Análisis del proceso de digestión anaeróbica para el tratamiento de residuos sólidos urbanos de Manta, Ecuador

Artículo de investigación

  • María Belén Muñoz-Menéndez Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí. Manta – Ecuador.
  • Ronaldo Francisco Santos-Herrero Universidad Central Martha Abreu de las Villas. Santa Clara – Cuba.
  • Ana Margarita Contreras-Moya Universidad Central Martha Abreu de las Villas. Santa Clara, Cuba.
  • Elena Rosa Regla-Domínguez Universidad Central Martha Abreu de las Villas. Santa Clara, Cuba.
  • Teresa Cárdenas-Ferrer Universidad Central Martha Abreu de las Villas. Santa Clara, Cuba.
Palabras clave: Residuos sólidos urbanos, digestión anaeróbica, fases separadas, análisis de ciclo de vida

Resumen

Para eliminar o disminuir los daños que los residuos sólidos urbanos provocan, se destaca el tratamiento mediante digestión anaeróbica como uno de los procesos más atractivos en la actualidad. Los problemas de control y estabilización de los sistemas convencionales de digestión anaerobia han llevado a nuevas soluciones tecnológicas, entre estas la separación de fases, que permite la optimización de la acidogénesis y metanogénesis por separado. La primera fase ha sido poco estudiada y en esta se obtienen, por fermentación, hidrógeno y ácidos grasos volátiles, cuyas aplicaciones hacen que el proceso de fermentación acidogénica tome importancia; presentándose como una plataforma que consolida el concepto de biorefinería en lugar de una etapa de tratamiento convencional. Este trabajo tiene el objetivo de realizar un estudio para la evaluación del proceso de digestión anaeróbica de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos de Manta, en un proceso en fases separadas como parte de la alternativa de solución de los residuos sólidos urbanos. Mediante la metodología propuesta se realiza la simulación del proceso a nivel de laboratorio, cuyos resultados constituyen elementos importantes para la implementación del proceso. Se obtienen remociones promedio de Sólidos Totales de 58,24 % y 64,83 % de Sólidos Totales Volátiles y se presentan los rendimientos de la producción de hidrógeno y metano. La evaluación ambiental mediante análisis de ciclo de vida muestra que los impactos ambientales más significativos del mismo están en las categorías de agotamiento del ozono estratosférico, la eutrofización del agua fresca y escasez de recursos minerales.

Palabras clave: Residuos sólidos urbanos, digestión anaeróbica, fases separadas, análisis de ciclo de vida.

ABSTRACT

To eliminate or reduce the damage caused by solid urban waste, treatment by anaerobic digestion stands out as one of the most attractive processes today. The control and stabilization problems of conventional anaerobic digestion systems have led to new technological solutions, among them phase separation, which allows the optimization of acidogenesis and methanogenesis separately. The first phase has been little studied and in this phase, hydrogen and volatile fatty acids are obtained by fermentation, whose applications make the acidogenic fermentation process become important; presenting itself as a platform that consolidates the biorefinery concept instead of a conventional treatment stage. This work aims to carry out a study for the evaluation of the anaerobic digestion process of the organic fraction of urban solid waste from Manta, in a process in separate phases as part of the alternative solution for urban solid waste. Through the proposed methodology, the simulation of the process is carried out at the laboratory level, the results of which constitute important elements for the implementation of the process. Average removals of Total Solids of 58.24% and 64.83% of Total Volatile Solids are obtained and the yields of hydrogen and methane production are presented. The environmental assessment through life cycle analysis shows that the most significant environmental impacts are in the categories of stratospheric ozone depletion, eutrophication of fresh water and scarcity of mineral resources.

Keywords: Urban solid waste, anaerobic digestion, separate phases, life cycle analysis.

Información del manuscrito:
Fecha de recepción:
20 de mayo de 2020
Fecha de aceptación: 08 de julio de 2020
Fecha de publicación: 09 de julio de 2020

Descargas

La descarga de datos todavía no está disponible.

Citas

Agrela, F., Cabrera, M., Martín 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.

Angeriz, R. 2018. Producción de bio-hidrógeno por co-digestión anaerobia acidogénica de residuos sólidos urbanos, residuos alimentarios de cocina y lodos de depuradora. Trabajo de tesis. Ciencias tecnológicas, Ingeniería y tecnología del medio ambiente. Universidad de Cádiz. España. 2018.

APHA, “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, 2005.

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.

Barradas, A. 2009. Gestión Integral de Residuos Sólidos Municipales. Estado del Arte. Veracruz, México: Instituto Tecnológico de Minatitlán. Extracto de la tesis de Doctor en Ciencias en Ingeniería Ambiental del autor, por la Universidad Politécnica de Madrid, pp. 4-9.

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.

BIOPLAT y SusChem-España (Plataformas Tecnológicas Españolas de Biomasa para la Bioeconomía y de Química Sostenible). 2017. Manual sobre las Biorrefinerías en España. http://www.bioplat.org/setup/upload/modules_docs/content_URI_4020.pdf.

Bovea, M., Cruz, S., Mercante, I., Coutinho, C., Eljaiek, M., Ibáñez, V. 2016. Aplicación de la metodología de ACV para evaluar el desempeño ambiental de sistemas de gestión de residuos en Iberoamérica., Revista Internacional de Contaminación Ambiental, Vol. 32, No. Especial Residuos Sólidos, 2016, pp. 23-46. DOI: 10.20937/RICA.2016.32.05.03.

Castellanos, S. 2017. Análisis de Ciclo de Vida para los biorresiduos sólidos urbanos generados en Bogotá D.C, Colombia. Trabajo final para optar al título de Magister en Ingeniería Ambiental. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá D.C, Colombia 2017.

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.

Cherubini, F. & Strømman, A.H. 2011. Life cycle assessment of bioenergy systems: State of the art and future challenges. Bioresource Technology, 102, 437-451.

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

Escamilla-Alvarado, C.; Ríos-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.

Escalona, E. 2014. Daños a la salud por mala disposición de residuales sólidos y líquidos en Dili, Timor Leste. Revista Cubana de Higiene y Epidemiología, vol. 52, núm. 2, mayo-agosto, 2014, pp. 270-277.

Escamilla-Alvarado, C.; Poggi-Varaldo, H.; Ponce-Noyola, M.T. 2011. Producción de hidrógeno y metano como biocombustibles bajo el esquema de biorrefinería. Rev. Ide@ s CONACYTEG, Vol. 6, No. 71, Pág. 526-539.

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.

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.

Jaramillo, G. y Zapata, L. 2008. Aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos en Colombia. Medellín: Universidad de Antioquia. Recuperado el 9 de marzo del 2014, de http://tesis.udea.edu.co/dspace/bitstream/10495/45/1/ Aprovechamiento RSOUenColombia.pdf.

Lagunes-Paredes, Y.; Montes-Carmona, M.E.; Vásquez-Márquez, A. y Cárdenas-Guevara, G.E. 2016. Evaluación de la generación de metano y la estabilidad del proceso de codigestión de lodos residuales y fracción orgánica provenientes de un centro comercial. Revista de Ciencias Ambientales y Recursos Naturales. Septiembre 2016 Vol.2 No.5 26-35.

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.

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.

Mandujano, P. 2001. Digestión anaerobia de sólidos en alta concentración. Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Madrid, 2001.

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.

Montes, M.E. 2008. Estudio técnico-económico de la digestión anaerobia conjunta de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos y lodos de depuradora para la obtención de biogás. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería Civil: Ordenación del Territorio, Urbanismo y Medio Ambiente E.T.S. I. de Caminos, Canales y Puertos.

Montoya-Pérez, L; Durán-Herrera, E. 2017.Producción de hidrógeno a partir de la fermentación de residuos agroindustriales de la piña. Tecnología en Marcha. Vol. 30-3. Julio-Setiembre 2017. Pág 106-118.

Romero-Paredes, A. 2013. Gestión integral de residuos sólidos urbanos de la CEDA. Programa para el Desarrollo Bajo en Emisiones de México (MLED). CONTRATO: AID-523-C-11-00001. Tetra Tech ES Inc. Julio 7, 2013. www.mledprogram.org

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.

Soto, J.L. 2014. Alternativas de recogida, tratamiento y eliminación de residuos sólidos urbanos. Trabajo de Grado en Ingeniería de Obras Públicas. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos. Universidad de Valencia. 2014

Tchobanoglous, G., Theisen, H. y Vigil, S. 2004. Gestión integral de residuos sólidos. New York: McGraw-Hill.

Tenorio, M. 2008. Diseño de plan de manejo integral de residuos sólidos para plegacol S.A., Pasantía para de Administrador del Medio Ambiente y de los recursos naturales., Universidad Autónoma de Occidente, Colombia, 2008.

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

Publicado
2020-07-09
Cómo citar
Muñoz-Menéndez, M., Santos-Herrero, R., Contreras-Moya, A., Regla-Domínguez, E., & Cárdenas-Ferrer, T. (2020). Análisis del proceso de digestión anaeróbica para el tratamiento de residuos sólidos urbanos de Manta, Ecuador. Revista Científica Multidisciplinaria SAPIENTIAE. ISSN: 2600-6030., 3(6), 65-83. Recuperado a partir de https://publicacionescd.uleam.edu.ec/index.php/sapientiae/article/view/120