Actualización de los procesos de digestión anaeróbica de residuos orgánicos
DOI:
https://doi.org/10.24215/18522181e007Palabras clave:
biodigestión, biofertilizantes, biogas, energia alternativaResumen
La generación de residuos sólidos urbanos (RSU) ha ido en aumento. Los residuos orgánicos son los principales constituyentes de los RSU. Cuando se destina y se trata adecuadamente, puede aprovechar su potencial para generar energía. Actualmente una buena alternativa para la eliminación de este material es la digestión anaeróbica con fines energéticos. Sin embargo, existen otras formas de tratamiento como compostaje e incineración y disposición final como vertederos sanitarios. La digestión anaeróbica es un proceso fermentativo en el que se extrae materia orgánica transformado en biogás y biofertilizante. El biogás contiene metano que se puede utilizar como fuente de energía o biofertilizante utilizado como abono orgánico. Los otros métodos de tratamiento presentan algunas desventajas en relación con la digestión anaeróbica, como la pérdida de gas a la atmósfera, el alto costo de operación y la generación de cenizas. En la digestión anaeróbica hay varios factores que interfieren en el proceso como el pH, la alcalinidad, la temperatura, el sustrato, la TRH, la humedad, la relación C/N. Es muy importante controlar estos factores para el correcto funcionamiento del proceso de biodigestión. Esta revisión bibliográfica se centra sobre los últimos avances en digestión anaeróbica y los principales parámetros de control implicados.
Se ha identificado una tendencia de trabajo en los estudios actuales que conducen a la producción de biogás. Se observó que conocer los factores más influyentes en el proceso de biodigestión y su comportamiento contribuye al buen funcionamiento del tratamiento biológico con producción de metano.
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Citas
Abbasi, T., Tauseef, S. M. y Abbase, S. A. (2012). Biogas Energy. (Vol.2). Springer, Dordrecht Heidelberg
Akutsu, Y., Lee, D-Y. y Li, Y-Y. (2009). Hydrogen production potentials and fermentative characteristics of various substrates with different heat pretreated natural microflora. International Journal of Hydrogen Energy, 34(13), 5365-5372. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319909006338
Al Seadi, T., Rutz, D., Prassl, H., Köttner, M., Finsterwalder, T., Volk, S. y Janssen, R.(2008). Biogas handbook. Biogas for Eastern Europe project. University of Southern Denmark. https://doi.org/10.1533/9780857097415
Alvarez, R., Villca, S.yLidén, G. (2006). Biogas production from llama and cow manure at high altitude. Biomass and Bioenergy, 30, 66-75. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2005.10.001
Andreoli, C. V., Ferreira, A. C. y Chernicharo, C. A. (2003). Secagem e higienização de lodos com aproveitamento do biogás. Em S. T. Cassini (Coord.), Digestão de resíduos sólidos orgânicos e aproveitamento do biogás (pp. 121-165). ABES. http://www.finep.gov.br/images/apoio-e-financiamento/historico-deprogramas/prosab/ProsabStulio.pdf
Appels, L., Assche, A. V., Willems, K., Degrève, J., Impe, J. V.y Dewil, R. (2011). Peracetic acid oxidation as an alternative pre treatement for the anaerobic digestion of as waste activated sludge. Bioresource Technology, (102), 4124-4130. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.12.070
Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais. (2012). Panorama dos resíduos sólidos no Brasil. https://abrelpe.org.br/panorama/
Borowiski, S. (2015). Temperature-phased anaerobic digestion of the hydromechanically separated organic fraction os municipal solid waste with sewage sludge. International Biodeterioration & Biodegradation, (105), 106-113. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2015.08.022
Ley 12.305 de 2010. Política Nacional dos Resíduos Sólidos. 2 de agosto de 2010.
Buttol, P., Masoni, P., Bonoli, A., Goldoni, S., Belladonna, V. y Cavazzuti, C. (2007).LCA of integrated MSW management systems: Case study of the Bologna District.Waste Management, 27(8), 1059-1070. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2007.02.010
Caramelo, A. D. (2010). Uso da fração orgânica de lixo urbano como substrato de biodigestor e como matéria-prima para a formação de mudas de quaresmeira (Tibouchina granulosa) com duas lâminas de irrigação [Tesis de Maestria, Universidad de Estadual Paulista]. https://repositorio.unesp.br/items/c264d7be-5da6-48e6-a5c5-52b455c4e77b
Chen, C-C., Lin, C-Y. y Chang, J-S. (2001). Kinetics of hydrogen production with continuous anaerobic cultures utilizing sucrose as the limiting substrate. Applied Microbiology and Biotechnology, 57(1-2), 56-64. https://doi.org/10.1007/s002530100747
Chernicharo, C. A. L. (1997). Princípios do tratamento biológico de águas residuárias:biodigestores anaeróbios. (Vol. 5). Universidade Federal de Minas Gerais.
Cherubini, F., Bargigli, S. y Ulgiati, S. (2009). Life cycle assessment (LCA) of waste management strategies: Landfilling, sorting plant and incineration. Energy, 34(12), 2116-2123. https://doi.org/10.1016/j.energy.2008.08.023
Coelho, S. T., Silva, O. C., Varkulya, A. Jr., Avellar, L. H. N. y Ferling, F. F. (2001). Estado da arte do biogás. Relatório de acompanhamento. Centro Nacional de Referência em Biomassa.
Colazo, A. B., Sánchez, A., Font, X. y Colón, J. (2015). Environmental impact of rejected materials generated in organic fraction of municipal solid waste anaerobic digestion plants: Comparison of wet and dry processes layout. Waste Management, (43), 84-97. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.06.028
Deeparanraj, B., Sivasubramanian V. y Jayaraj, S. (2015). Kinetic study on the effect of temperature on biogas production using lab scale batch reactor. Ecotoxicology and Environmental Safety, (121), 100-104. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.04.051
Demirel, B. y Scherer, P. (2008). The roles of acetotrophic and hydrogenotrophic methanogens during anaerobic conversion of biomass to methane: A review. Environmental Science Biotechonology, (7), 173-190. https://doi.org/10.1007/s11157-008-9131-1
Deublein, D. y Steinhauser, A. (Eds.) (2008). Biogas from Waste and Renewable Resources: An Introduction. Weinheim Wiley. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527621705
Dors, G. (2006). Hidrólise enzimática e biodigestão de efluentes da indústria de produtos avícolas [Tesis de Maestria, Universidad Federal de Paraná]. https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/88705
El-Mashad, H. M. y Zhang, R. (2010). Biogas production from co-digestion of dairy manure and food waste. Bioresource Technology, (101), 4021-4028. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.01.027
Fonseca, M. M. y Teixeira, J. A. (2007). Reactores Biológicos. Fundamentos e aplicações. Libel.
Forster-Cameiro, T., Pérez M., Romero L. I. y Sales, D. (2007). Dry-thermophilic anaerobic digestion of organic fraction of the municipal solid waste: Focusing on the inoculum sources. Bioresouce Technology, (98), 3195-3203. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.07.008
Fry, L. J. (1975). Practical building of methane power plants for rural energy independence. D. A. Knox.
Gerardi, M. H. (2003). The Microbiology of Anaerobic Digesters. John Wiley & Sons.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/0471468967
Granzotto, F. (2016). Uso de biodigestor anaeróbio no tratamento de residuo orgánico de restaurante [Tesis de Maestria, Universidad Federal de Santa Maria]. https://repositorio.ufsm.br/handle/1/8809
Jain, S., Jain, S., Wolf, I. T., Lee, J. y Tong, Y. W. (2015). A comprehensive review on operating parameters and different pretreatment methodologies for anaerobic digestion of municipal solid waste. Renewable and Sustainable Energy Reviews, (52), 142-154. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.07.091
Kaparaju, P. L. N. y Rintala, J. A. (2003). Effects of temperature on post-methanation of degassed dairy cow manure in a farm scale biogas concept. Environmental Technology, 24(10), 1315-1321. https://doi.org/10.1080/09593330309385674
Khalid, A., Arshad, M., Anjum, M., Mahmood, T. y Dawson, L. (2011). The anaerobic digestion of solid organic waste. Waste Management, 31(8), 1737-1744. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.03.021
Kiehl, E. J. (1985). Fertilizantes orgânicos. Editora Agronômica Ceres.
Krause, L., Diaz, N. N., Edwards, R. A., Gartemann, K. H., Krömeke, H., Neuweger, H.,Pühler, A., Runte, K. J., Schlüter, A., Stoye, J., Szczepanowski, R., Tauch, A. y Goesmann, A. (2008). Taxonomic composition and gene content of a ethaneproducing microbial community isolated from a biogas reactor. Journal of Biotechnology, 136, 91-101. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2008.06.003
Kumar, M., Ou, Y. L. y Lin, J. G. (2010). Co-composting of green waste and food waste at low C/N ratio. Waste Management, (30), 602-609. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2009.11.023
Lee, D. H., Behera, S. K., Kim, J. W. y Park, H. S. (2009). Methane production potential of leachate generated from Korean food waste recycling facilities: A lab-scale study. Waste Management, 29, 876-882. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.06.033
Leite, V. D., Lopes, W. S., Sousa, J. T., Prasad, S. y Silva, A. S. (2009). Tratamento anaeróbio de resíduos sólidos orgânicos com alta e baixa concentração de sólidos. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 13(2), 190-196. https://doi.org/10.1590/S1415-43662009000200013
Leite, W. R. M. (2015). Digestão anaeróbia em temperaturas mesofílica e termofílica de lodo de ETE usando reatores de estágio único e dois estágios [Tesis de Doctorado, Universidad Federal de Santa Catarina]. https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/160735
Li, Y., Park, S. Y. y Zhu, J. 2011. Solid-state anaerobic digestion for methane production from organic waste. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(1), 821-826. https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.07.042
Lino, F. A. M. y Ismail, K. A. R. (2012). Analysis of the potential of municipal solid waste in Brazil. Environmental Development, 4(1), 105-113. https://doi.org/10.1016/j.envdev.2012.08.005
Lins, C. M. M., Nóbrega, C. C., Lins, E. A. M., Silva, F. M. S., Nogueira, G. A. B., Jucá, J. F. T., Beltrão, K. G. Q. B. y Alves, M. C. M. (2008). Resíduos Sólidos: projeto, operação e monitoramento de aterros sanitários: guia do profissional em treinamento: nível 2. ReCESA.
Liu, C. F., Yuan, X. Z., Zeng, G. M., Li, W. W. y Li, J. (2008). Prediction of methane yield at optimum pH for anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste. Bioresource Technology, (99), 882-888. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.01.013
Lopes, W. S., Leite, V. D., Sousa, J. T., Júnior, G. B. A., Silva, A.S. y Sousa, M. A. (2002). Influência da Umidade na Digestão Anaeróbia de Resíduos Sólidos. XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, México.
Lucas Júnior, J., Souza, C.F. y Lopes, J. D. S. (2009). Construção e operação de biodigestores. CPT, Viçosa.
Malina, JR. J y Pohland, F. G. (1992). Design of anaerobic processes for treatment of industrial and municipal waste. (Vol. 7). CRC Press.
Marchi, M. E. V., Breassiani, P. A. y Barbosa, P. M. (2013). Digestão anaeróbia de resíduos orgânicos para cozinha industrial dos restaurantes latife. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
Mata-Alvarez, J. (2003). Fundamentals of the anaerobic digestion process. En J. Mata-Alvarez (Ed.), Biomethanization of the Organic Fraction of Municipal Solid Wastes (pp. 1-20). IWA Publishing Press.
Mayer, M. C. (2013). Estudo da influência de diferentes inóculos no tratamento anaeróbio de resíduos sólidos orgánicos [Tesis de Maestria, Universidad Estadual da Paraíba]. https://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/bitstream/tede/1859/1/PDF%20-%20Mateus%20Cunha%20Mayer.pdf
Metcalf y Eddy, Inc. (1991). Wastewater engineering: Treatment, disposal and reuse. McGraw-Hill.
Meynell, P. J. (1976). Methane: planning a digester. Serie 2. SD Pris Press.
Monni, S. (2012). From landfilling to waste incineration: Implications on GHG emissions of different actors. International Journal of Greenhouse Gas Control, (8), 82-89. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2012.02.003
Obaja, D., Macé, S., Costa, J., Sans, C. y Mata-Alvarez, J. (2003). Nitrification, denitrification and biological phosphorus removal in piggery waste-water using sequencing batch reactor. Bioresource Technology, 87(1), 103-111. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(02)00229-8
Oles, J., Dichtl, N. y Niehoff, H. H. (1997). Full scale experience of two stage thermophilic mesophilic sludge digestion. Water Science & Technology, 36(6), 449-456. https://doi.org/10.1016/S0273-1223(97)00554-4
Omer, A. M. y Fadalla, Y. (2003). Biogas technology in Sudan. Renewable Energy, (28), 499-507. https://doi.org/10.1016/S0960-1481(02)00053-8
Ortega, L., Barrington, S. y Guiot, S. R. (2008). Thermophilic adaptation of a mesophilic anaerobic sludge for food waste treatment. Journal of Environmental Management, 88(3), 517-525. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2007.03.032
Pereira Neto, J. T. (1999). Quanto vale nosso lixo: projeto verde vale. UNICEF.
Picanço, A. P., Salgado, M. T., Povinelli, J., Souto, G. D. B. y Povinelli, J. (2004). Digestão anaeróbia dos resíduos sólidos urbanos (RSU) em sistemas de batelada uma e duas fases. Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental.
Pinto, P. (1999). Tecnologia da digestão anaeróbia da vinhaça e desenvolvimento sustentável [Tesis de Maestria, Universidad Estadual de Campinas]. https://cetesb.sp.gov.br/biogas/wp-content/uploads/sites/3/2014/01/pinto.pdf
Puyuelo, B., Ponsá, S., Gea, T. y Sánchez, A. (2011). Determining C/N ratios for typical organic wastes using biodegradable fractions. Chemosphere, 85(4), 653-659. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.07.014
Rao, M. S. y Singh, S. P. (2004). Bioenergy conversion studies of organic fraction of MSW: Kinetic studies and gas yield–organic loading relationships for process optimization. Bioresource Technology, (95), 173-185. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2004.02.013
Rao, M. S., Singh, S. P., Singh, A. K. y Sodha, M. S. (2000). Bioenergy conversion studies of the organic fraction of MSW: Assessment of ultimate bioenergy production potential of municipal garbage. Applied Energy, (66), 75-87. https://doi.org/10.1016/S0306-2619(99)00056-2
Raposo, F., De la Rubia, M. A., Fernández-Cegri, V. y Borja, R. (2012). Anaerobic digestion of solid organic substrates in batch mode: An overview relating to methane yields and experimental procedures. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(1),861-877. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.09.008
Reis, A. S. (2012). Tratamento de resíduos sólidos orgânicos em biodigestor anaeróbio. [Tesis de Maestria, Universidad Federal de Pernambuco]. https://www.ufpe.br/documents/39810/1355139/AlexsandroSantosReis.pdf/fe045cb1-
ddc5-4561-b240-047ed112b4c1
Ren, N. Q. y Wang, A. J. (2004). The Method and Technology of Anaerobic Digestion. Chem. Ind., Beijing.
Sant´Anna Junior, G. L. (2013). Tratamento biológico de efluentes: fundamentos e aplicações. Interciência.
Schmidell, W. (2007). Tratamento biológico de águas residuárias. [s.n.].
Sharma, V. K., Canditelli, M., Fortuna, F. y Cornacchia, G. (1997). Processing of urban and agro-industrial residues by aerobic composting: Review. Energy Conversion and Management, 38(5), 453-478. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(96)00068-4
Sun, W., Yu, G., Liu, T., Xue, G. y Gao, P. (2015). From mesophilic to thermophilic digestion: the transitions of anaerobic bacterial, archaeal, and fungal community structures in sludge and manure samples. Applied Microbiology and Biotechnology, 99(23), 1027-1082. https://doi.org/10.1007/s00253-015-6866-9
Tchobanoglous, G., Stensel, H. D., Tsuchihashi, R. y Burton, F. L. , Abu-Orf, M., Bowden, G. y Pfrang, W. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery . McGraw-Hill Education
Tchobanoglous, G., Theisen, H. y Vigil, S. (1993). Integrated solid waste management: Engineering principles and management issues. McGraw-Hill Inc.
Van Haandel, A. C. y Lettinga, G. (1994). Tratamento anaeróbio de esgotos: Um manual para países de clima quente. Epgraf.
Verma, S. (2002). Anaerobic digestion of biodegradable organics in Municipal solid wastes [Tesis de Maestria, Columbia University].
Wang, J. Y., Zhang, H., Stabnikova, O. y Tay, J. H. (2005). Comparison of lab-scale and pilot-scale hybrid anaerobic solid–liquid systems operated in batch and semicontinuous modes. Process Biochemistry, (40), 3580-3586. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2005.03.047
Zeshan Karthikeyan, O. P. y Visvanathan, C. (2012). Effect of C/N ratio and ammonia-N accumulation in a pilot-scale thermophilic dry anaerobic digester. Bioresource Technology, (113), 294-302. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.028
Zhang, C., Su, H., Baeyens, J. y Tan, T. (2014). Reviewing the anaerobic digestion of food waste for biogas production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, (38), 383-392. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.05.038
Zhang, R., El-Mashad, H.M., Hartman, K., Wang, F., Liu, G., Choate, C. y Gamble, P. (2007). haracterization of food waste as feedstock for anaerobic digestion. Bioresource Technology, (98), 929-935. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.02.039
Zhong, W., Chi, L., Luo, Y., Zhang, Z., Zhang, Z. y Mu, W. M. (2013). Enhanced methane production from Taihu Lake blue algae by anaerobic co-digestion with corn straw in continuous feed digesters. Bioresource Technology, (134), 264-270. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.02.060
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