Muestreo de Biol novino y porcino

Dos Sistemas Biobolsa^® (IRRI de México) de 6000 y 12 000 L se instalaron en el sector agropecuario del Instituto Tecnológico del Altiplano de Tlaxcala (ITAT), México. Los bioles se muestrearon en mayo y junio. Las muestras se tomaron a la salida de los Sistemas Biobolsa alimentados con estiércol bovino y porcino en proporción 1:3 y 1:2 (base fresca). La recolección de muestras se realizó en los sistemas biodigestores en condiciones físicas buenas y funcionamiento correcto. Para homogenizar el líquido dentro de la biobolsa, una frotación manual a cada biodi-gestor se realizó por 5 min. Porciones homogéneas de biol se colocaron, con un bastón de recolecta, en envases plásticos limpios de 600 mL y tapón de rosca; una muestra se extrajo del interior del biodigestor localizado en la corriente del efluente. Para evitar recolectar muestras a medio día, cuando el calor dilata la biobolsa y dificulta su homogenización, el muestreo se realizó entre 10:00 y 11:00 h. Las muestras recolectadas se almacenaron a 4 °C hasta por 4 h antes de su análisis.

Temperatura, pH, conductividad eléctrica (CE), sólidos disueltos totales (SDT), salinidad y oxígeno disuelto (OD)

Con un pH-metro (HANNA HI-255) se determinaron temperatura, pH, CE, SDT, y salinidad (NaCl) en bioles de estiércol bovino y porcino. Los procedimientos fueron de acuerdo con las normas ^{NMX-AA-007-SCFI-2000}, NMX-AA-008-SCFI-2000, ^{NMX-AA-034-SCFI-2001}, para temperatura, pH, y sólidos disueltos totales, respectivamente. Curvas de calibración se hicieron para pH con tres puntos, la conductividad se calibró con una solución estándar de 1413 μScm^-1 (HI 7031), los SDT con una solución de TDS (HI-7032) y la salinidad con una solución estándar (HI-7073), todos fueron de la marca HANNA.

Oxígeno disuelto (OD) y potencial óxido-reducción (ORP)

Para determinar OD y ORP se utilizaron frascos de vidrio para DBO y un medidor multiparamétrico (HACH, modelo Q40d con sondas para oxígeno disuelto) se usó para evaluar LDO y ORP. Estos electrodos se calibraron con el oxígeno ambiental y una solución estándar ORP (HI-7022 y HANNA).

Porcentaje de agua, sólidos totales (ST), sólidos volátiles (SV) y cenizas

El contenido de agua, ST, SV y cenizas se calculó por diferencia de peso después de mantener las muestras a 105 °C o calcinadas a 550 °C; los análisis se realizaron por duplicado. Las fórmulas para calcular el contenido de agua, ST, SV y cenizas, expresado en porcentaje, fueron:

donde a: masa en gramos del biol húmedo; b: masa en gramos del biol deshidratado a 105 °C ±5 °C; c: masa en gramos de biol calcinado a 550 °C ±5 °C.

Análisis de macronutrientes: fósforo como P ₂ O ₅ , PO ₄ , nitrógeno amoniacal (NH ₃ -H) y potasio)

El biol se centrifugó 15 min a 5000 rpm en una centrifuga Hermle Z323; el sobrenadante se usó para cuantificar P, como P₂O₅ y PO₄^-3 , y NH₃-H. Los análisis se efectuaron en un analizador de nutrientes HANNA HI-83215; el K se cuantificó en un espectrofotómetro de absorción atómica GBC AA 904.

Análisis elemental de micronutrientes

Los análisis elementales se realizaron con un espectrofotómetro de absorción atómica GBC AA 904. Para el análisis de cada elemento se prepararon curvas de calibración a tres puntos con estándares de concentraciones conocidas. Para cada elemento se usaron lámparas de cátodo hueco de sodio, zinc, magnesio, cobre y calcio. El quemador para cada elemento fue el de aire-acetileno, aunque para calcio se usó el quemador N₂O-acetileno. La metodología fue conforme a la norma ^{NMX-AA-051-SCFI-2001}. Las diferencias entre el tipo de biol utilizado se evaluó con un análisis de varianza a un factor para todos los parámetros fisicoquímicos, usando un ANDEVA a un factor de Excel^®.

Temperatura, pH, CE, SDT y salinidad

La temperatura promedio durante los dos meses en los bioles bovino y porcino fue 22.4 y 23.13 °C ±1.7 °C; estas temperaturas dependieron de la hora de muestreo. Este intervalo de temperatura favorece principalmente la reproducción de microorganismos mesofilcos (20-40 ºC), la baja temperatura repercute en la velocidad de producción de metano. Aunque la fermentación no se realizó en condiciones termofílicas, las cuales son consideradas óptimas (^{Yokoyama et al., 2007}; ^{Nagy y Wopera, 2012}), se generó hasta 60 % de metano.

La variación de pH durante los 45 d estuvo dentro del intervalo óptimo, lo cual confirmó la operación adecuada del biodigestor. El pH de los bioles de bovino y de porcino son semejantes y muestran cierta relación con los documentados por ^{Quipuzco et al. (2011)}, con intervalo neutro o ligeramente alcalino. Estos valores mostraron que los bioles podrían aplicarse a todos los cultivos, inclusive frutales. El pH y la temperatura tienen efecto directo en la velocidad de generación de metano (^{González y Longoria, 2005}; ^{Amon et al., 2006}). Por lo que el intervalo de pH idóneo es 6.0 a 7.8 (^{Safley, 1992}).

Un cambio de CE se observó desde los 35 d (11.09 a 4.06 mS cm^-1). Este resultado es similar al reportado por ^{Soria et al. (2001)} en la biodigestión de excretas líquidas porcinas en un periodo de 50 d; su proceso inició con 5.8 mS m^-1 y finalizó con 4.08 mS cm^-1. Esos autores indican que la disminución en CE se debió al consumo de compuestos solubles del sustrato por los microorganismos. Esto es posible porque los microorganismos están en su etapa logarítmica de reproducción.

Las concentraciones de sodio en las muestras del día 1 al 19 fueron casi constantes y aumentaron desde los 22 d hasta los 48 d; de forma simultánea disminuyó la concentración de potasio. Al parecer esto se debe a modificaciones en la alimentación a los digestores.

Es probable que con la disminución y aumento de estos iones, el promedio de la conductividad eléctrica fuera 8.94±2.8 y 8.4±2.71 mS cm^-1 para biol bovino y porcino. Estos valores equivalen a sus bases intercambiables respectivas de sodio, potasio, calcio y magnesio, cuyas concentraciones también fueron superiores en el biol bovino y con la salinidad expresada en porcentaje de NaCl. Además, la conductividad eléctrica de suelos muy salinos está entre 8 y 16 mS cm^-1, por lo cual el biol se puede usar en suelos con salinidad baja o en cultivos resistentes a esta característica.

Oxígeno disuelto (OD) y potencial óxido-reducción (ORP)

El OD en el biol bovino y porcino fue 0.30±0.0196 y 0.29±0.0348 (Figura 1), y el ORP fue -308,38±49.036 y -223,41 ±45,345 mV para cada biol. La reducción de oxígeno disuelto respecto al agua saturada con oxígeno (7.21 ppm) mostró el consumo de oxígeno por el proceso de biodegradación, y los valores negativos de ORP indicaron que el potencial era fuertemente reduction. El OD y ORP fueron acordes con el proceso anaeróbico en los Sistemas Biobolsa^®.

Figura 1 Temperatura, pH, conductividad eléctrica (CE), sólidos disueltos totales (SDT), salinidad y oxígeno disuelto (OD) en: A) biol bovino; B) biol porcino. 

Porcentaje de humedad, sólidos totales (ST), sólidos volátiles (SV) y cenizas

Los porcentajes promedio de humedad fueron 95.18± 1.90 y 96.21 ± 2.88 %, de sólidos totales 4.81 ± 1.89 % y 3.87± 2.89 %, de sólidos volátiles 3.29± 1.40 % y 2.48 ± 2.01 % y cenizas 1.51 ± 0.50 % para los bioles bovino y porcino, respectivamente.

Los ST en ambos bioles fueron inferiores a los reportados por ^{Baserja (1984)}, quien señaló que los procesos anaeróbicos con excretas pueden ser inestables con niveles de ST menores a 7 %. Por lo cual es posible que el proceso en nuestro estudio estuvo dentro de los límites de control, 3±σ, durante los 45 d de muestreo en ambos bioles (Figuras 1 y 2).

Figura 2 Análisis elemental de micronutrientes de: A) biol bovino; B) biol porcino descargado por el Sistemas Biobolsa® durante dos meses. 

Sin embargo, es posible que la concentración baja de ST haya repercutido en el rendimiento bajo de biogás. Al respecto, ^{Budiyono et al. (2010)} evaluaron el efecto de los ST en la velocidad de producción de biogas, durante la fermentación anaeróbica de excretas bovinas, y el intervalo óptimo de ST fue 7 a 9 % (corresponde a una proporción de excretas al volumen total del líquido 1:1). ^{Weiland (2006)} señaló que para una fermentación anaeróbica húmeda este nivel es 8 a 10 %. No obstante, con concentración baja de ST el contenido de agua aumenta, y éste es uno de los parámetros más relevantes en la digestión anaeróbica, por el movimiento y crecimiento de bacterias y por la facilidad de disolución y transporte de nutrientes (^{Sadaka y Engler, 2003}).

Análisis de macronutrientes y micronutrientes

Los valores promedio de fósforo y potasio fueron menores a los reportados por Quipuzco et al. (2011) y el nitrógeno amoniacal estuvo en concentración cercana a la observada por ^{Pötsch (2004)}. La producción de NH₄-N se debe a la degradación de proteínas durante el proceso anaeróbico y su concentración fue mayor que cualquier otro elemento. Esto concordó con lo publicado por ^{Álvarez y Lide'n (2008)}.

Las concentraciones de sodio, calcio y magnesio no variaron, excepto en los días 18 y 26 (Figura 2). No obstante, el funcionamiento del biodigestor se mantuvo estable (variabilidad ±3σ). Las concentraciones de estos elementos fueron superiores a las obtenidas por ^{Soria et al. (2001)}, lo cual podría beneficiar los cultivos agrícolas, si se utiliza como suplemento o biofertilizante.

Los contenidos de Ca y Mg fueron significativamente (p≤0.05) diferentes entre los bioles. Estas diferencias pueden deberse a la dieta y a la digestión (^{Miller y Vare, 2003}), y no tanto al proceso. La variación también depende de la proporción de agua y excremento en la alimentación de las biobolsas, y de la cual dependen las solubilidades de los macro y micro elementos, que a la vez están relacionadas directamente con el pH (^{López, 1994}; ^{Pérez de Mora et al., 2006}).

La concentración de potasio fue cercana al doble de la del sodio y esa proporción coincidió con la obtenida por ^{Lamptey et al. (1986)}. El potasio puede provenir en mayor proporción de la orina, más que del estiércol (^{Yasukawa y Quintero, 1998}).

Las fracciones de materia orgánica fueron 32.85 y 23.86 g L^-1 en los bioles bovino y porcino, por lo cual pueden ser aporte importante en suelos pobres en materia orgánica.