Examinando por Materia "Biogás"

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    PublicaciónAcceso abierto
    Alternativa biotecnológica al proceso fisicoquímico de fijación de nitrógeno a partir de consorcios microbianos
    (Universidad del Valle, 2023) Rodríguez Arias, Oscar Mauricio; Villegas-Torres, Maria Francisca
    El presente trabajo doctoral aborda alternativa biotecnológica a la problemática asociada al proceso fisicoquímico de fijación de nitrógeno. Se desarrolló una estrategia de bioprospección en donde usando reactores en batch y a partir de inóculos provenientes de suelos y lodos de sistemas de tratamientos de aguas residuales, se establecieron ecosistemas microbianos capaces de crecer sin nitrógeno reactivo. Se determinó que, con la estrategia implementada independientemente del inóculo empleado, se puede establecer un consorcio microbiano fijador de nitrógeno logrando hasta duplicar la concentración de nitrógeno en el medio. Estas comunidades microbianas fueron posteriormente utilizadas en dos procesos biotecnológicos. En el primer caso, se acopló a la producción de metano en la valorización integral de residuos lignocelulósicos con una alta relación carbono nitrógeno C/N, en donde se pudo determinar que adicionando un 10% consorcio microbiano fijador de nitrógeno a un lodo anaerobio con respecto a su concentración de sólidos volátiles, se pudo aumentar hasta en un 57.5% la cantidad de biogas producido empleando bagazo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) como sustrato. En el segundo caso, se utilizó un consorcio proveniente de suelo agrícola como sustituto a una fracción comprendida entre el 33% y 66% de la fertilización nitrogenada para la producción de ají cayena (Capsicum annuum L.). Se pudo determinar que al reemplazar en un 33% la fertilización nitrogenada por consorcios microbianos fijadores de nitrógeno se puede aumentar el peso y cantidad de frutos por planta. Los resultados obtenidos en esta investigación pueden ser aplicados en futuros estudios a un modelo integral de biorrefinería en el campo agroindustrial, en donde mediante el aprovechamiento de residuos orgánicos se produzcan biofertilizantes in situ y energía, disminuyendo la huella de carbono y nitrógeno de los procesos.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Evaluación de la influencia de métodos volumétricos y manométricos sobre la cuantificación de biogás/metano en la biodegradabilidad anaerobia de la celulosa
    (Universidad del Valle, 2022) Bolaños Arcos, Andrés Mauricio; Sandoval Rodríguez, Laura Alejandra; Torres Lozada, Patricia; Foronda Zapata, Kevin
    La Digestión Anaerobia (DA) es considerada una de las alternativas biotecnológicas más viables para el tratamiento y aprovechamiento de sustratos orgánicos, ya que permite recuperar energía en forma de biogás y obtener un subproducto rico en nutrientes conocido como digestato con alto potencial agrícola. En torno a lo anterior, se han desarrollado métodos a nivel de laboratorio que permiten evaluar y determinar el potencial energético de un sustrato, siendo los ensayos de Potencial Bioquímico de Metano (PBM) los más aceptados y utilizados por la comunidad científica, debido a sus bajos requerimientos técnicos y económicos. El método de cuantificación es uno de los aspectos que más varía en los ensayos PBM para la cuantificación de biogás, los cuales presentan variaciones que dificultan la comparación de los resultados de cuantificación del biogás. Por lo anterior, en el presente trabajo se realizó una vigilancia tecnológica sobre los métodos más empleados, así como sus características, metodologías, ventajas, limitaciones y aplicaciones, empleando bases de datos internacionales y nacionales (ventana de observación de 17 años: 2005-2021), con lo cual se logró identificar que los métodos experimentales más usados para cuantificar biogás o CH4 son los métodos volumétricos (VM) y manométricos (MN), y que las configuraciones VM más usadas son el volumétrico alcalino (VB) con un porcentaje de 26,8%, seguida por el automatizado AMPTS II con un 20,3% y el método volumétrico acido (VA) con un 8,94%; en cuanto a las configuraciones del método MN, las más empleadas son el MN manual con perlas de NaOH en un 13,7%, seguido por el automatizado Oxitop® con el 11,01%, siendo las configuraciones automatizadas las más empleadas en países con mayor economía y desarrollado, mientras que en los países en desarrollo (PeD) prima el uso de configuraciones manuales que son menos costosas y no requieren de equipos especializados aunque pueden llegar a ser menos precisas. Por otro lado, se realizó un montaje experimental de los métodos VM y MN con lo cual, se logró obtener resultados de PBM para los métodos VM (VB y VA) el PBM de 337,69±12,46 CH4/g SV, acercándose un 81,57±4,57% al valor teórico de PBM de la celulosa, mientras que con el MN sin perlas y con perlas de NaOH, se obtuvieron valores de PBM menores (321,51±17,89 y 225,24±14,24 mL CH4/g SV, respectivamente), para un 74,8±7,89% y un 54,4±3,78% del valor teórico, respectivamente. El bajo valor del MN con perlas se atribuye principalmente a un posible efecto negativo de las perlas sobre el proceso de la DA, que quedó evidenciado en mayores valores de pH y menor relación AB/AT, así como de parámetros cinéticos importantes como la tasa de producción de CH4 (Rmáx) y constante de hidrólisis (k) que fueron 1,63 y 2,31 veces menor que en el método VB.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Evaluación de un reactor anaerobio de medio adherido para el tratamiento del efluente de un reactor hidrogenogénico
    (Universidad del Valle, 2018) Arias Melo, Liz Janny; Álvarez Torres, Natalia Andrea; Rodriguez Victoria, Jenny Alexandra; Delgado Guevara, Diana Astrid
    El presente estudio consistió en evaluar a escala de laboratorio el funcionamiento de un reactor metanogénico (RM) de medio adherido en tratamiento del efluente de un reactor hidrogenogénico (RH), el cual trataba agua residual del proceso de almidón de yuca. Para su evaluación se tuvieron en cuenta tanto la composición del agua residual afluente como el comportamiento del reactor en la etapa de arranque, para así obtener una condición ideal de TRH que garantizara un buen funcionamiento del RM. La estrategia de arranque consistió en la disminución gradual del TRH a medida que el reactor respondía favorablemente en términos de remoción de carga de DQO y el comportamiento de los índices de alcalinidad. Se encontró que de acuerdo con el comportamiento del pH, la capacidad buffer, la carga removida de DQO y sólidos y la producción de biogás, el TRH adecuado estuvo alrededor de 17h. Durante dicho TRH, se garantizaron condiciones ambientales y operacionales apropiadas y se evidenciaron remociones de carga de hasta 116 g DQO/d y una producción de biogás de 1,47 L biogás/L*d. con una producción de metano entre 77% y 89%
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    PublicaciónAcceso abierto
    Evaluación del lodo granular de una industria papelera como inóculo para la digestión anaerobia de residuos de alimentos
    (Universidad del Valle, 2026) Gómez Pérez, Laura; Jiménez Vallejo, Manuela; PEREZ VIDAL, ANDREA; Orobio Vélez, Francis Jamelis; GRUPO DE INVESTIGACIÓN
    El aprovechamiento energético de los residuos de alimentos (RA), fracción altamente biodegradable de los residuos sólidos municipales (RSM), representa un desafío ambiental debido a su rápida degradación y generación de emisiones; la digestión anaerobia (DA) surge como alternativa para su valorización en biogás, cuyo desempeño depende de la calidad del inóculo y la relación sustrato/inóculo (S/I). En este contexto, el presente estudio evaluó el potencial del lodo granular proveniente de un reactor UASB de una industria papelera en la digestión anaerobia (DA) de residuos de alimentos (RA) a escala de laboratorio. Se caracterizaron sus actividades metabólicas específicas (hidrolítica (AHE), acidogénica (AAE) y metanogénica (AME)) y se analizaron las relaciones S/I de 0,2; 0,5 y 1,0 gSVₛᵤₛₜᵣₐₜₒ/gSVᵢₙₒ́cᵤₗₒ en términos de producción de metano mediante ensayos de Potencial Bioquímico de Metano (PBM). El estudio se desarrolló en dos fases. En la primera, se caracterizó el inóculo en términos fisicoquímicos y metabólicos. Las actividades específicas se determinaron en reactores a 35 °C empleando celulosa, glucosa y una mezcla de ácidos grasos volátiles (AGVs) como sustratos para la AHE, AAE y AME, respectivamente. En la segunda fase, los ensayos de PBM se realizaron mediante el método manométrico y la producción neta de metano se corrigió por la actividad endógena del inóculo. Los resultados mostraron que el lodo granular presentó un pH neutro con suficiente capacidad buffer y adecuadas concentraciones de macro y micronutrientes; así mismo, presentó altas actividades metabólicas en las tres etapas analizadas. La AHE (0,650 gDQO/gSVDÍA) evidenció una capacidad hidrolítica sostenida, AAE (5,116 gDQO/gSVDÍA) registró valores altos asociados a la rápida fermentación de carbohidratos y la AME (0,311 gDQO/gSV*DÍA) superó los rangos típicos reportados, lo que evidencia un inóculo altamente activo para la conversión de AGVs en metano. En los ensayos de PBM, las tres relaciones S/I mostraron comportamientos similares en los primeros días, pero las diferencias se acentuaron durante la fase de estabilización. La relación S/I de 0,2 alcanzó los mayores rendimientos de metano (245,83 ml CH4/g SV) y la mayor estabilidad del proceso, mientras que las relaciones 0,5 y 1,0 presentaron limitaciones asociadas a la mayor carga orgánica, una menor disponibilidad relativa de biomasa activa y menos producción de metano (110,22 y 76,44 ml ml CH4/g SV respectivamente). En síntesis, los resultados demostraron que el lodo granular industrial evaluado constituyó un inóculo adecuado para la DA de RA, debido a su alta actividad metabólica y su capacidad amortiguadora. Así mismo, se confirma que las relaciones S/I bajas favorecieron la estabilidad del sistema y la eficiencia de producción de metano, lo que demostró que la selección adecuada del inóculo y de la relación S/I es determinante para optimizar el desempeño de la digestión anaerobia.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Influencia de la incorporación de co-sustratos para el mejoramiento de la producción de metano en la digestión anaerobia de residuos de alimentos
    (Universidad del Valle, 2023) Rosero, Jorge; Torres Lozada, Patricia
    En los países en desarrollo como Colombia, los Residuos Sólidos Municipales (RSM) están conformados por cerca de 61,5% de Biorresiduos de Origen Municipal (BOM), con predominancia de residuos alimentarios (RA). Esta composición predominantemente orgánica, genera problemas ambientales y económicos por la forma tradicional de manejo, que favorece la disposición final en rellenos sanitarios; sin embargo, estas características también favorecen e incentivan el estudio de estrategias de aprovechamiento como la Digestión Anaerobia (DA), la cual permite la obtención de biogás, biogás, constituido principalmente por metano que pude representar hasta un 70% de su composición, que es una forma de energía renovable que aportaría a la reducción del uso de combustibles fósiles y llevar energía a zonas no interconectadas al sistema eléctrico nacional. A pesar de este potencial, los RA presentan deficiencias para el proceso de mono-digestión anaerobia (DA), las cuales se pueden mitigar con la incorporación de otros materiales o cosustratos. De acuerdo con lo anterior, en este trabajo de investigación se realizó una revisión sistemática de literatura mediante un análisis bibliométrico, con el fin de identificar y analizar la producción científica relacionada con los procesos de DA y codigestión anaerobia (Co-DA) de los RA. La revisión se realizó en las bases de datos Scopus y ScienceDirect (Elseiver) en el periodo entre 2011 y 2020 y permitió identificar tanto características, como potencialidades y limitaciones de la DA y Co-DA; adicionalmente, se identificaron los principales tipos de cosustratos usados en la Co-DA con RA y se aplicaron técnicas de análisis multicriterio (AMC) mediante el método AHP que se fundamenta en comparaciones pareadas, donde se escogieron cuatro criterios para la selección del mejor cosustrato: aporte de nutrientes y oligoelementos, balance relación C/N, aporte de microorganismos y balance de pH (capacidad buffer). Las alternativas son todas las opciones que existen y de las cuales hay que escoger solo una para determinar el mejor cosustrato en la Co-DA de RA. Los resultados indican que la DA de RA presenta limitaciones en el proceso, principalmente asociadas a bajos niveles de pH, ausencia de alcalinidad bicarbonática, deficiencia de nutrientes, altos tiempos de retención, específicamente en la etapa de hidrólisis y para mejorar dichas deficiencias, una estrategia de gran aplicación es la incorporación de sustratos que permiten suplir las limitaciones de la mono-digestión. Aunque se encontró que existen diferentes potenciales cosustratos como estiércoles de animales granja, por sus siglas en linglés fat oil and grease (FOG), aguas residuales; los lodos procedentes de plantas de tratamiento de agua residual son el cosustrato más aplicado en la Co-DA de RA conforme al análisis bibliométrico. Sin embargo, los resultados del AMC indican que el estiércol de porcino es el cosustrato con una gran potencialidad al regular el pH, que permite el normal desarrollo microbiano en las diferentes etapas de la DA, de acuerdo con el balance de pH es el criterio de mayor peso en la DA de RA. No obstante, es recomendable que la selección del cosustrato se realice en función de las condiciones de disponibilidad de cosustratos en la zona de estudio, ya que son sustratos de alta variabilidad en cuanto a su generación y composición.