Evaluación de la influencia del tamaño de partícula y del volumen del reactor sobre el potencial de producción de metano de residuos de alimentos (2023)
La digestión anaerobia (DA) es una biotecnología que permite la recuperación energética y nutricional de residuos orgánicos biodegradables como los residuos de alimentos (RA). El estudio de las variables y los procesos biológicos que intervienen en la DA se pueden estudiar a bajo costo técnico y económico mediante ensayos a escala de laboratorio de Potencial Bioquímico de Metano (PBM) para la optimización del proceso. Sin embargo, éste es un método no estandarizado en el que el volumen de reactor (VR) y el tamaño de partícula (TP) se encuentran entre los aspectos con mayor variación. Por tanto, este trabajo evaluó mediante vigilancia tecnológica el TP y VR, así como su relación con otras variables a escala de laboratorio para una ventana de observación de 2010 a 2022. Adicionalmente, mediante superficie de respuesta se evaluó simultáneamente la interacción entre el VR (250, 500 y 1000 mL) y TP (< 1, 4 y 4,5 mm) en la DA de RA en ensayos PBM. Como resultado de la vigilancia tecnológica se encontró una correlación muy débil (0,28) entre el TP y VR y débil (0,37) entre el TP y tamaño de muestra (TM), mientras que el VR y TM tuvieron una correlación muy fuerte (0,81). También se discutió la interacción del TP y VR con otras variables de la DA que reflejan la necesidad de continuar estudiando variables relacionadas con la definición del TM y su representatividad, especialmente con relación al VR sobre la que hay pocos estudios. En cuanto a los resultados experimentales, se encontró que el TP y VR incidieron significativamente en la producción de CH4 (p < 0,05), siendo el VR la variable responsable de la mayor variación en la producción de CH4, así como en parámetros finales como el pH, alcalinidad bicarbonática y concentración de ácidos grasos volátiles. El peor tratamiento fue < 1 mm-250 mL, el cual en promedio registró un 75,7 % de menor producción frente a 4 mm -1000 mL, el cual fue el mejor tratamiento con apenas un 3 % de diferencia con respecto a < 1 mm-1000 mL y que estaría asociado con la predominancia de carbohidratos de los RA empleados. El alto valor del pH final > 10 unds en los reactores más pequeños (250 mL) explicarían el bajo rendimiento y la inhibición del proceso debido a la contaminación de solución de básica resultante de la reacción de perlas de NaOH y el CO2 generado durante el proceso. Estos resultados sugieren una mayor actividad acidogénica (mayor producción de CO2) y menor adaptación del consorcio microbiano en VR más pequeños posiblemente a una menor masa de inóculo adicionada. Por otro lado, el análisis cinético muestra un comportamiento bifásico de la producción de CH4, por lo que se alcanza un mejor ajuste con los modelos de Gompertz remodificado y de primer orden pseudo-paralelo frente a los tradicionales de Gompertz modificado y de primer orden. En general se encontró que mayores VR incrementan el TM del sustrato, lo que favorece la representatividad de residuos heterogéneos como RA; adicionalmente, VR más grandes tienen una mayor masa de inóculo que puede favorecer la adaptación de los microorganismos ante cambios del sistema. Con relación a los TP, los < 1 mm y 4 mm tuvieron rendimientos y comportamiento cinético similares que evidencian la pertinencia de evaluar TP finos, medios y gruesos en RA.