Tratamiento integral de los residuos sólidos generados en el proceso de extracción de la harina de girasol mediante la combinación de distintos pretratamientos y procesos de digestión anaerobia

Abstract

En el proceso de extracción de aceite de la harina de girasol se generan residuos sólidos caracterizados por su elevado contenido en proteína y en compuestos lignocelulosicos. Su elevada producción en España (4-5 millones de toneladas/año) genera un importante problema medioambiental. En el tratamiento anaerobio de estos residuos se obtienen bajos coeficientes de rendimiento en metano y porcentajes de degradación de materia orgánica, observándose un claro efecto inhibitorio y una alta inestabilidad cuando se opera con velocidades de carga orgánica (VCO) mayores o iguales a 3 g SV/L•día. La baja velocidad de hidrólisis de la celulosa debido a su estructura cristalina, la asociación de la celulosa y hemicelulosa con la lignina y la baja actividad de las celulasas presentes en los digestores anaerobios son los principales factores que influyen en la lenta degradación anaerobia de estos residuos. Estudios previos han demostrado que la hidrólisis de la fracción lignocelulósica es claramente la etapa limitante de la velocidad del proceso de digestión anaerobia de este tipo de sustrato. Estos factores determinan la necesidad de utilizar elevados tiempos de retención hidráulicos (25-30 días) y son los responsables de la baja producción de biogás y pequeños coeficientes de rendimiento en metano observados en la digestión anaerobia de éste y de otros residuos agro-industriales. Estudios recientes han puesto de manifiesto que distintos tipos de pretratamientos de tipo térmico, químico, termoquímico, mecánico o con ultrasonidos incrementan la biodegradabilidad anaerobia, el porcentaje de sólidos orgánicos eliminados y en definitiva la producción de biogás y metano en el proceso de digestión anaerobia de algunos residuos agro-industriales, todos ellos caracterizados por su elevado contenido en compuestos lignocelulósicos. El pretratamiento de estos residuos con estructura compleja debida al entramado lignocelulósico, podría permitir hacer viable y optimizar el proceso de digestión anaerobia de los mismos, mediante la utilización de procesos que transforman la materia orgánica contenida en el residuo en biogás. Entre los pretratamientos que han sido ensayados en esta tesis, globalmente se puede resumir que al aplicar el pretratamiento hidrotermal en las condiciones que se establecieron, temperaturas superiores a 100ºC determinaron una disminución en el rendimiento en metano con respecto al máximo valor alcanzado, el de 100ºC de temperatura. Cuando se aplicaron los pretratamientos químicos y termoquímicos, se encontró una variación en la composición después de aplicar el pretratamiento pero no se consiguió un incremento en la producción de biogás respecto al sustrato sin pretratar. En el caso del pretratamiento con ultrasonido, se aplicaron diferentes ensayos según la Energía Específica aplicada y resultó ser el pretratamiento con el que se consiguió incrementar en un mayor grado el coeficiente de rendimiento en metano del sustrato. Una vez encontrado el pretratamiento más eficaz para la transformación en biogás del sustrato objeto de estudio en los ensayos en batch preliminares, se procedió a realizar el estudio en régimen semicontinuo con SuOC ultrasonicado. En estos ensayos se compararon los resultados obtenidos para dos inóculos diferentes probando velocidades de carga orgánica y tiempos de retención hidráulicos para obtener así las mejores condiciones operacionales y optimizar el rendimiento en metano acumulado del residuo de harina de girasol desengrasada.