Formación de gránulos hidrogenogénicos en un reactor de tanque agitado continuo.

Abstract

"Actualmente el desarrollo de tecnologías que permitan obtener combustibles alternativos se ha vuelto indispensable. En este contexto, el hidrógeno es considerado uno de los combustibles que pueden sustituir a los derivados del petróleo ya que su combustión produce 2.75 veces más energía que los hidrocarburos, su único producto es agua y puede obtenerse a partir de diferentes sustratos orgánicos utilizando el metabolismo de bacterias hidrogenogénicas mediante fermentación. El uso de reactores completamente agitados en donde se lleva a cabo el proceso de fermentación permiten una alta eficiencia en la transferencia de masa debido a un buen mezclado, sin embargo, presentan como limitante bajas concentraciones y pobre retención de biomasa cuando se manejan bajos tiempos de retención hidráulicos. Es por ello que se ha buscado el incremento en la concentración de biomasa mediante su retención en el sistema mediante la formación de gránulos, sin embargo, estos tardan meses en madurar por lo que es necesario buscar condiciones que aceleren este proceso. En este trabajo se evaluó el efecto del quitosano sobre la inducción en la formación de gránulos productores de hidrógeno en un sistema continuo completamente agitado, siendo el quitosano un polímero natural derivado de la quitina que actúa como un agente coagulante permitiendo la aglomeración de los microorganismos presentes en suspensión, con lo cual, se induce la granulación y el incremento de la producción de hidrógeno al aumentar la concentración de biomasa en el sistema. Para llevar a cabo la formación de gránulos se determinó la concentración de quitosano óptima para la coagulación de la biomasa en suspensión mediante la aplicación de una prueba de jarras, encontrando que la concentración fue de 10 mg de quitosano/L/g SV. La carga orgánica volumétrica aplicada en el reactor en continuo fue de 60 g/L/d utilizando glucosa como sustrato, alcanzando velocidades de producción de hidrógeno alrededor de 100 mL/L/d. Los resultados mostraron que la aplicación de quitosano como agente coagulante permite la agregación celular logrando obtener gránulos microbianos alrededor de 2 mm de diámetro, 70 horas después de adicionar el quitosano. La formación de agregados microbianos por efecto del quitosano generó un incremento aproximado de 3 veces la concentración inicial de sólidos volátiles, manteniendo un promedio alrededor de 8 g SV/L."

"Nowadays, the development of technologies to obtain alternative fuels has become imperative. Within this context, hydrogen is considered one of the fuels that can supersede derivatives of petroleum as its combustion produces 2.75 times more energy than hydrocarbons, its only byproduct is water and it can be obtained from several organic substrates using hydrogenic bacterial metabolism by fermentation. The use of completely stirred tank reactors where fermentation process is carried out, allows high efficiency in mass transfer due to good mixing, nonetheless, it is limited to low concentrations and poor biomass retention when operating at low hydraulic retention times. One way to overcome this issue is by increasing the concentration of biomass via granules formation; however, the granules formation process may take months, so it is necessary to find conditions that accelerate this process. The present work evaluates the effect of chitosan inducing the formation of hydrogen\producing granules in a completely stirred continuous system. Being chitosan a chitin derivative natural polymer that serves as a coagulant agent, allowing agglomeration of suspended microorganisms and granules formation. The biomass increase in the system may also increase the volumetric hydrogen production rate. To accomplish the formation of granules, optimal chitosan concentration was determined for coagulation of biomass in suspension by applying a jar test, obtaining an optimal concentration of 10 mg chitosan/L/g VS. The volumetric organic load applied to the continuous reactor was 60 g/L/d using glucose as a substrate, reaching volumetric hydrogen production rates about 100 mL/L/d. Results showed that application of chitosan as coagulant agent allows cellular aggregation, obtaining microbial granules about 2 mm in diameter, 70 hours after addition of chitosan. The formation of microbial aggregates by the chitosan addition produced an increase of approximately 3 times the initial concentration of volatile solids, maintaining an average of about 8 g VS/L."