CARACTERIZACIÓN MICROBIOLOGICA DEL ESTIÉRCOL BOVINO Y SU RENDIMIENTO EN LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

CARACTERIZACIÓN MICROBIOLOGICA DEL ESTIÉRCOL BOVINO Y SU RENDIMIENTO EN LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

Omar Ovidio Vera Numpe

Escuela de Microbiología

Febrero 2015

________________________________________________________________________

Summary: Energy consumption has increased in the last decade due to industrial processes and household consumption which generates 5270 tons/day of waste organic in Colombia; therefore, it is important to expand the range of inoculum for treatment with anaerobic digestion. In this work, cattle manure (EB) was used to know their status, biochemical, microbiological by the MPN technique; In addition, assessed the performance of hidroliticas, acidogenic and acetogenicas activities and specific methanogenic against a substrate, resulting in 2 g cod/SSV g productions * day, 1.94 g SSV cod/g * day, 0.5 g SSV cod/g * day and 0.6 g SSV cod/g * day respectively, these results compared by studies done by Quintero, 2011 show that EB is has higher performance. The determination of the trophic groups showed more hydrolytic microorganisms that groups methanogenics, however, also there are sulphate-reducing bacteria that may cause a problem of inhibition by competition of substrate intermediates in the process.

RESUMEN: El consumo energético se ha aumentado en la última década debido a los procesos industriales y de consumo en los hogares lo que genera 5270 Tn/día de residuos organicos en Colombia; Por lo anterior, es importante ampliar el  abanico de  inóculos para el tratamiento con digestión anaerobia. En este trabajo, se utilizo estiercol bovino (EB) para conocer su estado bioquimico, microbiologico mediante la tecnica del NMP; Ademas, se evaluó el rendimiento de las actividades hidroliticas, acidogénicas, acetogénicas y metanogénicas frente a un sustrato especifico, dando como resultado producciones de 2 g DQO/g SSV*día, 1,94 g DQO/g SSV*día, 0,5 g DQO/g SSV*día y 0,6 g DQO/g SSV*día respectivamente, Estos resultados comparados por estudios hechos por Quintero, 2011 muestran que el EB es tiene mayor rendimiento. La determinación de los grupos tróficos mostró mayor cantidad de microorganismos hidrolíticos que grupos metanogénicos, sin embargo, tambien hay presencia de bacterias sulfatoreductoras que puede ocasionar un problema de inhibicón por competencia de sustrato intermediarios del proceso.

INTRODUCCIÓN

El consumo energético se ha aumentado en la última década debido a los procesos industriales y de consumo en los hogares lo que genera gran cantidad de residuos. La gestion y disposicion de estos desechos se ha convertido en un problema ambiental que puede aumentar el riego de enfermedades que afecten la salud humana.[8]. Se ha estimado que la producción de residuos orgánicos en America Latina es de 118 Millones de toneladas por año, y Colombia produce 29,000 toneladas por dia, el 45 % de esta carga es depositada en rellenos sanitarios [1],  lugares en donde no reciben un adecuado tratamiento. Por lo anterior, se ha creado un interés  en reducir la utilización de derivados del petróleo y promover el uso de combustibles de fuente renovables [2].

Por tanto, surge la digestión anaerobia como una alternativa para gestionar las aguas residuales, y los desechos orgánicos para producción biogás. Este proceso consiste en la degradación de la materia orgánica, por parte de los microorganismos en la ausencia del oxígeno molecular [2]. La digestión anaerobia ocurre en cuatro etapas principales cada una atribuida a diferentes grupos tróficos. Los tres primeros pasos son: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis, diferentes consorcios microbianos actúan en cada uno de ellos utilizando su metabolismo para generar productos que favorecen el crecimiento de otra población microbiana creando una sintrofía en el proceso; el último paso es la metanogénesis que es realizado por Arqueas,  en este grupo encontramos microorganismos metanogénicos, termófilos y halófilos [3].

En la fase hidrolítica compuestos policarbonados (celulosa, almidones, proteínas y grasas) se rompen para formar monómeros y a partir de estos se inicia la acidogénesis donde se producen ácidos orgánicos volátiles (acetato, propionato, butirato, succinato), dióxido de carbono e hidrógeno. Seguido a esto,  durante la etapa acetogénica se sintetizan acetato, hidrógeno y dióxido de carbono. Finalmente en la etapa metanogénica se obtienen gas metano y dióxido de carbono, como productos mayoritarios del proceso metabólico [4]. Estas etapas no ocurren por separados es un proceso sintrófico y paralelo muchos más complejo [5] (Figura 1).

[pic 1]

Figura 1. Esquema de reacciones de la digestión anaerobia de materiales poliméricos (Pavlosthatis y Giraldo-Gómez, 1991). Los números indican la población bacteriana responsable de cada proceso: 1: bacterias fermentativas; 2: bacterias acetogénicas que producen hidrógeno; 3: bacterias homoacetogénicas; 4: bacterias metanogénicas hidrogenotróficas; 5: bacterias metanogénicas acetoclásticas.

Con este trabajo se pretende caracterizar y aprovechar al máximo el estiércol bovino como nuevo inóculo para la utilización en digestión anaerobia, esto implica conocer cómo es el rendimiento en cada etapa (actividad hidrolítica, acidogénica y metanogénica), también, se pretender conocer la cantidad y las diferentes  poblaciones presentes en este, para poder comprender su rendimiento y su efectividad en la producción del biogás.

METODOLOGÍA

MATERIALES

Inóculo

Inicialmente se evaluaron microorganismos nativos aislados de estiércol bovino recolectado en frigorífico municipal Vijagual (Rionegro, Colombia); Almacenado en tanques tapa rosca de 50 litros de capacidad durante 1 año y estabilizados en un bioreactor de 21L que agitaba el inoculo diariamente.

Medios de cultivo         

Los medios de crecimiento y producción de biogás que se utilizaron para el desarrollo experimental de este trabajo (pruebas de selección de inóculos e identificación de microorganismos) fueron medios reducidos “Balch” [4]. Las soluciones de sales que contenían estos medios fueron preparadas con reactivos grado comercial.

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

Evaluación de la actividad hidrolítica

La actividad hidrolítica de los consorcios se basó en la capacidad de hidrólisis del almidón, de acuerdo con el protocolo descrito por Diaz Baez et al. [7]. Los ensayos de actividad hidrolítica fueron realizados en biodigestores de 500 ml de capacidad. Inicialmente se añadió el volumen de inóculo equivalente a una concentración de 1,5 g/L de Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) y se aforó con medio mineral “balch” [7] hasta completar un volumen de operación de 391 ml. El medio de “balch” contenía sales minerales disueltas en tampón bicarbonato de sodio 0.02 N y pH 7. Los experimentos fueron realizados de la siguiente manera: tres muestras y dos blancos monitoreando cada 40 minutos durante 24 horas a temperatura de incubación de 39 ± 2°C.

...