Investigación sobre fermentaciones metánicas de desechos estacionales

En el campo agrícola se producen una serie de desechos orgánicos, que por un lado representan serios problemas de contaminación ambiental y por otro el desperdicio de valores energéticos importantes. Es decir una acción contraria a la sostenibilidad que debe buscarse en este siglo XXI. Entre estos productos agrícolas pueden citarse la pulpa de café, residuos herbáceos, bagazo de caña y la fracción insoluble de estiércol de ganado porcino conocida como cerdaza. Un problema añadido para dar solución adecuada es la disponibilidad de estos solo en cortas épocas del año. Todo lo anterior ha sido el origen de la presente investigación, para dar solución adecuada tanto en el aprovechamiento de biogás como en la reducción de la contaminación. La investigación descrita en este documento contempla el desarrollo de los siguientes aspectos: 1) Caracterización y problemática de cada uno de los productos señalados, 2) la solución al problema mediante el proceso de digestión anaerobia con fases separadas con el aprovechamiento del biogás generados y 3) recomendaciones para el arranque del proceso de digestión anaerobia y su mantenimiento en una alternancia de los productos citados. En la primera etapa de la fase experimental se estimó el rendimiento específico de metano para los diferentes sustratos, utilizando reactores batch configurados en una y dos fases concluyendo que la digestión anaerobia en dos fases presenta diferentes ventajas sobre la digestión monoetapa. En general se obtuvo un mayor rendimiento en la producción de metano, una reducción en los tiempos de retención, mayor eficiencia en la eliminación de los sólidos volátiles agregados, y una mayor estabilidad en el proceso reflejado en el mantenimiento de valores de pH en los rangos de operación recomendados. Seguidamente, al comparar dos procesos para la puesta en marcha de digestores metanogénicos operados en forma continua, se concluye que las variables determinantes en la estabilidad del sistema son la alcalinidad total presente en el digestor, el establecimiento de la población de microorganismos y la carga orgánica aplicada. Las dos primeras están determinadas por la calidad y proporción del inóculo suministrado al inicio del proceso. La alternación de sustratos suministrados al sistema de digestión en dos fases, permitió determinar el impacto sobre el desempeño del mismo, registrando una reducción en la producción de biogás, la riqueza de metano y la eficiencia de eliminación de sólidos volátiles durante los primeros días de operación luego del cambio de sustrato. Este periodo corresponde al proceso de aclimatación de los microorganismos el cual requirió de 20 días para asimilar los componentes del nuevo sustrato. Finalmente, entre los sustratos analizados, la menor carga orgánica de operación para mantener la operación del sistema en continuo corresponde a la pulpa de café con 0.1 kg SV/m3. La composición de este sustrato favorece la rápida acumulación de acidez volátil en el sistema, proporcionando una tendencia a la acidificación. Sin embargo, al controlar las cargas orgánicas volumétricas, el sistema permaneció operando sin necesidad de adición de alcalinizantes. La aplicación de los resultados de la presente investigación a la problemática de residuos de café es alentadora, comprobando que el sistema puede ser operado en continuo alternando residuos boreales y pulpa de café, ambos sustratos disponibles en las plantas de procesamiento de la cereza de café. ABSTRACT In the agricultural field there are series of organic wastes, which in one hand are the source of serious problems of environmental pollution and in the other, they represent a residue that could be used as a feedstock with significant energy values. These actions are contrary to efforts towards sustainability, which should be a priority in this century. Among agricultural residues with significant abundance, the coffee pulp, herbaceous waste, sugarcane bagasse and the insoluble fraction of pig manure can be mentioned. An added problem to the development of appropriate treatment systems, which provides a solution to the disposal of such wastes, is the limited availability of these feedstocks only in short seasons. These arguments have been the source of our research, in order to provide properly measures to biogas usage and pollution reduction. The research presented in this document includes the approaches to the following aspects. 1) Characterization and problems regarding the selected feedstocks 2) the solution to the problem by anaerobic digestion process with separate phases and 3) recommendations for starting the process of anaerobic digestion and its maintenance with alternation of the products listed For the first stage of the experimental phase, the specific methane yield of the selected feedstocks was estimated using batch reactors configured in one and two phases. It was concluded that two-phase anaerobic digestion offered distinct advantages over the single-stage digestion. In general a higher methane production yields, lower retention times, higher efficiency in volatile solids removal, and increased stability among the process were obtained. When comparing two processes for starting up methanogenic digesters, it is concluded that the variables that determine the stability of the system are the total alkalinity in the digester, the establishment of the population of microorganisms and the organic load. The first variables are influenced by the proportion and quality of the inoculum supplied at the beginning of the process. The alternation of substrates gave as a result a negative impact on system performance, recording a reduction on biogas production, the methane concentration and the efficiency of volatile solids removal. The situation was observed during the first days of operation after the change of feeding. This period corresponds to the process of acclimatization of the microorganisms which required 20 days to assimilate new substrate components. Finally, among substrates studied, the lowest organic load applied to maintain a continuous operation of the system, corresponds to the coffee pulp with 0.1 kg VS / m3. The composition of this substrate promotes a rapid accumulation of volatile acidity within the system, providing a tendency to acidification. However, by controlling organic loads, the operating system remained stable without addition of alkalizing components. The application of the results of this research to the problem of coffee waste is promising, proving that an anaerobic system can be operated continuously by alternating boreal waste and coffee pulp, both substrates available in coffee processing plants.

Tratamiento de vinazas provenientes de etanol en un reactor de lecho fluidizado inverso

En el estado de Veracruz, al sur de México, se ubican empresas dedicadas a la obtención de etanol a partir de melaza de azúcar de caña. Las más pequeñas, tienen una producción promedio de 20,000 L de alcohol/día. Los efluentes de la producción de etanol incluyen agua de enfriamiento de condensadores, agua del lavado de tanques de fermentación y vinazas, estas últimas son los efluentes más contaminantes en las destilerías, por su concentración de material orgánico biodegradable y no biodegradable. Las vinazas se generan en grandes volúmenes, produciéndose de 12 a 15 litros de vinazas por cada litro de alcohol destilado. Estos efluentes se caracterizan por tener altas temperaturas, pH ácido y una elevada concentración de DQO así como de sólidos totales. La determinación de la biodegradabilidad anaerobia de un agua residual, permite estimar la fracción de DQO que puede ser transformada potencialmente en metano y la DQO recalcitrante que queda en el efluente. Para el desarrollo de una prueba de biodegradabilidad, es importante considerar diversos factores relacionados con la composición del agua a tratar, composición de los lodos y las condiciones bajo las cuales se lleva a cabo la prueba. La digestión anaerobia de aguas residuales industriales es comúnmente usada en todo el mundo, ofrece significativas ventajas para el tratamiento de efluentes altamente cargados. Los sistemas anaerobios de tratamiento de aguas residuales industriales incluyen tecnologías con biopelículas, estos sistemas de tratamiento anaerobio con biopelícula son una tecnología bien establecida para el tratamiento de efluentes industriales. El Reactor de Lecho Fluidizado Inverso Anaerobio (LFI) ha sido diseñado para el tratamiento de aguas residuales de alta carga, teniendo como ventajas el empleo de un soporte que proporciona una gran superficie y un bajo requerimiento de energía para la fluidización del lecho. En el presente trabajo, se lleva a cabo el análisis de un proceso de producción de etanol, identificando a los efluentes que se generan en el mismo. Se encuentra que el efluente final está compuesto principalmente por las vinazas provenientes del proceso de destilación. En la caracterización de las vinazas provenientes del proceso de producción de etanol a partir de melaza de azúcar de caña, se encontraron valores promedio de DQO de 193.35 gDQO/L, para los sólidos totales 109.78 gST/L y pH de 4.64. Así mismo, en esta investigación se llevó a cabo una prueba de biodegradabilidad anaerobia, aplicada a la vinaza proveniente de la producción de etanol. En la caracterización de los lodos empleados en el ensayo se obtiene una Actividad Metanogénica Especifica de 0.14 g DQO/gSSV.d. El porcentaje de remoción de DQO de la vinaza fue de 62.7%, obteniéndose una k igual a 0.031 h-1 y una taza de consumo de sustrato de 1.26 gDQO/d. El rendimiento de metano fue de 0.19 LCH4/g DQOremovida y el porcentaje de biodegradabilidad de 54.1%. El presente trabajo también evalúa el desempeño de un LFI, empleando Extendospher® como soporte y tratando efluentes provenientes de la producción de etanol. El reactor se arrancó en batch y posteriormente se operó en continuo a diferentes Cargas Orgánicas Volumétricas de 0.5, 1.0, 3.3, 6.8 y 10.4 g DQO/L.d. Además, se evaluaron diferentes Tiempos de Residencia Hidráulica de 10, 5 y 1 días. El sistema alcanzó las siguientes eficiencias promedio de remoción de DQO: 81% para la operación en batch; 58, 67, 59 y 50 % para las cargas de 0.5, 1.0, 3.3, 6.8 g DQO/L.d respectivamente. Para la carga de 10.4 g DQO/L.d, la eficiencia promedio de remoción de DQO fue 38%, en esta condición el reactor presentó inestabilidad y disminución del rendimiento de metano. La generación de metano inició hasta los 110 días de operación del reactor a una carga de 1.0 g DQO/L.d. El sistema alcanzó un rendimiento de metano desde 0.15 hasta 0.34 LCH4/g DQO. Durante la operación del reactor a una carga constante de 6.4 g DQO/L.d, y un TRH de 1 día, se alcanzó una eficiencia promedio de remoción de DQO de 52%. In the state of Veracruz, to the south of Mexico, there are located companies dedicated to the production of ethanol from molasses of cane sugar. The smallest, have a average production of 20,000 L ethanol/day. The effluent of production of ethanol include water of condensers, water originated from the cleanliness of tanks of fermentation and vinasses, the above mentioned are more effluent pollutants in the distilleries, for the poor organic matter degradability. The vinasses are generated in high volumes, producing from 12 to 15 L of vinasses per every liter of distilled ethanol. These effluent are characterized by its high temperature, pH acid and a high concentration of DQO as well as high concentration of TS. The determination of the anaerobic degradability of a waste water, it allows to estimate the fraction of DQO that can be transformed potentially into methane and the recalcitrant DQO that stays in the effluent. For the development of degradability test, it is important to consider factors related to the composition of the water to be treated, composition of the sludge and the conditions under which the test is carried out. The anaerobic digestion of industrial wastes water is used commonly in the whole world, it offers significant advantages for the treatment of effluent highly loaded. The anaerobic treatment of industrial wastes water include technologies with biofilms, this anaerobic treatment whit biofilms systems, is a well-established technology for treatment of industrial effluents. The Anaerobic Inverse Fluidized Bed Reactor (IFBR) has been developed to provide biological treatment of high strength organic wastewater for their large specific surface and their low energy requirements for fluidization. In this work, there is carried out the analysis of a process of production of ethanol, identifying the effluent ones that are generated in the process. One determined that the effluent end is composed principally by the vinasses originated from the process of distillation. In the characterization of the vinasses originated from the process of production of ethanol from cane sugar molasses, there were average values of DQO of 193.35 gDQO/L, average values of solid of 109.78 gST/L and pH of 4.64. In this investigation there was carried out a anaerobic degradability test of the vinasses generated in the production of ethanol. In the characterization of the sludge used in the essay, the specific methanogenic activity (SMA) was 0.14 gDQO/gSSV.d. The average removal of DQO of the vinasses was 62.7 %, k equal to 0.031 h-1 was obtained one and a rate of removal substrate of 1.26 gDQO/d. The methane yield was 0.19 LCH4/gDQO removed and the anaerobic biodegradability was a 54.1 %. This study describes the performance of IFBR with Extendospher®, for the treatment of vinasses. The start-up was made in batch, increasing gradually the Organic Load Rate (OLR): 0.5, 1.0, 3.3, 6.8 and 10.4 g COD/L.d. Different Hydraulic Retention Times (HRT) were evaluated: 10, 5 and 1 days. During the operation in batch, the COD removal obtained was of 81 %, and for OLR of 0.5, 1.0, 3.3, 6.8 g COD/L.d the removal obtained was 58, 67, 59 and 50 % respectively. For a maximum OLR of 10.4 g COD/L.d, the COD removal was 38 %, and the system presented instability and decrease of the yield methane. The methane production initiated after 110 days of the start-up of the IFBR, to organic load rate of 1.0 g COD/L.d. The system reached values in the methane yield from 0.15 up to 0.34 LCH4/g CODremoved, for the different organic load rates. During the operation to a constant OLR of 6.4 g COD/L.d, and a HRT of 1 day, the Anaerobic Inverse Fluidized Bed Reactor reached a maximum efficiency of removal of 52 %.

Escaparates de la modernidad : la tienda como laboratorio de arquitectura

El proyecto de una tienda concentra un poco de todo aquello que interesa al arquitecto: conforma una suerte de encrucijada en la que se dan cita, junto a cuestiones disciplinares que la hacen muy atractiva y ponen a prueba su habilidad como proyectista, la necesidad de aunar recursos compositivos procedentes de otros terrenos periféricos a la arquitectura para dar una respuesta adecuada a los requerimientos específicos de imagen y persuasión que la actividad comercial comporta. Las difíciles condiciones de partida, habitualmente configuraciones espaciales no excesivamente favorables, donde las preexistencias y los contornos coartan y encierran un espacio al que hay que dotar de un nuevo orden; el tamaño reducido y las posibilidades de control total de la obra que de éste se derivan; el corto plazo de tiempo y la rapidez de respuesta que la estrategia comercial impone; su posición estratégica, en relación directa con la calle, y la mayor evidencia que, por tanto, se le asigna a la fachada y al escaparate como ‘primeros anuncios’ de la actividad; la integración y el comentario recíproco entre arquitectura y objeto que tiene lugar en su seno…, son algunas de las razones que explican este interés y justifican que la tienda −ese espacio acotado tan apto para el invento y la innovación−, constituya un banco de pruebas donde poder ensayar nuevos conceptos de la arquitectura al reunir espacial y temporalmente los condicionantes ideales requeridos para la experimentación y la comprobación de hallazgos. Aunque escasas, existen en la arquitectura contemporánea tiendas que han logrado ocupar por méritos propios un lugar destacado dentro de la obra de sus autores. Entre las merecedoras de ese reconocimiento habría que citar la ‘mítica’ sastrería Kniže proyectada por Adolf Loos a comienzos del siglo XX en Viena, el Negozio Vitrum que Giuseppe Terragni diseñara en Como en los años treinta, o la sucursal londinense de las líneas aéreas de Iraq construida en los sesenta por Alison y Peter Smithson. La elección, lejos de ser gratuita, obedece a razones fundadas. Dentro de las circunstancias temporales en las que se gestaron −las tres fueron proyectadas y construidas a lo largo del pasado siglo en un arco que abarca algo más de cincuenta años (1907-1961)−, los ejemplos seleccionados aúnan toda una serie de ‘coincidencias’ entre las que no resulta difícil establecer ciertos paralelismos: las tres marcan la talla de unos creadores que fueron capaces de dedicar la misma intensidad creativa a estos temas ‘menores’, corroborando que el carácter de la arquitectura también puede hacerse grande en lo pequeño; las tres, debido al momento de madurez en el que se abordó su diseño, reflejan su condición de laboratorio experimental al servicio de los intereses proyectuales que en ese momento ocupaban la mente de los arquitectos; las tres corroboran hipótesis ya apuntadas en arquitecturas anteriores, prueban líneas de trabajo no materializadas por falta de oportunidad y testan de manera menos comprometida soluciones que luego se trasladarán a obras con mayor vocación de permanencia; obras −y esto es algo especialmente sorprendente− con las que mantuvieron una estrecha relación en el espacio y en el tiempo, convirtiéndose incluso en plataformas de experimentación paralelas: baste en este sentido con apuntar la cercanía física −a ‘metros’ de distancia− y temporal −realizadas en los mismos años− entre la sastrería Kniže (1907- 1913;1928) y la Casa en la Michaelerplatz (1910-11); la tienda Vitrum (1930) y la Casa del Fascio (1929; 1932-36) o las oficinas de venta de las Iraqi Airways (1960-61) y la sede del The Economist (1959-64). Esta potencialidad que la tienda encierra para erigirse en laboratorio de experimentación y ensayo de la arquitectura, constituye la clave de la investigación que la tesis propone. ABSTRACT A little of everything that interests the architect is concentrated in the designing of a shop: it forms a kind of crossroads bringing together, apart from certain disciplinary questions rendering it particularly attractive and testing one’s ability as a designer, the need to coordinate compositional resources from fields peripheral to architecture in order to devise an adequate response to the specific requirements of image and persuasion that are part and parcel of business activity. The difficult start-up conditions, the generally not overly favourable spatial configurations ‒where the pre-existing conditions and shape of the site encroach on and enclose a space which has to be given a new order‒, the reduced size and possibilities afforded in terms of controlling the work, the short time frame and the rapid response imposed by the business tactics and its strategic position and direct frontal relationship with the street, make the shopfront and the display window are the ‘first advertisements” of the activity, or the integration and the reciprocal commentary between architecture and what takes place within: these are but some of the reasons explaining this interest and justifying the claim that the shop –a dimensional space so well suited to invention and innovation− constitutes a test-bed for trying out new concepts of architecture, combining in space and time the ideal conditions for experiment and the examination of its findings. Albeit not numerous, there are shops in contemporary architecture which have managed on their own merit to obtain a special place among the works of their authors. Among those earning such recognition, one should mention the ‘mythical’ Kniže tailoring establishment designed by Adolf Loos at the beginning of the 20th century in Vienna, the Negozio Vitrum designed by Giuseppe Terragni in Como in the thirties, or the London offices of Iraqi Airways built in the sixties by Alison and Peter Smithson. This selection, far from gratuitous, is based on well-founded reasons. Within the circumstances of the time-frame in which they were developed −the three were designed and built during the 20th century in a period that spans just over fifty years (1907-1961)− the chosen examples bring together a whole series of ‘coincidences’ where it is not difficult to draw certain parallels: the three bear witness to the stature of creators who were capable of devoting the same creative intensity to these ‘minor’ themes, thus corroborating the fact that the nature of the architecture can also be great in less important works; the three, thanks to the moment of maturity in which their design was carried out, reflect their condition as an experimental laboratory at the service of the particular designing interests which at the time occupied the minds of these architects; the three confirm hypotheses already displayed in previous architectures, they test lines of work which had not materialised through lack of opportunity, and in a less comprised manner check solutions that were later transferred to works with a greater vocation for permanence; works −and this is something especially surprising – with which they maintained a close relationship in time and space, even becoming parallel experimental platforms: in this sense, we need only to mention the physical proximity –just metres away− and proximity in time –built within the same years− between the Kniže shop (1907-1913; 1928) and the House of Michaelerplatz (1910-11); the Vitrum shop (1930) and the Casa del Fascio (1929;1932-36); and the Iraqi Airways sales offices (1960-61) and the headquarters of The Economist (1959-64). The potential of the shop to set itself up as an experimental laboratory and architectural rehearsal constitutes the main focus of the research put forward by this thesis.