Rendimiento de un reactor anaerobio de biopelícula mediante la aplicación de diferentes condiciones operativas
Descargas: 316
DOI:
https://doi.org/10.56845/rebs.v4i1.71Palabras clave:
reactor anaerobio de biopelícula, digestión anaerobia, taza de carga orgánica, fracción orgánica de residuos sólidos urbanos, energía renovableResumen
La inadecuada gestión de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) y la crisis energética por la dependencia de los combustibles fósiles (carbón e hidrocarburos) son problemas crecientes en países latinoamericanos como México. Estos problemas son causados por diversos factores, entre ellos la falta de infraestructura y el limitado desarrollo de tecnologías enfocadas a atender estas áreas. En México se generan anualmente entre 37.55 y 43.84 millones de toneladas de RSU, mientras que se producen 5,896 PJ de combustibles fósiles en el mismo periodo, contribuyendo fuertemente a la contaminación ambiental debido a un inadecuado manejo y procesos de obtención-uso respectivamente. Para mitigar estos problemas, es necesario proponer estrategias de doble propósito, como la digestión anaerobia, que puedan ayudar en el tratamiento de la fracción orgánica de los RSU (FORS) y al mismo tiempo producir biogás como fuente de energía renovable. Por estos motivos, el objetivo de este trabajo fue evaluar el rendimiento de un reactor anaerobio de biopelícula mediante incrementos en la Tasa de Carga Orgánica (TCO) utilizando la fracción líquida de los RSUF como sustrato para la producción de biogás. Para llevar a cabo este estudio se utilizó un reactor anaerobio de biopelícula denominado Reactor Híbrido Anaerobio (AHR). Se analizó el rendimiento del AHR en cuatro etapas aplicando diferentes valores de OLR de 5 a 21 g COD/L.d. Se evaluó la formación de biopelícula anaerobia, pH, %COD y % de eliminación de sólidos, alcalinidad, producción de biogás y rendimiento de metano. Tras 119 días de funcionamiento del reactor, se obtuvo un 93,45 % de colonización del lecho fluidizado inverso, un 85 % de DQO total y soluble y eliminaciones superiores al 80 % para TS y VS, alcalinidad inferior a 0,3, alrededor de 20 L de biogás al día con rendimientos de metano de 0,31 LCH4a STP/gCODrem. El uso de OLR elevados permite tratar un mayor volumen de fracción líquida de OFMSW produciendo una mayor cantidad de biogás con un excelente rendimiento de metano, demostrando así la alta eficiencia del AHR.
Citas
Akunna, J. C. (2019). Anaerobic Wastewater Treatment and Biogas Plants. Taylor & Francis Group. First edition. DOI: https://doi.org/10.1201/9781351170529
Alvarado-Lassman, A., Méndez-Contreras, J. M., Martínez-Sibaja, A., Rosas-Mendoza, E. S., & Vallejo-Cantú, N. A. (2016). Biogas production from the mechanically pretreated, liquid fraction of sorted organic municipal solid wastes. Environmental Technology 3330. DOI: https://doi.org/10.1080/09593330.2016.1227877
Apanco-Rosas, V. (2018). Comparación del desempeño de un reactor anaerobio piloto en configuración en paralelo, con 2 diferentes sustratos. Tesis de Maestría. Instituto Tecnológico de Orizaba. México.
APHA. (2005). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21st Edition, American Public Health Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington DC.
Ariunbaatar, J., Panico, A., Esposito, G., Pirozzi, F. & Lens, P. (2014). Pretreatment methods to enhance anaerobic digestion of organic solid waste. APPLIED ENERGY 123: 143–56. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.02.035
Arreola-Vargas, J., Snell-Castro, R., Rojo-Liera, N. M., González-Álvarez, V. & Méndez-Acosta, H. O. (2018). Effect of the organic loading rate on the performance and microbial populations during the anaerobic treatment of tequila vinasses in a pilot-scale packed bed reactor. J Chem Technol Biotechnol 93(2):591–99. DOI: https://doi.org/10.1002/jctb.5413
Bernard, O., Polit, M., Hadj-Sadok, Z., Pengov, M., Dochain, D., Estaben, M. & Labat, P. (2000). Advanced monitoring and control of anaerobic wastewater treatment plants: III-Software sensors and controllers for an anaerobic digester. In: 5th International Symposium in System Analysis and Computing in Water Quality Management, 3.65–3.72. Gent, Belgium.
Beyenal, H. & Lewandowski, Z. (2000). Combined effect of substrate concentration and flow velocity on effective diffusivity in biofilms. Water research. 34(2): 528-538. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1354(99)00147-5
Botello-Suárez, W. A., Da Silva-Vantini, J., Duda, R- M., Giachetto, P. F., Carrijo-Cintra, L., Tiraboschi Ferro, M. I. & Alves-De Oliveira, R. (2018). Predominance of syntrophic bacteria, Methanosaeta and Methanoculleus in a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket reactor treating coffee processing wastewater at high organic loading rate. Bioresour Technol 268, 158–68. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.06.091
Buffière, P., Bergeon, J. P. & Moletta, R. (2000). The inverse turbulent bed: a novel bioreactor for anaerobic treatment. Water Research, 34(2), 673-677. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1354(99)00166-9
Cecconet, D., Callegari, A. & Capodaglio, A.G. (2022). UASB Performance and Perspectives in Urban Wastewater Treatment at Sub-Mesophilic Operating Temperature. Water, 14(1), 115. DOI: https://doi.org/10.3390/w14010115
Cristaldi, A., Fiore, M., Zuccarello, P., Oliveri Conti, G., Grasso, A., Nicolosi, I., Copat, C. & Ferrante, M. (2020). Efficiency of Wastewater Treatment Plants (WWTPs) for Microplastic Removal: A Systematic Review. Int J Environ Res Public Health, 17(21), 8014. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph17218014
Díaz-Trujillo, L. A. & Nápoles-Rivera, F. (2019). Optimization of biogas supply chain in Mexico considering economic and environmental aspects. Renewable Energy, 139, 1227–1240. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.03.027
Doloman, A., Soboh, Y., Walters, A. J., Sims, R. C. & Miller, C. D. (2017). “Qualitative Analysis of Microbial Dynamics during Anaerobic Digestion of Microalgal Biomass in a UASB Reactor”. Int J Microbiol 2017(5291283):12. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/5291283
El Sol de Orizaba. (2020). https://www.elsoldeorizaba.com.mx/local/se-inaugura-planta-ecori-ayuntamiento-firma-convenio-con-geocycle-medio-ambiente-basura-reciclaje-orizaba-5518152.html.
Foresti, E. (1994). Fundamentos de proceso de digestión anaerobia. III Taller y Seminario Latinoamericano sobre Tratamiento anaerobio de aguas residuales, Montevideo, Uruguay, 97-110.
Garbs, M. & Geldermann, J. (2018). Analysis of selected economic and environmental impacts of long-distance manure transports to biogas plants. Biomass and Bioenergy, 109(December 2017), 71–84. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.12.009 DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.12.009
Gutiérrez, J. P. (2018). Situación actual y escenarios para el desarrollo del biogás en México hacia 2024 y 2030. Red Tematica De Bioenergia De Conacyt, 22.
Houbron, E. (2012). Methane yield and microscopic observation as monitoring biofilm behaviour parameters, during start up phase of anaerobic inverse fluidized bed reactor. Afr J Biotechnol 11(78), 14392–98. DOI: https://doi.org/10.5897/AJB11.3976
Hussain A., Johain J. & Fawziea M. (2021). Effect of pH on biogas production during anaerobic digestion. Journal of University of Shanghai for Science and Technology, 23(8), 224-231. DOI: https://doi.org/10.51201/JUSST/21/08369
Jáuregui-Jáuregui, J. A., Méndez-Acosta, H. O., González-Álvarez, V., Snell-Castro, R., Alcaraz-González, V. & Godon, J. J. (2014). Anaerobic treatment of tequila vinasses under seasonal operating conditions: Start-up, normal operation and restart-up after a long stop and starvation period. Bioresource Technology, 168, 33–40. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.04.006
Karadag, D., Köroğlu, O., Ozkaya, B. & Cakmakci, M. (2015). A review on anaerobic biofilm reactors for the treatment of dairy industry wastewater, Process Biochemistry, 50(2), 262-271. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2014.11.005
Lebuhn, M., Weib, S., Munk, B. & Guebitz, G. M. (2015). Microbiology and Molecular Biology Tools for Biogas Process Analysis, Diagnosis and Control. Biogas Sci Technol 1–200. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-21993-6_1
Lettinga, G., Roersma, R. & Grin, P. (1983). Anaerobic treatment of raw domestic sewage at ambient temperatures using a granular bed UASB reactor. Biotechnol and Bioeng, 25(7), 1701–1723. DOI: https://doi.org/10.1002/bit.260250703
Liu, S., Cao, L., Xu, F., Yang, L., Li, Y. & Inalegwu, O. (2021). Chapter Five - Integration of algae cultivation to anaerobic digestion for biofuel and bioenergy production, Advances in Bioenergy, Elsevier, 6(1), 199-300, DOI: https://doi.org/10.1016/bs.aibe.2021.06.002
Lohani, S. P. & Havukainen, J. (2018). Anaerobic Digestion: Factors Affecting Anaerobic Digestion Process. Waste Bioremediation, Energy, Environment, and Sustainability. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-10-7413-4_18
Lorenzo-Acosta, Y. & Obaya-Abreu, M. C. (2005). La digestión anaerobia. Aspectos teóricos. Parte I. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, 39(1, 2005), 35-48.
Mlaik, N., Khcharem, M., Kouas, M., Sayadi, S. & Khoufi, S. (2017). Improvement of anaerobic biodegradability of organic fraction of municipal solid waste by mechanical and thermochemical pretreatments. Inter J Environ Sci Technol. DOI: https://doi.org/10.1007/s13762-017-1563-0
Nava-Pacheco, D., Juárez-García, I.A., Landeta-Escamilla, O., Del Moral, S. & Rosas-Mendoza, E.S. (2020). Bioenergy potential from agroindustrial wastes of the state of Veracruz. Renewable Energy, Biomass & Sustainability (REB&S), 2(2), 1-6. DOI: https://doi.org/10.56845/rebs.v2i2.22
Okabe, S., Kuroda, H. & Watanabe, Y. (1998). Significance of biofilm structure on transport of inert particulates into biofilms. Water Science and Technology. 38(8,9): 163-170. DOI: https://doi.org/10.2166/wst.1998.0803
Ostrem M.K., Millrath K., & Themelis N.J. (2004). Combining anaerobic digestion and waste to energy. In: 12th North America waste to energy conference. Columbia University, New York. DOI: https://doi.org/10.1115/NAWTEC12-2231
Patel, B.B., Gundaliya, P., Patel, U. & Umeshkumar Khare, U. (2021). Hydrodynamics of hybrid upflow anaerobic sludge blanket reactors using tracer studies. Environmental Challenges, 5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100358
Rosas-Mendoza, E. S., Méndez-Contreras, J. M., Martínez-Sibaja, A., Vallejo-Cantú, N. A. & Alvarado-Lassman, A. (2018). Anaerobic digestion of citrus industry effluents using an Anaerobic Hybrid Reactor. Clean Technol Environ Policy 20(7), 1387–97. DOI: https://doi.org/10.1007/s10098-017-1483-1
SENER (Secretaría de Energía). (2020). Balance Nacional de Energía 2020. https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/707654/BALANCE_NACIONAL_ENERGIA_0403.pdf.
SEMARNAT (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales). (2017). Información sobre residuos sólidos urbanos. https://www.gob.mx/semarnat/acciones-y-programas/residuos-solidos-urbanos-rsu#:~:text=En%20M%C3%A9xico%20se%20generan%20diariamente,9.63%25%20de%20los%20residuos%20generados.
Trinet, F., Heim, R., Amar, D. & Chang, H. (1991). Study of biofilm and fluidization of bioparticles in a three-phase liquid fluidized-bed reactor. Water Science and Technology. 23, 1347-1354. DOI: https://doi.org/10.2166/wst.1991.0587
Utino, B.M.Y., Alves, I., Del Nery, V., Kimiko, S.I., Pozzi, E. & Rissato, M.H. (2022). Methane production in a UASB reactor from sugarcane vinasse: shutdown or exchanging substrate for molasses during the off-season? Journal of Water Process Engineering, 47. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102664
Vega-De Kuyper, J. C. & Ramírez-Morales, S. (2014). Fuentes de energía, renovables y no renovables. Aplicaciones. México: Alfaomega.
Weber, B., Rojas Oropeza, M., Torres Bernal, M. & Pampillón González, L. (2012). Producción de biogás en México estado actual y perspectivas. Cuaderno Temático No. 5 Red Mexicana de Bioenergía, 48.
Wid, N. & Horan, N. J. 2018. Anaerobic digestion of screenings for biogas recovery. Springer Singapore. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-10-8129-3
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2022 Inés Adriana Juárez-García, Raúl Snell-Castro, Juan Manuel Méndez-Contreras, Norma Alejandra Vallejo-Cantú, Alejandro Alavarado-Lassman, Erik Samuel Rosas-Mendoza
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Asociación Latinoamericana de Desarrollo Sustentable y Energías Renovables A. C.