Biogas generacion

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Biogas generation in anaerobic wastewater treatment under tetracycline antibiotic pressure

Authors: Meiqing Lu1,2, Xiaojun Niu1,2,3, Wei Liu1,2, Jun Zhang1,2, JieWang1,2, JiaYang1,2, WenqiWang1,2 & ZhiquanYang1,2.

Student: Joselyn Estefania Castro Vasquez

Biotechnology Engineering, Department of Life Sciences and Agriculture, Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE. Sangolquí – Ecuador, Av. Gral. Rumiñahui s/n, Sangolquí, Ecuador.

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INTRODUCCIÓN

Las plantas de tratamiento de aguas residuales se han convertido en un componente esencial para garantizar los suministros de agua, sin embargo, su funcionamiento requiere una gran cantidad de electricidad lo que significa un alto consumo de combustibles fósiles causando contaminación ambiental, por lo cual es necesario implementar el ahorro energético en el tratamiento de aguas residuales () El tratamiento anaeróbico de aguas residuales es una tecnología que puede cumplir con este objetivo, con las características de menor consumo de energía y gran potencial para recuperar energía renovable (1). La emisión de los productos finales del biogás tiene un impacto ambiental

significativo, por lo que se deber evaluar su generación en el tratamiento anaeróbico de aguas residuales (Tauseef et al, 2013)

Los antibióticos contaminantes se han detectado con frecuencia en el agua, se conoce que el grupo de las tetraciclinas (TC) es uno de los antibióticos detectados con mayor frecuencia, es altamente absorbible en suelos y sedimentos, por lo que se absorbe fácilmente en los lodos de depuración, puede inhibir los microbios en los lodos y alterar la generación de biogás. Por lo tanto, la evaluación del efecto de la CT sobre la generación de biogás en el tratamiento anaeróbico de aguas residuales ayudará a determinar la potencial fuente biológica para su reutilización y el impacto ambiental del tratamiento anaeróbico de aguas residuales bajo presión de CT (2).

MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Sistema de bioreactor

Para la investigación se empleó un reactor anaeróbico con deflectores (ABR) a escala de laboratorio con un volumen de trabajo de 21.0 L., se separó en tres compartimentos con una relación de volumen de 1,5: 1: 1 y cada compartimento se dividió en secciones de flujo descendente y ascendente, con una relación de volumen de 1:3 por deflectores verticales.  El reactor funcionó a 35 (± 1) ° C en un ambiente oscuro y la alimentación se bombeó al reactor mediante una bomba peristáltica. El biogás desprendido se recogió de la salida de recogida de gas y se midió diariamente mediante medidores de gas húmedo.

2.2 Lodos de semilla

El reactor se sembró con lodos de depuración aplicando tecnología anaeróbica-anóxica-óxica al tratamiento, las características de los lodos inoculados se describen a continuación: MLSS (g · L −1), 24,67, MLVSS / MLSS (%), 61,33, pH, 6,58, contenido de humedad (%), 97,3%.

2.3 Reactor puesto en marcha y condiciones de funcionamiento

El sistema se puso en marcha con un tiempo de retención hidráulica de 24 h con una DQO de afluente inicial de 500 mg · L −1 y luego se aumentó a 2.000 mg · L −1 , el sistema se alimentaba con aguas residuales sintéticas compuestas de glucosa, cloruro de amonio y una serie de nutrientes y oligoelementos para proporcionar una alimentación equilibrada a los reactores, se agregó NaHCO para alcanzar un valor de pH influyente de 7,5 ± 0,1. Durante un período inicial de puesta en marcha de 56 días, el ABR se estabilizó, después el reactor se hizo funcionar en presencia y ausencia de TC durante 90 días, respectivamente.

2.4 Métodos analíticos

Las composiciones de gas (H2, CH4, CO2), ácidos grasos volátiles (VFAs), sólidos suspendidos en licor mixto (MLSS) se midieron cada 6 días y la concentración de TC soluble se midió cada 3 días.Las composiciones de biogás (H2, CH4, CO2), y AGV se analizaron mediante un cromatógrafo de gases equipado con un detector de conductividad térmica (TCD) y un detector de ionización de llama (FID), el biogás se analizó por (TCD) y los ácidos grasos volátiles (VFAs) se analizaron en la fase soluble utilizando (FID). El programa de temperatura del horno comenzó a 90 ° C y después de 3 min se aumentó en 20 ° C / min a 120 ° C y finalmente se mantuvo durante 6 min. Para analizar las concentraciones solubles de TC, se utilizó una columna analítica y su temperatura fue de 23 ° C. Los disolventes B y C fueron acetonitrilo y ácido fórmico al 0,2% en agua nanopura, el porcentaje de disolvente fue del 15% y el 85% respectivamente, el volumen de inyección de la muestra fue de 3 μl. Los TC se ionizaron en el modo de ionización positiva y se analizaron con los parámetros: voltaje capilar 4000 V; presión del nebulizador 35 psi; gas de secado, N 2, 8L/ min; temperatura del gas 350 ° C.

2.4 Análisis estadístico

Los valores promedio y de desviación estándar se calcularon de acuerdo con procedimientos estándar. El análisis de varianza bidireccional (ANOVA), se utilizaron para comparar los valores medios y evaluar la importancia de las diferencias entre los valores medios

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 Destino de la tetraciclina (TC) durante la operación

Se midió el TC en el efluente y afluente de cada compartimento para comprobar su eliminación en el reactor, las concentraciones de tetraciclina en el efluente fueron significativamente más bajas que en el afluente, como se puede apreciar esto en la Fig.1 . Donde tenemos que en C1 la tasa de eliminación de TC osciló entre 8,10% y 50,74%, en el caso de C2 la tasa de eliminación de TC osciló entre 5,05% y 23,18%  y  finalmente para C3 la tasa de eliminación de TC varió de 2.52-17.71%, En general, se obtuvo una tasa de eliminación de TC del 14,97 al 67,97% en el experimento reflejando valores bajos en relación a los que se exponen por estudios previos donde nos hace referencia que la tasa de eliminación de TC puede ir desde el 40% hasta valores del 95% ( Cetecioglu et al, 2013 ; Kim et al , 2005 ; Aydin et al , 2015) , esta variación en los resultados obtenidos en comparación con los bibliográficos puede deberes a los distintos tipos de reactores anaeróbicos que se utilizaron.

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