Agregar a favoritos      Ayuda      Português      Ingles     
 Página anterior Volver al principio del trabajoPágina siguiente 

Usos de la pulpa de caf (página 2)




Partes: 1, 2


Según estudios realizados en el país, un 12% del contenido de la pulpa es proteína. Esta puede incorporarse hasta en un 20% en dieta para la alimentación del ganado vacuno, 5% para aves, en un 3% ganado aviar y en un 16% para porcinos.

La pulpa como combustible.

Según estudios del Centro de Investigaciones del Café, la pulpa deshidratada se comporta como buen combustible, capaz de proveer hasta 4200 Kcal/Kg. Recordando que la pulpa tiene un gran contenido de humedad, para facilitar su secado se ha planteado como necesario el prensado de la pulpa por medios mecánicos. El inconveniente sería que se van a generar grandes cantidades de licor de prensado con DQO de 60000 a 120000 mg/L y concentraciones de 12 a 24 veces mayores que las aguas residuales de beneficiado. El prensado por medios mecánicos requeriría un consumo de energía muy alto.

Usos del residuo sólido del café.

Amplios son los usos que posee el residual sólido de la pulpa del café dado sus potencialidades químicas como se muestran en la Tabla 5, sin embargo en el país según el Reunión Nacional de Medio Ambiente (2001), su uso se limita a la producción de abono orgánico.

Tabla 5. Potencialidades de uso de la pulpa de café

Alimentación

(Pujol y col.1998; Gallo y col. 2000; Castillo y col. 2002)

Gallinas ponedoras

Raciones para ratas albinas

Ganado vacuno, porcino, caprino

Tilapia cultura

Suplemento alimenticio.

 

 

 

Fertilizante

(Pujol y col.1998, Gallo y col. 2000; Seles-Calvo y col. 2003)

Natural

 

Compostaje

 

Lombricultura

 

 

Lombricompostaje

 

Simbiosis como abono orgánico natural.

Aditivo en fertilizantes artificiales.

 

Aditivo en fertilizantes artificiales.

 

 

Sustitución de fertilizantes.

 

 

Tratamiento biológico

(Montalvo. 2002; Ulloa y col. 2003,)

Descomposición aeróbica

 

 

Descomposición anaeróbica

Suplemento rico en proteínas y bajos contenidos de celulosa.

 

Metanización de la pulpa de café y obtención de lodo estabilizado usado como fertilizante.

 

 

 

 

 

Energía

(Pujol y col.1998, Gallo y col. 2000)

 

 

Quema directa.

 

 

 

Briquetas

 

 

Gasificación

Energía térmica con bajo contenido calórico, altos contenidos de contaminantes gaseosos tales como CO2, CO, NOx SOx.

Mayor contenido de energía térmica, contaminantes gaseosos tales como CO2, CO, NOx SOx.

Gas pobre con bajo poder calórico, disminución de gases contaminantes, producción de energía térmica y eléctrica.

 

Transformación química

(Moya y col. 1990)

Deslignificación y aislamiento de celulosa.

Conversión química de la celulosa

 

ácido clorogénico

 

 

Obtención de celulosa para disolver.

 

Obtención de carboximetilcelulosa. etilcelulosa, bencilcelulosa

 

Antioxidante.

Proceso anaeróbico.

El proceso anaeróbico es aquel en que se efectúa la degradación de la materia orgánica en ausencia de oxigeno molecular como aceptor de electrones (Montalvo, 1973; Tumer y col, 1983).Tal es el caso por ejemplo, de los procesos de producción de alcohol, los procesos de desnitrificación y de digestión anaerobias, estos dos últimos empleados en el tratamientos de aguas residuales Meltcalf.y col, (1991).

Los procesos de digestión anaerobia ocurren normalmente en la naturaleza siendo los nichos de estos procesos el fondo de los ríos el lago y el mar, la ciénaga y el tracto intestinal de, prácticamente todos los animales según Lubberding y col (1988).

El proceso de digestión anaerobia se emplea en el tratamiento de residuales sólidos o líquidos, cuando la concentración de materia orgánica es la elevada que no resulta económica el tratamiento aerobio. (Montalvo, 1976; Carty; Smith, 1986).

La ventaja principal de los procesos anaeróbicos con relación a los aerobios se fundamenta en la transformación de la materia orgánica a través de una tecnología de bajo consumo energético. (Dohanyos y col, 1992), obteniéndose, de un balance comparativo de energía y de masa entre ambos procesos, los resultados siguientes:

Durante los procesos aerobios cerca de 60% de la energía se consume durante la síntesis de nueva biomasa (células de microorganismos) y el 40% de la energía se pierde en la forma de calor de reacción. En estos procesos cerca del 50% del carbono contenido en el sustrato se convierte en biomasa y el otro 50% pasa a dióxido de carbono.

En los procesos anaerobios casi el 90% de la energía que existe originalmente en el sustrato (residual) se retiene en el biogás que se produce durante esos procesos perdiéndose solamente el 7% de la energía inicial, como calor de reacción. Durante estos procesos cerca del 95% pasa a biogás y solo el 5% es convertido a biomasa.

Lo anterior trae como consecuencia los aspectos prácticos siguientes:

En los procesos anaerobios se consume mucho menos energía externa, fundamentalmente eléctrica, que en los procesos aerobios, no necesitándose de equipos mecánicos para el desarrollo de estos. Además se obtiene energía, en forma de gas combustible, útil para cualquier fin energético.

En los procesos anaerobios solo se generan el 10 al 30% de los lodos, que se produce en los aerobios lo que disminuye considerablemente los costos de disposición final de estos; además, los lodos anaerobios están mucho mas estabilizados que los aerobios.

En los procesos anaerobios no se producen aerosoles potencialmente peligrosos para le ambiente circundante de la planta de tratamiento.

Por cada kilogramo de DQO eliminado por el metabolismo microbiano, la vía aerobia requerirá de un kW/h. de energía eléctrica para el equipo de aeración. Mientras que la vía anaerobias producirá el equivalente de 3kW/h. como energía química acumulada en el metano, la cual puede ser convertida en una maquina de combustión acoplada a un generador eléctrico de eficiencia media (20%), lo que resulta en 0,6kW de energía eléctrica/Kg. de DQO removida según Noloya (1998).

La aplicación de un proceso aerobio previo a un sistema anaerobio puede mejorar la sedimentabilidad del lodo contribuyendo a mantener valores constantes del Índice Volumétrico del Lodo y un control mayor del fenómeno de abultamiento en el sistema anaerobio (Díaz; Campos, 2002).

Biogás.

Producto de la degradación anaerobia de la materia orgánica presente en los desechos, se obtiene al final del proceso, un gas rico en CH4 (>50%) y CO2 (<50%), el cual posee además traza de nitrógeno, de hidrógeno, sulfuro de hidrogeno, vapor de agua, amoniaco y compuestos aromáticos como, escatol y catecol Chang y col. (1983). A este gas que tiene la característica de presentar alto valor combustible se le denomina biogás.

Antecedentes Históricos.

El gas metano fue descubierto por Shiley en 1667 llamándosele "Gas de los Pantanos". La historia señala que Alejandro Volta fue el primer investigador en describir científicamente la producción de gas combustible en lodos y sedimentos lacustres 1776.

En 1806 Humphrey Dauy, identificó un combustible gaseoso rico en metano y dióxido de carbono como resultado de la fermentación desechos animales en ambiente húmedo.

La primera unidad utilizada para depurar los sólidos sedimentados de agua negras o albañal domestico, fue desarrollado por Louis H. Mouras de Vesoul, en Francia fue denominada "estercolero automático Moura".

En 1889 Gayon descubrió que el gas poseía propiedades combustibles.

En 1891 Scott y Moncrieff desarrollaron las bases del reactor anaerobio ascendente con lecho de lodo y filtro anaerobio.

En 1901 Schegon descubrió las características de las metanobacterias, que interviene en el proceso de metanogénesis.

En 1904 en Inglaterra se instalo el primer tanque de doble propósito, el cual se efectuaba la sedimentación de los sólidos y tratamientos de los lodos conformados por estos sólidos. Este fue conocido como tanque hidrolítico Travis.

Una de las primeras instalaciones en Estados Unidos que empleó tanques de digestión para lodos, fue la planta de tratamiento de albañales de Baltimore, se construyeron tres tanques de digestión rectangulares y se le adicionaron 16 tanques más en la etapa de 1911 a 1921.

En 1916 se aisló por primea vez metanobacterias. Durante el periodo comprendidote 1920 a 1925 el proceso de digestión anaerobia fue estudiado intensamente.

Durante la segunda Guerra Mundial en Francia y Alemania se construyeron grandes instalaciones de biogás, desarrollaron las primeras plantas denominadas "constrúyala usted mismo", que consistían en digestores continuos (batch). La totalidad de las instalaciones se construyeron en hormigón con agitación o mezclado mecánico. El biogás se almacenaba en tanques independientes y flotantes de cubierta mecánica. Desde aquí el combustible llegaba por tuberías a las cocinas o comprimidos en balones de acero para tractores. En 1951 se desarrolla el proceso anaerobio de contacto o lodo activado anaerobio, pudiendo considerarse el punto de partida de los digestores de segunda generación, en 1956 se diseña la versión actual del reactor con lecho de lodo (USB).

En 1969 Young y McCarty desarrollaron la versión actual del filtro anaerobio y Lettinga en el 1979 puso en práctica el reactor anaerobio de flujo ascendente con lecho de lodo (UASB). En 1981, Jewell y colaboradores aplicaron el concepto de lecho expandido al tratamiento anaerobio de aguas residuales, según Switzembaum y Jewell. (1978); Letting y col. (1980).

A partir de esta etapa se han logrado alcanzar grandes progresos en:

- comprensión del proceso.

-control del proceso.

-dimensionamiento de los reactores.

-diseño de nuevos modelos.

Actualmente se profundizan los estudios sobre los aspectos básicos de al anaerobiosis de residuales líquidos y sólidos que contamina el ambiente. Jewell, (1987

La composición y propiedades del biogás se detallan en la (figura 4).

Monografias.com

La generación de biogás no solo se consigue a partir de los residuos de los procesos de la digestión de humanos y animales, puede ser utilizado otros como:

Residuos domésticos

Corteza de coco

Corteza de frutas

Bagazo de caña de azúcar

Cascarilla de arroz, trigo

Madera o residuos forestales

Residuos urbanos y rurales

Residuales de destilerías

Procesos de beneficios del café

Procesos de producción de vinos

Mataderos de aves

Beneficios del biogás.

Monografias.com

El poder calórico del biogás comparado con otros combustibles aparece en la Tabla 1, presentando valores intermedios comparados con los demás combustibles tradicionales.

Tabla 1. Valores caloríficos a 20 oC de diferentes tipos de combustible.

Combustible

Poder calorífico (kcal/kg)

 

 

Combustible

Poder calorífico (kcal/Kg.)

 

Leña

2524

Gas natural

98500 ( 558 kg/m3)

Carbón vegetal

6800

GLP

11900 ( 558 kg/m3)

Alcohol etílico

7090 (789 kg/m3)

Gasolina de aviación

11150 ( 709 kg/m3)

Alcohol metílico

5425 (879 kg/m3)

Carbón mineral

6000

Biogás (anaeróbico)

5222 (60 % de metano)

Carbón metalúrgico

6800

Bagazo de caña de azúcar

2257 (60 % de metano)

Nafta

11000( 681 kg/m3)

Gasolina

11100 (721 kg/m3)

Gas canalizado

4500( kg/m3)

Queroseno

1090 (787 kg/m3)

Xisto

1458 ( kg/m3)

Aceite combustible

10850 (889 kg/m3)

Aceite diesel

10900 ( 832 kg/m3)

Aunque existen diferentes tipos de digestores nos referiremos a los mini biodigestores y específicamente al modelo Hindú .El biodigestor consta de las siguientes características:

Un sistema de recepción de la materia orgánica

Cámara de digestión

Un sistema de descarga de efluentes

Un almacenamiento de gas (gasómetro)

Perspectivas de aplicación de la tecnología anaerobia a nivel mundial.

En muchas partes del mundo existen y se producen enormes cantidades de residuos agropecuarios, de las industrias azucareras y sus derivados y de la alimenticia, de origen urbano (sólidos y líquidos), etc. Que contribuyen seriamente a la contaminación ambiental, fundamentalmente, de las aguas superficiales y subterráneas, por lo que se hace imprescindible purificar estos residuos, antes de su vertimiento al medio ambiente (Pichardo, 1986; Fiesta y Borja, 1991).

La aplicación de los procesos anaerobios tiene interesantes perspectivas ya que, no solo se podían alcanzar resultados positivos en la mejora del medio ambiente, sino que, además, se obtendrían cantidades importantes de biogás de múltiples usos, esto permitiría amortizar en parte en algunos casos totalmente, la inversión de no solo el proceso anaerobio sino también de la planta de tratamiento de residuales que se construya para depurar estos.

El mercado potencial de la tecnología anaerobia y los grandes espacios que aun les están reservados para su aplicación se reflejan en la baja densidad de reactores anaerobios constituidos para el tratamiento de aguas residuales. Esta "densidad" se define como el numero de reactores constituidos por cada millón de habitantes. (Hulshoff Pol, 1998). Por ejemplo, la mayor densidad la representa Holanda, con 5,83 mientras que México y Brasil, países líderes en América Latina, tienen una densidad de 0,46 y 0.40 respectivamente. La India el país de mayor densidad en Asia tiene 0,06 rector por cada millón de habitante.

La aplicación de la digestión anaerobia como método de tratamiento de la fracción orgánica de los residuales sólidos municipales a evolucionado en Europa de una capacidad de 122000 toneladas por año en 1990 a 1023000 toneladas en el 2001. Sin embargo, esto representa, solo el 0.7 % de la cantidad de la fracción orgánica total producida en Europa.

Por otra parte como subproducto del proceso anaerobios, en la mayoría de las ocasiones se obtiene un lodo con propiedades biofertilizante, que resulta en ciertos casos hasta mas valiosos desde el punto de vista económico que el biogás obtenido en el proceso, si se tiene en cuenta los problemas de contaminación, secundaria que generan los fertilizantes químicos, que además resultan caros, y por otra parte, estos no sirven como acondicionadores de suelo, propiedad esta de la que si presentan los biofertilizantes. Esta propiedad adquiere una importancia muy significativa en los suelos tropicales y subtropicales debidos a la rápida degradación que experimentan las tierras cultivables bajo estas condiciones climáticas. Las temperaturas en estas regiones permitirían aprovechar la mayoría del volumen de biogás generado en el proceso anaerobio, ya que este requeriría poco calentamiento para alcanzar las temperaturas requeridas para llevarlo a cabo las cuales se encuentran entre 32 y 37ºC como optimas en el rango mesófilo. (Hashimoto, 1992; Carty, 1994)

En otras regiones esto constituye una limitante para el proceso principalmente en los países fríos, ya que el biogás producido tiene que ser utilizado en su mayor parte en el propio proceso para auto mantenerlo energéticamente. (.Smart y Boyko, 1977). Sin embargo para los países tropicales y subtropicales en vías de desarrollo donde existe condiciones de clima muy favorable para la biometanogénisis y que, en su mayoría posee limitados recursos energéticos.

Degradación anaerobia de la materia orgánica.

Está bien establecido que para el diseño de un sistema de tratamiento biológico resulta esencial la comprensión de las actividades ecológicas, bioquímicas y fisiológicas de los microorganismos que están involucrados en el proceso.

Es objetivo central de este capítulo es ofrecer un estudio de lo reportado en la literatura sobre el conocimiento de la microbiología y bioquímica de la digestión anaerobia; discutir las características fundamentales de los microorganismos que intervienen en el proceso así como delinear aquellos aspectos en los que aún quedan cuestiones por esclarecer.

El proceso de digestión anaerobia de residuales es simplemente una intensificación tecnológica de procesos que ocurren normalmente en la naturaleza. En estos sistemas, donde las especies SO42-, 02, o NO3 no se encuentran disponibles, actúa como aceptor de electrones un compuesto orgánico.

A través de reacciones de oxidación - reducción, los electrones son transferidos de un compuesto reducido (donante de e') a otro más oxidado (aceptor de e-). La energía liberada por la reacción es almacenada en las células bacterianas en forma de ésteres de fosfato ricos en energía (ATP), los cuales son utilizados por las propias células para todas las reacciones que sustentan el crecimiento microbiano.

La cantidad de energía liberada en un proceso, expresada por los cambios de energía libre de una reacción (AG0), es dependiente del estado de reducción de los compuestos que actúan como oxidantes o como reductores.

La cantidad de ATP ganada por las células es dependiente de la eficiencia del metabolismo. La mayoría de las bacterias anaerobias trabajan con una eficiencia oscila entre 25 y 50% (Thayer y col; Bacter, 1977).

El metano es uno de los principales productos finales de la descomposición de la materia orgánica en ambientes anaerobios.

La digestión efectiva de la materia orgánica a metano requiere del metabolismo coordinado y combinado de diferentes grupos de microorganismos los cuales pueden diferenciados sobre la base de los sustratos que utilizan y los productos metabólicos finales formados. (Zeikus, 1980) El esquema biológico involucra reacciones de multi – organismos con multi - sustratos que se llevan a cabo en serie y en paralelo Moletta, (1998).

Este proceso biológico, de producción de metano, a partir del material orgánico complejo ha sido descrito según diferentes mecanismos. Entre éstas se encuentran siguientes:

Metanogénesis en una sola fase.

De acuerdo con este mecanismo, el CH4 y el C02 se forman, directamente, a partir, de los compuestos orgánicos complejos.

En 1906, Ornelianski reportó el aislamiento de un cultivo puro de una bacteria metanógena que fermentaba la celulosa. A partir de aquí, y en adelante, todos esfuerzos realizados para reaislar tal bacteria fueron infructuosos, no pudiéndose obtener ninguna bacteria celulolitica que produjera CH4.

Barker, en 1956, dudó de la pureza del microorganismo aislado por Omelianski.

Esta bacteria denominada inicialmente Mathanobacillus omellanskii, más tarde identificada corno una asociación simbiótica de dos especies microbianas, por lo que debía ser el mecanismo que describiera el proceso.

Metanogénesis en dos fases.

Este mecanismo se basa en la división del proceso en dos fases, referida primera a la fase de producción de ácidos y la segunda a la de producción de gas. De acuerdo con esta premisa, las bacterias ácido-formadoras podrían descomponer material orgánico complejo hasta ácidos grasos de cadena corta, como fórmico, acético, propiónico, butírico y en menor cantidad el valérico y el isovalérico. Estos ácidos grasos bajo peso molecular son denominados ácidos grasos volátiles (AGV) debido a que puede ser destilado a presión atmosférica. El ácido propiónico se produce, principalmente partir de la fermentación de los carbohidratos y las proteínas presentes en los residuos, alrededor del 30% de los compuestos orgánicos, contenidos en estos residuos, convertido a este ácido antes de que finalmente pase a CH4. El ácido acético es el intermediario más abundante y se forma prácticamente a partir de todos los compuestos orgánicos. En el caso de sustratos complejos el ácido acético es precursor de cerca 72% del CH4 formado durante la anaerobiosis y conjuntamente con el propio contribuye al 85% de la producción total de CH4, según puede apreciarse en la (Figura 6).

Una proporción elevada del 15% del CH4 restante proviene de la degradación de otros ácidos como fórmico y butírico, entre otros compuestos.

Monografias.com

Figura 6. Producción de metano en la anaerobiosis de sustratos complejos.

Las baterías formadas de CH4, por su parte, podrían convertirse estos ácidos orgánicos simples en CH4 y CO2. Esta teoría fue considerada igualmente no satisfactoria, por cuanto el aislamiento de bacterias metanógenas que utilicen ácidos orgánicos de más de dos átomos de carbono ha sido reportado excepcionalmente, además de que la propia descomposición del ácido acético también tiene sus dificultades.

Metanogénesis en multietapas.

Desde inicio de siglo, se observó que el hidrógeno se producía a partir de la descomposición del material orgánico cuando la producción de CH4 era muy baja y la explicación de estos fue obtenida con Methabacillus omelianskii, el cual jugó un importante papel en el estudio de bacterias metanógenas al identificarse como una de las asociaciones simbióticas de dos especies bacterianas. Una de ellas utiliza etanol y produce acetatos e hidrógeno y se le denomina organismo "S" y la otra, nombrada Methanobacterium, utiliza hidrógeno para reducir el CO2 a CH4 de acuerdo con la ecuación siguiente:

Monografias.com

Bryan, (1967), planteó que la oxidación de etanol a acetato es totalmente inhibida por presiones de hidrógeno de 49,03 kPa, por lo que los requerimientos de este gas por parte de las bacterias metanógenas estimulan el crecimiento del organismo "S" al mantener bajas concentraciones de hidrógeno en el medio. La transferencia de hidrógeno entre estas especies permite la conversión de etanol y C02 a acetato y CH4, respectivamente. Por otra parte, la pureza de cultivos metanógenos que descompongan propionatos, butiratos y valeratos no ha sido confirmada de acuerdo con lo reportado en la literatura. Es por esto, que se pensó en la existencia de un tercer grupo de bacterias involucradas en este proceso y que fuesen capaces de convertir compuestos aromáticos, ácidos grasos y alcoholes en ácido acético, H2, y dependiendo del sustrato, también en C02 según Perry ; Wolfe (1976).

En la actualidad diferentes autores han considerado que la digestión anaerobia procede en varías etapas sucesivas (Mcinerney, 1980; Yang y col, 1988) tales como Hidrólisis o licuefacción. En esta etapa los compuestos orgánicos son solubilizados por enzimas excretadas por bacterias hidroliticas que actúan en el exterior celular por lo que se consideran exoenzimas. La hidrólisis es por tanto, la conversión de los polímetros en sus respectivos monómeros.

Acidogénesís. En esta etapa los compuestos orgánicos solubles que comprenden los productos de la hidrólisis son convertidos en ácidos orgánicos tales corno acético, propiónico y butírico, fundamentalmente (Joubert; Brito, 1987).

Acetogénesis. Se le conoce también como acidogénesis intermediaria en la cual los productos correspondientes son convertidos en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono.

Metanogénesis. En esta etapa metabólica el CH4 es producido a partir del ácido acético o de mezclas de H2 y C02, pudiendo formarse también a partir de otros sustratos tales como ácido fórmico y metanol.

Las cuatro etapas metabólicas que ocurren en los procesos de digestión anaerobia pueden ser representadas según la (Figura 7).

En la (Figura 8) se presenta otro esquema de las etapas metabólicas (Cairo; Paris y col, 1988; Lema, Méndez y col, 1988; Fernández-Polanco, 1988). Sin embargo, en la realidad, el número de interacciones llevado a cabo por los microorganismos que intervienen en la digestión anaerobia es mayor.

Monografias.com

Monografias.com

En un proceso de digestión anaerobia bien balanceada, los productos de una etapa metabólica son convertidos en la próxima, por lo que al final se obtiene la completa conversión del material orgánico biodegradable presente en el afluente a productos tales como CH4, CO2, H2, S8, NH3, etc (Thiele; Zeikus y col, 1988).

Anaerobiosis de los sustratos más importantes.

Desde el punto de vista bioquímico resulta conveniente el estudio del proceso dividido en dos grandes etapas: la no metanógena y la metanógena.

En la etapa no metanógena las moléculas orgánicas complejas se convierten en pequeñas unidades por la acción de enzimas exocelulares cuya presencia ha sido bien establecida. Así ocurren toda una serie de reacciones de acuerdo con los compuestos (sustratos) que prevalecen en el residual a ser tratado.

Etapa no metanogénica.

Anaerobiosis de polisacáridos.

Los polisacáridos son los principales materiales de la fermentación anaerobia estando formados de carbono, hidrógeno y oxigeno. Según el grado de su hidrólisis hay monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos y éstos últimos pueden hidrolizarse en compuestos más pequeños denominados monosacáridos. Los oligosacáridos son aquellos que contienen dos o seis monosacáridos después de la condensación, mientras que los que contienen muchos sacáridos se conocen propiamente como polisacáridos. Hay gran variedad de éstos entre los que se incluyen, como más importantes, la celulosa, la hemicelulosa, el almidón, el gel de pectina y xilanos.

La celulosa es componente importante en muchos residuales y por ejemplo, junto con la hemicelulosa, representa cerca del 50% de los sólidos totales de un importante residuo agrícola, como es la paja de diferentes cereales y de un 30-50% del estiércol Gijzen y col, (1987).

La celulosa es un polisacárido que se compone de unidades de glucosa unidas con cadena glucosídica del tipo β-D-1-4. La gran mayoría de toda la celulosa natural existe en la forma de una cadena larga sin ramificaciones y su peso molecular puede llegar a cientos de- miles y millones de unidades. Un gran número de moléculas de celulosa se integran en haces que se llaman microfibrilas. La microfibrila junto con la lignina y la hemicelulosa son de estructuras sumamente densas. La celulosa pura se degrada fácilmente por efecto de los microorganismos en los biodigestores anaerobios, en tanto, que la que ocurre en la naturaleza, por su combinación con lignina, etc. no es fácil de descomponer por acción rnicrobiana.

Algunos microorganismos anaerobios pueden combinar la celulosa para formar un complejo celulosa-enzima, es decir, una enzima compuesta, que está formada por C,, C. y β-glucosidasa. Gracias a la acción de estas enzimas, la celulosa se hidroliza en glucosa. Las enzimas son de dos tipos, una es una exoenzima que se disuelve en el fluido de fermentación y la otra es una enzima adherida a la superficie de la célula.

Si se torna la celulosa corno el único recurso de carbono para la producción del biogás, aparecen tres máximos, y el segundo muestra la mayor producción de gas. En el proceso de fermentación, los microorganismos que utilizan el butirato se multiplican aceleradamente. Cuando se detiene la fermentación hay un aumento marcado en la cantidad de microorganismos que utilizan el ácido butírico y el acético, que podrán incrementarse en miles de veces.

La hemicelulosa es una mezcla de pentosas y hexosas policondensadas. El gel de pectina es un tipo de pentosas polícondensadas que representan escasa proporción de los recursos de fermentación metanógena según Breure y col, (1985). El almidón es un compuesto de alto peso molecular formado por uniones 1,4-glucosídicas.

En condiciones anaerobias, estos tres grupos de materiales pueden hidrolizarse y convertirse en pentosa y hexosa, con lo cual sufren una nueva degradación en el proceso de fermentación de sacáridos.

La lignina es un tipo de compuesto amorfo, de polímeros cíclicos, que suele existir en combinación con la celulosa, la hemicelulosa y productos parecidos, que son compuestos complejos difíciles de degradar por los microorganismos. Algunos piensan que la lignina podría formar un ácido vegetal fermentado que tendría un efecto acelerado sobre el metabolismo de los microorganismos del proceso.

Anaerobiosis de los lípidos.

Los lípidos constituyen un gran grupo, que incluye las grasas y los aceites, las ceras, los fosfolipidos, los glicolipidos y los esteroides, que son insolubles en agua y solubles en solventes de éter y cloroformo.

Los lípidos presentes en los materiales de fermentación para la producción del biogás están representados principalmente por las grasas. Se componen de glicerol y ácidos grasos. En condiciones anaerobias, las grasas se hidrolizan fácilmente para convertirse en dicarboxil-fosfoacetina, y, siguiendo la trayectoria de fermentación, forma ácido pirúvico. Los ácidos grasos sufren una β-oxidación y forman la acetoacilcoenzima A (CH3CO-SCoA) y luego ácido acético. El hidrógeno liberado en la β-oxidación puede reducirse para formar metano.

Anaerobiosis de las proteínas.

Por la acción de las proteasas las proteínas se hidrolizan y éstas se convierten en péptidos y aminoácidos. Estos productos pueden ser aprovechados por los microorganismos para sintetizar sustancias celulares o para degradarlos aún más en sustancias de menor peso molecular, como los ácidos grasos, H2S, los aminos, los fenoles, el amoníaco, etc., según mecanismos de desaminación oxidativa.

Los ácidos grasos volátiles de bajo masa molecular pueden transformarse para formar metano; el amoníaco en cambio, puede emplearse ya sea como fuente nitrogenada para sintetizar los componentes celulares o para formar bicarbonato de amonio, con el cual se aumenta el ión HC0-3 y se eleva la alcalinidad del medio favoreciendo la formación del metano.

La posibilidad de utilizar el residuo sólido para la obtención de biogás s factible La tecnología que puede ser utilizada consiste en la acumulación de los residuos en un tanque que garantice la concentración, hidrólisis y acidogénesis del sustrato, para ello pueden utilizarse agitación con control de pH, de este recipiente se pasa mediante tuberías de PVC, el material con las concentraciones requeridas de materia orgánica para el biodigestor, el gas obtenido puede ser utilizado directamente para producir calor o pasar por filtros para entrar en el sistema de alimentación de un motor de combustión interna y generar electricidad

CONCLUSIONES

La factibilidad científica y técnica para la producción de biogás a partir del residuo sólido del beneficio húmedo del café es conocida. Es necesario manejar adecuadamente los residuales líquidos, incorporándolos al proceso de metanogénesis para la producción de biogás con fines térmicos y eléctricos, lo que garantiza la sustitución parcial de combustibles fósiles disminuyendo el manejo inadecuado de los mismos y los problemas de contaminación.

Referencias Bibliográficas

  • Barrios, A. V., y Guerrero, E. R. 1998. "Los desafíos del beneficiado húmedo del café en Centroamérica". Área de Postcosecha, Asociación Nacional del Café (ANACAFÉ). Guatemala

  • Biogás.1985. Parte I. Energia, #4, 4-18.

  • Breure, A. M. y col. 1985. Acidogenic fermentation of pectin by a mixed population of a bacteria in continuous culture. Biol. Lett., 7, 341-344.

  • Cairo, J. J; Paris, J. M. 1988. Microbiología de la digestión aerobia metanogénisis. En: Depuración Anaerobia de aguas Residuales. Eds. F. Fernández-Polaco, P. A. García, S. Hernando, Universidad de Valladolid, España, 41-51.

  • Castillo, E. C; Acosta, Y. A; Betancourt, N. S; Castellanos, E. M; Matos, A. G; Cobos, V. T; Jover, M. C. 2002. Utilizacion de la pulpa de café en la alimentacion de alevines de tilapia roja. Revista Aquatic. No16. Abril.

  • CENICAFE, 1996. Beneficio Ecológico del Café, "Una opción rentable" Chinchiná. Programa de postcosecha. Colombia.

  • Chang, A. C. y col. 1983. Wastewater recycling in anaerobic digestion of beef cattle wastes. Agric. Wastes, 7, 1-12.

  • Días, D; Campos, J. R. 2002. Post-treatment of anaerobic effluent using aerobic baffled reactor. En: Memorias VI Taller y Seminario sobre Tratamiento Anaerobio de Aguas residuales en América Latina, Mérida, México.

  • Dohanyos, M; Zabranska, J. 1992. Anaerobic treatment of fruit processing wastewaters. En: Proccedings 3rd Hydrotech Seminar, Industrial effluent treatment plants, Limasol, Chipre, 49-62.

  • Fiesta, J. A; Borja, R. 1991. Tratamiento de albines mediante procesos biológico. En: Memorias Reunion Internacional sobre Tratamiento de Alebines, Córdoba, España, 63-84.

  • Gallo, L y col. 2000. Guía de prevención de la contaminación para el beneficiado de café en El Salvador. USA ID/ Enviromental Pollition Prevention Project (EP3).

  • García, R; Arriola, D; Arriola, M. C; Porres, E; Rolz, C. 1987. "Caracterización de la pectina del café" En: Memorias del Tercer Simposio sobre la Utilización Integral de los Subproductos del Café". Ciudad de Guatemala, Guatemala, febrero 16-18, 1987. p. 138 – 152.

  • Gijzen, H. J. y col. 1987. Application of rumen microorganisms for an enhanced anaerobic degradation of solid organic waste materials. Biol. Wastes, 22, 81-95.

  • Guzmán, G; Martinez, D. 1987. "El cultivo de los hongos comestibles sobre la pulpa de café en México". En: Memorias del Tercer Simposio sobre la Utilización Integral de los Subproductos del Café". Ciudad de Guatemala, Guatemala, febrero 16-18, 1987. p. 68 – 75.

  • Hashimoto, S; Ferment, J. 1982. Effect of temperature and sludge retention time on the anaerobic digestion of night soil. Techn., 60, No.2.

  • Huslshoff Pol, L; Euler, H; Schroth, S; Wittur, T; Grogganz, D. 1998 GTZ sectoral Project "Promotion of anaerobic technology for the treatment of municipal and industrial wastes and wastewater.. Memorias V Taller y Seminario Latinoamericano Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales, Viña del Mar, Chile, 1998.

  • Informe de la reunión Nacional de Medio ambiente. 2001. CITMA.

  • Jarquín, R. 1987. "Alimentación de animales con pulpa de café". En: Memorias del Tercer Simposio sobre la Utilización Integral de los Subproductos del Café". Ciudad de Guatemala, Guatemala, febrero 16-18, 1987. p.45 –53.

  • Jewell, W. J. 1987. Anaerobic sewage treatment. Envir. Sci. Techn., 21, No.1.

  • Lardé, G; Velázquez, E; Rodríguez, N; Hernández, O; Jacinto, S; Ortíz, E; Zelaya, W. 1997. "Situación actual de los desechos líquidos del café en El Salvador". En: Simposio Latinoamericano de Caficultura (18., 1997 San José, C.R.). Memorias. San José, C.R., ICAFE/IICA-PROMECAFE. p. 425-428

  • Lema, J. M; Méndez, R. J. 1988. Diseño y operación de digestores anaerobios basados en conceptos cinéticos. En: Depuración Anaerobia de Aguas Residuales. Eds. F. Fernández-Polaco, P. A. García, S. Hernando, Universidad de Valladolid, España, 21-29.

  • Letting G. y col., 1980. Use of the up flow sludge blanket reactor concept for biological wastewater treatment, especially for anaerobic treatmentBiot. Bioneng, 22,699-734,

  • Lubberding, H. J. y col. 1988. Anaerobic digestion of onion waste by means of rumen microorganisms. Biol. Wastes, 25, 61-67.

  • Lumbanraga, J; Syam, T; Nishide, H; Mahi, A. K; Utomo, M; Kimura; M. 1998. Deterioration of soil fertility by land use changes in Souuth Sumatra. Indonesia: from 1970-1990. Hydrological Processes (Octobre-Noviembre 1998): 2003-2013.

  • McCartty, P. L; Smith, D. P. 1986. Anaerobic wastewater treatment 4. Envir. Sci.Techn., 20.No. 12.

  • McCarty, P. L. 1964. Anaerobic waste treatment fundamentals. Part II. Pub. Wks., oct.

  • Mcinerney, M. J. 1980. Methabolic stages and energetics of microbial anaerobic digestion. En: Anaerobic Digestion. Edit. Applied Sciences Publishers Ltd., Londres.

  • Moletta, R. 1998. Anaerobic digestión monitoring and control. En: Memorias V Taller y Seminario latino Americano Tratamiento Anaerobio de aguas Residules. Viña del Mar, Chile, 1998

  • Montalvo, S. 1973. Principio y fundamentos de la digestión anaerobia de lodos. Partes I. Boletín Técnico hidrológica Urbanística (Cuba), No.2, sept.

  • Montalvo, S. 1976. Parámetros básicos de la digestión anaerobia de lobos. Ingeniería Civil (Cuba), 27, 205-221.

  • Montalvo, S; Guerrero, S. 2003. Tratamiento anaerobio de residuos. Editora Talleres Gráficos de Fermín Pasten. P., Valparaíso, Chile, 413p.

  • Moquel, P; Soto, L. 2000. Tome café, tome conciencia: concepto, principios y ética de la cafeticultura sustentable.

  • Moya, P; Durán-Chavarría. M; Sibaja, B. M. 1990. Universidad Nacional. Departamento de Química. Agronomía Costarricense Vol. 14. No 2. p 169-173.

  • Noloya, A. 1998. Anaerobic versus aerobic processes, a settled debate. Biological vs enhanced primary treatments, the new debate. En: Memorias V Taller y Seminario Latinoamericano Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales, Viña del Mar, Chile.

  • Olguín, E. 1997 Reciclaje de residuos sólidos mediante el compostaje acelerado.

  • Pérez, V. M. 2003. Política Cubana de Recuperación de todo Tipo de Desperdicio y Subproductos para la Producción Porcina y Saneamiento Ambiental. Instituto de Investigaciones Porcinas. Cuidad de la Habana, Cuba.

  • Perry, J. G; R. S. Wolfe. 1976. Anaerobic degradation of benzoate to methane by a microbial consortium. Arch. Microb., 107, 33-39.

  • Pichardo, J. 1986. Determinación del potencial nacional de aprovechamiento económico de los residuales. Estudio 63 del Programa de Medidas, La Habana, Cuba.

  • Pujol R., Zamora, L.; Sanarrusia M., L., Bopnilla, F. 1998. Estudio de Impacto Ambiental del Cultivo y procesamiento de Café.

  • Seles-Calvo, J; Jimenez-Otorol, F; Faustero, J; Kass, D. L. 2003. Sistemas Agroforestales y Manejo de Cuencas hidrográficas. Turrialfa: Disponible en http://www.ots.ac.cr/rdmcrifs/datasets/exsrch.phtml.

  • Smart, J; Boyko, B. 1977. Full scale studies on the thermophillic anaerobic process. Canada-Ontario Agreement. Research report No. 59.

  • Switzembaum, M. S; Jewell, W. J. 1978. Anaerobic atttached-film expanded bed reactor treatment of organics. En: Proceedings LI Annual Water Pollution Control Federation Conference, Anaheim, California.

  • Thayer, R. K. y col.1977. Energy conservation in chemotrophic anaerobic bacteria. Bacter. Rev.; 41,100-180.

  • Thiele, J. H. y col. 1988. Control of interspecies electron flow during anaerobic digestion: rate of floc formation in syntrophic methanogesis. Appl. Envir. Microb., 54, 10-19; 20-29.

  • Tumer, J. y col. 1983. The reduction of three plant pathogens in anaerobic digesters. Agric. Wastes, 6, 1-11.

  • Ulloa Rojas, J. B; Verte, J. A. J; Amato, S; Husman, E. A. 2003. Tratamiento biológico de la pulpa de café. Bioresources Technology. Vol .89. Nº 3. p 267-274.

  • Yang, Sh y col. 1988. Defined bacterial culture development for methane generation from lactose. Biot. Bioeng., 32, 28-37.

 

 

 

Autor:

MSc Raisa María Castillo Ramos

Máster en Ciencias en Agro Ecología.

Profesora de Química de la Universidad de Pinar del Río

Dra. Leila R. Carballo Abreu.

Dra. Noarys Pérez Díaz.

Pinar del Rio.

Cuba.

2008


Partes: 1, 2


 Página anterior Volver al principio del trabajoPágina siguiente 

Comentarios


Trabajos relacionados

Ver mas trabajos de Agricultura y Ganaderia

 

Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.


Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.