Evaluación de la producción de Biogás en sistemas de dos etapas usando un reactor anaerobio de lecho fijo estructurado (ASTBR) y reactor metanogénico escalonado (RME) alimentado con licor de pentosas.

Abstract

Las biorrefinerias están perfiladas a ser el reemplazo de las industrias dedicadas a la explotación de combustibles fósiles y el aprovechamiento de residuos orgánicos de gran abundancia debe ser la principal materia prima de estos sistemas, para garantizar un buen funcionamiento es necesario optimizar cada parámetro físico, químico y biológico para desarrollar bioprocesos eficientes, por tanto, este trabajo tuvo como objetivo principal evaluar la producción experimental de biogás en un sistema anaerobio compuesto por un fraccionamiento de las etapas de la biometanización, con el fin de potenciar la obtención de bioproductos. La etapa acidogénica fue operada en un reactor anaerobio de lecho fijo estructurado (ASTBR) alimentado con una mezcla de licor de pentosas y solución nutriente donde se puede potenciar la producción de hidrógeno y ácidos grasos volátiles (AGV), de manera continua se operó la etapa metanogénica en un reactor metanogénico escalonado (RME) inoculado con una mezcla de residuos orgánicos de elevado contenido de microorganismos metanogénicos y 180 g de cenizas de bagazo de caña de azúcar (CBCA) aprovechando este residuo del procesos de cogeneración de gases en la etapa industrial de la caña de azúcar y su capacidad de actuar como agente adherente, aportante de nutrientes y estabilizador de pH. El sistema fue operado durante 100 días con variaciones en la carga orgánica. Se encontraron valores óptimos de carga orgánica aplicada (COA) para el sistema alimentado con licor de pentosas como substrato, mediante la comparación de una COA baja de 1.45 kgDQO/m³.d en la fase de operación 1 con una COA de 3.32 kgDQO/m³.d en la fase de operación 2 donde para el sistema acidogénico, los valores de remoción de DQO estuvieron dentro de los parámetros normales hallados en la literatura entre 25 y 31 % lo cual permitió alimentar la etapa metanogénica con este efluente de COA 1.01 y 2.32 kgDQO/m³.d para las fases 1 y 2 respectivamente. La producción de biogás tuvo un notable aumento con el cambio de COA durante las fases comparadas, tanto en el reactor anaerobio de lecho fijo estructurado (ASTBR) como reactor metanogénico escalonado (RME), llegando a alcanzar en la metangénesis una producción de 625.87 Nml CH4.d-1 en el reactor de volumen 2300 ml con 10% de head space, alcanzando un 42.5 % como CH4, en la etapa acidogénica la producción de biogás fue de 72.16 Nml.d-1, en el reactor de volumen de 1850 ml con 20% de head space, no es un valor elevado pero se conserva acorde con la literatura expuesta en esta investigación ya que los microorganismos en este proceso usan el substrato para síntesis celular y producción de AGV. Una vez realizada la operación del sistema se evaluó el comportamiento hidrodinámico del reactor ASTBR donde ocurrió la etapa acidogénica mediante test de trazadores con un compuesto inerte que no afecto biológicamente los procesos metabólicos de los microorganismos, este ensayo sirvió para evaluar parámetros operacionales como el TRH, hidrodinámicamente se encontró que el diseño del biorreactor garantiza una mezcla completa del fluido a lo largo de su recorrido ascendente por el biorreactor.