Anaerobic digestion of livestock wastes: vegetable residues as co-substrate and digestate post-treatment

Español; castellano. El presente estudio se llevo a cabo con el objetivo de dar soporte al sector ganadero en cuanto al tratamiento de los residuos. Entre los tratamientos posibles se eligió la digestión anaerobia ya que además de reducir el material orgánico produce metano, pudiendo revalorizarlo en forma de energía renovable. Se estudió el efecto de la adición de vegetal en la digestión anaerobia de dos residuos ganaderos (purín de cerdo (SM) y gallinaza de ponedora (PL)) evaluando la reducción de materia orgánica y la producción de metano mediante un diseño central compuesto seguido de la metodología de superficie de respuesta. En el caso de la co-digestión de SM, se detectó un incremento en el porcentaje de eliminación de materia orgánica a medida que la cantidad de vegetal presente en el substrato se incrementaba. Sin embargo, en la co-digestión de PL se encontró que la concentración de substrato determinaba el porcentaje de eliminación de materia orgánica y que a concentraciones superiores de 80 g/SV/L se producían inhibiciones por amonio. Se estudió la degradación del material lignocelulósico mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y la estabilidad del digestato mediante análisis térmico. Las hemicelulosas y la celulosa se degradaron al 100% y 50%, respectivamente, mientras que la lignina no se degradó durante el proceso anaerobio. Además, en el caso de la co-digestión de SM se estudió el proceso en condiciones semi-continuas, demostrando el efecto positivo de la adición de vegetal sobre la producción de metano. Además, se estudiaron los cambios en las poblaciones de microorganismos mediante SEM observando un cambio hacia formas más cocoidales. Por otro lado, se evaluaron dos sistemas para el tratamiento de nutrientes en SM digerido anaeróbicamente. Mediante el primero de ellos, el tratamiento anammox, se trataron dos efluentes (SM degradado anaeróbicamente y SM degradado anaeróbicamente y parcialmente aireado) y se obtuvieron eliminaciones de amonio y nitrito en torno al 96%. Se observó además que la concentración de materia orgánica determinaba la eficiencia del proceso. El segundo proceso estudiado fue un sistema de tratamiento con microalgas. Se estudió la eliminación de nutrientes así como la asimilación de dichos nutrientes por parte de la biomasa algal en dos tipos de reactor. Se obtuvieron eliminaciones de amonio, fósforo y materia orgánica del 100, 80 y 60%, respectivamente. La composición de la biomasa obtenida fue del 10, 2 y 48% para N, P y C, respectivamente. Por otro lado, se observó que a la hora de cosechar la biomasa, el reactor cerrado resultó más eficiente ya que el 96% de la biomasa producida se encontraba retenida en las paredes del reactor.

Inglés. The main reason why this study was carried out was to give support to livestock sector with regard to wastes treatment. Among the diverse treatment systems, anaerobic digestion was chosen as a proper biological treatment since besides organic material reduction it provides methane, which can be transformed into renewable energy. Vegetable waste addition as co-substrate in the anaerobic digestion of two livestock wastes (swine manure (SM) and poultry litter (PL)) was analysed. Those processes were studied in terms of organic matter reduction and methane production following a central composite design and response surface methodology. It was concluded that in the case of SM co-digestion the vegetable addition resulted in an increase in organic matter reduction while in the case of PL co-digestion substrate concentration determined organic matter reduction registering ammonia-mediated inhibitions with volatile solids concentration above 80 g/ VS/L. Organic matter degradation and more specifically lignocellulosic complex degradation during anaerobic digestion were investigated using SEM techniques and thermal analyses. Complete depletion and 50% reduction were obtained in the case of hemicelluloses and cellulose, respectively, while lignin was not degraded under anaerobic conditions. In the case of SM co-digestion, semi-continuous conditions were also investigated demonstrating the positive effect of vegetable addition on methane production. Changes in microorganisms population were studied with scanning electronic microscopy (SEM) finding that initial long rod-shaped bacteria changed to cocci and bacilli morphotypes. On the other hand, two different systems for treating nutrients in the anaerobically degraded SM were studied. First, anammox process was examined treating two different wastes, namely anaerobically degraded SM and partially oxidised anaerobically degraded SM, obtaining ammonium removal rates around 95%. It was found that organic matter concentration determined anammox process eficiencie. The other studied process was a microalgae-bacteria consortium system. Nutrients removal and nutrients biomass uptake as well as two different photobioreactor configurations were investigated. Ammonium, phosphorus and organic matter were removed up to 100, 80 and 60%, respectively. Nitrogen, phosphorus and carbon content accounted for 10, 2 and 48% of the dried biomass, respectively. Biofilm reactor was more effective in terms of biomass harvesting since 96% of the total biomass produced was retained.