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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

“PRODUCCIÓN DE BIOCHAR A PARTIR DE RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS COMO ALTERNATIVA DE VALORIZACIÓN”

CURSO: LEGISLACIÓN Y NORMALIZACIÓN AMBIENTAL AUTOR: ANTHONY JEANPIER FOW ESTEVES DOCENTE: DR. EDUARDO PERICHE YARLEQUE

Callao, junio, 2018 PERÚ

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INDICE INDICE TABLA ................................................................... ........................................................................................................................................ ....................................................................... .. 4 INDICE FIGURA ................................................................. ...................................................................................................................................... ....................................................................... .. 4 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 5 I.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................ .................................................................................................. ...................................... 6 1.1.

Determinación del problema ............................................................ .................................................................................................. ...................................... 6

1.2.

Formulación del problema ................................................................ ...................................................................................................... ...................................... 6

1.2.1.

Problema General.......................................................... ............................................................................................................ .................................................. 6

1.2.2.

Problemas Específicos ............................................................... ..................................................................................................... ...................................... 6

1.3.

1.3.1.

Objetivo General ........................................................... ............................................................................................................. .................................................. 7

1.3.2.

Objetivos Específicos ................................................................. ....................................................................................................... ...................................... 7

1.4.

II.

Objetivos de la Investigación............................................................. ................................................................................................... ...................................... 7

Justificación ................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................ 7

1.4.1.

Ambiental ........................................................... ........................................................................................................................ ............................................................. 7

1.4.2.

Legal..................................................................... ................................................................................................................................. ............................................................ 7

MARCO TEÓRICO ................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................ 9 2.1.

Antecedentes ............................................................. .......................................................................................................................... ............................................................. 9

2.2.

Bases teóricas ............................................................. ........................................................................................................................ ........................................................... 10

2.2.1.

Definición de Biocarbón ............................................................ ................................................................................................ .................................... 10

2.2.2.

Proceso de producción del Biocarbón ............................................................. ........................................................................... .............. 10

2.2.3.

Biomasa .............................................................. ......................................................................................................................... ........................................................... 13

2.2.4.

GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS EN EL PERÚ ................................... 13

2.2.5.

CULTIVO DE RÁBANO ................................................................ .................................................................................................... .................................... 18

III.

VARIABLES E HIPÓTESIS ............................................................. ............................................................................................................. ................................................ 18

3.1.

Variables de la Investigación ............................................................. ................................................................................................. .................................... 18

3.2.

Operacionalización de variables................................................................... ............................................................................................ ......................... 19

3.3.

Hipótesis ...................................................................... ................................................................................................................................ .......................................................... 20

3.3.1. IV.

Hipótesis General .......................................................... .......................................................................................................... ................................................ 20

METODOLOGÍA ............................................................... .......................................................................................................................... ........................................................... 20

4.1.

Tipo de Investigación ............................................................. ............................................................................................................. ................................................ 20

4.2.

Diseño de la Investigación ................................................................. ..................................................................................................... .................................... 20

4.2.1.

Selección de la materia prima .............................................................. ....................................................................................... ......................... 20

4.2.2.

Recolección de la materia prima .......................................................... ................................................................................... ......................... 20

4.2.3.

Acondicionamiento de la materia prima

20













4.2.6.

Caracterización del biochar .................................................................. ........................................................................................... ......................... 21

4.2.7.

Preparación del área experimental .................................................................... ............................................................................... ........... 22

4.2.8.

Pruebas de toxicidad con Lactuca sativa. ........................................................ ...................................................................... .............. 22

4.2.9.

Preparación de tratamiento e incorporación ............................................................. ................................................................ ... 23

4.2.10.

Evaluación del efecto del biocarbón ............................................................... ............................................................................. .............. 23

4.3.

Población y muestra .............................................................. .............................................................................................................. ................................................ 24

4.4.

Técnicas e Instrumentos de recolección de datos ............................................................. ................................................................ ... 24

4.5.

Plan de Análisis Estadístico de datos ............................................................ ..................................................................................... ......................... 25

4.5.1.

Análisis de caracterización de suelo ................................................................... .............................................................................. ........... 25

4.5.2.

Análisis del biochar producido ............................................................. ...................................................................................... ......................... 25

V.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES .............................................................. .................................................................................................. .................................... 26

VI.

PRESUPUESTO ................................................................. ........................................................................................................................... .......................................................... 27

VII.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ............................................................. ................................................................................................. .................................... 28

ANEXO .................................................................. ........................................................................................................................................ ................................................................................. ........... 31 Matriz de consistencia............................................................ ....................................................................................................................... ........................................................... 31













INDICE TABLA Tabla 1. Generación per-cápita de residuos r esiduos sólidos a nivel nacional ................................................... 14 Tabla 2. Composición física de los residuos para Lima ......................................................................... 14 Tabla 3. Composición Física de los Residuos para región costa que superan los valores de Lima ....... 15 Tabla 4. Composición Física de los Residuos para región sierra que superan los valores de Lima ....... 15 Tabla 5. Composición Física de los Residuos para región selva que superan los valores de Lima ........ 15 Tabla 6. Relación de municipalidades que reportan al SIGERSOL SIGERSO L ......................................................... 17 Tabla 7. Rellenos sanitarios en el Perú al 2015 ..................................................................................... ..................................................................................... 17 Tabla 8. Temperatura para el cultivo óptimo del rábano ..................................................................... 18 Tabla 9. Cuadro de operacionalización de variables ............................................................... ............................................................................. .............. 19 Tabla 10. Propiedades químicas del biochar bi ochar y su importancia en el suelo ........................................... 21 Tabla 11. Relación de elementos constituyentes de la muestra de biochar ........................................ 22 Tabla 12. Relación de elementos constituyentes co nstituyentes de la muestra de suelo ............................................ 23 Tabla 13. Propiedades químicas del suelo ............................................................................................ 24

INDICE FIGURA Figura 1. Descripción del proceso de la pirolisis ................................................................................... 11 Figura 2. Rendimiento de obtención de biocarbón en cada pirólisis .................................................... 13 Figura 3. Composición física de los RR.SS. en porcentaje ..................................................................... ..................................................................... 16













INTRODUCCIÓN Los gobiernos de América Latina y el Caribe enfrentan la problemática de la gestión de residuos y sus impactos en un contexto de preocupación mundial por la sostenibilidad económica, ambiental y social de los servicios. Temáticas como la adecuada disposición final de residuos, la difícil y compleja realidad de los trabajadores informales de la basura, la minimización y el reciclado de los residuos, el cambio climático y los mercados de carbono y el rol de las entidades nacionales, regionales y municipales en la planificación y regulación de los servicios, se han convertido, en la actualidad, en los principales puntos de discusión de las agendas gubernamentales (OPS, 2010). 2010). La falta de recolección y tratamiento de los líquidos lixiviados en los sitios de disposición final es un ejemplo claro de los múltiples impactos negativos sobre el medio ambiente de una gestión deficiente de los residuos (OPS, 2010). 2010). Actualmente, el principal problema del manejo de residuos sólidos en el Perú es la escasez de lugares adecuados destinados a su disposición final, se estima que el país requiere de 190 infraestructuras para la disposición final de residuos sólidos, sin embargo, en el año 2014 existían solo 11 rellenos sanitarios con todos los permisos y autorizaciones correspondientes, y 10 instalaciones para la disposición de residuos del ámbito no municipal a nivel nacional. Del total de la generación de residuos sólidos municipales al 2014 (7 497 482 t/año), sólo 3 309 712 toneladas menos del 50% fueron dispuestos en un relleno sanitario tal como indica la normatividad vigente; siendo el remanente dispuesto inadecuadamente en el ambiente (MINAM, 2016b). 2016b). Respecto a la valorización de residuos sólidos en Perú, el compostaje es la forma más convencional de valorización de residuos orgánicos municipales (MINAM - PCM, 2016) 2016).. La cual posee como principal problema la emisión de compuestos orgánicos volátiles, los cuales son peligrosos para las plantas, los animales y el ser humano (Saldarriaga Elorza, 2009). 2009). Por otro lado, el tiempo de obtención del compost resulta ser muy largo y en tal proceso se debe tener un estricto cuidado con las variables fisicoquímicas para lo cual se requiere mucha mano de obra. Ante este escenario se requieren tecnologías limpias e innovadoras que mitiguen los efectos adversos ocasionados al medio ambiente por ello proponemos un nuevo enfoque para abordar esta problemática a través de la conversión de estos residuos en biocarbón. El biocarbón ha sido ampliamente utilizado para la remediación ambiental in situ (Huang et al., 2017) 2017),, su producción y aplicaciones proporcionan varias corrientes de valor importantes adicionales más allá de la mitigación directa del cambio climático (Lehmann, 2009). 2009). El presente trabajo tiene como objetivo determinar si la producción de biochar a partir de residuos sólidos orgánicos permite su valorización a fin de evitar su disposición final en un relleno sanitario.













I.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.

Determinación del problema

El crecimiento poblacional y el desarrollo económico tienen como consecuencia mayor consumo, lo cual genera mayor producción de residuos sólidos y a su vez un impacto ambiental preocupante por la disposición de estos residuos inadecuadamente (Alonso & Huarancca, 2015). 2015). La generación promedio nacional de residuos sólidos al 2014, fue de 13 244 t/día; teniendo como datos que Lima Metropolitana y el Callao generaron 5 970 t/día, es decir, el 45% de los residuos sólidos generados en el país cabe mencionar que del total de la generación de residuos sólidos municipales al 2014 (7 497 482 t/año), menos del 50% fueron dispuestos en un relleno sanitario tal como indica en la normatividad; siendo el remanente dispuesto inadecuadamente al ambiente, generando daños al mismo (MINAM, 2016a). 2016a). Según el Plan Nacional de Gestión de Residuos Sólidos 2016 - 2024, publicado en el 2016 por el MINAM, el principal problema del manejo de los residuos sólidos en el Perú era la escasez de lugares adecuados destinados a su disposición final, hoy en día, los avances tecnológicos para el manejo de los residuos sólidos, el gran avance de otros países en el tema, como Brasil, Chile, etc., y la implementación del DL N° 1278 que aprueba la LEY DE GESTIÓN INTEGRAL DE RESIDUOS SÓLIDOS en el Perú, nos brinda otras opciones para mejorar el manejo de los residuos sólidos, aplicando diferentes metodologías y/o tecnologías que generan un valor agregado en estos, evitando que terminen en un relleno sanitario, refutando el planteamiento del principal problema en el manejo de los residuos sólidos antes mencionado. Actualmente para lograr un adecuado manejo de residuos sólidos en el Perú es necesario implementar tecnología innovadora en el proceso, dicha tecnología debe posibilitar la valorización de los residuos sólidos, la presente investigación estudiará la obtención de biochar a partir de residuos sólidos orgánicos, ya que en comparación de otras metodologías y/o tecnologías como el compostaje, incineración, generación de energía a partir de biomasa, etc., el biochar es más rápido, rá pido, innovador y es de amplia aplicación, según (Qian et al., 2015) el 2015) el biochar tiene diversos beneficios y/o aplicaciones como, reutilización y valorización de residuos sólidos, producción de energía, enmienda del suelo, secuestro de carbono, tratamiento de aguas, etc., siendo enmienda del suelo la aplicación a estudiar en esta ocasión.

1.2.

Formulación del problema

1.2.1. Problema General 

¿La producción de biochar a partir de residuos sólidos orgánicos es una alternativa de valorización?

1.2.2. Problemas Específicos 



¿Es factible usar el biochar obtenido de residuos sólidos orgánicos sin generar perjuicios en el suelo? ¿Cuál es la dosis óptima de aplicación aplicaci ón del biochar obtenido de residuos sólidos orgánicos utilizado como enmienda del suelo con cultivo de rábano?















1.3.

Objetivos de la Investigación

1.3.1. Objetivo General 

Determinar si la producción de biochar bioc har a partir de residuos sólidos orgánicos o rgánicos permite su valorización.

1.3.2. Objetivos Específicos 



1.4.

Evaluar la eficacia del biochar como mejorador del suelo mediante bioensayos de toxicidad con semillas de Lactuca sativa. Determinar la dosis óptima de aplicación de biochar obtenido de residuos sólidos mediante pruebas en cultivo de rábano.

Justificación

1.4.1. Ambiental El biocarbón obtenido de residuos orgánicos es una prometedora enmienda para los suelos degradados en el Perú, debido a que incrementa su productividad al mejorar sus propiedades físicas, químicas y le brinda la cantidad necesaria de nutrientes esenciales que este necesita. El biocarbón una alternativa para la reducción de prácticas agrícolas inadecuadas como es el uso excesivo de agroquímicos, fertilizantes químicos, entre otros. Beneficiando directamente a los 2 260 973 productores agropecuarios (INEI, 2012) e 2012) e indirectamente a toda la población mediante el consumo de productos orgánicos, es decir libre de químicos, contribuyendo así, al manejo integrado de los recursos naturales al evitar la degradación de aguas subterráneas y las emisiones de gases de efecto invernadero, siendo la causante de estas alteraciones el uso excesivo de fertilizantes químicos (Beesley et al., 2011). 2011).

1.4.2. Legal •

CONSTITUCIÓN POLÍTICA DEL PERÚ

TITULO I: DE LA L A PERSONA Y LA SOCIEDAD CAPITULO I: DERECHOS FUNDAMENTALES DE LA PERSONA Artículo 2°. 2°. - Toda persona tiene derecho: (…)













•

DECRETO LEGISLATIVO N° 1278, LEY DE GESTIÓN INTEGRAL DE RESIDUOS SÓLIDOS

TITULO V: GESTIÓN Y MANEJO ECONÓMICO Y AMBIENTAL DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS CAPITULO II

: VALORIZACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS

Artículo 48°. - Formas de valorización Constituyen operaciones de valorización material: la reutilización, reciclado, compostaje, recuperación de aceites, bio-conversión, entre otras alternativas que, a través de procesos de transformación física, química, u otros, demuestren su viabilidad técnica, económica y ambiental. Constituyen operaciones de valorización energética, aquellas destinadas a emplear residuos con la finalidad de aprovechar su potencial energético, tales como: co-procesamiento, co-incineración, generación de energía en base a procesos de biodegradación, biochar, entre otros. Las normas vinculadas a la valorización se efectuarán de manera coordinada con las autoridades sectoriales competentes. CAPITULO III

: GESTIÓN Y MANEJO DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES

Artículo 53°. - Manejo integral de los residuos sólidos municipales: Las municipalidades, en concordancia con las políticas nacionales deben proporcionar información y evaluar permanentemente los resultados de su gestión, los cuales deben medirse atendiendo a los siguientes aspectos:

(…)

(…)

b) final.

Gradual disminución de la cantidad de residuos que tiene como primer destino la disposición

c) Gradual incremento de los residuos que tienen como primer destino los procesos de valorización, tales como: reciclaje, compostaje, c ompostaje, co-procesamiento, entre otros. (…)

CAPITULO IV

: GESTIÓN Y MANEJO MANEJO DE RESIDUOS SÓLIDOS NO MUNICIPALES

Artículo 55°. - Manejo integral de los residuos sólidos no municipales:













II.

MARCO TEÓRICO

2.1.

Antecedentes

(Randolph et al., 2017) en la investigación titulada “Efecto del biocarbón producido a partir de residuos sólidos orgánicos municipales en los parámetros de calidad del suelo” con el objetivo de investigar si la aplicación del biocarbón producido a partir de desechos al suelo modifica las condiciones del suelo, se realizó una investigación de tipo experimental ya que se utilizaron muestras de suelos de arcilla arenosa fina de Enon del horizonte (0-15 cm de profundidad). La investigación consistió en colocar el suelo en macetas de invernadero de techo abierto, que contienen 500 g de suelo con biocarbón añadido a 0; 0,5; 0 ,5; 1 o 2%; p/p y se mantuvieron a una humedad del 10-12% 10 -12% (peso/peso) en un invernadero a temperaturas de 18-29ºC y humedad relativa del 35 al 75% durante 120 días. Para la preparación del biocarbón se seleccionaron los desechos orgánicos municipales (periódicos, cartón, virutas de madera y residuos de jardinería). Se utilizaron tres series de temperaturas de pirólisis (350, 500 y 750 ° C) y 3 series de tiempo de residencia de pirólisis (2, (2 , 4 y 6 h) para la preparación. Se realizaron análisis fisicoquímicos (densidad, área superficial, pH, conductividad eléctrica, porcentaje de rendimiento, capacidad de intercambio catiónico) al biocarbón, al suelo se le hizo análisis a los parámetros de fertilidad (C, N, P, K, Ca, Mg) y se analizó la capacidad de retención del agua antes y después de añadir el biocarbón y se hizo un análisis estadístico con un alfa del 5%. Este estudio demostró que el biocarbón puede ser producido a partir de sólidos orgánicos típicamente encontrados en los desechos municipales y utilizados con éxito para mejorar las funciones del suelo, tales como el flujo de nutrientes, el pH del suelo, el agua y el almacenamiento de carbono. (Rehrah et al., 2015) en la investigación titulada “Caracterización físico -química de biocarbón de residuos sólidos municipales para su uso en la enmienda del suelo” , tuvo como objetivos: (1) producir biocarbón de 4 grupos diferentes (papel, materiales blandos, madera dura, y los materiales mezclados) a 3 temperaturas de pirólisis diferentes (300, 500, y 750 ° C) y tiempos de residencia (2, 4, y 6 h), y (2) evaluar las propiedades biocarbón relevantes para aplicaciones de suelo, a saber, propiedades físicoquímicas [rendimiento, pH, densidad aparente, de ceniza, superficie total (TSA), de carga superficial (SC), y eléctricas conductividad (CE)] y la composición elemental. Los materiales de alimentación se trituraron y luego se sedimentaron pirolizado bajo condiciones de N2 usando un horno Lindberg equipado con una retorta usando las condiciones anteriores. Los resultados mostraron que el pH, TSA, y contenido de cenizas aumentaron con la temperatura mientras que la recuperación de rendimiento y SC fueron superiores a baja temperatura, con recuperación de la biomasa 94% observado para la madera dura a 300 ° C frente a 23% a 750 75 0 ° C. Este estudio sugiere que los biocarbón a base de residuos sólidos tienen el potencial de mejorar las l as propiedades del suelo, si se produce en virtud de la selección cuidadosa de las condiciones de pirólisis.













(Jin et al., 2014) en la investigación titulada “Biocarbón pirolíticamente producido a partir de residuos sólidos municipales para As (V) eliminación: Propiedades de adsorción y su mejoría con KOH activación” , se realizaron investigaciones experimentales y de modelado para examinar el efecto de los biocarbones pirolíticamente producidos a partir de residuos sólidos municipales en la eliminación del As (V) acuoso antes y después de activado por la solución de KOH 2 M. Los resultados mostraron que la mayor capacidad de adsorción de biocarbones prístinos fue de 24,49 mg / g. El modelo de pseudo-segundo orden y el modelo de isoterma de adsorción de Langmuir pueden describir preferentemente el proceso de adsorción. El biocarbón activado mostró una capacidad de adsorción de As (V) mejorada con una capacidad de adsorción de 30,98 mg / g, que era más de 1,3 veces de biocarbones prístinos, y de 2 a 10 veces de biocarbón modificados informados por otras literaturas. El aumento de la superficie y los cambios de textura porosa, especialmente los grupos funcionales en la superficie de los biocarbones activados son los principales contribuyentes a su adsorción más eficiente de As (V). (Y. Wang, Yin, & Liu, 2014), 2014), en su estudio “Caracterización del biochar de la pirólisis rápida y su efecto sobre las propiedades químicas del suelo del jardín del té” que tiene como objetivo la mejorar la calidad de las propiedades del suelo ácido a partir de un biocarbon producido de paja de arroz tuvo como resultado que La incorporación del biocarbon mejoró significativamente las propiedades del suelo. El contenido total de carbono, nitrógeno, pH y contenido de Ca, Mg, K y Na extraíble en el suelo aumentó y los contenidos de Al y Pb disponibles disminuyeron.

2.2.

Bases teóricas

2.2.1. Definición de Biocarbón Subproducto de carbono orgánico estabilizado y recalcitrante producido generalmente durante un proceso de pirólisis de la biomasa en una atmosfera inerte (Antal & Grønli, 2003). Biocarbón es un material renovable, útil que se puede utilizar en muchas aplicaciones diferentes (Peterson & Jackson, 2014). 2014). El biocarbón ha sido ampliamente utilizado para la remediación ambiental in situ (Huang et al., 2017), 2017), su producción y aplicaciones proporcionan varias corrientes de valor importantes adicionales más allá de la mitigación directa del cambio climático (Lehmann, 2009). 2009). Muchos tipos de materiales orgánicos, como la madera, residuos vegetales, residuos de cultivos, estiércol animal y productos de desecho pueden utilizarse para la producción del biocarbón (Kloss et al., 2014). 2014).













El proceso de pirólisis se puede dividir en: lenta, rápida y flash, la diferencia entre estos son las condiciones del proceso que implican los tiempos de residencia sólidos, la velocidad de calentamiento, el tamaño de partícula y la temperatura (Canabarro et al., 2013), 2013), conduciendo a la producción de aceite líquido útil, gases y productos sólidos (Goyal, Seal, & Saxena, 2008). 2008). Esta facilidad para combinar la temperatura y los tiempos de residencia hace que la pirólisis sea un proceso muy versátil, lo que ha permitido el desarrollo de muchas posibilidades tecnológicas diferentes. En general, los procesos de pirólisis se diferencian entre sí en cuanto a la rapidez del calor (Novotny et al., 2015). 2015).

Figura 1. Descripción del proceso de la pirolisis

PIROLISIS (300 a 1000°C)

PRE TRATAMIENTO

BI OM A SA

Residuos: Forestales Agrícolas Industriales Urbanos

PROCESO

RECEPCIÓN Y ALMACENAMIENTO DE BIOMASA

SE CAD O

PIRÓLISIS

PRODUCTOS

TIPOS

TAMIZADO

MOLIDO FINO

L EN TA

RAPIDA

FLAS H

BI OCA RB ÓN

BI OCARB ÓN

BI OCA RB ÓN

SÓLIDO

LÍQUIDO

GAS

Fuente: Elaboración propia. 

PirólisisLenta

La biomasa se piroliza a velocidades lentas de calentamiento (5-7 K / min). Esto conduce a menos producto líquido y gaseoso y más de la producción de carbón. Se ha realizado una cantidad significativa















manteniendo un alto contenido de grupos hidroxilo y carboxilo. Estas características son deseables cuando la principal función del biocarbón es mejorar la capacidad de intercambio catiónico del suelo (CEC) (Novotny et al., 2015). Los reactores más utilizados en este proceso son de lecho fijo y reactor tubular (Canabarro et al., 2013). 2013). 

PirólisisRápida

La pirólisis rápida se lleva a cabo normalmente a altas temperaturas (por encima de 500 ° C) (Novotny et al., 2015), no sólo la cinética de la reacción química, sino también los procesos de transferencia de calor y masa, así como los fenómenos de transición de fase, juegan papeles importantes (Bridgwater, 2003).. 2003) La pirólisis rápida es exitosa con la mayoría de los reactores de lecho fluidizado, ya que ofrece altas tasas de calentamiento, rápida volatilización, fácil control, fácil colección de productos, etc. (Luo et al., 2004; Goyal et al., 2008), 2008), además se han designado varios reactores como reactor r eactor de flujo arrastrado, reactor de malla de alambre, reactor de horno de vacío, reactor de vórtice, reactor giratorio, reactor de lecho fluidizado circulante, etc., para realizar la pirólisis rápida. Muchos investigadores han contribuido en el campo de la pirólisis piró lisis rápida de la biomasa usando varios reactores (Goyal et al., 2008). 2008). La pirólisis rápida es el principal proceso utilizado para la producción de bio-aceite, este proceso implica velocidades de calentamiento más rápidas y tiempos de residencia mucho más cortos (segundos) que la pirólisis lenta (Novotny et al., 2015), aunque la pirólisis rápida se ha optimizado para la producción de bio-aceite, típicamente 15-20% de la masa de materia prima se convierte en biocarbón de estado sólido (Kim, Kim, Cho, & Choi, 2012), 2012), produciendo biocarbón a una velocidad de calentamiento es de alrededor de 300 °C / min. (Goyal et al., 2008) y tiempo de residencia menor de 10 segundos (Qian et al., 2015). 2015). El carbón estable en el biocarbón ha atraído la atención por muchos siglos como medios eficaces de













calentamiento rápido y por lo tanto el tamaño de partícula debe ser bastante pequeño, es decir, aproximadamente 105-250 mm. (Goyal et al., 2008). 2008). Comparando la pirolisis lenta, rápida y flash, es esta última la que menos cantidad de biocarbón genera, según la literatura revisada entre el año 2010 al 2017 no hay investigaciones relevantes donde se produzca biocarbón por medio de este proceso, este se puede deber al bajo rendimiento en sólidos que genera dicha producción (Ver Figura 2). Figura 2. Rendimiento de obtención de biocarbón en cada pirólisis













Tabla 1. Generación per-cápita de residuos sólidos a nivel nacional

REGION

AMAZONAS ANCASH APURIMAC AREQUIPA AYACUCHO CAJAMARCA CALLAO CUSCO HUANCAVELICA HUÁNUCO ICA JUNÍN LA LIBERTAD LAMBAYEQUE LIMA LORETO MADRE DE DIOS MOQUEGUA PASCO

POBLACIÓN URBANA 2013 (hab.) 203,597.00 72,757.00 223,269.00 1,192,139.00 444,737.00 542,885.00 1,065,838.00 755,563.00 176,268.00 397,173.00 74,145.00 939,876.00 1,444,172.00 959,775.00 9,614,115.00 624,214.00 108,112.00 155,426.00 206,618.00

GENERACIÓN DE RESIDUOS 2013 (kg/día) 106,286.00 397,345.00 129,033.00 581,062.00 23,068.00 291,413.00 698,717.00 451,474.00 8,669.00 196,999.00 388,763.00 478,785.00 780,558.00 490,205.00 5,684,258.00 345,127.00 48,176.00 60,741.00 88,573.00













Tabla 3. Composición Física de los Residuos para región costa que superan los valores de Lima

RESIDUOS DOMICILIARIOS REGIÓN COSTA

PELIGROSOS NO REAPROVECHABLES (%)

RESIDUOS ORGÁNICOS DE COCINA Y

RESIDUOS NO PELIGROSOS

RESIDUOS NO PELIGROSOS NO

PREPAPARACIÓN REAPROVECHABLES REAPROVECHABLES DE ALIMENTOS (%) (%) (%)

PIURA

5.9

39.92

34.59

18.01

ÁNCASH

6.82

52.99

27.94

10.6

CALLAO

10.29

51.58

29.59

6.69

LA LIBERTAD

7.05

52.18

22.59

16.23

LAMBAYEQUE

8.81

51.64

24.8

15.85

TUMBES

11.57

41.27

29.35

17.26

Fuente: Adaptado de (MINAM, 2014)

Tabla 4. Composición Física de los Residuos para región sierra que superan los valores de Lima

REGIÓN SIERRA

RESIDUOS DOMICILIARIOS PELIGROSOS NO REAPROVECHABLES (%)

RESIDUOS ORGÁNICOS DE COCINA Y PREPAPARACIÓN DE ALIMENTOS (%)

RESIDUOS NO PELIGROSOS REAPROVECHABLES (%)

RESIDUOS NO PELIGROSOS NO REAPROVECHABLES (%)

MOQUEGUA

10.87

51.64

27.75

9.74













Los residuos sólidos peligrosos incluidos en los residuos domiciliarios, tales como pilas, restos de servicios higiénicos, papel higiénico, pañales, focos, residuos de pintura, residuos de medicamento, entre otros, a nivel del país para el año 2013 fue de 7,9 %. En el 2013, el 27,88 % de los residuos sólidos estaba compuesto por residuos no peligrosos que podían ser reutilizados (fibra dura vegetal, restos orgánicos de cocina, huesos, restos de jardín, diversos papeles, plásticos –botellas, bolsas, envases –, vidrios, latas, metales, madera, telas, entre otros), de los cuales el 50,43 % eran restos orgánicos de cocina y preparación de alimentos. Figura 3. Composición física de los RR.SS. en porcentaje















Tabla 6. Relación de municipalidades que reportan al SIGERSOL

REGIÓN

N° DE MUNICIPALIDADES QUE DECLARAN AL SIGERSOL

N° DE MUNICIPALIDADES QUE DECLARAN SERVICIO DE TRATAMIENTO

PORCENTAJE (%)

ANCASH LA LIBERTAD CAJAMARCA LORETO SAN MARTÍN

38 38 23 18 32

13

25% 13.20% 30.40% 11.10% 12.50%

5 7 2 4

Fuente: Adaptado de (MINAM, 2014)

Esto quiere decir que un gran porcentaje de municipios no declaran o no realizan un tratamiento correcto de sus residuos sólidos. Además, según el Plan Nacional de Gestión Integral de Residuos Sólidos (PLANRES) 2016 – 2021, solo existen 21 rellenos sanitarios, en 3 de los 5 departamentos













2.2.5. CULTIVO DE RÁBANO 

PROPAGACIÓNYCUIDADO

Los rábanos son una de las especies más fáciles y rápidas de cultivas, se siembra esparciendo las semillas en surcos de 1cm de profundidad separados unos 15 cm y aclare una distancia de 2.5 cm unos diez días después de su aparición aparició n (Biggs, 2001). 2001). Tabla 8. Temperatura para el cultivo óptimo del rábano

PLANTA Mínima °C Rango Optimo Óptima °C Máxima °C Rábano 4 7-32 30 35 Fuente: (SEMARNAT, 2009) El rábano es una planta muy resistente a las plagas y se adapta fácilmente a cualquier tipo de suelo siempre y cuando existe una capacidad adecuada de retención de agua, el rábano es uno de los pocos cultivos que no son exigentes en cuanto a nutrientes en el suelo (Biggs, 2001). 2001).

III.

VARIABLES E HIPÓTESIS













3.2.

Operacionalización de variables Tabla 9. Cuadro de operacionalización de vari ables

TIPO DE VARIABLE

VARIABLES

DEFINICION CONCEPTUAL

DEFINICION OPERACIONAL

DIMENSIONES INDICADORES

Propiedades físicas del Suelo

DEPENDIENTE

Operación cuyo resultado principal es que el residuo sirva a una finalidad útil Valorización al sustituir a de residuos otros materiales que de otro sólidos

Para la presente investigación se medirá la variable considerando que la valorización depende de la

Propiedades químicas del Suelo

Textura Temperatura Humedad Capacidad de intercambio iónico pH Nitratos y fosfatos %C %N













3.3.

Hipótesis

3.3.1. Hipótesis General 

La producción de biochar a partir de residuos sólidos orgánicos es una alternativa efectiva de valorización.

HipótesisGeneralNula 

La producción de biochar a partir de residuos orgánicos no es una a lternativa efectiva de valorización.

IV.

METODOLOGÍA

4.1.

Tipo de Investigación

La presente investigación es de tipo explicativo porque explica la relación causa y efecto entre las variables.

4.2.

Diseño de la Investigación

La presente investigación es de carácter experimental, ya que mediante el manejo y operación de













4.2.4. Diseño y fabricación del horno pirolítico La construcción del horno pirolítico se realizará a nivel piloto. El diseño se ajustará a las cantidades teóricas iniciales de materia prima y de producción de biochar, considerando un 45% de rendimiento en peso. El diseño y fabricación del horno pirolítico consta de 2 partes importantes: PARTE ELECTRÓNICA PARTE MECÁNICA  

4.2.5. Producción del biocarbón Cada muestra recolectada y con un contenido de humedad menor al 10% ingresará en el horno pirolítico, a continuación, se detallan las condiciones operacionales: Condicionesoperacionales: El proceso de producción del biochar será mediante pirolisis lenta, la biomasa se pirolizará a una temperatura de 500°C a 600°C, para ello se monitoreará constantemente la temperatura con ayuda de una termocupla. 















Análisisdemacro micronutrientes micronutrientes Se determinaron los siguientes elementos constituyentes de las muestras: 

–

Tabla 11. Relación de elementos constituyentes de la muestra de biochar

Macronutrientes Método Nitrógeno %, Método de Nitrógeno Total de Kjeldahl Potasio (K) %, Método de Potasio Total Calcio (Ca) %, Espectrofotometría de absorción atómica













Por lo que para dar un mayor nivel y peso a la presente investigación se complementará la prueba establecida por la IBI con las pruebas de bioensayos realizado por (Sobrero & Ronco, 2004), realizando la siguiente metodología. Colocar en porcentajes adecuados a la investigación i nvestigación la mezcla biochar – suelo, realizando por triplicado cada tratamiento y considerando un blanco. Humedecer el suelo y colocar alrededor de 20 semillas de Lactuca sativa a fin de asegurar el crecimiento de las plántulas. Dejar en oscuridad los tratamientos hasta que en alguna repetición hayan g erminado semillas. Luego de colocar las repeticiones a la intemperie monitorear cada día y anotar cambios. 



 















Análisisdelaspropiedadesquímicaselemental Análisisdelaspropiedadesquímicasele mental Tabla 13. Propiedades químicas del suelo

Propiedades químicas pH Conductividad eléctrica o Sólidos Totales Disueltos (TDS): Capacidad de intercambio catiónico

Importancia En relación con el pH del suelo. En relación con la capacidad de intercambio catiónico del suelo. Fertilidad del suelo.













FICHA DE INGRESO, TRATAMIENTO Y SALIDA DE RESIDUOS SÓLIDOS EN EL HORNO - Condiciones del ingreso de la materia prima al horno pirolítico - Condiciones operacionales durante el tratamiento (temperatura, tiempo de residencia, hora de ingreso, hora de salida) - Peso final del biochar. FICHA DE MONITOREO DEL CULTIVO DE RÁBANO Monitoreo diario hasta la germinación de la plántula. o Monitoreo inter-diario para la controlar el crecimiento de la planta. o













V.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

COMPONENTES/ ACTIVIDADES 1. FUENTES B IBLIOGRÁFICAS IBLIOGRÁFICAS 1.1 Revisión de referencias bibliográficas

2. ELABORACIÓN DEL PROYECTO DE TESIS 2.1 Redacción del proyecto de tesis 2.1 Redacción del marco teórico

3. PRODUCCIÓN DEL BIOCARBÓN 3.1. Producción rústica para pruebas de toxicidad 3.2 Diseño de horno pirolítico a nivel laboratorio 3.3 Recolección de la materia prima 3.4 Pre tratamiento de la materia prima 3.5 Obtención del biocarbón

4. PREPARACIÓN DEL ÁREA EXPERIMENTAL

Mayo

Junio

Julio

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre

Enero

Febrero

Marz o

Abril

Mayo



























VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS













15. Laura, P. A. G. (2015). Producción y caracterización de Biochar a partir de la biomasa residual de

























instru

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