Co-pirólisis de biomasa biogénica para la producción de un biochar como sustrato de germinación para semillas
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- Autores:
-
Plaza Rojas, Christy Andrea
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2020
- Institución:
- Pontificia Universidad Javeriana
- Repositorio:
- Repositorio Universidad Javeriana
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.javeriana.edu.co:10554/52016
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/10554/52016
- Palabra clave:
- Biochar
Co-pirólisis
Germinación
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Microbiología industrial - Tesis y disertaciones académicas
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Semillas - Fisiología
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La planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) escala piloto del laboratorio de Microbiología Ambiental, la cual se encarga de reducir la contaminación de las ARnD provenientes de las actividades de docencia de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana, en conjunto con el reactor Sensity, un proyecto académico y funcional de la Facultad de Diseño Industrial, generan residuos semisólidos, como mallas de lignocelulosa colmatadas y biomasa de Chlorella sp., cuyos procesos de disposición final podrían conllevar a la contaminación de recursos naturales; por lo tanto, su gestión puede abordarse mediante su utilización como materias primas para la obtención de nuevos bioproductos, como la producción de un biochar mediante conversión pirolítica. Teniendo esto en cuenta, el objetivo de este trabajo fue producir un biochar como sustrato de germinación y siembra para semillas a partir de biomasa biogénica generada en una planta de tratamiento de aguas residuales y un reactor fototrófico empleando un proceso de co-pirólisis. La obtención de la biomasa de Chlorella sp. para su empleo como materia prima presenta un desafío, ya que las células tienden a estar en suspensión y no sedimentar debido a su carácter coloidal, por lo que es necesario un agente coagulante para favorecer su recuperación. Se evaluaron diferentes coagulantes para cumplir con este propósito y con el coagulante catiónico se obtuvo el mayor porcentaje de recuperación (90.2 %) a una concentración de 60 mg/L. El residuo líquido de coagulación resultante del proceso de coagulación se evaluó como sustrato de germinación en semillas de Lolium sp., Lactuca sativa y Raphanus sativus, presentando valores de 92 %, 96 % y 42 %, respectivamente. Además, se determinó que este residuo líquido no genera una elevada contaminación si es reutilizado como agua de riego en el campo agrícola según la resolución 1207 de 2014, ya que obtuvo un pH de 7.85, y una concentración de nitratos y sulfatos de 1 mg/L y 40 mg/L, respectivamente. El biochar producido a partir de 80 g de mallas de lignocelulosa, 230 g de microalgas y 540 g de corteza de pino como material llenante, se empleó como matriz de inmovilización para un consorcio de bacterias benéficas. El biochar y el biochar co-inoculado presentaron un pH de 5.08 y 6.03, un porcentaje de humedad de 3.7 % y 42 % y un porcentaje carbono fijo (CF) de 5.8 % y 5.5 %, respectivamente. El rendimiento en biochar fue del 63.6 % y el rendimiento en carbono fijo fue del 7.5 %. Ambos biochar fueron evaluados como sustrato de germinación invitro en semillas de ray grass (Lolium sp.), lechuga (Lactuca sativa) y rábano (Raphanus sativus), pero solo las semillas de ray grass presentaron mayor porcentaje de germinación en comparación con el control, obteniendo 100 % en ambos tratamientos. Posteriormente, se evaluó el crecimiento de las plantas previamente germinadas en los biochar a escala de invernadero por 22 días. Finalizado este periodo de tiempo, se determinó que el tratamiento con biochar obtuvo valores similares al control; sin embargo, el tratamiento con biochar co-inoculado generó un efecto negativo en las plantas de ray grass, lechuga y rábano con respecto al control, ya que disminuyeron un 82 %, 16.6 % y 87 % en términos de peso seco, respectivamente; posiblemente debido a la presencia de un microorganismo alterador. Los resultados de este trabajo sugieren que es necesario aumentar el número de plantas por tratamiento, así como el tiempo de evaluación en la prueba de crecimiento en invernadero con el fin de supervisar con mayor amplitud la aplicación de biochar y biochar co-inoculado sobre el desarrollo de las plantas de ray grass, lechuga y rábano. |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessDe acuerdo con la naturaleza del uso concedido, la presente licencia parcial se otorga a título gratuito por el máximo tiempo legal colombiano, con el propósito de que en dicho lapso mi (nuestra) obra sea explotada en las condiciones aquí estipuladas y para los fines indicados, respetando siempre la titularidad de los derechos patrimoniales y morales correspondientes, de acuerdo con los usos honrados, de manera proporcional y justificada a la finalidad perseguida, sin ánimo de lucro ni de comercialización. De manera complementaria, garantizo (garantizamos) en mi (nuestra) calidad de estudiante (s) y por ende autor (es) exclusivo (s), que la Tesis o Trabajo de Grado en cuestión, es producto de mi (nuestra) plena autoría, de mi (nuestro) esfuerzo personal intelectual, como consecuencia de mi (nuestra) creación original particular y, por tanto, soy (somos) el (los) único (s) titular (es) de la misma. Además, aseguro (aseguramos) que no contiene citas, ni transcripciones de otras obras protegidas, por fuera de los límites autorizados por la ley, según los usos honrados, y en proporción a los fines previstos; ni tampoco contempla declaraciones difamatorias contra terceros; respetando el derecho a la imagen, intimidad, buen nombre y demás derechos constitucionales. Adicionalmente, manifiesto (manifestamos) que no se incluyeron expresiones contrarias al orden público ni a las buenas costumbres. En consecuencia, la responsabilidad directa en la elaboración, presentación, investigación y, en general, contenidos de la Tesis o Trabajo de Grado es de mí (nuestro) competencia exclusiva, eximiendo de toda responsabilidad a la Pontifica Universidad Javeriana por tales aspectos. Sin perjuicio de los usos y atribuciones otorgadas en virtud de este documento, continuaré (continuaremos) conservando los correspondientes derechos patrimoniales sin modificación o restricción alguna, puesto que, de acuerdo con la legislación colombiana aplicable, el presente es un acuerdo jurídico que en ningún caso conlleva la enajenación de los derechos patrimoniales derivados del régimen del Derecho de Autor. De conformidad con lo establecido en el artículo 30 de la Ley 23 de 1982 y el artículo 11 de la Decisión Andina 351 de 1993, "Los derechos morales sobre el trabajo son propiedad de los autores", los cuales son irrenunciables, imprescriptibles, inembargables e inalienables. En consecuencia, la Pontificia Universidad Javeriana está en la obligación de RESPETARLOS Y HACERLOS RESPETAR, para lo cual tomará las medidas correspondientes para garantizar su observancia.http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Pedroza Rodríguez, Aura MarinaPlaza Rojas, Christy AndreaGómez Méndez, Luis DavidPontificia Universidad Javeriana2020-12-14T03:50:14Z2020-12-14T03:50:14Z2020-12-04http://hdl.handle.net/10554/52016instname:Pontificia Universidad Javerianareponame:Repositorio Institucional - Pontificia Universidad Javerianarepourl:https://repository.javeriana.edu.coLa planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) escala piloto del laboratorio de Microbiología Ambiental, la cual se encarga de reducir la contaminación de las ARnD provenientes de las actividades de docencia de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana, en conjunto con el reactor Sensity, un proyecto académico y funcional de la Facultad de Diseño Industrial, generan residuos semisólidos, como mallas de lignocelulosa colmatadas y biomasa de Chlorella sp., cuyos procesos de disposición final podrían conllevar a la contaminación de recursos naturales; por lo tanto, su gestión puede abordarse mediante su utilización como materias primas para la obtención de nuevos bioproductos, como la producción de un biochar mediante conversión pirolítica. Teniendo esto en cuenta, el objetivo de este trabajo fue producir un biochar como sustrato de germinación y siembra para semillas a partir de biomasa biogénica generada en una planta de tratamiento de aguas residuales y un reactor fototrófico empleando un proceso de co-pirólisis. La obtención de la biomasa de Chlorella sp. para su empleo como materia prima presenta un desafío, ya que las células tienden a estar en suspensión y no sedimentar debido a su carácter coloidal, por lo que es necesario un agente coagulante para favorecer su recuperación. Se evaluaron diferentes coagulantes para cumplir con este propósito y con el coagulante catiónico se obtuvo el mayor porcentaje de recuperación (90.2 %) a una concentración de 60 mg/L. El residuo líquido de coagulación resultante del proceso de coagulación se evaluó como sustrato de germinación en semillas de Lolium sp., Lactuca sativa y Raphanus sativus, presentando valores de 92 %, 96 % y 42 %, respectivamente. Además, se determinó que este residuo líquido no genera una elevada contaminación si es reutilizado como agua de riego en el campo agrícola según la resolución 1207 de 2014, ya que obtuvo un pH de 7.85, y una concentración de nitratos y sulfatos de 1 mg/L y 40 mg/L, respectivamente. El biochar producido a partir de 80 g de mallas de lignocelulosa, 230 g de microalgas y 540 g de corteza de pino como material llenante, se empleó como matriz de inmovilización para un consorcio de bacterias benéficas. El biochar y el biochar co-inoculado presentaron un pH de 5.08 y 6.03, un porcentaje de humedad de 3.7 % y 42 % y un porcentaje carbono fijo (CF) de 5.8 % y 5.5 %, respectivamente. El rendimiento en biochar fue del 63.6 % y el rendimiento en carbono fijo fue del 7.5 %. Ambos biochar fueron evaluados como sustrato de germinación invitro en semillas de ray grass (Lolium sp.), lechuga (Lactuca sativa) y rábano (Raphanus sativus), pero solo las semillas de ray grass presentaron mayor porcentaje de germinación en comparación con el control, obteniendo 100 % en ambos tratamientos. Posteriormente, se evaluó el crecimiento de las plantas previamente germinadas en los biochar a escala de invernadero por 22 días. Finalizado este periodo de tiempo, se determinó que el tratamiento con biochar obtuvo valores similares al control; sin embargo, el tratamiento con biochar co-inoculado generó un efecto negativo en las plantas de ray grass, lechuga y rábano con respecto al control, ya que disminuyeron un 82 %, 16.6 % y 87 % en términos de peso seco, respectivamente; posiblemente debido a la presencia de un microorganismo alterador. Los resultados de este trabajo sugieren que es necesario aumentar el número de plantas por tratamiento, así como el tiempo de evaluación en la prueba de crecimiento en invernadero con el fin de supervisar con mayor amplitud la aplicación de biochar y biochar co-inoculado sobre el desarrollo de las plantas de ray grass, lechuga y rábano.The pilot wastewater treatment plant (PWWTP) of the Environmental Microbiology Laboratory, which is responsible for reducing the pollution of non-domestic wastewater from the teaching activities of the Faculty of Sciences of the Pontifical Xavierian University; in combination with the Sensity reactor, an academic and functional project of the Faculty of Industrial Design, generate semisolid residues, such as used lignocellulose meshes and biomass of Chlorella sp., whose final disposal processes could lead to the pollution of natural resources; therefore, their management can be addressed through their use as raw materials for the production of new bioproducts, such as the production of biochar by pyrolytic conversion. With this in mind, the objective of this work was to produce a biochar as seed germination and planting substrate from biogenic biomass generated in a wastewater treatment plant and a phototrophic reactor using a co-pyrolysis process. Obtaining the biomass of Chlorella sp. for its use as raw material presents a challenge, as the cells tend to be in suspension and not to sediment due to their colloidal character. For this reason, a coagulant agent is necessary to promote their recovery. Different coagulants were evaluated to meet this purpose and the cationic coagulant had the highest percentage of recovery (90.2 %) at a concentration of 60 mg/L. The liquid coagulation residue resulting from the coagulation process was evaluated as a germination substrate of Lolium sp., Lactuca sativa y Raphanus sativus seeds, with values of 92 %, 96 % and 42 %, respectively. In addition, it was determined that this liquid residue does not generate high contamination if it is re-used as irrigation water in the agricultural field according to Resolution 1207 of 2014, since it obtained a pH of 7.85, and a concentration of nitrates and sulfates of 1 mg/L and 40 mg/L, respectively. The biochar produced from lignocellulose meshes, microalgae and pine bark as a filler material was used as an immobilization matrix for a consortium of beneficial bacteria. The biochar and co-inoculated biochar showed a pH of 5.08 and 6.03, a moisture of 3.7 % and 42 % and a CF percentage of 5.8 % and 5.5 %, respectively. The biochar obtained a yield of 63.6 % and a fixed carbon yield of 7.5 %. Both biochar were evaluated as an invitro germination substrate of ray grass (Lolium sp.), lettuce (Lactuca sativa), and radish (Raphanus sativus) seeds, but only ray grass seeds showed a higher percentage of germination compared to control, obtaining 100 % in both treatments. Subsequently, plant growth was evaluated at greenhouse scale for 22 days. After this period of time, it was determined that biochar treatment obtained values similar to the control; however, treatment with co-inoculated biochar produced a negative effect on ray grass, lettuce, and radish plants, as they decreased by 82 %, 16.6 % and 87 % in terms of dry weight, respectively; possibly due to the presence of a disrupting microorganism. The results of this study suggest that the number of plants per treatment needs to be increased. As well as the time of evaluation of the greenhouse growth test in order to monitor more broadly the application of biochar and biochar co-inoculated on the development of ray grass, lettuce, and radish plants.Microbiólogo (a) IndustrialPregradoPDFapplication/pdfspaPontificia Universidad JaverianaMicrobiología IndustrialFacultad de CienciasBiocharCo-pirólisisGerminaciónBiocharCo-pyrolysisGerminationMicrobiología industrial - Tesis y disertaciones académicasGerminaciónSemillas - FisiologíaCo-pirólisis de biomasa biogénica para la producción de un biochar como sustrato de germinación para semillasBiogenic biomass co-pyrolysis for the production of biochar as a seed germination substrateTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82603http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/52016/4/license.txt2070d280cc89439d983d9eee1b17df53MD54open accessORIGINALTrabajo de grado - Christy Plaza.pdfTrabajo de grado - Christy Plaza.pdfDocumentoapplication/pdf25146276http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/52016/1/Trabajo%20de%20grado%20-%20Christy%20Plaza.pdf3dabaeb4c68f9f731f19dca66dc1076aMD51open accessCarta Directores Christy FIRMADA.pdfCarta Directores Christy FIRMADA.pdfCarta aprobación directoresapplication/pdf248794http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/52016/2/Carta%20Directores%20Christy%20FIRMADA.pdf6a506f3084d6b1571d6ceef80b58e3f5MD52metadata only accessCarta_de_autorizacion Christy FIRMADA.pdfCarta_de_autorizacion Christy FIRMADA.pdfLicencia de usoapplication/pdf179525http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/52016/3/Carta_de_autorizacion%20Christy%20FIRMADA.pdf1c2fd02d195dd6ee9b9aa4075a9f4201MD53metadata only accessTHUMBNAILTrabajo de grado - Christy Plaza.pdf.jpgTrabajo de grado - Christy Plaza.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6628http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/52016/5/Trabajo%20de%20grado%20-%20Christy%20Plaza.pdf.jpg89793bd122721a9421796f3dcf9ee93bMD55open accessCarta Directores Christy FIRMADA.pdf.jpgCarta Directores Christy FIRMADA.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6583http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/52016/6/Carta%20Directores%20Christy%20FIRMADA.pdf.jpg8df022cc5203d73442359e9ff6f24d19MD56open accessCarta_de_autorizacion Christy FIRMADA.pdf.jpgCarta_de_autorizacion Christy FIRMADA.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7396http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/52016/7/Carta_de_autorizacion%20Christy%20FIRMADA.pdf.jpg5d333b61ba5d0adef858aa76386cda3aMD57open access10554/52016oai:repository.javeriana.edu.co:10554/520162022-05-03 08:56:15.564Repositorio Institucional - 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