Anaerobic digestion of slaughterhouse waste. Impact of the LCFA inhibition

Resumo

Els residus carnis, o subproductes animals, són interessants per al procés de digestióanaeròbia i producció de biogàs, donat el seu elevat potencial energètic i l'actual marc legislatiu que prima la producció d'energia renovable. Tot i així, l'elevat contingut en lípids i proteïnes d'aquests residus pot limitar el seu tractament en introduir fenòmens d'inhibició, dels quals el més important és el produït pels àcids grassos de cadena llarga (AGCL), resultants de la hidròlisi dels lípids. L'objectiu de la present tesis és aprofundir en el coneixement d'aquest procés d'inhibició, en la capacitat d'adaptació dels microorganismes i en la recuperació o prevenció dels fenòmens d'inhibició. En una primera aproximació a la problemàtica, es caracteritzen residus orgànics d'escorxador, s'estudia la seva biodegradabilitat anaeròbia amb diferents relacions lípids/proteïnes i es realitzen assaigs discontinus seqüencials incrementant la concentració de substrat mitjançant pulsos consecutius. Es comprova que la hidròlisi i acidogènesi de proteïnes és molt ràpida i que la degradació dels lípids i AGCL limita la velocitat global del procés. Malgrat aquesta limitació, el sistema es recupera després dels pulsos aplicats, tot augmentant la taxa màxima de producció de metà. Per tal d'estudiar el fenòmen de recuperació, s'estudien i desenvolupen diferents estratègies en reactors sotmesos a processos d'inhibició per AGCL. L'increment dels ratis biomassa/AGCL o l'adició d'additius com la bentonita, per tal de reduir la biodisponibilitat o l'adsorció dels AGCL sobre la biomassa activa, es mostren com estratègies funcionals d'utilitat en l'operació de plantes industrials. Els resultats obtinguts reforcen la hipòtesi de que la inhibició és deguda a adsorció d'AGCL sobre la membrana cel·lular i que la recuperació es pot mesurar mitjançant un augment de l'activitat dels microorganismes. Per tal de dilucidar sobre la natura del augment de l'activitat en els processos de recuperació es caracteritza la inhibició-recuperació mitjançant tres tècniques: 1) estudi de les activitats dels microorganismes a diferents substrats 2) utilització de tècniques de biologia molecular per caracteritzar les poblacions, i 3) desenvolupant expressions cinètiques del procés d'inhibició, basades en l'adsorció, en el marc del model matemàtic ADM1 de la International Water Association. Mitjançant aquestes metodologies es comprova que els fenòmens d'inhibició i adaptació es poden explicar mitjançant un creixement poblacional específic i la inclusió dels fenòmens físic d'adsorció en el procés d'inhibició metabòlica. Finalment, s'avalua de forma més detallada el procés d'adsorció-inhibició mitjançant la determinació de les isotermes d'adsorció i monitoritzant mitjançant assaigs amb biomassa granular i tècniques de microscòpia de fluorescència. Aquesta caracterització ha permès obtenir estratègies de prevenció de la inhibició per AGCL, mitjançant competència amb adsorbents sintètics, i concloure que l'àcid palmític és el limitant en el procés de -oxidaciódels AGCL. Els resultats obtinguts constitueixen una base per al millor coneixement de les possibilitats de tractament anaerobi del residus carnis i dels processos d'inhibició per AGCL i adaptació de la biomassa. El procés físic d'adsorció ha estat directament relacionat amb el fenòmen d'inhibició metabòlica, obtenint-se una descripció matemàtica del mateix. Els resultats han permès plantejar estratègies operacionals, sent una eina a disposició d'operadors de plantes de biogàs per optimitzar la producció d'energia d'aquests residus >mitjançant la seva digestió anaeròbia.