Análisis del potencial de aprovechamiento de la porcinaza, mediante digestión anaerobia

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Análisis del potencial de aprovechamiento de la porcinaza, mediante digestión anaerobia para la obtención de biogás en granjas porcícolas colombianas

1

Porcinaza como desecho

Contaminaciรณn aire: Olores Ofensivos

Producciรณn diaria de porcinaza:

5.7% del peso

Contaminaciรณn de agua superficial

Conflictos con la comunidad

de los animales de granja

80 kg -> 4.5 kg

Contaminaciรณn de agua subterrรกnea

2

Objetivos

Caracterizar el estiércol de cerdo y evaluar su potencial para la producción de biogás en cuatro (4) granjas porcícolas colombianas para determinar la eficiencia actual del proceso y el potencial real de producción de metano

1•

Realizar un análisis composicional (sólidos volátiles, próximo/último y contenido de grasas, proteínas y carbohidratos) de muestras de estiércol de cerdo proporcionadas de las cuatro (4) granjas porcícolas seleccionada previamente por Porkcolombia-FNPFNP.

2•

Determinar el potencial bioquímico de producción de metano por fermentación anaeróbica del estiércol porcino a partir de los resultados del análisis composicional de las muestra recolectadas y los resultados de la fermentación controlada a nivel de laboratorio según estándares internacionales (VDI4630).

3•

Determinar a nivel de campo, la cantidad y composición del biogás actualmente producido en cuatro granjas porcícolas seleccionadas por Mi Porkcolombia-FNP-FNP.

4•

Identificar las oportunidades de mejora de los sistema de digestión anaerobias y que puedan ser replicados en otras granjas porcícolas.

3

Biogรกs Electricidad Digestiรณn Anaerobia Porcinaza

Biogรกs (Metano)

Fertilizante

Calor / Gas

4

Digestión Anaerobia Hidrólisis: Carbohidratos-Grasas-Proteínas

Azucares-Aminoácidos-Grasas

Acidogénesis Digestión Anaerobia

CH4 – 55-75% CO2 – 25-45% N2, H2, H2S – trazas

Ácidos grasos volátiles- alcoholes - CO2- H2S • pH: 5.1-6.8 • Bacterias fermentativas

Acetanogénesis Ácido acético- H2 – N2

• Bacterias acetogénicas • pH: 6.6-6.8

Metanogénesis CH4, CO2 • pH: 6.9-7.4 • Bacterias metanogénicas

5

Factores Importantes Fermentación mesofílica: 20-35°C

Óptimo: 7-7.2 Adecuado: 6.5-7.5

Temperatura

Relación C/N

Relación C:N 20:1 hasta 30:1

Contenido de agua

pH Tiempo de retención

Relacionado con la temperatura: 10-40 días para fermentación mesofílica

Mezcla muy diluida- poca materia orgánica para digerirproducción biogás limitada

6

Granjas Evaluadas Granja 2 Caldas, Antioquia 2,694

Granja 4 Sasaima, Cundinamarca

12,888 Granja 1 27,834 Zarzal, Valle del Cauca

Granja 3 Alvarado, Tolima 114

10 Hembras Multiparas

100 Hembras Multiparas

7

Granjas Evaluadas Alimentación Separación en seco Cantidad porcinaza solida (kg/día) Cantidad porcinaza liquida (kg/día) Caracterización fisicoquímica porcinaza o digestato sólida Caracterización fisicoquímica porcinaza o digestato líquida

Destino porcinaza sólida Destino porcinaza líquida Porcinaza que entra al biodigestor según grupos etarios

No disponible o reportado

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

Balanceado Cervalle -Cipa- Cointegral

Balanceado APA

Balanceado Cointegral

Balanceado Italcos

Si

Si

Si

Si

1200

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

Si

NA

NA

NA

Fertilización Fertilización, Biogás Todos los grupos

Compostaje de Fertilización mortalidad Fertilización, Biogás Fertilización, Biogás

Precebo y Ceba

Todos los grupos

Fertilización Venta Fertilización, Biogás 8

Precebo, Levante y Ceba

Biodigestores TaiwanĂŠs

Canadiense Geomembrana

9

Granjas Evaluadas

Biodigestores Granja 2 Antioquia Taiwanés 10m x 1m 11 años Granja 1 Valle del Cauca Canadiense Geomembrana 80m x 37m x 4m 2 años

Granja 4 Cundinamarca

Canadiense Geomembrana 50m x 14m x 5m 5 años

Granja 3 Tolima Taiwanés 10m x 1m 1.5 años

10

METODOLOGÍA

11

METODOLOGIA

Análisis Composicional 1

Sólidos Totales y Sólidos Volátiles

2

Composición Elemental (C, O, H, N)

3

Composición Fracciones Orgánicas (Grasas y Aceites, Proteína, Lignina, Carbohidratos)

Analizador Elemental Gravimétricos Volumétricos

O B J E T I V O

1 12

METODOLOGIA

Análisis Composicional 1

Sólidos Totales y Sólidos Volátiles

Preparación de Muestra

Sólidos Totales (ST)

Cenizas Sólidos Volátiles (SV)

Secado: 45ºC, 48 h

~2g de muestra 105°C por 24 h Hasta alcanzar peso constante Reducción tamaño partícula> 1 mm

1. 2. 3. 4.

105ºC – 10ºC/min - 12 min 250ºC – 10ºC/min - 30 min 575ºC – 25ºC/min - 180 min 105ºC hasta remover muestra

O B J E T I V O

1 13

METODOLOGIA

Anรกlisis Composicional 2

Composiciรณn Elemental (C, O, H, N)

*Laboratorio Externo LABORATORIO INTEGRADO INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

O B J E T I V O

1 14

METODOLOGIA

AnĂĄlisis Composicional 3

ComposiciĂłn Fracciones OrgĂĄnicas (Grasas y Aceites, ProteĂ­na, Lignina, Carbohidratos)

Grasas y Aceites

ProteĂ­na

Lignina

Carbohidratos

MĂŠtodo ADL

đ??śđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘?đ?‘œâ„Žđ?‘–đ?‘‘đ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘Ąđ?‘œ = đ?‘†đ?‘‰ − đ?‘?đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘Ąđ?‘’đ?‘–đ?‘›đ?‘Ž − đ?‘”đ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘ đ?‘Žđ?‘ đ??´đ?‘?đ?‘’đ?‘–đ?‘Ąđ?‘’đ?‘ − đ?‘™đ?‘–đ?‘”đ?‘›đ?‘–đ?‘›đ?‘Ž

đ?‘ƒđ?‘&#x;đ?‘œđ?‘Ąđ?‘’đ?‘–đ?‘›đ?‘Ž = 6.25 ∗ đ?‘ đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘” đ?‘ đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘” = đ?‘‡đ??žđ?‘ − đ?‘‡đ??´đ?‘

SM:5520E GravimĂŠtrico Lavado con Hexano

(Triolo, 2011) ���- Nitrógeno Total Kjeldhal ���- Nitrógeno Total Amoniacal (APHA, 2005)

Lignina de detergente acido libre de cenizas

O B J E T I V O

1 ISO Standard 13906 (ISO13906, 2009)

*CĂĄlculo

15

METODOLOGIA

Potencial Bioquímico de Metano Teórico (TBMP) Composición Fracciones Orgánicas 1014 ∙ 𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎𝑠𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑠 + 496 ∙ 𝑃𝑟𝑜𝑡𝑒𝑖𝑛𝑎 𝑇𝐵𝑀𝑃 = + 415 ∙ 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑡𝑜𝑠 + 727 ∙ 𝐿𝑖𝑔𝑛𝑖𝑛𝑎 ∗ 0.001 𝐿 𝐶𝐻4 𝑇𝐵𝑀𝑃 = 𝐾𝑔 𝑆𝑉

𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 =

(Triolo, 2011)

𝑔 𝐾𝑔 𝑆𝑉

Composición Elemental 𝑇𝐵𝑀𝑃 = 22.4 𝑛 𝑎 𝑏 3𝑐 + − − 2 8 4 8 ∗ 12𝑛 + 𝑎 + 16𝑏 + 14𝑐 𝐶 𝐻 𝑂 𝑁

→𝑛 →𝑎 →𝑏 →𝑐

𝐶𝑛 𝐻𝑎 𝑂𝑏 𝑁𝑐

(Nielfa, 2015)

O B J E T I V O

2 16

METODOLOGIA

Fermentación Anaerobia

(Pham, 2013)

(Pham, 2013)

O B J E T I V O

2 Método VDI 4630

Método desplazamiento de líquido

17

Fermentación Anaerobia Espacio vacío para gas

37°C Purga con N2  75 mL medio cultivo  310 mL sustrato

Sustrato & Medio Fermentación

METODOLOGIA

• • • • • • •

Medio de fermentación: KH2PO4 – 0.27g Na2HPO4 – 1.12g NH4Cl – 0.53g CaCl2 – 0.075g MgCl2 – 0.10g FeCl2 – 0.02g Na2S – 0.1g

Gas producido (24h)

<

1% acumulado gas producido

500 mL NaOH 5% NaOH + CO2 → Na2 CO3 + H2 O + NaOH Colector de volumen desplazado

Volumen desplazado equivale al CH4 producido

Líquido desplazado: Titulación Doble para determinar CO2

O B J E T I V O

2 18

Fermentación Anaerobia

METODOLOGIA O B J E T I V O

2 • 3 repeticiones por granja • 12 muestras en total

• Biogás entra • Se mide el líquido • Metano desplaza el líquido desplazado en • CO2 queda atrapado en el diferentes periodos líquido de tiempo

19

METODOLOGIA

Visitas Granjas Composición del biogás

Sensor de Metano

Sensor de gases Optima 7 Biogás de MRU®

• • • • • •

% O2 % CO2 % CH4 CO (ppm) SO2 (ppm) H2S (ppm)

 Mediciones Presenciales  Se coloca el sensor calibrado para medir a la salida del biogás  Se toman varias medidas para obtener un promedio de composición

O B J E T I V O

3 20

RESULTADOS LABORATORIO 21

Caracterizaciรณn SV-ST-DQO Porcinaza

RESULTADOS O B J E T I V O

1 22

RESULTADOS

Caracterización SV-ST-DQO Porcinaza SÓLIDOS VOLATILES

PORCINAZA

7%

% ST Y SV EN PORCINAZA

SÓLIDOS NO VOLATILES

6.0%

PORCINAZA

6% 4.5%

5% 3.5%

4% 3%

2.6%

2%

0,94%

1,07%

agua

1,34%

1,14%

ST

O Sólidos en la B porcinaza: J 2.6 - 6 % E SÓLIDOS en peso T No digerible I Materia SV V Orgánica: SV: 1 % en peso O DQO de mayor a menor: 1,4, 3, 2

1% 0%

1

2

3

4

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

1 23

RESULTADOS

Caracterización SV-ST-DQO Porcinaza SÓLIDOS TOTALES

SÓLIDOS VOLATILES

SÓLIDOS NO VOLATILES

SÓLIDOS

100% 90% 80%

SÓLIDOS

70%

No digerible

60%

Orgánico

50%

64%

68%

71%

82%

40% 30% 20%

36%

32%

10% 0%

2

1

29%

18%

3

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

4

O Sólidos en la B porcinaza: J 2.6 - 6 % E en peso T I Materia V Orgánica: SV: 1 % en peso O 18%-36% peso seco

1 24

RESULTADOS

Caracterizaciรณn SV-ST-DQO Porcinaza DQO

ST y SV 45 6.0%

40

1,07%

35

6% 4.5%

5% 3.5%

4% 3%

2.6%

2%

0,94%

1,34%

1,14%

DQO (g O2 / Kg)

% ST Y SV EN PORCINAZA

7%

30

30,34

25 24,17

20 15 13,21

10

1%

5

0%

0

1

41,01

2

3

18%-36% peso seco 1

4

O Sรณlidos en la B porcinaza: J 2.6 - 6 % E en peso T I Materia V Orgรกnica: SV: 1 % en peso O

2

3

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

4

DQO de mayor a menor: 1,4, 3, 2

1 25

RESULTADOS

Composición Orgánica Porcinaza PORCINAZA SÓLIDOS

agua

No digerible

SV ST

No digerible Grasas y Aceites Carbohidratos Proteínas

O B J E T I V O

1

Fibra (Lignina)

26

Composición Orgánica Porcinaza Grasas y Aceites

Carbohidratos

MATERIA SECA Proteínas

RESULTADOS Fibra (Lignina)

COMPOSICIÓN ORGÁNICA (% peso seco)

100% 90%

No orgánica: 64% - 82%

80% 70%

64%

68%

60%

71%

82%

No digerible

50% 40%

Diferencia significativa en la composición de materia orgánica

30% 20% 10%

0%

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

O B J E T I V O

1 27

Potencial Metano TeĂłrico ComposiciĂłn OrgĂĄnica

đ?‘‡đ??ľđ?‘€đ?‘ƒđ?‘œđ?‘&#x;đ?‘” =

1014 ∙ đ??şđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘ đ?‘Žđ?‘ đ??´đ?‘?đ?‘’đ?‘–đ?‘Ąđ?‘’đ?‘ + 496 ∙ đ?‘ƒđ?‘&#x;đ?‘œđ?‘Ąđ?‘’đ?‘–đ?‘›đ?‘Ž ∗ 0.001 + 415 ∙ đ??śđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘?đ?‘œâ„Žđ?‘–đ?‘‘đ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘Ąđ?‘œđ?‘ + 727 ∙ đ??żđ?‘–đ?‘”đ?‘›đ?‘–đ?‘›đ?‘Ž

RESULTADOS

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

ProteĂ­nas 1,82%

39,07%

Carbohidratos 1,27% 1,96% 1,65%

547.9 L CH4/ Kg SV

95,12%

432.1 L CH4/ Kg SV

Fibra (Lignina) 2,12% 20,33%

21,88%

23,37%

35,74%

Grasas y Aceites 1,11% 6,04%

41,01% 70,96%

36,54%

472.4

520.7

L CH4/ Kg SV

L CH4/ Kg SV

O B J E T I V O

2 28

RESULTADOS

Composiciรณn Elemental Porcinaza COMPOSICIร N ELEMENTAL (% peso seco)

C

H

O

N

No orgรกnico

100,0 90,0 80,0

70,0

64,1

60,0

67,7

70,8

82,2

50,0

40,0 30,0 20,0

1

10,0 0,0

No se observa una diferencia resaltada en la composiciรณn de materia orgรกnica

O B J E T I V O

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

29

Potencial Metano TeĂłrico ComposiciĂłn OrgĂĄnica TĂ­tulo

C 100% 80% 60%

0%

O

N

RESULTADOS

S

6,1

4,8

3,6

41,0

38,1

37,9

8,1

8,0

42,2

47,6

49,6

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

6,1 32,9 9,2

40% 20%

H

đ?‘› đ?‘Ž đ?‘? 3đ?‘? + − − 2 8 4 8 đ?‘‡đ??ľđ?‘€đ?‘ƒ = 22.4 ∗ 12đ?‘› + đ?‘Ž + 16đ?‘? + 14đ?‘? đ??śđ?‘› đ??ťđ?‘Ž đ?‘‚đ?‘? đ?‘ đ?‘?

49,4

578.01

L CH4/ Kg SV

8,1

450.71

515.73

L CH4/ Kg SV

L CH4/ Kg SV

O B J E T I V O

2

534.90 L CH4/ Kg SV

30

RESULTADOS

Potencial Producción Metano Teórico

O B J E T I V O

578,01 547,94

Granja 1 450,71 432,04

Granja 2 Granja 3

472,39

534,90 520,73

Granja 4 350

515,73

400

Calculado a partir de la composición elemental

450

500

550

Calculado a partir de la composición orgánica

565.2 600

2

L CH4/ Kg SV

(Pham, 2013) Planta de Biogás Fangel Connecticut USA

31

Relación entre alimentación y composición orgánica

1,11%

6,04%

1,27% 1,65%

RESULTADOS

No se puede observar una relación directa 1,96%

Existen más factores que afectan el valor

21,88% 70,96%

Granja 3--Tolima

95,12%

Granja 2-Antioquia

O B J E T I V O

2 32

Relaciรณn entre edad etaria y composiciรณn orgรกnica

Combinaciรณn de factores

No se puede observar una relaciรณn directa

1,82%

39,07%

1,27% 1,65%

1,96%

35,74%

Todos los grupos

1,11%

6,04%

2,12%

20,33%

21,88%

23,37%

RESULTADOS

41,01% 95,12%

Precebo y Ceba

70,96%

Todos los grupos

36,54%

Precebo, Levante y Ceba 33

Potencial de Producción Metano Teórico Granja 1 Valle del Cauca

RECOMENDACIÓN RECOMENDACIÓN

En general, todas las granjas tiene un potencial de producción adecuado

Granja 2 Antioquia

Granja 3 Tolima

Granja 4 Cundinamarca

ALIMENTO RAZA EDAD DIGESTIÓN

O B J E T I V O

4 34

RESULTADOS

Fermentación Laboratorio

Producción Promedio Biogás Acumulada (mL biogás / g SV)

mL biogás/g SV

600,0

1 476,7 ±90.6 440,5 ±95.5 3 4 341,6 ±14.9

500,0

400,0 300,0

2 209,3 ±32.8

200,0

O B J E T I V O

2

100,0 0,0

0

10

20

30

Tiempo (días)

40

50

35

RESULTADOS

Fermentación Laboratorio Producción Acumulada Máxima (mL / g SV) Biogas

Metano

600,0

Biogás

Metano

Biogás

Metano

Biogás

Metano

543,0

mL /g SV

536,6

500,0

369 ,6

381, 7

400,0

357, 9

25 4,8

300,0 245,9 165 ,1

200,0 100,0

O B J E T I V O

2

0,0 0

20

40

60 0

20

40

60 0

20

40

60 0

20

40

Tiempo (días)

Tiempo (días)

Tiempo (días)

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

60

Tiempo (días)

36

RESULTADOS

Fermentación Laboratorio

Datos Comparativos:

Producción de Metano (L CH4/ Kg SV) PRODUCCIÓN DE METANO (L CH4/Kg SV)

Teórico (org) 600

Teórico (Elem)

547,94 578,01

472,39

432,04 381,71

400

200

Lab max 534,90 520,73

515,73

450,71

500

300

Lab promedio

3.5

m3 335,11

100

1.9

m3

4.9m3

369,62

2.7m3

165,07

303,43

1000 kg de Porcinaza

254,84 243,20

565.2

L CH4/ Kg SV

(Pham, 2013) Planta de Biogás Fangel Connecticut USA Metano Promedio Lab

200 L/Kg SV (Pham, 2012)

140,52

2

350 L/kg SV

0 Granja 1 Valle del Cauca

Metano Promedio Teórico Org

O B J E T I V O

Granja 2 Antioquia

Granja 3 Tolima

Granja 4 Cundinamarca

(Guzmán, 2008)

37

Eficiencia de Fermentaciรณn Laboratorio (%)

RESULTADOS

% Diferencia Valor Teรณrico (TBMP_org) y Valor Lab (BMP) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

78%

Hay campo de mejora

70%

Franja de eficiencia adecuada

49%

38%

Importancia y valor agregado del biogรกs

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Valle del Cauca

Granja 4

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

O B J E T I V O

2 38

Eficiencia de Fermentación Laboratorio (%) Granja 1 Valle del Cauca

Granja 2 Antioquia

Granja 3 Tolima

Granja 4 Cundinamarca

Eficiencia adecuada Oportunidad de mejora 32% Eficiencia adecuada Oportunidad de mejora 20%

RECOMENDACIÓN RECOMENDACIÓN

Estudio de factores que aumenten la producción de biogás -codigestión -inclusión de sales (óxidos de hierros) y otros agentes -sistema de control automático (temp, pH, etc.)

O B J E T I V O

4 39

RESULTADOS

Relación C/N 30 25

Franja de eficiencia reportada como ideal

C/N

20

13,9

15 10 5 0

8,1

10,0 6,9

La productividad de la porcinaza no parece verse afectada por la baja tasa de C/N A temperaturas altas (50°C +) es necesario una tasa de C/N alta para reducir el riesgo de inhibición por presencia de amónico.

O B J E T I V O

A temperaturas menores a 37°C no se observa inhibición importante a tasas de C/N mayores a 10

1

(Wang et al. 2014).

40

RESULTADOS

Caracterización SV y ST Después de digestión

SÓLIDOS VOLATILES

SÓLIDOS NO VOLATILES 6.0%

6%

1,07%

% ST - % SV

5%

4.5%

4% 3%

2.6%

2.2%

1,34%

3.5%

0,76%

1,14%

2.2%

2%

0,94%

0.9%

1% 0%

1.6%

1.6% 1.2%

0,65%

0,55%

0,45%

0,50%

0.3%

D Dlab Granja 1

P

Valle del Cauca P: PORCINAZA QUE ENTRA AL BIODIGESTOR

D Dlab Granja 2 Antioquia

0.8% 0,31%

0,19%

P

0,89%

O B J E T I V O

P

D Dlab Granja 3 Tolima

P

D Dlab Granja 4

1

Cundinamarca

D: DIGESTATO TOMADO EN CAMPO QUE SALE DEL BIODIGESTOR

41

Caracterización SV y ST Después de digestión

RESULTADOS SÓLIDOS VOLATILES

SÓLIDOS TOTALES 6.0%

6%

1,07%

% ST - % SV

5%

4.5%

4% 3%

2.6%

3.6%

1,34%

3.5%

0,76%

1,14%

2.2%

2%

0,94%

1.6% 0.9%

1% 0%

0,45%

P

0.9%

0,55%

0,46%

D Dlab Granja 1

Valle del Cauca

P: PORCINAZA

1.2%

0,50%

0.3%

D Dlab Granja 2 Antioquia

D: DIGESTATO TOMADO EN CAMPO

0.8% 0,31%

0,19%

P

0,89%

O B J E T I V O

P

D Dlab Granja 3 Tolima

P

D Dlab Granja 4

1

Cundinamarca

DLAB: DIGESTATO DE BIODIGESTIÓN EN LAB

42

DQO (Demanda Química de Oxígeno)

RESULTADOS

Después de digestión

g O2/Kg

P: PORCINAZA

D: DIGESTATO TOMADO EN CAMPO

45 41,008 40 35 30 25 20 15 10 6,113 5,99 5 0 P D Dlab Granja 1 Valle del Cauca

DLAB: DIGESTATO DE BIODIGESTIÓN EN LAB

30,34 24,37

24,17

13,21 11,93

11,84

10,56

9,69

O B J E T I V O

6,49

1 P

D Dlab Granja 2 Antioquia

P

D Dlab Granja 3 Tolima

P

D Dlab Granja 4 Cundinamarca

43

RESULTADOS

% DE REMOCIÓN (SOBRE LA PORCINAZA)

Eficiencia de Remoción (%) En campo 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

26%

20%

32%

1%

Diferencia

En Lab

14%

17%

3%

41% 26% 17%

ST

SV DQO Granja 1

Valle del Cauca

ST

SV DQO Granja 2 Antioquia

ST: SÓLIDOS TOTALES SV: SÓLIDOS VOLÁTILES

ST

SV

DQO

Granja 3 Tolima

ST

SV DQO Granja 4

O B J E T I V O

1

Cundinamarca

DQO: DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO

44

RECOMENDACIÓN

Eficiencia de Remoción (%) Granja 1 Valle del Cauca

Granja 2 Antioquia

Granja 3 Tolima

Granja 4 Cundinamarca

Eficiencia igual al lab Oportunidad de mejora 17-32% Oportunidad de mejora 14-17%

Oportunidad de mejora 25-41%

RECOMENDACIÓN

AUMENTAR el tiempo de residencia para lograr una remoción completa

Mayor producción de gas

O B J E T I V O

4 45

RESULTADOS EN CAMPO 46

VISITAS

Visitas Diagnóstico Metodología para medición de Presión Metodología para medición de flujos de gases, porcinaza y biodigestato

Visitas Instalación/Mediciones

O B J E T I V O

Toma de muestras

3 Mediciones preliminares de composición de biogás 47

VISITA diagnóstico

Granja 1 – Valle del Cauca Fotos

21 Agosto 2018

Diseño de Medición Propuesto: Se mantiene la altura  Velocidad constante constante y se mide de descargue la velocidad en visita  Altura constante

Otros

 Flujo máximo de gas 20m3/h

O B J E T I V O

3

• Especificaciones de concentrado: No se enviaron

48

VISITA instalación

Granja 1 – Valle del Cauca Instalación de contador de gas con capacidad Max de 20 m3/h

• • Se instaló el contador de gas • Flujo de gas mucho mayor a lo esperado • El equipo sirve únicamente para obtener 3 mediciones en intervalos de 5 mins • Debido a que se usa un ventilador a • velocidad constante, los datos de promedio obtenidos son representativos

2-3 Octubre 2018

Tanque lodos

Medición de composición gases

El tanque no tiene una velocidad • Se hicieron de descarga constante (como mediciones en 2 días reportado), por lo cual la diferentes en varios metodología originalmente momentos del día propuesta no se puede usar para obtener un Se recomienda la instalación del promedio contador de lodos representativo

O B J E T I V O

3 49

Granja 2 – Antioquia

VISITA diagnóstico 11 Agosto 2018

Fotos

Diseño de Medición Propuesto:

Otros

Contar la cantidad de veces que se vacía el tanque a una misma altura

O B J E T I V O

3

• Especificaciones de concentrado:

50

VISITA instalación

Granja 2 – Antioquia Instalación de contador de gas con capacidad Max de 4 m3/h

• • •

28-29 Septiembre 2018

Tanque lodos

Se instala el contador de gas con capacidad máxima de • 4m3/h Se reporta que cuando hay muy baja producción de gas, el gas no tiene la presión suficiente para salir por el contador Se recomienda abrir la válvula de seguridad cuando se necesite flujo de gas de emergencia pero seguir con el funcionamiento correcto del equipo de lo contrario.

Se valida la metodología propuesta y se demuestra su seguimiento

Medición de composición gases

• Se hicieron mediciones en 2 días diferentes en varios momentos del día para obtener un promedio representativo

O B J E T I V O

3 51

VISITA diagnóstico

Granja 3 –Tolima Fotos

14 Julio 2018

Diseño de Medición Propuesto:

Otros

O B J E T I V O

• Especificaciones de concentrado:

3

• Análisis fisicoquímico de porcinaza o digestato: No disponible

52

Granja 4 – Cundinamarca Fotos

VISITA diagnóstico

Diseño de Medición Propuesto:

Otros • Especificaciones de concentrado: Confidenciales • Análisis fisicoquímico de porcinaza o digestato: No disponibles

9 Julio 2018

O B J E T I V O

3 53

VISITA instalación

Granja 4 – Cundinamarca Instalación de contador de gas con capacidad Max de 20 m3/h

• •

Se instala el contador de gas con capacidad máxima de 20m3/h Se reporta un buen funcionamiento del equipo para las condiciones de operación

Instalación de contador de lodos con Filtro en Y para sólidos

• • •

Se instala el contador de lodos con Filtro en Y No se deja la malla del filtro puesto por petición de la granja Después de reportes de taponamiento del contador por presencia de lanas y pelos, se aconseja poner la malla del filtro y hacerle limpieza 3 veces al día como especificado en la cartilla.

11 Octubre 2018

Medición de composición gases

•

Se hicieron mediciones en 2 días diferentes (visita diagnóstico y visita de instalación) en varios momentos del día para obtener un promedio representativo

O B J E T I V O

3 54

RESULTADOS

Composición del biogás Ubicación

O2

CO2

CH4

Antioquia

0.1%

32.77%

70.3%

H2S ppm 2,849

± 0%

± 0.2%

± 0.04%

± 25.5

Zarzal, Valle del Cauca

0%

29.7%

67.1%

5,152

± 0%

± 0.1%

± 0.06%

± 53.7

Alvarado, Tolima

0.1%

31.02%

71.2%

4,502

± 0%

± 0%

± 0.07%

± 129.4

Sasaima, Cundinamarca

0.1%

28.7%

68.8%

4,513

± 0%

± 0%

± 0.05%

± 4.2

30%

70%

O B J E T I V O

3 55

RESULTADOS

Composiciรณn del biogรกs H2S

72,0

% Metano

71,0

70,3 %

5121,0 4502,5

70,0

4000,0

3000,0

2849,0

67,1 %

67,0

5000,0

4513,0

68,9 %

69,0 68,0

71,2 %

6000,0

2000,0

66,0

1000,0

65,0

0,0

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

H2S (ppm)

METANO

O B J E T I V O

3 56

RECOMENDACIÓN

Composición Biogás Granja 1 Valle del Cauca

Granja 2 Antioquia

Metano

RECOMENDACIÓN H2S

IMPORTANTE disminuir la concentración de H2S

Granja 3 Tolima

Granja 4

PROYECTO FASE 2

O B J E T I V O

4

Cundinamarca

57

RESULTADOS

Cantidad de Biogรกs y Porcinaza

En Campo

En Laboratorio

En Campo

Granja 1

Granja 2

Granja 3

Granja 4

Valle del Cauca

Antioquia

Tolima

Cundinamarca

3.5

1.9

4.9

2.9

m3 / Ton porcinaza m3 / Ton porcinaza m3 / Ton porcinaza m3 / Ton porcinaza

2.2

0.4

x

1.5

O B J E T I V O

3

m3 / Ton porcinaza m3 / Ton porcinaza m3 / Ton porcinaza m3 / Ton porcinaza

58

RESULTADOS

Producciรณn de Metano

Teรณrico-Laboratorio-Campo 600

547,94

578,01 515,73

500

PRODUCCIร N DE METANO (L CH4/Kg SV)

432,04

472,39

381,71

400 300

450,71

520,73 534,90

369,62 335,11

232,9

303,43

165,07

200

254,84 243,20

150.7

140,52

O B J E T I V O

100 0

34,7 Granja 1 Valle del Cauca Teรณrico (org)

Granja 2 Antioquia Teรณrico (Elem)

Granja 3 Tolima Lab promedio

Lab max

Granja 4 Cundinamarca Metano en campo

3 59

Eficiencia de Producción de Metano en campo Granja 1 Valle del Cauca

Granja 2 Antioquia

Granja 3 Tolima

RECOMENDACIÓN RECOMENDACIÓN

AUMENTAR el tiempo de residencia de la porcinaza en el biodigestor No hay porcinaza El tanque la Flujo proporciona relativamente constante

O B J E T I V O

4

Granja 4 Cundinamarca

60

Eficiencia de Producción de Metano en campo Granja 1 Valle del Cauca

Granja 2 Antioquia

Granja 3 Tolima

RECOMENDACIÓN RECOMENDACIÓN

AUMENTAR el tiempo de residencia de la porcinaza en el biodigestor Mucha porcinaza El tanque la Flujo almacena relativamente constante

O B J E T I V O

4

Granja 4 Cundinamarca

61

RECOMENDACIÓN

Potencial Energético Granja 1

O B J E T I V O

Granja 2

4

62

Granja 1 - Valle del Cauca Eficiencia Real en Campo 119 Ton por día

259,000 L Metano por día

9,289 MJ/día 903 kWh/mes

100 bombillos de 60 Watts $5 millón COP/mes

627 bombillos por día

$15’604’977 COP/mes

1,028 bombillos por día 119 Ton por día

425,000 L Metano por día

Eficiencia de Laboratorio

$25,578,529 COP/mes 15,225 MJ/día 1,480 kWh/mes

63

Granja 2 - Antioquia Eficiencia Real en Campo 1.90 Ton por día

27.06 MJ/día 78.9 kWh/mes

1 bombillo de 60 Watts

$20,000 COP/mes

755 L Metano por día 2 bombillos por día

$45,000 COP/mes

9 bombillos por día 1.90 Ton por día

Eficiencia de Laboratorio

3,595 L Metano por día 128.76 MJ/día 375.56 kWh/mes

$216,000 COP/mes 64

RESULTADOS

Potencial Energético Para las granjas con mucha cantidad de producción de porcinaza

Ahorro Mensual Alcanzado por Transformación de Biogás en Electricidad Eficiencia de Producción de Metano en Campo Eficiencia de Producción de Metano en Laboratorio $30.000.000 $25.578.529 $25.000.000 $20.000.000 $15.604.977 $15.000.000

$12.285.879

$10.000.000

Aprovechamiento eléctrico es rentable

3

$5.000.000 $-

O B J E T I V O

$216.319,14

Granja 1

Granja 2

Granja 4

65

FIN DEL PROYECTO Objetivo 1 Sólidos Totales y Volátiles Porcinaza Composición Elemental y Orgánica Porcinaza Sólidos Totales y Volátiles Digestato Campo y Digestato Lab DQO: Porcinaza Digestato Campo Digestato Lab

Objetivo 2

TBMP Método 1 TBMP Método 2 Fermentaciones Porcinaza

Objetivo 3

Objetivo 4

Visitas Diagnóstico

Visitas Mediciones

Oportunidad de Mejora

Mediciones No Presenciales

66

GRACIAS 67

Referencias Bardiya, N., Somayaji, D., Khanna, S., 1996. Biomethanation of banana peel and pineapple waste. Bioresour. Technol. 58, 73–76. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(96)00107-1 Bouallagui, H., Touhami, Y., Ben Cheikh, R., Hamdi, M., 2005. Bioreactor performance in anaerobic digestion of fruit and vegetable wastes. Process Biochem. 40, 989–995. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2004.03.007 Deublein, D., Steinhauser, A., 2011. Biogas from waste and Renewable Resources: An Introduction, Second, re. ed. Wiley-VCH, Weinheim. Fonseca, O., 2016. Determinación de la capacidad de adsorción de ácidos carboxílicos volátiles en carbón activado aplicado en fermentaciones anaerobicas de residuos lignocelulósicos. Universidad de los Andes. Jaiganesh, V., Nagarajan, P.K., Geetha, A., 2014. Solid state bio methane production from vegetable wastes Current state and perception. Renew. Sustain. Energy Rev. 40, 432–437. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.016 Pessuto, J., Scopel, B.S., Perondi, D., Godinho, M., Dettmer, A., 2016. Enhancement of biogas and methane production by anaerobic digestion of swine manure with addition of microorganisms isolated from sewage sludge. Process Saf. Environ. Prot. 104, 233–239. https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.08.020 Pham, C.H., Triolo, J.M., Cu, T.T.T., Pedersen, L., Sommer, S.G., 2013. Validation and Recommendation of Methods to Measure Biogas Production Potential of Animal Manure. Asian-Australas. J. Anim. Sci. 26, 864–873. https://doi.org/10.5713/ajas.2012.12623 Scano, E.A., Asquer, C., Pistis, A., Ortu, L., Demontis, V., Cocco, D., 2014. Biogas from anaerobic digestion of fruit and vegetable wastes: Experimental results on pilot-scale and preliminary performance evaluation of a full-scale power plant. Energy Convers. Manag. 77, 22–30. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.09.004 AOAC International. (2005). AOAC Official Method 990.03 Protein in Animal Feed. En Official Methods of Analysis of AOAC International (págs. 30-31). Arlington, VA. APHA, A. P. (1999). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. European Union Commission Regulation. (2009). COMMISSION REGULATION (EC) No 152/2009 of 27 January 2009: Laying down the methods of sampling and analysis for the official control of feed. Official journal of the European Union, Anex III, C. . L54/1. Nielfa, A., Cano, R., & Fdz-Polanco, M. (2015). Theoretical methane production generated by the co-digestion of organic fraction municipal solid waste and biological sludge. Biotechnology Reports, págs. 14-21. Pham, C. H., Triolo, J. M., Cu, T. T., Pedersen, L., & Sommer, S. G. ( June de 2013). Validation and Recommendation of Methods to Measure Biogas Production Potential of Animal Manure. Asian Australas. J. Anim. Sci., págs. Vol. 26, No. 6 : 864-873.

68

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