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Medición en laboratorio de la eficacia de los productos NEUSOL Byo2 Y NEUSOL AD mediante el sistema AMPTS

28/01/2014

Medición en laboratorio de la eficacia de los productos NEUSOL Byo2 Y NEUSOL AD mediante el sistema AMPTS


Resumen
 
La eficacia de los aditivos enzimático y bacteriano (marca comercial Neusol Byo2 y Neusol AD) para potenciar la producción de biometano en procesos de digestión anaeróbica fue medida mediante el sistema AMPTS (Anaerobic Methane Potential Test System) utilizando, a modo de simulación de condiciones de funcionamiento extremas,  un inóculo anaeróbico exhausto.
 
Siete reactores de control de 500 ml cada uno fueron alimentados con una mezcla de almidón y gelatina de pescado como substrato de referencia, con BMP (biomethane potential, potencial biometanígeno) conocido.
 
Otros siete reactores de 500 ml fueron alimentados con la misma mezcla a la cual se añadieron los dos productos en la proporción recomendada por el fabricante (50 ppm). Los reactores de control rindieron 97% del  BMP teórico del substrato de referencia en 217 hs. (9 días), mientras que los reactores con los aditivos alcanzaron el BMP teórico en apenas 124 hs (5,1 días).
 
El rendimiento medio en metano de los siete reactores con los  aditivos fue 67% mayor que el de los reactores de control, lo cual indica que los aditivos convirtieron en metabolizable parte de la materia orgánica que ya se encontraba presente  en el inóculo exhausto, y que las bacterias hasta ese momento no lograban degradar.
 
 
Materiales y métodos
 
El experimento fue realizado en el laboratorio de la empresa Sustainable Technologies en el Polo Tecnológico de Pordenone (Italia). El instrumento utilizado fue un AMPTS (Automatic Methane Potential Test System) de segunda generación, producido en Suecia por Bioprocess Control AB. El instrumento mide el flujo neto de biometano mediante un método volumétrico. El mismo posee una sensibilidad de 10 ml, y el margen de error para flujos menores de 0,24 l/día , tal como especificado en el protocolo de calibración del fabricante es -0.8%. El instrumento posee una conexión para internet, lo cual permite monitorear en tiempo real el experimento incluso desde fuera del laboratorio. 
 
El substrato de referencia utilizado fue una mezcla de almidón y proteína, preparada en el modo descrito a continuación.
 
El aditivo Neusol Byo2 es un estimulante del metabolismo microbiano compuesto por una mezcla de ácidos húmico, fúlvico y úlmico. El aditivo Neusol AD es una mezcla de bacterias facultativas, enzimas y micronutrientes que favorece la hidrólisis de la materia orgánica, haciéndola accesible para las bacterias metanogénicas. Ambas muestras fueron provistas  por el distribuidor Gualba SL.
 
 
Preparación del Experimento
 
a) Inóculo: estiércol de vaca incubado durante 30 días, en el cual se apreciaba que  las bacterias habían consumido todo el substrato mediante la observación de las curvas de degradación obtenidas con el AMPTS. Se eligió este inóculo para simular un digestor que hubiese sufrido un colapso biológico.     
 
b) 6 reactores de control, a los cuales se añadió una mezcla de almidón y proteína de pescado.
 
c) 6 reactores a los cuales se añadió la misma mezcla, más los productos en la proporción recomendada por el fabricante (50 ppm del  volumen del reactor).
 
d) El rendimiento teórico del  substrato de referencia es conocido de la literatura científica, por lo tanto la idea del experimento es verificar si añadiendo los biocatalizadores  el volumen final de metano producido (BMP) es distinto que el de los reactores de control, y si los biocatalizadores influyen de algún modo en la cinética del proceso.
 
 
Formulación de la mezcla nutriente y parámetros programados
                       
La mezcla nutriente se preparó del siguiente modo:
 
30 g de almidón + 4,5 g de proteína de pescado (gelatina ) + 450 ml agua corriente.
 
Se disolvió la mezcla calentando ligeramente el agua y agitando con una espátula hasta su homogeneización.
 
 
Cada uno de los 15 reactores del  AMPTS fue alimentado con 30 ml de dicha mezcla, mantenida constantemente en agitación para obtener la máxima uniformidad. La temperatura de incubación, elegida arbitrariamente para esta prueba, fue 38 ºC y la agitación de los reactores se reguló a 30 RPM, 20’ encendida, 60’ apagada.
 
Conociendo el BMP teórico del almidón (415 Nml/g) y el de las proteínas (496 Nml/g) , el rendimiento teórico esperado de cada uno de los reactores será :
 
BMP teórico = 2g * 415 + 0,3 g * 496 = 978,8 Nml.
 
N.B.: Nml es el volumen del gas, en ml, normalizado a 101 kPa y 0ºC .
 
La duración esperada del ensayo estaba comprendida entre 7 y 10 días, pues se trabajó con una proporción  inóculo/substrato (definida como proporción de sólidos volátiles) superior a 5, y un substrato exhausto.
 
La siguiente tabla muestra cuáles reactores fueron alimentados  con solo la mezcla nutriente y cuáles con los productos Neusol.
 
  • Reactor # 1     Aditivo 1
  • Reactor # 2     Control 1
  • Reactor # 3     Control 2
  • Reactor # 4     Aditivo 2
  • Reactor # 5     Control 3
  • Reactor # 6     Control 4
  • Reactor # 7     Aditivo 3
  • Reactor # 8     Aditivo 7
  • Reactor # 9     Control 5
  • Reactor # 10   Aditivo X
  • Reactor # 11   Aditivo 6
  • Reactor # 12   Control 6
  • Reactor # 13   Aditivo 4
  • Reactor # 14   Aditivo 5
  • Reactor # 15   Control 7
 
Al final del ensayo, el promedio de los reactores de control fue calculado y comparado con el promedio de los reactores con aditivos. El reactor marcado con Aditivo X no fue considerado en este experimento, porque el mismo ya había sufrido inhibiciones en ensayos anteriores y el inóculo probablemente no se podía considerar representativo por encontrarse alterado.
 
La cantidad de productos Neusol a agregar a los reactores fue calculada tal como sigue:
 
8 reactores * 400 ml volumen activo * 50/1.000.000 = 0,16 g
 
Por lo tanto se preparó una mezcla de 0,16 g de Neusol Byo2 y 0,16 g de Neusol AD con 80 ml de agua, la cual se añadió a los reactores marcados como “Aditivo”.
 
El  experimento se inició el  29/06/2012 a las 20:00 hs. y se interrumpió el 08/07/2012 a las 20:30 hs.
 
La tabla con los datos extraídos del sistema AMPTS se presenta en el anexo. El reactor AditivoX fue excluido de los cálculos. Es interesante observar que los aditivos dieron un resultado positivo incluso en este reactor, a pesar del colapso biológico severo que había sufrido antes de realizar esta prueba.
 
El promedio del rendimiento de metano de cada uno de los grupos de reactores se compara en el gráfico siguiente con el rendimiento teórico esperado (línea azul = promedio de los reactores con aditivo ; línea amarilla = promedio de los reactores de control; línea punteada color magenta = BMP teórico de la mezcla).
 
El promedio del BMP de los reactores a los cuales se añadieron los aditivos es 67% mayor que el de los reactores de control, y excede en un 62% el rendimiento teórico esperado. Esto se debe probablemente a que los aditivos de algún modo facilitaron la degradación de la materia orgánica (células muertas) que ya estaba presente en el inóculo, pero que no era digerible para las bacterias.  El promedio de los reactores de control alcanzó el 97% del valor teórico esperado en el tiempo habitual para este tipo de pruebas, lo cual demuestra una actividad bacteriana normal del inóculo.
 
También se aprecia una mejor cinética de los reactores a los que se añadieron los aditivos. Todos ellos mostraron una actividad metabólica mayor que la de los reactores de control. El tiempo promedio que los reactores con aditivos necesitaron para alcanzar el BMP teórico fue 124 hs., apenas 57% del tiempo que necesitaron los reactores de control (217 hs).
 
 
Conclusiones
 
El  añadido de Neusol AD y Neusol Byo2 a un inóculo exhausto alimentado con substratos de referencia (almidón y gelatina) produjo los siguientes efectos:
 
A) La velocidad de degradación anaeróbica del substrato de referencia en los reactores con aditivos fue mayor que la de los reactores control. El tiempo promedio para digerir los substratos de referencia en los reactores con aditivos fue el 57% del tiempo que necesitaron los reactores de control (124 hs. y 217 hs respectivamente).
 
B) El rendimiento promedio en metano (BMP) de los reactores tratados con los aditivos (1.593,1 Nml) resultó 67% mayor que el de los reactores de control (951,7 Nml) y 62% mayor que valor teórico esperado de los substratos de referencia (978,8 Nml). Este mayor rendimiento es probablemente debido a una disponibilidad adicional de substrato, debida a la presencia de células muertas que ya se encontraban presentes en el inóculo, o a la mejora de la hidrólisis de la materia orgánica, hasta ese momento no digerible, que se hallaba presente en los reactores. En efecto, en experimentos previos a algunos reactores se les había añadido aceite vegetal, lo cual había provocado inhibición severa del proceso, por lo cual es probable que los aditivos tengan una cierta capacidad hidrolítica sobre los aceites y grasas. Esta posibilidad deberá ser analizada en una futura serie de experimentos.
 
C) Los  reactores de control funcionaron tal como se esperaba, lo cual demuestra que el  inóculo aún estaba activo a pesar de haber consumido todo el substrato de los experimentos previos.
 
D) La tendencia general del experimento demuestra el efecto beneficioso de la utilización de los aditivos Neusol AD y Neusol Byo2 en los procesos de digestión anaeróbica.
 

 

Contacto de la empresa

Sustainable Technologies S.L.

Autor: Mario A. Rosato 

Email: m.rosato@sustainable-technologies.eu

Web: http://www.sustainable-technologies.eu

A.M. GUALBA S.L. (Neusol Byo2 y Neusol AD)

Web: http://www.amgualba.com

 

 

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