ALFA. Revista de Investigación en Ciencias
Agronómicas y Veterinarias
Septiembre-diciembre
2023 / Volumen 7, Número 21
ISSN:
2664-0902 / ISSN-L: 2664-0902
https://revistaalfa.org
pp. 583 – 597
Producción de Biogás y Bioabonos a partir de desechos lignocelulósicos en un biorreactor
anaeróbico
Production of Biogas and Biofertilizers from lignocellulosic waste in an anaerobic bioreactor
Produção de Biogás e
Biofertilizantes a partir de resíduos lignocelulósicos em um biorreator
anaerobico
Jeisson David Cabos Sanchez1
jeisson.cabos@unas.edu.pe
https://orcid.org/0000-0001-6331-2130
Martha Karina Lezama Escobedo2
mlezamae@upao.edu.pe
https://orcid.org/0000-0001-7025-9032
Cecilia Betzabet Bardales
Vásquez2
cbardalesv@upao.edu.pe
https://orcid.org/0000-0002-7811-3676
Katherine Marita Elizabeth Medina Vásquez3
Marita_mv2@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0003-2550-9084
Carlos Alberto León Torres4
cleon@unitru.edu.pe
https://orcid.org/0000-0002-9808-186X
1Universidad Nacional Agraria de la Selva. Tingo María,
Perú
2Universidad Privada Antenor
Orrego. Trujillo, Perú
3Universidad Cesar Vallejo. Trujillo, Perú
4Universidad Nacional de Trujillo. Trujillo, Perú
Artículo recibido 27 de julio 2023 | Aceptado 14 de agosto 2023 |
Publicado 25 de septiembre 2023
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en:
https://doi.org/10.33996/revistaalfa.v7i21.239
RESUMEN
El biogás, el biol y el biosol son productos
que se generan a partir de la biodegradación de los desechos orgánicos, por
microorganismos en un ambiente carente de oxígeno. Objetivo. Se planteó evaluar la producción de biogás y bio abonos usando los residuos de jardinería de la Universidad Nacional de Trujillo. Materiales y métodos. Se utilizó un biorreactor anaeróbico de policloruro
de vinilo de 5m3 de volumen total, de 1m. de diámetro
y de 5 m. de largo; trabajando al 70%, a 22°C promedio, durante 60 días. La
primera etapa fue cuantificar los residuos y determinar las principales
especies según la taxonómica botánica, seguido para la cuantificación de
nitrógeno, fósforo y potasio se usó el método Kjeldahl,
fósforo reactivo y espectroscopia de absorción atómica respectivamente. Resultados. Se identificaron doce
especies, destacando principalmente Stenotaphrum secundatum (Walter) Kuntze, Aptenia cordifolia y Chenopodium murale L.,
por su elevado porcentaje de celulosa, hemicelulosa y
lignina. La cuantificación de N, P y K en el día 45 para el biol
fue de 242.80, 1.79 y 21.86 ppm y para el biosol fue
de 170.40, 1.46 y 17.10 ppm. Conclusiones.
Las mejores concentraciones de N, P y K para el biol
y biosol se producen en el día 45 del bioproceso y que la producción promedio de biogás es de
2.42 m3 a partir del día 22. Se puede enfatizar que esta metodología podría
contribuir al manejo y aprovechamiento de los residuos de la agroindustria para
producir bioproductos demandados en la agricultura
orgánica.
Palabras clave: Biogás; Bioabonos; Desechos; Lignocelulósicos;
Biorreactor
ABSTRACT
Biogas, biol and biosol are products
generated from the biodegradation of organic wastes by microorganisms in an
oxygen-deprived environment. Objective. The objective was to evaluate the production of
biogas and bio fertilizers using garden waste from the Universidad Nacional de Trujillo. Materials and methods. An
anaerobic bioreactor of polyvinyl chloride of 5 m3 total volume, 1 m in
diameter and 5 m long was used; working at 70%, at 22°C average, for 60 days.
The first stage was to quantify the residues and determine the main species
according to botanical taxonomy, followed by the quantification of nitrogen,
phosphorus and potassium using the Kjeldahl method,
reactive phosphorus and atomic absorption spectroscopy, respectively. Results. Twelve
species were identified, mainly Stenotaphrum secundatum (Walter) Kuntze, Aptenia cordifolia and Chenopodium murale L., for their
high percentage of cellulose, hemicellulose and lignin. The quantification of
N, P and K on day 45 for biol was 242.80, 1.79 and
21.86 ppm and for biosol was
170.40, 1.46 and 17.10 ppm. Conclusions. The best concentrations of N, P and K for the biol and biosol occur on day 45
of the bioprocess and that the average biogas production is 2.42 m3 from day
22. It can be emphasized that this methodology could contribute to the
management and utilization of agroindustrial wastes
to produce bioproducts demanded in organic
agriculture.
Key words: Biogas; Biofertilizer; Waste; Lignocellulosic;
Bioreactor
RESUMO
Biogás, biol e biossol são produtos gerados
a partir da biodegradação de resíduos orgânicos por
microrganismos em um ambiente desprovido de oxigênio. Objetivo. O objetivo foi avaliar a produção de biogás e biofertilizantes usando resíduos de jardim da Universidade
Nacional de Trujillo. Materiais e
métodos. Foi utilizado um biorreator anaeróbico de cloreto de polivinila de 5m3 de volume total, 1m de diâmetro e 5m de
comprimento, trabalhando a 70%, a uma temperatura média de 22°C, durante 60
dias. A primeira etapa foi a quantificação dos
resíduos e a determinação das principais espécies de acordo com a taxonomia
botânica, seguida pela quantificação de nitrogênio, fósforo e potássio usando o
método Kjeldahl, fósforo reativo e espectroscopia de
absorção atômica, respectivamente. Resultados.
Doze espécies foram identificadas, principalmente Stenotaphrum
secundatum (Walter) Kuntze,
Aptenia cordifolia e Chenopodium murale L., por sua
alta porcentagem de celulose, hemicelulose e lignina.
A quantificação de N, P e K no dia 45 para o biol foi
de 242,80, 1,79 e 21,86 ppm
e para o biossol foi de 170,40, 1,46 e 17,10 ppm. Conclusões.
As melhores concentrações de N, P e K para o biol e o
biossol ocorrem no dia 45 do bioprocesso
e a produção média de biogás é de 2,42 m3 a partir do dia 22. Pode-se enfatizar
que essa metodologia pode contribuir para o gerenciamento e o uso de resíduos
agroindustriais para a produção de bioprodutos
demandados na agricultura orgânica.
Palavras-chave: Biogás; Biofertilizante; Resíduos; Lignocelulósicos; Biorreator; Biorreator
INTRODUCCIÓN
Las energías renovables son fuentes
de energía que tienen su origen en la naturaleza, las cuales se renuevan
constantemente, entre ellas destacan la energía eólica, hidroeléctrica,
geotérmica y de biomasa, esta última se obtiene de la materia orgánica a partir
de residuos agrícolas, forestales o urbanos, mediante la combustión o
fermentación para generar electricidad o calor. Estas fuentes de energía
limpias tienen numerosas ventajas, como la reducción de emisiones de gases de
efecto invernadero, la disminución de la dependencia de los combustibles
fósiles, entre otras, sin embargo, también enfrentan desafíos, como el costo
inicial de las instalaciones, la fluctuación de la disponibilidad de recursos
naturales y la necesidad de una infraestructura adecuada para su almacenamiento
y distribución (1).
Así pues, el manejo de los residuos
orgánicos implica la gestión adecuada de los desechos de origen biológico, para
ello se cuenta con las etapas de recolección, transporte, tratamiento,
valorización y disposición final, dentro de todas estas etapas la más
importantes es la etapa de tratamiento, ya que en este periodo se utilizan
diferentes técnicas para transformar los residuos orgánicos en productos
útiles, como son el compostaje, biol, biosol y biogás; los cuales pueden ser
empleados como abono para la agricultura o como una fuente de energía para las
diversas actividades de ciertos sectores rurales (2).
Ahora bien el biosol y biol son
biofertilizantes orgánicos producidos a través de la digestión anaeróbica
llevado a cabo en el interior de un digestor, en este sistema, los desechos
orgánicos se descomponen y liberan hormonas vegetales, vitaminas, aminoácidos,
macro y micronutrientes; estos productos presentes en los biofertilizantes
ayudan a regular el metabolismo de las plantas, el enraizamiento, el
crecimiento, la floración, la germinación de las semillas, el control de
enfermedades y plagas y sobre todo a promover la presencia de microorganismos
beneficiosos, debido a ello, estos productos se puede utilizar en diversos
cultivos, tanto en agricultura convencional como en agricultura orgánica, ya
que cumplen con los requisitos de sustentabilidad ambiental y agrícola,
generando una independencia de los fertilizantes químicos y reduciendo el
impacto ambiental negativo en la agricultura (3,4).
Por otro lado, el biogás es una forma
de energía renovable que se origina de manera paralela a la formación de los
biofertilizantes, este gas puede ser utilizado como combustible, así como
también para la generación de electricidad y calor. Entre las principales
ventajas del uso de este producto es que reduce la dependencia de los
combustibles fósiles, lo cual contribuye a la mitigación del cambio climático;
así también tiene cierto beneficios económicos, ya que la producción de energía
a partir de residuos orgánicos puede generar ingresos y empleos adicionales en
las comunidades rurales, además el emplear residuos orgánicos como materia
prima en el proceso de biodigestión, reduce la necesidad de su disposición en
vertederos, reduciendo así, los costos asociados (3,4).
Dado que el aprovechamiento de los
residuos orgánicos provenientes de los restos de cosecha y de las excretas de
ganado han tomado una gran importancia a nivel mundial y debido a las
propiedades y características beneficiosas que el biogás y los abonos orgánicos
(biol y biosol) brindan al rubro ambiental, agrícola y ganadero, el propósito
de esta investigación fue cuantificar las concentraciones de N,P y K del biol y
biosol y calcular la producción de biogás a partir de desechos lignocelulósicos
en un biorreactor anaeróbico.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se recolectaron los residuos
lignocelulósicos de las podas de jardinería del campus principal de la
Universidad Nacional de Trujillo, posteriormente fueron, determinadas y
clasificadas según la taxonomía de fanerógamas peruanas, seguidamente después
de cada poda se pesaron continuamente para calcular su peso promedio en cada
poda hasta tener un estimado promedio de la cantidad mensual de cada especie
para hacer las estimaciones correspondientes, eligiendo para este trabajo los
residuos más importantes en relación a peso, volumen y caracterización en
materia fermentable, hasta acopiar, seleccionar y acondicionar para la
prefermentación, tal es el caso se acopiaron 15 bolsas o sacos con 10 kg cada
una para el bioproceso (5).
Hay que indicar que después de la
selección del material lignocelulósico de otros componentes como el plástico,
metal, piedra y el vidrio estos se separaron y luego se trituraron,
fraccionaron y molieron para obtener pequeñas partículas de fibra de
aproximadamente de 1 a 3 mm de largo, (6) seguido de un pretratamiento para
facilitar el proceso de digestión por fermentación en un tanque de
biodegradación. Para ello se utilizó contenido ruminal bovino en la proporción
de 1 kg x 10 kg de sustrato pretratado, el cual finalmente se humedeció con
agua al 100% durante 3 días (6). Para este proceso se empleó un biorreactor
tubular de policloruro de vinilo con una longitud de 5 m de largo y 1m de
diámetro, con un volumen total de 5 m3 y una carga de trabajo del 70
% de la capacidad total; el biorreactor fue instalado en una zanja a un metro
bajo tierra para poder asegurar la temperatura optima de 22° C. Además, se
dispuso de un gasómetro y de un contenedor de geomembrana de PVC de 2 mm de
espesor con protección UV para el almacenamiento del biogás, con capacidad de
2,1 m3, todo ello se ensamblo e instalo en la Estación Experimental
de Bioquímica Aplicada (7), en la Facultad de Ciencias Biológicas, de la Universidad
Nacional de Trujillo del Perú.
Para realizar la carga del
biodigestor anaerobio, éste se realizó iniciando la mezcla en un cilindro de
200 L. para lo cual se preparó la mezcla entre el sustrato pretratado y agua en
una proporción de 1:3 respectivamente y se cargó el biodigestor al 70% de su
capacidad, con 15.5 cilindradas de la dilución o el equivalente de 3100 litros
de la mezcla, broza pretratada más agua. Además, es preciso mencionar que como
inóculo se usó 400 litros de contenido ruminal diluido en agua, manteniendo la
dilución, 1:3. Todo ello constituyó el medio fermentativo, proceso llevado a
cabo por 60 días, evaluando cada 15 días, Iniciando la primera evaluación el
día cero de la fermentación, la segunda evaluación o toma de muestra a los 15 días,
la tercera, cuarta y quinta a los 30, 45 y 60 días respectivamente,
colectándose un litro de muestra del biol y 500 gramos de biosol, para evaluar
los analitos planteados (N, P y K). Es preciso señalar que en cada tiempo de
toma de muestra se analizaron los tres parámetros propuestos en cada muestra
(5).
Para el análisis de los analitos,
como el potasio, se empleó una solución patrón, seguidamente se construyó una
curva de calibración y se procedió a leer la muestra con la ayuda del software
del espectrofotómetro de absorción atómica (8), para la cuantificación del
fósforo se tomó 25 mL de la muestra tratada previamente a través del método de
digestión de persulfato ácido, se agregó a una celda y se le añadió 0,25 g del
reactivo Fosver 3 Fosfato, se homogenizó y se procedió a realizar la lectura en
el espectrofotómetro de absorción atómica (9).
Con respecto a la determinación del
nitrógeno se empleó el método de Kjeldahl, para ello se agregaron 10 mL. de la
muestra en un tubo de vidrio del digestor Kjeldahl, al cual se le adicionó una
tableta Kjeldahl y 8 mL. de H₂SO₄ concentrado, se tapó el tubo y se procedió a dar
inicio al proceso de digestión, la nueva muestra fue tratada en el destilador
por un tiempo de 5 min. en donde se le adicionó 100 mL. de H3BO3
con el indicador mixto Tashiro en un recipiente de vidrio, posterior a ello se
le adiciono 50 mL. de agua y 70 mL. de NaOH al 30%, finalmente la muestra
obtenida del destilador es titulada con H₂SO₄ al 0.1N, seguidamente se realizó los cálculos
correspondiste para la cuantificación del nitrógeno (10).
RESULTADOS
En la Tabla 1 se muestra la
determinación taxonómica de los principales desechos lignocelulósicos de
jardinería o podas de los jardines de la ciudad universitaria de la Universidad
Nacional de Trujillo, estos residuos presentan buenas características para ser
empleados como materia prima para la producción de biogás y bioabonos. De las
12 especies encontradas, las especies, Stenotaphrum
secundatum (Walter) Kuntze, Aptenia
cordifolia y Chenopodium murale
L., presentaron los porcentajes más elevados de celulosa, hemicelulosa y
lignina, tomando los valores de 31.8%, 30.2%, 29.4%; para la primera especie
mencionada, 28.4%, 30.5%, 21.2%; para la segunda especie en mención y 29.7%,
27.4%, 25.5% para Chenopodium murale L., así mismo podemos resaltar que
estas mismas especies son las que proporcionan la mayor cantidad del peso total
de estos residuos lignocelulósicos, aportando 1480 Kg la especie Stenotaphrum secundatum (Walter) Kuntze,
880 Kg Aptenia cordifolia y 730 Kg
Chenopodium murale L. por cada mes de actividades de poda o desmalezado de
jardinería.
Las Tablas 4 y 5 muestran las
concentraciones promedio del nitrógeno, fósforo y potasio en el biol y el
biosol producido durante los 60 días del bioproceso, teniendo en cuenta que se
realizaron evaluaciones durante los días 0, 15, 30, 45 y 60, así también se
evidencias la desviación estándar y el coeficiente de variación, notándose que
hay un bajo coeficiente de variación lo que indica la similitud de los
resultados en cada parámetro evaluado en cada fecha de evaluación tanto en el
biol como en el biosol.
Tabla 4. Promedio y sus estimadores
estadísticos de Nitrógeno, Fósforo y Potasio, en el “biol” producido a partir
de la biodigestión de residuos o podas de jardinería en un biodigestor
anaerobio.
|
(ppm)
|
Tiempo
(días)
|
n
|
Promedio
|
ES
|
S
|
CV
|
|
Nitrógeno
(N)
|
0
|
3
|
120.6667
|
0.9877
|
1.8264
|
1.65
|
|
15
|
3
|
143.9667
|
0.4100
|
0.7106
|
0.54
|
|
30
|
3
|
238.4000
|
0.2500
|
0.4327
|
0.21
|
|
45
|
3
|
242.8000
|
0.5152
|
0.8919
|
0.37
|
|
60
|
3
|
211.9000
|
0.3155
|
0.6812
|
0.24
|
|
Fósforo
(P)
|
0
|
3
|
1.2183
|
0.0060
|
0.0104
|
0.83
|
|
15
|
3
|
1.5910
|
0.0072
|
0.0124
|
0.79
|
|
30
|
3
|
1.7357
|
0.0111
|
0.0193
|
1.10
|
|
45
|
3
|
1.7850
|
0.0034
|
0.0057
|
0.32
|
|
60
|
3
|
1.7170
|
0.0102
|
0.0124
|
0.59
|
|
Potasio
(K)
|
0
|
3
|
6.3473
|
0.0076
|
0.0133
|
0.20
|
|
15
|
3
|
11.5893
|
0.0034
|
0.0059
|
0.04
|
|
30
|
3
|
21.5323
|
0.0078
|
0.0136
|
0.05
|
|
45
|
3
|
21.8623
|
0.0093
|
0.0155
|
0.08
|
|
60
|
3
|
18.1317
|
0.0062
|
0.0112
|
0.06
|
Tabla 5. Promedio y sus estimadores
estadísticos de Nitrógeno, Fósforo y Potasio, en el “biosol” producido a partir
de la biodigestión de residuos o podas de jardinería en un biodigestor
anaerobio.
|
(ppm)
|
Tiempo
(días)
|
N
|
x
|
ES
|
S
|
CV
|
|
Nitrógeno
(N)
|
0
|
3
|
117.3333
|
1.0220
|
1.7760
|
1.61
|
|
15
|
3
|
129.8667
|
0.3698
|
0.6410
|
0.49
|
|
30
|
3
|
162.5667
|
0.1705
|
0.2950
|
0.14
|
|
45
|
3
|
170.4000
|
0.3615
|
0.6260
|
0.30
|
|
60
|
3
|
141.3000
|
0.2104
|
0.4546
|
0.16
|
|
Fósforo
(P)
|
0
|
3
|
1.1973
|
0.0059
|
0.0102
|
0.82
|
|
15
|
3
|
1.3920
|
0.0063
|
0.0109
|
0.69
|
|
30
|
3
|
1.4413
|
0.0992
|
0.0160
|
0.92
|
|
45
|
3
|
1.4563
|
0.0027
|
0.0048
|
0.27
|
|
60
|
3
|
1.4057
|
0.0083
|
0.0101
|
0.48
|
|
Potasio
(K)
|
0
|
3
|
6.5313
|
0.0078
|
0.0136
|
0.21
|
|
15
|
3
|
9.5870
|
0.0029
|
0.0049
|
0.14
|
|
30
|
3
|
16.7817
|
0.0061
|
0.0024
|
0.11
|
|
45
|
3
|
17.1007
|
0.0073
|
0.0010
|
0.06
|
|
60
|
3
|
14.3353
|
0.0056
|
0.0015
|
0.05
|
Las Tablas 6 y 7 muestran los
resultados del análisis de varianza unidireccional de las concentraciones de
Nitrógeno, Fósforo y Potasio en los bioabonos biol y biosol, Notándose que hay
diferencias altamente significativas entre las variables analizadas con un
p=0.000 indicando además que éstas dependen de los días de fermentación del
bioproceso anaerobio.
Tabla 6. Análisis de varianza
unidireccional de las concentraciones de Nitrógeno, Fósforo y Potasio en el bio
abono biol, producido a partir de la biodigestión de residuos de jardinería en
un biodigestor anaerobio.
|
Bioabono
Biol
|
Fuente
|
GL
|
Suma de Cuadrados
|
Cuadrado Medio
|
Valor F
|
Valor p
|
|
Nitrógeno (N)
|
Factor
|
4
|
23864.1
|
8134.55
|
7384.17
|
0.000 *
|
|
Error
|
8
|
6.3
|
0.72
|
|
|
|
Total
|
11
|
23870.4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fósforo (P)
|
Factor
|
4
|
0.413486
|
0.137358
|
1008.21
|
0.000 *
|
|
Error
|
8
|
0.001174
|
0.000134
|
|
|
|
Total
|
11
|
0.414660
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Potasio (K)
|
Factor
|
4
|
433.546
|
147.982
|
934070.93
|
0.000 *
|
|
Error
|
8
|
0.003
|
0.000
|
|
|
|
Total
|
11
|
433.549
|
|
|
|
Leyenda:
* = Diferencias altamente significativas (p =0.000)
Tabla 7. Análisis de varianza
unidireccional de las concentraciones de Nitrógeno, Fósforo y Potasio en el
bioabono “biosol”, producido a partir de la biodigestión de residuos o podas de
jardinería en un biodigestor anaerobio.
|
Bioabono
Biosol
|
Fuente
|
GL
|
Suma
de Cuadrados
|
Cuadrado
Medio
|
Valor
F
|
Valor
p
|
|
Nitrógeno
(N)
|
Factor
|
4
|
19531.8
|
6201.64
|
8114.12
|
0.000
*
|
|
Error
|
8
|
4.9
|
0.57
|
|
|
|
Total
|
11
|
19536.7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fósforo
(P)
|
Factor
|
4
|
0.587465
|
0.161784
|
1321.94
|
0.000
*
|
|
Error
|
8
|
0.001674
|
0.000214
|
|
|
|
Total
|
11
|
0.589139
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Potasio
(K)
|
Factor
|
4
|
647.349
|
164.151
|
873145.11
|
0.000
*
|
|
Error
|
8
|
0.012
|
0.000
|
|
|
|
Total
|
11
|
647.351
|
|
|
|
Leyenda:
* = Diferencias altamente significativas (p =0.000).
Las Tablas 8 y 9 muestran las medias
del Nitrógeno, fósforo y potasio de los bioabonos biol y biosol en función a la
prueba de Tukey, en donde se puede evidenciar las medias y que estas difieren
estadísticamente entre las variables analizadas, notándose claramente que hay
diferencias entre los analitos examinados y su tiempo de fermentación, además
se observa que no hay coincidencias entre las letras o las medias no comparten
alguna letra en común, con un p= 0.05.
Tabla 8. Prueba de Tukey para tipificar
diferencias en las concentraciones de Nitrógeno, Fósforo y Potasio en el
bioabono biol producido a partir de la biodigestión de residuos de
jardinería en un biodigestor anaerobio. por tiempo de fermentación.
|
Bioabono
Biol
|
Factor
|
N
|
Media
|
Agrupación
|
|
|
N-60
|
3
|
211.90
|
A
|
|
Nitrógeno (N)
|
N-45
|
3
|
242.80
|
B
|
|
N-30
|
3
|
238.40
|
C
|
|
N-15
|
3
|
146.97
|
D
|
|
N-O
|
3
|
120.67
|
E
|
|
|
|
|
P-60
|
3
|
1.7170
|
A
|
|
Fósforo (P)
|
P-45
|
3
|
1.7850
|
B
|
|
P-30
|
3
|
1.7357
|
C
|
|
P-15
|
3
|
1.5910
|
D
|
|
P-O
|
3
|
1.2183
|
E
|
|
|
|
|
K-60
|
3
|
18.1317
|
A
|
|
Potasio (K)
|
K-45
|
3
|
21.8623
|
B
|
|
K-30
|
3
|
21.5223
|
C
|
|
K-15
|
3
|
11.5893
|
D
|
|
K-O
|
3
|
6.3473
|
E
|
Las medias que no comparten una letra son
significativamente diferentes (p = 0.05).
Tabla 9. Prueba de Tukey para tipificar diferencias en las
concentraciones de Nitrógeno, Fósforo y Potasio en el bioabono biosol producido
a partir de la biodigestión de residuos de jardinería en un biodigestor
anaerobio. por tiempo de fermentación.
|
Bioabono
Biosol
|
Factor
|
N
|
Media
|
Agrupación
|
|
|
N-60
|
3
|
141.30
|
A
|
|
Nitrógeno (N)
|
N-45
|
3
|
170.40
|
B
|
|
N-30
|
3
|
162.57
|
C
|
|
N-15
|
3
|
129.87
|
D
|
|
N-O
|
3
|
117.33
|
E
|
|
|
|
|
P-60
|
3
|
1.4057
|
A
|
|
Fósforo (P)
|
P-45
|
3
|
1.4563
|
B
|
|
P-30
|
3
|
1.4413
|
C
|
|
P-15
|
3
|
1.3920
|
D
|
|
P-O
|
3
|
1.1973
|
E
|
|
|
|
|
K-60
|
3
|
14.3353
|
A
|
|
Potasio (K)
|
K-45
|
3
|
17.1007
|
B
|
|
K-30
|
3
|
16.7817
|
C
|
|
K-15
|
3
|
9.5870
|
D
|
|
K-O
|
3
|
6.5313
|
E
|
Las medias que no comparten una letra son
significativamente diferentes (p = 0.05).
DISCUSIÓN
En el presente estudio se identificaron 12 especies de
vegetales de las cuales, las especies Stenotaphrum
secundatum (Walter) Kuntze, Aptenia
cordifolia y Chenopodium murale
L., destacan del resto por su elevado porcentaje de celulosa, hemicelulosa y
lignina (Tabla 1). En un estudio realizado en Colombia, en el departamento de
Cundinamarca, se empleó residuos de cultivos de flores, caña, plátano, cacao,
mora, arvejas, maíz, papa y frejoles para la producción de biogás (11), esta
diferencia se debe a que, en este último estudio, los desechos vegetales se
obtienen como residuos de los diferentes procesos industriales de esta región,
obteniendo en su totalidad 727,7 toneladas/día de residuos orgánicos lo cual
representa un 66% de la generación total de residuos, a comparación de los
56,904 T/ año que se producirían como desechos de las podas de los jardines de
la ciudad universitaria de la Universidad Nacional de Trujillo, esta diferencia
marcada en la cantidad de subproductos que se originan, se debe a los volúmenes
de materia prima que cada actividad emplea para poder generar un producto o
brindar un servicio, sin embargo, ambos estudios usan biodigestores anaeróbicos
empleando diversas materias primas, destacando la biomasa vegetal, ya que esta
es imprescindible para la producción del biogás y los bioabonos, dado que en
las diversas etapas de la fermentación las macromoléculas sufren diversos
cambios hasta finalmente obtener CH4,CO2 y otras macro y
micronutrientes (4).
Los bioprocesos están ampliamente
asociados a los biorreactores y estos siguen un diseño en relación a la
cinética del medio fermentativo, por ello se desarrollan diseños para optimizar
los bioprocesos y obtener mejores rendimientos, tal es el caso del diseño de un
biodigestor tipo tanque agitado y aireado para la producción de proteína
unicelular desarrollado por León donde se puede verificar la influencia del
diseño en la producción y el rendimiento influyendo hasta en un 40 por ciento
sobre el rendimiento y la productividad (12). El biorreactor tubular de
policloruro de vinilo cumple los estándares del diseño en relación a la
transferencia de masa, calor y flujo dinámico del material fermentativo por lo
que presenta las características para desarrollar un bioproceso optimo y
obtener resultados que destaquen sobre la media, además es muy importante usar
materiales que no interfieran o desprendan moléculas que generen inhibición del
desarrollo microbiano y frenen el proceso y limiten la producción y
productividad del sistema, por ello el policloruro de vinilo es un material que
además resiste la presión del sistema logrando sostener la presión generada y
evitar que este se vea dañado por la presión e interferir en las fugas y
derrame del medio fermentativo, generando aniegos y contaminación en el
bioproceso, además de su buena resistencia el policloruro de vinilo es un
material muy maleable y económicamente rentable, debido a su bajo costo, se
puede generar grandes biorreactores a escala piloto e industrial.(13)
La producción de gas se consiguió a
partir del día 22, hasta finalizar la investigación se estima que se obtuvo un
promedio de 2.42 m3 (2420 L.) de biogás por día (Tabla 2), en otro
estudio similar en donde se cuantificó la elaboración de biogás como producto
de las diferentes excretas de ganado y residuos de tomate, se detectó que la
obtención de biogás fue de 2.4L a partir del día 45 y a partir de este día
hasta finalizar la investigación la formación de biogás se mantuvo constante
(14). El aumento de la formación del gas se origina luego de cierto tiempo ya
que esto está asociado a la biodegradación de la materia orgánica, así como
también está asociada a un aumento del cambio de pH, lo cual favorece el
crecimiento de ciertos microorganismos metalogénicos los cuales ayudan a la
formación del metano (15). La producción de biogás obtenido en la presente
investigación puede presentar un buen rendimiento de 4 horas de trabajo
aproximadamente, ya que en otra investigación se emplearon 2820 L de biogás
para la cocción de alimento por un espacio de 4.13 h (16).
Las concentraciones de N, P y K de
los bioabonos varían a lo largo de los días, siendo el día 45 en donde se
obtienen los valores más elevados de N,P y K (Tabla 3), siendo los valores
promedio de 242.80 ppm , 1.79 ppm y 21.86 ppm para el N,P y K del biol y 170.40
ppm, 1.46 ppm y 17.10 ppm para el N,P y K del biosol, así mismo las pruebas de
Tukey para el biol y biosol (Tabla 8 y Tabla 9) indican que la obtención de
estos macronutriente en el día 45 es mucho más eficiente y es diferente al
resto de datos obtenidos en los días 0, 15, 30 y 60. En otro estudio en donde
se cuantificaron las concentraciones de N,P y K para biol y biosol en los días
0, 15, 30 y 45, se encontró que los valores de estos macronutrientes para el
biol estuvieron mucho más elevados en el día 0 a comparación de los otros días
evaluados, tomando los valores para el biol de 13700 mg/L, 556.72mg/L y
2504.8mg/L para N,P y K respectivamente y los valores para el biosol de 13700
mg/L, 556.72 mg/L y 2504.8 mg/L para N,P y K respectivamente (17). La variación
de las concentraciones de los nutrientes presentes en los bioabonos analizados,
se le atribuye a la capacidad de asimilación de los alimentos por parte del
ganado, la degradación de materia orgánica el proceso de fermentación
anaeróbica, a los cambios de pH y temperatura y a la intervención de los
microorganismos para la degradación y transformación de la materia orgánica en
macro y micronutrientes (18,19).
CONCLUSIONES
Se identificaron doce especies de
residuos lignocelulósicos de importancia, destacando principalmente Stenotaphrum secundatum (Walter) Kuntze,
Aptenia cordifolia y Chenopodium murale L., por su elevado
porcentaje de celulosa, hemicelulosa y lignina, además por ser los de mayor
cantidad en toneladas producidos cada mes producto de las actividades de
jardinería, siendo propicios como materia prima para la fermentación anaerobia
en la producción de biogas y boabonos como el biol y el biosol.
Se logró producir biol, biosol y
biogás a partir de residuos lignocelulósicos de las podas de jardinería,
encontrando considerables concentraciones de N, P y K en las concentraciones
siguientes, para el biol fue de 242.80, 1.79 y 21.86 ppm respectivamente y para
el biosol fue de 170.40, 1.46 y 17.10 ppm. Respectivamente. A los 45 días de
fermentación.
Las mejores concentraciones de N, P y
K. encontradas para el biol y biosol se producen en el día 45 del bioproceso
fermentativo. Además, la producción promedio de biogás fue de 2.42 m3
a partir del día 22 del bioproceso de fermentación anaerobio.
CONFLICTO DE INTERESES. Los autores
declaran no tener conflicto de interés.
AGRADECIMIENTOS. Especial agradecimiento a maestro, Dr. José Mostacero León y al Dr.
Anthony Jordan De la Cruz Castillo, por su valioso aporte en la determinación
taxonómica de los residuos o podas evaluados.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Correa A, González
G, Pacheco A. Energías renovables y medio ambiente: su regulación jurídica en
Ecuador. Revista Universidad y Sociedad. 2016; 8(3): 179-183.
http://scielo.sld.cu/pdf/rus/v8n3/rus24316.pdf
2. Ramos A, Terry A.
Generalidades de los abonos orgánicos: importancia del bocashi
como alternativa nutricional para suelos y plantas. Cultivos Tropicales. 2014;
35(4), 52-59. https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193232493007
3. Ávila-Hernández A,
Campos-Rodríguez R, Brenes-Peralta L, Jiménes-Morales
M. Generación de biogás a partir del aprovechamiento de residuos sólidos
biodegradables en el Tecnológico de Costa Rica, sede Cartago. Tecnología en
Marcha. 2018; 31 (2), 159-170.
https://www.scielo.sa.cr/pdf/tem/v31n2/0379-3982-tem-31-02-159.pdf
4. Varnero
M. Preparación del Manual de Biogás. Organización de las Naciones Unidas para
la Agricultura y la Alimentación (FAO). 2011. 67-72.
5. Ramírez, M. Producción de bioabono
biol a partir de los residuos lignocelulósicos de Stenotaphrum secundatum
(Tesis para obtener el título de biólogo-microbiólogo). Perú: Universidad
Nacional de Trujillo. 2021.
https://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/4751587
6. Mendoza, R. Diseño e implementación
de una planta piloto para producir biogás y bioabonos a partir de estiércol de Cavia
porcellus en un biorreactor tubular de policloruro de vinilo
Trujillo - Perú 2017 (Tesis para obtener el grado de maestro en ingeniería
química ambiental). Perú: Universidad Nacional de Trujillo. 2017.
http://dspace.unitru.edu.pe/handle/UNITRU/11593
7. Gil L, Cabrera F, Lezama M, Bardales
C, León C. Biofertilizante “biol”:
caracterización física, química y microbiológica. Revista de Investigación en
Ciencias Agronómicas y Veterinarias. 2023; 7(20), 336–345.
https://doi.org/10.33996/revistaalfa.v7i20.219
8. Skoog
D, Holler F, Crouch S.
Principios de Análisis Instrumental. 7ª ed. Ciudad de México: Cengage Learning. 2018. 888 p.
https://n9.cl/i72su
9. HACH. Manual de
análisis de agua. 2ª ed. Loveland: Hach Company. 2000. 217 p.
10. López-Ritas J, López-Melida J.
Diagnóstico de suelos y plantas: Métodos de campo y laboratorio. 4ª ed. Madrid:
Mundi Prensa. 1990-363.
11. Montenegro k, Rojas
A, Cabeza I, Hernández M. Potencial de biogás de los residuos agroindustriales
generados en el departamento de Cundinamarca. Revista ION. 2016; 29(2), 23-37. https://doi.org/10.18273/revion.v29n2-2016002
12. Gil L, León C.
Diseño y construcción de un biorreactor batch tipo tanque agitado y aireado para la producción de
proteína unicelular. Revista de investigación científica-Rebiol.2021;41(1),16-22.
https://revistas.unitru.edu.pe/index.php/facccbiol/article/view/3596
13. Barrena M, Maicelo J, Gamarra O,
Oliva M, Leiva T, Taramona L, Huanes M, Ordinola C. Biogas: producción y
aplicaciones. 1° ed. Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de
Amazonas. http://repositorio.ulcb.edu.pe/handle/ULCB/59
14. Castro R, Solís M, Chicatto V, Solís A. Producción de biogás mediante codigestión de estiércol bovino y residuos de cosecha de
tomate (Solanum lycopersicum
L.). Revista Internacional de Contaminación
Ambiental. 2020; 36 (3): 529-539. https://doi.org/10.20937/RICA.53545
15. Ningning Z, Tong Z, Dongxue Y, Gaihe Y, Xiaojiao W, Guangxin R. Yongzhong F. Effect of initial pH on anaerobic co-digestion
of kitchen waste and cow manure. Waste Manage. 2015; 38:
126-131. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2014.12.027
16. Barrena M, Cubas F, Gosgot W, Ordinola C, Rascón J, Huanes M. Sistema de producción de biogás y bioabonos a partir del estiércol de bovino, Molinopampa, Chachapoyas, Amazonas, Perú. Arnaldoa. 2019; 26 (2): 725-734. http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2413-32992019000200014
17. Cabos J, Bardales C,
León C, Gil L. Evaluación de las concentraciones de Nitrógeno, Fósforo y
Potasio del biol y biosol
obtenidos a partir de estiércol de ganado vacuno en un biodigestor
de geomembrana de policloruro
de vinilo. Arnaldoa. 2019; 26(3): 1165-1176. http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2413-32992019000300021
18. Soria-Fregoso M, Ferrera-Cerrato R, Etchevers
Barra J, Alcántar-González G, Trinidad-Santos J,
Borges-Gómez L, Pereyda-Pérez G. Producción
de biofertilizantes mediante biodigestión
de excreta líquida de cerdo. Terra Latinoamerican. 2001;
19(4): 353-362. https://www.redalyc.org/pdf/573/57319408.pdf
19. Peralta-Veran L, Juscamaita-Morales J,
Meza Contreras V. Obtención y caracterización de abono orgánico líquido a
través del tratamiento de excretas del ganado vacuno de un establo lechero
usando un consorcio microbiano ácido láctico. Ecol. apl. 2016; 15(1): 1-10.
http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1726-22162016000100001