Construcción de un biodigestor en el zoológico de Ciego de Ávila

Resumen:

Una planta de Biogás suministra energía y abono, mejora las condiciones higiénicas y no daña el medio ambiente así como ayuda al presupuesto económico de la entidad. En el Zoológico Provincial de Ciego de Ávila se originan diariamente más de 206.75 kg de excreta húmeda que constituyen un problema ambiental y sanitario, al ocasionar malos olores y atrayendo la presencia de distintos vectores, igualmente el tiempo que permanecen las excretas almacenadas al aire libre lo convierte en un factor de contaminación ambiental. Se realiza un estudio de la factibilidad de construir una planta de Biogás para el aprovechamiento de las excretas, al final de cual se concluye que con la construcción de un Biodigestor modelo chino de 10 m3 se podrían usar las excretas para producir unos 6.303 m3de biogás al día lo cual alcanzaría para la cocción de los alimentos de los trabajadores del centro y mitigar los efectos de contaminación ambiental.

PALABRAS CLAVE: aprovechamiento, excretas, biogás.

Abstract:

A biogas plant supplies energy and fertilizer, improves hygienic conditions and does not harm the environment and support economic budget of the entity. Zoo In Ciego de Avila Provincial originate 206.75 kg daily over wet excreta are an environmental and health problem, by causing odors and attracting the presence of different vectors, also the time spent excreta stored outdoors it becomes a factor of environmental pollution. A study of the feasibility of building a biogas plant for the use of manure, at the end of which it is concluded that with the construction of a Chinese model Biodigestor 10 m3 excreta could be used to produce about 6,303 m3 of biogas per day which would reach for cooking food center workers and mitigate the effects of environmental pollution.

KEYWORDS: utilization, excrement, biogas.

Introducción

Existen datos del aprovechamiento del biogás como energía alternativa en Cuba desde 1940, para su producción se han empleado diferentes sustratos, entre ellos: heces fecales de animales y residuos de cosechas.

La utilización de los residuos en las plantas de biogás no resulta nueva y es una alternativa rentable especialmente cuando la cantidad y calidad de los desechos suministrados como materia prima son estables.

En Cuba dadas las características de su base productiva, la aplicación de tecnologías para la producción de biogás ha estado dirigida fundamentalmente a residuales de ingenios azucareros y fábricas de derivados de la caña de azúcar según varios estudiosos como Pérez (1985) y Fonte et al (1997). Por su parte Bermúdez (1995) señala su gran utilidad en el tratamiento de residuos procedentes de plantas procesadoras de café, mientras que autores como Sánchez et al (1994) y Lezcano y Pérez (1999) resaltan su uso en instalaciones pecuarias.

Dado que se obtienen mayores cantidades de biogás al combinar la biomasa vegetal con el estiércol animal, en la actualidad ha adquirido cada vez mayor popularidad y empleo el concepto de cofermentación. Sin embargo tanto la fermentación como la cofermentación consisten en la degradación de la materia orgánica.

El uso del biogás creció aceleradamente a partir de 1980 y se construyeron biodigestores de las tecnologías de campana flotante y de cúpula fija. El principal uso ha sido en la cocción de alimentos con el consecuente ahorro de combustibles; hoy existen unas 700 en granjas estatales y en el sector campesino y se continuarán construyendo plantas de biogás de pequeña escala en granjas pecuarias estatales, casas de familias campesinas e instalando biodigestores para tratar los residuos porcinos. Lugones (2003) ha indicado que aproximadamente 3 000 millones de personas en el mundo emplean todavía leña como fuente de energía para calentar agua y cocinar, lo que provoca, junto a otros efectos, que anualmente se pierdan en el mundo entre 16 y 20 millones de hectáreas de bosques tropicales y zonas arboladas.

En el mural de una planta de biogás ubicada en las afueras de la ciudad de Camagüey se lee la frase: «El biogás no es un símbolo de pobreza, sino un combustible alternativo que nos brinda la naturaleza». El biogás es una fuente de energía consustancial con el modelo energético eficiente, descentralizado, sostenible y solidario que construimos. Actualmente toda la materia orgánica originada por el Parque Zoológico Provincial de Ciego de Ávila es recolectada y acumulada durante días para ser retirada en horas tempranas de la mañana al vertedero provincial de Ciego de Ávila sin tratamiento o aprovechamiento alguno; sin embargo una planta de biogás suministraría energía y abono; mejora las condiciones higiénicas y no dañaría el medio ambiente ayudando al presupuesto de la entidad y mejora las condiciones de trabajo; además es una fuente de energía moderna. Las valoraciones de Acosta (1993) han hecho énfasis sobre lo necesario de alcanzar una mayor integración entre las formas de vida y el desarrollo material con los intereses ambientales.

Se realiza un estudio de la factibilidad en el Zoológico de Ciego de Ávila, donde se produce diariamente gran cantidad de materia orgánica, que pudiera aprovecharse en satisfacer algunas de sus demandas energéticas para el funcionamiento de un Biodigestor, contribuyendo a disminuir el impacto ambiental de la entidad y la disminución de los costos operativos al ahorrar gas natural y en su lugar usar biogás para la cocción de la comida de los trabajadores.

Materiales y métodos

Se pesaron durante un periodo de 30 días las heces fecales producidas por unos 20 equinos y 6 cerdos presentes en el área definida como herbívoros 1 y 2 y se promediaron para determinar la cantidad de excreta húmeda diaria producida utilizando una pesa comercial.

Las herramientas utilizadas son las que generalmente se emplean en obras de albañilería, excavación y movimiento de tierras, fundición de concreto y obras de mampostería.

Para la excavación y el movimiento de tierra son necesarias:

• Barreta de acero.

• Palas.

• Picas.

• Carretas o carretillas.

• Baldes de achique.

• Porra.

• Polea.

• Apisonador manual.

Herramientas de albañilería:

• Nivel de mano.

• Hilo.

• Nivel de manguera.

• Escuadra de albañil.

• Plomada.

Herramientas de mano:

• Alicate.

• Tenaza.

• Martillo.

• Segueta.

• Cincel.

• Serrucho.

• Zaranda con abertura de malla de 3 mm

Se propone construir un Biodigestor modelo chino de 10 m3 de cúpula fija para lo cual serían necesarios los materiales descritos en la tabla 1.

Tabla 1: Necesidad de materiales para una planta de 10 m³.

Resultados y discusión

Como es conocido el Biogás, es un gas – combustible, producido durante la fermentación anaeróbica de desechos orgánicos de origen animal o vegetal, dentro de determinados límites de temperatura, humedad, y acidez. (Tabla 2)

Tabla 2. Composición química del Biogás

El pesaje de la excreta húmeda durante 30 días, al ser promediado para conocer la producción promedio en el día arrojó la cifra de 206.75 Kg de excreta húmeda diaria según las mediciones realizadas (Tabla 3). Al referirse a este particular, Werner et al (1989) refieren que la producción media de excretas deberá ser medida y calculada previamente en base a la masa de los animales, puesto que existe una buena correlación entre estos dos factores.

Tabla 3. Producción media de excretas por los animales estudiados.

Teniendo en cuenta todos los anteriores aspectos para el correcto funcionamiento del biodigestor en el Zoológico de Ciego de Ávila se podría contar para la producción de biogás con las excretas producidas por 20 equinos y de 6 cerdos de 25 Kg que equivaldrían a 3 cerdos de 50 Kg, estos animales por sus características de manejo y la posibilidad de retirar sus excretas de forma controlada, sin riesgo y periódica son los adecuados para este fin. Las excretas serían transportadas hasta el biodigestor de forma diaria en el horario de la mañana al concluir las tareas de limpieza en estas dos áreas. Es necesario subrayar que el estiércol de cada lugar tiene sus características propias debido a la variación de la alimentación, manejo y raza de los animales así como el tiempo de estabulación.

En las condiciones específicas del Parque Zoológico Provincial de Ciego de Ávila la construcción de un Biodigestor modelo chino presentaría varias ventajas. Al profundizar sobre este aspecto, Barreto (2007) considera que las plantas de biogás con tanque de compensación encima de la cúpula presentan beneficios adicionales:

• Ocupa menor área de construcción.

• Minimiza el volumen de excavación.

• Ahorra el movimiento de tierra para relleno del biodigestor.

• Minimiza el tiempo de ejecución.

• La laguna encima de cúpula favorece a su impermeabilización.

• La salida de bioabono se realiza aprovechando las cargas hidrostáticas.

• La utilización del lecho de secado facilita la manipulación del bioabono.

• La utilización de estanques, lagunas y humedales favorecen al mejor tratamiento del efluente del biodigestor, facilitan su utilización en riego de cultivos lo que implica un ahorro considerable de agua potable.

En base al volumen de excreta producida se plantea como más factible la construcción de un Biodigestor de 10 m³. (Figura 1) que sería suficiente para procesar la cantidad señalada de materia orgánica.

Figura 1. Biodigestor modelo chino de cúpula fija.

La ubicación de un biodigestor es tan importante como la propia construcción, una planta mal ubicada será una instalación inútil que no se le sacara provecho. Una buena ubicación jugara un papel importante para el fácil manejo y operación de la misma. Un anticipado estudio del lugar y una detallada evaluación reportaran ganancias en el futuro de la planta.

Los principales aspectos que se deben tener en cuenta a la hora de la ubicación son los siguientes:

• Deben escogerse el lugar más cercano a la fuente de materia prima.

• Debe tratarse por todos los medios que la topografía del terreno permita el cargado de la planta por gravedad.

• En el lugar debe existir una fuente de agua para realizar la mezcla y mantener la limpieza de la planta.

• El lugar donde se utilizara el Biogás debe de encontrarse relativamente cerca (menos de 200m).

• Evitar el contacto con el manto freático para evitar filtraciones al interior o la contaminación del manto.

Teniendo en cuenta todo lo anterior se propone situar el biodigestor en el área situada detrás del edificio socio-administrativo, encontrándose el lugar a unos 40 metros del lugar donde será usado el biogás para la cocción de los alimentos y cumpliendo con todos los requisitos anteriores.

La cantidad de biomasa disponible es en total de 206.75 kg, en la actualidad estas excretas son recogidas y acumuladas durante varios días en espera de ser trasladadas al vertedero provincial en las afueras de la ciudad, con esta materia prima se producirían unos 6.303 m³ de biogás al día (Tabla 4).

Tabla 4. Producción diaria de Biogás en base a excreta húmeda y cantidad de animales.

Los especialistas definen que para realizar el almuerzo de un comensal se consume 0.34 m3 de biogás por lo que equivaldría a 18 comensales aproximadamente, según los datos de la oficina de economía del Zoológico de Ciego de Ávila diariamente almuerzan unos 17 trabajadores del total de 35 que forman la plantilla total del centro por lo cual se podrían cubrir los requerimientos para la cocción de los alimentos de los obreros.

El tiempo de retención aconsejable sería de 40 días que es el propuesto por Barreto (2006) y la proporción de agua sería de 1:3. Esta biomasa se recolectaría al final de las labores de limpieza de los recintos animales y se echará en el depósito (tanque de mezcla con desarenador) de forma diaria e ininterrumpida, pasado el tiempo de retención comenzará a verter el efluente del biodigestor que debe ser aproximadamente la misma cantidad de biomasa ingresada al día y que pudiera ser usado como biofertilizante en las áreas verdes de la institución.

Lin et al. (1985), realizaron un estudio del efecto de la temperatura, el tiempo de retención y la producción de metano; y establecieron como temperatura óptima para el proceso 35 °C, esta sería la temperatura bajo la cual operaría nuestro biodigestor ya que dependería de la temperatura ambiente y estará situado a la intemperie.

Conclusiones

• 1. El Parque Zoológico Provincial de Ciego de Ávila produce un aproximado de 206.75 kg de excretas húmedas diarias aprovechables para la producción de biogás.

• 2. La biomasa podría ser usadas para el funcionamiento de un biodigestor, modelo chino, de cúpula fija de 10 m3 que produciría unos 6.303 m3 de Biogás al día.

• 3. El biogás producido por el biodigestor alcanzaría para realizar el almuerzo de 17 trabajadores lo que equivaldría al ahorro del gas natural con el consecuente efecto beneficioso.

• 4. El aprovechamiento de las excretas producidas diariamente y su tratamiento mediante un biodigestor implicaría la obtención de biofertilizante y la disminución de la contaminación ambiental por la disposición del excremento al aire libre durante varios días.

Referencias

• 1. Acosta, M. R. (1993): Experiencias cubanas en prácticas de producción limpia y su repercusión en el control de la contaminación del ecosistema costero. Cuba, 1993.

• 2. BARRETO, S. (2007) La digestión anaerobia como vía para el manejo y aprovechamiento de los residuales de la producción animal. En: Memorias de la Conferencia Internacional "Las ciencias técnicas y agropecuarias por un desarrollo sostenible". Universidad de Camagüey, Cuba. ISBN: 978-959-16-0568-9.

• 3. BARRETO, S. (2006). Estrategia para la inserción industrial de la digestión anaerobia en el desarrollo regional. Tesis presentada en opción al grado de doctor en ciencias técnicas. Departamento de Ingeniería Química. Universidad de Camagüey.

• 4. BERMÚDEZ, R. C. (1995). Aprovechamiento biotecnológico de residuos por Fermentación anaerobia en la obtención de biogás y otros metabólicos. Curso de postgrado. ESPOCH. Riomamba. Ecuador.

• 5. FONTE, A. et al (1997). Digestión Anaeróbica de Efluentes Generados en Plantas Procesadoras de cera de caña. Resúmenes. 47 Congreso ATAC, La habana. Cuba. Pág. 99.

• 6. LEZCANO, P. y PÉREZ, J. L. (1999). Tecnología para la producción de biogás, alimento animal y biofertilizantes a partir de la digestión anaerobia de residuales con alto efecto contaminante. Memorias. La Educación Superior Cubana: Oportunidades de Cooperación Internacional. La Habana. Cuba.

• 7. LIN, C. Y. et al. (1985): Temperature Characteristics of the methanogenesis process in anaerobic digestion. Water Science Technology. Vol. 19. p. 299- 310.

• 8. LUGONES LÓPEZ, B. (2003): Análisis de biodigestores. Revista Energía y Tú. No. 22, abril-junio 2003., p. 12 -15.

• 9. PÉREZ, J. L., RODRÍGUEZ, L., QUINTERO, F.( REYES, F. (1985). Aprovechamiento de residuales como fuente de energía en una planta destiladora de alcohol etílico. Resúmenes IX Seminario Científico del Centro Nacional de Investigaciones Científicas. La Habana. p. 52.

• 10. SÁNCHEZ, E., WEILAND, P. TRAVIESO, L. (1994). Effect of the organic volumetric rate on soluble COD removal on down – flow anaerobic fixed – bed reactors. Bioresource tech. 47:173.

• 11. WERNER, U., STÖHR, U., HEES, N. (1989). Biogas Plants in Animal Husbandry. Deutsche Zentrum für Entwicklungstechnologien (GATE), Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH.

Autor:

Rándolph Delgado Fernández

Centro de Investigación de Bioalimentos y profesor adjunto a la Universidad de Ciencias Médicas de Ciego de Ávila.