Performance of an anaerobic biofilm reactor through the application of different operational conditions

• Juárez-García, Inés Adriana ^[1] ; Snell-Castro, Raúl ^[2] ; Méndez-Contreras, Juan Manuel ^[1] ; Vallejo-Cantú, Norma Alejandra ^[1] ; Alvarado-Lassman, Alejandro ^[1] ; Rosas-Mendoza, Erik Samuel ^[1]
  1. [1] Instituto Tecnologico de Orizaba

     Instituto Tecnologico de Orizaba

     México

     
  2. [2] Universidad de Guadalajara

     Universidad de Guadalajara

     México

     
• Localización: Renewable Energy, Biomass & Sustainability, ISSN-e 2683-2658, Vol. 4, Nº. 1, 2022, págs. 14-22
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Rendimiento de un reactor anaerobio de biopelícula mediante la aplicación de diferentes condiciones operativas
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• Resumen
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    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.

  • English

    Inadequate management of Municipal Solid Waste (MSW) and the energy crisis due to dependence on fossil fuels (carbon and hydrocarbons) are growing problems in Latin American countries such as Mexico. These problems are caused by various factors, including the lack of infrastructure and the limited development of technologies focused on addressing these areas. In Mexico, between 37.55 and 43.84 million tons of MSW are generated annually, while 5,896 PJ of fossil fuels are produced in the same period, contributing strongly to environmental pollution due to inadequate management and procurement-use processes respectively. In order to mitigate these problems, it is necessary to propose dual-purpose strategies, such as anaerobic digestion, that can help in the treatment of the organic fraction of MSW (OFMSW) and at the same time producing biogas as a renewable energy source. For these reasons, the aim of this work was to evaluate the performance of an anaerobic biofilm reactor through increases in the Organic Loading Rate (OLR) using the liquid fraction of the OFMSW as a substrate for biogas production. An anaerobic biofilm reactor called the Anaerobic Hybrid Reactor (AHR) was used to carry out this stud. The performance of the AHR in four stages applying different OLR values from 5 to 21 gCOD/L.d was analyzed. Anaerobic biofilm formation, pH, %COD and %solids removal, alkalinity, biogas production, and methane yield were evaluated. After 119 days of reactor operation, 93.45% colonization of the inverse fluidized bed, 85% total and soluble COD and removals greater than 80% for TS and VS, alkalinity less than 0.3, around 20 L of biogas per day with methane yields of 0.31 LCH4 at STP/gCODrem were obtained. The use of high OLR allows a larger volume of OFMSW liquid fraction to be treated producing a greater quantity of biogas with an excellent methane yield, thus demonstrating the high efficiency of the AHR.