Evaluación de la combinación de pretratamientos mecánico, químico, térmico y carga orgánica, a partir del sustrato Opuntia ficus indica en la producción de biogás

Abstract

The objective of this work was to establish the control of an anaerobic reactor, its stabilization and increase the generation of biogas from the biomass of the agroindustrial waste of the Opuntia ficus-indica cactus. In order to achieve these objectives, combined pretreatments to cacti were implemented: mechanical by means of fine and coarse grinding, thermal with temperatures of 30 °C and 40 °C, which are within the intervals where anaerobic bacteria develop favorably, the chemical with pH adjustment in intervals between 6.5 and 8.5, finally the concentration based on the Chemical Oxygen Demand (COD), which indicates the oxidizable organic matter. These pretreatments helped to increase the COD, decrease of VGAs, elevation of alkalinity and solubilization of organic matter. Subsequently, from a design of Taguchi L8 experiments, combined pretreatments of 8 tests and 2 controls were obtained, which were implemented in BMP (Biochemical methane potential) tests. The physicochemical results used for the control of an anaerobic reactor were found within the recommended intervals, taking as production, quality and biogas performance responses. The best result was obtained with the following combination of pretreatments: coarse grinding, concentration at 30,000 mgCOD/L, pH 8.5, temperature 30 ° C, volume produced 1,118.00 mL, with 56% methane and yield 100.08 mL CH4/g. It is important to note that the other results also showed methane quality. According to the results obtained, the pretreatments were functional to increase biogas production and its quality, since the chopped prickly pear cactus witness only obtained a biogas quality of 34%, even with a C/N/P ratio of 466.80/7.9/1 out of what was reported for the operation of anaerobic systems due to the lower amount of P (phosphor).

El presente trabajo tuvo como objetivos establecer el control de un reactor anaerobio, su estabilización e incrementar generación de biogás a partir de la biomasa del desperdicio agroindustrial de la cactácea Opuntia ficus-indica (nopal). Para lograr estos objetivos se implementaron pretratamientos combinados a la cactácea: mecánico por medio de molienda fina y gruesa, térmico con temperaturas de 30° C y 40° C, las cuales están dentro de los intervalos donde las bacterias anaerobias se desarrollan favorablemente, el químico con ajuste de pH en intervalos entre los 6.5 y 8.5, finalmente el de concentración con base a la Demanda Química de Oxígeno (DQO), la cual indica la materia orgánica oxidable. Estos pretratamientos ayudaron a aumentar la DQOS, disminución de AGV’s, elevación de alcalinidad y solubilización de materia orgánica. Posteriormente, a partir de un diseño de experimentos Taguchi L8, se obtuvieron pretratamientos combinados de 8 pruebas y 2 testigos, los cuales se implementaron en pruebas BMP (Biochemical methane potential). Los resultados fisicoquímicos usados para el control de un reactor anaerobio se encontraron dentro de los intervalos recomendados, tomando como respuestas producción, calidad y rendimiento a biogás. El mejor resultado se obtuvo con la siguiente combinación de los pretratamientos: molienda gruesa, concentración a 30,000 mg/L, pH 8.5, temperatura 30° C, volumen producido 1,118.00 mL, con 56 % de metano y rendimiento de 100.08 mL CH4/g. Es importante notar que los demás resultados también mostraron calidad en el metano. De acuerdo con los resultados obtenidos, los pretratamientos fueron funcionales para incrementar producción de biogás y su calidad, dado que el testigo de nopal troceado sólo se obtuvo una calidad de biogás del 34%, aun con una relación C/N/P de 466.80/7.9/1 fuera de lo reportado para el funcionamiento de los sistemas anaerobios debido a que se tenía menor cantidad de Fósforo (P).