El tercer capítulo trata de la investigación, en condiciones de alimentación continua, mediante AME de los dos mejores tratamientos obtenidos mediante PBM. El cuarto capítulo muestra los resultados de la producción inducida de ácidos carboxílicos mediante sobrealimentación para los mejores tratamientos.
Digestión anaeróbica
Rutas metabólicas
Las bacterias anaerobias facultativas en fase ácida crean condiciones favorables para el desarrollo de Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Micrococcus o Flavobacterium utilizando oxígeno introducido accidentalmente en el proceso (Ali Shah et al., 2014). Por lo tanto, es necesaria una simbiosis para las bacterias acetogénicas con bacterias autótrofas que utilizan hidrógeno, lo que en adelante se denominará sintrofia (Ali Shah et al., 2014; Batstone et al., 2002).
Sistemas de digestión anaeróbica
En el caso de los digestores multifásicos, su construcción y operación son más costosas (Ward et al., 2008). Las pruebas a corto plazo (1-3 meses) generalmente se realizan en botellas o contenedores para determinar el rendimiento de metano, la biodegradabilidad de los sustratos y el potencial bioquímico de metano (BMP) (Gunaseelan, 1997; Labatut et al., 2011; Ramaraj et al., 2015; Zhang et al., 2016).
Biorreactores continuos
El digestor de alta velocidad más utilizado para aguas residuales líquidas y desechos animales con alto contenido de sólidos en suspensión es el biorreactor continuo (Mao et al., 2015). Los tiempos de retención prolongados se benefician de la hidrólisis de la materia orgánica en partículas con una estructura compleja como la lignocelulosa en el estiércol orgánico (Angelidaki et al., 2011).
Modelos matemáticos
Suponiendo que los nutrientes sean suficientes en el sustrato, se puede incluir la expresión de inhibición (Xie et al., 2016). Independientemente del método teórico utilizado, su precisión depende de la composición del sustrato y de la fracción biodegradable (Labatut et al., 2011).
Producción de biodiesel a partir de microalga
La biomasa obtenida se deshidrata y luego se extrae el aceite mediante ultrasonidos o disolventes químicos (acetona, hexano, cloroformo, metanol, cloroformo-metanol) (Neumann et al., 2015; Neves et al., 2016; Oncel, 201; Sarbatly, 2012). La biomasa de microalgas exentas de aceite se procesa para la producción de etanol mediante fermentación o proceso termoquímico mediante gasificación (gas de síntesis), pirólisis (biocombustible, producto gaseoso), licuefacción (bioaceite), hidrogenación (biocombustible) o DA (metano). ) (Chen et al., 2013; Harun et al., 2011; Oncel, 2013; Suali & Sarbatly, 2012).
Tipos de microalga útiles para la producción de biodiesel
La biomasa de microalgas libre de aceite se procesa para la producción de etanol mediante fermentación o proceso termoquímico mediante gasificación (gas de síntesis), pirólisis (biocarbón, producto gaseoso), licuefacción (bioaceite), hidrogenación (biocombustible) o DA (metano). ) (Chen et al., 2013; Harun et al., 2011; Oncel, 2013; Suali & Sarbatly et al., 2015). Por lo anterior, el glicerol será excedente y contaminante en el futuro (Viana et al., 2012).
Uso de residuos del biodiesel en la digestión anaeróbica
El mismo caso ocurre con el glicerol, existiendo una mínima literatura que solo utiliza este compuesto en la EA, ya que su relación C:N es de 53,62 (Meneses-Reyes et al., 2017), lo que supera la relación C:N óptima. Un estudio realizado por Amon et al. 2006), trabajaron con glicerol puro analizando la producción de metano en un sistema discontinuo en condiciones mesófilas, estos autores obtuvieron un rendimiento de metano de 750 mL CH4 gSV-1.
Co-digestión beneficios de la digestión anaeróbica
17 un aumento en el rendimiento de metano del 4% al 7%, mediante el uso de biomasa de Chlorella libre de aceite en cofermentación con residuos de glicerol del proceso de biodiesel (Ehimen et al., 2009). Otro ejemplo fue cuando un grupo de investigadores utilizó glicerol en la codigestión con desechos de pollo. Trabajaron en una proporción de 84,4:15,6 con una proporción C:N de 16,1, dando un rendimiento de metano de 480 ml de CH4 gSV-1. aumentando la producción de metano hasta en un 40% con la adición de glicerol en comparación con el control.
Producción de ácidos carboxílicos
La producción de carboxilatos con cadenas carbonadas impares como valerato (C5) y heptanoato (C7) se realiza con los sustratos propionato (C3), lactato y etanol (Agler et al., 2011; Grootscholten et al., 2013a). Mejorar la tasa de producción de ácidos carboxílicos es importante para que el proceso sea económicamente viable (Grootscholten et al., 2013b; Sarkar et al., 2016).
Objetivo general
Objetivos particulares
Optimization of methane yield from anaerobic digestion of manure: Effects of dairy systems and of glycerin supplementation. Investigating the effect of high concentrations of volatile fatty acids in anaerobic digestion on methanogenic communities. Methane production in anaerobic digestion of organic waste from Recife (Brazil) landfill: evaluation in refuse of different ages.
Resumen
POTENCIAL BIOQUÍMICO DE MICROALGAS METANO SIN ACEITE Y SIN GLICEROL AL DIGERIRSE CON POLINASA. También se evaluó la producción de metano utilizando diferentes residuos de microalgas en codigestión con diferentes sustratos. 2014) informaron que la producción de metano en las microalgas extraídas del petróleo era mayor que la de las microalgas no extraídas.
Materiales y métodos
Procedimiento experimental
El inóculo se obtuvo de un digestor mesófilo de laboratorio, el cual fue operado durante un año y alimentado con estiércol orgánico como único sustrato al 3% ST. El contenido de extracto etéreo se obtuvo con hexano en un sistema Soxtec (Modelo Foss 2050, España). El porcentaje de metano se obtuvo mediante una curva de calibración con metano puro (HDSP No. P-4618-F, Praxair, México).
Modelado y análisis estadístico
La formación de acetato en la digestión mesófila se produce principalmente mediante la fermentación de carbohidratos (acidogénesis). En el caso de la doble codigestión (G-P o M-P), el PCA los colocó a la derecha del control, mientras que los tratamientos de triple codigestión (M-G-P) se mostraron en la parte superior izquierda del gráfico. En el caso de PBM, casi todos los tratamientos mostraron mejores PBM que el control.
Conclusión
Sin embargo, existe una tendencia a que se formen grupos con tratamientos que tengan ST y PBM similares a lo encontrado por el modelo de Gompertz modificado. Los perfiles de AGV mostraron diferencias entre los tres tipos de codigestión y el control, lo que sugiere que las diferencias en la disponibilidad de moléculas de sustrato fácilmente degradables y la cinética de la ruta metabólica dependen de la composición de la dieta.
Literatura citada
Enhanced methane and hydrogen production from municipal solid waste and agro-industrial by-products co-digested with crude glycerol. Optimizing the addition of food waste as a co-substrate in anaerobic digestion of sewage sludge. Anaerobic co-digestion for improving methane production from mixed microalgae (Scenedesmus sp., Chlorella sp.) and food waste: Kinetic modeling and evaluation of synergistic impact.
Resumen
La escala de producción de microalgas a nivel industrial presenta desafíos como la eliminación o reutilización de residuos de biocombustibles (Dong et al., 2015). Por ejemplo, Chlorella tiene una pared celular muy resistente a la degradación en la EA (González-Fernández et al., 2012). 58 acumulación de productos finales, cambiando así la cinética de la red alimentaria (Labatut et al., 2011).
Resultados y discusión
64 Figura 3.2 Cambios observados en las características fisicoquímicas de los biorreactores continuos antes y después de la adaptación a los tratamientos M-P y M-G-P, tomando como control P. 65 Figura 3.3 Cambios observados en VFA de los biorreactores continuos antes y después de la adaptación a los tratamientos M-P y M-G-P, tomando como control P. Cambios observados en AME de los biorreactores continuos antes y después de la adaptación a los tratamientos M-P y M-G-P, tomando como control P.
Conclusión
Literatura citada
Evaluation of methane production and macronutrient degradation in the anaerobic co-digestion of algal biomass residues and lipid waste. Fermentative hydrogen and methane production from microalgae (Chlorella vulgaris) biomass in a two-stage combined process. PRODUCTION OF CARBOXYLIC ACIDS FROM OIL-EXTRACTED Chlorella vulgaris BIOMASS AND GLYCEROL IN CO-DISTENTION WITH CHICKEN.
Resumen
Los ácidos grasos de cadena corta son carboxilatos con 2 a 6 átomos de carbono, los ácidos grasos de cadena media son carboxilatos con 6 a 12 átomos de carbono (Grootscholten et al., 2013c). Los sustratos más comúnmente utilizados para la extensión de cadena son el acetato (C2) y el etanol para producir carboxilatos con átomos de carbono pares, como butirato (C4) y caproato (C6) (Agler et al., 2011; Grootscholten et al., 2014; Spirito et al. otros, 2014). La producción de carboxilatos con cadenas de carbono impares como valerato (C5) y heptanoato (C7) se realiza con los sustratos propionato (C3) y etanol (Agler et al., 2011; Grootscholten et al., 2013b).
Materiales y métodos .1 Historial de los digestores
En estos procesos, la vía metanogénica debe inhibirse o eliminarse para evitar el consumo de estos compuestos por parte de las arqueas (Khan et al., 2016; Vasudevan et al. lograron el alargamiento de la cadena para la producción de ácido n-caproico y la metanogénesis simultáneamente, ya que la producción de metano es factible a través de hidrógeno y dióxido de carbono y no con ácido acético, mientras que el pH se controla a 5,5 en el biorreactor. El interés en el estudio de la producción de ácidos carboxílicos es que son precursores adecuados para la producción de biopolímeros (PHA), acidificantes. agentes, conservantes y aromas, así como otros productos valiosos como los biocombustibles (Grootscholten et al., 2013c; Khan et al., 2016; Sarkar et al., 2016). Los tratamientos se definieron en base a los resultados obtenidos de la prueba de potencial bioquímico. metano (PBM) (Meneses-Reyes et al., 2017), la relación C:N de los tratamientos fue de 6.94.
Resultados y discusión
82 Figura 4.1 Cambios observados en las propiedades físico-químicas y AME de los biorreactores continuos antes y después de la sobrealimentación con las materias primas M-P y M-G-P, con P como control. 83 La Figura 4.2 muestra la producción de ácidos carboxílicos de cadena corta y media de los tres tratamientos; iC6 y C7 no se presentan porque no hubo producción de estos compuestos debido a la sobrealimentación. En la mayoría de los trabajos de investigación, el acetato, propionato, etanol o lactato ingresan al sistema digestivo de forma exógena, para promover el aumento inmediato de la producción de ácidos carboxílicos.
Conclusión
A diferencia de estudios anteriores, no hubo necesidad de alimentar con acetato o propionato porque se producían endógenamente mediante sobrealimentación. Al finalizar la sobrecarga, la producción de metano se recuperó y volvió a condiciones ideales, lo que impidió la inhibición de la vía metanogénica, lo que representa una alternativa para la producción de ambos procesos. Los resultados obtenidos mostraron que el uso de biodiesel residual (M y G) incrementó la producción de ácidos carboxílicos de cadena media, mientras que los biorreactores continuaron produciendo metano, siendo este proceso una alternativa para la producción de ambos productos.
Literatura citada
La microalga Chlorella vulgaris tiene potencial para ser una fuente renovable de producción de biodiesel, pero la alta producción de este biocombustible genera una gran cantidad de biomasa libre de aceite. En la EA, el uso de la codigestión es una práctica frecuente para evitar que ciertos sustratos disminuyan individualmente la producción de metano. Esto muestra que el uso de residuos de biodiesel (M y G) en AD aumentó la producción de ácidos carboxílicos, y el efecto de la sobrecarga no afectó en gran medida la producción de metano.
Recomendaciones
Confirmando el tratamiento de tricodigestión con los resultados del bioensayo PBM, tuvo una mayor producción de metano que el tratamiento P 100. En la tercera fase se reestabilizaron los digestores y luego se realizó una sobrealimentación en los digestores con el objetivo de incrementar la producción. de ácidos carboxílicos de cadena corta y media en el sistema de codigestión. Utilice DA para producir ácidos carboxílicos y crear bioplásticos para reducir la contaminación y hacer que este proceso sea más rentable.