Optimización de la producción de biogás en un reactor tubular haciendo uso de nanopartículas de óxido de hierro

Abstract

El presente trabajo de investigación tiene como principal objetivo demostrar la optimización del proceso de digestión anaeróbica en un biorreactor piloto de lámina plástica fabricada a partir de policloruro de vinilo con 1m3 de capacidad, usando como sustrato excretas de cavia porcellus o cuy con nanopartículas de magnetita. Para ello, en primera instancia se sintetizaron las nanopartículas por el método de poliol logrando obtener un tamaño de 34.03nm. Seguidamente, se realizó el estudio a nivel laboratorio, la prueba de Actividad Metanogénica Específica (AME), con el fin de validar el porcentaje de biodegradabilidad del sustrato, este debe ser mayor a 60%; así mismo se observó cómo afecta las nanopartículas al adicionar a uno de los reactores en estudio. Los resultados obtenidos en porcentaje de biodegradabilidad fueron del 75.95% y se obtuvo 373.8ml de CH4 con las nanopartículas y 231ml de CH4 sin las nanopartículas, lo que se traduce en una eficiencia del 161.82% en la producción del CH4 al adicionar las nanopartículas. Finalmente, en el estudio a nivel piloto, se adicionó como primera aproximación 18ppm de nanopartículas, con lo cual hubo un incremento en el % de CH4 del 21.94%; luego se constató al agregar las nanopartículas de magnetita, un notable favorecimiento positivo en la cinética bioquímica de las bacterias debido a que en una menor cantidad de días, solo en 3 días, se llenó el gasómetro de 500L con una calidad de metano del 53.9% mayor a 44.2% de CH4 que se obtuvo sin las nanopartículas de magnetita, cuyo tiempo de llenado del gasómetro fue de 8 días en promedio; y para concluir el presente estudio se hizo una proyección del incremento del % de CH4 con la cantidad óptima de nanopartículas de magnetita (100ppm), dando como resultado un valor de 120.3%, lo cual resulta ser muy significativo .

The main objective of this research work is to demonstrate the optimization of the anaerobic digestion process in a pilot bioreactor of plastic sheet manufactured from polyvinyl chloride with a capacity of 1m3, using as substrate excreta of cavia porcellus or guinea pig with magnetite nanoparticles. To do this, in the first instance, the nanoparticles were synthesized by the polyol method, achieving a size of 34.03nm. Next, the study was carried out at the laboratory level, the Specific Methanogenic Activity (SMA) test, in order to validate the percentage of biodegradability of the substrate, this must be greater than 60%; it was also observed how it affects nanoparticles when added to one of the reactors under study. The results obtained in percentage of biodegradability were 75.95% and 373.8ml of CH4 was obtained with the nanoparticles and 231ml of CH4 without the nanoparticles, which translates into an efficiency of 161.82% in the production of CH4 when adding the nanoparticles. Finally, in the pilot study, 18ppm of nanoparticles was added as a first approximation, with which there was an increase in the % of CH4 of 21.94%; then it was found that when the magnetite nanoparticles were added, a notable positive favoring in the biochemical kinetics of the bacteria was found because in a smaller number of days, only in 3 days, the 500L gasometer was filled with a methane quality of 53.9% higher than 44.2% of CH4 that was obtained without the magnetite nanoparticles, whose gasometer filling time was 8 days on average; and to conclude the present study, a projection of the increase in the % of CH4 was made with the optimal amount of magnetite nanoparticles (100ppm), resulting in a value of 120.3%, which turns out to be very significant.