero
Desinformación acerca
de la calidad nutritiva del
suero lácteo
Gran cantidad de
inversión capital
Empresas artesanales
pequeñas
Tecnologías de
tratamiento de alto costo
Desconocimiento por
parte del productor
acerca de la utilidad del
suero lácteo
Poca ganancia
81
Anexo B: Diagrama de flujo para la determinación del potencial de biometanización a partir
de suero lácteo inoculado con estiércol bovino
Pesado
Medición
Mezclado de las
relaciones (S/I) E2
Caracterización
fisicoquímica E1
Caracterización
fisicoquímica inicial E3
Estiércol bovino
(inóculo)
Montaje de biodigestores
E4
Proceso de digestión
anaerobia mesofílico
Medición de gas
Caracterización
fisicoquímica final
Medición de V (ml) y
T °C por día
TRH: 34 días
T: 30°C
Análisis de gas
Cuantificación de PBM y % metano
Determinación del potencial
de biometanización
Suero lácteo-
estiércol bovino
(3000 ppm)
Suero lácteo
(sustrato)
Adición y no
adición de buffer
(gNaCHO3/upH)
82
- E1: los parámetros evaluados son: pH, sólidos totales, sólidos volátiles, grasa,
proteína, DQO, densidad, alcalinidad toral, ácidos grasos volátiles y relación C/N.
- E2: de 450g de sustrato e inóculo acorde a las cantidades en relación a la composición
(%SV) detallados en la tabla 8, se adiciono buffer al ensayo 4,5,6 para obtener un
pH~7,2
- E3: Los parámetros evaluados al inicio y final de la digestión anaerobia son: pH,
AGV, alcalinidad total y DQO.
- E4: la recolección de gas se hizo con ayuda de una jeringa adaptada a una llave de
tres vías.
83
Anexo C. Gráficas de control de la caracterización fisicoquímica del suero lácteo (sustrato)
Gráfico 12. Variación de pH (upH) del suero lácteo durante las dos semanas de muestreo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Gráfico 13. Variación del porcentaje de sólidos totales (% SST) en el suero lácteo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
5,95 6,31
6,53
5,25
5,27 4,75
6,55
5,05
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
6,50
7,00
Jueves Sábado Domingo *Mezcla
up
H
pH (upH)
pH (upH):semana1
pH (upH):semana2
LCS
LCI
7,02
7,29
6,87 6,97
6,58 6,49 6,52 6,53
6,00
6,20
6,40
6,60
6,80
7,00
7,20
7,40
Jueves Sábado Domingo *Mezcla
Sólidos totales (%)
SST(%):semana 1 SST(%):semana 2 LCS LCI
84
Gráfico 14. Variación del porcentaje de sólidos volátiles (% SSV) en el suero lácteo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Gráfico 15. Variación de los valores de alcalinidad total (mg CaCO3/L) del suero lácteo
durante las dos semanas de muestreo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
90,93
90,83
93,10
91,41
90,68
90,95 91,72
90,76
89,00
89,50
90,00
90,50
91,00
91,50
92,00
92,50
93,00
93,50
Jueves Sábado Domingo *Mezcla
Sólidos volálites (%)
SSV(%): semana 1 SSV(%):semana 2 LCS LCI
1414,16 1446,30 1446,30
1799,84
1671,28 1703,42 1671,28
1478,44
1000,00
1200,00
1400,00
1600,00
1800,00
2000,00
Jueves Sábado Domingo *Mezcla
Alcalinidad total (mg CaCO3 /L)
AT (mg CaCO3 /L): semana 1 AT (mg CaCO3 /L):semana 2
LCS LCI
85
Gráfico 16. Variación de la concentración de ácidos grasos volátiles (mg ac acético/L) en el
suero lácteo durante las dos semanas de muestreo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Gráfico 17. Variación del porcentaje de proteína cruda en el suero lácteo durante las tres
semanas de muestreo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
2540,80
2423,53 2423,53 2462,62
2892,60
2501,71
2775,33
2130,36 2000,00
2100,00
2200,00
2300,00
2400,00
2500,00
2600,00
2700,00
2800,00
2900,00
3000,00
Jueves Sábado Domingo *Mezcla
Ácidos grasos volátiles (mg ac acético/L)
AGV (mg ac Acético/L): semana 1 AGV (mg ac Acético/L):semana 2
LCS LCI
1,05 0,97 1,00
1,02
1,11
1,03
1,09
1,07
1,22
0,91
1,04
1,25
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
Jueves Sábado Domingo *Mezcla
PC
(%)
Proteína cruda (%)
Proteína cruda (%): semana1
Proteína cruda(%):semana2
Proteína cruda (%):semana3
LCS
LCI
86
Gráfico 18. Variación del porcentaje de grasa cruda en el suero lácteo durante los días de
muestreo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
Gráfico 19. Variación de la densidad relativa (g/ml) del suero lácteo por día de muestreo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
0,41
0,76
0,44
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Sábado Domingo Mezcla
% g
rasa
Grasa cruda (%)
grasa (%)
LCS
LCI
1,0269
1,0277
1,0260
1,0262
1,0264
1,0266
1,0268
1,0270
1,0272
1,0274
1,0276
1,0278
1,0280
Sábado *Mezcla
𝐷2
0 (
g/m
l)
Densidad relativa (g/ml)
Densidad
relativa (g/ml)
LCS
LCI
87
Gráfico 20. Variación de la demanda química de oxígeno para el suero lácteo por día de
muestreo
Elaborado por: Lizeth Cantuña
69766,67
75700,00
72466,67
60000,00
62000,00
64000,00
66000,00
68000,00
70000,00
72000,00
74000,00
76000,00
78000,00
80000,00
Sábado Domingo *Mezcla
DQ
O (
mgO
2/L
)
Demanda química de oxígeno (mgO2/L)
DQO mgO2/L
LCS
LCI
88
Anexo D. Instrumento de recolección de datos para la caracterización fisicoquímica del sustrato por semana de muestreo
Anexo D 1. Recolección de datos de las características fisicoquímica del suero lácteo (sustrato) para la semana 1 de muestreo
Muestra/día Repetición Parámetro fisicoquímico
pH
SST
(%)
SSV bs
(%)
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
AGV
(mg ac acético/L)
Proteína
(%)
Semana 1
Jueves 1 5,94 7,03 91,23 1446,30 2462,62 1,10
2 5,95 7,01 90,99 1446,30 2521,25 0,77
3 5,95 7,02 90,57 1349,88 2638,52 1,28
Sábado 1 6,31 7,29 90,77 1349,88 2345,35 1,02
2 6,31 7,29 90,83 1542,72 2521,25 1,05
3 6,32 7,28 90,88 1446,30 2403,98 0,84
Domingo 1 6,54 6,87 93,94 1446,30 2345,35 0,84
2 6,53 6,86 92,36 1542,72 2345,35 0,99
3 6,53 6,87 93,00 1349,88 2579,88 1,16
*Mezcla 1 5,27 6,96 91,14 1831,98 2110,81 1,17
2 5,25 6,98 91,17 1831,98 2403,98 0,83
3 5,24 6,98 91,92 1735,56 2873,05 1,06
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
89
Anexo D 2. Recolección de datos de las características fisicoquímica del suero lácteo (sustrato) para la semana 2 de muestreo
Muestra/día Repetición Parámetro fisicoquímico
pH
SST
(%)
SSV bs
(%)
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
AGV
(mg ac acético/L)
Proteína
(%)
Semana 2
Jueves 1 5,28 6,69 90,78 1542,72 2873,05 0,96
2 5,27 6,52 90,47 1639,14 2931,69 1,27
3 5,27 6,52 90,78 1831,98 2873,05 1,11
Sábado 1 4,76 6,59 91,25 1639,14 2345,35 0,98
2 4,74 6,37 90,84 1735,56 2697,15 1,08
3 4,75 6,52 90,77 1735,56 2462,62 1,01
Domingo 1 6,56 6,53 91,64 1735,56 2990,32 1,00
2 6,55 6,36 91,52 1639,14 2873,05 1,11
3 6,54 6,66 92,01 1639,14 2462,62 1,15
*Mezcla 1 5,04 6,63 90,68 1639,14 2110,81 1,25
2 5,05 6,26 90,48 1349,88 2110,81 1,10
3 5,06 6,70 91,12 1446,30 2169,45 0,86
bs: base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
90
Anexo D 3. Recolección de datos de las características fisicoquímica del suero lácteo (sustrato) para la semana 3 de muestreo
Muestra/día Repetición Parámetro fisicoquímico
Grasa
(%)
DQO
(mg O2/L)
Densidad absoluta
(g/ml)
Densidad relativa
(g/ml)
Relación
C/N
Proteína
(%)
Semana 3
Jueves 1 _ _ _ _ _ 1,32
2 _ _ _ _ _ 1,08
3 _ _ _ _ _ 1,24
Sábado 1 0,42 70250,00 1,0249 1,0267 24,20 0,82
2 0,39 65850,00 1,0269 1,0287 26,16 1,01
3 _ 73200,00 _ _ 26,82 0,90
Domingo 1 0,77 81150,00 _ _ _ 1,03
2 0,75 66500,00 _ _ _ 1,17
3 _ 79450,00 _ _ _ 0,92
*Mezcla 1 0,43 78050,00 1,0251 1,0268 _ 1,07
2 0,45 69450,00 1,0252 1,0270 _ 1,36
3 _ 69900,00 _ _ _ 1,31
_ Análisis no realizado. ……………………………………………………………………………………
Elaborado por: Lizeth Cantuña
91
Anexo D 4. Promedio de los valores obtenidos para la caracterización físico química del suero lácteo (sustrato)
Parámetro
Semanas de muestreo suero lácteo
Promedio
Semana 1
Semana 2
Semana 3
Jueves Sábado Domingo Mezcla Jueves Sábado Domingo Mezcla Jueves Sábado Domingo Mezcla
pH (upH) 5,95±0,01 6,31±0,01 6,53±0,01 5,25±0,02 5,273±0,01 4,75±0,01 6,55±0,01 5,05±0,01 _ _ _ _
Sólidos totales
(%)
7,02±0,01 7,29±0,01 6,87±0,004 6,97±0,01 6,58±0,10 6,49±0,11 6,52±0,15 6,53±0,24 _ _ _ _ 6,78±0,30
Solidos
volátiles (%) bs
90,93±0,33 90,83±0,06 93,10±0,80 91,41±0,44 90,68±0,18 90,95±0,26 91,72±0,25 90,76±0,32 _ _ _ _ 91,30±0,81
Alcalinidad
total
(mg CaCO3/L)
1414,16±
55,67
1446,30±
96,42
1446,30±
96,42
1799,84±
55,67
1671,28±
147,28
1703,42±
55,67
1671,28±
55,67
1478,44±
147,28
_ _ _ _ 1578,88±
148,22
AGV (mg ac acético/L)
2540,80 ±
89,56
2423,53±
89,56
2423,53±
135,41
2462,62±
384,49
2892,60 ±
33,85
2501,71±
179,13
2775,33±
277,09
2130,36±
33,85
_ _ _ _ 2518,81±
232,53
Proteína cruda
(%)
1,05 ±0,26 0,97±0,11 1,00±0,16 1,02±0,17 1,11±0,15 1,03±0,05 1,09±0,08 1,07±0,19 1,22± 0,12 0,91±0,09 1,04±0,12 1,25±0,16 1,06±0,10
Grasa cruda
(%)
_ _ _ _ _ _ _ _ _ 0,41± 0,02 0,76±0,01 0,44±0,01 0,54± 0,20
DQO (mgO2/L) _ _ _ _ _ _ _ _ _ 69766,67±
3698,76
75700,00±
8012,65
72466,67±
4840,54
72644,44±
5652,18
Densidad
absoluta a
20°C (g/ml)
_ _ _ _ _ _ _ _ _ 1,0259 _ 1,0251 1,0255
Densidad
relativa a 20°C
(g/ml)
_ _ _ _ _ _ _ _ _ 1,0277 _ 1,0269
1,0273
Relación C/N _ _ _ _ _ _ _ _ _ 25,68±
1,36
_ _ 25,68±1,36
_ Análisis no realizado.
bs base seca.
a Volares no incluidos por ser atípicos
Elaborado por: Lizeth Cantuña
92
Anexo E. Características fisicoquímicas del estiércol bovino (inóculo) para cada muestreo realizado
Código
Repetición
Parámetro fisicoquímico
pH Sólidos totales
(%)
Solidos volátiles
(%)bs
Ácidos grasos volátiles
(mg ac acético/L)
Alcalinidad total
(mg CaCO3/L)
Relación
C/N
1-LB-456
1 7,69 13,67 81,01 5277,04 6749,40 14,65
2 7,68 13,39 79,93 5277,04 5785,20 15,82
3 7,69 13,27 80,18 5863,37 6749,40 15,49
Promedio 7,69±0,01 13,45±0,21 80,37±0,56 5472,48±338,52 6428,00±556,68 15,32±0,61
2-LB-456
1 7,51 13,95 79,48 4060,00 6056,84 _
2 7,49 13,97 79,08 4872,00 7066,32 _
Promedio 7,50±0,01 13,96±0,02 79,28±0,29 4466,00±574,17 6561,58±713,81 _
Promedio total 7,59 13,70 79,82 4969,24 6494,79 15,32
Desviación estándar 0,13 0,37 0,77 711,69 94,46 0,61
_ Análisis no realizado
bs base seca
Elaborado por: Lizeth Cantuña
93
Anexo F. Datos obtenidos de la caracterización fisicoquímica inicial y final de cada mezcla
Anexo F 1. Datos obtenidos de la caracterización fisicoquímica inicial y final para los ensayos sin adición de buffer (NaHCO3)
Código
Replicas Parámetro fisicoquímico
INICIAL FINAL
pH SST
(%)
SSV
(%)bs
AGV
(mg ac acético/L)
AT
(mg CaCO3/L)
DQO
(mgO2/L)
pH
SST
(%)
SSV
(%)bs
AGV
(mg ac acético/L)
AT
(mg CaCO3/L)
DQO
(mgO2/L)
2-LB-465
3-LB-465
1 6,55 10,34 86,33 2842,00 1818,88 62400,00 3,64 5,70 83,08 7786,98 0,00 59450,00
2 6,56 10,21 86,26 3166,80 1818,88 64350,00 3,64 5,74 83,81 7905,86 0,00 59180,00
3 6,58 _ _ _ _ _ 3,64 _ _ _ _ _
1 6,52 9,03 86,92 3166,80 1818,88 59670,00 3,68 5,86 84,81 7251,99 0,00 54430,00
2 6,53 9,05 86,98 3166,80 1818,88 63210,00 3,69 5,85 84,45 7192,55 0,00 55240,00
3 6,54 _ _ _ _ _ 3,69 _ _ _ _ _
2-LB-464
1 6,83 10,68 83,48 3654,00 2020,98 58340,00 3,85 7,28 79,70 8559,73 0,00 53710,00
2 6,83 10,47 83,79 3897,60 2122,03 56650,00 3,86 7,12 79,23 8797,50 0,00 51570,00
3 6,82 _ _ _ _ _ 3,86 _ _ _ _ _
3-LB-464
1 6,83 10,23 83,22 3004,40 2624,63 53710,00 3,83 6,98 79,87 8440,85 0,00 52430,00
2 6,84 10,20 83,59 3085,60 2725,58 51570,00 3,84 7,05 80,29 8559,73 0,00 49550,00
3 6,83 _ _ _ _ _ 3,84 _ _ _ _ _
1-LB-457
1 6,04 6,96 90,12 2287,53 1157,04 73175,00 3,42 5,06 86,88 5884,81 0,00 62880,00
2 6,04 7,00 90,71 2522,14 1157,04 72250,00 3,42 5,00 86,26 5765,93 0,00 62910,00
3 6,03 6,96 90,25 2522,14 1157,04 _ 3,42 4,95 87,49 6003,70 0,00 _
SST: sólidos totales
SSV: sólidos volátiles
AT: alcalinidad total
AGV: ácidos grasos volátiles
_ Análisis no determinado
94
Anexo F 2. Datos obtenidos de la caracterización fisicoquímica inicial y final para los ensayos con adición de buffer (NaHCO3)
Código
Réplicas Parámetro fisicoquímico
INICIAL FINAL
pH SST
(%)
SSV
(%)bs
AGV
(mg ac acético/L)
AT
(mg CaCO3/L)
DQO
(mgO2/L)
pH SST
(%)
SSV
(%)bs
AGV
(mg ac acético/L)
AT
(mg CaCO3/L)
DQO
(mgO2/L)
2-LB-462
1 7,28 10,46 84,31 4141,20 3940,91 61800,00 3,96 6,36 79,35 9986,35 0,00 54490,00
2 7,27 10,30 84,28 4303,60 3940,91 58450,00 3,96 6,38 79,05 9689,14 0,00 54760,00
3 7,28 _ _ _ _ _ 3,96 _ _ _ _ _
3-LB-462
1 7,16 9,15 84,08 4466,00 3637,76 56500,00 3,94 5,92 80,13 9986,35 0,00 52680,00
2 7,15 9,11 83,73 4547,20 3839,86 58560,00 3,94 5,81 80,02 9867,47 0,00 52690,00
3 7,16 _ _ _ _ _ 3,94 _ _ _ _ _
2-LB-461
3-LB-461
1 7,26 10,55 82,78 4709,60 3738,81 59210,00 4,41 7,62 77,55 10402,45 605,68 47940,00
2 7,25 10,64 82,62 4709,60 3334,61 57650,00 4,40 7,77 77,49 9689,14 706,63 48660,00
3 7,25 _ _ _ _ _ 4,41 _ _ _ _ _
1 7,27 10,63 82,18 4790,80 3940,91 59710,00 4,34 7,89 78,14 10164,68 605,68 47120,00
2 7,26 10,38 82,46 4953,20 3839,86 57090,00 4,32 7,84 77,59 9808,02 706,63 48760,00
3 7,26 _ _ _ _ _ 4,32 _ _ _ _ _
1-LB-457
1 7,06 7,26 85,63 2436,00 3634,11 82025,00 3,85 5,32 77,95 8321,96 0,00 66080,00
2 7,06 7,37 86,02 2436,00 3634,11 85050,00 3,85 5,27 78,16 8262,52 0,00 61880,00
3 7,06 7,38 85,70 2354,80 3735,05 _ 3,84 5,26 77,77 8203,08 0,00 _
SST: sólidos totales
SSV: sólidos volátiles
AT: alcalinidad total
AGV: ácidos grasos volátiles
_ Análisis no determinado
95
Anexo G: Matriz de recolección de datos de desplazamiento de volumen, temperatura, y potencial de biometanización para las mezclas (SL: EB)
Anexo G 1. Datos de desplazamiento de volumen, temperatura, y potencial de biometanización para la mezcla (SB-75SL: 25EB; LB-465)
1-LB-465 2-LB-465 3-LB-465 Promedio
Fecha Día V (ml) T ° C V (ml)NTA PBM V (ml) T ° C V (ml)NTA PBM V (ml) T ° C V(ml)NTA PBM V(ml) NTA PBM T °C
31/01/18 1 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 0,00 22,00
01/02/18 2 0,00 30,00 0,00 0,00 0,00 30,00 0,00 0,00 55,00 30,00 35,78 0,04 11,93 0,01 30,00
02/02/18 3 20,00 29,00 13,05 0,01 0,00 29,00 0,00 0,00 70,00 29,00 45,68 0,05 19,58 0,02 29,00
03/02/18 4 20,00 29,00 13,05 0,01 0,00 29,00 0,00 0,00 70,00 29,00 45,68 0,05 19,58 0,02 29,00
04/02/18 5 20,00 29,00 13,05 0,01 0,00 29,00 0,00 0,00 70,00 29,00 45,68 0,05 19,58 0,02 29,00
05/02/18 6 95,00 30,00 61,79 0,07 45,00 30,00 29,27 0,03 105,00 30,00 68,30 0,07 53,12 0,06 30,00
06/02/18 7 130,00 30,00 84,56 0,09 55,00 30,00 35,78 0,04 120,00 30,00 78,05 0,09 66,13 0,07 30,00
07/02/18 8 135,00 29,00 88,10 0,10 55,00 29,00 35,89 0,04 125,00 29,00 81,58 0,09 68,52 0,08 29,00
08/02/18 9 135,00 31,00 87,52 0,10 60,00 31,00 38,90 0,04 125,00 32,00 80,77 0,09 69,07 0,08 31,33
09/02/18 10 135,00 30,00 87,81 0,10 60,00 30,00 39,03 0,04 125,00 31,00 81,04 0,09 69,29 0,08 30,33
10/02/18 11 135,00 30,00 87,81 0,10 60,00 30,00 39,03 0,04 125,00 31,00 81,04 0,09 69,29 0,08 30,33
11/02/18 12 135,00 30,00 87,81 0,10 60,00 30,00 39,03 0,04 125,00 31,00 81,04 0,09 69,29 0,08 30,33
12/02/18 13 135,00 30,00 87,81 0,10 60,00 30,00 39,03 0,04 125,00 31,00 81,04 0,09 69,29 0,08 30,33
13/02/18 14 135,00 30,00 87,81 0,10 60,00 30,00 39,03 0,04 125,00 31,00 81,04 0,09 69,29 0,08 30,33
14/02/18 15 135,00 31,00 87,52 0,10 75,00 31,00 48,62 0,05 145,00 31,00 94,01 0,10 76,72 0,08 31,00
15/02/18 16 155,00 31,00 100,49 0,11 90,00 31,00 58,35 0,06 155,00 32,00 100,16 0,11 86,33 0,09 31,33
16/02/18 17 155,00 31,00 100,49 0,11 90,00 31,00 58,35 0,06 160,00 30,00 104,07 0,11 87,64 0,10 30,67
17/02/18 18 155,00 31,00 100,49 0,11 90,00 31,00 58,35 0,06 160,00 30,00 104,07 0,11 87,64 0,10 30,67
18/02/18 19 155,00 31,00 100,49 0,11 90,00 31,00 58,35 0,06 160,00 30,00 104,07 0,11 87,64 0,10 30,67
19/02/18 20 160,00 30,00 104,07 0,11 105,00 30,00 68,30 0,07 180,00 29,00 117,47 0,13 96,61 0,11 29,67
20/02/18 21 165,00 30,00 107,33 0,12 110,00 30,00 71,55 0,08 185,00 30,00 120,33 0,13 99,74 0,11 30,00
21/02/18 22 165,00 30,00 107,33 0,12 115,00 30,00 74,80 0,08 190,00 31,00 123,18 0,13 101,77 0,11 30,33
96
Continuación de la tabla- Anexo G1
22/02/18
23/02/18
23
24
170,00
170,00
30,00
30,00
110,58
110,58
0,12
0,12
115,00
120,00
30,00
30,00
74,80
78,05
0,08
0,09
190,00
190,00
31,00
29,00
123,18
124,00
0,13
0,14
102,85
104,21
0,11
0,11
30,33
29,67
24/02/18 25 170,00 30,00 110,58 0,12 120,00 30,00 78,05 0,09 190,00 29,00 124,00 0,14 104,21 0,11 29,67
25/02/18 26 170,00 30,00 110,58 0,12 120,00 30,00 78,05 0,09 190,00 29,00 124,00 0,14 104,21 0,11 29,67
26/02/18 27 175,00 29,00 114,21 0,13 125,00 29,00 81,58 0,09 195,00 27,00 128,11 0,14 107,96 0,12 28,33
27/02/18 28 180,00 30,00 117,08 0,13 130,00 30,00 84,56 0,09 200,00 30,00 130,09 0,14 110,58 0,12 30,00
28/02/18 29 180,00 30,00 117,08 0,13 130,00 30,00 84,56 0,09 200,00 30,00 130,09 0,14 110,58 0,12 30,00
01/03/18 30 190,00 30,00 123,59 0,14 135,00 30,00 87,81 0,10 210,00 30,00 136,60 0,15 116,00 0,13 30,00
02/03/18 31 190,00 30,00 123,59 0,14 135,00 30,00 87,81 0,10 210,00 30,00 136,60 0,15 116,00 0,13 30,00
03/03/18 32 190,00 30,00 123,59 0,14 135,00 30,00 87,81 0,10 210,00 30,00 136,60 0,15 116,00 0,13 30,00
04/03/18 33 190,00 30,00 123,59 0,14 135,00 30,00 87,81 0,10 210,00 30,00 136,60 0,15 116,00 0,13 30,00
05/03/18 34 195,00 29,00 127,26 0,14 140,00 29,00 91,37 0,10 215,00 29,00 140,31 0,15 119,64 0,13 29,00
Elaborado por: Lizeth Cantuña
97
Anexo G 2. Datos de desplazamiento de volumen, temperatura, y potencial de biometanización para la mezcla (SB-50SL: 50EB; LB-464)
1-LB-464 2-LB-464 3-LB-464 Promedio
Fecha Día V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V(ml) NTA PBM T °C
31/01/18 1 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 0,00 22,00
01/02/18 2 0,00 30,00 0,00 0,00 150,00 30,00 97,57 0,11 0,00 30,00 0,00 0,00 32,52 0,04 30,00
02/02/18 3 0,00 29,00 0,00 0,00 210,00 29,00 137,05 0,15 0,00 29,00 0,00 0,00 45,68 0,05 29,00
03/02/18 4 0,00 29,00 0,00 0,00 210,00 29,00 137,05 0,15 0,00 29,00 0,00 0,00 45,68 0,05 29,00
04/02/18 5 0,00 29,00 0,00 0,00 210,00 29,00 137,05 0,15 0,00 29,00 0,00 0,00 45,68 0,05 29,00
05/02/18 6 0,00 30,00 0,00 0,00 235,00 30,00 152,86 0,17 15,00 30,00 9,76 0,01 54,20 0,06 30,00
06/02/18 7 15,00 30,00 9,76 0,01 245,00 30,00 159,36 0,17 15,00 30,00 9,76 0,01 59,63 0,07 30,00
07/02/18 8 100,00 29,00 65,26 0,07 250,00 29,00 163,15 0,18 35,00 29,00 22,84 0,03 83,75 0,09 29,00
08/02/18 9 110,00 31,00 71,31 0,08 290,00 31,00 188,01 0,21 45,00 32,00 29,08 0,03 96,14 0,11 31,33
09/02/18 10 110,00 30,00 71,55 0,08 295,00 30,00 191,88 0,21 45,00 31,00 29,17 0,03 97,54 0,11 30,33
10/02/18 11 110,00 30,00 71,55 0,08 295,00 30,00 191,88 0,21 45,00 31,00 29,17 0,03 97,54 0,11 30,33
11/02/18 12 110,00 30,00 71,55 0,08 295,00 30,00 191,88 0,21 45,00 31,00 29,17 0,03 97,54 0,11 30,33
12/02/18 13 110,00 30,00 71,55 0,08 295,00 30,00 191,88 0,21 45,00 31,00 29,17 0,03 97,54 0,11 30,33
13/02/18 14 110,00 30,00 71,55 0,08 295,00 30,00 191,88 0,21 45,00 31,00 29,17 0,03 97,54 0,11 30,33
14/02/18 15 110,00 31,00 71,31 0,08 310,00 31,00 200,98 0,22 45,00 31,00 29,17 0,03 100,49 0,11 31,00
15/02/18 16 115,00 31,00 74,56 0,08 325,00 31,00 210,70 0,23 65,00 32,00 42,00 0,05 109,09 0,12 31,33
16/02/18 17 120,00 31,00 77,80 0,09 330,00 31,00 213,94 0,23 75,00 30,00 48,78 0,05 113,51 0,12 30,67
17/02/18 18 120,00 31,00 77,80 0,09 330,00 31,00 213,94 0,23 75,00 30,00 48,78 0,05 113,51 0,12 30,67
18/02/18 19 120,00 31,00 77,80 0,09 330,00 31,00 213,94 0,23 75,00 30,00 48,78 0,05 113,51 0,12 30,67
19/02/18 20 130,00 30,00 84,56 0,09 335,00 30,00 217,90 0,24 80,00 29,00 52,21 0,06 118,22 0,13 29,67
20/02/18 21 150,00 30,00 97,57 0,11 345,00 30,00 224,41 0,25 85,00 30,00 55,29 0,06 125,75 0,14 30,00
21/02/18 22 150,00 30,00 97,57 0,11 355,00 30,00 230,91 0,25 95,00 31,00 61,59 0,07 130,02 0,14 30,33
98
Continuación de la tabla- Anexo G2
22/02/18
23/02/18
23
24
155,00
160,00
30,00
30,00
100,82
104,07
0,11
0,11
355,00
360,00
30,00
30,00
230,91
234,16
0,25
0,26
105,00
110,00
31,00
29,00
68,07
71,79
0,07
0,08
133,27
136,67
0,15
0,15
30,33
29,67
24/02/18 25 160,00 30,00 104,07 0,11 360,00 30,00 234,16 0,26 110,00 29,00 71,79 0,08 136,67 0,15 29,67
25/02/18 26 160,00 30,00 104,07 0,11 360,00 30,00 234,16 0,26 110,00 29,00 71,79 0,08 136,67 0,15 29,67
26/02/18 27 165,00 29,00 107,68 0,12 365,00 29,00 238,20 0,26 115,00 27,00 75,55 0,08 140,48 0,15 28,33
27/02/18 28 165,00 30,00 107,33 0,12 365,00 30,00 237,42 0,26 120,00 30,00 78,05 0,09 140,93 0,15 30,00
28/02/18 29 165,00 30,00 107,33 0,12 365,00 30,00 237,42 0,26 120,00 30,00 78,05 0,09 140,93 0,15 30,00
01/03/18 30 170,00 30,00 110,58 0,12 370,00 30,00 240,67 0,26 125,00 30,00 81,31 0,09 144,18 0,16 30,00
02/03/18 31 175,00 30,00 113,83 0,12 375,00 30,00 243,92 0,27 125,00 30,00 81,31 0,09 146,35 0,16 30,00
03/03/18 32 175,00 30,00 113,83 0,12 375,00 30,00 243,92 0,27 125,00 30,00 81,31 0,09 146,35 0,16 30,00
04/03/18 33 175,00 30,00 113,83 0,12 375,00 30,00 243,92 0,27 125,00 30,00 81,31 0,09 146,35 0,16 30,00
05/03/18 34 175,00 29,00 114,21 0,13 375,00 29,00 244,73 0,27 125,00 29,00 81,58 0,09 146,84 0,16 29,00
Elaborado por: Lizeth Cantuña
99
Anexo G 3. Datos de desplazamiento de volumen, temperatura, y potencial de biometanización para la mezcla (CB-75SL: 25EB; LB-462)
1-LB-462 2-LB-462 3-LB-462 Promedio
Fecha Día V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V(ml) NTA PBM T °C
31/01/18 1 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 0,00 22,00
01/02/18 2 0,00 30,00 0,00 0,00 0,00 30,00 0,00 0,00 0,00 30,00 0,00 0,00 0,00 0,00 30,00
02/02/18 3 5,00 29,00 3,26 0,00 0,00 29,00 0,00 0,00 10,00 29,00 6,53 0,01 3,26 0,00 29,00
03/02/18 4 5,00 29,00 3,26 0,00 0,00 29,00 0,00 0,00 10,00 29,00 6,53 0,01 3,26 0,00 29,00
04/02/18 5 5,00 29,00 3,26 0,00 0,00 29,00 0,00 0,00 10,00 29,00 6,53 0,01 3,26 0,00 29,00
05/02/18 6 15,00 30,00 9,76 0,01 5,00 30,00 3,25 0,00 20,00 30,00 13,01 0,01 8,67 0,01 30,00
06/02/18 7 20,00 30,00 13,01 0,01 10,00 30,00 6,50 0,01 30,00 30,00 19,51 0,02 13,01 0,01 30,00
07/02/18 8 20,00 29,00 13,05 0,01 10,00 29,00 6,53 0,01 30,00 29,00 19,58 0,02 13,05 0,01 29,00
08/02/18 9 25,00 31,00 16,21 0,02 20,00 32,00 12,92 0,01 45,00 32,00 29,08 0,03 19,40 0,02 31,67
09/02/18 10 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 45,00 31,00 29,17 0,03 19,47 0,02 30,67
10/02/18 11 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 45,00 31,00 29,17 0,03 19,47 0,02 30,67
11/02/18 12 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 45,00 31,00 29,17 0,03 19,47 0,02 30,67
12/02/18 13 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 45,00 31,00 29,17 0,03 19,47 0,02 30,67
13/02/18 14 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 45,00 31,00 29,17 0,03 19,47 0,02 30,67
14/02/18 15 25,00 31,00 16,21 0,02 30,00 31,00 19,45 0,02 50,00 31,00 32,42 0,04 22,69 0,02 31,00
15/02/18 16 80,00 31,00 51,87 0,06 50,00 32,00 32,31 0,04 55,00 32,00 35,54 0,04 39,91 0,04 31,67
16/02/18 17 90,00 31,00 58,35 0,06 50,00 30,00 32,52 0,04 60,00 30,00 39,03 0,04 43,30 0,05 30,33
17/02/18 18 90,00 31,00 58,35 0,06 65,00 30,00 42,28 0,05 60,00 30,00 39,03 0,04 46,55 0,05 30,33
18/02/18 19 90,00 31,00 58,35 0,06 65,00 30,00 42,28 0,05 60,00 30,00 39,03 0,04 46,55 0,05 30,33
19/02/18 20 115,00 30,00 74,80 0,08 65,00 29,00 42,42 0,05 75,00 29,00 48,95 0,05 55,39 0,06 29,33
20/02/18 21 115,00 30,00 74,80 0,08 65,00 30,00 42,28 0,05 80,00 30,00 52,04 0,06 56,37 0,06 30,00
21/02/18 22 115,00 30,00 74,80 0,08 90,00 31,00 58,35 0,06 85,00 31,00 55,11 0,06 62,75 0,07 30,67
100
Continuación de la tabla- Anexo G3
22/02/18 23 125,00 30,00 81,31 0,09 90,00 31,00 58,35 0,06 95,00 31,00 61,59 0,07 67,08 0,07 30,67
23/02/18 24 125,00 30,00 81,31 0,09 100,00 29,00 65,26 0,07 100,00 29,00 65,26 0,07 70,61 0,08 29,33
24/02/18 25 125,00 30,00 81,31 0,09 100,00 29,00 65,26 0,07 100,00 29,00 65,26 0,07 70,61 0,08 29,33
25/02/18 26 125,00 30,00 81,31 0,09 100,00 29,00 65,26 0,07 100,00 29,00 65,26 0,07 70,61 0,08 29,33
26/02/18 27 130,00 29,00 84,84 0,09 100,00 27,00 65,70 0,07 100,00 27,00 65,70 0,07 72,08 0,08 27,67
27/02/18 28 130,00 30,00 84,56 0,09 100,00 30,00 65,05 0,07 105,00 30,00 68,30 0,07 72,63 0,08 30,00
28/02/18 29 130,00 30,00 84,56 0,09 100,00 30,00 65,05 0,07 105,00 30,00 68,30 0,07 72,63 0,08 30,00
01/03/18 30 130,00 30,00 84,56 0,09 100,00 30,00 65,05 0,07 110,00 30,00 71,55 0,08 73,72 0,08 30,00
02/03/18 31 140,00 30,00 91,06 0,10 130,00 30,00 84,56 0,09 115,00 30,00 74,80 0,08 83,48 0,09 30,00
03/03/18 32 145,00 30,00 94,32 0,10 130,00 30,00 84,56 0,09 115,00 30,00 74,80 0,08 84,56 0,09 30,00
04/03/18 33 145,00 30,00 94,32 0,10 130,00 30,00 84,56 0,09 115,00 30,00 74,80 0,08 84,56 0,09 30,00
05/03/18 34 145,00 29,00 94,63 0,10 130,00 29,00 84,84 0,09 120,00 29,00 78,31 0,09 85,93 0,09 29,00
Elaborado por: Lizeth Cantuña
101
Anexo G 4. Datos de desplazamiento de volumen, temperatura, y potencial de biometanización para la mezcla (CB-50SL: 50EB; LB-461)
1-LB-461 2-LB-461 3-LB-461 Promedio
Fecha Día V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V (ml) T ° C V(ml) NTA PBM V(ml) NTA PBM T °C
31/01/18 1 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 22,00 0,00 0,00 0,00 0,00 22,00
01/02/18 2 0,00 30,00 0,00 0,00 0,00 30,00 0,00 0,00 0,00 30,00 0,00 0,00 0,00 0,00 30,00
02/02/18 3 0,00 29,00 0,00 0,00 5,00 29,00 3,26 0,00 0,00 29,00 0,00 0,00 1,09 0,00 29,00
03/02/18 4 0,00 29,00 0,00 0,00 5,00 29,00 3,26 0,00 0,00 29,00 0,00 0,00 1,09 0,00 29,00
04/02/18 5 0,00 29,00 0,00 0,00 5,00 29,00 3,26 0,00 0,00 29,00 0,00 0,00 1,09 0,00 29,00
05/02/18 6 0,00 30,00 0,00 0,00 5,00 30,00 3,25 0,00 0,00 30,00 0,00 0,00 1,08 0,00 30,00
06/02/18 7 5,00 30,00 3,25 0,00 15,00 30,00 9,76 0,01 10,00 30,00 6,50 0,01 6,50 0,01 30,00
07/02/18 8 5,00 29,00 3,26 0,00 20,00 29,00 13,05 0,01 15,00 29,00 9,79 0,01 8,70 0,01 29,00
08/02/18 9 55,00 32,00 35,54 0,04 25,00 31,00 16,21 0,02 20,00 32,00 12,92 0,01 21,56 0,02 31,67
09/02/18 10 55,00 31,00 35,66 0,04 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 21,63 0,02 30,67
10/02/18 11 55,00 31,00 35,66 0,04 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 21,63 0,02 30,67
11/02/18 12 55,00 31,00 35,66 0,04 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 21,63 0,02 30,67
12/02/18 13 55,00 31,00 35,66 0,04 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 21,63 0,02 30,67
13/02/18 14 55,00 31,00 35,66 0,04 25,00 30,00 16,26 0,02 20,00 31,00 12,97 0,01 21,63 0,02 30,67
14/02/18 15 55,00 31,00 35,66 0,04 40,00 31,00 25,93 0,03 30,00 31,00 19,45 0,02 27,01 0,03 31,00
15/02/18 16 60,00 32,00 38,77 0,04 60,00 31,00 38,90 0,04 55,00 32,00 35,54 0,04 37,74 0,04 31,67
16/02/18 17 60,00 30,00 39,03 0,04 60,00 31,00 38,90 0,04 70,00 30,00 45,53 0,05 41,15 0,05 30,33
17/02/18 18 60,00 30,00 39,03 0,04 60,00 31,00 38,90 0,04 70,00 30,00 45,53 0,05 41,15 0,05 30,33
18/02/18 19 60,00 30,00 39,03 0,04 60,00 31,00 38,90 0,04 70,00 30,00 45,53 0,05 41,15 0,05 30,33
19/02/18 20 75,00 29,00 48,95 0,05 70,00 30,00 45,53 0,05 95,00 29,00 62,00 0,07 52,16 0,06 29,33
20/02/18 21 90,00 30,00 58,54 0,06 80,00 30,00 52,04 0,06 115,00 30,00 74,80 0,08 61,79 0,07 30,00
21/02/18 22 100,00 31,00 64,83 0,07 80,00 30,00 52,04 0,06 120,00 31,00 77,80 0,09 64,89 0,07 30,67
102
Continuación de la tabla- Anexo G4
22/02/18 23 115,00 31,00 74,56 0,08 80,00 30,00 52,04 0,06 120,00 31,00 77,80 0,09 68,13 0,07 30,67
23/02/18 24 125,00 29,00 81,58 0,09 90,00 30,00 58,54 0,06 140,00 29,00 91,37 0,10 77,16 0,08 29,33
24/02/18 25 125,00 29,00 81,58 0,09 90,00 30,00 58,54 0,06 140,00 29,00 91,37 0,10 77,16 0,08 29,33
25/02/18 26 125,00 29,00 81,58 0,09 90,00 30,00 58,54 0,06 140,00 29,00 91,37 0,10 77,16 0,08 29,33
26/02/18 27 130,00 27,00 85,40 0,09 90,00 29,00 58,73 0,06 145,00 27,00 95,26 0,10 79,80 0,09 27,67
27/02/18 28 135,00 30,00 87,81 0,10 95,00 30,00 61,79 0,07 130,00 30,00 84,56 0,09 78,05 0,09 30,00
28/02/18 29 135,00 30,00 87,81 0,10 95,00 30,00 61,79 0,07 130,00 30,00 84,56 0,09 78,05 0,09 30,00
01/03/18 30 160,00 30,00 104,07 0,11 105,00 30,00 68,30 0,07 140,00 30,00 91,06 0,10 87,81 0,10 30,00
02/03/18 31 160,00 30,00 104,07 0,11 110,00 30,00 71,55 0,08 150,00 30,00 97,57 0,11 91,06 0,10 30,00
03/03/18 32 160,00 30,00 104,07 0,11 110,00 30,00 71,55 0,08 150,00 30,00 97,57 0,11 91,06 0,10 30,00
04/03/18 33 160,00 30,00 104,07 0,11 110,00 30,00 71,55 0,08 150,00 30,00 97,57 0,11 91,06 0,10 30,00
05/03/18 34 180,00 29,00 117,47 0,13 110,00 29,00 71,79 0,08 155,00 29,00 101,15 0,11 96,80 0,11 29,00
103
Anexo H. Datos de lectura del porcentaje de metano
Anexo H 1. Datos obtenidos del porcentaje de metano (CH4) para las mezclas (SB-75SL:
25EB; LB-465)- (CB-75SL: 25EB; LB-462)
1-LB-465 2-LB-465 3-LB-465 Promedio
N° lectura Repetición % metano % metano % metano
1 1 1,54 2,11 2,61 2,09
2 1,54 2,12 2,61
3 1,54 2,12 2,61
Promedio 1,54 2,12 2,61
2 1 1,44 1,62 1,15 1,40
2 1,46 1,60 1,15
3 1,45 _ _
Promedio 1,45 1,61 1,15
3 1 0,35 0,32 0,61 0,42
2 0,36 0,27 0,61
3 0,36 _ 0,60
Promedio 0,36 0,29 0,61
4 1 0,15 0,23 0,37 0,25
2 0,16 0,23 0,38
3 _ 0,19 0,38
Promedio 0,16 0,22 0,38
5 1 0,10 0,01 0,06 0,05
2 0,10 0,01 0,03
Promedio 0,10 0,01 0,05
Porcentaje Acumulado 3,60 4,25 4,79 4,16
N ° Lectura
1-LB-462 2-LB-462 3-LB-462 Promedio
Repetición % metano % metano % metano
1 1 0,21 0,08 0,13 0,14
2 0,22 0,08 0,13
3 0,21 0,08 0,13
Promedio 0,21 0,08 0,13
2 1 0,09 0,06 0,09 0,08
2 0,09 0,06 0,09
3 0,09 0,06 0,09
Promedio 0,09 0,06 0,09
3 1 0,02 0,05 0,07 0,05
2 0,02 0,05 0,06
3 0,02 0,05 0,07
Promedio 0,02 0,05 0,06
4 1 0,05 0,00 0,02 0,02
2 0,05 0,00 0,02
3 0,05 0,00 0,02
Promedio 0,05 0,00 0,02
Porcentaje Acumulado 0,37 0,19 0,29 0,29
104
Anexo H 2. Datos obtenidos del porcentaje de metano (CH4) para las mezclas (SB-50SL: 50EB; LB-
464)- (CB-50SL: 50EB; LB-461)
N° Lectura
1-LB-464 2-LB-464 3-LB-464 Promedio
Repetición % metano % metano % metano
1 1 0,08 3,12 0,23 1,13
2 0,08 3,10 0,23
3 0,08 3,09 0,21
Promedio 0,08 3,10 0,22
2 1 0,05 2,95 0,06 1,02
2 0,05 2,95 0,06
3 0,05 2,95 0,06
Promedio 0,05 2,95 0,06
3 1 0,05 2,08 0,05 0,72
2 0,05 2,08 0,05
3 0,05 2,07 0,05
Promedio 0,05 2,07 0,05
4 1 0,01 1,28 0,03 0,44
2 0,01 1,27 0,03
3 0,01 1,27 _
Promedio 0,01 1,27 0,03
5 1 0,001 0,55 0,01 0,18
2 0,001 0,54 0,01
3 _ 0,48 _
Promedio 0,001 0,52 0,01
Porcentaje acumulado 0,19 9,92 0,37 3,49
1-LB-461 2-LB-461 3-LB-461 Promedio
N° Lectura Repetición % metano % metano % metano
1 1 1,75 0,16 0,34 0,77
2 1,87 0,16 0,34
3 1,79 0,16 0,34
Promedio 1,80 0,16 0,34
2 1 0,89 0,10 0,28 0,43
2 0,95 0,10 0,26
3 0,92 0,10 0,28
Promedio 0,92 0,10 0,28
3 1 0,30 0,08 0,01 0,13
2 0,30 0,08 0,01
3 0,30 0,08 0,01
Promedio 0,30 0,08 0,01
4 1 0,04 0,02 0,01 0,02
2 0,04 0,02 0,002
3 0,04 0,02 0,004
Promedio 0,04 0,02 0,004
Porcentaje acumulado 3,05 0,35 0,63 1,35
105
Anexo I. Registro fotográfico
a) Obtención de la muestra
- Recolección del suero lácteo (sustrato)
Toma de muestra Codificación de las muestras de suero
Refrigeración de la muestra de suero lácteo a 4°C
- Recolección de estiércol bovino (inoculo)
Manada de vacas seleccionadas para el muestreo Toma de muestra
106
Codificación y colocación de estiércol
bovino en fundas selladas
Refrigeración de estiércol bovino a 4°C
b) Caracterización fisicoquímica
- Determinación de pH
Calibración del potenciómetro
Medición de pH para el sustrato e
inóculo
Medición del pH para las mezclas
107
- Determinación de sólidos totales (SST) y sólidos volátiles (SSV)
Tarado de crisoles
Determinación de sólidos totales (SST)
Determinación de sólidos volátiles (SSV)
- Determinación de ácidos grasos volátiles (AGV) y alcalinidad total (AT)
Centrifugación de las muestras a 5000 rpm
108
Titulación con NaOH 0,1 N y H2SO4 0,2N para a) sustrato, b) inóculo, c) mezclas
Ebullición de las muestras por 5 min a)
sustrato, b) inóculo
Baño frío (CON HIELO) a) sustrato, b)
inóculo
- Determinación de proteína cruda (PC)
Proceso de digestión a 420°C Destilación con vapor
109
a) Solución colectora color verde por el NH3 liberado, b) Titulador automático
con solución titulante de HCl 0,1N, c) Solución absorbente final de color gris
neutro
- Determinación de grasa cruda (GC)
Hidrólisis de la muestra (suero
lácteo) por calentamiento
Filtrado y lavado de la muestra
Sistema Soxhelt de extracción de grasa
Enfriado a temperatura ambiente de
vasos con grasa
110
- Determinación de la demanda química de oxigeno (DQO)
Dilución de las muestras (FD: 10) Reactivos A y B para rango alto de DQO
Proceso de digestión a 150°C Lectura de DQO a 140nm
Muestra con reactivos antes del proceso de digestión
Muestra con reactivos después del proceso de digestión
111
- Determinación de la relación C/N
Muestras trituradas de estiércol bovino y suero lácteo
Determinación de humedad Equipo de análisis elemental
c) Montaje de biodigestores
Preparación de las mezclas Pesado de la mezclas
Montaje del sistema de medición de metano por desplazamiento alcalino
112
Medición de temperatura en el baño térmico
- Medición de biogás
Jeringas de 60ml adaptadas con llave de tres vías y micro filtro (0,45um) para la extracción
de biogás
Extracción de gas para la medición Lectura del biogás
113
Anexo J. Cromatogramas obtenidos del porcentaje de metano (CH4)
a) Mezcla (SB-50SL: 50EB; LB-464)
Cromatografía obtenida el día 8° de la experimentación
Cromatografía obtenida el día 16° de la experimentación
114
Cromatografía obtenida el día 30° de la experimentación
b) Mezcla (SB-75SL: 25EB; LB-465)
Cromatografía obtenida el día 8° de la experimentación
115
Cromatografía obtenida el día 16° de la experimentación
Cromatografía obtenida el día 30° de la experimentación
116
Cromatografía obtenida al 8° experimentación ((CB-50SL: 50EB; LB-461)
Cromatografía obtenida al 8° experimentación (CB-75SL: 25EB; LB-462)
117
c) Cromatografía obtenida para suero lácteo, LB-457
Cromatografía obtenida con presencia de hidrógeno
Cromatografía obtenida con trazas de dióxido de carbono y etano