Adición de paja de arroz y arcillas residuales a la digestión anaerobia de estiércol porcino. Efecto sobre la comunidad procariota productora de metano

Abstract

La digestión anaerobia se ha convertido en una estrategia sustentable para el tratamiento de estiércoles porcinos, dado por la obtención de metano y un lodo con propiedades biofertilizantes. Este proceso es el resultado del metabolismo coordinado de bacterias y archaeas(Riviere et al., 2009; Madigan et al., 2010), cuya eficiencia depende de la estabilidad de la población ante cambios nutricionales y ambientales. En Cuba, la calidad del estiércol porcino y la presencia de inhibidores como el nitrógeno amoniacal, han limitado la eficiencia de su degradación anaerobia. En este trabajo se propuso como objetivo general: Analizar el efecto de la adición de paja de arroz y de arcillas residuales sobre la digestión anaerobia de estiércol porcino y la comunidad procariota responsable de la producción de metano. Para ello, se evaluó la adición del cosustrato paja de arroz y la adición de arcillas residuales, a la digestión anaerobia de estiércol porcino, bajo régimen discontinuo, a temperaturas mesofílica (35 ºC) y termofílica (55 ºC) y bajo régimen semicontinuo en reactor de tipo tanque agitado, a temperatura mesofílica. Se optimizó la actividad metanogénica específica mediante el diseño del medio para la codigestión de los tres sustratos, utilizando la metodología de superficie de respuesta y un diseño compuesto central (factorial completo 23). Además, se caracterizó la comunidad procariota desarrollada con la adición de la paja y las arcillas mediante técnicas microbiológicas y moleculares basadas en el gen ARNr 16S de bacterias y archaeas. El diseño del medio de codigestión anaerobia permitió optimizar la actividad metanogénica a valores de 1,31 gCH4-DQO·gSV-1·L-1, superiores a los informados para la digestión de estiércol mezclado con sustratos similares, lo que propicia un mejor aprovechamiento de las mezclas de residuos para la producción de metano. Las arcillas residuales estimularon la codigestión de estiércol porcino y paja de arroz, dado por sus propiedades adsorbentes que reducen el efecto inhibitorio del nitrógeno amoniacal presente en el estiércol. En régimen semicontinuo, la adición de arcillas mantuvo una producción de metano alta y estable por más de 20 días. La temperatura tuvo un efecto determinante sobre la composición de la comunidad procariota. Las archaeas metanógenas acetotróficas del orden Methanosarcinales prevalecen en condiciones mesofílicas y son responsables del incremento de metano, lo que facilita la implementación de los sistemas de digestión anaerobia en las condiciones ambientales de Cuba. La adición de paja de arroz y arcillas residuales a la digestión de estiércol porcino provocó cambios en la diversidad y dinámica de la comunidad procariota, donde las poblaciones favorecidas fueron bacterias celulolíticas, especies del filo Bacteroidetes y especies de archaeas de la familia Methanosaetaceae. Se informaron siete secuencias del gen ARN 16S de bacterias que difieren de las previamente descritas en los órdenes conocidos y dos secuencias del gen ARN 16S de archaeas perteneciente al orden Methanomicrobiales, no relacionada con las familias antes descritas. Estos hallazgos cambian el estado actual del conocimiento sobre la estructura de estas comunidades procariotas y su dependencia de las interacciones tróficas.