����������������������������������������������������������������������������������������� ��� �

���������������������������������������������������������������������������������

 

El proceso de digesti�n anaer�bica para el tratamiento de residuos s�lidos. M�todos y resultados

 

The anaerobic digestion process for the treatment of solid waste. Methods and results

 

O processo de digest�o anaer�bia para o tratamento de res�duos s�lidos. M�todos e resultados

 

 

 

 

 

 

 

 

 

�����������

 

 

 

 

Correspondencia: beleta_1983@hotmail.com

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

 

*Recibido: 13 de septiembre de 2020 *Aceptado: 09 de octubre de 2020 * Publicado: 06 de noviembre de 2020

 

        I.            Ingeniera Agropecuaria Menci�n Agr�cola, Magister en Desarrollo y Ambiente, Se desempe�a como Directora de Educaci�n Continua en la Universidad Laica �Eloy Alfaro� de Manab�, Manta, Ecuador.

     II.            Doctora en Cs. Profesor Titular del Departamento de Ingenier�a Qu�mica, en la Universidad Central Martha Abreu de las Villas, Cuba.

   III.            Doctor en Ciencias, Profesor Titular del Departamento de Ingenier�a Qu�mica de la Universidad Central Martha Abreu de las Villas, Cuba.

  IV.            Doctora en Ciencias, Profesor Titular del Departamento de Ingenier�a Qu�mica de la Universidad Central Martha Abreu de las Villas, Cuba.

     V.            Magister en Ciencias, Profesor Titular del Departamento de Ingenier�a Qu�mica de la Universidad Central Martha Abreu de las Villas, Cuba.�

Resumen

Este trabajo tiene el objetivo de describir el proceso de digesti�n anaer�bica de residuos s�lidos urbanos de Manta, desde la asunci�n de la met�dica materialista. Desde el punto de vista epist�mico, el mismo se sustenta en aportes de: Castellanos, (2017), Angeriz (2018) y Bentsen (2019), entre otros. Con respecto a lo metodol�gico el estudio se soporta en los lineamientos del materialismo dial�ctico en concordancia con lo expresado por (Cerezal y Fiallo, 2004). Entre los m�todos de tratamiento se destaca la digesti�n anaerobia como uno de los procesos m�s atractivos y novedosos en la actualidad. Entre los resultados destaca: De forma general, se obtiene una remoci�n promedio de ST de 69,80 % con un valor m�ximo de 85,3 % y de 75,09 % de STV con valor m�ximo de 88, 80 %. El rendimiento de la producci�n de hidr�geno alcanza un valor promedio de 37,28 LH2/kg STV alim, mientras el rendimiento de la producci�n de metano muestra un valor promedio de 425,02 LCH4/kg STV alim. Como conclusi�n se obtuvo: De los resultados obtenidos y en correspondencia con el objetivo propuesto en este trabajo, se ha logrado describir que una alternativas factible para la disminuci�n de la ocurrencia del problema en la fracci�n org�nica de los RSU, es la obtenci�n de un procedimiento energ�tico, a trav�s de su tratamiento por biog�s, sin embargo, para que se obtenga mayor confiabilidad de los resultados, ello debe ser verificado experimentalmente.

Palabras claves: Digesti�n anaer�bica; residuos s�lidos; fases separadas; m�todo materialista-dial�ctico.

 

Abstract

This work has the objective of describing the process of anaerobic digestion of urban solid waste in Manta, from the assumption of the materialistic method. From the epistemic point of view, it is based on contributions from: Castellanos, (2017), Angeriz (2018) and Bentsen (2019), among others. With respect to the methodological, the study is supported by the guidelines of dialectical materialism in accordance with what was expressed by (Cerezal and Fiallo, 2004). Among the treatment methods, anaerobic digestion stands out as one of the most attractive and innovative processes today. Among the results, the following stand out: In general, an average removal of ST of 69.80% is obtained with a maximum value of 85.3% and of 75.09% of STV with a maximum value of 88. 80%. The hydrogen production yield reaches an average value of 37.28 LH2 / kg feed STV, while the methane production yield shows an average value of 425.02 LCH4 / kg feed STV. As a conclusion it was obtained: From the results obtained and in correspondence with the objective proposed in this work, it has been possible to describe that a feasible alternative for reducing the occurrence of the problem in the organic fraction of MSW, is to obtain a procedure energy, through its treatment by biogas, however, for greater reliability of the results to be obtained, this must be verified experimentally.

Keywords: Anaerobic digestion; solid waste; separated phases; materialistic-dialectical method.

 

Resumo

Este trabalho tem por objetivo descrever o processo de digest�o anaer�bia de res�duos s�lidos urbanos em Manta, a partir do pressuposto do m�todo materialista. Do ponto de vista epist�mico, baseia-se nas contribui��es de: Castellanos, (2017), Angeriz (2018) e Bentsen (2019), entre outros. No que diz respeito ao m�todo metodol�gico, o estudo est� amparado pelas diretrizes do materialismo dial�tico de acordo com o que foi expresso por (Cerezal e Fiallo, 2004). Dentre os m�todos de tratamento, a digest�o anaer�bia se destaca como um dos processos mais atraentes e inovadores da atualidade. Dentre os resultados, destacam-se os seguintes: Em geral, obt�m-se uma remo��o m�dia de ST de 69,80% com valor m�ximo de 85,3% e de 75,09% de STV com valor m�ximo de 88,80%. O rendimento da produ��o de hidrog�nio atinge um valor m�dio de 37,28 LH2 / kg de alimenta��o STV, enquanto o rendimento da produ��o de metano mostra um valor m�dio de 425,02 LCH4 / kg de alimenta��o STV. Como conclus�o obteve-se: A partir dos resultados obtidos e em correspond�ncia com o objetivo proposto neste trabalho, foi poss�vel descrever que uma alternativa vi�vel para reduzir a ocorr�ncia do problema na fra��o org�nica de RSU, � a obten��o de um procedimento energia, por meio do seu tratamento por biog�s, por�m, para maior confiabilidade dos resultados a serem obtidos, esta deve ser verificada experimentalmente.

Palavras-chave: Digest�o anaer�bia; res�duos s�lidos; fases separadas; m�todo materialista-dial�tico.

 

Introducci�n

Hoy en d�a, el abordaje de temas como el tratamiento de los residuos s�lidos se ha transformado en un t�pico relevante y de creciente inter�s ante la comunidad cient�fica estudiosa en esta materia, esto es importante y puede deberse a una serie de factores y condicionantes tales como el incremento poblacional, as� como el desarrollo cada vez mayor de la actividad comercial e industrial, lo cual implica hace que cotidianamente se viertan miles de millones de toneladas a las superficies terrestre y acu�tica, sin la debida previsi�n en cuanto al tratamiento y manejo de estos desechos, lo cual origina una crisis de contaminaci�n ambiental y destrucci�n del planeta cada d�a m�s amenazante.

En correspondencia con lo antes expuesto, quienes ostentan la responsabilidad de la gesti�n de residuos, puede desentra�ar un mundo de alternativas de recuperaci�n, en el marco de lo cual destaca la previsi�n de fallas, y el manejo, el tratamiento y la disposici�n final de los RSU, lo cual colide con lo propuesto por diferentes autores (Soto, 2014; Mandujano, 2001; Castellanos, 2017), con quienes se coincide.

De all� que se confirma el valor del manejo y tratamiento de los residuos, porque es justamente esto lo que permite que se cambien las condiciones f�sicas, qu�micas o biol�gicas de los residuos, para aprovecharlos, estabilizarlos o reducir su volumen, antes de la disposici�n final, considerando que la gesti�n adecuada de los RSU requiere tratar por separado la FORSU y la fracci�n inorg�nica.

En (Mu�oz, Contreras, Santos, Regla y C�rdenas, 2020) se afirma que �el proceso de digesti�n anaerobia en fases separadas es un esquema novedoso que mantiene dos reactores en serie, en los que se llevan a cabo las fases de acidog�nesis y metanog�nesis, respectivamente con el objetivo de conseguir un tiempo de retenci�n global inferior al de un �nico reactor.�(p. 3)

En este marco referencial, cabe acotar que, en la etapa acidog�nica (fermentaci�n oscura) se suscita un biog�s con alto contenido en hidr�geno, lo cual es de relevancia porque el hidr�geno se asume como el vector energ�tico de los pr�ximos a�os y su producci�n a partir de la degradaci�n de residuos org�nicos presenta un especial inter�s (Angeriz, 2018), esto porque se considera que reciclar tomando el residuo como materia prima es la estrategia m�s af�n al principio de sustentabilidad y las biorrefiner�as constituyen una de las aplicaciones m�s avanzadas de la misma.� Dado que tal como lo refieren los autores citados, la biomasa es el mayor contribuyente a la generaci�n de energ�as renovables (Bentsen, 2019) y seg�n BIOPLAT y SusChem-Espa�a (2017) y Chandra et al. (2019), alude a la fracci�n biodegradable de los productos y residuos de origen biol�gico procedentes de diferentes actividades, as� como la fracci�n biodegradable de los residuos industriales y municipales (FORSU).

De all� que el aprovechamiento de la biomasa como materia prima, para la obtenci�n de productos y energ�a, ofrece una serie de ventajas porque se conforma en una fuente renovable, que permite tener un control de desechos y reduce la contaminaci�n al disminuir la emisi�n de gases contaminantes (Agrela et al, 2019). En ese orden, el presente trabajo tiene como objetivo de describir el proceso de digesti�n anaer�bica de residuos s�lidos urbanos de Manta, desde la asunci�n de la met�dica materialista

 

Materiales y m�todos

Este trabajo de investigaci�n se realiz� siguiendo los lineamientos del materialismo dial�ctico porque �ste permite la elaboraci�n un resultado cient�fico que se pone a disposici�n de la comunidad, en concordancia con lo expresado por (Cerezal y Fiallo, 2004), los distintos m�todos te�ricos en el proceso investigativo son los siguientes: El an�lisis y la s�ntesis, el primero permite estudiar el comportamiento de cada una de las partes, as� como definir los elementos y aspectos que ejercen una influencia decisiva en las otras partes del objeto de investigaci�n y determinan su comportamiento, mientras que el segundo, sobre la base de la generalizaci�n de algunas caracter�sticas definidas como resultado del an�lisis, lleva a la formulaci�n de leyes, teor�as e hip�tesis que explican la conducta del objeto de investigaci�n. As�, este m�todo sirvi� de gu�a para establecer las categor�as de an�lisis, dimensiones e indicadores de la investigaci�n, procesamiento de los datos obtenidos a partir de los distintos instrumentos de experimentaci�n. Otro de los m�todos te�ricos considerados fueron la inducci�n y deducci�n.� La inducci�n y la deducci�n se complementan en el proceso del conocimiento cient�fico. A partir del estudio de numerosos casos particulares, por el m�todo inductivo se llega a determinadas generalizaciones, lo cual constituye punto de partida para inferir o confirmar formulaciones te�ricas (Cerezal y Fiallo, 2004).

Por otro lado, se emple� el m�todo hist�rico l�gico. De lo cual (Cerezal y Fiallo, 2004) afirman que lo hist�rico est� relacionado con el estudio de la trayectoria real de los fen�menos y acontecimientos en el de cursar de una etapa o per�odo. Lo l�gico se ocupa de investigar las leyes generales del funcionamiento y desarrollo del fen�meno, estudia su esencia. Es as� como, el m�todo en cuesti�n se constituy� en la base para seleccionar los antecedentes del estudio y para establecer la ruta te�rica de la investigaci�n analizando c�mo se han estudiado las categor�as participaci�n protag�nica y proyecto de aprendizaje, a trav�s de la historia para adentrarse en la l�gica de su desarrollo y los elementos que influyen en el desarrollo de los mismos.

 

 

Esencialidades sobre los m�todos de tratamiento de los residuos s�lidos urbanos

Entre los m�todos de tratamiento se destaca la digesti�n anaerobia como uno de los procesos m�s atractivos y novedosos en la actualidad. La digesti�n anaer�bica es un proceso que convierte la materia org�nica en una mezcla gaseosa compuesta principalmente por metano y di�xido de carbono. Los problemas en el control y estabilizaci�n de los sistemas convencionales de digesti�n anaerobia han llevado al desarrollo de nuevas soluciones tecnol�gicas, entre estas la separaci�n de fases, que implica una configuraci�n de reactores separados; una primera fase para la hidr�lisis y acido g�nesis y una segunda para la acetog�nesis y metanog�nesis, conectados en serie, permitiendo la optimizaci�n de cada proceso por separado. La primera fase ha sido poco estudiada, la cual consiste en la conversi�n de compuestos complejos, como los amino�cidos, glucosa y �cidos grasos de cadena larga, por medio de la fermentaci�n, en hidr�geno y �cidos grasos vol�tiles (AGV) (ac�tico, but�rico, propi�nico y val�rico). La mayor�a de los AGV para uso industrial que se producen en el mundo, se obtienen a partir de combustibles f�siles, mediante de s�ntesis qu�mica. Por lo tanto, la fermentaci�n acidog�nica se presenta como una plataforma que consolida el concepto de biorefiner�a en lugar de una etapa de tratamiento convencional.

Las diferentes aplicaciones del hidr�geno y los AGV hacen que el proceso de fermentaci�n acidog�nica tome importancia y sea campo de estudio.

Actualmente se han desarrollado diferentes estudios de producci�n de biog�s a partir de numerosas materias primas, a�n insuficientes en el caso de la fracci�n org�nica de los residuos urbanos (FORSU) y sobre todo en el caso de la digesti�n anaerobia en fases separadas. El estudio y utilizaci�n de estos m�todos brinda la posibilidad de tratar un residuo que puede ser contaminante para el medio ambiente, reciclarlo y convertirlo en productos de alto valor agregado.

Escamilla-Alvarado et al. (2012a) reportaron que una serie de procesos de fermentaci�n oscura - digesti�n anaer�bica metanog�nica (FO-DA) de la FORSU, que ellos crearon (H-M), (H: la fase de producci�n de hidr�geno, M: la fase de producci�n de metano) en procesos termof�licos y mesof�licos, fueron en promedio 76 y 42% superior, en t�rminos de potencial energ�tico, que el bioreactor metanog�nico solo. Adem�s, Escamilla-Alvarado et al. (2012b, 2013a) reportaron otras mejoras logradas en la fermentaci�n de hidr�geno de la serie de procesos FO-DA de la FORSU.

En la literatura cient�fica se observa un inter�s por la valoraci�n de las cadenas de valor basadas en biomasa, cuya sostenibilidad es principal para la implantaci�n de biorefiner�as, ya que los productos de estas deben mostrar menores impactos que los productos convencionales (De Jong y Jungmeier, 2015; Saraiva, 2017; Cherubini y Str�mman, 2011; Ivanov et al., 2015; Zhang, 2008). Las metodolog�as m�s comunes que aportan valoraciones adecuadas son el an�lisis de ciclo de vida (ACV) y an�lisis costo beneficio. De aqu� que una valoraci�n cient�ficamente fundamentada, basada en ACV de nuevos productos basados en biomasa es beneficioso para la toma de decisiones (Lindorfer, et al. 2019).

Coincidiendo con lo anterior y otros autores, Bovea (2016) plantea la metodolog�a de ACV como la mejor herramienta para evaluar el desempe�o medioambiental de sistemas de gesti�n de residuos, ya que permite evaluar, desde una perspectiva global, todos los impactos ambientales que ocasiona la gesti�n integral de los residuos (Arena et al. 2003, Mc Dougall et al. 2001, Laurent et al. 2014).

El desarrollo de estudios experimentales de la degradaci�n anaer�bica de la fracci�n org�nica biodegradable presente en los RSU, explica desde el punto de vista te�rico experimental la realidad biol�gica de estos tipos de procesos, seg�n las variables que influyen en este, para a partir de estos modelar y simular el proceso. (Mu�oz, Contreras, Santos, Regla y C�rdenas, 2020).

 

An�lisis y discusi�n de resultados

Para este experimento se prepar� en el laboratorio una mezcla de FORSU (que represente aproximadamente la composici�n en carbohidratos, prote�nas, etc. de la FORSU original, a partir de restos de comida, carnes, verduras, frutas, cascaras de vegetales, postres, etc y se caracteriz�. La reducci�n de tama�o se realiz� mediante la molienda de la FORSU a un tama�o de part�cula de 5 mm aproximadamente, en condiciones h�medas.� Una vez reducido el tama�o de los residuos seleccionados, se procedi� a hidratar con la cantidad de residual establecida, ya que se estudi� la codigesti�n con agua de una planta de tratamiento anaerobia de aguas residuales o una laguna anaer�bica.

�La caracterizaci�n f�sico - qu�mica de los sustratos: agua residual, FORSU y mezcla de agua-FORSU se realizaron mediante los par�metros y m�todos que se muestran en las Tablas 1 y 2.

 

 

Tabla1: Par�metros utilizados para la caracterizaci�n del residual y la mezcla agua- FORSU

 

Tabla 2: Par�metros utilizados para la caracterizaci�n de la FORSU

Par�metro	Unidad	M�todo
Materia org�nica, S�lidos Vol�tiles	% Kg/m3	T�cnicas Anal�ticas estandarizadas

 

 

 

Se implement� el sistema en dos fases en rango mesof�lico, cuyo valor �ptimo de temperatura es de 30oC a 33oC y se evalu� su eficiencia en el tratamiento mediante monitoreo y an�lisis de los par�metros operacionales y de control establecidos (Mandujano, 2001). Seg�n Montes (2008), la concentraci�n de s�lidos totales en digestores anaerobios debe estar entre 22-28 kg/m3, para ser considerados de Alta Carga, valor dado por Tchobanoglous (2004). Por lo que, la concentraci�n adecuada de FORSU para preparar la alimentaci�n al digestor est� entre 70 y 90 g de FORSU/L.

La determinaci�n de los par�metros fisicoqu�micos para la caracterizaci�n y operaci�n del sistema se realiza seg�n se describe en la tabla 3.

 

Tabla 3: Par�metros utilizados para la operaci�n y control del sistema

Posteriormente con los sustratos ya acondicionados, preparar la mezcla residual- FORSU, a esta mezcla se le determina: ST y SV con la finalidad de establecer las condiciones del sustrato de alimentaci�n.

 

 

 

Estabilizaci�n

Despu�s de la inoculaci�n el sistema entra a un periodo de aclimataci�n, para que los microorganismos se adapten al sistema. La evaluaci�n del sistema se realiza mediante el an�lisis y monitoreo de los par�metros de la Tabla 3. Adem�s, se determina la riqueza del hidr�geno y del metano, mediante un cromat�grafo de l�quidos con detector doble masa.

En la Tabla.4 se muestran las condiciones de operaci�n de ambas fases, basado en criterios de Montes (2008); Mandujano (2001) y Lagunes-Paredes, et al. (2016).

 

Tabla 4: Valores de los par�metros de control del sistema en fases.

 

Se propuso un dise�o experimental tipo factorial 23 con dos replicas, con los niveles de variables que se muestran en la Tabla 5.

 

Tabla 5: Valores de los niveles de las variables de estudio del dise�o factorial.

Fuente: elaboraci�n propia a partir de (Montoya-P�rez y Duran- Herrera, 2017; Mandujano, 2001).

 

�Variables respuesta: remoci�n de ST y remoci�n de STV, rendimiento en la producci�n de hidr�geno y en la producci�n de metano.

En la tabla 6 se muestra la matriz del dise�o.

 

Tabla 6: Matriz de dise�o.

Experimento	Condiciones X1		Condiciones X2		Condiciones X3
	Nivel	Valor	Nivel	Valor	Nivel	Valor
1	-	5,5	-	22	-	10
2	+	6,5	-	22	-	10
3	-	5,5	+	28	-	10
4	+	6,5	+	28	-	10
5	-	5,5	-	22	+	15
6	+	6,5	-	22	+	15
7	-	5,5	+	28	+	15
8	+	6,5	+	28	+	15

 

Con los resultados experimentales se realiza un ACV con el objetivo de identificar las etapas del proceso donde se producen las emisiones con mayor relevancia. Para el estudio de ACV solo se considera el proceso de digesti�n anaer�bica de la FORSU, el reciclaje de los RSI y la disposici�n en relleno sanitario. Como unidad funcional se toma el tratamiento de la FORSU con caracter�sticas adecuadas para la digesti�n anaer�bica, producida diariamente en Manta, resultando un flujo de referencia de 151,9 t de FORSU.

Los datos del inventario de ACV fueron obtenidos de los resultados experimentales y resultados de la literatura. Las entradas y las salidas fueron ajustadas a la unidad funcional. No se llev� a cabo la asignaci�n de cargas ambientales, sino que se extendieron los l�mites del sistema para considerar los productos evitados por el aprovechamiento de los subproductos.

Para el an�lisis se utiliz� el Software SimaPro de la empresa PR�-Consultants, el m�todo de ReCiPe 2016 v1.1, versi�n Hierarchist (H) y la base de datos Ecoinvent v 3.

 

An�lisis y discusi�n de los resultados

En la Tabla 7 se muestran los resultados experimentales de la fase acidog�nica, donde aparecen los valores S�lidos Totales iniciales (STi) y en el efluente (STe), los S�lidos Totales Vol�tiles iniciales (STVi) y en el efluente (STVe), expresados en mg/L y los respectivos porcientos de remoci�n, de acuerdo a los valores de pH y carga org�nica de ST (COST) y de STV (COSV) establecidos, expresados en� kg ST/m3d y kg STV/m3d, seg�n la matriz de dise�o que aparece en la tabla 6 para un tiempo de retenci�n hidr�ulico (TRH) de 3 d�as.

 

Tabla 7: Resultados experimentales para la fase acidog�nica.

�	pHi	pHe	COST	COSV	TRH	STi	STe	%Rem	STVi	STVe	%Rem
1	5.5	3.31	22	19.56	3	68.7	60.7	11.64	61.14	54.73	10.48
2	6.5	3.86	22	19.58	3	68.7	62.86	8.50	61.14	55.02	10.01
3	5.5	3.34	28	25.98	3	87.5	76.13	12.99	81.19	69.41	14.51
4	6.5	4.63	28	25.76	3	87.5	77	12.00	80.50	70.19	12.81
5	5.5	3.40	22	19.68	3	68.7	60.52	11.91	61.53	53.96	12.30
6	6.5	4.26	22	20.00	3	68.7	61.14	11.00	62.57	55.06	12.00
7	5.5	3.57	28	25.48	3	87.5	74.37	15.01	79.63	66.09	17.00
8	6.5	3.56	28	25.19	3	87.5	75.25	14.00	78.75	66.70	15.30
Prom	6	3.74	25	22.65	3	78.1	68.4963	12.13	70.81	61.40	13.05
Desv St	0.5	0.45	3	2.96	0	9.4	7.25419	1.85	9.24	6.82	2.25
Max	6.5	4.63	28	25.98	3	87.5	77	15.01	81.19	70.19	17.00
Min	5.5	3.31	22	19.56	3	68.7	60.52	8.50	61.14	53.96	10.01

 

Se observa que en la fase acidog�nica se obtienen valores promedio de remoci�n de S�lidos Totales (ST) de 12, 13 % , de S�lidos Totales Vol�tiles de 13, 05 % y el pH promedio que se alcanza es de 3,74; valor que se considera adecuado para la fase acidog�nica. El mayor % de remoci�n de ST y STV se obtiene para un valor de pH de entrada de 5,5; una carga org�nica de 28 kg ST/m3d.

De forma similar, en la Tabla 8 se muestran los resultados experimentales de la fase metanog�nica.

 

Tabla 8: Resultados experimentales para la fase metanog�nica

	TRH	STi	STe	%Rem	STVi	STVe	%Rem	pHi	pHe
1	7	60.7	33.60	44.65	54.73	27.40	49.94	3.31	7.40
2	7	62.86	37.00	41.14	55.02	29.10	47.11	3.86	7.79
3	7	76.13	38.40	49.56	69.41	30.40	56.20	3.34	7.68
4	7	77	40.80	47.01	70.19	32.80	53.27	4.63	7.11
5	12	60.52	25.40	58.03	53.96	18.20	66.27	3.40	7.04
6	12	61.14	29.30	52.08	55.06	22.80	58.59	4.26	7.34
7	12	74.37	25.10	66.25	66.09	16.90	74.43	3.57	7.01
8	12	75.25	28.40	62.26	66.70	18.50	72.26	3.56	6.91
Prom	9.5	68.50	32.25	52.62	61.40	24.51	59.76	3.74	7.29
Desv St	2.5	7.25	5.67	8.25	6.82	5.81	9.53	0.45	0.30
Max	12	77.00	40.80	66.25	70.19	32.80	74.43	4.63	7.79
Min	7	60.52	25.10	41.14	53.96	16.90	47.11	3.31	6.91

 

En la fase metanog�nica, el valor promedio de remoci�n de ST es de 52, 62 % y de STV es de 59,76 %, con un valor promedio de pH de 7, 29. El mayor % de remoci�n de ST y STV se obtiene para el valor de pH de entrada de 5,5; carga org�nica de 28 kg ST/m3d y TRH de 12 d�as.

Estos resultados se encuentran en el rango de los obtenidos por otros autores (Mandujano, 2001).

En la tabla 9 se presentan los resultados de porcientos de remoci�n global de ST y STV y los rendimientos de la producci�n de hidr�geno y metano.

 

Tabla 9: Resultados globales de remoci�n de ST y STV. Rendimientos de producci�n de hidr�geno y metano.

	TRH	%R Global ST	%R Global STV	LH2/kg STV alim	LCH4/kg STV alim
1	10	67.10	73.63	45.80	523.39
2	10	51.51	58.62	35.98	474.32
3	10	76.30	81.29	40.65	492.67
4	10	69.92	77.33	37.27	372.67
5	15	64.00	71.14	32.50	325.04
6	15	65.69	72.29	23.97	303.66
7	15	85.30	88.80	45.21	527.44
8	15	78.57	77.60	36.83	380.95
Prom	12.5	69.80	75.09	37.28	425.02
Desv St	2.5	9.69	8.17	6.60	84.10
Max	15	85.30	88.80	45.80	527.44
Min	10	51.51	58.62	23.97	303.66

 

De forma general, se obtiene una remoci�n promedio de ST de 69,80 % con un valor m�ximo de 85,3 % y de 75,09 % de STV con valor m�ximo de 88, 80 %. El rendimiento de la producci�n de hidr�geno alcanza un valor promedio de 37,28 LH2/kg STV alim, mientras el rendimiento de la producci�n de metano muestra un valor promedio de 425,02 LCH4/kg STV alim

Por otra parte, se obtienen los resultados del ACV. En la figura 1 se muestra el perfil ambiental de la alternativa propuesta.

�

Figura 1: Perfil ambiental. Alternativa de tratamiento de Residuos S�lidos. Manta Ecuador.

Se observa que los principales impactos positivos est�n dados por el relleno sanitario, por sus efectos en la eutrofizaci�n del agua de mar, ecotoxicidad del agua fresca y de mar, as� como en la toxicidad humana cancer�gena y no cancer�gena y calentamiento global, producto de las emisiones que se generan, ya que es un relleno sanitario donde no se recolectan el biog�s y lixiviados.

Tambi�n se destacan los impactos positivos del tratamiento de la FORSU, por sus efectos en el agotamiento del ozono estratosf�rico, la eutrofizaci�n del agua fresca, escasez de recursos minerales y en menor medida en el consumo de agua, uso del suelo y toxicidad humana cancer�gena. Resultan de gran valor los resultados negativos para la mayor�a de las categor�as de impacto como resultado del reciclaje de los RSI y la valorizaci�n de los productos de la digesti�n anaer�bica, lo que hace que los mismos sean procesos muy atractivos para la gesti�n de la FORSU de Manta.

 

Conclusiones

De los resultados obtenidos y en correspondencia con el objetivo propuesto en este trabajo, se ha logrado describir que una alternativas factible para la disminuci�n de la ocurrencia del problema en la fracci�n org�nica de los RSU, es la obtenci�n de un procedimiento energ�tico, a trav�s de su tratamiento por biog�s, sin embargo, para que se obtenga mayor confiabilidad de los resultados, ello debe ser verificado experimentalmente. ��

 

Referencias

1.             Agrela, F., Cabrera, M., Mart�n M., Zamorano, M., Alshaaer, M. (2019). Biomass fly ash and biomass bottom ash. New Trends in Eco-efficient and Recycled Concrete. Disponible en: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102480-5.00002-6.

2.             Angeriz, R. (2018). Producci�n de bio-hidr�geno por co-digesti�n anaerobia acidog�nica de residuos s�lidos urbanos, residuos alimentarios de cocina y lodos de depuradora.� Trabajo de tesis. Ciencias tecnol�gicas, Ingenier�a y tecnolog�a del medio ambiente. Universidad de C�diz. Espa�a. 2018.

3.             APHA, (2005) "Standard methods for the examination of water and wastewater". American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation. 21st edition, ISBN-13:978-0875530475. Public Health Association, Washington, USA.

4.             Arena U., Mastellone M.L. y Perugini F. (2003). Life Cycle Assessment of a plastic packaging recycling system. Int. J. Life Cycle Assess. 8 (2), 92-98. DOI: 10.1007/BF02978432.

5.             Barradas, A. (2009). Gesti�n Integral de Residuos S�lidos Municipales. Estado del Arte. Veracruz, M�xico: Instituto Tecnol�gico de Minatitl�n. Extracto de la tesis de Doctor en Ciencias en Ingenier�a Ambiental del autor, por la Universidad Polit�cnica de Madrid, pp. 4-9.

6.             Beily, M. E.; Bres, P.; Rizzo, P.; Giampaoli, O.; y Crespo, D. (2010) Monitoreo de un reactor anaer�bico semi-continuo para el tratamiento de la fracci�n org�nica de los residuos s�lidos urbanos. Parte II. Avances en Energ�as Renovables y Medio Ambiente Vol. 14, 2010. Impreso en la Argentina. ISSN 0329-5184.

7.             Bentsen, N.S. (2019). Biomass for Biorefineries: Availability and Costs. Biorefinery, pp 37-47. Disponible en: https://doi.org/10.1007/978-3-030-10961-5_2.

8.             BIOPLAT y SusChem-Espa�a (Plataformas Tecnol�gicas Espa�olas de Biomasa para la Bioeconom�a y de Qu�mica Sostenible). (2017). Manual sobre las Biorrefiner�as en Espa�a. http://www.bioplat.org/setup/upload/modules_docs/content_URI_4020.pdf.

9.             Bovea, M., Cruz, S., Mercante, I., Coutinho, C., Eljaiek, M., Ib��ez, V. (2016). Aplicaci�n de la metodolog�a de ACV para evaluar el desempe�o ambiental de sistemas de gesti�n de residuos en Iberoam�rica., Revista Internacional de Contaminaci�n Ambiental, Vol. 32, No. Especial Residuos S�lidos, 2016, pp. 23-46. DOI: 10.20937/RICA.2016.32.05.03.

10.         Castellanos, S. (2017). An�lisis de Ciclo de Vida para los biorresiduos s�lidos urbanos generados en Bogot� D.C, Colombia.� Trabajo final para optar al t�tulo de Magister en Ingenier�a Ambiental.� Departamento de Ingenier�a Qu�mica y Ambiental. Universidad Nacional de Colombia. Bogot� D.C, Colombia 2017.

11.         Chandra, R., Iqbal, H.M., Vishal, G., Lee, H.S., Nagra, S. (2019). Algal Biorefinery: A Sustainable Approach to Valorize Algal-based Biomass towards Multiple Product Recovery. Bioresource technology, Vol. 278, pp 346-359.

12.         Cherubini, F. & Str�mman, A.H. (2011). Life cycle assessment of bioenergy systems: State of the art and future challenges. Bioresource Technology, 102, 437-451.

13.         De Jong, E. & Jungmeier, G. (2015). Chapter 1 - Biorefinery Concepts in Comparison to Petrochemical Refineries. In: Pandey, A., H�fer, R., Taherzadeh, M., Nampoothiri, K. M. & Larroche, C. (eds.) Industrial Biorefineries & White Biotechnology. Amsterdam: Elsevier.

14.         EEscamilla-Alvarado, C.; R�os-Leal, E.; Ponce-Noyola, M.T.; Poggi-Varaldo, H.M. (2012a). Gas biofuels from solid substrate hydrogenogenic-methanogenic fermentation of the organic fraction of municipal solid waste. Process Biochemiestry 47: 1572�1587.

15.         Escalona, E. (2014). Da�os a la salud por mala disposici�n de residuales s�lidos y l�quidos en Dili, Timor Leste. Revista Cubana de Higiene y Epidemiolog�a, vol. 52, n�m. 2, mayo-agosto, 2014, pp. 270-277.

16.         Escamilla-Alvarado, C.; Poggi-Varaldo, H.; Ponce-Noyola, M.T. (2011). Producci�n de hidr�geno y metano como biocombustibles bajo el esquema de biorrefiner�a. Rev. Ide@ s CONACYTEG, Vol. 6, No. 71, P�g. 526-539.

17.         Hoornweg, D. y Bhada-Tata, P. (2012). What a waste. A Global Review of Solid Waste Management. Washington: World Bank. Urban Development Series, March 2012, No. 15. http://www.prepare-net.com/sites/default/files/what_a_waste2012_final.pdf.

18.         Ivanov, V., Stabnikov, V., Ahmed, Z., Dobrenko, S. & Saliuk, A. (2015). Production and applications of crude polyhydroxyalkanoate-containing bioplastic from the organic fraction of municipal solid waste. International Journal of Environmental Science and Technology, 12, 725-738.

19.         Jaramillo, G. y Zapata, L. (2008). Aprovechamiento de los residuos s�lidos org�nicos en Colombia. Medell�n: Universidad de Antioquia. Recuperado el 9 de marzo del 2014, de http://tesis.udea.edu.co/dspace/bitstream/10495/45/1/ Aprovechamiento RSOUenColombia.pdf.

20.         Lagunes-Paredes, Y.; Montes-Carmona, M.E.; V�squez-M�rquez, A. y C�rdenas-Guevara, G.E. (2016). Evaluaci�n de la generaci�n de metano y la estabilidad del proceso de codigesti�n de lodos residuales y fracci�n org�nica provenientes de un centro comercial. Revista de Ciencias Ambientales y Recursos Naturales. Septiembre 2016 Vol.2 No.5 26-35.

21.         Laurent A., Bakas I., Clavreul J., Bernstad A., Niero M., Gentil E., Hauschild M.Z. y Christensen T.H. (2014) Review of LCA studies of solid waste management systems�Part I: Lessons learned and perspectives. Waste Manage. 34 (3):573-88 DOI: 10.1016/j.resconrec. 2012.07.003.

22.         Lindorfer, J.; Lettner, M.; Hesser, F.; Fazeni, K.; Rosenfeld, D.; Annevelink, B.; Mandl, M. (2019). Technical, Economic and Environmental Assessment of Biorefinery Concepts.� Developing a practical approach for characterization. IEA (International Energy Agency). Bioenergy: Task 42:2019:01.� Copyright � 2019 IEA Bioenergy. All rights Reserved.� ISBN: 978-1-910154-64-9.

23.         Mandujano, P. (2001). Digesti�n anaerobia de s�lidos en alta concentraci�n. Tesis Doctoral, Universidad Polit�cnica de Madrid, 2001.

24.         McDougall F., White P., Franke M., Hindle P. (2001). Integrated Solid Waste Management: a Life Cycle Inventory, (Second edition) Copyright � 2001 by Blackwell Science Publishing Ltd.

25.         Montes, M.E. (2008). Estudio t�cnico-econ�mico de la digesti�n anaerobia conjunta de la fracci�n org�nica de los residuos s�lidos urbanos y lodos de depuradora para la obtenci�n de biog�s.� Tesis doctoral. Departamento de Ingenier�a Civil: Ordenaci�n del Territorio, Urbanismo y Medio Ambiente E.T.S. I. de Caminos, Canales y Puertos

26.         Montoya-P�rez, L; Dur�n-Herrera, E. (2017). Producci�n de hidr�geno a partir de la fermentaci�n de residuos agroindustriales de la pi�a. Tecnolog�a en Marcha. Vol. 30-3. Julio-Setiembre 2017. P�g 106-118.

27.         Mu�oz, M., Contreras, A., Santos, R., Regla, E.,� y C�rdenas, T. (2020) El m�todo dialectico en el proceso de digesti�n anaer�bica para el tratamiento de residuos s�lidos. Revista ALLPA. Universidad Laica Eloy Alfaro de Manab�, vol. 3. Num. 6. Disponible en https://publicacionescd.uleam.edu.ec/index.php/allpa/article/view/119

28.         Romero-Paredes, A. (2013). Gesti�n integral de residuos s�lidos urbanos de la CEDA. Programa para el Desarrollo Bajo en Emisiones de M�xico (MLED). CONTRATO: AID-523-C-11-00001. Tetra Tech ES Inc. Julio 7, 2013. www.mledprogram.org

29.         Saraiva, A. B. (2017). System boundary setting in life cycle assessment of biorefineries: a review. International Journal of Environmental Science and Technology, 14, 435-452.

30.         Soto, J.L. (2014). Alternativas de recogida, tratamiento y eliminaci�n de residuos s�lidos urbanos. Trabajo de Grado en Ingenier�a de Obras P�blicas. Escuela T�cnica Superior de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos. Universidad de Valencia. 2014

31.         Tchobanoglous, G., Theisen, H. y Vigil, S. (2004). Gesti�n integral de residuos s�lidos. New York: McGraw-Hill.

32.         Tenorio, M. (2008). Dise�o de plan de manejo integral de residuos s�lidos para plegacol S.A., Pasant�a para de Administrador del Medio Ambiente y de los recursos naturales., Universidad Aut�noma de Occidente, Colombia, 2008.

33.         Zhang, Y.H.P. (2008). Reviving the carbohydrate economy via multi-product lignocellulose biorefineries. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 35, 367-375.

�

 

 

 

 

 

 

 

 

 

�2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).