Acidogenic fermentation of wastewater
Els àcids carboxílics de cadena curta (SCCAs, de l'anglès short chain carboxylic acids) són un tipus d'àcids grassos considerats productes químics elementals. La seva síntesi biològica a partir de residus o aigües residuals usant cultius microbians mixts seria una alternativa més respectuo...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:293037 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/293037 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Fermentació acidogènica Acidogenic fermentation Fermentación acidogénica Àcids carboxílics Carboxylic acids Ácidos carboxílicos Aigües residuals Wastewater Aguas residuales Ciències Experimentals Tecnologies |
| Sumario: | Els àcids carboxílics de cadena curta (SCCAs, de l'anglès short chain carboxylic acids) són un tipus d'àcids grassos considerats productes químics elementals. La seva síntesi biològica a partir de residus o aigües residuals usant cultius microbians mixts seria una alternativa més respectuosa amb el medi ambient que el procés de síntesi química actualment implementat a nivell industrial. Es poden produir a partir de matèria orgànica en un procés anaerobi conegut com a fermentació acidogènica. Tot i això, aquest procés requereix més investigació abans de poder ser escalat atès que no hi ha prou coneixement sobre el control del rendiment de producció de SCCA i de la composició de SCCA resultant. Aquesta tesi comença amb una revisió bibliogràfica (Capítol 1) enfocada a l'impacte dels paràmetres operacionals en el rendiment de producció de SCCAs i la composició de SCCAs obtinguda, depenent de la composició orgànica del substrat. El pH, la temperatura i la velocitat de càrrega orgànica volumètrica (OLRv, de l'anglès volumetric organic loading rate) que condueixen a rendiments alts de producció de SCCAs van ser determinats depenent de la composició orgànica del substrat. Es va fer la hipòtesis de que els diferents paràmetres operacionals analitzats podrien tenir un efecte conjunt en la composició de SCCA obtinguda. La velocitat de càrrega orgànica específica (OLRs, de l'anglès 'specific organic loading rate') es va proposar com un paràmetre per quantificar la ràtio entre la quantitat de substrat alimentat per quantitat de biomassa al reactor. Es van establir paràmetres d'efectivitat estàndard (bioconversió, grau d'acidificació, demanda química d'oxigen (DQO) acidificada, rendiment de producció d'àcids carboxílics (CAs, de l'anglès carboxylic acids) i ràtio senar-parell) per comparar fàcilment diferents estudis. Conseqüentment, la part experimental d'aquesta tesi explora l'efecte de l'OLRv, l'OLRs i la composició orgànica del substrat en els paràmetres d'efectivitat del procés, la composició de l'efluent i la composició de la biomassa. Inicialment, es van realitzar experiments en un reactor biològic seqüencial (SBR, de l'anglès 'sequencing batch reactor') usant aigua residual simulada contenint únicament sucre de grau alimentari (Capítol 4) i únicament proteïna aïllada de sèrum làctic (Capítol 5) com a carbohidrat i proteïna models, respectivament. L'OLRv i l'OLRs van ser modificades separadament. Amb sucre de grau alimentari, en incrementar l'OLRv de 6.0 a 11.0-15.8 g DQO/(L d), l'efluent va canviar d'estar compost fonamentalment per àcids butíric i acètic a estar compost per àcid acètic i etanol. Conseqüentment, el grau d'acidificació, la DQO acidificada i el rendiment de producció de CA van disminuir. L'increment de les OLRs de 2.3 a 3.8 g DQO/(g SSV d) va produir un augment de l'àcid caproic. No obstant això, amb proteïna aïllada de sèrum làctic, modificar l'OLRv entre 6.5-18.5 g DQO/(L d) i l'OLRs entre 1.9-3.3 g DQO/(g SSV d) no va afectar significativament els paràmetres d'efectivitat del procés. L'efluent estava compost pels àcids acètic, isovalèric, propiònic, butíric, isocaproic i isobutíric sota qualsevol condició aplicada. En augmentar l'OLRv de 6.5-12.5 a 18.5 g DQO/(L d), l'àcid isocaproic va augmentar significativament. Al Capítol 6, es van realitzar experiments en un SBR usant aigua residual simulada composta per sucre de grau alimentari i proteïna aïllada de sèrum làctic en diferents ràtios sota OLRv i OLRs constants. Els afluents contenint carbohidrats i proteïnes van portar a rendiments de producció de CA superiors als obtinguts amb afluents contenint únicament carbohidrats o proteïnes. A més concentració de proteïna a l'afluent, major nombre de compostos i major proporció de CAs ramificats a l'efluent. A més, es van trobar correlacions lineals: els àcids isobutíric i isovalèric eren directament proporcionals i l'àcid butíric era inversament proporcional a la proporció de proteïnes (%DQO) al substrat. |
|---|