Pretratamiento aerobio de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos y su fermentación mesofílica Público Deposited

The present work reports the results obtained on an aerobic pretreatment applied to the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) and the fermentation of the waste as a first stage of anaerobic digestion, in anaerobic hydrolytic leach bed (AHLB) reactors. The aerobic pretreatment of OFMSW was carried out in 3 independent tubular bioreactors (TBR) with a volume of 300 ml, at three different temperature conditions: the first (TBR1) condition was carried out at 30 °C (isothermal) for 24 h, the second (TBR2) conditions at 30 °C for 12 hours, followed by an increase in temperature to 35 °C for a further 12 hours, the third (TBR3) condition at 35 °C for 12 hours, followed by an increase in temperature to 40 °C for a further 12 hours. The components of OFMSW consisted of a mixture of 83, 8, 4, 3 and 2 % w/w on a wet basis of OFMSW, microbial consortium, sawdust, paper and pruning respectively. After aerobic pretreatment, the fermented masses were inoculated with anaerobic granular sludge in a ratio of 10 % (V/V) and packed in the AHLB reactors with a mass of residues of 150 grams in each of the reactors for their anaerobic fermentation for 21 days at 30±2 °C. The best results with the aerobic pretreatment were at 30°C for 24 h, obtaining a maximum CO2 formation rate of 17.23 mgCO2 g -1 of initial dry matter (IDM) h-1 . The value of the total CO2 formation for this condition was 182.01 mgCO2 g -1 IDM h -1 , whose value was higher with respect to the second and third conditions. Furthermore, xylanase and pectinase activities of 115 and 73 U g -1 dry matter (DM), respectively, were obtained after 18 hours and 100 U g-1 DM of proteases at the beginning of the process; values that are 2.7, 2 and 4 times higher than those reported in the literature.During the anaerobic process in AHLB reactors, the best results were observed with aerobic pretreatment at 30°C for 24 h, starting with a concentration of 27gCOD L -1 in the leachate and reaching a maximum concentration of COD of 77gL-1 and total volatile fatty acids (VFA) of 33.6 gL-1 on day 11 of incubation. The hydrolysis constant (k) reached was 0.081 d-1 , with a VFA productivity of 0.82gLr-1d -1 ; with a higher proportion of acetate (70 %), the primary methanogenesis precursor. Under these same conditions, there was an accumulated biogas production of 0.53 liters per gram of added volatile solids, with a proportion of 3-35% of CH4 in the biogas produced between the 11 to 21 days of fermentation, achieving stabilization in the COD soluble in leachate after 21 days of incubation. The results obtained show the potential of a short aerobic pretreatment to improve the hydrolytic enzymes' production of and favor the fermentation of OFMSW in AHLB reactors. It is an alternative to obtain high concentrations of VFA in leachates and use them to increase the methane gas's productivity in high rate anaerobic reactors like the UASB.

En el presente trabajo se reportan los resultados obtenidos de un pretratamiento aerobio aplicado a la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) y la fermentación del residuo como una etapa previa a la digestión anaerobia, en reactores hidrolíticos anaerobios de lecho escurrido (RHALE). El pretratamiento aerobio de la FORSU se realizó en 3 biorreactores tubulares (BRT) independientes con un volumen de 300 ml, a tres condiciones de temperatura diferentes: la primera condición (BRT1) se realizó a 30 °C (isotérmico) por 24 h, la segunda condición (BRT2) se realizó a 30 °C por 12 horas, seguido de un aumento de la temperatura a 35 °C durante 12 horas más, y la tercer condición (BRT3) se realizó a 35 °C por 12 horas, seguido de un aumento de la temperatura a 40 °C durante 12 horas más. Los componentes de la FORSU consistieron en una mezcla en base húmeda de la FORSU, un consorcio microbiano, aserrín, papel y poda, del 83, 8, 4, 3 y 2 % (P/P), respectivamente. Después del pretratamiento aerobio, las masas fermentadas fueron inoculadas con lodos granulares anaerobios en una proporción del 10 % (V/V) y empacadas en los RHALE con una masa de residuos de 150 gramos en cada uno de los reactores para su fermentación anaerobia por 21 días a 30±2 °C. Los mejores resultados del pretratamiento aerobio fueron a 30 °C por 24 h, obteniéndose una velocidad de formación máxima de CO2 de 17.23 mgCO2 g -1 de materia seca inicial (MSI) h -1 . El valor de la formación total de CO2 para esta condición fue de 182.01 mgCO2 g -1MSI h-1 , cuyo valor fue mayor con respecto a la segunda y tercera condición. Además, se obtuvieron actividades de xilanasas y pectinasas de 115 y 73 U g-1 materia seca (MS), respectivamente, después de 18 horas y 100 U g-1 MS de proteasas al inicio del proceso; valores que son 2.7, 2 y 4 veces más altos que los reportados en la literatura. En el proceso anaerobio en los RHALE, los mejores resultados se observaron con el pretratamiento aerobio a 30 °C por 24 h, iniciando con una concentración de 27 gDQO L-1 en el lixiviado y alcanzando una concentración máxima de 77 gDQO L -1 y de ácidos grasos volátiles (AGV) totales de 33.6 gL-1 en el día 11 de incubación, alcanzando una constante de hidrólisis (k) de 0.081 d-1 , con una productividad de AGV de 0.82 gLr-1d -1 ; presentando una mayor proporción de acetato (70 %), principal precursor de la metanogénesis. Bajo estas mismas condiciones se presentó una producción acumulada de biogás de 0.53 litros por gramo de sólidos volátiles adicionados, con una proporción de 3-35 % de CH4 en el biogás producido entre los 11 a 21 días de fermentación, logrando una estabilización en la DQO soluble en el lixiviado después de 21 días de incubación. Los resultados obtenidos muestran el potencial de usar un pretratamiento aerobio corto, para mejorar la producción de enzimas hidrolíticas y favorecer la fermentación de la FORSU en los RHALE, como una alternativa para obtener altas concentraciones de AGV en los lixiviados y utilizarlos para aumentar la productividad del gas metano en reactores anaerobios de alta tasa como el UASB.

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  • 2021
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Última modificación: 09/19/2022
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