Producción sostenible de metano mediante digestión anaerobia termofilica de lirio acuático (EICHHORNIA CRASSIPES) Public Deposited
En la Ciudad de México, el lago de Xochimilco enfrenta un deterioro significativo en gran medida por las actividades humanas y el crecimiento demográfico. Actualmente, los canales se alimentan con 1000 L/s de aguas tratadas provenientes de tres plantas de tratamiento de aguas residuales: Cerro de la Estrella, San Pedro Atocpan y San Luis Tlaxialtemalco. Sin embargo, su contaminación persiste, debido a múltiples fuentes como desechos agrícolas, actividades turísticas y principalmente descargas domésticas, que han provocado contaminación química y de materia fecal de los canales. Este deterioro provoca desequilibrios en el ecosistema, dando lugar a la proliferación de malezas invasoras como el lirio acuático (LA) de la especie Eichhornia crassipes. Esta maleza presenta la capacidad de desarrollarse en diferentes ambientes, formando grandes tapetes verdes en 20 días, generando problemas ecológicos y económicos como: el bloqueo de la navegación, limitación de la penetración de luz, agotamiento del oxígeno disuelto y otros nutrientes. Hoy en día, el principal método de control para el LA en Xochimilco es su recolección y su disposición en tiraderos; pero presenta ciertas desventajas como los altos requerimientos de superficies para su descomposición y la generación de malos olores y problemas a la salud derivados de esto. Es por ello que la digestión anaerobia (DA) se ha utilizado como método de control para el aprovechamiento del LA, con la finalidad de producir una fuente alternativa de biocombustible (metano, CH4). Por lo tanto, la contribución más novedosa en este trabajo fue la implementación de un sistema de degradación del LA bajo condiciones anaerobias termofílicas (45°C) utilizando un inóculo alternativo y de fácil acceso como lo es la excreta de caballo (EC), la cual es considerada actualmente como un residuo. Se realizó un análisis comparativo con cinéticas de potencial bioquímico de metano (PBM), utilizando como inóculos lodos anaerobios y EC, para evaluar la carga idónea (relación sustrato/inóculo), reducir el tiempo de degradación del LA y aumentar el rendimiento de producción de CH4. A partir de las cinéticas de PBM del LA se obtuvo lo siguiente: (a) utilizando lodos anaerobios, se alcanzó una producción máxima de biogás de 96 ml con un contenido de CH4 del 70%; (b) con excreta de caballo, la producción máxima de biogás obtenida fue de 446 ml con un contenido de CH4 del 65%. Para ambos casos, la máxima eficiencia de degradación y producción de CH4 fue utilizando una relación de carga de 1.0 g SV Lirio / g SV Inóculo. En estas cinéticas, el rendimiento normalizado de metano fue de 920 L CH4/Kg SV y de 1060 L CH4/Kg SV para los lodos anaerobios (con y sin adaptación al lirio acuático), con una eficiencia de degradación de celulosa y hemicelulosa de LA de 95 y 85%, respectivamente. Para la EC el rendimiento normalizado de metano fue de 1887 L CH4/Kg SV con una eficiencia de degradación de celulosa y hemicelulosa de LA de 86%. Demostrando que el sistema propuesto es flexible y permite la degradación de LA utilizando EC como inóculo alternativo, obteniendo con esto una solución sostenible que por un lado reduce los problemas causados por LA mediante su valorización, y por otro generará metano que puede ser aprovechado como biocombustible.
In Mexico City, Lake Xochimilco faces considerable deterioration largely due to human activities and population growth. Currently, the canals are fed with 1000 L/s of treated water from three wastewater treatment plants: Cerro de la Estrella, San Pedro Atocpan and San Luis Tlaxialtemalco. However, contamination persists due to multiple sourcessuch as agricultural wastes, tourist activities and mainly domestic discharges, which have caused chemical and fecal contamination of the canals. This deterioration causes imbalances in the ecosystem, leading to the proliferation of invasive aquatic weeds such asthe water hyacinth (WH) of the Eichhornia crassipes species. This invasive weed has the capacity to develop in different environments, forming large green mats in 20 days, generating ecological and economic problems such as: blocking navigation, limiting light penetration, depletion of dissolved oxygen and other nutrients. Nowadays, the main control method for WH in Xochimilco is gathering and disposal in landfills; but it has certain disadvantages such as the high surface requirements for its decomposition and the generation of bad odors and health problems derived from this. Therefore, anaerobic digestion (AD) has been used as a control method for the utilization of WH, with the purpose of producing an alternative source of biofuel (methane, CH4). Therefore, the most novel contribution in this work was the implementation of a system for WH degradation under thermophilic anaerobic conditions (45°C) using an alternative and easily accessible inoculum such as horse dung (HD), which is currently considered as a waste. A comparative analysis with biochemical methane potential (BMP) kinetics, using anaerobic sludge and HD as inoculums, was performed to evaluate the suitable loading (substrate/inoculum ratio), reducing WH degradation time and increasing CH4 production yield. From the BMP kinetics of the WH, the following was obtained: (a) using anaerobic sludge, a maximum biogas production of 96 ml was achieved with a CH4 content of 70%; (b) with HD, the maximum biogas production obtained was 446 ml with a CH4 content of 65%. For both cases, the maximum degradation efficiency and CH4 production was using a loading of 1.0 g VSWH/g VSInoculum. In these kinetics, the normalized methane yield was 920 and 1060 L CH4/Kg VS for the anaerobic sludge (with and without adaptation to WH), cellulose and hemicellulose degradation efficiencies were 95 and 85%, respectively. For HD the normalized methane yield was 1887 L CH4/Kg VS; with cellulose and hemicellulose degradation efficiencies of 86%. Demonstrating that the proposed system is flexible and allows the WH degradation using HD as an alternative inoculum, thus obtaining a sustainable solution for, on the one hand, reducesthe problems caused by WH through its valorization; and on the other hand, will generate methane that can be used as biofuel.
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