Valorización de residuos agroalimentarios y ganaderos mediante digestión anaerobia. Codigestión de residuos del tratamiento de aceites vegetales usados con purín porcino

Resumen

La codigestión anaerobia de los residuos agroalimentarios y ganaderos tiene el potencial de conseguir una reducción eficiente de la contaminación al mismo tiempo que la ventaja de producir energía y proveer beneficios medioambientales y socio-económicos. Por otro lado, es bien conocido el hecho de que la digestión anaerobia de residuos ricos en aceites y grasas, como ocurre con muchos de los residuos agroalimentarios, no siempre es sencilla, dado que los microorganismos anaerobios son muy sensibles a la materia rica en lípidos a la vez que a los compuestos intermedios del proceso de degradación de los residuos grasos. Además, los lípidos ocasionan problemas operacionales en los digestores anaerobios debido a que producen obstrucción de las tuberías, originan problemas de transferencia de materia de los sustratos solubles y, puesto que quedan adheridos a la superficie de la biomasa bacteriana, provocan el lavado de la biomasa activa al facilitar la flotación de la misma. Sin embargo, los lípidos son sustratos muy atractivos para la codigestión anaerobia debido al mayor rendimiento obtenido en este proceso cuando se comparan con proteínas y carbohidratos, lo que hace a los residuos ricos en lípidos una fuente potencial de energía renovable. La práctica de añadir lípidos a un digestor para aumentar su producción de metano es, pues, un enfoque prometedor que debe ser explorado. Por otra parte, los sistemas de digestión anaerobia en dos fases permiten la selección y enriquecimiento de diferentes tipos de microbiota en cada reactor. En la primera fase, los contaminantes complejos como las proteínas o carbohidratos, son degradados por las bacterias acidogénicas a ácidos grasos volátiles (AGV), los cuales son subsecuentemente convertidos a metano y dióxido de carbono por las bacterias acetogénicas y metanogénicas en la segunda fase. Esta configuración permite incrementar la estabilidad de los procesos mediante el control de la fase de acidificación con objeto de prevenir sobrecargas y la producción de compuestos tóxicos para las bacterias metanogénicas. La primera etapa puede actuar como un buffer metabólico evitando golpes de pH a la producción metanogénica. Los microorganismos acidogénicos y metanogénicos difieren, no solo en términos de sus requerimientos nutricionales y de pH, sino también con respecto a su fisiología, cinéticas de crecimiento y consumo de nutrientes y en su particular capacidad de soportar cambios medioambientales. Consecuentemente, las condiciones que son favorables para el crecimiento de las bacterias formadoras de ácidos (cortos tiempos hidráulicos de residencia (THR) y bajo pH) pueden ser inhibidoras de las bacterias formadoras de metano. Una ventaja añadida del digestor en dos fases es que sus condiciones operacionales pueden ser selectivamente determinadas en orden a maximizar el crecimiento, no solo de los microorganismos precursores de ácidos, sino también el de los precursores de metano. Teniendo en cuenta las ventajas potenciales de la digestión anaerobia en dos fases, y continuando con la investigación en mejorar la codigestión anaerobia de diferentes residuos, en esta Tesis se ha abordado el desarrollo de un sistema anaerobio de codigestión en dos fases para el tratamiento, dentro de los residuos ganaderos, de purín porcino (PM), y dentro de los residuos agroalimentarios con alto contenido en lípidos, de los residuos generados en el proceso de pretratamiento de aceites vegetales usados para la producción de biodiesel (OW). Por lo tanto se estudia el tratamiento de purines y residuos ricos en lípidos y se proponen soluciones a los problemas que supone su gestión. Finalmente se realiza un estudio del cierre del ciclo de aprovechamiento de nutrientes presentes en los residuos mediante valorización del digestato producido en el proceso de codigestión anaerobia. Para ello se realiza un breve repaso de la legislación que afecta al digestato, tanto a nivel europeo como español, así como también se realiza un breve análisis de las diferentes tecnologías de precipitación del fertilizante estruvita que permiten recuperar de forma simultánea fósforo y amonio de la corriente residual.