Evaluación de la eficiencia de dos digestores anaerobios existentes de dos granjas de crianza de cerdos.

Abstract

En este reporte se muestran los resultados de la evaluación de dos digestores anaerobios ubicados en dos granjas de crianza de cerdos (Granja La Flor, ubicada aproximadamente a 909 metros sobre el nivel del mar y Granja Agua Blanca, ubicada aproximadamente a 1,725 metros sobre el nivel del mar), utilizando para el efecto las aguas de lavado de las excretas los cerdos de dichas granjas. En el análisis hecho en la Granja La Flor se determinó que para la fase de aguas residuales la demanda química de oxígeno antes del digestor fue de 19,473.33 ± 11,370.95 mg/L y después del digestor de 9,560.00 ± 2,345.72 mg/L, con una reducción del 50.91 ± 32.24%; la demanda bioquímica de oxígeno antes del digestor fue de 11,175.00 ± 4,341.59 mg/L y después del digestor fue de 5,505.00 ± 2,712.67 mg/L, con una reducción del 50.74 ± 31.84%; la concentración de sólidos suspendidos totales antes del digestor fue de 15,749.33 ± 8,088.12 mg/L y después del digestor de 9,284.00 ± 527.00 mg/L, con una reducción del 41.05 ± 21.21%. En los tres casos la reducción fue menor a la esperada (en el rango de 80 a 90%). La relación DQO/DBO antes del digestor fue de 1.70 ± 0.47 y de 1.87 0.47 después del digestor, dando referencia no sólo a una cantidad mayor de materia inorgánica de la esperada (se buscaban valores entre 1 y 1.30 como parámetro normal), sino también de la naturaleza eminentemente biológica del proceso, ya que después de digestión anaerobia aumentó la relación DQO/DBO. El pH antes del digestor fue de 6.50 ± 0.05 y de 7.32 ± 0.03 para después del digestor, lo cual se comportó respecto a lo esperado. En cuanto a la producción de gas, dicho digestor produce 76.34 ± 3.60 m³ de biogás al día, con una concentración de 62.63 ± 0.73% de metano, 36.37 ± 0.73% de dióxido de carbono y 1% de sulfuro de hidrógeno, con un rendimiento de 0.5127 ± 0.0667 m³día-¹m³ de digestor, lo cual es bajo para un digestor anaerobio que utiliza excretas de cerdo como sustrato (se buscan concentraciones de metano entre 65 y 70% y rendimientos cercanos a 1 m³día-¹m³ de digestor o mayores). La energía liberada por la reacción y absorbida por los productos en un período de 24 horas en el digestor fue de 329.23 ± 49.27 Id, determinándose un calor de reacción a 20°C de 7.46 ± 3.99 kJ/(kg de sólidos en la carga). El tiempo de retención para dicho digestor fue de 27.53 ± 1.29 días.

En el análisis hecho en la Granja Agua Blanca se determinó que para la fase de aguas residuales la demanda química de oxígeno antes del digestor fue de 22,666.67 ± 3,140.02 mg/L y después del digestor de 15,526.67 ± 12,294.30 mg/L, con una reducción del 31.50 ± 25.32%; la demanda bioquímica de oxígeno antes del digestor fue de 15,550.00 ± 2,392.17 mg/L y después del digestor fue de 9,250.00 ± 7,364.27 mg/L, con una reducción del 40.51 ± 32.85%; la concentración de sólidos suspendidos totales antes del digestor fue de 21,383.33 ± 9,337.66 mg/L y después del digestor de 8,320.00 ± 1,504.72 mg/L, con una reducción del 61.09 ± 28.87%. De igual manera que en la Granja La Flor, la reducción en los tres casos fue menor a la esperada. La relación DQO/DBO antes del digestor fue de 1.48 ± 0.29 y de 1.68 ± 0.07 después del digestor, con un comportamiento similar al de la Granja La Flor (alto contenido de materia inorgánica y actividad biológica del proceso). El pH antes del digestor fue de 6.38 ± 0.19 y de 7.23 ± 0.04 para después del digestor, lo cual se comportó respecto a lo esperado. En cuanto a la producción de gas, dicho digestor produce 46.60 ± 2.54 m³ de biogás al día, con una concentración de 57.94 ± 0.73% de metano, 41.06 ± 0.73% de dióxido de carbono y 1% de sulfuro de hidrógeno, con un rendimiento de 0.2926 ± 0.0380 m³día-¹m³ de digestor, mostrando de igual manera un rendimiento por debajo de lo esperado, así como una menor calidad del biogás, no sólo a lo esperado sino también en relación al a Granja La Flor. La energía liberada por la reacción y absorbida por los productos en un período de 24 horas en el digestor fue de 244.83 ± 40.47k J, determinándose un calor de reacción a 17°C de 3.92 ± 1.83 kJ/(kg de sólidos en la carga). El tiempo de retención para dicho digestor fue de 39.59 ± 0.88 días.

El digestor de la Granja La Flor mostró mejores resultados, resaltando la importancia que tiene la temperatura en los sistemas de digestión anaerobia, ya que a mayores temperaturas se logra no sólo un mejor tratamiento de las aguas residuales sino también una mayor producción de biogás, tanto en cantidad como en calidad. Aún así, en ambas granjas los resultados estuvieron por debajo de los valores promedios de operación de digestores anaerobios con sus características, especialmente debido a la operación a temperaturas menores a la óptima (35°C aproximadamente) y por no contar con sistemas de agitación.

En cuanto a la eficiencia de los quemadores utilizados para calefacción de los cerdos, fue de 65.84 ± 14.82% para un flujo de 0.0009366 ± 0.0000476 m³/s (válvula de admisión totalmente abierta) y de 60.75 ± 9.05% para un flujo de 0.0005301 ± 0.0000306 m³/s (válvula de admisión abierta a ½ de su giro total), con lo cual no sólo se verificó una mayor eficiencia con flujos altos de biogás sino también la ineficiencia en sí de los quemadores basados en radiación para calefacción, ya que se esperaba obtener eficiencias mayores al 80%.

Por medio de un acercamiento teórico al comportamiento de combustión del biogás de ambos digestores fue posible determinar que la utilización de filtros tanto de dióxido de carbono como de sulfuro de hidrógeno es necesaria, en el caso del primero, por motivos ambientales (menor emisión de dióxido de carbono al ambiente) y técnicos (mayores temperaturas ideales de los gases de combustión, relacionadas directamente con la facilidad de liberación de energía) y en el segundo por casos ambientales (se evita liberar dióxido de azufre al ambiente; relacionado con la lluvia ácida).