Evaluación de biodigestores para la obtención de biogás y biofertilizante a partir de las vinazas del mezcal

Abstract

En México se producen en promedio seis millones de litros de mezcal por año, de estos, el 92.3% son producidos en el estado de Oaxaca. Por cada litro de mezcal producido, se generan entre 9 y 15 L de vinazas, lo que representan entre 53 y 90 millones de litros de vinazas, de las cuales el 80% son vertidas al ambiente sin tratamiento. Las vinazas presentan; entre otros elementos, alto contenido de materia orgánica y pH ácido, que las vuelve residuos recalcitrantes y difíciles de tratar, así como diversos nutrientes disueltos con potencial para ser reutilizados como biofertilizantes en la agricultura; sin embargo, se desechan en suelos, ríos, lagos, lagunas y drenaje municipal sin aprovecharse. Existen diversas alternativas para su aprovechamiento, entre las que destacan su uso como fuente de nutrientes para fertilizar cultivos agrícolas y la digestión anaeróbica para la obtención de biogás y biofertilizante. Con el objetivo de evaluar la fitotoxicidad de las vinazas de mezcal, se hizo un primer experimento con semillas de lechuga, tomate y pepino, para lo cual se realizó una prueba de fitotoxicidad, usando diferentes concentraciones de vinaza (2.5, 5, 10, 20, 40, 80 y 100 %); y para evaluar su efecto biofertilizante en el rendimiento de dichos cultivos, se condujo un segundo experimento bajo condiciones de invernadero y como fuente de nutrientes diferentes combinaciones de vinaza del mezcal y solución nutritiva Steiner. Las cuales fueron 100-0, 80-20, 40-60 y 20-80%; respectivamente, y como testigo el 100% de la solución nutritiva. Con el objetivo de evaluar la obtención de metano a partir de las vinazas del mezcal, llevo a cabo un tercer experimento que consistió en una prueba del potencial de biometano mediante la co-digestión anaeróbica de estas vinazas con estiércol de bovino, en donde se usaron cinco mezclas de vinazas y estiércol en diferentes proporciones (v/v): 25-75, 50-50, 75-25, 100-0 y 0-100, en envases de vidrio de 496 mL con sello hermético, con 300 mL de volumen activo en condiciones mesofílicas (36�C � 1�C) durante diez días. Finalmente, se evaluó el desempeño de biodigestores tubulares en condiciones reales para producir biogás y biofertilizante a partir de las vinazas del mezcal, utilizando tres biodigestores tubulares de5,000 L cada uno, con tres puntos de muestreo por biodigestor, tres ciclos de digestión de vinazas y siete semanas de digestión por cada ciclo. En el experimento 1: los resultados mostraron que la concentración del 2.5% de vinaza del mezcal, fue tóxica para las semillas de lechuga y más del 10% inhibió su germinación. Para semillas de tomate el 20% resultó tóxico y el 80% inhibió su germinación, mientras que en semillas de pepino el 20% provocó hormesis. En el segundo experimento: la combinación 40 + 60% de vinaza y solución nutritiva aplicada para la nutrición de lechuga y tomate, alcanzó los máximos valores de todas las variables evaluadas. En pepino, el rendimiento disminuyó de forma lineal al aumentar el porcentaje de vinaza como complemento de la solución nutritiva. Para el tercer experimento: la producción y rendimiento de metano a partir de las vinazas fue mayor con las mezclas 0-100 y 75-25, con 286.23 y 286.40 NmL de CH4, y 28.27 y 22.77 mL CH4 g-1 SV, respectivamente. El período de adaptación de los microorganismos anaeróbicos a las vinazas fue mayor en comparación con estiércol de bovino. La co-digestión de vinazas y estiércol de bovino en una proporción de 75-25% mejoró la producción de metano 26.7% con respecto a la digestión de vinazas solas y se redujo el tiempo de adaptación de las bacterias a éstas en 4.12 días. En el cuarto experimento: el pH y la relación AGV/AT se mantuvieron dentro de los límites óptimos para la digestión anaeróbica con valores entre 6.80 y 8.20 para el primero y menores a 0.60 para el segundo, tanto al inicio como al final de cada ciclo de digestión. La producción acumulada de biogás al final de cada ciclo de digestión fue en promedio de 9,680.82 L en los tres biodigestores. El porcentaje de metano en el biogás fue de 66.12%. En cuanto al biofertilizante, el contenido de los elementos disueltos, así como los valores de pH y CE, fue mayor que la solución nutritiva comercial. Lo cual indica que el efluente de biodigestores alimentados con vinazas del mezcal puede ser utilizado como biofertilizante para diferentes cultivos.