aida_rolando

MAESTRÍA EN ING. AMBIENTAL LISTA DE ABREVIATURAS

Lic. Aída E. Rolando Pág. 1

UUNNII VVEERRSSII DDAADD TTEECCNNOOLL ÓÓGGII CCAA NNAACCII OONNAALL

FFaaccuull ttaadd RReeggiioonnaall HHAAEEDDOO

TESIS

MM AA EESSTT RRÍÍ AA EENN II NNGGEENNII EERRÍÍ AA AA MM BBII EENNTT AA LL



TEMA

TRATAMIENTO ANAERÓBICO DE LOS RESIDUOS DE LA OBTENCIÓN DEL ACEITE

ESENCIAL DE CORIANDRO Y DEL PRINCIPIO ACTIVO DEL CARDO MARIANO

SSUUBBTTEEMM AA

DETERMINACIÓN DE LA CINÉTICA DE LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA

Aída Ev e l i a Ro la ndo



DD II RR EE CC TT OO RR DD EE LL AA TT EE SSII SS

MSC. EN INGENIERÍA AMBIENTAL

JJ OORRGGEE DDUURRÁÁ NN



DDD EEE DDD III CCC AAA TTT OOO RRR III AAA

A Rodolfo, mi esposo, a Alejandra, mi hija, por el apoyo y la comprensión de ambos.

Al Ingeniero Roberto Díaz, mi amigo, que me inició en el tema de “Digestión Anaeróbica”.

A la Ingeniera Mónica Bitenc y a la Ingeniera Agrónoma Analía Puerta por la colaboración

que me han prestado.



ÍÍÍ NNN DDD III CCC EEE

D e d i c a t o r i a 1

R e s u m e n 6

R e c o n o c i m i e n t o s 7

L i s t a d e t a b l a s 8

L i s t a d e f i g u r a s / g r á f i c o s 1 2

L i s t a d e a b r e v i a t u r a s 1 5

CC aapp íí tt uu ll oo II

Hipótesis 1 6

CC aapp íí tt uu ll oo II II

Introducción y antecedentes 17

II.1. Plantas aromáticas 17

II.2. Digestión anaeróbica 18

II.3. Coriandro 20

II.4. Cardo mariano 21

CC aapp íí tt uu ll oo II II II

Marco teórico 24

III.1. Digestión anaeróbica 24

III.1.a. Hidrólisis 28

III.1.b. Acidogénesis 29

III.1.c. Acetogénesis 29

III.1.d. Metanogénesis 30



III.1.e. Sulfatogénesis 31

III.2. Cinética de la digestión anaeróbica 34

III.2.a. Ecuaciones de Monod 34

CC aapp íí tt uu ll oo II VV

Determinación de la concentración óptima de inóculo 42

IV.1. Introducción 42

IV.2. Objetivos 43

IV.3. Materiales y métodos 43

IV.3.1. Materiales 43

IV.3.2. Metodología 44

IV.4. Procedimiento 45

IV.5. Resultados 46

IV.6. Discusión 50

IV.7. Conclusiones 51

C a p í t u l o V Degradación anaeróbica de los residuos sólidos que quedan de la extracción del aceite

esencial del coriandro 53

V.1 Introducción 53

V.2 Objetivos 53

V.3 Materiales y métodos 54

V.3.1 Materiales 54

V.3.2 Métodología 54

V.4. Procedimiento 55



V.5. Resultados 55

V.5.1. Ensayo Nº 1 55




V.6. Discusión 71

C a p í t u l o V I Degradación anaeróbica de los residuos de la obtención del principio activo del cardo

mariano (Silybum Marianun) 73

VI.1. Introducción 73

VI.2. Objetivos 74

VI.3. Materiales y Método 74

VI.4. Procedimiento 75

VI.5. Resultados 76

VI.5.1. Ensayo Nº 1 76



VI.6. Discusión 85

C a p í t u l o V I I Conclusiones y recomendaciones 86

VII.1.- Conclusiones 86

VII.2.- Recomendaciones 87

A n e x o s 8 8

Anexo Nº 1: Glosario 89



Anexo Nº 2: Plantas de coriandro 95

Anexo Nº 3: Plantas de cardo mariano 97

Anexo Nº 4: Digestores de laboratorio 100

Anexo Nº 5: Planillas de control de los digestores 101

Anexo Nº 6: Trampa de Clevenjer para obtener aceites esenciales en el labo-

ratorio 102

Anexo Nº 7: Tablas del Capítulo IV. 104

Anexo Nº 8: Tablas del Capítulo V. 106

Anexo Nº 9: Tablas del Capítulo VI. 115

B i b l i o g r a f í a 1 1 6



RR EE SSUU MM EE NN

Del fruto del Coriandro se obtiene el aceite esencial mediante la destilación por

arrastre con vapor. Estos residuos poseen características contaminantes, por lo que requieren

ser tratados para permitir su disposición final.

En cuanto al procesamiento del fruto de Cardo Mariano para la obtención del

principio activo, de uso medicinal, la sylimarina, mediante la extracción con solventes, se

obtiene, entre otros, un residuo que consiste en la pepita o semilla propiamente dicha, que se

descarta por su escaso valor económico. Este residuo es estudiado en este trabajo.

Se evaluó la factibilidad técnica de tratar por digestión anaeróbica los residuos

de estas dos especies.

Se utilizaron baterías de digestores de laboratorio inoculados con estiércol

vacuno en dilución apropiada.

Durante el proceso de digestión se realizaron mediciones de volumen de biogás

producido diariamente, para seguir el proceso de degradación de los residuos.

Conclusiones a que se arribaron:

� Los residuos estudiados, se degradan por digestión anaeróbica.

� Utilizando el desarrollo Monod, para la cinética de degradación

anaeróbica se comprobó que la velocidad de degradación de ambos se adapta a

una cinética de primer orden.

� Se calcularon las constantes de velocidad específica para la degradación

de ambos residuos.



RRR EEE CCC OOO NNN OOO CCC III MMM III EEE NNN TTT OOO SSS

Mis reconocimientos son para:

♦ La Universidad pública: Facultad de Cs. Exactas de la Universidad de

Bs. As. que me permitió alcanzar el título de grado en la década más brillante de la misma

(1957 – 1966)

♦ La U.T.N. Facultad Regional Haedo, que me permitió cursar esta

Maestría, con un excelente nivel académico.

♦ Por último todo mi reconocimiento a la Universidad Nacional de Luján

y a sus autoridades, que hace más de quince años, me acogieron como docente, me

permitieron hacer investigación y en el último tiempo me ayudaron para concretar este título

de Posgrado.



LLL III SSSTTT AAA DDD EEE TTT AAA BBB LLL AAA SSS

Tabla IV.1. Datos de inicio y finalización del inóculo después de cesar la producción

de biogás (Anexo VII) 104

Tabla IV.2. Porcentaje de remoción de sólidos volátiles totales en función de las con-

centraciones de sólidos totales del inóculo (Anexo VII) 104

Tabla IV.3. Aplicación de la fórmula deducida a partir de las ecuaciones de Monod,

para distintas concentraciones de inóculo (Anexo VII) 105

Tabla IV.4. Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Gráfico VI.2. con el

coeficiente de regresión (Anexo VII) 105

Tabla V.1. Caracterización de los residuos de las semillas exhaustas de coriandro

(Anexo VIII) 106

Tabla V.2. Ensayo Nº 1 - Caracterización del inóculo con concentración óptima uti-

lizada en los digestores (Anexo VIII) 106

Tabla V.3. Ensayo Nº 1 - Datos de origen y de finalización después de cesar la pro-

ducción de biogás(Anexo VIII) 107

Tabla V.4. Ensayo Nº 1 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de las ecuaciones

de Monod para cada digestor utilizando los valores del metano producido

(Anexo VIII) 107

Tabla V.5. Ensayo Nº 1 - Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Gráfi-

co V.3. con el coeficiente de regresión (Anexo VIII) 108

Tabla V.6. Ensayo Nº 1 - Constante de velocidad específica calculada a partir de

los SV (Anexo VIII) 108

Tabla V.7. Ensayo Nº2 - Caracterización del inóculo con concentración óptima

(Anexo VIII) 108



Tabla V.8. Ensayo Nº 2 - Datos de origen y de finalización después de cesar la produc-

ción de biogás (Anexo VIII) 109

Tabla V.9. Ensayo Nº 2 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de las ecuaciones

de Monod para cada digestor a partir de la producción de metano (Anexo

VIII) 109

Tabla V.10. Ensayo Nº 2 - Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Gráfi-

co V.3. con el coeficiente de regresión (Anexo VIII) 109

Tabla V.11. Ensayo Nº 2 - Constante de velocidad específica calculada a partir de

los SV 110

Tabla V.12. – Ensayo Nº 3 - Caracterización del inóculo, utilizada en los digestores

(Anexo VIII) 110

Tabla V.13 – Ensayo Nº 3 - Datos de origen y de finalización después de cesar la pro-

ducción de biogás (Anexo VIII) 110

Tabla V.14. – Ensayo Nº 3 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de las ecuacio-

nes de Monod para cada digestor utilizando los valores del metano pro-

ducido (Anexo VIII) 111

Tabla V.15. – Ensayo Nº 3 - Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Grá-

fico V.11. con el coeficiente de regresión (Anexo VIII) 111

Tabla V.16. – Ensayo Nº 3 - Constante de velocidad específica calculada a partir de



(Anexo VIII) 112


ducción de biogás (Anexo VIII) 112

Tabla V.19. – Ensayo Nº 4 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de las ecuas-



ciones de Monod para cada digestor utilizando los valores del metano

producido (Anexo VIII) 113

Tabla V.20. – Ensayo Nº 4 - Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Grá-

fico V.14. con el coeficiente de regresión (Anexo VIII) 113

Tabla V.21. – Ensayo Nº 4 - Constante de velocidad específica calculada a partir de


Tabla VI.1. - Caracterización de los residuos de cardo mariano (Anexo IX) 115

Tabla VI.2. – Ensayo Nº 1 - Caracterización del inóculo, utilizada en los digestores

(Anexo IX) 115

Tabla VI.3 – Ensayo Nº 1 - Datos de origen y de finalización después de cesar la

producción de biogás (Anexo IX) 115

Tabla VI.4. – Ensayo Nº 1 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de las

ecuaciones de Monod para cada digestor utilizando los valores del metano

producido (Anexo IX) 116

Tabla VI.5. – Ensayo Nº 1 - Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Grá-

fico VI.3. con el coeficiente de regresión. Son valores promedios (Anexo IX) 116

Tabla VI.6. – Ensayo Nº 1 - Constante de velocidad específica calculada a partir de

los SV (Anexo IX) 117

Tabla VI.7 – Ensayo Nº 2 - Datos de origen y de finalización después de cesar la

producción de biogás (Anexo IX) 117

Tabla VI.8. – Ensayo Nº 2 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de las ecuacio-

nes de Monod para cada digestor utilizando los valores de metano produci-

do (Anexo IX) 117

Tabla VI.9. – Ensayo Nº 2 – Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Grá-

fico VI.4. con el coeficiente de regresión (Anexo IX) 118



Tabla VI.10. – Ensayo Nº 2 - Constante de velocidad específica calculada a partir de

los SV (Anexo IX) 118

Tabla VI.11. – Ensayo Nº 3 - Caracterización del inóculo, utilizada en los digestores

(Anexo IX) 118


ducción de biogás (Anexo IX) 119

Tabla VI.13. – Ensayo Nº 3 – Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Grá-

fico VI.4. con el coeficiente de regresión (Anexo IX) 119



LLL III SSSTTT AAA DDD EEE FFF III GGG UUU RRR AAA SSS YYY GGG RRR ÁÁÁ FFF III CCC OOO SSS

Gráfico III.1. – Composición aproximada de biogás 25

Figura III.1. – Secuencia metabólica y grupos microbianos involucrados en la

digestión anaeróbica 27

Figura III.2. – Secuencias metabólicas y grupos microbianos involucrados en la

digestión anaeróbica con reducción de sulfatos 33

Gráfico III.2 . - Representación gráfica de la ecuación (21) 39

Gráfico III.3. - Obtención de la constante de velocidad específica de primer orden pa-

ra la degradación anaeróbica 40

Figura IV.1. – Aparato para medir biogás 45

Gráfico IV.1. – Volumen de metano acumulado en función de la concentración de

inóculo 47

Gráfico IV.2. – Gramos de SV removidos 48

Gráfico IV.3 - ln [Gm / (Gm-G)] vs. tiempo 49

Gráfico IV.4 – Constante de velocidad de degradación específica vs. porcentaje de ST 51

Gráfico V.1. - Caracterización de los residuos de las semillas exhaustas de coriandro 55

Gráfico V.2. - Ensayo Nº 1 - Volumen de metano acumulado en función de la

concentración de inóculo y de residuos de coriandro agregado 56

Gráfico V.3. – Ensayo Nº 1 - ln [Gm / (Gm – G)] vs. tiempo 58

Gráfico V.4. – Ensayo Nº1 - Valores de k (dias)-1 calculadas a partir del Gráfico V.3. 58

Gráfico V.5. - Ensayo Nº 1 - Valores de k (días)-1 calculadas a partir de ln (SVi/SVf) 59

Gráfico V.6. – Ensayo Nº 2 - Volumen de metano acumulado en función de la concen-

tración de inóculo y de residuos de coriandro agregado 61



Gráfico V.7. – Ensayo Nº 2 - ln [Gm / (Gm – G)] vs. tiempo 62

Gráfico V.8. - Ensayo Nº 2 - Valor de la constante de velocidad específica para dos

cálculos distintos 63

Gráfico V.9. - Ensayo Nº 3 - Volumen de metano acumulado en función de la


Gráfico V.10. - Ensayo Nº 3 - ln[Gm / Gm - G)] vs. tiempo 65

Gráfico V.11. – Ensayo Nº3 - Valor de la constante de velocidad específica para dos


Gráfico V.12. – Ensayo Nº 4 - Volumen de metano acumulado en función de la


Gráfico V.13. - Ensayo Nº 4 - ln[Gm / (Gm-G)] vs. tiempo 68

Gráfico V.14. - Ensayo Nº 4 - Valor de la constante de velocidad específica para dos


Gráfico V. 15. - Valores de las constantes de velocidades de degradación para

distintas cantidades de coriandro con distintos inóculos 69

Gráfico V.16. –Valores de las constantes de velocidades de degradación para distintas

cantidades de coriandro agregado con distintos inóculos 70

Gráfico V.17. –Valor de las constantes halladas por los dos métodos con sus disper-

Siones 71

Gráfico VI.1. - Caracterización de los residuos de cardo mariano: semillas sin el

pericarpio 75

Gráfico VI. 2 - Ensayo Nº1 - Volumen de metano acumulado en función de la

concentración de inóculo y de residuos de cardo mariano agregados 77

Gráfico VI.3. - Ensayo Nº 1 - ln [Gm/(Gm-G)] vs. tiempo 79

Gráfico VI.4. - Ensayo Nº 1: Constantes cinéticas halladas utilizando datos distintos 80

Gráfico VI.5. - Ensayo Nº 2 - Volumen de metano acumulado en función de la



concentración de inóculo y de residuos de cardo mariano agregado 81

Gráfico VI.6. - Ensayo Nº 2 - ln [Gm / Gm - G)] vs. tiempo 82

Gráfico VI.7 - Ensayo Nº2 - Constantes cinéticas halladas utilizando datos distintos 82

Gráfico VI.8. - Ensayo Nº 3 - Volumen de metano acumulado en función de la concen-

tración de inóculo y de cardo mariano agregado 83

Gráfico VI.9. - Ensayo Nº 3 - ln [Gm /(Gm - G)] vs. tiempo 84

Gráfico VI.10. - Valores de las constantes de velocidades de degradación para distin-

tas cantidades de cardo mariano con distintas concentraciones de

inóculo 85



LLL III SSSTTTAAA DDDEEE AAABBBRRREEEVVVIII AAATTTUUURRRAAASSS

a . C . .........antes de Cristo

A.G.V. ..... ácidos grasos volátiles

b ............... tasa de mortandad

C ...............Celsius

d .............. mortandad microbiana

DQO ...... Demanda Química de

Oxígeno

g .............. gramos

G............. volumen de biogás

acumulado

Gm.......... volumen máximo de

biogás acumulado

h a ..........hectárea

k ..............velocidad específica de

reacción

K s............ constante de saturación

de Monod

mg........... miligramos

ml........... mililitros

µ ............. tasa específica de

crecimiento de

microorganismos

µm ......... valor máximo de µ

O2 ..........oxígeno

s ..............siglo

S..............concentración sustrato

S0.............concentración inicial de

sustrato

SF............sólidos fijos

ST............sólidos totales

SV............sólidos volátiles

t ............... tiempo

tn ..............tonelada

v................ velocidad de reacción

X...............concentración de mi-

croorganismos

Y...............coeficiente de rendi-

miento

mgDQOmgSVS

Yp................. coeficiente de

producción de biogás

MAESTRIA EN ING. AMBIENTAL CAPÍTULO


CCC AAA PPP ÍÍÍ TTT UUU LLL OOO III

HH II PPÓÓ TT EE SSII SS

En el presente trabajo se plantean las siguientes hipótesis a desarrollar:

1. Los residuos provenientes de la obtención de aceite esencial del coriandro por la

destilación con arrastre por vapor y los residuos que quedan al sacar el pericarpio del fruto del

cardo mariano, para obtener la silimarina, se pueden tratar por digestión anaeróbica.

2. La degradación anaeróbica de los residuos de coriandro y de cardo mariano,

siguen un modelo cinético de primer orden.

3. Aceptada la hipótesis 2. es posible determinar la velocidad específica de cada

una de estas degradaciones, dada una concentración de inóculo del residuo.



CCC AAA PPP ÍÍÍ TTT UUU LLL OOO III III

II NN TT RR OO DD UU CC CC II ÓÓ NN YY AA NN TT EE CC EE DD EE NN TT EE SS

II.1 Plantas aromáticas

“ El territorio argentino posee prácticamente todos los climas, suelos orgánicos y

fértiles y suministro de agua necesaria para posibilitar la producción de una amplia variedad

de cultivos aromáticos. Sin embargo, esta actividad está aun lejos de alcanzar su gran

potencial.

En Argentina podemos encontrar vastas regiones en donde las hierbas crecen

naturalmente, independientemente de la mano del hombre. Esas hierbas están manejadas por

pequeños productores con poca información y tecnología y, por consiguiente, con

rendimientos y calidad lejos de los niveles del mercado.

Por otra parte, hay empresas y productores a gran escala que se han unido a la

actividad durante los últimos años y, adquiriendo nuevas tecnologías, han obtenido productos

competitivos de calidad internacional.

Actualmente, hay alrededor de 10.000 productores cultivando,

aproximadamente, 21.000 ha, y 45 empresas involucradas en esta industria, empleando

directamente alrededor de 1.300 personas.

La producción argentina de hierbas aromáticas y medicinales en la campaña

1999 – 2000 fue de 16.883 tn, representando el 0,5 % de la producción mundial total (3,25

millones de toneladas.)” (Secretaría de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentos - 2000)

El cultivo y la industrialización de las especies aromáticas y medicinales son de

sumo interés en nuestro país por cuanto permite avanzar en el autoabastecimiento de materias

primas indispensables para la industria alimenticia, perfumística y farmacéutica.



De las plantas aromáticas y medicinales es posible extraerles los aceites

esenciales y los principios activos de las mismas.

“Los aceites esenciales son aceites líquidos aromáticos u olorosos (algunas veces

semilíquidos o sólidos) que se obtienen a partir de partes de plantas: flores, brotes, semillas,

hojas, ramas, cortezas de árboles, hierbas, maderas frutas y raíces. Estos aceites esenciales son

utilizados en un amplio rango de alimentos, perfumes, productos cosméticos farmacéuticos y

detergentes.

Los aceites esenciales son volátiles y, usualmente, solubles en alcohol o éter,

siendo muy pocas veces solubles en agua. Debido a su concentración tienen mayor poder

saborizante que muchas hierbas y especias y, por lo tanto son de mayor valor. El método más

utilizado en la Argentina para su obtención es la destilación por arrastre con vapor de agua.“

(Secretaría de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentos - 2000)

II.2 Digestión anaeróbica

En este proceso (destilación por arrastre con vapor) (Brewster R., Vanderwerf

C., Mc Ewen - 1970) se produce una gran cantidad de residuos que constituyen un material

con características altamente contaminantes por lo que requieren algún tratamiento a efectos

de realizar su disposición final sin riesgos de polución.

Estos residuos están constituidos generalmente por ácidos grasos, derivados

proteicos, celulosa, etc. lo que constituyen de por sí una excelente materia prima para la

aplicación de la digestión anaeróbica, como metodología de tratamiento. (Curioni A., Arizio

O. - 1997)

Este proceso ha demostrado ser eficaz para el tratamiento de todo tipo de residuos

de origen orgánico: agroindustriales (Pérez Pardo et al. – 2002) (Díaz R. y Rolando A.),

cloacales (Vieira S. - 1994) (Rodríguez Jenny - 1996), residuos sólidos urbanos (Chamy R.,

Poirrier P. y Schiappacasse – 1994), efluentes de destilerías (Sánchez F. y Martínez Blanco S.

– 1994), etc. a través del cual se obtienen como subproductos, además de lograrse la

estabilización del residuo, un componente gaseoso, el biogás, y un efluente líquido con un



importante contenido de nutrientes esenciales para el suelo, como lo son el nitrógeno, fósforo

y potasio. (Martín S. – Rivero M. y Blotta L. – 1984) ( Bogliani M. – 1988) (Sánchez E. –

Martínez Blanco – 1994) (Escobar Múnera M. y González S. – 1996) (Puerta A. – 2003)

Es de destacar, en este sentido, que en la producción de algunas especies

aromáticas se han determinado importantes beneficios en cuanto a las mejoras de rendimiento

por la aplicación de fertilización nitrogenada y fosforada. (Barreiro R. y Col. – 1993 - 1995)

En el presente trabajo se estudiará la factibilidad del tratamiento por digestión

anaeróbica de los residuos que dejan dos especies: coriandro (Coriandro Sativum L) y cardo

mariano (Silybum Marianum L) al extraerle a las semillas del primero, el aceite esencial y al

segundo, la parte de la semilla no utilizada en la extracción del principio activo, la silimarina.

Una vez estudiada su digestibilidad, se determinarán las velocidades de degradación en un

medio inoculado con estiércol vacuno. Para ello se determinará la constante de velocidad

específica de la degradación anaeróbica de cada especie.

“Un modelo cinético de un proceso fermentativo es de fundamental importancia,

para un adecuado dimensionamiento de los sistemas de reacción.

Efectuar un estudio cinético de un dado fenómeno o proceso, implica estudiar su

evolución con el tiempo. Para ello es necesario cuantificar la concentración de sustrato

limitante del proceso, la concentración del producto, entre otras determinaciones.

A diferencia de las reacciones químicas ordinarias para las cuales sólo se

necesita determinar las concentraciones de reactivos y productos, en un proceso biológico la

situación es muy complicada, ya que los agentes activos que promueven los cambios que se

observan son los microorganismos presentes que sintetizan complejos enzimáticos de acuerdo

a las condiciones del medio.

La situación se complica aún más, cuando se trabaja con cultivos mixtos como es

el caso de los procesos biológicos de tratamiento de residuos”. (Plaza G. y Rajal V. - 1993)



II.3 Coriandro

El coriandro (Coriandro Sativum L) es una especie ampliamente difundida y

conocida desde la antigüedad. Sus frutos tienen usos medicinales (carminativo, antiséptico,

antiespasmódico, etc.).

Los granos, tanto enteros como molidos se los emplea en la industria de la

alimentación, en la formulación de mezclas de especies.

Por destilación de las semillas molidas se obtiene un aceite esencial rico en

linalol (60 – 80 %) (Muñoz F. - 1993) y de importantes usos en la industria perfumística,

alimentaria y licorera.

CH3 CH3 CH3 –C=CH-CH2 -CH2 –C-CH=CH2 Linalol OH

El coriandro se cultiva en nuestro país, en la zona denominada pampa húmeda

siendo la principal provincia productora la de Buenos Aires, según datos de la Secretaría de

Agricultura Ganadería y Pesca y el INDEC.

El grueso de la producción se usa como condimento, pero una pequeña parte de

la superficie sembrada se destina a la obtención de aceite esencial, existiendo en la Provincia

de Buenos Aires, dos plantas destiladoras.

La superficie sembrada de coriandro en nuestro país, en la última década fue de

aproximadamente 2.000 hectáreas con una producción de 2.500 toneladas por año. Se estimó

que para ese período la superficie sembrada para la obtención de aceite esencial rondó las 150

– 200 hectáreas por año. El mercado interno de la esencia fue de una tonelada por año para

esta misma década.

El proceso de obtención del aceite esencial deja un volumen muy grande de

residuos que alcanza a un 98 %, aproximadamente, de las semillas molidas que entran en el

destilador ya que en el proceso industrial se obtiene aproximadamente un 2 % de aceite



esencial. Por lo tanto, considerando la producción de una tonelada por año de aceite esencial,

se producen 98 toneladas de residuos. (Curioni A., Arizio O. - 1997)

Estos residuos salen del destilador con un alto contenido de humedad, lo que

hace que sean muy fáciles de entrar en descomposición. Por este motivo, es necesario realizar

un tratamiento de los mismos para que no contaminen el suelo ni las aguas superficiales y/o

subterráneas y luego darles un destino final apropiado.

Una de las metodologías adecuadas de tratamiento podría ser la digestión

anaeróbica de los mismos, utilizando como inóculo de estiércol vacuno. De ser factible el

tratamiento de estos residuos por esta tecnología debería realizarse un estudio económico (que

escapa a este trabajo) para la posible utilización del biogás producido como combustible en el

calentamiento de la caldera.

Por otra parte debería continuarse el estudio para la posible utilización del

efluente, ya tratado que sale del digestor, rico en nutrientes tales como el nitrógeno, fósforo y

potasio como mejorador del suelo en los cultivos de coriandro, ya que hay abundante

bibliografía que recomiendan utilizar nitrógeno, fósforo en el suelo para aumentar la

producción de coriandro. (Barreiro R. y Col. - 1993) (Barreiro R. y Col. - 1995)

II.4 Cardo Mariano

El cardo mariano (Silybum Marianum L), llamado también cardo asnal, lechero

o marmolado. (Ver Anexo III)

Se lo conoce desde la antigüedad, Teofasto (s IV a. C.) la menciona bajo el

nombre de Pternix y Discórides (s I a. C.) recomienda la raíz de Silibon junto con miel

fermentada como vomitivo.

Es una especie originaria del hemisferio norte en la zona de Europea

Mediterránea. Se encuentra ampliamente difundido en la zona del Cáucaso, Asia Central y

Turquía, siendo introducido en América del Sur a fines del siglo XVIII.



En la Argentina se encuentra asilvestrado y está ampliamente difundido dada su

extraordinaria capacidad de diseminación y las condiciones climáticas y edafológicas

favorables para su desarrollo. Aparece como maleza en cultivos extensivos de cereales y

oleaginosas y en alfalfares en toda la Región Pampeana. En los últimos años dado el deterioro

físico de los suelos, como así también la pérdida de fertilidad de los mismos, se ha producido

una merma en la población silvestre del cardo mariano. (Curioni A., Arizio O., García M. -

1995)

Las semillas tienen un importante contenido en aceite (26-32 %) semisecante

con un contenido de ácidos grasos similar al de semilla de girasol (predomina el ácido

linoleico: 55 %.

CH3(CH2)4CH = CHCH2CH = CH(CH2)7COOH Ácido linoleico

Además de aceite estas semillas han despertado interés por contener en el

pericarpio de las mismas Silimarina, una mezcla de isómeros cuyos principales componentes

son: Silibina, Silidianina y Silicristina, cuyas fórmulas tienen en común el esqueleto de un

flavonoide. (Forlano E. - 1999)

5´

8 6´ 4´

7 2 3́

6 3 Esqueleto carbonado de los flovonoides

5 4

El procesamiento del fruto de cardo mariano (Silybum Marianum L) para la

obtención de su principio activo, de uso medicinal, deja dos tipos de residuos:

Uno constituido por la parte interna de los frutos, es decir las pepitas o

semillas propiamente dichas, partidas, con un alto contenido de aceite y bajo contenido

celulósico.

El otro residuo es el pericarpio, también triturado, impregnado en solvente

que proviene de la extracción del principio activo.

O



En este trabajo se tratará el primero de estos residuos. (Ver Anexo Nº III)

Por lo expuesto resulta de interés evaluar la factibilidad técnica de realizar el

tratamiento por digestión anaeróbica de los residuos que dejan estas dos especies, luego de su

tratamiento para la obtención del aceite esencial, en el caso de la primera, y, del principio

activo medicinal, en el segundo caso. Para ello se realizará el estudio cinético de su

degradación anaeróbica, con vistas a que la industria local disponga de una tecnología

adecuada a los efectos de que pueda incorporarla a su esquema de producción.

Para realizar el estudio cinético de la degradación anaeróbica de estos residuos, se

propondrá una metodología de trabajo, que de ser adecuada, se podrá utilizar para el

estudio de la degradación de los residuos generados en la extracción de aceites esenciales

contenidos en los frutos y hojas de diversas plantas aromáticas.



CCC AAA PPP ÍÍÍ TTT UUU LLL OOO III III III

MM AA RR CC OO TT EE ÓÓ RR II CC OO

III. 1 Digestión anaeróbica

Este tratamiento fue utilizado desde principios del siglo pasado, en China (FAO -

1984) para tratar a los residuos agropecuarios y ganaderos. La finalidad del uso de esta

tecnología para los chinos era obtener energía no convencional, el biogás, ya que China no

cuenta con combustibles fósiles. Con el pasar de los años, esta tecnología fue adoptada no

solo para el tratamiento de los residuos y el aprovechamiento energético en el área rural, sino

también para el tratamiento de cualquier efluente líquido o semilíquido de alta carga orgánica

contaminante.

La digestión anaeróbica es un proceso altamente complejo desde el punto de

vista microbiológico. Puede decirse que se trata de un proceso natural, enmarcado en el ciclo

anaerobio del carbono, (Soubes M. – 1994) por el cual en ausencia de oxígeno, se puede

transformar la sustancia orgánica en un gas rico en metano, llamado biogás y un residuo que

tiene valor como fertilizante, como lo muestra la abundante bibliografía existente.

“ Los ecosistemas naturales donde se produce el biogás son por ejemplo el fondo

de lagunas y pantanos, el fondo del mar donde hay sedimentos orgánicos, el tracto

gastrointestinal del hombre y animales carnívoros, el rumen de los herbívoros...., y aguas

termales tanto en la superficie de la tierra como en el fondo del mar.

A su vez existen ecosistemas artificiales como los rellenos sanitarios, los

digestores rurales, y los digestores anaerobios ya sea de efluentes industriales como de aguas

servidas.” (Soubes M. – 1994)

En cuanto al biogás, el rendimiento energético es inferior a otros combustibles

no convencionales pero presenta la ventaja de permitir una valorización energética de

productos húmedos y de conservar su poder fertilizante.



Según (de Lemos Chernicharo C. A. - 1997) la digestión anaeróbica puede ser

considerada como un ecosistema donde diferentes grupos de microorganismos trabajan

interactivamente en la conversión de materia orgánica compleja en una mezcla de biogás,

como así también en nuevas células bacterias.

El biogás está formado principalmente por los siguientes gases: metano, dióxido

de carbono, agua, sulfuro de hidrógeno y amoníaco.

CH4

CO2

Materia orgánica Bacterias anaeróbicas H2O

H2S

NH3

Nuevas células

La composición aproximada del biogás se muestra en el Gráfico III.1

Gráfico III.1 - Composición aproximada del biogás

CH460%

CO237%

Otros gases3%



Los microorganismos que participan del proceso de descomposición anaeróbica

pueden dividirse en tres grandes grupos de bacterias, con comportamiento fisiológico distinto

(de Lemos Chernicharo C. A. - 1997):

Un primer grupo está compuesto por bacterias fermentativas, que

poseen enzimas que transforman por hidrólisis, los polímeros naturales en

monómeros, y estos en acetato, hidrógeno, dióxido de carbono, ácidos orgánicos

de cadena corta, aminoácidos y otros productos.

Un segundo grupo formado por bacterias acetogénicas productoras de

hidrógeno, las cuales convierten los productos generados por el primer grupo

(aminoácidos, azúcares, ácidos orgánicos y alcoholes) en acetato, hidrógeno y

dióxido de carbono.

Los productos finales del segundo grupo son los sustratos para el tercer

grupo, que a su vez están constituidos por dos diferentes grupos de bacterias

metanogénicas. Un grupo usa al acetato transformándolo en metano y dióxido de

carbono, en cuanto al otro produce metano, a través de la reducción de dióxido

de carbono. Una forma esquemática se da en la Figura III.1. (de Lemos

Chernicharo C. A. - 1997)



Compuestos orgánicos complejos

(Hidratos de carbono, proteínas, lípidos)

Bacterias fermentativas

(Hidrólisis)

Orgánicos simples

(Azúcares, aminoácidos, péptidos)


(Acidogénesis)

Ácidos orgánicos

(Propiónico, butírico, etc.

Bacterias acetogénicas

(Acetogénesis)

Bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno

H2 + CO2 Acetato

Bacterias acetogénicas consumidoras de hidrógeno

Bacterias metanogénicas

Metanogénesis

CH4 + CO2

Metanogénicas hidrógenotrópicas Metanogénicas acetoclásicas

Figura III.1 – Secuencia metabólica y grupos microbianos involucrados en la

digestión anaeróbica



Por lo tanto el proceso de digestión anaeróbica puede ser subdividido en cuatro

fases.

III.1.a. Hidrólisis

Como las bacterias no son capaces de asimilar la materia orgánica particulada,

una primera fase del proceso de digestión anaeróbica consiste en la hidrólisis del material

particulado complejo (polímeros) en sustancias solubles más simples (moléculas menores),

las cuales pueden atravesar las paredes celulares de las bacterias fermentativas. Esta

conversión de material particulado en sustancias solubles, se consigue por la acción de

enzimas excretadas por las bacterias fermentativas hidrolíticas. En anaerobiosis, la hidrólisis

de los polímeros generalmente ocurre en forma lenta, siendo varios los factores que pueden

afectar la tasa en que el sustrato es hidrolizado:

Temperatura operacional del reactor

Tiempo de residencia del sustrato

Composición del sustrato

Tamaño de las partículas

pH del medio

Concentración de NH4+ - N

Concentración de los productos de hidrólisis

Los polímeros que son degradados en la etapa de hidrólisis son:

Proteínas

Lípidos

Hidratos de carbono

La degradación se produce de la siguiente forma:

Proteínas Péptidos Aminoácidos



Lípidos Ácidos grasos

Hidratos de carbono Azúcares solubles (mono y disacáridos)

Alcoholes

III.1.b Acidogénesis

Los productos solubles provenientes de la fase de hidrólisis son metabolizados

en el interior de las células de bacterias fermentativas, siendo convertidos en distintos

compuestos más simples los cuales son excretados por las células. Los compuestos

producidos incluyen ácidos grasos volátiles (A.G.V.), alcoholes, ácido láctico y compuestos

minerales tales como dióxido de carbono, hidrógeno, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, como

así también nuevas células bacterianas. Como los ácidos grasos volátiles son los principales

productos de los organismos fermentativos, estos son generalmente llamados bacterias

fermentativas acidogénica. La fermentación acidogénica es realizada por un grupo

diversificado de bacterias de las cuales la mayoría son anaeróbicas estrictas.

III.1.c Acetogénesis

Las bacterias acetogénicas son responsables de la oxidación de los productos

generados en la fase acidogénica en sustratos apropiados para las bacterias metanogénicas. De

esta forma, las bacterias acetogénicas forman parte de un grupo metabólico intermediario que

producen sustrato para las metanogénicas

Este proceso convierte los productos de la etapa anterior (acidogénesis) en

compuestos que actúan como sustratos para la producción de: metano, acetato, hidrógeno y


Durante la forma de los ácidos acético y propanoico, se forma una gran cantidad

de hidrógeno, como se dijo más arriba, haciendo que el valor del pH en el medio acuoso,

decrezca. Hay dos maneras por las cuales el hidrógeno es consumido por el medio:



A través de las bacterias metanogénicas, que utilizan el hidrógeno y

dióxido de carbono par producir metano.

A través de la formación de ácidos orgánicos, tales como el

propanoico y butanoico, ácidos estos formado por la reacción del hidrógeno

con el dióxido de carbono y el ácido acético.

De todos los productos metabolizados por las bacterias acidogénicas, solamente

el hidrógeno y el acetato pueden ser utilizados directamente por la metanogénicas.

III.1.d Metanogénesis

Esta etapa aparece como limitante del proceso global de digestión, aunque a

temperaturas menores de 20º C la hidrólisis resulta ser la etapa limitante.

La metanogénesis es la etapa final del proceso de degradación anaeróbica de

compuestos orgánicos en metano y dióxido de carbono por bacterias metanogénicas. Las

metanogénicas utilizan solamente un limitado número de sustratos, comprendiendo ácido

acético, hidrógeno, dióxido de carbono, ácido fórmico, metano, metilaminas y monóxido de

carbono. En función de sus afinidades por el sustrato y por la producción de metano, las

bacterias metanogénicas son divididas en grupos principales, una que forma metano a partir

de ácido acético o metanol, y un segundo grupo que produce metano a partir de hidrógeno y

dióxido de carbono:

Bacterias acetotróficas. A partir de la reducción del ácido acético para

dar metano.

Bacterias hidrogenotróficas. A partir de la reducción del dióxido de

carbono para dar metano.

Las bacterias acetotróficas que son capaces de producir metano a partir de

acetato son los microorganismos predominantes de la digestión anaeróbica. Son los

responsables de la producción del 60 al 70 % de la producción de metano, a partir del grupo

metilo del ácido acético:



CH3COOH CH4 + CO2

Al contrario de lasa bacterias acetotróficas, prácticamente todas las especies

conocidas de bacterias metanogénicas son capaces de producir metano a partir de hidrógeno y


CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O

Los diferentes grupos de bacterias que transforman la materia orgánica del

afluente, poseen todos acción catabólica y anabólica. De este modo, simultáneamente con la

formación de los diferentes productos de la fermentación, se producen nuevas células.

Tanto las bacterias acetotróficas como las hidrogenotróficas son muy

importantes en el mantenimiento de la digestión anaeróbica, ya que son responsables de

consumir el hidrógeno producido en las fases anteriores.

Además de las cuatro fases descriptas anteriormente, un proceso de digestión

anaeróbica puede incluir además una quinta fase, dependiendo de la composición química de

los residuos que son tratados. Los residuos que contienen compuestos de azufre son sometidos

a una fase de sulfatogénesis: reducción del sulfato y formación de sulfuro de hidrógeno.

III.1.e Sulfatogénesis

En esta etapa, el sulfato y otros compuestos conteniendo azufre, son utilizados

como aceptores de electrones durante la oxidación de los compuestos orgánicos. Durante este

proceso, sulfatos, sulfitos y otros compuestos azufrados, son reducidos a sulfuros, a través de

un grupo de bacterias anaeróbicas estrictas, denominadas bacterias reductoras de sulfato o

bacterias sulforreductoras. (de Lemos Chernicharo C. A. - 1997)

Las bacterias sulforreductoras son consideradas un grupo muy versátil de

microorganismos, capaces de utilizar una amplia gama de sustratos, incluido toda una serie de

ácidos grasos volátiles, diversos ácidos aromáticos, hidrógeno, metanol, etanol, glicerina,

azúcares, aminoácidos y varios grupos fenólicos.

Las bacterias sulforreductoras se dividen en dos grandes grupos:



Bacterias sulforreductoras que oxidan los sustratos de forma incompleta

hasta acetato.

Bacterias sulforreductoras que oxidan los sustratos completamente

hasta gas carbónico.

En ausencia de sulfatos, el proceso de digestión anaeróbica ocurre de acuerdo

con las secuencias metabólicas presentadas en la Fig.III.1 . Con la presencia de sulfatos en los

residuos, muchos de los compuestos intermedios, que son formados a través de las rutas

metabólicas que se muestran en Fig.III.1. pasan a ser utilizados por bacterias

sulforreductoras, provocando una alteración de las rutas metabólicas en los digestores

anaeróbicos, como se muestra en la Fig.III.2. De esta forma las bacterias sulforreductoras

pasan a competir con las bacterias fermentativas, acetogénicas y metanogénicas por los

sustratos disponibles. (de Lemos Chernicharo C. A. - 1997)



Compuestos orgánicos complejos

(Hidratos de carbono, proteínas, lípidos)


(Hidrólisis)

Orgánicos simples

(Azúcares, aminoácidos, péptidos)


(Acidogénesis)

Ácidos orgánicos

(Propiónico, butírico, etc.


(Acetogénesis)

Bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno

H2 + CO2 Acetato

Bacterias acetogénicas consumidoras de hidrógeno


Metanogénesis

CH4 + CO2

Metanogénicas hidrógenotrópicas Metanogénicas acetoclásicas

Bacterias reductoras de sulfato

(Sulfatogénesis)

H2S + CO2

Fig. III.2. – Secuencias metabólicas de grupos microbianos involucrados en la

digestión anaeróbica con reducción de sulfatos



III.2. Cinética de la digestión anaeróbica

La digestión anaeróbica de los residuos de la extracción del aceite esencial de

coriandro por destilación con arrastre con vapor y de los restos de semillas de cardo mariano,

en un inóculo de estiércol vacuno, será determinada en función del biogás formado y el

tiempo de digestión. Esta cinética está regida por la ecuación de Monod. (Monod – 1949 -

1959)

Las leyes que rige la velocidad de las reacciones químicas y bioquímicas son

estrictamente experimentales, dependen de la temperatura y de la concentración de las

sustancias reaccionantes.

Para el caso del metabolismo bacteriano, podemos considerar que la velocidad

de remoción del sustrato es proporcional a su concentración:

Skdt

dS ∗=− (1)

donde:

v = velocidad de la reacción, es decir la velocidad de consumo del sustrato

(S)

k = velocidad específica de la reacción. Es numéricamente igual a la

velocidad cuando la concentración de los reactivos, en este caso el S es

la unidad. Depende de la temperatura.

S = concentración del sustrato en mg de DQO/litro o bien mg / litro de SV,

o como se usará en el Capítulo V, g de SV totales.

III.2.a. Ecuaciones de Monod

Monod en 1948 desarrolló las expresiones cinéticas que describen el

metabolismo bacteriano. La siguiente ecuación se conoce como ecuación de Monod:

)(Sfkv ∗−=

)(Tfk =



+∗=

SK

S

smµµ (2)

donde:

µ = tasa específica de crecimiento. Aumento relativo de masa de

microorganismos por unidad de tiempo (t-1).

µ m = valor máximo de µ

K s = constante de Monod o constante de saturación. Es la mitad de la

velocidad máxima de utilización del sustrato (mg de DQO/litro).

En soluciones diluidas de S la ecuación de Monod se reduce a:

SKS

m ∗

= µµ (3)

Los estudios de Monod pueden resumirse en tres principios básicos.

1. La tasa del crecimiento de los microorganismos es proporcional a la

tasa de utilización de sustrato (S)

Xdt

dSY

dt

dX

uc

∗=

∗=

µ (4)

donde:

c (subíndice) = indica velocidad de crecimiento de los

microorganismos.

u (subíndice) = velocidad de utilización del sustrato.

X = concentración de los microorganismos (SSV / litro)

Y = coeficiente de rendimiento:

g de biomasa (g de SSV)

Y = (5)

g de sustrato (g de DQO)



Por lo tanto de [4], tenemos

Xdt

dX ∗=

µ (6)

Sustituyendo este valor en (3):

∗∗=

sm

c K

SX

dt

dX µ (7)

En este caso la velocidad de crecimiento de los microorganismos es proporcional

a la concentración del sustrato, (S) y por lo tanto la velocidad de reacción tiene una cinética

de primer orden con respecto a la concentración de sustrato.

2. La tasa de crecimiento de los microorganismos es proporcional a la

concentración de los mismos (X) y depende a su vez de la concentración del sustrato (S).

3. Simultáneamente con la tasa de crecimiento de los microorganismos,

debido a la actividad anabólica, se produce mortandad de los mismos. La tasa de decaimiento

puede ser formulada como un proceso de primer orden.

XbdtdX

d

∗−=

(8)

donde:

b = tasa de mortandad

El subíndice d, indica mortandad bacteriana.

Volviendo a la ecuación (1):

Skdt

dS ∗=−

y reagrupando los términos:

dtkS

dS ∗=− (9)

Por otra parte de la ecuación (4) tenemos:



Y

X

dt

dS ∗=− µ (10)

Igualando ahora las ecuaciones [1] y [10] y reagrupando, tenemos:

Y

XSk

∗=∗ µ (11)

Despejando de la ecuación (11), k:

YS

Xk

∗∗= µ

(12)

De la ecuación (3), despejamos S:

m

SKS

µµ ∗= (13)

Reemplazamos en (12) el valor de S hallado en (13) y queda la siguiente

expresión para k (constante de velocidad específica):

YK

Xk

S

m

∗∗= µ

(14)

Pero volvamos a la ecuación (9).

La integración de esta ecuación entre los límites S y S0 para la concentración de

sustrato en los tiempos t = 0 y t = t, es:

( ) ( )0lnln 0 −∗=−− tkSS

tkSS ∗=+− 0lnln

Cambiando de signo:

- tkSS ∗−=+ lnln 0 (15)

Expresando la ecuación (15) en forma exponencial:

tkeSS ∗−=+− 0



Reordenando esta ecuación tenemos:

tkeSS ∗−∗= 0 (16)

donde:

S0 = es la concentración inicial de sustrato (g de DQO / litro o g de SV totales)

Por otra parte, la formación del producto, que para el caso tratado es la

formación de biogás: metano y dióxido de carbono, fundamentalmente) lo definimos como:

dS

dGYp −= (17)

Yp = coeficiente de producción de biogás.

G = volumen de biogás acumulado

Integrando la ecuación (17) entre los límites para G entre cero y G y para S entre

los valores So y S, tenemos:

( )SSYG p −∗= 0 (18)

Despejamos de la ecuación (18) el valor de S

SSY

G

p

−=− 0 (19)

Cambiamos de signo la ecuación (19):

SSY

G

p

=+− 0

Reemplazamos este valor de S en la ecuación (16)

tk

p

p eSY

YSG ∗−∗=∗+

− 00

Despejamos G y cambiamos de signo:

tkpp eYSYSG ∗−∗∗=∗+− 00



( )tkp eYSG ∗−−∗=− 10 (20)

Llamamos a: mp GYS =∗0

donde:

Gm = volumen máximo de biogás acumulado en un tiempo de digestión

infinito.

Por lo tanto la ecuación (20) nos queda:

( )tkm eGG ∗−−∗= 1 (21)

La representación gráfica de la ecuación (21) es la siguiente:

Gráfico III.2 – Representación gráfica de la ecuación (21)

G

Gm

Volumen acu-

mulado de biogás

Del gráfico anterior podemos observar que G = 0 cuando t = 0; y a un tiempo

infinito la producción de biogás es cero y la curva se transforma en una recta paralela al eje t.

En estas condiciones la producción de biogás acumulada es máxima (Gm).

La pendiente de la curva decrece con el incremento del tiempo.

La disminución gradual de la pendiente puede ser atribuida a la disminución de

la concentración del sustrato que se va degradando.

t (tiempo)



Volviendo nuevamente a la ecuación (21), aplicamos la propiedad distributiva y

cambiamos de signo:

tkmm eGGG ∗−∗+−=−

Reordenando la ecuación anterior nos queda:

tk

m

m eG

GG ∗−=− (22)

Aplicando a la ecuación (22) logaritmos naturales:

tkG

GG

m

m ∗−=

−ln (23)

Graficando

−

m

m

G

GGln versus t, nos da una recta con pendiente negativa que

es la constante k (constante de velocidad específica de la degradación anaeróbica para una

cinética de primer orden).

Gráfico III.3. – Obtención de la constante de velocidad específica de

primer orden para la degradación anaeróbica

Gm - G

ln Gm

- k

t (tiempo)



De lo deducido hasta aquí, podemos ver que en las distintas experiencias,

midiendo el volumen acumulado de biogás en función del tiempo, se puede obtener la

constante de velocidad específica de degradación para cada uno de los residuos.

El principal inconveniente de este método se presenta en la medición de la

concentración del sustrato mediante el volumen de biogás producido (Corujeira Gallo A. –

Durán J. 2002). Esto se puede subsanar, llegado el caso, usando parámetros medibles como

los son los sólidos volátiles y la demanda química de oxígeno. (Plaza G. – Rajal V. 1993)

Para ello, se puede hallar la constante de velocidad específica de primer orden,

aplicando las ecuaciones, deduciéndolas de la ecuación (16), ellas son:

( )0ln ttkDQO

DQO

finales

iniciales −∗−=

(23)

( )0ln ttkSV

SV

finales


(24)



CC AA PPÍÍ TT UU LL OO II VV

DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN

ÓPTIMA DE INÓCULO

II VV ..11 –– II NNTTRROODDUUCCCCII ÓÓNN

Como ya se dijo anteriormente, cuando se extrae el aceite esencial de las

semillas del coriandro, mediante el arrastre con vapor de agua, se obtiene una gran cantidad

de residuos sólidos húmedos. La obtención del principio activo del cardo mariano deja

también grandes cantidades de residuos, aunque se utiliza otra metodología de extracción.

Para determinar la factibilidad de tratar a estos residuos, mediante la digestión

anaeróbica, es necesario primero, determinar la concentración óptima de inóculo a utilizar, en

este caso estiércol vacuno. La concentración de este inóculo la expresamos en porcentaje

masa en masa de sólidos totales con los que se va a trabajar. (Fernández B. – Poirrier P. –

Chamy R. 2000)

El estiércol es la fuente de microflora anaeróbica. Esta fuente de

microorganismos tiene la particularidad de contener también materia orgánica biodegradable,

es decir sustrato.

La concentración de sólidos totales se compone de materia orgánica degradable,

microorganismos y material inerte.

Sólidos volátiles

Sólidos totales

Sólidos fijos

La determinación de la concentración de sólidos totales en la dilución del

estiércol vacuno es importante ya que se debe contar con un nivel adecuado de

microorganismos pero no debe superar la capacidad de biodegradación de los mismos.



Por este motivo se comprobó como establece la bibliografía (Berger M. E. 1984)

que la producción de biogás por kg de sólidos totales disminuye al aumentar los mismos.

La bibliografía indica concentraciones de sólidos totales de 3 a 10 %

(Tanganides E. 1980), aunque se han logrado digestiones satisfactorias con una concentración

de sólidos totales de hasta el 15 % o más.

La degradación anaeróbica es un proceso que se realiza en muchas etapas, la

cinética de la etapa más lenta gobernará la velocidad del proceso. El tratamiento anaeróbico

desde el punto de vista cinético puede ser descripto como un proceso en tres etapas:

Hidrólisis de compuestos orgánicos complejos

Producción de ácidos

Producción de metano

Por lo general la etapa limitante del proceso es la de producción de metano si los

compuestos a hidrolizar son relativamente simples (de Lemos Chernicharo C. A. 1997). Por lo

tanto al si la etapa metanogénica es la limitante y si hay mucha materia orgánica, fácilmente

hidrolizable, se acumulará ácido acético que bajará el pH e inhibirá la degradación.

IV.2. OBJETIVOS

IV.2.1. Determinar la concentración óptima de sólidos totales en diluciones de

estiércol que funcionará como fuente de bacterias necesarias para la digestión anaeróbica en

los ensayos que se realizarán en el laboratorio.

IV.2.2. Utilizando las reacciones deducidas por Monod (1949 – 1959) y

suponiendo que es una cinética de primer orden, se calculará la constante de velocidad

específica k (días)-1 para las distintas concentraciones de inóculo expresado en porcentaje de

sólidos totales.

IV.3 MATERIALES Y METODO

IV.3.1. Materiales



Estufa para mantener la temperatura constante entre 36 – 38° C

Kitasatos de 500 cm3

Frascos lavadores de 500 cm3

Probetas de 500 cm3

Pinzas de Mohr

Mangueras y tapones de goma

Solución acidulada con ácido clorhídrico a la que se le agregó indicador

naranja de metilo, para darle coloración roja

Estiércol vacuno extraído de la pista de ordeñe del tambo de la

Universidad Nacional de Luján

Nitrógeno

Balanza analítica y Granataria

Peachímetro

Mufla

Cono de Imhoff

Materiales de vidrio y reactivos para hacer distintas determinaciones

Programa de Microsoft Word y Excell

IV.3.2. Metodología

Se realizaron diluciones de estiércol vacuno proveniente del tambo de la

Universidad Nacional de Luján. El mismo fue previamente caracterizado de acuerdo a su

contenido de sólidos totales, sólidos fijos y sólidos volátiles. (APHA – AWA – WPCF 1994).

Para determinar los sólidos totales se pesó 20 g, aproximadamente, de estiércol y

se lo llevó a sequedad primero en baño de maría y luego en estufa a 105° C hasta peso

constante según las normas. (APHA – AWA – WPCF 1994)

Para determinar los sólidos fijos y los sólidos volátiles, al residuo anterior se lo

llevó a mufla a 550º C hasta peso constante y luego se realizaron los cálculos

correspondientes.



Conocido el porcentaje de sólidos totales del estiércol, se procedió a hacer los

cálculos para realizar las distintas soluciones del mismo.

Se trabajó con concentraciones distintas de sólidos totales en los digestores de

laboratorio. Estas concentraciones fueron aproximadamente de 1 %; 2 %; 3 %; 4 %; 6 % y 9

%.

IV.4 PROCEDIMIENTO

Una vez cargados los digestores con 350 mililitros (dos terceras partes del volumen

del digestor) de solución de inóculo, se hizo pasar nitrógeno para desplazar el aire y obtener

así una atmósfera inerte, libre de oxígeno.

Luego los digestores así preparados fueron conectados a los frascos lavadores, y a su

vez éstos a las probetas para medir el volumen de biogás desplazado, se colocaron en la estufa

manteniéndose una temperatura entre 36 – 38° C.

En la Fig. IV.1 se muestra el esquema de los digestores utilizados.

Figura IV.1. – Aparato para producir biogás. Adaptación de van Andel y Lettinga

(1984)



En el Anexo N° IV se ve la foto de los digestores de laboratorio en la estufa.

Como el líquido acidulado y desplazado por el biogás puede evaporarse algo al

estar en la estufa a 36 – 38º C, se colocó en la misma estufa una probeta de las mismas

características que las otras, llena con agua destilada. Diariamente se leyó el volumen que se

ha evaporado de agua y este volumen se lo sumamos al volumen de biogás leído y con ello

tenemos el volumen verdadero de biogás formado en el día.

Se realizaron las correcciones de volumen necesarias para llevar los registros a

condiciones normales de presión y temperatura (CNPT). Como no se pudo medir las

concentraciones de metano en el biogás, se adoptó para los cálculos la proporción del 70 %

como lo especifica la abundante literatura hallada.

Se confeccionó una planilla por digestor, cuyo modelo se muestra en el Anexo V.

IV.5 RESULTADOS

Con los datos obtenidos, una vez agotada la producción de biogás, se

confeccionó un gráfico con los volúmenes de metano acumulados (expresado en mililitros),

en función del tiempo (expresado en días), para cada una de las concentraciones de inóculo.

En todos los casos se obtuvieron curvas de forma sigmoidal, como lo especifica la literatura.

(de Lemos Chernicharo C. A. - 1997)

Los ensayos se realizaron por triplicado para cada una de las concentraciones,

obteniéndose resultados análogos.

Las mediciones de biogás se hicieron a 36º - 38º C y 1 atmósfera de presión.

En el Gráfico IV.1 se observa la producción acumulada de metano en cada

digestor ensayado con distintas concentraciones de inóculo.



Gráfico IV.1 - Volumen de metano acumulado en función de la concentración de inóculo

0

500

1000

1500

2000

2500

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29Dias

Vol

umen

de

met

ano

acum

ulad

o (m

l)

1% 2% 3% 4% 6% 9%

En la Tabla IV.1 (Anexo VII) se informan los datos exactos de sólidos totales,

fijos y volátiles de iniciación y después de haber sido digerido hasta agotamiento del

inóculo, se establece también el porcentaje de remoción de los sólidos volátiles totales de

cada uno de los digestores.

En el Gráfico IV.2 se observa la remoción de los sólidos volátiles totales en

función del porcentaje de sólidos totales colocados en cada uno de los digestores. Como se

observa en el mismo, la remoción es mayor cuando los ST son de aproximadamente del 3 %.

Luego el porcentaje de remoción comienza a disminuir.

Cabe destacar que fue importante realizar esta correlación de la remoción de los

SV con el porcentaje inicial de los ST del inóculo del digestor, ya que este es un parámetro de

fácil y rápida determinación, y sobre todo cuando el inóculo utilizado, estiércol vacuno, es tan

variable y complejo y hay que manipularlo con alguna rapidez.



0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

g de

SV

rem

ovid

os

1 2 3 4 5 6

% de ST en los digestores

Gráfico IV.2 - Gramos de SV removidos

Con los datos obtenidos se aplicó la ecuación de la cinética de primer orden

deducida en el Capítulo III y razonada a partir de las expresiones cinéticas de Monod donde

describe el metabolismo bacteriano para comprobar que la degradación cumple un modelo de

primer orden.

La ecuación aplicada es:

( ) tkGG

G

m

m ∗=

−ln (25)

tky ∗= (26)

La ecuación (1) es la ecuación de una recta como se demuestra en la ecuación

(2).

donde:



Gm = es el volumen acumulado de metano durante todo el ensayo, hasta

agotamiento del material a degradar, expresado en mililitros. Formulado de otra forma es el

máximo volumen de gas acumulado a un tiempo de digestión infinito.

G = es el volumen acumulado de metano, expresado en mililitros, en un tiempo

dado t, expresado en días

t = es el tiempo que dura la experiencia, expresado en días.

k = constante de velocidad, expresada en (días)-1

La ecuación (1) concuerda con la hallada por Borja R. y Banks C. (1994)

Para cada una de las concentraciones de inóculo se aplicó la fórmula (1) como se

muestra en la Tabla IV.3, Anexo VII.

Se graficaron estos valores y se calculó para cada concentración de inóculo la

recta de regresión correspondiente en el Gráfico IV.3, y de allí se sacó la constante de

velocidad k (días)-1. Se usó para ello el programa de Microsoft Excel.

Gráfico IV.3 - ln [Gm / (Gm - G)] vs tiempo

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 5 10 15 20 25 30Días

ln [G

m /

(Gm

-G)]

ST 1% ST 2% ST 3%

ST 4% ST 6% Lineal (ST 1%)

Lineal (ST 2%) Lineal (ST 4%) Lineal (ST 6%)

Lineal (ST 3%)

Coeficientes de regresiónR2 = 0,763R2 = 0,814R2 = 0,813R2 = 0,704R2 = 0,507



En la Tabla IV.4 (Anexo VII) se dan las ecuaciones de las rectas trazadas en el

gráfico anterior, con los coeficientes de ajuste.

IV.6 DISCUSIÓN

Si observamos el Gráfico IV.1 , vemos que el digestor 1 con una concentración

de ST de aproximadamente 1 %, produjo muy poco gas y se agotó en poco tiempo. Esto es

razonable, ya que, al ser baja la concentración de la solución tiene pocas bacterias y éstas

poco sustrato para degradar.

Los digestores con concentraciones de 2 %; 3 % y 4 %, tuvieron,

aproximadamente, en igual tiempo de funcionamiento, casi la misma producción de metano.

En cuanto a los gramos de sólidos volátiles removidos, se observa en el Gráfico IV.2, que el

que tiene una concentración de sólidos totales de aproximadamente 3 % es el que se produce

mayor remoción.

El que comenzó con un 6 % de ST tuvo una buena producción tardía de metano

(casi a los 17 días de arrancar recién comienza la producción abundante).

A los 30 días de iniciación de la digestión los digestores que tenían una

concentración de ST del 1%, 2%, 3% y 4% se agotaron, mientras que el que tenía 6% de

ST todavía seguía produciendo biogás y por eso, al haber suspendido el ensayo la

remoción de los SV fue escasa. Cabe señalar que para una mejor operatividad de los

ensayos y la disponibilidad de los equipos, el tiempo que estos se prolongaron debió ser de

aproximadamente 30 – 35 días, de allí que se suspendió la experiencia antes de su

finalización.

En cuanto al que comenzó con el 9 % de ST prácticamente no produjo

metano y por lo tanto no hubo casi remoción.

En el Gráfico IV.4. se muestran las constantes k de velocidad para una

cinética de primer orden, con un coeficiente de regresión bastante importante como se ve

en la Tabla IV.4., (Anexo VII) sobre todo la que corresponde a un digestor con una

concentración de ST de 3 %, aproximadamente.



0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

% de ST

Gráfico IV.4. - Constante de velocidad de degradación específica vs. porcentaje de ST.

k (días)-1 0,087 0,061 0,064 0,086 0,034

1 2 3 4 6

IV.7 CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos (Gráfico IV.1) llegamos a la conclusión

de que la concentración óptima de los ST del estiércol que se utiliza como inóculo en los

digestores utilizados en estas experiencias, es de alrededor de 2 al 4 % ya que se observa que

para concentraciones mayores pueden ocurrir dos cosas:

Inhibición del proceso a concentraciones aproximadas del 9% de ST.

Tiempos de aclimatación más largos a concentraciones de

aproximadamente 6% de ST lo que hace inoperante a la experiencia.

Si la concentración de ST es menor del 2% el proceso comienza rápido pero

el nivel de microorganismos es muy bajo, los microorganismos son pocos y el proceso se

puede detener inmediatamente. Aunque la remoción de SV es buena, si se pretende agregar

un sustrato con más materia orgánica este podría inhibir la posterior digestión.



Por otra parte se puede concluir que la degradación del inóculo se puede modelar con

una cinética de primer orden como lo plantea Monod con un coeficiente de regresión bastante

importante, como lo demuestra la Tabla IV.4 (Anexo VII.)

Por lo tanto se decide trabajar en las futuras experiencias con una concentración

de ST de aproximadamente 3 %.



CCC AAA PPPÍÍÍ TTT UUU LLL OOO VVV

DEGRADACIÓN ANAERÓBICA DE LOS RESIDUOS

SÓLIDOS QUE QUEDAN DE LA OBTENCIÓN DEL

ACEITE ESENCIAL DEL CORIANDRO

VV ..11 –– II NNTTRROODDUUCCCCII ÓÓNN

Cuando se realiza la obtención del aceite esencial del coriandro a partir de sus

semillas mediante el arrastre con vapor de agua, se producen dos tipos de residuos:

Sólidos

Líquidos

El tratamiento de los residuos sólidos se estudiará en este capítulo utilizando

como metodología la degradación anaeróbica.

Los residuos líquidos se estudiarán en trabajos posteriores que escapan a los

objetivos de esta Tésis. Con los mismos se verá el tratamiento a realizar para su posible

valorización económica (González M. D. – Rolando A. 2003).

V.2 OBJETIVOS

En este capítulo se plantea alcanzar los siguientes objetivos:

V.2.1. Caracterizar el residuo sólido obtenido al extraer el aceite esencial de las

semillas de coriandro por destilación por arrastre con vapor.

VV..22..22.. Determinar la factibilidad técnica de realizar el tratamiento por digestión

anaeróbica de los residuos antes mencionados..

V.2.3. Calcular la constante de velocidad específica k (días)-1 para la degradación

de los residuos de coriandro y verificar si el proceso se ajusta al modelo lineal, utilizando las

ecuaciones de Monod.



V.3. MATERIALES Y METODO

VV .. 33 .. 11 .. MM aa tt eerr ii aa ll eess

Se utilizaron los mismos materiales que los usados en el Capítulo IV

Residuos exhaustos de semillas de coriando después de habérsele

extraído el aceite esencial.

Trampa de Clevenger, descripta en la Norma ISO 6517-1984 (E)

VV .. 33 .. 22 .. MM eett oo dd oo ll oo gg íí aa

V.3.2.1. Se obtuvieron los residuos de las semillas de coriandro,

extrayéndoseles a las mismas el aceite esencial. Para ello se molieron las semillas y se realizó

la extracción del aceite esencial siguiendo la metodología indicada por la Norma ISO 6571-

1984 (E) para determinar el contenido del mismo en las plantas aromáticas. Se usó la Trampa

de Clevenger como lo indica la Norma antes mencionada.

(Ver Anexo VI – Trampa de Clevenjer)

V.3.2.2. Se caracterizaron los residuos exhaustos de semillas de coriandro.

V.3.2.3. Los residuos, así obtenidos, se agregaron a los digestores cargados con

una dilución de estiércol vacuno que tenían una concentración de sólidos totales acorde al

valor óptimo determinado en el Capítulo IV.

V.3.2.4. Se trabajó en cada ensayo con digestores en paralelo utilizando el

mismo inóculo en cada ensayo. Se cargó cada digestor con 350 ml de la dilución de estiércol.

En todos los casos, dos de estos digestores se dejaron como testigos, cargados

solamente con inóculo, es decir con estiércol vacuno. En cada ensayo se utilizó, cuando se

pudo, dos masas diferentes de residuos de semillas de coriandro, utilizándose duplicado de

cada una.

V.3.2.5. Se midió diariamente la producción de biogás a lo largo de todo el

ensayo, usando el procedimiento descrito en el Capítulo IV.



V . 4 PP RR OO CC EE DD II MM II EE NN TT OO

V.4.1. Se caracterizaron los residuos de las semillas exhaustas de coriandro

siguiendo las normas (APHA – AWA – WPCF – 1994), arrojando los resultados que se

muestran en el Gráfico V.1., la tabla correspondiente se da en el Anexo VIII, Tabla V.1.:

Gráfico V.1. - Caracterización de los residuos de las semillas exhaustas de

coriandro

Composición de los residuos de coriandro

79,80%

20,20%

Composición de los sólidos totales

94,90%

5,10%

V.4.2. Se realizaron varios ensayos con distintos inóculos (estiércol vacuno) y

distintas cantidades de residuos de semillas exhaustas de coriandro.

V.4.3. En cada ensayo se caracterizó el estiércol diluido usado en los digestores, de

acuerdo a las Normas (APHA – AWA – WPCF – 1 9 9 4 ). El estiércol utilizado se lo obtuvo

de la pista de ordeñe del tambo de la UNLu.

V.5 RESULTADOS

V.5.1. - Ensayo Nº1

En el Anexo VIII se muestra en la Tabla V.2. con la caracterización del inóculo

utilizado en los digestores.

Sólidos



La cantidad de residuo agregado a cada digestor, figura en el Gráfico V.2. Las curvas que

se muestran, son las curvas promedio de los resultados obtenidos de la producción de

metano en función del tiempo. Estas curvas coinciden con la ecuación:

−=∗− tk

eGmG 1

(21). Las pendientes de las mismas decrecen con el tiempo y esto es atribuido a la

disminución gradual de la concentración de los sustratos biodegradables. (Borja R. and

Banks C. – 1994)

Gráfico V.2. - Ensayo Nº 1 - Volumen de metano acumulado en función de la concentración de inóculo y de residuos de

coriandro agregado

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40Días

Vol

umen

de

met

ano

acum

ulad

o (m

l)

Estiércol 3,03 % ST Coriandro 1,01 g seco (2,48 g/L)

Coriandro 1,50 g seco (2,88 g/L)

El porcentaje de remoción, como se ve en la Tabla V. 3., Anexo VIII es

aproximadamente igual para todos los digestores, y por otra parte concuerda con la

bibliografía correspondiente al tratamiento por digestión anaeróbica de residuos con alta

concentración de sólidos (Berger M. E. 1984), (Hills D. J: 1980)



En la Tabla V.3., Anexo VIII se dan, también, los datos de sólidos iniciales y de

finalización, después de cesar la producción de biogás, en cada uno de los digestores.

No se consideró el digestor Nº 4, ya que hubo baja producción de metano, aunque

hubo una considerable remoción de SV, lo que hace suponer pérdidas de gas en el sistema.

Se observa un mayor abatimiento de SV en los digestores con residuos de

coriandro que en los que tiene inóculo solamente. (Ver Tabla V.3 del Anexo VIII)

Como se hizo en el Capítulo III, aplicando Logaritmos Neperianos a la ecuación

−=∗− tk

eGmG 1 (ecuación (21) de la página 39) y ordenando los términos nos queda:

( ) tkGGm

Gm ∗=

−ln (25)

Graficando la ecuación anterior en función del tiempo, debe dar una recta con

intersección en el punto cero, cuya pendiente es la k (constante de velocidad específica) si el

proceso se ajusta a una cinética de primer orden. (Borja R. and Banks C. – 1994)

En el Gráfico V.3., que se da a continuación, se graficaron los resultados de

aplicar la fórmula anterior obtenida a partir de las ecuaciones de Monod para cada digestor.

Los resultados se muestran en la Tabla V.4 del Anexo VIII. Como se puede observar, los

gráficos dieron rectas con un buen coeficiente de ajuste (R2 entre 0,7 y 0,8). Esto demuestra

que el proceso se aproxima a una cinética de primer orden.



Gráfico V.3. - Ensayo Nº 1 - ln [Gm/(Gm - G)] vs. tiempo

0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40Días

ln [G

m/(

Gm

- G

)

Estiércol 3,03 % STCoriandro 1,01 g seco (2,88 g/L)Coriandro 1,50 g seco (4,29 g/L) Lineal (Estiércol 3,03 % ST)Lineal (Coriandro 1,01 g seco (2,88 g/L))Lineal (Coriandro 1,50 g seco (4,29 g/L) )

Coeficientes de ajuste

R2: 0,859 R2: 0,783R2: 0,818

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

k (días)-1

Composición de los digestores

Gráfico V.4. - Ensayo Nº1 - Valores de k (dias)-1 calculadas a partir del Gráfico V.3.

Valor de k 0,084 0,096 0,076

Estiércol Coriandro: 1,01 g Coriandro: 1,50 g



En el Gráfico V.4., se presentan las distintas constantes de velocidad de

degradación correspondientes a una cinética de primer orden, para cada digestor con estiércol

y con distintas cantidades de residuos de coriandro. En la Tabla V.5. Anexo VIII, se dan los

valores promedio de las mismas y las ecuaciones correspondientes.

Se calcularon también las constantes de velocidad de degradación para la

remoción de SV, Gráfico V.5.

0,000

0,005

0,010

0,015

k (días)-1

Composición de los digestores

Gráfico V.5. - Ensayo Nº 1 -Valores de k (días)-1 calculadas a partir de ln (SVi/SVf)

k 0,009 0,010 0,011

Estiércol Coriandro: 1,01 g Coriandro: 1,50 g

La variación del valor de las constantes para la producción de gas con el contenido de

residuos de coriandro, no se correspondió con la remoción de sólidos volátiles, lo que se

atribuyó a la pérdida de gas.

Por otra parte, ya demostramos por el método de generación de gas que podemos

considerar al proceso, regido por una cinética de primer orden. Estos valores se pueden ver en

la Tabla V.6. Anexo VIII. y en el Gráfico V.3. en el que se obtienen rectas. Por tal motivo, si

la cinética es de primer orden, aunque teníamos dos valores solamente de SV al iniciar la

digestión y al final, pudimos considerar que era una degradación de primer orden y aplicar la



fórmula (24) del Capítulo III, página 41, de remoción de SV, para obtener la constante de

degradación:

( )0ln ttkSV

SV

finales


(24)

Como puede observarse, las constantes halladas por ambos métodos no difieren

mucho entre sí, aunque tengan distinta cantidad de residuos. Esto mismo se pone de

manifiesto en el Gráfico V.2.. La pendiente del primer tramo de las sinusoidales, es menor en

los digestores que contienen estiércol solamente (línea roja), que los que tienen agregado de

residuos de coriandro (línea azul), lo que indican una mayor velocidad de degradación en

estos últimos. (Durán J y Berta D. – 1997)

V.5.2. – Ensayo Nº 2

Se trabajó con otra tanda de digestores utilizando otro estiércol como inóculo. La

caracterización de los mismos se da en la Tabla V.7. Anexo VIII. En este ensayo se usaron

solamente cuatro digestores: dos blancos (inóculo solamente) y dos con similar cantidad de

residuos de coriandro.

La cantidad de residuos agregados a cada digestor figura en el Gráfico V.7., siendo

los resultados valores promedios.




coriandro agregado

0200400600800

100012001400160018002000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Días

Vol

umen

ede

met

ano

acum

ulad

o (m

l)

Estiércol 3,25 % ST Coriandro 0,87 g (2,48 g/L

Como puede observarse en la Tabla V.8. Anexo VIII el porcentaje de reducción de los

sólidos volátiles se sigue manteniendo en los valores dados por la bibliografía (Berger M. E.

1984), (Hills D. J: 1980)

Aquí también se observa una mayor producción de metano en los digestores con

residuos de coriandro que se corresponden con una mayor remoción de SV en los mismos

digestores.

A continuación, en el Gráfico Nº 8 se presentan los datos promedio obtenidos de

aplicar la fórmula deducida a partir de las ecuaciones de Monod para producción de metano,

considerando una cinética de primer orden cuyos datos figuran en la Tabla V.9. Anexo VIII.

También aquí los gráficos dieron rectas con un buen coeficiente de ajuste.

De ellas se sacaron las constantes de velocidad específica como se muestran en la

Tabla V.10.



Gráfico V.7. - Ensayo Nº 2 - ln [Gm / Gm - G)] vs. tiempo

0,0000,5001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,000

0 5 10 15 20 25 30 35Días

ln [G

m /G

m -

G)]

1 - Estiércol 3,25% ST Coriandro 0,87 g (2,48 g/LLineal (1 - Estiércol 3,25% ST)Lineal ( Coriandro 0,87 g (2,48 g/L)

Coeficientes de ajusteR2: 0,845R2: 0,791

También en esta experiencia se calcularon las constantes de velocidad específica

utilizando la degradación de los sólidos volátiles. Ver Tabla V.11. de Anexo VIII. En el

Gráfico V.9. se muestran los valores de las constantes de velocidad específica, calculadas por

los dos métodos, para el inóculo y para el inóculo con los residuos de coriandro.



0

0,05

0,1

0,15

k (días)-1

Gráfico V.8. - Ensayo Nº 2. - Valor de la constante de velocidad específica para dos cálculos distintos

ln Gm/(Gm-G) 0,06 0,08

ln (SVi/SVf) 0,12 0,14

k del estiércol con 3,25 % ST

k res. de coriandro 0,87 g

Como se pone de manifiesto en esta nueva experiencia, la constante de degradación es

mayor, nuevamente, en el caso en que se le agregan los residuos que cuando está el inóculo

solo. Esto también puede observarse en el Gráfico V.7. Después del período de aclimatación

de las bacterias se produce biogás más rápidamente en los digestores con residuos de

coriandro que en los que tienen el inóculo solo.

Las constantes calculadas a partir de la degradación de los sólidos volátiles, mantienen

el mismo comportamiento.

Queda pendiente determinar si estos resultados, se reproducen para mayores

concentraciones de residuos.

V.5.3. Ensayo Nº 3



Como en los casos anteriores, se trabajó con otra tanda de digestores utilizando

otro estiércol como inóculo. La caracterización de los mismos se da en la Tabla V.12.

AnexoVIII. La cantidad de residuos agregados a cada digestor figura en el Gráfico V.10.,

siendo los resultados, como siempre, valores promedios.

Gráfico V.9. - Ensayo Nº 3 - Volumen de metano acumulado en función de la concentración de inóculo y de residuos de coriandro

agregado

0200400600800

1000120014001600

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43

Días

Vol

umen

de

met

ano

acum

ulad

o (m

l)

Estércol 2,97 % ST Coriandro 1,5 g seco (4,29 g/L) Coriandro 3 g seco (8,57 g/L)

En este ensayo, el porcentaje de reducción de sólidos volátiles, fue mayor que en los

ensayos anteriores, oscilando estos porcentajes, alrededor del 50 %, como puede verse en la

Tabla V.13. Anexo VIII. Esto se debe a la característica del inóculo, que es muy probable

tenga una alta concentración de biomasa, que se pone de alguna manera de manifiesto, en una

alta concentración de SV en el inóculo. (Tabla V.13. Anexo VIII.). Por otra parte, el

porcentaje de remoción, como en los ensayos anteriores, es mayor en los digestores con

residuos que en los que tienen inóculo solo.



Gráfico V.10. - Ensayo Nº 3 - ln[Gm / Gm - G)] vs. tiempo

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Días

ln [G

m /

(Gm

- G

)]

Est. 2,97 % STCor. 1,5 (4,29 g/L)gCor. 3,0 (8,57 g/L)gLineal (Est. 2,97 % ST)Lineal (Cor. 1,5 (4,29 g/L)g)Lineal (Cor. 3,0 (8,57 g/L)g)

Coeficiente de ajusteCoeficiente de ajuste

R2: 0,814R2: 0,802R2: 0,696

En este ensayo también comprobamos que la degradación se produce por una cinética

de primer orden, ya que al aplicar la ecuación ( ) tkGGm

Gm ∗=

−ln , a los datos obtenidos

del Ensayo Nº 3 obtenemos rectas, con un aceptable coeficiente de regresión, (Ver Tabla V

14 - 15. – Anexo VIII) de las que se puede sacar la constante de degradación como pendiente

de las rectas. Las velocidades de degradación con 1,5 g (4,29 g/ L) de residuos y con 3,0 (8,57

g/ L) son aproximadamente iguales.

Como responde a una cinética de primer orden, se calculó también la k con los

sólidos volátiles iniciales y finales (Ver Tabla V.16. – Anexo VIII)

En el Gráfico V.11. se muestran las constantes halladas.



0,000

0,050

0,100

Gráfico V.11 - Ensayo Nº 3 - Valor de la constante de velocidad específica para dos cálculos distintos

ln Gm/(Gm-G) 0,093 0,076 0,078

ln (SVi/SVf) 0,02 0,018 0,014




V.5.4. Ensayo Nº 4

Se realizó un último ensayo con otro inóculo y con seis digestores: dos con una

concentración de residuos de 15 g (uno de ellos se inutilizó) otros dos con una concentración

de 1,5 g de residuos y otros dos con el inóculo solamente. Se realizó este ensayo para ver si

una cantidad diez veces mayor de residuo que otro, producía algún tipo de inhibición en los

digestores, y sobre todo si tanta cantidad de residuos, podía manipularse bien en este tipo de

digestores.

La caracterización del inóculo se da en la Tabla V.17. del Anexo VIII.

En el Gráfico V.13. se muestran las curvas promedio obtenidas, de producción

de metano acumulado en función del tiempo.

Se observa en este gráfico que, el que tiene mayor cantidad de residuos, produce

mayor cantidad de metano, en más tiempo. El ensayo se suspendió a los 49 días, sin haber

cesado la producción del biogás. En el caso del inóculo y de los que tenía menor cantidad de

residuos, la producción de metano, fue casi pareja como en los otros ensayos.




coriandro agregado

0

1000

2000

3000

4000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46

Días

Vol

umen

de

met

ano

acum

ulad

o (m

l)

1.Blanco - ST 3,38 % 4.Coriandro 1,5 g (4,29 g/L) 5.Coriandro 15 g (42,9 g/L)

También aquí, el porcentaje de reducción de sólidos volátiles, fue similar a los

ensayos anteriores, oscilando estos porcentajes, alrededor del 50 %, como puede verse en la

Tabla V.18. Anexo VIII.

También, como en los ensayos anteriores, se comprobó que se ajusta a una

cinética de primer orden utilizando el método grafico, basándonos en la producción de

metano.



Gráfico V.13. - Ensayo Nº 4 - ln[Gm / (Gm-G)] vs. tiempo

0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40Días

ln[G

m /

(Gm

-

G)]

Est. 3,38 % ST1,5 g de coriandro (4,29 g/ L)15 g de coriandro (42,) g/ L)Lineal (Est. 3,38 % ST)Lineal (1,5 g de coriandro (4,29 g/ L))Lineal (15 g de coriandro (42,) g/ L))

Coeficientes de ajuste

R2: 0,718R2: 0,738R2: 0,857

0

0,1

0,2

Gráfico V.14. - Ensayo Nº 4 - Valor de la constante de velocidad específica para dos cálculos distintos

ln (SVi/SVf) 0,028 0,016 0,026

ln Gm/(Gm-G) 0,110 0,057 0,037



k res. de coriandro 15 g

A continuación, en el Gráfico V.15, se comparan todas las constantes halladas según

la modelación de una cinética de degradación de primer orden utilizando distintos tipos de

inóculo.



0,08

0,10

0,08 0,080,06

0,08

0,04

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

k (dias)-1

2,48 g/l 2,88 g/l 4,29 g/l 4,29 g/l 4,29 g/l 8,57 g/l 42,9 g/l

Gráfico V.15. - Valores de las constantes velocidades de degradación para distintas cantidades de coriandro

agregado con distintos inóculos

Concentración de coriandro en g/litro

Se observa que las constantes varían poco de una concentración a otra de residuos, aun

con inóculos distintos. En concentraciones iguales de los mismos (4,29 g/ L de coriandro), las

fluctuaciones encontradas, es probable, que se deban a las diferentes características de los

inóculos. Esto concuerda, con lo hallado en distintos ensayos, expuestos en este capítulo, en

cuanto a que la velocidad varía poco con la concentración de residuos.

Por otra parte se observa una disminución de la constante a concentraciones elevadas

de coriandro (42,9 g/ L).

Para verificar si las constantes halladas utilizando el abatimiento de los sólidos

volátiles, se mantienen casi constantes aun variando los inóculos, como en el caso anterior, se

trazó el Gráfico V.16., comparando la variación de las constantes calculadas por los dos

métodos, con distintos inóculos y con distintas concentraciones de residuos.



0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

k (dias)-1

Gráfico V. 16.- Valores de las constantes velocidades de degradación para distintas cantidades de coriandro agregado

con distintos inóculos

k calculada: ln [Gm / (Gm-G)] 0,08 0,10 0,08 0,08 0,06 0,08 0,04

k claculada: ln SVi / SVf 0,014 0,010 0,011 0,018 0,016 0,014 0,026

2,48 g/l 2,88 g/l 4,29 g/l 4,29 g/l 4,29 g/l 8,57 g/l 42,9 g/l

Como se observa la variación también es escasa, salvo, en el caso de mayor

concentración de residuos (42,9 g/ L).

Teniendo en cuenta esto se calculó el valor medio de las constantes en los dos

métodos (despreciando las obtenidas para mayor concentración de residuos) y las

desviaciones estándar para ambos métodos.

Tabla V.22. – Valores medios de k utilizando ambos métodos y sus

respectivas desviaciones estándar

kG (medio) de

obtención de gas

Desviación

estándar

(S)G

kSV (medio) de

abatimiento de

SV

Desviación

estándar

SSV

0,079 días-1 0,013 0,014 0,003

Resumiendo:

003,0014,0

013,0079,01

1

±=

±=−

−

díask

díask

SV

G



Las constantes halladas tienen una dispersión baja dada por una desviación

estándar pequeña, como se muestra en el Gráfico V.17.

Gráfico V.17. Valor de las constantes halladas por los dos métodos con sus dispersiones

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Concentración de residuos g/ litro

k (d

ías)

-1

k(Gm) : ln[Gm/(Gm-G)] k(SV): ln (SVi/SVf)

Promedio k(GM): 0,079d-1 Promedio k(SV): 0,014d-1

V.6. DISCUSIÓN

V.6.1. Se observó en las experiencias anteriores, que los residuos obtenidos de las

semillas de coriandro, después de habérsele extraído el aceite esencial, se pueden

tratar por digestión anaeróbica, usando como inóculo estiércol vacuno.

Se afirma esto, ya que los digestores con residuos produjeron volúmenes

mayores de metano, (Gráfico V.2.; Gráfico V.7.; Gráfico V.10. y Gráfico

V.13.) que los que tenían inóculo solamente.

V.6.2. El porcentaje de remoción de sólidos volátiles en todos los digestores,

concuerda con los valores dados en la bibliografía. Esta remoción es mayor en

los digestores con mayor carga orgánica, proviniendo esta de los residuos, que se

corresponde con una mayor producción de biogás.



V.6.3. La modelación, siguiendo las ecuaciones de Monod, usando la producción de

biogás, responde a una cinética de primer orden. Esto se puede observar en los

Gráfico V.3.; Gráfico V.8.; Gráfico V.11 y Gráfico V.14, en los cuales al

representar la ecuación: ( ) tkGGm

Gm ∗=

−ln de una cinética de primer orden

dan aproximadamente rectas que pasan por el origen. Las rectas de regresión

tienen un aceptable coeficiente de ajuste, oscilando entre 0,8 y 0,7.

V.6.4. Las constantes varían muy poco con el inóculo usado.



CCC AAA PPPÍÍÍ TTT UUU LLL OOO VVV III

DDEEGGRRAADDAACCII ÓÓNN AANNAAEERRÓÓBBII CCAA DDEE LL OOSS RREESSII DDUUOOSS

DDEE LL AA OOBBTTEENNCCII ÓÓNN DDEELL PPRRII NNCCII PPII OO AACCTTII VVOO DDEELL

CCAARRDDOO MM AARRII AANNOO ((SSii llyybbuumm MM aarr iiaannuunn))

V I . 1 . – I N T R O D U C C I Ó N

En el procesamiento de los aquenios del cardo mariano (Silybum Marianum)

(Ver Anexo III) para la obtención de su principio activo, de uso medicinal, la silimarina, se

separa el pericarpio de la semilla. El porcentaje de cada uno de ellos en los frutos es de

aproximadamente (Etayo A. I. y de Levy R. H. G. – 1977):

Pericarpio: 48 %

Semillas: 52 %

Del pericarpio se realiza una extracción con distintos solventes, para obtener el

principio activo, conjunto de flavonoides, (Etayo A. I. y de Levy R. H. G. – 1977) dejando un

residuo saturado con solvente, que no se tratará en este estudio.

Por otra parte, las semillas desprovistas del pericarpio, no contienen flavonoides.

En esta parte del fruto, se encontró un aceite rico en ácidos linoleico (55 – 70 %), oleico (18 –

27 %) y palmítico (6 – 9 %) (de la Vega M. y Fenoglio T. – 1987), que puede usarse en la

industria cosmética.

En nuestro país esta parte de la semilla se desecha y constituye un residuo. Sobre

esta parte se realizó el estudio para su tratamiento por digestión anaeróbica.

En este trabajo nos ocuparemos de las semillas molidas, libres del pericarpio que

llamaremos los residuos. (De ahora en adelante cuando hablemos de residuos de cardo

mariano, nos vamos a referir a este tipo de residuos)



VI.2. – OBJETIVOS

En este capítulo se plantea alcanzar los siguientes objetivos:

V.2.4. Caracterizar el residuo sólido obtenido al extraer a los frutos del cardo

mariano el pericarpio.

V.2.5. Determinar la factibilidad técnica de realizar el tratamiento por digestión

anaeróbica de los residuos antes mencionados.

V.2.6. Calcular la constante de velocidad específica k (días)-1 para la degradación

de estos residuos y verificar si el proceso se ajusta al modelo de cinética de primer orden,

utilizando las ecuaciones de Monod.

VI.3 MATERIALES Y METODO

V I . 3 . 1 . M a t e r i a l e s

Se utilizaron los mismos materiales que los usados en el Capítulo V.

Semillas molidas de cardo mariano, luego de habérseles extraído el

pericarpio. Estos residuos fueron suministrados por la Firma Tolviac S.A.

VI.3.2.Metodología

IV.3.1.1. Las semillas que constituían los residuos fueron entregadas por la

Firma Tolviac S.A., ya molidas.

IV.3.1.2. Se caracterizaron los residuos utilizando las Normas (APHA – AWA

– WPCF – 1994)

IV.3.1.3. Los residuos, así obtenidos, se agregaron a los digestores cargados con

una dilución de estiércol vacuno conteniendo una concentración de sólidos totales acorde al

valor óptimo determinado en el Capítulo IV.

Se trabajó en cada ensayo con digestores en paralelo utilizando el mismo inóculo en

cada ensayo que se realizó. Se cargó cada digestor con 350 ml de la dilución de estiércol.



En todos los casos, dos de estos digestores se dejaron como testigos, cargados

solamente con inóculo, es decir con estiércol vacuno.

VI.3.2.4. Se midió diariamente la producción de biogás a lo largo de todo el

ensayo, usando el procedimiento descrito en el Capítulo IV.

VI.4. PROCEDIMIENTO

VI.4.1. - Se caracterizó los residuos de las semillas de cardo mariano siguiendo las

normas (APHA – AWA – WPCF – 1994), arrojando los resultados que se muestran en el

Gráfico VI.1. y en la tabla correspondiente que se da en el Anexo IX, Tabla VI.1.

Gráfico VI.1. - Caracterización de los residuos de cardo mariano: semillas sin el

pericarpio

Composición de los residuos de cardo mariano

Sólidos totales94 %

Humedad6%

Composición de los sólidos totales

Sólidos volátiles

93%

Sólidos fijos7 %

Los resultados de la caracterización de este residuo muestran que,

aproximadamente, un 90 % de los sólidos totales están altamente comprometidos con

sustancias de naturaleza orgánica.

VI.4.2. - Se realizaron varios ensayos con distintos inóculos (estiércol vacuno) y

distintas cantidades de residuos de cardo mariano.



VI.4.3. - En cada ensayo se caracterizó el estiércol diluido usado en los digestores, de

acuerdo a las Normas (APHA – AWA – WPCF – 1994), de manera similar a lo explicado en

el Capítulo V.

V.6 RESULTADOS

V.6.1. Ensayo Nº 1

En el Anexo IX se muestra en la Tabla VI.2. con la caracterización del inóculo

utilizado en los digestores.

La cantidad de residuo agregado a los digestores, figura en el Gráfico VI.2 . La curva

correspondiente a los residuos del cardo mariano, es la curva promedio de cuatro

digestores. Estas curvas, como en el caso de los residuos del coriandro, coinciden con la

ecuación (21): ( )tkm eGG ∗−−∗= 1 . Estas curvas muestran un tiempo de aclimatación de las

bacterias de aproximadamente siete días.

Las pendientes de las mismas decrecen con el tiempo y esto es atribuido a la disminución

gradual de la concentración de los sustratos biodegradables. (Borja R. and Banks C. –

1994). En este caso, por la composición del residuo de cardo mariano, se pone de

manifiesto que luego de unos días de funcionamiento del digestor, la curva cambia de

pendiente. En este caso es de esperar que los microorganismos, fundamentalmente los que

intervienen en las reacciones de hidrólisis y fermentación, se nutran de sustancias

estructuralmente sencillas, siendo la metanogénesis el paso limitante de la velocidad global

del proceso. Sin embargo una vez agotadas esta fuente, se hace necesario una etapa de

readaptación del sistema multienzimático, que posibilita la bioconversión de sustancias

más complejas, mediante la hidrólisis de las mismas, a sustratos que sean asimilables por

las poblaciones microbianas para la producción de metano. (Pérez Pardo J. L. et all – 2002)



Gráfico VI. 2 - Ensayo Nº1 - Volumen de metano acumulado en función de la concentración de inóculo y de

residuos de cardo mariano agregados

0

500

1000

1500

2000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31Días

Vol

umen

de

met

ano

acum

ulad

o (m

l)

Estiercol 3,27 % ST Cm 0,984 g seco (2,81 g/L)

El porcentaje de remoción, como se ve en la Tabla VI. 3., Anexo IX es aproximadamente

igual para todos los digestores (30 – 47 %) y está de acuerdo con la bibliografía (Berger M.

E. 1984), (Hills D. J: 1980). La remoción en los digestores con residuos de cardo mariano,

es mayor que en los digestores con inóculo solamente, repitiéndose lo que se observó para

el tratamiento de los residuos de coriandro.

En la Tabla VI.3., Anexo IX se dan, también, los datos de comienzo y de

finalización después de cesar la producción de biogás, en cada uno de los digestores.

Se observa también en el Gráfico VI.2. una mayor producción de metano, en los

digestores con residuos de cardo mariano correspondiéndose con lo dicho más arriba, con un

mayor abatimiento de SV.

Como se hizo en los Capítulos anteriores (III y IV) aplicando Logaritmos

Neperianos a la ecuación (21): ( )tkm eGG ∗−−∗= 1 y ordenando los términos nos queda la

ecuación: ( ) tkGG

G

m

m ∗=

−ln , que corresponde a una cinética de primer orden. Aceptada



que la degradación corresponde a una cinética de primer orden, se utiliza la ecuación (24):

tkSV

SV

finales

iniciales ∗=

ln , para calcular por otro método la constante de velocidad de degradación.

Cabe destacar, que para aplicar esta última ecuación, debemos saber que el

modelo cinético responde a una reacción de primer orden, ya que los datos con que contamos

son los sólidos volátiles al iniciar el proceso y al final del mismo. Los valores de los SV a

distintos tiempos, no fueron posibles de determinar. Los digestores poseen poco volumen de

inóculo (350 ml) y no se puede sacar muestras periódicamente sin alterar el sistema. En caso

de que la experiencia se realizara en digestores de mayor volumen, se podría proceder de la

siguiente manera:

♦ Sacar muestra cada cinco días, por ejemplo.

♦ Determinar los SV.

♦ Aplicar la fórmula tkSVSV

finales

iniciales ∗=

ln , para los distintos tiempos.

♦ Graficar y trazar las rectas de regresión

♦ Sacar la k de las rectas de regresión como se realiza con el volumen de

metano producido.

Por tal motivo utilizamos la ecuación: ( ) tkGG

G

m

m ∗=

−ln , y con los datos del

metano acumulado en función del tiempo trazamos el Gráfico VI.3 , como en los capítulos

anteriores.

Como vemos, aquí también se obtiene una recta, que indica una cinética de

primer orden cuya pendiente es la k (constante de velocidad específica), con intersección en el

origen, como lo plantean los autores Borja R. and Banks C. – 1994. En la Tabla VI.4. del

Anexo IX se muestran los resultados numéricos. En la Tabla VI.5 del mismo Anexo se da la

ecuación de estas rectas promedios con un coeficiente de regresión aceptable.



Aceptado que es una cinética de primer orden, también en esta experiencia se

calculó la constante de velocidad específica utilizando los sólidos volátiles. (Ver Tabla V.6.

de Anexo IX). En el Gráfico V.4. se muestran los valores de las constantes de velocidad

específica, calculadas por los dos métodos:

( ) tkGG

G

m

m ∗=

−ln (25)

tkSV

SV

f

i ∗=

'ln (24)

para el inóculo y para el inóculo con los residuos de cardo mariano.

Gráfico VI.3. - Ensayo Nº 1 - ln [Gm/(Gm-G)] vs. tiempo

00,5

11,5

22,5

33,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40Días

ln [G

m/G

m-G

)]

Est. 3,27 % STCM Promedio 0,984 g (2,81 g/LLineal (Est. 3,27 % ST)Lineal (CM Promedio 0,984 g (2,81 g/L)

Ceficientes de ajusteR2: 0,822R2: 0,750



Como puede verse en el Gráfico VI.4. ambas constantes son mayores en los

digestores con residuos de cardo mariano que en los que tienen inóculo solamente.

V.6.2. - Ensayo Nº 2

Se trabajó con otra tanda de digestores utilizando otro estiércol como inóculo, el

mismo que se utilizó con el Ensayo Nº 2 de los digestores con residuos de coriandro.

La caracterización de los mismos se da en la Tabla V.7. Anexo VIII. En este

ensayo se trabajó solamente con cuatro digestores: dos blancos (inóculo solamente y dos con

similar cantidad de residuos de cardo mariano.

La cantidad de residuos agregados a cada digestor figura en el Gráfico VI.5.,

siendo los resultados valores promedios.

0

0,05

0,1

k (dias)-1

Gráfico VI.4. - Ensayo Nº 1 - Constantes cinéticas halladas utilizando datos distintos

ln (Svi/SVf) 0,01 0,016

ln [Gm/(Gm-G) 0,045 0,071


k res. de cardo mariano 0,984 g (2,81g/ litro)



Gráfico VI.5. - Ensayo Nº 2 - Volumen de metano acumulado en función de la concentración de inóculo y de residuos de cardo

mariano agregado

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Días

Vol

umen

de

met

ano

acum

ulad

o (m

l)

Estiércol Cardo mariano 0,993 (2,83 g/L)

Como puede observarse en la Tabla VI.7. Anexo IX el porcentaje de reducción de

los sólidos volátiles se sigue manteniendo en valores similares a los dados por la bibliografía

antes mencionada.


residuos de cardo mariano.

En el Gráfico VI.6. se grafican los datos promedios obtenidos de aplicar la

fórmula deducida a partir de las ecuaciones de Monod considerando una cinética de primer

orden y a partir del metano producido. (Ver Tabla VI.8. y VI.9. Anexo IX).

De ellas se sacaron las constantes de velocidad específica como se muestran en la

Tabla VI.10.



En el Gráfico VI.7. se muestran los valores de las constantes calculadas por los

dos métodos, con el inóculo solamente y con el inóculo más los residuos del cardo mariano.

Igual que en el Ensayo Nº 1 las constantes para el inóculo solo son menores en los dos tipos

de cálculos que cuando al inóculo se le agrega el residuo de cardo mariano.

Gráfico VI.6. - Ensayo Nº 2 - ln [Gm / Gm - G)] vs. tiempo

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

0 5 10 15 20 25 30 35

Días

ln [G

m /G

m -

G)]

1 - Estiércol 3,25% STCardo mariano 0,988 g seco (2,82 g/L)Lineal (1 - Estiércol 3,25% ST)Lineal (Cardo mariano 0,988 g seco (2,82 g/L))

Coeficiente de ajusteR2: 0,845R2: 0,761

0,000

0,050

0,100

k (dias)-1

Gráfico VI.7. - Ensayo Nº 2 - Constantes cinéticoas utilizando datos distintos

ln [Gm/(Gm-G) 0,057 0,012

lm (Svi/SVf) 0,077 0,013


k de cardo mariano 0,988 g (2,82 g/L)



V.6.3. - Ensayo Nº 3

En este ensayo se trabajó con inóculo caracterizado en la Tabla VI.11. del Anexo

IX.

Aquí también se trabajó con cuatro digestores: dos blancos (inóculo solamente y

dos con similar cantidad de residuos de cardo mariano.

La cantidad de residuos agregados a cada digestor figura en el Gráfico VI.8.,

siendo los resultados valores promedios.


residuos de cardo mariano y variación de la pendiente a lo largo de la sinusoidal,

correspondiendo esto a la hidrólisis de las macromoléculas del residuo.

Gráfico VI.8. - Ensayo Nº 3 - Volumen de metano acumulado en función de la concentración de inóculo

y de cardo mariano agregado

0

500

1000

1500

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34Días

Vol

umen

de

met

ano

acum

ulad

o (m

l)

Estiércol 3,10 % ST Cardo mariano 1,66 g (4,74 g/L)



Gráfico VI.9. - Ensayo Nº 3 - ln [Gm /(Gm - G)] vs. tiempo

0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25 30 35Días

ln [G

m /(

Gm

-G)]

Estiércol 3,10 % STC.Mariano 1,66 g (4,74 g/L)Lineal (Estiércol 3,10 % ST)Lineal (C.Mariano 1,66 g (4,74 g/L))

Coeficiente de ajusteR2 = 0,790R2 = 0,787

También en esta experiencia se pone de manifiesto que la degradación de los

residuos se lleva a cabo mediante una cinética de primer orden, ya que el Gráfico VI.9. de la

ecuación ( ) tkGGm

Gm ∗=

−ln , dan rectas con un aceptable coeficiente de regresión. (Ver

Tabla VI.13. Anexo IX)

En el Gráfico VI.10., se comparan las constantes halladas según la modelación

de una cinética de degradación de primer orden utilizando distintas concentraciones de

inóculo, pero siempre trabajando con concentraciones de ST aproximadamente al 3 %, como

se determinó en el Capítulo IV.

Como puede observarse, en los dos primeros ensayos, en que prácticamente se

repitieron los valores de residuos agregados, y la concentración de inóculo en ST es

aproximadamente la misma (3,27 % y 3,25 %) las constantes son muy semejantes: 0,071

(días)-1 y 0,077 (días)-1.

Como en el caso de la degradación de residuos de coriandro, a mayor cantidad

de residuos agregado a los digestores la constante es menor.



VI.6. DISCUSIÓN

VI.6.1. Los residuos de cardo mariano correspondientes a las semillas desprovistas del

pericarpio, se pueden tratar por digestión anaeróbica, usando como inóculo

estiércol vacuno, produciendo mayor cantidad de metano que el inóculo

solo.(Ver Gráfico VI.2.; Gráfico VI.5 y Gráfico VI.8.)

VI.6.2. En este tipo de residuos, por su composición (aceites, hidratos de carbono,

etc.), después de un periodo de funcionamiento del digestor, en que las bacterias

hidrolíticas comienzan a funcionar, la curva sinusoidal cambia de pendiente, ya

que comienzan a degradarse los productos de la hidrólisis.

VI.6.3. Hay una similar remoción de sólidos volátiles en todos los digestores, siendo

menor que en el caso de los residuos del coriandro. Es muy probable que en la

hidrólisis se formen nuevos SV que no alcanza a degradarse totalmente, en el

período de funcionamiento de los digestores.

VI.6.4. La modelación, siguiendo las ecuaciones de Monod, usando la producción de

biogás, responde a una cinética de primer orden.

0

0,05

0,1

k (dias)-1

Cantidad de cardo marino en g y en g/L

Gráfico VI.10 - Valores de las constantes de velocidades de degradación para distintas cantidades de cardo mariano con

distintas concentraciones de inóculo

Valor de k para distintascantidades de residuo

0,071 0,077 0,044

0,984 g (2,81 0,993 g (2,81 1,66 g (4,74



CCC AAA PPP ÍÍÍ TTT UUU LLL OOO VVV III III

CC OO NN CC LL UU SSII OO NN EE SS YY RR EE CC OO MM EE NN DD AA CC II OO NN EE SS

VII.1.- CONCLUSIONES

De lo estudiado hasta acá, se pueden sacar las siguientes conclusiones:

1. Los residuos provenientes de la obtención del aceite esencial de las semillas

de coriandro, y los residuos formados por el pericarpio molido del fruto de cardo mariano, sin

utilización económica y obtenidos en el proceso de extracción del principio activo, la

sylimarina, son factibles de ser tratados por digestión anaeróbica, utilizando como

inóculo el estiércol vacuno.

2. La degradación anaeróbica de estos residuos, se adaptan a un modelo

cinético de primer orden que se corresponde, con una aceptable aproximación al modelo

planteado por Monod.

3. Aplicando este modelo es posible hallar las constantes de velocidad

específica, para ambos residuos, y con una concentración óptima de inóculo. Para las

condiciones de trabajo utilizadas fue de aproximadamente de 3 % de sólidos totales.

4. El porcentaje de remoción de sólidos volátiles en los digestores con

residuos, es decir con mayor carga orgánica, concuerda con una mayor producción de biogás.

5. Las constantes de velocidad específica no dependen del inóculo (estiércol)

utilizado, siempre que la concentración de éste no varíe apreciablemente del valor óptimo

hallado.

6. En los residuos de cardo mariano, la remoción de sólidos volátiles es menor

que en el caso de los residuos de coriandro, probablemente debido a su composición (alto

contenido de aceites y compuestos de alta masa molecular). Estos al hidrolizarse posiblemente

forman nuevos sólidos volátiles que no alcanzan a degradarse totalmente en el tiempo de

funcionamiento de los digestores planteados en este trabajo (30 – 35 días).



VII.2.- RECOMENDACIONES

Se recomienda, en futuros estudios:

1. Realizar el mismo trabajo con digestores de mayor capacidad, para

aproximarse más a un ensayo de una planta piloto.

Por otra parte al utilizar digestores más grandes, permitiría trabajar en forma

continua y no en forma discontinua como se hizo en este trabajo.

2. Hacer un estudio de rendimiento de la actividad metanogénica en función de

la concentración de residuos (g/L) agregados.

3. Hacer una valorización económica, viendo la posibilidad que el biogás

obtenido, pueda calefaccionar la caldera de generación de vapor de agua,

ahorrando energía en el proceso. Por otra parte, estudiar la factibilidad de

utilizar los efluentes del digestor como fertilizante (Puerta A. – 2003), aun en

los mismos cultivos de coriandro, por ejemplo, ya que como lo plantea la

bibliografía (Barreiro, R. y Col. - 1993) necesita una fertilización

nitrogenada y fosforada, elementos estos que se encuentra en el efluente,

junto con potasio y otros macro y micronutrientes.

4. Hacer un estudio similar para residuos provenientes de la obtención del

aceite esencial de las hojas de plantas aromáticas, como lo son el orégano y

la menta, verificando si se puede realizar su tratamiento por digestión

anaeróbica, como en los casos estudiados.



AA NNEEXX OOSS



AA NN EE XX OO II

G L O S A R I O

Aceites esenciales

Líquidos obtenidos de flores, frutos o plantas por destilación por arrastre con vapor,

extracción con solventes, prensado, etc. Estos aceites esenciales son utilizados en distintas

industria como la alimenticia, cosmética, fabricación de bebidas, etc.

Ácidos grasos

Ácidos orgánicos de alta masa molecular.

Ácido butanoico

Ácido orgánico de cadena lineal, formado por cuatro átomos de carbono, hidrógeno y

oxígeno

Ácido linoléico

Ácido orgánico de cadena lineal, formado por dieciocho átomos de carbono con tres

dobles ligaduras en los carbonos 9, 12 y 15.

Ácido oleico

Ácido orgánico de cadena lineal, formado por dieciocho átomos de carbono con una

doble ligadura en el carbono 9.

Ácido palmítico

Ácido orgánico de cadena lineal, formado por dieciséis átomos de carbono.

Ácido propanoico

Ácido orgánico de cadena lineal, formado por tres átomos de carbono, hidrógeno y

oxígeno.

Anabolismo

Síntesis de moléculas complejas a partir de materia orgánica.



Antiséptico

Sustancia que aplicada a tejidos vivos, impide el crecimiento de

microorganismos o los mata, oponiéndose a la infección.

Aquenio

Fruto seco, monospermo e indehiscente, con el pericarpio no soldado a la

semilla.


Grupo de bacterias que degradan los alcoholes, ácidos grasos y compuestos

aromáticos generados en la etapa hidrolítica produciendo ácido acético, dióxido de carbono e

hidrógeno, que son los sustratos para las bacterias metanogénicas.


Grupo de bacterias que transforman por hidrólisis, los polímeros en monómeros

y estos en ácido acético, hidrógeno, dióxido de carbono, ácidos grasos de cadena corta,

aminoácidos y azúcares.


Grupo de bacterias constituído a su vez por dos grupos diferentes. Un grupo que

utiliza el ácido acético transformándolo en metano y dióxido de carbono y un segundo grupo

produce metano a travez de la reducción de dióxido de carbono.

Biogás

Gas producido por la fermentación anaeróbica (en ausencia de oxígeno) de los

residuos orgánicos y constituido por: metano, dióxido de carbono, y otros gases en menor

proporción.

Cardo mariano (Silybum Marianum L)

Planta herbácea de hojas verdes y manchas blancas que crece en forma silvestre

en el centro y sudoeste de la provincia de Buenos Aires y está calificada como maleza. EEss

originaria del sur de Europa, norte de África y en el centro y este de Asia. Se supone que



llegó a América acompañando a las semillas de trigo de la cuenca del Mediterráneo. (Ver

Anexo III)

Carminativo

Fármacos que previenen la formación de gases en el tubo digestivo o favorecen

su expulsión.

Coriandro (Coriandro Sativum L)

Planta que crece silvestre o cultivada. Originaria del Lejano Oriente, España, el

norte de África y Rusia.

Las semillas tienen un aroma muy agradable, fresco y picante. El aceite esencial

destilado de las mismas es de olor muy semejante. (Ver Anexo II )

Catabolismo

Consumo de materia orgánica por los microorganismos para la obtención de

energía. Puede ser: oxidativo, llamado también oxidación (usa la materia orgánica como

reductor o bien el oxígeno molecular, los nitratos o los sulfatos) o fermentativo (sin

oxidación)

Destilación por arrastre con vapor de agua

Cuando se pasa una corriente de vapor generado en una caldera, través de un

líquido volátil inmiscible con el agua se recoge una mezcla de agua y el producto (en este

caso el aceite esencial). Como el compuesto orgánico tiene muy baja volatilidad, este proceso

se usa para purificar y separar sustancias de alto punto de ebullición.

Digestión anaeróbica

Degradación de la materia orgánica por microorganismos en ausencia de oxígeno

y a temperatura y pH controlados. El producto de esta degradación es un combustible no

convencional llamado biogás y un efluente no contaminante rico en nutrientes como lo son el

nitrógeno, fósforo y potasio, que puede utilizarse como mejoradores y potencializadores de

suelos.



DQO

Demanda química de oxígeno. Es la cantidad de oxígeno, expresado en mg,

consumidos durante la oxidación química de un compuesto ensayado o un efluente líquido.

Esta oxidación química se realiza con dicromato de potasio (K2CrO7) en medio ácido caliente.

Este provee una medida de la cantidad de materia oxidable presente. Se expresa como mg de

oxígeno consumido en el compuesto ensayado (mg O2/ g compuesto) o la materia oxidable en

un efluente líquido (mg O2/ litro).

Flavonoide

Compuesto derivado de las flavonas. Flavonas: pigmentos vegetales amarillos

que acompañan a la clorofila y a los carotenos en los plastos de las células vegetales.

Hidratos de carbono

Glúcidos.

Hidrólisis

Reacción química que tiene por efecto el desdoblamiento de una molécula por

acción del agua.

Inóculo

Sustancia que contiene microorganismos

Indehiscente

Dícese del fruto que no se abre.

Lípidos

Sustancias de carácter graso que tienen la propiedad de ser solubles en

disolventes orgánicos como metanol, acetona, cloroformo, éter, benceno, etc. y muy poco

solubles en agua.

Metabolismo

Uso de materia orgánica por microorganismos.



Metano

Primer hidrocarburo de la serie parafínica. Se forma por la descomposición de

la materia orgánica y es también llamado “gas de los pantanos”.

Monospermo

Con una sola semilla.

Parámetros cinéticos

Conjunto de valores constantes que determinan el modelo cinético de una

determinada reacción.

Pericarpio

Conjunto de capas que forman las paredes del fruto, procedentes de la

transformación de las membranas del ovario.

pH

Es el logaritmo base 10, de la actividad molar de los iones hidrógeno de una

solución.

Medida de la acidez o basicidad de una solución, definida como el logaritmo

decimal de la recíproca de la concentración de iones hidrónio H3O-: [ ]

= −OH

pH3

1log

Plantas aromáticas

Plantas cuyas hojas o frutos poseen olores característicos.

Proteínas

Grupo de compuestos de elevada masa molecular constituidos fundamentalmente

por aminoácidos unidos entre si por enlaces peptídicos. La unión se realiza entre los grupos

amino y los carboxilos.

Relleno sanitario

Terreno bajo utilizado para rellenar con residuos.



Sylimarina

Flavonoide que se extrae del pericarpio del fruto cardo mariano. Droga

utilizada en enfermedades hepáticas tales como: hepatitis, cirrosis y afecciones metabólicas

del hígado.

Sólidos totales

Son todos los sólidos de una muestra, solubles e insolubles, expresados en %

m/m, que quedan, luego de ser secada dicha muestra en estufa a 103 / 105° C.

Sólidos fijos

Son los sólidos de una muestra, expresados en mg/l, que quedan luego de ser

calcinados los sólidos totales a 550 ± 50 °C. Representan la cantidad de minerales que tiene

los sólidos totales.

Sólidos volátiles

Son los sólidos de una muestra, expresados en mg/l, que resultan de restar a los

Sólidos Totales de los Sólidos Fijos.



AAA NNN EEE XXX OOO III III

CCC OOO RRR III AAA NNN DDD RRR OOO

P l a n t a d e c o r i a n d r o



Flores de coriandro

Frutos de coriandro



AA NN EEXX OO II II II

CARDO MARIANO

F l o r d e c a r d o m a r i a n o



A q u e n i o d e c a r d o m a r i a n o



P l a n t a d e c a r d o m a r i a n o



ANEXO IV

DIGESTORES DE LABORATORIO

Digestores de laboratorio en la estufa



AANNEEXXOO VV

PLANILLAS PARA EL CONTRO DE LOS

DIGESTORES

CC OO NN TT RR OO LL DD EE DD II GG EE SSTT OO RR EE SS Digestor Nº ........................ Fecha de inicio.................... Fecha finalización:............................. Datos de inicio: ST................ pH.................... Volumen real ....................... SV................ N % SF................. P %

FF eecc hh aa Lectura (ml) Producción diaria

(ml)

Producción

acumulada (ml)

Observaciones



ANEXO VI

TRAMPA DE EXTRACCIÓN DE ACEITES DE

LABORATORIO



TRAMPA DE CLEVENGER

Esquema del sistema de condensación, dimensiones en mm



AA NN EE XX OO VV II II

TABLAS DEL CAPÍTULO IV

Tabla IV.1 – Datos de inicio y de finalización del inóculo después de cesar la

producción de biogás.

Datos de origen Datos de finalización

Digestores ST % SF % SV % ST % SF % SV %

% de Remoción de

SV

1 1,3 21,1 78,9 0,7 30,6 69,4 51

2 2,0 20,6 79,4 1,6 25,8 74,2 28

3 3,2 18,9 80.6 2,2 21,3 77,8 35

4 4,0 17,8 82,2 3,4 23,2 76,8 21

5 6,2 20,4 79,6 5,7 21,7 78,3 9

6 9,9 22,7 77,3 9,1 21,0 79,0 6

Tabla IV.2 – Porcentaje de remoción de sólidos volátiles totales en función

de la concentración de sólidos totales del inóculo.

% ST del inóculo % de Remoción de SV g de SV removidos

1,3 51 1.8

2,0 28 1.6

3,2 35 3.2

4,0 21 2.4

6,2 9 1.5

9,9 6 1.6



Tabla IV.3 – Aplicación de la fórmula deducida a partir de las ecuaciones

de Monod, para distintas concentraciones de inóculo.

ln(Gm - G) / Gm

Concentración de inóculo en % de ST Días

1% 2% 3% 4% 6%

5 0 0 0 0,036 0

10 0,226 0,053 0,096 0,186 0

15 1,146 0,768 0,744 0,839 0,047

20 2,291 1,205 1,231 1,185 0,375

25 1,926 2,037 3,204 1,516

Tabla IV.4 – Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en el Gráfico

VI.2. con el coeficiente de regresión

% de ST Ecuación de las rectas Constante cinética

k(días)-1

Coeficiente de regresión

R2

1 y = 0,087 x 0,087 0,7626

2 y = 0,061 x 0,061 0.8141

3 y = 0,064 x 0,064 0,8131

4 y = 0,086 x 0,086 0,7037

6 y = 0,34 x 0,034 0,5068



AA NN EE XX OO VV II II II

TABLAS DEL CAPÍTULO V

Tabla V.1. - Caracterización de los residuos de las semillas exhaustas de coriandro

PP aa rr áá mm eett rr oo Valor

Humedad 79,80 %

Sólidos totales 20.20 %

Sólidos volátiles 94.90 %

Sólidos fijos 5.10 %


Parámetro Valor

pH 7,1

Sólidos totales 3,03 %

Sólidos volátiles 73,8 %

Sólidos fijos 26,2 %

Sólidos sedimentables 510 ml / litro

DQO (total) 18.600 mg / litro

DQO (soluble) 4.500 mg / litro

Sólidos suspendidos totales 9.555 mg / litro

Sólidos suspendidos volátiles 7.500 mg / litro

Sólidos suspendidos fijos 2.550 mg / litro



Tabla V.3 – Ensayo Nº 1 - Datos de origen y de finalización después de cesar

la producción de biogás


Digestores

Cantidad de residuos

agregados ST % SF % SV % ST % SF % SV %

% de remoción

de SV

1 Blanco 3.03 26.24 73.8 2.24 32.4 67.6 32

2 Blando 3.03 26.24 73.8 2.46 34.6 65.4 35

STtotales SFtotales SVtotales STtotales SFtotales SVtotales

3 1,01 g 11,6 g 2,81 g 8.8 g 9,9 3,1 6,8 g 22

4 1,01 g 11,6 g 3,2 g 8,4 g 8,9 3,3 5,6 g 39

5 1,50 g 12,1 g 2,9 g 9,2 g 8,5 2,9 5,6 g 39

6 1,52 g 12,1 g 2,8 g 9,3 g 9,0 3,0 6,0 g 36

Tabla V.4. – Ensayo Nº 1 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de las

ecuaciones de Monod para cada digestor utilizando los valores del metano producido

ln [Gm/(Gm –G)

Día Blanco

Estiércol: 3,03 % ST

1,01 g de

coriandro

1,50 g de

coriandro

0 0 0 0

5 0.149 0,188 0,097

10 0.477 0,442 0,443

15 0.587 0,665 0,449

20 1.538 1,431 1,607

25 1.982 2.087 2.543

30 3.184 4.049 3.315

35 4.480



Tabla V.5. – Ensayo Nº 1 - Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en

el Gráfico V.3. con el coeficiente de regresión

Digestor Ecuación de la recta k Coeficiente de regresión

Estiércol 3,03 % y = 0,084 x 0,084 0,8597

3 - Coriandro 1,01 g y = 0,096 x 0,096 0,7831

5 - Coriandro 1,50 g y = 0,076 x 0,076 0,8183

Tabla V.6. – Ensayo Nº 1 - Constante de velocidad específica calculada a

partir de los SV

Concentración de los digestores ln (SVf / Svi) = -k . t

k (días)-1 (valores medios)

Estiércol 3,03 % de ST 0.009

Coriandro 1,01 g 0.010


Tabla V.7. –- Ensayo Nº 2 - Caracterización del inoculo con concentración

óptima

Parámetro Valor

pH 7,1






Tabla V.8 – Ensayo Nº 2 - Datos de origen y de finalización después de cesar

la producción de biogás


Digestores



% de remoción

de SV

1 Blanco 3.25 18.9 81.1 2.18 21.30 78.7 35

2 Blanco 3.25 18.9 81.1 2.41 23.00 77.0 29


3 0.85 g de coriandro

12,2 g 2,2 g 10.0 g 7,5 1,6 5.9 g 41

4 0.88 g de coriandro

12,2 g 2,2 g 10.1 g 7,5 0,7 6.8 g 33

Tabla V.9. – Ensayo Nº 2 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de las

ecuaciones de Monod para cada digestor a partir de la producción de metano

ln Gm / (Gm – G)

Blanco

Estiércol– 3,25 %ST

0,85 g de resi-

duos de coriandro

0 0 0

5 0 0

10 0,210 0,247

15 0,697 0,768

20 1,022 1,297

25 1,789 1,785

30 3,513

Tabla V.10. – Ensayo Nº 2 - Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas

en el Gráfico V.3. con el coeficiente de regresión


Estiércol 3,25 % ST y = 0,0565 x 0,06 0.8454




Coriandro 0,87 g y = 0,0835 x 0,08 0,7912


partir de los SV



Estiércol 3,25 % de ST 0,012

Coriandro 0,87 g 0,014

Tabla V.12. – Ensayo Nº 3 - Caracterización del inóculo, utilizada en los

digestores

Parámetro Valor

pH 7,4




Tabla V.13 – Ensayo Nº 3 - Datos de origen y de finalización después de

cesar la producción de biogás


Digestores



% de remoción

de SV

1 Blanco 2.97 12.6 87.3 1.72 26.5 73.5 51

2 Blando 2.97 12.6 87.3 1.80 25.9 74.1 48


3 1.5 g 11.9 1.4 10.4 g 7.5 1.7 5.8 56




Digestores



% de remoción

de SV

4 1,5 g 11.9 1.4 10.4 g 7.3 1.8 5,5 g 53

5 3.0 g 13.4 1.5 11.9 g 8.0 2.2 6.2g 52

6 3.0g 13.4 1.5 11.9 g 7.7 1.7 6,0 g 50

Tabla V.14. – Ensayo Nº 3 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de

las ecuaciones de Monod para cada digestor utilizando los valores del metano producido

ln [Gm / (Gm – G)]

Día Blanco

Estiércol 2,97 % ST

1,5 g de

coriandro

3,0 g de

coriandro

0 0 0 0

5 0 0 0

10 0,2935 0,1985 0,173

15 0,7865 0,6325 0,486

20 1,4025 1,067 0,743

25 2,242 1,908 1,139

30 3,7545 3,093 2,286

35 0 0 4,304




Estiércol 2,97 % y = 0,093 x 0,093 0,8145

Coriandro 1,5 g y = 0,076 x 0,076 0,8017

Coriandro 3,0 g y = 0,078 x 0,076 0,6896




partir de los SV






Tabla V.17. – Ensayo Nº 4 - Caracterización del inóculo, utilizada en los

digestores

Parámetro Valor

pH


Sólidos volátiles 78,0%


Tabla V.18 – Ensayo Nº 4 - Datos de origen y de finalización después de



Digestores



% de remoción

de SV

1 Blanco 3,38 22,0 78,0 2,29 33,7 66,3 42

2 Blando 3,38 22,0 78,0 2,54 26,0 73,0 30


3 1.5 g 13,3 g 2,7 g 10,6 g 8,6 g 3,1 g 5,5 g 48

4 1,5 g 13,5 g 2,8 g 10,8 g 9,2 g 2,9 g 6,3 g 42

5 15 g 25,9 g 3,9 g 22,0 g 9,2 g 2,6 g 6,6 g 70



Tabla V.19. – Ensayo Nº 4 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de


ln [Gm/(Gm –G)

Día Blanco

Estiércol: 3,38 % ST

1,5 g de

coriandro

15,0 g de

coriandro

0 0 0 0

5 0,042 0,198 0,114

10 0,284 0,333 0,2

15 0,831 0,384 0,283

20 1,776 0,437 0,464

25 4,031 1,621 0,767

30 2,307 1,184

35 1,638

40 2,686




Estiércol 3,38 % y = 0,110 x 0,110 0,7176

Coriandro 1,5 g y = 0,057 x 0,057 0,7365

Coriandro 15,0 g y = 0,037 x 0,037 0,857


partir de los SV







AAA NNN EEE XXX OOO II XX

TABLAS DEL CAPÍTULO VI

Tabla VI.1. - Caracterización de los residuos de cardo mariano

PP aa rr áá mm eett rr oo Valor

Humedad 6.00 %




Tabla VI.2. – Ensayo Nº 1 - Caracterización del inóculo, utilizada en los

digestores

Parámetro Valor

pH 7,2



Sólidos fijos 23,11%

Tabla VI.3 – Ensayo Nº 1 - Datos de origen y de finalización después de



Digestores

Cantidad de

residuos


% de

remoción

de SV

1 Blanco 3,27 23,11 76,89 2,49 29,0 71,0 30




Digestores

Cantidad de

residuos


% de

remoción

de SV


2 0,971 g 12,4 g 2.7 g 9,7 g 7,1 g 2,0 g 5,1 g 47

3 1,003 g 12,4 g 2.7 g 9,7 g 7,6 g 2,1 g 5,5 g 43

4 0,950 g 12,4 g 2,6 g 9,7 g 8,0 g 2,3 g 5,7 g 41

5 1,009 g 12,4 g 2,7 g 9,7 g 7,8 g 2,2 g 5,7 g 41

Tabla VI.4. – Ensayo Nº 1 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de


ln Gm /(Gm-G) Día

1 - Estiércol

3,27 % de ST

2 - 0,971 g de

cardo mariano

3 – 1,003 g de

cardo mariano

4 – 0.950 g de

cardo mariano

5 – 1.009 g de

cardo mariano

0 0 0 0 0 0

5 0,112 0,159 0,111 0,365 0,094

10 0,343 0,481 0,347 0,545 0,409

15 0,436 0,752 0,676 0,625 0,444

20 1,322 1,288 1,321 1,086 0,802

25 1,64 1,672 1,941 1,38 1,556

30 2,426 2,211 3,835 1,76 2,488

35 3,229 2,941 4,974 1,993 3,456

Tabla VI.5. – Ensayo Nº 1 - Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas en

el Gráfico VI.3. con el coeficiente de regresión. Son valores promedios


Estiércol 3,27 % ST y = 0,045 x 0,045 0,8225

Cardo mariano 0,983 g y = 0,071 x 0,071 0,7501



Tabla VI.6. – Ensayo Nº 1 - Constante de velocidad específica calculada a

partir de los SV

Concentración de los digestores tkSV

SVf

i ∗−=

ln


Estiércol 3,27 % ST 0.010

Cardo mariano 0,984 g (2,81 g/L) 0.016




Digestores



% de remoción

de SV

1 Blanco 3.25 18.9 81.1 2.18 21.30 78.7 35

2 Blanco 3.25 18.9 81.1 2.41 23.00 77.0 29


3 0.993 g 12.4 g 2,2 g 10,2 g 8,8 g 1,9 g 6,9 g 32

4 0.984 g 12.4 g 2,3 g 10.1 g 9,0 g 2,2 g 6,8 g 33

Tabla VI.8. – Ensayo Nº 2 - Aplicación de la fórmula deducida a partir de

las ecuaciones de Monod para cada digestor utilizando los valores de metano producido

( )

− GGG

m

mln

Días Estiércol: 3,25 %

de ST

0,993 g de cardo

mariano (2,81 g/L)

0 0 0

5 0 0

10 0.104 0,142

15 0.680 0,705



( )

− GGG

m

mln

Días Estiércol: 3,25 %

de ST

0,993 g de cardo

mariano (2,81 g/L)

20 0,992 1,029

25 1.653 1,716

30 3.283 3,338

Tabla VI.9. – Ensayo Nº 2 – Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas

en el Gráfico VI.4. con el coeficiente de regresión


Estiércol 3,25 % ST y = 0,0546 x 0,06 0,8454

Cardo mariano 0,984 y = 0,0772 x 0,08 0,7607

Tabla VI.10. – Ensayo Nº 2 - Constante de velocidad específica calculada a

partir de los SV



Estiércol 3,25 % de ST 0,012

Cardo mariano 0,984 g 0,013

Tabla VI.11. – Ensayo Nº 3 - Caracterización del inóculo, utilizada en los

digestores

Parámetro Valor

pH 7,2




Parámetro Valor


Sólidos fijos 20,4 %




Digestores



% de remoción

de SV

2 Blanco 3.10 30,4 69,6 2,55 38,0 62,0 27

STtotales SFtotales SVtotales STtotales SFtotales SVtotales 3 1.66 g 12,5 g 3,41 g 9,1 g 9,9 6,4 35

Tabla VI.13. – Ensayo Nº 3 – Ecuaciones de las rectas de regresión trazadas

en el Gráfico VI.4. con el coeficiente de regresión


Estiércol 3,10 % ST y = 0,110 0,11 0,7992

Cardo mariano 1,66 y = 0,044 x 0,044 0,7867



BBII BBLL II OOGGRRAA FF ÍÍ AA

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Anaeróbico de Aguas Residuales – Viña del Mar - CHILE

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