97
InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020 (enero-junio)
Chuquer et. al.
MONITOREO DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
DE DESECHOS DEL CENTRO
DE FAENAMIENTO DE QUITO
MONITORING OF ANAEROBIC WASTE DIGESTION
AT QUITO SLAUGHTERHOUSE
David Chuquer S.
1,2*
, Darío Torres
1
, Edgar González V.
1
,
Jorge Moncayo
1
, Diana Astorga
2
& Christian Alcívar
1
Recibido: 19 de marzo 2020 / Aceptado: 8 de junio 2020
Publicado en línea: 16 de junio 2020
DOI: 10.26807/ia.v8i2.136
Palabras claves Biogás, desechos de camal, digestión anaerobia, FTIR.
Keywords: Biogas, slaughter waste, anaerobic digestion, FTIR.
RESUMEN
La materia orgánica proveniente de centros de faenamiento, puede aprove-
charse mediante digestión anaerobia para producción de biogás y de un ferti-
lizante rico en nutrientes. El monitoreo de la concentración de metano, propano
y butano son parámetros relevantes que evidencian la eficiencia de digestión.
En el presente estudio, se desarrolló una metodología para la medición de estos
1 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ciencias Químicas, Quito, Ecuador. (*correspondencia:
dschuquer@uce.edu.ec; datorresb1@uce.edu.ec; epgonzalez@uce.edu.ec; jemoncayo@uce.edu.ec;
cdalcivar@uce.edu.ec)
2 Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Quito, Ecuador,
(dchuquer295@puce.edu.ec; dastorga199@puce.edu.ec)
98
InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020
hidrocarburos, utilizando espectrofotometría infrarroja de transformadas de
Fourier (FTIR) y la asistencia de cálculos químico-cuánticos, que permitieron
la asignación de bandas de absorción de cada hidrocarburo en el biogás. Los
límites de cuantificación fueron de 0,36 %V/V para propano y butano y 1,47
%V/V para metano. Se realizaron pruebas de biodigestión con desechos del
centro de faenamiento municipal del Distrito Metropolitano de Quito, obte-
niéndose que una mezcla de rumen y estiércol bovino, sometida a 50 °C, ge-
neró biogás enriquecido hasta en un 65,4 %V/V de metano posterior a 15 días
de biodigestión. Adicionalmente, se produjo digestado sólido y líquido que
cumplen con las normativas internacionales para su posible aplicación en el
suelo. Los resultados demostraron la potencialidad del método de seguimiento
de biodigestión y la posible transformación de desechos de camal en una fuente
de energía renovable.
ABSTRACT
Organic matter from slaughterhouses can be used through anaerobic digestion
to produce biogas and a nutrient-rich fertilizer. Monitoring the concentration
of methane, propane, and butane are relevant parameters that show the effi-
ciency of digestion. In the present study, a methodology for the measurement
of these hydrocarbons was developed, using Fourier transform infrared spec-
trophotometry (FTIR) and the assistance of chemical-quantum calculations,
which allowed the assignment of absorption bands of each hydrocarbon in bio-
gas. The quantification limits were 0.36 %V/V for propane and butane and 1.47
%V/V for methane. Digestion tests were carried out with waste from the muni-
cipal slaughter center of the Metropolitan District of Quito, obtaining that a
mixture of rumen and bovine manure, subjected to 50 °C, generated enriched
biogas up to 65.4 %V/V after 15 days of digestion. Additionally, solid and liquid
digestate produced met with international regulations for possible application
in the soil. The results demonstrate the potential of the digestion monitoring
method and the possible transformation of litter waste into a renewable energy
source.
99
MONITOREO DE LA DIGESTION ANAEROBIA
DE DESECHOS DEL CENTRO DE FAENAMIENTO DE QUITO
Chuquer et. al., 97–116
La industria de procesamiento de
carne es una de los mayores del
mundo (43,7 kg/año per cápita) (FAO,
2018) y utiliza alrededor del 24 % del
agua consumida por la industria de
alimentos (Bustillo-Lecompte & Meh -
r var, 2015). En Ecua dor, hasta el
2018, el ganado bovino, porcino y
ovino contabilizo 5,696 millones de
cabezas de ganado y 151,683 millo-
nes de aves en planteles avícolas (Ins-
tituto Nacional de Estadísticas y Cen-
sos, 2018). Adicionalmente, en el
país se registran 277 mataderos bajo
inspección oficial que siguen proce-
dimientos normalizados por la Agen-
cia de Regulación y Control Fito y
Zoosanitario (AGROCALIDAD), que
basándose en la Resolución DAJ-
20134B4-0201.0247 buscan el ase-
guramiento de la calidad de los
productos cárnicos (Agrocalidad,
2013, 2018).
Los desechos generados en centros de
faenamiento son aguas residuales,
material sólido y emisiones gaseosas.
Respecto a los desechos sólidos, en
base a su origen y carga orgánica, se
emplean como mejoradores de suelos
favoreciendo la producción orgánica
de alimentos (Peñafiel & Ticona,
2015) y mediante un tratamiento
anaerobio la generación de energía
sustentable, por lo que su aprovecha-
miento puede convertir el problema
de su disposición final en una opor-
tunidad. Existe una variedad de mi-
croorganismos presentes en los dese-
chos de camal los cuales constituyen
un riesgo para la salud humana, salud
animal y al medio ambiente. En este
sentido, trabajadores expuestos a de-
sechos de camal tienen alto riesgo de
contaminación con Sallmonella spp,
Streptococcus suis, Campylobacter,
Leptospirosis, Toxoplasmosis y una
gran variedad de virus (Djeffal et al.,
2018; Kozdru´n et al., 2015; Soares et
al., 2015).
Tomando en cuenta la toxicidad de
los desechos provenientes de centros
de faenamiento, su potencialidad
dado su alto contenido en materia or-
gánica y la necesidad de fuentes de
energía renovables debido al agota-
miento progresivo de los combusti-
bles fósiles, en las últimas décadas se
ha desarrollado las tecnologías de di-
gestión anaerobias para la produc-
ción de biogás a partir de estiércol de
INTRODUCCIÓN
100
InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020
diversos tipos de ganado (Afazeli et
al., 2014). El biogás generado está
compuesto principalmente por me-
tano – CH
4
(40-70 %) y dióxido de
carbono – CO
2
(30-50 %) (Accettola
et al., 2008). Hagos (2017) indica
que los residuos provenientes de ma-
taderos poseen un alto contenido or-
gánico y de sólidos volátiles. Los
ácidos volátiles de alto peso molecu-
lar se convierten durante la fermen-
tación anaerobia en CH
4
, CO
2
y
ácidos orgánicos de cadena corta.
Sin embargo, este tipo de desechos
posee un alto contenido proteico que
por degradación microbiana libera
amoniaco, el cual puede inhibir la
actividad metanogénica y conducir a
una inestabilidad del proceso (Hagos
et al., 2017). Para contrarrestar esto
se debe regular la proporción C/N
(30/1) así como los niveles de pH. En
este sentido, el seguimiento del pro-
ceso es clave para maximizar la ob-
tención de biogás.
Tomando en cuenta estos anteceden-
tes, el estudio presentado tiene como
objetivos desarrollar un procedi-
miento para el seguimiento de un
proceso de biodigestión anaerobia
(metano-CH
4
, propano-C
3
H
8
y bu-
tano- C
4
H
10
) y evaluar el proceso de
biodigestión de desechos provenien-
tes del centro de faenamiento del
Distrito Metropolitano de Quito.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se desarrolló una metodología para
el análisis de CH
4
, C
3
H
8
y C
4
H
10
me-
diante análisis infrarrojo. Para ello se
utilizó un espectrofotómetro FTIR Va-
rian 660 con una Short-Path HT Gas
Cell marca PIKE Technologies, de
100 mm de longitud con ventanas de
bromuro de potasio de 25x4 mm de
la misma marca. Para la calibración
se utilizó dos gases estándares traza-
bles a NIST con las características de-
talladas en la Tabla 1. Para la dilución
de los gases se utilizaron jeringas
plásticas de 50 mL y bolsas Tedlar de
2 L. La limpieza de la celda se realizó
con aire ambiente con una bomba de
vacío Millipore WP6111580.
101
MONITOREO DE LA DIGESTION ANAEROBIA
DE DESECHOS DEL CENTRO DE FAENAMIENTO DE QUITO
Chuquer et. al., 97–116
Tabla 1. Gases estándares de calibración
Rango Alto (RA) Rango Bajo (RB)
Airgas X05NI93CP580000 Airgas X05NI99CP580002
30000 mL m
-3
CH
4
250 mL m
-3
CH
4
21000 mL m
-3
C
3
H
8
250 mL m
-3
C
3
H
8
18000 mL m
-3
C
4
H
10
250 mL m
-3
C
4
H
10
Se estableció el siguiente protocolo
de trabajo: se limpió la bolsa Tedlar
con aire ambiente por un minuto, uti-
lizando la bomba de vacío. Posteri-
rormente, se homogenizó la bolsa
Tedlar con estándar. Luego, se agregó
0,3 L de estándar. Seguido, se pre-
paró las diluciones con la jeringa
bajo el esquema establecido en la
Tabla 2. Se inyectó 50 mL de muestra
en la celda del FTIR y se finalmente
se obtuvo el espectro IR realizando 4
barridos espectrales entre 4000 a 400
cm
-1
.
El espectro experimental IR del bio-
gás, en fase gaseosa fue correlacio-
nado con espectros vibracionales de
CH
4
, C
3
H
8
y C
4
H
10
, determinados
por cálculos teóricos químico-cuán-
ticos y generados con el programa
Gaussian 09, utilizando el nivel de
teoría HF/3-21G con un factor de es-
calamiento de las frecuencias vibra-
cionales calculadas de 0,906 (Irikura
et al., 2005). Los espectros calcula-
dos se superpusieron, para contrastar
la localización y el perfil de bandas
de absorción con el espectro experi-
mental (Figura 2), con la finalidad de
realizar una asignación tentativa de
los principales modos vibracionales.
Con las concentraciones definidas en
la Tabla 2, se determinó la precisión
inter-día realizando tres repeticiones
de las lecturas de cada estándar, en
tres días diferentes, ejecutándose en
total cuarenta y cinco ensayos. La li-
nealidad se determinó mediante mí-
nimos cuadrados entre absorbancia
versus concentración del gas, ajus-
tando una ecuación que coincidió
con el origen. Adicionalmente se es-
tablecieron los límites de confianza
de la curva calculando la desviación
estándar de la correlación (Sr) y apli-
cando la t de student para un 95 %
102
InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020
de confianza (1,96). Con el mismo Sr,
se calcularon los límites de detección
(LD) y cuantificación (LC) (Miller et
al., 2018).
Tabla 2. Diluciones de estándares
Patrón Dilución
CH
4
C
3
H
8
C
4
H
10
(mL m
-3
) (mL m
-3
) (mL m
-3
)
Aire 1 0 0 0
RB 1 250 250 250
RA 10 3000 2100 1800
RA 2,5 12000 8400 7200
RA 1 30000 21000 18000
Para la repetibilidad y reproducibili-
dad se aplicó un análisis de varianza
(ANOVA) de factores totalmente ani-
dados y homogéneos obteniéndose
el porcentaje de desviación debida a
la repetibilidad y reproducibilidad
(Maroto et al., 1999).
Las pruebas de biodigestión de dese-
chos de camal se realizaron bajo el
esquema detallado en la Figura 1.
Para mantener las muestras a 50 ºC,
se utilizó un baño térmico Memmert
W270.
Se recolectaron muestras compuestas
de lodos de planta de tratamiento de
aguas residuales (M1), rumen (M2) y
una mezcla de rumen y estiércol
(M3) en el camal del Distrito Metro-
politano de Quito, entidad adscrita a
la Empresa Pública Metropolitana de
Rastro de Quito. El muestreo se rea -
lizó siguiendo la norma NTE INEN-
ISO 10381-2 que especifica las
técnicas de muestreo de suelo, to-
mando submuestras en 10 zonas del
reservorio que contenía el material y
formando una sola muestra com-
puesta, la cual fue procesada y ana-
lizada según el esquema detallado en
la Figura 1.
103
MONITOREO DE LA DIGESTION ANAEROBIA
DE DESECHOS DEL CENTRO DE FAENAMIENTO DE QUITO
Chuquer et. al., 97–116
Figura 1. Metodología de digestión anaerobia de muestras
Trasvasado
Pesado
Rumen -estiércol
Dilución
Degradación
anaeróbica
Caracterización
(Físico-química )
Rumen
Sólido PTAR
Cuantificar
Filtración
Compost Biol
FIN
INICIO
Muestreo
Balanza
(150 g)
Frascos
autoclavables
modificados
(1 L)
Agua
destilada
1:2
Temperatura
15 días
1:3
50 °C
T
ambiente
Biogás
(Metano)
FITR
Laboratorio
acreditado
30 días
Se realizó un muestreo el 04 de
enero de 2019 para determinar las
condiciones iniciales del sustrato y se
realizó otro muestreo el 08 de agosto
de 2019 para evaluar la composición
del digestado sólido y líquido. Se
agregó agua destilada tipo 2 en pro-
porciones 1:2 y 1:3 (desecho:agua).
Posteriormente, se realizó la biodi-
gestión anaerobia en frascos autocla-
vables Boeco, adaptando un tapón
de caucho en la tapa original para re-
colectar el biogás.
104
InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020
Las asignaciones realizadas con la
asistencia de cálculos químico-cuán-
ticos, permitieron establecer un mé-
todo de cuantificación (Comeford &
Gould, 1961; Pele et al., 2011). Las
bandas de absorción experimentales
en el IR asignadas con la asistencia de
cálculos teóricos fueron 1303 cm
-1
para CH
4
y 2964 cm
-1
para C
3
H
8
-
C
4
H
10
, con la finalidad de monitorizar
la producción de dichos gases durante
la biodigestión anaerobia (Figura 2).
Las curvas de calibración de absor-
bancia versus concentración de los
gases a ambos números de ondas (
u
)
presentaron relaciones lineales, cuyos
parámetros se resumen en la Tabla 3.
RESULTADOS
Tabla 3. Parámetros de linealidad
Parámetro CH
4
C
3
H
8
-C
4
H
10
u
(cm
-1
) 1303 2964
Recta A=6,7711x10
-6
*C
m
A=3,0566x10
-5
*C
pb
R
2
0,9921 0,9997
LD (mL m
-3
) 4399 1065
LC (mL m
-3
) 14665 3551
Figura 2. Espectro FTIR experimental en fase de gas y calculado
105
MONITOREO DE LA DIGESTION ANAEROBIA
DE DESECHOS DEL CENTRO DE FAENAMIENTO DE QUITO
Chuquer et. al., 97–116
En las tablas 4 y 5 se reportan los re-
sultados del análisis de repetibilidad
y reproducibilidad aplicando el
ANOVA. Se indica el porcentaje de
variación debido a la repetibilidad
(%CVr) y reproducibilidad (CVR), así
como la F de Fischer con un 95 % de
confianza y el coeficiente de Horwitz
(%CVh) para cada nivel de concen-
tración (Miller et al., 2018). El criterio
de aceptabilidad para la repetibilidad
fue
0,5*%CVh > %CVr
y para la repro -
ducibilidad
0,67*%CVh > %CVR
.
Tabla 4. Repetitibilidad y reproducibilidad para la calibración de CH
4
CH
4
(mL m
-3
) CVr (%) CVR (%) F
calculado
* CVh (%)
250 19,7 48,2 16,0 7,0
3000 6,8 11,3 6,4 4,8
12000 1,0 8,9 234,0 3,9
30000 0,3 7,3 1501,0 3,4
*
F
crítico
=5,143 para 3 repeticiones de cada estándar en tres días diferentes
Tabla 5. Repetibilidad y reproducibilidad para la calibración de C
3
H
8
-C
4
H
10
C
3
H
8
-C
4
H
10
(mL m
-3
)
CVr (%) CVR (%) F
calculado
* CVh (%)
500 3,1 9,2 24,5 6,3
3900 5,3 4,9 0,5 4,6
15600 0,9 1,4 5,5 3,7
39000 0,3 0,3 0,6 3,3
*
Fcrítico=5,143 para 3 repeticiones de cada estándar en tres días diferentes
Posteriormente, se realizó la diges-
tión anaerobia de tres muestras de
desechos de camal: M1, M2 y M3. La
Figura 3 muestra la producción de
CH
4
durante 24 días a temperatura
ambiente y a 50 °C, con una relación
desechos : agua de 1:2 y 1:3.
106
InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020
Figura 3. Concentración de CH
4
durante biodigestión
para a) M1, b) M2, c) M3 y d) CH
4
máximo de cada serie de experimentos
0
80000
160000
240000
320000
400000
480000
560000
640000
0510152025
mL m
-3
CH
4
Días
M1TambD1:2 M1T50D1:2
M1TambD1:3 M1T50D1:3
a)
0
80000
160000
240000
320000
400000
480000
560000
640000
0510152025
mL m
-3
CH
4
Días
M2TambD1:2 M2T50D1:2
M2TambD1:2 M2T50D1:3
b)
0
80000
160000
240000
320000
400000
480000
560000
640000
0510152025
mL m
-3
CH
4
Días
M3TambD1:2 M3T50D1:2
M3TambD1:2 M3T50D1:3
c)
0
80000
160000
240000
320000
400000
480000
560000
640000
mL m
-3
CH
4
M1TambD1:2
M1T50D1:2
M1TambD1:3
M1T50D1:3
M2TambD1:2
M2T50D1:2
M2TambD1:2
M2T50D1:3
M3TambD1:2
M3T50D1:2
M3TambD1:2
M3T50D1:3
d)
107
MONITOREO DE LA DIGESTION ANAEROBIA
DE DESECHOS DEL CENTRO DE FAENAMIENTO DE QUITO
Chuquer et. al., 97–116
La caracterización fisicoquímica y
microbiológica del biol y digestado
fue realizada en un laboratorio acre-
ditado (ALS-global) y se detallan en
la Tabla 6.
El análisis estadístico para determinar
la influencia de las variables en la
biodigestión fue realizado en Stat-
graphics ® mediante un diseño fac-
torial 3x2x2 y se muestra en la Tabla
7. Existió un efecto estadístico signi-
ficativo entre las variables de diseño
en la concentración de CH
4
(función
respuesta) cuando el parámetro p <
0,05 para un nivel de confianza del
95%.
Tabla 6. Composición de sustrato, biol y digestado sólido
Parámetros Unidades Método M1 M2 M3 Digestado Unidades Biol
M3T50d1:3 M3T50d1:3
Nitrógeno
SM 4500-
Total mg kg
-1
Norg Cl 13691,3 17383,7 17381,2 10300,2 mg L
-1
371
Kjendahl
USEPA
Potasio mg kg
-1
3050 B, 4022,6 4776 11122 1532,3 mg L
-1
195
7610
Carbono
WALKLEY
orgánico
% & BLACK, 25,37 36,65 30,85 35,38 - -
1934
USEPA
Calcio mg kg
-1
3010 A, 15515,8 2149,2 2669,3 8427,8 mg L
-1
225
3050 B
SM 4500-P
Fósforo mg kg
-1
B y 4500-P 621,7 201,5 576,7 1214,9 mg L
-1
160,75
C
USEPA
Magnesio mg kg
-1
3010 A, 637,6 529,2 567,2 395,3 mg L
-1
17,66
3050 B
Potencial de
U pH
USEPA
8,29 7,69 7,48 7,16 mg L
-1
7,24
Hidrógeno 9045 D
Sólidos
%
USEPA
23,66 12,25 12,57 10,28 mg L
-1
8306
Totales 160.3
Sulfatos mg kg
-1
USEPA
77,4 58 91,6 <50 mg L
-1
171
375.4 SO4
Sólidos
Suspendidos
% USEPA 23,35 12,2 12,49 - - -
Totales
160.3
108
InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020
Demanda WALKLEY
Química de mg kg
-1
& BLACK, 253700 366500 308500 - - -
Oxigeno 1934
Sólidos
USEPA
Disueltos %
160.3
0,31 0,05 0,08 - - -
Totales
Humedad %
NMX-AA-
16-77,27 87,43 90,92 89,72 - -
1984
Sólidos
%
NMX-AA-
22,73 12,57 9,08 10,28 - -
Secos 16-1984
USEPA
Cobre mg kg
-1
3010 A,
5,1 <5,0 5,8 26,8 mg L
-1
0,24
3050 B,
EPA 7210
USEPA
Níquel mg kg
-1
3010 A, 6,9 7,2 6,2 9,2 mg L
-1
0,06
3050 B
Arsénico mg kg
-1
SM 3114 B
0,3 0,3 0,29 <0,10 µg L
-1
<2,00
USEPA
Bario mg kg
-1
3010 A, 36,8 54 46,3 53,2 mg L
-1
0,99
3050 B
USEPA
Cadmio mg kg
-1
3010 A, 2,76 2,29 2,14 1,53 mg L
-1
<0,02
3050 B
Mercurio mg kg
-1
USEPA
0,1 <0,1 0,1 <0,10 µg L
-1
<2,0
7471 B
USEPA
Plata mg kg
-1
3050 B, 2,5 <2,5 2,5 <2,5 mg L
-1
0,07
7760 A
USEPA
Plomo mg kg
-1
3010 A, 12,4 13,9 12,9 13,8 mg L
-1
0,17
3050 B
USEPA
Zinc mg kg
-1
3010 A, 9,7 23,4 7,1 44,1 mg L
-1
1,1
3050 B
USEPA
Cromo Total mg kg
-1
3010 A, 12 14,8 14,7 3,8 mg L
-1
0,09
3050 B
USEPA
Molibdeno mg kg
-1
3010 A, 12,5 <12,5 12,5 <12,5 mg L
-1
<0,25
3050 B
SM 3120 B,
Selenio mg kg
-1
USEPA 0,1 <0,100 0,1 <0,1 mg L
-1
<0,010
3050 B
Coliformes NMP g
-1
SM 9221 B,
1400 7000 7000 0 NMP/100mL 2
Fecales E, F
Coliformes NMP g
-1
SM 9221 B,
2800 210000 93000 0 NMP/100mL 13
Totales E, F
109
MONITOREO DE LA DIGESTION ANAEROBIA
DE DESECHOS DEL CENTRO DE FAENAMIENTO DE QUITO
Chuquer et. al., 97–116
NMX-AA-
Huevos de
Huevos g
-1
113-SCFI- 1 <1 1 <1 Huevos mL
-1
0
Helmintos
2012
Salmonella UFC g
-1
3M
0 0 0 0 UFC mL
-1
0
PETRIFILM ®
SM= Standard Methods, USEPA= United States Environmental Protection Agency, NMX=Norma Mexicana
Tabla 7. ANOVA para CH
4
Parámetros Razón -F Valor-p
A: Desecho 20845,71 0,00
B: Temperatura 10339,58 0,00
C: Dilución 6,67 0,02
AB 1963,84 0,00
AC 342,21 0,00
BC 2,98 0,11
ABC 386,36 0,00
DISCUSIÓN
La espectroscopia vibracional IR
brinda la ventaja de ser una técnica
no destructiva, de rápida y fácil utili-
zación. La ventaja de cuantificar va-
rios gases como CH
4
, CO
2
, C
4
H
10
y
C
3
H
8
en mezclas complejas de gases
(Hepburn et al., 2015), promovió su
utilización, la cual se fundamenta en
la identificación de los modos de vi-
bración característicos de cada mo-
lécula y se asiste en la asignación por
cálculos teóricos químico-cuánticos.
La Tabla 3 muestra la proporcionali-
dad de las relaciones absorbancia
versus concentración de CH
4
y de
C
3
H
8
-C
4
H
10
con coeficientes de co-
rrelación (R
2
) cercanos a 1.
En base a los resultados obtenidos, el
rango lineal de mediciones directas
de biogás se sitúa entre los 14665 mL
m
-3
(1,47 %V/V) y 30000 mL m
-3
(3,00 %V/V) de CH
4
y entre los 3551
mL m
-3
(0,36 %V/V) y 40000 mL m
-3
(4,00 %V/V) de C
3
H
8
-C
4
H
10
. Las di-
luciones de las muestras de biogás
(hasta FD=25) han permitido evaluar
concentraciones de hasta el 65,4 %
V/V de CH
4
.
110
InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020
Los límites de detección y cuantifica-
ción obtenidos en este trabajo, per-
mitirán aplicar este procedimiento en
la determinación de concentraciones
de CH
4
en biodigestores donde las
proporciones de estos gases superan
el 1,5 %V/V incluso en las primeras
etapas de la biodigestión anaerobia
de residuos sólidos (Deublein &
Stein hauser, 2008). Si bien es cierto,
existen sensores electroquímicos con
límites de detección más bajos (entre
16 y 170 mL m
-3
) (Honeycutt et al.,
2019), la saturación de estos senso-
res se da a concentraciones superio-
res al 5 %V/V de CH
4
, por lo cual se
usan principalmente en la detección
de explosividad y dosis letal en am-
biente cerrados. Los métodos de aná-
lisis más usados para la cuantifica-
ción de CH
4
en concentraciones en-
cima del 5 %V/V son los métodos de
infrarrojo no dispersivo (NDIR) y las
cámaras infrarrojas (Reinelt et al.,
2017). Respecto a la precisión del
método, es necesaria su calibración
cada vez que se vaya a realizar los
análisis. El método desarrollado en
este trabajo presenta una precisión
para CH
4
descrita en la Tabla 4, que
es similar en el rango lineal a la de
los sensores NDIR (entre el 7,3 y 19,8
%) (Pham et al., 2013).
La Figura 3 muestra las curvas de ge-
neración de biogás para M1, M2 y
M3, así como los valores máximos de
CH
4
generados en la biodigestión. El
tratamiento M3T50D1:3 (Mezcla
rumen-estiércol a 50 °C y dilución
1:3) es la opción que genera un bio-
gás más enriquecido en CH
4
(65,4%)
después de 15 días de digestión acor -
de a los procesos termofílicos (La-
grange, 1979). Es remarcable que el
aumento de temperatura en el pro-
ceso provoca cambios sustanciales
en la velocidad de generación del
CH
4
, mostrando resultados similares
a otros estudios reportados (Accettola
et al., 2008; Varnero-Moreno, 2011).
La Tabla 7 muestra los resultados del
diseño experimental aplicado, te-
niendo la concentración de CH
4
como función respuesta y tomando
como factores de proceso el tipo de
desecho (M1, M2 y M3), la tempera-
tura (ambiente y 50°C) y la relación
desecho:agua (1:2 y 1:3). Se eviden-
ció que todas las variables influyen
significativamente en la producción
de CH
4
. Adicionalmente, la prueba
de rangos múltiples mostro que la ge-
neración de CH
4
con M1 y M2 no
tiene diferencias significativas, por lo
que el estiércol en la mezcla con el
rumen favorece la producción de un
biogás más enriquecido en CH
4
. Los
resultados mostraron que la tempera-
tura es la variable que aporta la
mayor influencia en la producción de
CH
4
. Las bacterias metanogénicas
prefieren un medio con temperaturas
mayores a 30 °C. Valores debajo de
los 15 °C disminuyen la producción
de CH
4
por reducción de la pobla-
ción metanogénica y aumenta la di-
solución de gases en el agua. A
temperaturas mayores a 15 °C, la so-
lubilidad de los gases disminuye,
siendo un efecto positivo para los mi-
croorganismos ya que disminuye el
riesgo a ser expuestos a gases tóxicos.
Sin embargo, gases como el CO
2
que
proporciona alcalinidad al medio
también disminuye, lo que provoca
un aumento del pH generando efec-
tos de inhibición en ambientes con
altas concentraciones de amoníaco.
Los microorganismos necesitan que
el pH y la temperatura sean controla-
dos y constantes en cada etapa me-
tabólica, tal es el caso que, si existen
cambios de temperatura de ±0,5 °C,
el proceso de biodigestión se deses-
tabiliza (Tezel et al., 2011).
Si bien la dilución del desecho afecta
al proceso, está variable puede ser
excluida dependiendo del tipo de de-
secho como lo detallan los resultados
óptimos de concentración de CH
4
en
M1 y M2. La actividad anaerobia
ope ra en mejores condiciones con
un nivel de sólidos totales entre el 8
y 12 % en digestores semicontínuos
y entre un 40 y 60 % en digestores
discontínuos (MINENERGIA et al.,
2011).
Finalmente, en la Tabla 6 se eviden-
cia que las muestras de desechos de
camal reunieron las condiciones ade-
cuadas de pH, sólidos totales y la re-
lación C/N (30/1), para realizar el
proceso de degradación anaerobia,
obteniendo resultados favorables en
la producción de biogás. La literatura
reporta que el uso de biol y digestado
sólido obtenido por digestión anae-
robia mejora la calidad de los suelos
debido al aumento de biomasa mi-
crobiológica y la introducción de fos-
foro y nitrógeno así como la reduc ción
de la densidad del suelo y el au-
mento de la conductividad hidráulica
(Nkoa, 2014).
El contenido de macronutrientes en
el digestado sólido, obtenido de la
muestra M3T50D1:3, fue comparado
con estándares alemanes sobre la
111
MONITOREO DE LA DIGESTION ANAEROBIA
DE DESECHOS DEL CENTRO DE FAENAMIENTO DE QUITO
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InfoANALÍTICA 8(2)
Julio 2020
composición de fertilizantes orgáni-
cos (al menos de 0,5 % de N, 0,3 %
de P y 0,4 % de K), mostrando que el
digestado sólido requiere la adición
de fertilizantes minerales para ejercer
una influencia significativa en el
suelo. El nivel de metales pesados en
el digestado sólido y el biol cumplen
con los límites permisibles de biosó-
lidos aplicables como acondicionan-
tes de suelo expuestos en normativas
norteamericanas (CFR-US, 1993).
Respecto a los parámetros microbio-
lógicos se logró una reducción del
99,9 % de coliformes fecales y totales
en el biol y digestado sólido de la
muestra M3T50D1:3, por lo que la
biodigestión termofílica tiene un
efecto significativo en la disminución
de patógenos.
Con estos resultados se puede decir
que tanto el biol como el digestado
sólido pueden ayudar a mejorar las
características fisicoquímicas de los
suelos y disminuir el uso de fertili-
zantes sintéticos
CONCLUSIÓN
El método desarrollado, mediante es-
pectroscopia FTIR, para la cuantifica-
ción de CH
4
y C
3
H
8
-C
4
H
10
en
mues tras de biogás es satisfactorio,
sin embargo, su utilización está res-
tringida a la calibración cada vez que
se vaya a ejecutar la determinación
experimental.
El proceso de digestión anaerobia de
desechos del camal del DMQ tiene
la potencialidad de generar biogás. El
tipo de desecho y la temperatura son
factores fundamentales que mejoran
el rendimiento, obteniéndose que
una mezcla de rumen-estiércol bo-
vino, sometida a una temperatura de
50 °C pueda generar biogás enrique-
cido hasta en un 65,4 % V/V poste-
rior a 15 días del inicio de la
biodigestión.
Mediante el análisis fisicoquímico y
microbiológico del digestado sólido
y biol obtenido, se determinó que es -
tos productos cumplen con los linea-
mientos relacionados a biosólidos
pa ra su posible aplicación como
acon dicionantes de suelo y fertilizan-
tes con la ayuda de otros fertilizantes
minerales.
113
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DE DESECHOS DEL CENTRO DE FAENAMIENTO DE QUITO
Chuquer et. al., 97–116
Los autores agradecen el financia-
miento de la U.C.E. mediante el pro-
yecto No. 24 “Convocatoria 2016”.
AGRADECIMIENTO
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