Biotratabilidad Anaerobia de aguas y residuos industriales

Resumen

Los problemas que preocupan a la sociedad actual en materia de medio ambiente están relacionados con la alta tasa de generación de residuos como consecuencia del rápido crecimiento demográfico. El vertido incontrolado de estos residuos, así como, su gestión inadecuada pueden ocasionar daños al medio ambiente que, en determinadas ocasiones, pueden ser irreversibles. Por tanto, la legislación vigente relativa a este tipo de residuos está enfocada a minimizar el vertido de los mismos tanto en el medio ambiente como en vertederos autorizados. Para ese propósito se debe hacer uso de tratamientos que permitan la valorización de la materia orgánica contenida en esos residuos, colaborando así con la preservación del medio ambiente. gran parte de las investigaciones que se están llevando a cabo en la actualidad, están relacionadas con la valorización de los residuos orgánicos mediante tratamientos biológicos anaerobios, no solo por su bajo coste, sino también porque de este tratamiento se obtiene un biogás, compuesto fundamentalmente por metano, que puede ser utilizado para la producción tanto de energía térmica como eléctrica. En castilla-la mancha, la industria alimentaria es una de las industrias más importantes en cuanto a volumen de negocio se refiere. Dentro de este grupo, destacan las bodegas y alcoholeras, almazaras e industrias cárnicas, por lo que el volumen de residuos orgánicos generado en las mismas y, por tanto, en castilla-la mancha, es considerablemente alto y precisan de su eliminación. Finalmente también destacan los lodos generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales -edar- ya que, debido a las restricciones legales relativas al vertido de aguas residuales a los cauces naturales y, como consecuencia, la necesidad de su depuración, ha provocado que la tasa de producción de lodos de edar se haya incrementado sustancialmente. de este modo, el objetivo principal de esta investigación ha sido tratar los residuos orgánicos generados en las industrias castellano-manchegas comentadas anteriormente mediante tratamientos biológicos anaerobios que permitieran la valorización de la materia orgánica contenida en los mismos, prestando especial atención a la producción de metano. Para alcanzar este objetivo, el programa de investigación planteado se centro en el estudio de los puntos que se presentan a continuación: - caracterización de los residuos orgánicos utilizados en este trabajo. - estudio de la co-digestión de residuos de la industria vitivinícola con lodo de edar. - determinación de la biodegradabilidad anaerobia y estimación de las diferentes fracciones biodegradables de los residuos de la industria cárnica cuando estos fueron digeridos individualmente y mezclados con lodo de edar de la propia industria, es decir, co-digeridos. - estudio del efecto del tratamiento de oxidación térmica húmeda sobre la biodegradabilidad de los residuos procedentes de la industria oleícola. - estudio de la influencia de las mezclas y la oxidación térmica húmeda sobre el potencial de metano y la reducción de la materia orgánica en el tratamiento anaerobio de los residuos de la industria oleícola. Residuos de la industria vitivinícola y lodos de edar En primer lugar se realizo la caracterización, mediante diferentes técnicas analíticas, de las vinazas generadas en una alcoholera junto con lodos de edar. De los resultados de la caracterización se observo que se podrían alcanzar tanto los requerimientos nutricionales como las condiciones optimas de ph para el correcto desarrollo de las bacterias metano génicas, si ambos residuos se tratasen conjuntamente. A continuación, se estudio la biodegradabilidad anaerobia de las vinazas y de los lodos de edar por separado, asi como para las diferentes mezclas de co-digestion. Para ello, se midió la producción de biogás generada por la degradación anaerobia de la materia orgánica contenida en los diferentes residuos y mezclas de residuos. De estos experimentos se observo que cuando los residuos #vinazas y lodos de edar# eran tratados conjuntamente se alcanzaban mayores producciones de biogás en comparación con la producción obtenida cuando ambos residuos eran digeridos por separado. Comparando los resultados obtenidos tanto de velocidad máxima de consumo de dqo como de velocidad máxima de generación de metano, se observo que la mezcla de co-digestion 50:50 (vinazas:lodo de edar) fue la mezcla que obtuvo los mejores resultados en comparación con el resto de mezclas de co-digestion estudiadas. Siendo la velocidad máxima de producción de metano de 14,34 g dqo g dqo-1 d-1 y la velocidad máxima de consumo de dqo de 16,50 g dqo g dqo-1 d-1. Residuos de la industria cárnica la biodegradabilidad de los residuos organicos generados en la industria cárnica, es decir estiercol vacuno, estiercol de panzas, purines y lodo de depuradora de aguas residuales procedentes de industrias cárnicas, fue estudiada tanto en condiciones anaerobias como aerobias, midiendo la producción de metano y el consumo de oxigeno, respectivamente. en los experimentos de biodegradabilidad se observo que el lodo de depuradora, el estiércol vacuno y el estiércol de panzas podían ser degradados tanto en condiciones anaerobias como aerobias, siendo el lodo de depuradora el que mayor biodegradabilidad presento en ambas condiciones. En el caso de los purines, solo pudieron ser degradados en condiciones aerobias, ya que la alta concentración de nitrógeno amoniacal contenida en los mismos, inhibió su degradación en condiciones anaerobias. Mediante el ajuste matemático de los resultados experimentales obtenidos en los experimentos de biodegradabilidad a modelos de degradación -anaerobios y aerobios-, se estimaron las diferentes fracciones biodegradables, fáciles y difícilmente biodegradables, así como las correspondientes cinéticas de biodegradación. Como consecuencia de ese ajuste, se pudo observar que con el uso de la respirometria electrolitica -utilizada en los ensayos de biodegradabilidad aerobia- el tiempo necesario para determinar las fracciones fácilmente biodegradables tanto anaerobias como aerobias, podia ser reducido en torno a 10 días, siempre y cuando la concentración de nitrógeno amoniacal presente en los residuos no fuera significativamente alta, por lo que esta técnica podría sustituir a los experimentos anaerobios utilizados actualmente. una vez conocida la posibilidad de biodegradación anaerobia de los residuos cárnicos, y atendiendo al rendimiento en metano obtenido en la digestión del lodo de depuradora, se paso a evaluar la influencia del uso de este como co-sustrato para mejorar la biodegradabilidad anaerobia del resto de residuos -estiercol vacuno, estiercol de panzas y purines-. Para ello, se estudio la co-digestion anaerobia en diferentes mezclas lodo:residuo. En los experimentos de co-digestion se observo que era factible co-digerir tanto estiercol vacuno como estiércol de panzas con lodo de depuradora, mientras que no lo era en el caso de los purines, ya que incluso tratándolos conjuntamente con lodo de depuradora, los efectos de inhibición por nitrógeno amoniacal pudieron observarse en el medio de reacción, produciéndose una inhibición del 50% en la velocidad de producción de metano en la mezcla de co-digestion 90:10 (lodo:purines). Finalmente, se evaluó como la co-digestion anaerobia afectaba a las diferentes fracciones biodegradables contenidas en los distintos residuos cárnicos, y estimadas mediante el ajuste matemático del modelo de degradación anaerobia a los resultados experimentales de producción de metano y reducción de materia orgánica en los diferentes experimentos de co-digestion. En general, se observo que al aumentar el porcentaje de lodo de depuradora en la mezcla de co-digestion, la proporción de las fracciones inerte y difícilmente biodegradable disminuían, aumentando al mismo tiempo tanto la fraccion facilmente biodegradable como la eficiencia de eliminación de materia orgánica. Estos resultados sugieren que el uso como co-sustrato de un residuo fácil de biodegradar, como es el caso del lodo de depuradora, podria ser utilizado para mejorar la biodegradabilidad anaerobia de residuos orgánicos de naturaleza compleja como, por ejemplo, el estiercol vacuno, el estiercol de panzas y los purines. Residuos de la industria oleicola Finalmente, se estudio el efecto causado por un método de oxidación avanzada como es la oxidación térmica húmeda sobre la biodegradabilidad de los residuos de la industria oleicola, alpechin y alperujo. Para ello se comparo la biodegradabilidad anaerobia de ambos residuos oleicolas antes y despues de ser oxidados termicamente. En los experimentos de digestion se observo que la biodegradabilidad anaerobia del alpechin y del alperujo cuando habian sido previamente oxidados (79 l ch4 kg sv-1 y 102 l ch4 kg sv-1, respectivamente) fue mayor que la observada en la digestion de los mismos sin oxidar (67 l ch4 kg sv-1 y 55 l ch4 kg sv-1, respectivamente). Por ello, el metodo de oxidacion termica humeda fue propuesto como metodo de pre-pretratamiento para mejorar la biodegradabilidad de los residuos oleicolas. Paralelamente, se llevo a cabo la caracterización de los residuos oleícolas (pre-tratados y sin pre-tratar mediante oxidación térmica húmeda) mediante diferentes técnicas analiticas. De los resultados de la caracterización se pudo deducir que los rendimientos de la digestión anaerobia de los residuos oleícolas podían ser mejorados si eran digeridos conjuntamente con estiércol vacuno, ya que la caracterización de este ultimo mostro que el estiercol vacuno podría proporcionar suficiente capacidad tamponadora así como nutrientes tales como nitrógeno, al medio de reacción y eliminar con ello algunos factores limitantes o fenómenos de inhibición que impedirían la correcta degradación anaerobia del alpechín y del alperujo. A continuación, se realizaron experimentos de co-digestión en continuo en los que se utilizo estiércol vacuno como co-sustrato en la degradación anaerobia tanto del alpechín como del alperujo (pre-tratados y sin pre-tratar), para evaluar de este modo como afectaba tanto la co-digestion anaerobia como la oxidación térmica húmeda sobre la biodegradabilidad anaerobia de los residuos oleícolas. Los resultados derivados de ese último estudio, sugirieron el uso de un pre-tratamiento de la materia orgánica como es la oxidación térmica húmeda en combinación con un tratamiento biológico anaerobio como es la co-digestion con estiércol vacuno, para mejorar la biodegradabilidad anaerobia de los residuos oleícolas, ya que tras el tratamiento combinado del alpechín y del alperujo los rendimientos en metano obtenidos fueron 3 y 4 veces mayores, respectivamente, en comparación con los obtenidos cuando no fueron tratados previamente con oxidación térmica húmeda, y 9 y 12 veces mayores, respectivamente, en comparación con los obtenidos cuando los residuos oleícolas no fueron previamente oxidados térmicamente ni co-digeridos con estiércol vacuno.