Acople entre un reactor anaerobio de medio suspendido y un reactor anaerobio de crecimiento adherido para la producción de hidrógeno y metano a partir de agua residual del proceso de extracción de almidón de yuca

Con relación a la producción de hidrógeno, se evaluó el efecto de cuatro variables sobre el rendimiento de hidrógeno (HY), las variables fueron pH inicial, pretratamiento del inóculo, relación S/X y Carga Orgánica Volumétrica Específica (COVe). Adicionalmente, en este estudio se investigó el uso del efluente de un reactor acidogénico (RA) para la producción de metano con énfasis en el arranque de un reactor metanogénico. Inicialmente, en condiciones de flujo discontinuo fue verificado el efecto del pretratamiento del inóculo y pH inicial sobre el HY. Se evaluaron dos métodos para el pretratamiento del inóculo (térmico -Tco) y químico-Qco), y el pH inicial fue evaluado en tres niveles (5,7, 5,4, y 5,0). Los resultados indicaron que los pretratamientos inhibieron la actividad de bacterias consumidoras de hidrógeno (BCH) durante periodos relativamente cortos (< 100 h). Los mayores HY fueron observados en la combinación Tco5,0 (1,25 ± 0,01 mol H2. mol-1 CH) seguido de la combinación Qco5.4 (1,10 ± 0,02 mol H2.mol-1 CH). La evaluación del efecto del pH inicial sobre el HY mostró que un pH de fermentación entre 5,0 y 5,4 es adecuado para mejorar el HY. Luego, en condiciones de flujo discontinuo se verificó la influencia de la relación S/X sobre el HY a partir de agua residual sintética (S1) y agua residual del proceso de extracción de almidón de yuca (S2). Se seleccionaron tres niveles de la relación S/X (2, 4 y 6 g DQO.g-1 SV). Los resultados indicaron que el HY disminuyó al incrementar la relación S/X con el sustrato S2, en comparación con el control (S1). Para el sustrato S2 el máximo HY de 1,98 mol.mol-1 CHr fue encontrado con la relación S/X 2.0 g DQO.g-1 SV con una tasa de producción específica de hidrógeno de 6,60 mL H2.g-1 SV.h-1. Después, empleando reactores acidogénicos (RA) de crecimiento suspendido fue evaluada la influencia de la COVe sobre el HY. Para tal fin, tres RA fueron inoculados con lodo anaerobio mixto pretratado térmicamente (85°C, 30 min), alimentados con agua residual del proceso de extracción de almidón de yuca y operados en flujo continuo a temperatura ambiente, con tres diferentes COVe (0,8, 1,5 y 3,1 g CH. g-1 SV.d-1) y TRH de 10 h. Aunque esta hipótesis no pudo ser demostrada debido a las posibles interferencias del sustrato sobre las rutas metabólicas, los resultados mostraron una mejor estabilidad del RA operado con una COVe de 0,8 g CH.g-1 SV.d-1, no solo porque permitió un mejor control y cuantificación de la biomasa sino porque fomentó la formación consistente de gránulos productores de hidrógeno (GPH) lo cual resultó de interés para el uso de RA de crecimiento suspendido en la producción biológica de H2 ya que permite el desacople entre el tiempo de retención celular y el TRH. Finalmente, a través del acople entre un RA y un reactor metanogénico (RM) de crecimiento adherido y flujo mixto se investigó el uso del efluente del RA para la producción de metano, simulando un proceso de digestión anaerobia en dos fases, con énfasis en el periodo de arranque del RM. Los resultados mostraron que operar el RA con un TRH de 8 h, COVe de 0,8 g CH.g-1 SV.d-1 y pH de 5,2 ± 0.2 permitió la formación de GPH, lo cual representa un conjunto de condiciones operacionales iniciales para continuar desarrollando la producción biológica de hidrógeno en reactores de crecimiento auto-inmobilizado con control sobre el crecimiento de la biomasa. Sin embargo, se deben adicionar otras estrategias de operación para lograr un HY estable a partir del agua residual del proceso de extracción de almidón de yuca. Por otro lado, se encontró que es factible la producción de metano a partir del efluente acidogénico. Además que un TRH de 28 h y COV de 4,8 g DQO.L-1.d-1 es una condición de operación inicial adecuada para acoplar el RM con el RA. También que el RM soporta cargas orgánicas hasta del orden de 100 g DQO.d-1 siempre que la concentración de DQO y AGV no sea superior a 8.000 mg.L-1 y 2.000 mg A.Acético.L-1.

Doctorado

DOCTOR(A) EN INGENIERÍA - ÉNFASIS INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL