Biogas

La torta de semilla de Jatropha (JSC) se digirió anaeróbicamente a diferentes contenidos de sólidos totales (TS) y relaciones de carbono a nitrógeno (C: N) en digestores de tipo discontinuo con un tiempo de retención hidráulica (HRT) de 40 días. Se observó que la producción de biogás a partir de kg de TS era máxima, es decir, 0,17 m3 al 20% de TS de la suspensión de JSC seguida de un 15%, 25% y 10% de TS en ese orden en comparación con 0,166 m3 en el caso de la suspensión de estiércol de vaca (CD) solo . Se observó una mayor producción de gas a partir de la suspensión de JSC cuando la proporción de carbono a nitrógeno (C: N) estaba entre 22: 1 a 27: 1 (al agregar una cantidad diferente de paja de arroz). La producción de gas adicional a partir de kg de TS de la mezcla de JSC y CD fue mayor que la producida a partir de la suspensión de JSC / CD sola y fue máxima cuando el porcentaje de JSC en la mezcla estaba dentro del 25%. El contenido de nitrógeno en la suspensión de JSC biodigestada se incrementó en un 5,9% en comparación con el JSC solo y su uso como fertilizante produjo un mejor crecimiento de los cultivos de maíz y tomate.

Introducción

En el escenario actual de crisis energética y mayor contaminación ambiental, el biodiesel está ganando popularidad con respecto al diesel, ya que produce un rendimiento del motor a la par con el diesel y ayuda a reducir las emisiones del motor [1,2]. El biodiesel se produce a partir de aceites vegetales tanto comestibles como no comestibles. En la India, debido a la producción insuficiente de aceite comestible, se está haciendo mucho hincapié en producir biodiesel a partir de aceites no comestibles. El aceite de jatropha obtenido a partir de semillas de Jatopha curcass se ha identificado como materia prima potencial para la producción de biodiesel, ya que no son comestibles y contienen 30e35% de aceite. De los cuales se puede recuperar un 25e30% de aceite.

Expulsores mecánicos y el resto, el 70e75% de las semillas son producidas de la torta de semillas de aceite, un subproducto [3]. India tiene un requerimiento de biodiesel por una suma de 8.35 millones de toneladas a finales de 2016e17 [4]. Si se va a utilizar aceite de jatrofa para la producción de biodiesel, habrá disponibilidad de una gran cantidad de torta de semilla oleaginosa. Pero debido a la presencia de materiales tóxicos (crucina, saponinas, etc.)

en el pastel, no se puede usar para la alimentación animal ni se puede usar directamente como fertilizante en la agricultura [5,6]. La torta de aceite no comestible, si se mantiene en la atmósfera abierta conduce a la contaminación del medio ambiente. Por lo tanto, se requiere la utilización adecuada de la torta de semillas no comestibles para superar este problema. Una posible solución para superar este problema podría ser la digestión anaeróbica de la torta de semillas de jatropha.

Se han realizado algunos estudios sobre la capacidad de producción de metano de diferentes tortas de semillas oleaginosas como el ricino, el girasol y la pinamata pongamia [7e9]. La torta de aceite de mostaza también se usó como aditivos con un digestor a base de estiércol de vaca para evitar la reducción de la producción de gas durante la temporada de invierno [10]. Incremento en la producción de biogás en 13.38%, 25.27%, 39.16%, 52.26% y 63.44% con adición de 10%, 15%, 20%, 25% y 30% de torta de mostaza, respectivamente. El contenido de metano en el gas producido también fue

reportó un aumento de entre 1 y 7% con el aumento de la torta de aceite de mostaza. Se han realizado algunos estudios sobre la digestión anaeróbica de la torta de semillas de jatropha. También se informó que la torta de semilla de Jatropha sin aceite podría producir 355 litros de biogás por kg de torta con un contenido de metano del 70% en un reactor de filtro anaeróbico de 110 litros de volumen [11]. Una relación de dilución de la torta de aceite de jatropha al agua como 1: 4 podría producir gas en el rango de 220e250 l por kg de torta.

con un contenido de metano que oscila entre 65 y 70% [9]. La producción total de biogás de JSC después del período de incubación de 40 días se informó como 348 l / kg de TS del reactor con 10% de TS en comparación con 241 l / kg cuando el TS fue de 15% [3]. El contenido de metano en el biogás producido fue del 66% en ambos casos. Se informó que la torta de semillas de Jatropha produjo un 60% más de biogás en comparación con el biogás obtenido del estiércol de ganado. Sin embargo, en todos estos estudios no se ha informado nada sobre el efecto de la relación C: N en la producción de biogás y en la toxicidad de la torta de semillas antes y después de la digestión. Por lo tanto, se intentó estudiar sistemáticamente el efecto de diferentes parámetros operativos, como TS, relación C: N, y la proporción de JSC en la mezcla de excremento de vaca en la producción de biogás y en el efecto tóxico de la lechada digerida.

materiales y métodos

Los experimentos se realizaron utilizando tarros de plástico de 2 l de capacidad, como digestores de lotes para llevar a cabo la digestión anaeróbica de JSC a 40 días de TRH (Fig. 1). Para comparación, la suspensión de CD también se tomó como uno de los tratamientos, ya que se utiliza principalmente como materia prima en la India rural para la producción de biogás. El inóculo se agregó a los sustratos de cada tratamiento a un 10% v / v [12]. En la Tabla 1 se dan los niveles de TS, contenido de sólidos volátiles y relación C: N de los materiales de alimentación utilizados en diferentes tratamientos. resumido en la Tabla 2. La producción diaria de biogás se midió con un cilindro de vidrio de medición de capacidad de 500 ml invertido lleno de agua que se sumergió parcialmente en un baño de agua.

Se encontró que el contenido total de sólidos de JSC era del 88%. Se agregó agua a JSC en una proporción diferente para obtener diferentes TS (de 10% a 30%) de la suspensión para estudiar su efecto en la producción de biogás. La composición de los materiales de alimentación utilizados para estudiar el efecto del TS en la producción de biogás se resume en la Tabla 3. El CD se mezcló con agua a una relación de dilución 1: 1 que produjo cerca del 10% de TS de la suspensión de CD. La proporción de carbono a nitrógeno para JSC se encontró que era solo de 9: 1. Dado que se informó que la relación C: N óptima para la producción de biogás a partir de la suspensión de CD está dentro de 20: 1 a 30: 1 [13]. Por lo tanto, arroz

la paja con una alta relación C: N de 58: 1 se mezcló con JSC en diferentes proporciones para mantener la relación C: N de 17: 1 a 32: 1 para estudiar su efecto sobre la producción de biogás. La composición de los materiales de alimentación utilizados para estudiar el efecto de la relación C: N en la producción de biogás se resume en la Tabla 4. Estiércol de vaca mezclado con JSC en la proporción de 25%: 75%, 50%: 50% y 75%: 25 Se intentó el% (por peso) para averiguar el potencial de producción de gas de la mezcla. La composición de los materiales de alimentación utilizados para la producción de biogás se resume en la Tabla 5.

Los experimentos para diferentes tratamientos se llevaron a cabo simultáneamente para eliminar el efecto de la condición climática en la producción de gas. La temperatura ambiente máxima y mínima promedio registrada durante el período para el que se realizaron los experimentos fue de 29 C y 15 C, respectivamente.

Los contenidos de metano y CO2 del gas para cada tratamiento se midieron utilizando el aparato Orsat.

3. Resultados y discusión

3.1. Efecto del contenido total de sólidos en la producción de biogás.

El efecto de la TS en la producción de biogás para diferentes tratamientos se muestra en la Fig. 2. El valor de pH de la suspensión estudiada a diferentes TS durante el período de 40 HRT se muestra en la Tabla 6. El valor de pH promedio de la suspensión de JSC se encontró entre 5,97 y 6,96 , mientras que fue 6.08 para CD slurry. El valor máximo de pH se observó para la suspensión de JSC con TS 20%. En la Fig. 2, se puede ver que la producción de biogás fue máxima en el caso de una suspensión de JSC con 20% de TS a una relación de dilución de 1: 3.4 (JSC: agua).

La cantidad de gas producido en el caso de la suspensión de JSC aumentó con el aumento en el TS de la suspensión hasta un 20% y con el aumento adicional en el TS, la producción de gas disminuyó. Esto se debió a un valor de pH promedio más alto de la suspensión de JSC al 20% de TS en comparación con la de otras suspensiones. La cantidad máxima de gas producido fue 0.170m3 /

kg de TS en caso de JSC con 20% de TS en comparación con 0.166 m3 / kg de TS con suspensión de estiércol de vaca. Se realizó la prueba de rango múltiple de Duncan (DMRT) para ver si existía una diferencia entre los rendimientos de gas de diferentes tratamientos. Se encontró que el gas producido a partir de la suspensión de JSC a 15 y 20% era significativamente diferente de otros tratamientos a un nivel de significación del 5%. El porcentaje de metano y CO2 en el gas producido a partir de la suspensión de JSC se midió y se encontró que estaba en el rango de 65e68.2% y 31.8e35%, respectivamente en comparación con 62.5% y 37.5% en el caso de la suspensión de CD. El contenido de metano en el gas producido aumentó, mientras que el CO2 disminuyó con el aumento del porcentaje de TS en la suspensión de JSC. Unos pocos investigadores informaron de un hallazgo similar, es decir, la relación de dilución de la torta de semilla oleaginosa y el agua fue mejor a 1: 4 (torta: agua) para Jatropha carcus y 1: 3.5 para los pasteles de Pongamia pinnata [9].

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