Tratamiento de residuos orgánicos industriales y hortofrutícolas mediante biometanización
- Autores: Aida Gil Ruiz
- Directores de la Tesis: José Ángel Siles López (dir. tes.), María Ángeles Martín Santos (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Martín Martín (presid.), Bárbara María Rincón Llorente (secret.), Silvia Montalvo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias y Ciencias Agroalimentarias por la Universidad de Córdoba
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. Introducción Un problema que sufre cada vez más la sociedad es la generación de residuos de diferente naturaleza. La legislación trata, a diferentes niveles, de que se alcance una gestión más adecuada y sostenible (Directiva Marco de residuos 2008/98/CE). Pero además de las obligaciones impuestas por las normativas existentes a este respecto, la concienciación sobre este problema está generando el cambio en los sistemas de producción, invirtiendo cada vez más para alcanzar un sistema coherente con el concepto de economía circular, una apuesta por cerrar los ciclos productivos en cuanto a flujos de materia y energía se refiere. Una alternativa para conseguir dichos objetivos es la valorización energética de los residuos derivados de la actividad productiva y de este modo utilizar la energía obtenida para el autoconsumo energético de las propias instalaciones. En este contexto, la digestión anaerobia es una tecnología ampliamente implantada para el tratamiento y valorización energética de residuos orgánicos biodegradables (Iacovidou et al., 2012).
Este tipo de residuos presenta diferentes características fisicoquímicas, puntos de generación y periodos de producción. En muchas ocasiones, el coste de implantación de un sistema de tratamiento de una única fuente de generación de residuos es inviable, excepto en el caso de los residuos municipales. Por ello, y partiendo de la premisa de que en este estudio todos los focos se han centrado en posibles mejoras del proceso de digestión anaerobia, ofreciendo información sobre las mismas y así, posibilitando su implantación, se recogen en la memoria distintas vertientes o frentes de actuación: Caracterización y optimización de la concentración de nutrientes en el sustrato orgánico a biometanizar, pretratamientos que aceleren el proceso incrementando el rendimiento energético en forma de metano, así como la optimización de posibles combinaciones o mezclas de residuos.
2. Contenido de la investigación La evaluación teórica de la viabilidad de la biometanización de residuos orgánicos es un paso fundamental para su posterior estudio experimental. Así, la creación de herramientas que combinen la caracterización físico-química con la estadística, permitirían un análisis multivariante poco aplicado a un proceso biológico con alto componente de inercia en el sistema, facilidad en cuanto a su desestabilización y requerimiento de personal más o menos cualificado para su mantenimiento y alto coste inicial en su implantación.
El balance de materia de nutrientes fundamentales (DQO, N y P) y los análisis multivariantes, Análisis de Componentes Principales (ACP) y el Análisis de Clústers, basados en una primera caracterización físico-química de las materias residuales a biodegradar anaerobiamente, ha permitido realizar una primera evaluación sobre las posibilidades de codigestión de diferentes residuos, ya sea por compensación del balance de dichos nutrientes, por agrupamiento entre residuos o por predominancia de alguno de los mismos. La búsqueda de una mezcla más adecuada en sus proporciones para el arranque de un digestor o para su posterior mantenimiento se hace posible gracias a las herramientas presentadas en las publicaciones científicas incluidas en este documento.
Tener en cuenta diferentes residuos que se produzcan en una misma área geográfica y que puedan ser susceptibles de llevar a cabo su codigestión podría resultar interesante tanto para la gestión de los residuos como para su valorización. Aportaría sostenibilidad económica en sus tres vertientes a la zona de implantación. Objetivo perseguido por todos los planes nacionales y europeos de mejora económica y ambiental.
Siendo el correcto balance de nutrientes (Aiyuk et al., 2006) una cuestión fundamental para el metabolismo y generación de productos (CO2 y CH4 preferiblemente), es conocido el efecto tóxico del nitrógeno (Chen et al., 2008), a elevadas concentraciones, sobre el metabolismo de los distintos grupos tróficos de la cadena de reacciones de transformación de las macromoléculas de los sustratos por la microbiota anaerobia. Ahora bien, el efecto que el aporte de P puede provocar en el proceso no es tan conocido, solo que es necesario en menor concentración que los demás nutrientes. Dado que las sustancias orgánicas residuales no suelen estar compuestas a ex profeso con las concentraciones óptimas para su valorización mediante la biometanización, se ha considerado como una cuestión de interés la evaluación del efecto que sobre el proceso (generación de metano, estabilidad y cinética) provocan diferentes opciones en el aporte de N y P simultáneamente, respecto del contenido en materia carbonosa del residuo a tratar.
Por otra parte, la existencia de residuos cuya biodegradabilidad es baja, pero es conveniente su tratamiento mediante digestión anaerobia, pone de manifiesto la necesidad de ampliar estudios de aplicación de pretratamiento/s que mejoren esta situación. Así, la evaluación de pretratamientos que permitan mejorar la solubilización de C y N puede resultar de gran interés para mejorar su posterior tratamiento mediante digestión anaerobia. La biodisponibilidad de los nutrientes conlleva la reducción del tiempo que la etapa de solubilización e hidrólisis de la materia orgánica tratada requiere. Por ello, se ha evaluado el pretratamiento con microondas del lodo de las estaciones depuradoras de aguas residuales, ya sea el lodo flotado o lodo centrifugado (evaluando la conveniencia de su aplicación y posterior influencia sobre el test de biodegradación anaerobia). Con ello se evalúa adicionalmente la posibilidad de transportar el lodo a otro punto geográfico distinto del lugar de generación donde se encuentre implantado un sistema anaerobio.
Dado que los pretratamientos energéticos parecen estar siendo los más adecuados cuando en una etapa posterior se aplican tratamientos biológicos (Zheng et al., 2014; Cirne et al., 2007), se han incluido realizado estudios adicionales sobre la combinación de un pretratamiento hidrotérmico con la digestión anaerobia de residuos vegetales con elevado contenido lignocelulósico.
3. Conclusiones Los resultados obtenidos han supuesto un avance significativo en el contexto de la gestión de los residuos biodegradables, ya que ha permitiendo aportar soluciones a un problema de gran relevancia en la sociedad actual, con los consecuentes beneficios ambientales y sociales que una mejora en el tratamiento de estos residuos puede suponer.
4. Bibliografía Aiyuk, S., Forrez, I., Lieven, K., van Haandel, A., Verstraete, W., 2006. Anaerobic and complementary treatment of domestic sewage in regions with hot climates-A review, Bioresource Technology. 97 (17): 2225-2241.
Directiva Marco de residuos 2008/98/CE. https://eur-lex.europa.eu/legal- ontent/ES/TXT/PDF/?uri=CELEX:32008L0098&from=EN Chen, Y., Chen, J.J., & Creamer, K.S., 2008. Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technology, 99: 4044-4064.
Cirne, D., Lehtomäki, A., Björnsson, L., Blackall, L., 2007. Hydrolysis and microbial community analyses in two-stage anaerobic digestion of energy crops. Journal of Applied Microbiology. 103: 516-527.
Iacovidou, E., Ohandja, D.G., Voulvoulis, N., 2012. Food waste codigetion with sewage sludge-releasing its potential in the UK. Journal Environmental Management. 112: 267-274 Zheng, Y., Zhao, J., Xu, F., Li, Y., 2014. Pretreatment of lignocellulosic biomass for enhanced biogas production. Progress in Energy and Combustion Science. 42: 35-53.
