COMPARACIÓN DE DOS SISTEMAS ANAEROBIOS ACOPLADOS PARA LA BIOMETANIZACIÓN DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Liliana M. Alzate-Gaviria, Antonino Pérez-Hernández, Virginia G. Nevárez-MOorillón, Noemí Rinderknecht-Seijas y Héctor M. Poggi-Varaldo 

Liliana M. Alzate-Gaviria. Ingeniera Sanitaria, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia. Master en Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Universidad de Cantabria, Santander, España. Candidata a Dr. en Ciencias y Tecnología Ambiental, División de Ciencia e Ingeniería Ambiental, Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV), Chihuahua, México.

Antonino Pérez-Hernández. Licenciado en Física, Facultad de Ciencia Físico-Matemáticas, Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). M. C. y Doctor en Ciencia, Facultad de Ingeniería de Materiales, UANL. Investigador Asociado, División de Ingeniería y Procesos de Manufactura, Grupo de Simulación del Centro de Investigación en Materiales Avanzados, CIMAV, Chihuahua, México.

Virginia G. Nevárez-Moorillón. Químico Bacteriólogo Parasitólogo, Universidad Autónoma de Chihuahua. Ph.D. en Biología, University of North Texas. Académico Titular, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua, México.

Noemí Rinderknecht-Seijas. Licenciada en Ingeniería Bioquímica, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional (ENCB-IPN). Profesora Asociada, Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE-IPN), México.

Héctor M. Poggi-Varaldo. Ingeniero Químico, Universidad de la Republica Oriental del Uruguay. Master en Ingeniería Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México. Dr. en Ciencias, CINVESTAV-IPN. Investigador Titular, Departamento de Biotecnología y Bioingeniería, CINVESTAV-IPN. Dirección: Departamento de Biotecnología y Bioingeniería, CINVESTAV-IPN, Apartado Postal 14-740, México D.F., 07000, México. e-mail: hpoggi@mail.cinvestav.mx

Resumen

Se comparó dos sistemas de digestión anaerobia de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), empleando dos sistemas a escala laboratorio, uno con dos reactores empacados acoplados (RE-RE) y el otro con un reactor anaerobio de manto de lodos acoplado a un reactor empacado (RANMAL-RE), todos operados en régimen mesofílico. Para la fase de arranque del RE iniciador (RE 1.1) del sistema RE-RE, y del RANMAL iniciador (RANMAL 2.1) se inoculó mezcla de inóculos no anaerobios. Alcanzado el tiempo de metanogénesis franca (TMF) en los iniciadores, sus efluentes fueron recirculados a los correspondientes RE frescos (RE 1.2 y RE 2.2) y los lixiviados procedentes de éstos se recircularon a su vez a los iniciadores metanogénicos (RE 1.1 y RANMAL 2.1). La fase de arranque de RE 1.1 se hizo con recirculación continua del lixiviado hasta llegar al tiempo de metanogénesis en 118 días; el lixiviado obtenido tuvo pH 7,05; factor alfa 0,35; ácidos orgánicos volátiles (AOV) 1405 mg/l Hac; DQO de recirculación 3080mg/l; y 62,02% de metano en el biogás. Para RANMAL 2.1, el arranque inició con recirculación de inóculo salvaje y desde el día 7 se alimentó con agua residual sintética; el TMF fue alcanzado a los 34 días y el efluente tuvo pH 7,13; alfa 0,36; AOV 1289mg/l Hac; DQO 2280mg/l; y 60,40% de metano. El acoplamiento de los sistemas se realizó conectando las salidas de RE 1.1 y RANMAL 2.1 a RE 1.2 y RE 2.2, respectivamente, empacados con FORSU nueva. Ambos sistemas anaerobios acoplados resultaron atractivos para degradación de FORSU, aunque RANMAL-RE fue más rápido en el primer arranque, removió mas sólidos volátiles (SV) que RE-RE y generó más metano. Las eficiencias de remoción de SV y celulosa, y el seudorrendimiento de metano fueron 85,95%, 80,88% y 0,109l CH₄/g-SVintroducidos en RE-RE, y 88,75%, 82,61% y 0,115l CH₄/g-SVintroducidos en RANMAL-RE.

Summary

Two lab-scale mesophilic systems for the anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid wastes (OFMSW) were compared. One system (RE-RE) consisted of two coupled reactors packed with OFMSW and the other (UASB-RE) consisted of an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) coupled to a packed reactor. For the start-up phase, both leading reactors RE 1.1 and UASB 2.1 were inoculated with a mixture of non-anaerobic inocula and worked with leachate and effluent full recirculation. Once a full methanogenic regime was achieved in the leading reactors, their effluents were fed to fresh packed reactors RE 1.2 and RE 2.2. RE 1.1 reached its full methanogenic regime after 118 days (TMF, time to achieve methanogenesis). At this point, its leachate had pH 7.05, alpha factor 0.35, volatile organic acids (VOA) 1405mg/l HAc, COD 3080mg/l and 62.02% methane in the biogas. The other leading reactor (UASB 2.1) reached its full methanogenesis regime after 34 days, and its effluent had pH 7.13, alpha 0.36, VOA 1289mg/l HAc, COD 2280mg/l, and 60.40% methane in the biogas. After coupling the leading reactors to the corresponding packed reactors, both coupled anaerobic systems showed similar performances regarding the degradation of OFMSW. The UASB-RE system showed a faster overall start-up, a slightly higher reduction of organic matter (as volatile solids, VS) of the packed OFMSW and a higher biogas production than RE-RE. Removal efficiencies of VS and cellulose, and the methane pseudo yield were 85.95%, 80.88% and 0.109l CH₄/g-VSfed in RE-RE, and 88.75%, 82.61% and 0.115l CH₄/g-VSfed in RANMAL-RE.

Resumo

Comparou-se dois sistemas de digestão anaeróbia da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU), empregando dois sistemas a escala laboratório, um com dois reatores empacados acoplados (RE-RE) e o outro com um reator anaeróbio de manto de lama acoplado a um reator empacado (RANMAL-RE),todos operados em regime mesofilico. Para a fase de arranque do RE iniciador (RE 1.1) do sistema RE-RE, e do RANMAL iniciador (RANMAL 2.1) inoculou-se mistura de inócuos não anaeróbios. Alcançado o tempo de metano gênesis franca (TMF) nos iniciadores, seus efluentes foram re-circulados aos correspondentes RE frescos (RE 1.2 y RE 2.2) e os lixiviados procedentes destes se re-circularam por sua vez aos iniciadores metano gênicos (RE 1.1 e RANMAL 2.1). A fase de arranque de RE 1.1 se fez com recirculação continua do lixiviador até (118 dias); o lixiviador obtido teve pH 7,05; fator alfa 0,35; ácidos orgânicos voláteis (AOV) 1405 mg/l Hac; DQO de recirculação 3080mg/l; e 62,02% de metano no biogás. Para RANMAL 2.1, o arranque iniciou com recirculação de inoculo selvagem e desde o dia 7 se alimentou com água residual sintética; o TMF foi alcançado aos 34 dias e o efluente teve pH 7,13; alfa 0,36; AOV 1289mg/l Hac; DQO 2280mg/l; e 60,40% de metano. O acoplamento dos sistemas se realizou conectando as saídas de RE 1.1 e RANMAL 2.1 a RE 1.2 e RE 2.2, respectivamente, empacados com FORSU nova. Ambos sistemas acoplados resultaram atrativos para degradação de FORSU, ainda que RANMAL-RE foi mais rápido no primeiro arranque, removeu mais sólidos voláteis (SV) que RE-RE e gerou mais metano. As eficiências de remoção de SV e celulosa, e o pseudo-rendimento de metano foram 85,95%, 80,88% e 0,109l CH₄/g-SVintroduzidos em RE-RE, e 88,75%, 82,61% e 0,115l CH₄/g-SVintroduzidos em RANMAL-RE.

PALABRAS CLAVES / Digestión Anaerobia / Reactor Anaerobio de Manto de Lodos / Reactores Empacados / Residuos Sólidos /

Recibido: 04/05/2003. Modificado: 07/07/2003. Aceptado: 21/07/2003

Las sociedades urbanas producen cantidades de residuos sólidos cada vez mayores y México no es la excepción, considerando que en la actualidad genera más de 40 mil toneladas al día, de las cuales el 51,97% va a relleno sanitario, tan solo el 0,68% se recicla y el resto presumiblemente es mal dispuesto en tiraderos a cielo abierto (SEMARNAT, 2003). Por ello, se hace necesario buscar nuevas opciones para la gestión de los residuos sólidos urbanos que incluyan reducción en origen, recuperación de energía, reutilización y reciclaje.

Los procesos de estabilización anaerobia de residuos sólidos como son la digestión anaerobia en sustrato sólido (DASS) y reactores empacados acoplados (también llamados reactores empacados secuenciales, RE-RE), son una alternativa técnica y económicamente viable, considerando que se han obtenido importantes reducciones de la materia orgánica degradable de la basura, altos rendimientos de metano y que los materiales digeridos pueden ser aprovechados como mejoradores de suelos después de un postratamiento adecuado (Poggi-Varaldo et al., 1997a, b; 1999; 2001; 2002; Chynoweth et al., 1992; Poggi-Varaldo y Oleszkiewicz, 1992; Kayhanian y Tcobanoglous, 1993; Cecchi et al., 1994; Chugh et al., 1999).

Los sistemas anaerobios de reactores empacados con la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) provistos de humedad, nutrientes y un inóculo, donde el lixiviado es recirculado entre un reactor empacado de residuo fresco y otro de residuo estabilizado, han sido objeto de renovado interés en los últimos 13 años por su simplicidad de concepto y equipamiento y relativa facilidad de operación (Hall et al., 1985; Chugh et al., 1999; Viéitez et al., 1999; Silvey et al., 2000). Los sistemas aquí llamados RE-RE tipo 1 (Figura 1a) que usan un RE iniciador (arranque y metanogénesis) para ser acoplado a un RE nuevo o fresco (SEBAC por las siglas en inglés; Chynoweth et al., 1992; Chugh et al, 1999) han sido utilizados para el tratamiento de una gran variedad de residuos sólidos orgánicos como residuos de cultivos, estiércol de animales, residuos de procesos de alimentos, lodos de papel y residuos sólidos municipales. El lixiviado del reactor iniciador anaerobio provee humedad, inóculo y nutrientes requeridos para una rápida conversión de los residuos sólidos y remoción de compuestos inhibidores al proceso en el RE fresco (Chynoweth et al., 1992). Por otra parte, los reactores iniciadores anaerobios de fase liquida en el sistema RANMAL-RE tipo 2 (Figura 1b) se han empleado con el propósito de remover la carga orgánica en el lixiviado procedente del reactor empacado fresco y proporcionar un inóculo biológico para la inoculación y posterior estabilización de los residuos sólidos frescos (Hai-Lou et al. 2002; Han et al. 2002; Libãnio et al., 2002).

Sin embargo, no hay hasta la fecha estudios comparativos en paralelo del desempeño de los dos sistemas acoplados RE-RE y RANMAL-RE. El objetivo de este trabajo fue comparar dos sistemas anaerobios acoplados para la biometanización de residuos municipales a escala de laboratorio en términos de desempeño, como son sus tiempos para alcanzar la metanogénesis franca (TMF), la remoción de materia orgánica como sólidos volátiles (SV), y celulosa, así como los rendimientos de metano (CH₄) y biogás generados.

Metodología

Reactores y diseño experimental

El Sistema 1 (RE-RE) consistió en un RE 1.1 que es el reactor iniciador empacado con FORSU y el RE 1.2 que es otro reactor empacado con un lecho de FORSU fresca el cual se acopla al iniciador RE 1.1 (arranque y metanogénesis) una vez que éste ha alcanzado el TMF (Figura 1a). El sistema 2 (RANMAL-RE), está compuesto por un RANMAL 2.1 que es el reactor iniciador de fase líquida, y un reactor RE 2.2 empacado similarmente a los RE anteriores. El RE 2.2 es el reactor que se acopla al reactor iniciador RANMAL 2.1 (arranque y metanogénesis) una vez que éste ha alcanzado el TMF (Figura 1b). Los modelos de laboratorio de los RE fueron construidos de policarbonato con diámetro de 20cm y altura de 60cm, para una capacidad de 19,4l. El RANMAL consistió en un cilindro de policarbonato de 10cm de diámetro y 55cm de altura, volumen útil de 4,5l e igual material. Los reactores empacados intercalan la FORSU con anillos de plástico de PVC (1" diámetro y 1cm de ancho) para aumentar la oquedad del lecho empacado y facilitar la percolación del lixiviado. La temperatura de trabajo tanto para el sistema RE-RE como RANMAL-RE fue 35 ±2ºC.

Las bombas para recirculación de lixiviado fueron del tipo de diafragma de Hypalon® marca Milton- Roy para caudal máximo de 1500l/día y temperatura máxima de 107ºC

El diseño experimental consistió en tres grandes etapas, a saber: inoculación, arranque y metanogénesis, y acoplamiento.

Inoculación

La inoculación de RE 1.1 y RANMAL 2.1, considerados los reactores iniciadores, fue realizada con mezcla de inóculos no anaerobios: suelo profundo 30g/l, excreta vacuna 300g/l, y excreta porcina 150g/l (Poggi-Varaldo et al. 1997a) más 1,5g/l de Na₂CO₃. La proporción de inóculo base húmeda a FORSU seca en los RE fue de 5% p/p, mientras que el RANMAL se llenó con la suspensión de inóculo (4,5l).

Arranque y metanogénesis

Para el RE 1.1, la fase de arranque inició a tiempo cero con recirculación continua del lixiviado hasta llegar al TMF. Para el RANMAL 2.1, se recirculó el inóculo durante los primeros 6 días y posteriormente se inició la alimentación con agua residual sintética (ARS) compuesta de (en g/l) sacarosa 4,0; ácido acético glacial 0,5; NH₄Cl 1,0; K₂HPO₄ 0,2; NaHCO₃ 1,0; Na₂CO₃ 1,0; y 1,0 ml/l de trazas de metales (Estrada-Vázquez et al., 2001). Se operó continuamente con un tiempo de retención hidráulica de 5 días hasta alcanzar el TMF. El lixiviado del RE 1.1 se suplementó con más NaHCO₃ y Na₂CO₃ en forma intermitente para proveer alcalinidad y amortiguar el pH próximo a neutro.

El tiempo para alcanzar la TMF de los reactores iniciadores se estimó como el promedio de los tiempos requeridos para que los cuatro parámetros básicos de seguimiento alcanzaran los valores de alfa <1 (Poggi-Varaldo y Oleszkiewicz, 1992), ácidos orgánicos volátiles (AOV) £1500mg/l de ácido acético (Hac), remoción de demanda química de O₂ (DQO) £50%, y contenido de metano en biogás ³60% (Poggi-Varaldo et al., 1997 b).

Fase de acoplamiento

En el sistema 1 (RE-RE), la fase de acoplamiento comenzó cuando el RE 1.1 en metanogénesis franca se interconectó (acopló) con el RE 1.2 fresco para recircular los lixiviados. El acoplamiento del sistema 2 RANMAL-RE, se realizó mediante una etapa de aclimatación del RANMAL 2.1 al lixiviado del RE 2.2. Dicha aclimatación consistió en alimentar al RANMAL con una combinación de ARS más un porcentaje creciente del lixiviado del RE 2.2 hasta llegar a alimentar 100%. Los lixiviados de los RE 1.2 y 2.2 se suplementaron en forma intermitente con más NaHCO₃ y Na₂CO₃, para proveer alcalinidad y amortiguar el pH cercano a neutro, toda vez que el pH cayó por debajo de 6,0.

La tasa de irrigación sobre los lechos de RE 1.1, RE 2.1 y RE 2.2 fue de 34,5m³/m²-d. Tanto en la etapa de arranque y metanogénesis como en la de acoplamiento, se realizó el seguimiento y análisis de alfa, pH, DQO y AOV de las corrientes líquidas, así como de la producción de biogás y metano generado por los reactores.

Los porcentajes de eficiencia de remoción de sólidos totales, volátiles, celulosa, y hemicelulosa en los reactores empacados de cada sistema fueron calculados a partir de balances de masa global.

Preparación y caracterización de la FORSU

La fracción orgánica de residuos sólidos urbanos (FORSU) empleada tiene el 67% en peso de residuos de comida y el 33% de residuos de papel y cartón del Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV), pesos como vienen (en húmedo). Los componentes de la FORSU se cortaron en piezas de 2-3cm y se mezclaron manualmente por cuarteo (EPA, 2002). El contenido de SV de la FORSU fue 79,50% (base ST o seca); 12,63% de lignina; 16,69% de celulosa y 4,32% de hemicelulosa.

Análisis

Los reactores iniciadores y acoplados fueron monitoreados realizando mediciones del potencial de hidrógeno (pH), temperatura, ácidos orgánicos volátiles (AOV) por titulación y demanda química de 0₂ soluble (DQO) en las corrientes líquidas. Dichos parámetros fueron determinados de acuerdo a los procedimientos de APHA (1992). La producción de biogás se midió por el método de desplazamiento de solución salina y la composición de biogás fue determinada cromatográficamente según Poggi-Varaldo et al. (1997b). Para cromatografía, las muestras de AOV fueron preparadas por acidulación y centrifugación, y analizadas en el equipo Perkin Elmer Autosystem XL con detector de ionización de flama (FID) empleando la Columna capilar SPB1 (60m x 53µm de diámetro). La alcalinidad intermedia, parcial y total y el coeficiente alfa se determinaron según Poggi-Varaldo y Oleszkiewicz (1992). Los análisis de sólidos totales (ST) y sólidos volátiles (SV) en la FORSU y materiales digeridos se determinaron de acuerdo a APHA (1992). La celulosa, hemicelulosa y lignina se determinaron conforme a Goering y Van Soest (1970).

Resultados y Discusión

Fase de arranque y metanogénesis

Según se muestra en Tabla II, este estudio señala que el TMF del RE 1.1 fue 118 días (características del lixiviado: pH 7,05; alfa 0,35; AOV 1405mg/l HAc; DQO del lixiviado recirculado 3080mg/l; y porcentaje de metano en biogás de 62,02%), mientras para el RANMAL 2.1 el tiempo de metanogénesis franca fue significativamente menor, 34 días (características del efluente recirculado: pH 7,13; alfa 0,36; AOV 1289mg/l Hac y DQO 2280mg/l; y porcentaje de metano 60,40% en biogás). Los resultados indican que el sistema 2 permite acoplar el RE 2.2 de trabajo más rápidamente al reactor iniciador metanogénico, con un ahorro de tiempo del 70% tomando como base el tiempo más largo.

Reactor iniciador anaerobio de mantos de lodos. El desempeño dinámico del reactor iniciador anaerobio de manto de lodos del sistema 2, se muestra en la Figura 2, donde se indica que el TMF fue de 34 días. En la Tabla I se presenta el desempeño promedio, antes del acoplamiento, del reactor anaerobio de manto de lodos, conformado por 3 subperíodos en los que se acelera progresivamente el proceso. Cabe aclarar que el RANMAL 2.1 se operó en recirculación después de haber alcanzado su TMF, hasta el día 118, ante la decisión práctica de esperar al sistema mas lento para realizar el acoplamiento de ambos sistemas.

Los lodos del RANMAL no granularon en todo el periodo de operación del reactor. Colleran y Pender (2002) tratando melazas diluidas de azúcar de remolacha (B_v= 6kg DQO/m³-día, mesofílico) y Franco et al. (2002) tratando un agua residual sintética de glucosa (B_v= 20kg DQO/m³-día, mesofílico), encontraron que los tiempos de arranque (TMF) en los RANMAL fueron de 37 y 38 días, respectivamente, similares al TMF alcanzado en nuestro RANMAL 2.1 iniciador. La comparación es favorable a nuestro RANMAL, dado que Franco et al. (2002) inocularon con lodos metanogénicos floculentos de otro RANMAL (en proporción 41,30% v/v) mientras que en nuestro caso se utilizó una mezcla de inóculos no anaerobios. Sin embargo, en la literatura se registran valores superiores de TMF a los encontrados en este estudio, como lo son el de Paulo et al. (2002), quienes reportan un TMF mayor a 50 días de un RANMAL termofílico a escala de laboratorio utilizando como fuente de carbono orgánico un afluente metanólico (B_v= 28kg DQO/m³-día), y el de Del Nery et al. (2001) quienes encontraron un TMF de 141 días en un RANMAL a escala comercial (B_v= 2,11kg DQO/m³-día, inóculo metanogénico de lodos de un digestor) empleado para tratamiento de agua residual de un matadero de aves. Puede verse que el TMF del RANMAL iniciador en el presente estudio coincide con los tiempos correspondientes reportados para el arranque de reactores anaerobios de lecho fluidizado que se arrancaron con inóculos no anaerobios (Poggi-Varaldo y Rinderknecht-Seijas, 1996).

Reactor empacado iniciador. En la Figura 3 se muestra el desempeño dinámico del reactor empacado iniciador (RE 1.1) del sistema 1. El TMF en el RE 1.1 iniciador del sistema 1 fue 118 días, valor similar al obtenido por Chugh et al. (1999) en el reactor iniciador, de 120 días; debido probablemente a que tanto el RE 1.1 como el RE iniciador de estos autores recircularon continuamente el lixiviado sobre el lecho de residuos sólidos a temperatura mesofílica y que, además, inocularon los RE para acelerar la fase iniciadora. En el caso de Chugh et al. (1999) el inóculo fue masivo (50% p/p lodos/basura) y fueron lodos metanogénicos de un digestor anaerobio.

Libãnio et al. (2002) hallaron valores superiores a 150 días en un RE iniciador con recirculación de lixiviado y 205 días en el RE iniciador sin recirculación (Tabla III). Los valores relativamente mayores de TMF de los sistemas de Libãnio et al. (2002) pudieran deberse a que trabajaron con residuos sólidos urbanos poco refinados y sin inóculo inicial en el reactor empacado.

Fase de Acoplamiento

En la Tabla II se muestra el desempeño de los reactores iniciadores y acoplados de este estudio, y en las Figuras 4 y 5 se ilustra el comportamiento dinámico de los reactores acoplados. En términos de remoción de materia orgánica de la FORSU, el RE 2.2 fue ligeramente superior al RE 1.2.

Los TMF de 29 y 22 días en los reactores acoplados RE 1.2 y RE 2.2, respectivamente, resultaron significativamente más cortos (Tabla III) que los encontrados en los reactores acoplados del sistema Filtro Anaerobio-RE de 213 días (Viéitez et al., 1999) y RANMAL-RE de 111 días (Libãnio et al., 2002); debido probablemente a que en el primer caso la temperatura de trabajo fue 25ºC y en el segundo caso, como se mencionó, los residuos cargados al reactor fueron menos refinados que la FORSU aquí utilizada.

Los TMF en los reactores acoplados RE 1.2 y RE 2.2 fueron similares a la primera generación de RE acoplados trabajados por Chugh et al. (1999), de 35 días. La rapidez del establecimiento de condiciones metanogénicas en el reactor iniciador de estos autores pudiera deberse a la utilización de inóculo metanogénico en cantidades masivas. Por otro lado Chynoweth et al. (1992) encontraron, en el reactor acoplado de su sistema denominado SEBAC, TMF de 21 días con un residuo mayoritariamente celulósico y de 42 días para un sistema con residuos industriales poco refinados, en operación termofílica. Los tiempos registrados en los presentes experimentos para los RE 1.2 y 2.2. se comparan favorablemente, sobre todo si se tiene en cuenta que los reactores operaron en mesofilia, donde las cinéticas bioquímicas son sensiblemente más lentas. Más aún, sería de esperarse que los TMF de los reactores utilizados fueran más largos que los correspondientes a SEBAC, puesto que Poggi-Varaldo et al. (1997 b, c) reportaron que en arranques de digestores anaerobios en sustrato sólido con inóculos no anaerobios, los digestores termofílicos alcanzaban la metanogénesis franca significativamente más rápido que los digestores mesofílicos, hallandose que los reactores podían alcanzar la metanogénesis franca a 8-10 días de su inoculación usando inóculos no anaerobios de excreta vacuna, suelo cribado y lodos activados en partes iguales. Contra lo esperado, también encontraron que en régimen termofílico el TMF era significativamente menor que para el régimen mesofílico, para todos los inóculos utilizados. Sin embargo, utilizaron 98% p/p de inóculo para el arranque, comparado con tan solo 5% p/p en el presente RE con FORSU. Esta diferencia podría explicar los TMF más largos obtenidos en el sistema RE-RE respecto a DASS.

Desempeño en la fase de acoplamiento

El desempeño de los reactores acoplados, en términos de remoción, fue ligeramente superior para el RE 2.2, comparado con el RE 1.2, como se comentó anteriormente (Tabla II). El desempeño de RE 2.2 se presenta en la Figura 4, y el de RE 2.1 en la Figura 5. Como puede apreciarse en la Tabla III, Chugh et al. (1999) y Chynoweth et al. (1992) obtuvieron remociones de SV, en el RE acoplado, de 67,4 y 40%, respectivamente, valores inferiores a los hallados en el RE 1.2 y el RE 2.2 del presente trabajo, lo que podría ser debido a que los residuos utilizados por ellos fueron menos refinados que nuestra FORSU.

El sistema 1 RE-RE, registró una producción total de biogás de 462,8l; el metano total generado fue de 325,8l y el seudorrendimiento Y' de RE 1.2 fue de 0,109l CH₄/g-SVintroducidos, valor menor a los registrados en el SEBAC desarrollados por Chynoweth et al. (1992) y por (Chugh et al. 1999) con Y’ de 0,190 y 0,180l CH₄/g-SVintroducidos, respectivamente. Para el sistema 2 RANMAL-RE la producción de biogás total fue de 556,2l; metano total de 442,0l y Y’ del RE 2.2 de 0,115l CH₄/g-SVintroducidos, ligeramente inferior a un sistema similar denominado MUSTAC (Han et al., 2002) de 0,270l CH₄/g-SVintroducidos y al sistema denominado HASL (Hai-Lou et al., 2002) de 0,250l CH₄/g-SVintroducidos.

Conclusiones

- Ambos sistemas anaerobios acoplados son atractivos para la degradación de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos.

- El sistema RANMAL-RE en el primer arranque es mas rápido y remueve mayor porcentaje de sólidos volátiles que el sistema RE-RE.

- En los reactores iniciadores, el TMF fue 34 días en el RANMAL, mientras que en el RE fue 118 días, lo que equivale a un factor de 3,5 veces más rápido.

- El tiempo de metanogénesis franca en el RE 1.1 iniciador, de 118 días, estuvo en el lado bajo de la gama de TMF de sistemas similares reportados en la literatura (120-250 días). Los reactores empacados de FORSU fresco que se acoplan a los reactores metanogénicos, alcanzan su inicio de metanogénesis en tiempos mas cortos y con valores cercanos entre ellos, el RE 1.2 de 29 días y el RE 2.2 de 22 días.

- El desempeño obtenido en la remoción de sólidos volátiles y seudorrendimiento de metano fue relativamente mayor en el sistema 2 que en el sistema 1 (88,75% SV y 0,115l CH₄/g-SVintroducidos vs. 85,95% SV y 0,109l CH₄/g-SVintroducidos). Los porcentajes de remoción de SV tanto en el RE 1.2 como en el RE 2.2 fueron mayores al 80%, encontrándose en el lado superior de la gama de eficiencias registrada en la literatura para sistemas similares.

Agradecimientos

Los autores agradecen a Federico Stockton, Ernesto Arias, Virginia Collins y Vinicio Torres (CIMAV) por los análisis cromatográficos, a Rafael Hernández-Vera María Teresa-Sánchez (Depto. de Biotecnología y Bioingeniería, CINVESTAV-IPN) por el arranque de reactores y técnicas de ácidos orgánicos volátiles, y análisis proximal; y reconocen el apoyo financiero (beca y viajes de asesoría) del CIMAV, el préstamo de materiales y equipos por los Deptos. de Catálisis y Ciencia e Ingeniería Ambiental, CIMAV, y el laboratorio Pasteur (Layla Muñoz) de la Universidad Autónoma de Chihuahua. La empresa Stat/Ease donó la licencia del paquete Design/Expert que fue utilizado para el análisis de resultados.

Referencias

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