La digestión anaeróbica (AD)

La digestión anaeróbica (AD) es el método más utilizado para estabilizar y recuperar energía de los residuos, Sin embargo, tiene limitaciones como bajo rendimiento de biogás, provocando largos tiempos de residencia hidráulica (TRH). El pretratamiento ultrasónico (pUS) ha despertado interés para aumentar la biodegradabilidad y mejorar

la eficiencia del DA. Este estudio evaluó los efectos de pUS a diferentes energías específicas aplicadas (EE) de 5000-35000 kJ/kg ST. Los efectos se evaluaron a partir del grado de solubilización (GS), inactivación de patógenos, pruebas de potencial bioquímico de metano (BMP) de 30 días a 3 y 6% ST, posteriormente ensayos en sistema semicontinuo a 40 días de operación y en la recuperación de nutrientes en forma de estruvita. El mayor GS para DQO (21.3%) e inactivación de coliformes fecales (99.99%) se alcanzó con la mayor EE 35000 kJ/kg ST. En las BMP el mayor incremento en la producción de biogás (21.45%) y CH4 (21.97%) fue a 20000 kJ/kgST teniendo de igual forma uno de los mayores porcentajes de remoción (40.25%) respecto al control. En semicontinuo la mayor producción promedio diaria de biogás ha sido a 20000 kJ/kgST con 0.32 L/d, y un rendimiento de 0.72 Lbiogás/gSVrem más que el control. En la estruvita la energía de 20000 kJ/kgST fue la que mayor obtuvo precipitación con 2.56 g/L, teniendo un rango de remoción de PO34 de 95-99%.

1. Introducción

La digestión anaeróbica (DA) se ha utilizado ampliamente para el tratamiento de residuos y de aguas residuales para la eliminación de contaminantes orgánicos y la producción de metano, la reducción de las emisiones de gas de efecto invernadero y desactivación de patógenos (Huang et al., 2016; Naran et al., 2016). El proceso de DA presenta algunas desventajas tales como el tiempo de residencias que son de 12 a 20 días o incluso dependiendo de la temperatura puede tener tiempos de 30 a 60 días aproximadamente, así como baja producción de biogás que dependiendo del tipo de residuo es la cantidad que se obtendrá, en el caso de las excretas porcinas se produce 0.06 m3/kg húmedo (Varnero 2011), de igual forma las excretas presentan un alto contenido de microorganismos patógenos (2.6 x 109 coliformes fecales y 1 x 106 salmonella spp) en la que el proceso de DA solo remueve 1.8 log de patógenos además de ser un proceso lento (>30 d) por lo que es necesaria la aplicación de procesos complementarios para cumplir con la NOM-004-SEMARNAT-2002 (Martínez et al., 2015).

Esto puede deberse a que la hidrólisis es considerada como la etapa limitante de la DA como enzimas hidrolíticas Adsorbidas sobre la superficie del sustrato y convirtiéndolas en moléculas para su posterior degradación en AGV´s con otros subproductos (Naran et al., 2016). Para mejorar los tratamientos de los residuos y la producción de biogás, se han implementado diversos pretratamientos (químicos, ultrasónicos, enzimáticos, entre otros) los cuales pueden aumentar la eficiencia del proceso promoviendo tanto el rompimiento de la célula como la hidrólisis de las macromoléculas y otros compuestos celulares de la materia orgánica, lo que aumenta la demanda química de oxígeno soluble (DQOs) (Quiroga et al., 2014; Vigueras et al., 2011).

Estudios recientes muestran que la digestión anaerobia con pretratamiento ultrasónico (pUS) ha mejorado ampliamente los tratamientos de lodos, el estiércol de ganado esto se debe a que favorece a la hidrolisis (Acidogénesis, Acetogénesis y metanogénesis) de la macromoléculas teniendo con ello una mayor producción de biogás de 206,4 mL CH4 gramos 1 SVS (solidos volátiles suspendidos) y en una co-digestión tiene un rendimiento de 326,3 mL CH4 gramo 1 VSS (Cesaro et al., 2014; Naran et al., 2016) en tiempos de retención cortos con valor máximo (0,85 L CH4/ L día) durante los 14 días de tiempo de residencia hidráulico (TRH) a 36 ºC, lo que representa un incremento del 31% con respecto a los residuos no sometidos a pUS (0,74 L CH4/ L día) durante 18 días TRH. Así mismo se ha demostrado que a temperaturas de 55 ºC el valor máximo es de 0,82 L CH4/L día durante 16 días de TRH, lo que representa un aumento del 67% con respecto a los residuos no pretratados (0,49 L CH4/día) durante 18 días

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