Efecto de elementos traza en la digestión anaerobia del residuo de fresa

Abstract

La deficiencia de elementos traza en los microorganismos que realizan tratamientos biológicos de aguas residuales es más común de lo que se podría esperar. En el presente trabajo, se ha estudiado si existe una deficiencia de elementos traza en la digestión anaerobia de extrusionado de fresa residual en régimen discontinuo. Es importante comprender los requisitos específicos de elementos traza en los microorganismos anaerobios con el objetivo de añadir sólo los elementos traza que pudiesen ser necesarios para mejorar el rendimiento de degradación del sustrato y su conversión a metano, así como reducir los costes operativos de esta adición de elementos traza. El objetivo de este trabajo fue evaluar la adición de seis metales esenciales (Co, Ni, Fe, Cu, Mn y Zn) para mejorar el rendimiento de la producción de metano en la digestión anaerobia de extrusionado de fresa residual. La evaluación de la adición de los elementos traza sobre el rendimiento de producción de metano en la digestión anaerobia de extrusionado de fresa residual se ha realizado mediante un diseño estadístico de Plackett-Burman en base a la producción máxima de metano y a la velocidad máxima de producción de metano obtenidas experimentalmente en 9 condiciones de estudio definidas por el diseño estadístico. Para evaluar el potencial de recuperación de energía mediante digestión anaerobia, se ha realizado un ensayo de Potencial Bioquímico de Metano (PBM) para 9 condiciones de estudio, a las que se ha adicionado diferentes combinaciones de elementos traza. Este ensayo ha presentando una diferencia de 134 mL CH4/mg SV entre la condición con mayor y menor producción máxima experimental de metano y una diferencia de 18 mL CH4/mg SV d entre la condición con mayor y menor velocidad máxima de producción de metano en el rango de concentraciones de elementos traza estudiado. Los resultados de este ensayo han demostrado que la adición de Ni ha presentado un efecto significativamente positivo sobre la producción máxima de metano en la digestión anaerobia de extrusionado de fresa residual en el rango de concentraciones estudiado. Además, ningún metal estudiado ha presentado efectos significativamente negativos. En el caso del efecto de los elementos traza sobre la velocidad máxima de producción de metano, se ha observado que la adición de Zn presenta un efecto significativamente positivo. Por el contrario, la adición de Ni y Fe ha presentado un efecto significativamente negativo en la digestión anaerobia de extrusionado de fresa residual en el rango de concentraciones estudiado. Cabe destacar el caso del Ni, el cual ha presentado un efecto significativamente positivo sobre la producción máxima de metano y un efecto significativamente negativo sobre la velocidad máxima de producción de metano en la digestión anaerobia de extrusionado de fresa residual en el rango de concentraciones estudiado.

Trace elements deficiency in microorganisms involved in biological wastewater treatments is more common than might be expected. In the present work, it has been studied if there is a deficiency of trace elements in the anaerobic digestion of residual strawberry extrudate carried out in batch mode. It is important to understand the specific requirements of trace elements in anaerobic microorganisms with the aim of adding only the trace elements that may be necessary to improve the substrate removal efficiency and, therefore its conversion to methane, as well as reducing the operating costs of the addition of trace elements. The aim of this work was to evaluate the addition of six metals (Co, Ni, Fe, Cu, Mn and Zn) to increase the methane production yield in the anaerobic digestion of residual strawberry extrudate. The evaluation of the addition of the trace elements on the methane yield in the anaerobic digestion of residual strawberry extrudate was carried out through a statistical design of Plackett-Burman based on the maximum methane production and the maximum methane production rate obtained experimentally in 9 tested conditions defined by statistical design. To evaluate the energy recovery potential by anaerobic digestion, Biochemical Methane Potential (BMP) test was carried out for 9 assayed conditions, for which different combinations of trace elements have been added. This test has presented a difference of 134 mL CH4/mg VS between the condition with the highest and the lowest experimental maximum methane production and a difference of 18 mL CH4/mg SV d between the condition with the highest and the lowest maximum methane production rate within the range of trace element concentrations studied. The results of these tests have demonstrated that the addition of Ni has a significantly positive effect on the maximum methane production in the batch anaerobic digestion of residual strawberry extrudate whitin the concentration range studied. In addition, no metal studied has significantly negative effects. In the case of the effect of trace elements on the maximum methane production rate, it has been observed that the addition of Zn has a significantly positive effect. By contrast, the addition of Ni and Fe presents a significantly negative effect on anaerobic digestion of residual strawberry extrudate whitin the concentration range studied. It should be noted the case of Ni, which has a significantly positive effect on the maximum methane production and a significantly negative effect on the maximum methane production rate in the anaerobic digestion of residual strawberry extrudate within the concentration range studied.