Mejoramiento de la biometanización psicrofílica de lactosuero mediante el uso de biochar como soporte orgánico

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dc.contributor.advisorEscalante Hernández, Humberto
dc.contributor.advisorCastro Molano, Liliana del Pilar
dc.contributor.advisorMartí-Herrero, Jaime
dc.contributor.authorJaimes-Estévez, Jaime
dc.contributor.evaluatorFerrer, Ivet
dc.contributor.evaluatorRodriguez Chaparro, Adela Tatiana
dc.contributor.evaluatorOviedo Ocaña, Édgar Ricardo
dc.contributor.evaluatorSánchez Torres, Viviana
dc.contributor.evaluatorLópez Giraldo, Luis Javier
dc.date.accessioned2024-12-02T16:27:42Z
dc.date.available2024-12-02T16:27:42Z
dc.date.created0024-11-13
dc.date.issued2024-11-13
dc.description.abstractEsta investigación abordó los desafíos de la digestión anaerobia (DA) en condiciones psicrófilas (15 °C - 25 °C), explorando la eficacia del biochar de madera de pino como material de soporte para mejorar la producción de metano y la eficiencia metabólica. Los hallazgos indican que el biochar en una concentración <10 g/L (óptima de 30g/L y tamaño de partícula de 0.575mm) aumenta el potencial de biometano a 0.39 m³ CH₄/kg VS_agregado, alcanzando el 70% de los rendimientos mesofílicos. El rol del biochar en promover el metabolismo psicrófilo se evidenció al mejorar la actividad acetoclástica, logrando una mejor conversión de ácido acético en metano y un incremento sustancial en las poblaciones de arqueas, lo que sugiere una comunidad metanogénica fortalecida. En procesos anaeróbicos continuos, la adición de biochar mitigó los riesgos de inhibición asociados a los ácidos grasos volátiles (AGV) y fluctuaciones de pH, manteniendo la estabilidad operacional durante más de 170 días y demostrando mayor resistencia a sobrecargas orgánicas. La presencia de biochar llevó a eficiencias en las actividades hidrolítica y metanogénica del 74.09±14.44% y 78.74 ± 11.30%, respectivamente, para tasas de carga orgánica de 1.0 kg DQO/m³d, con mejoras significativas incluso bajo cargas mayores. La implementación de biochar en un biodigestor doméstico de 8 m³ mostró mejoras sustanciales en el consumo de AGV, alcalinidad y producción de metano, con remociones de AGV de hasta 91.86%±2.32% e incrementos en la producción específica de biogás y metano de 21.2% y 29.7%, respectivamente. Los beneficios ambientales también fueron notables, incluyendo una reducción del 85% en impactos al cambio climático y una disminución del 93.7% en el consumo de recursos fósiles. Este estudio destaca el potencial del biochar para mejorar significativamente los procesos de AD en climas fríos, ofreciendo una solución prometedora para la gestión de residuos, la recuperación de energía y el desarrollo rural sostenible.
dc.description.abstractenglishThis research addressed the challenges of anaerobic digestion (AD) under psychrophilic conditions (15 °C – 25 °C), exploring the efficacy of pine wood biochar as a support material to improve methane production and metabolic efficiency. Findings indicate that biochar at a concentration < 10 g/L (optimal 30g/L and particle size of 0.575mm) enhances biomethane potential to 0.39 m³ CH₄/kg VSadded, achieving 70% of mesophilic yields. Biochar's role in promoting psychrophilic metabolism was evident through its enhancement of acetoclastic activity, resulting in improved acetic acid conversion to methane and a substantial increase in archaeal populations, suggesting a strengthened methanogenic community. In continuous AD processes, adding biochar mitigated inhibition risks associated with volatile fatty acids (VFA) and pH fluctuations, maintaining operational stability over 170 days and demonstrating enhanced resilience to organic overloads. Biochar's presence led to hydrolytic and methanogenic activity efficiencies of 74.09±14.44% and 78.74 ± 11.30%, respectively, for organic loading rates of 1.0 kg COD/m³d, with marked improvements even under higher loads. Implementing biochar in an 8 m³ household biodigester showcased substantial improvements in VFA consumption, alkalinity, and methane production, with VFA removals up to 91.86%±2.32% and increases in specific biogas and methane yields by 21.2% and 29.7%, respectively. Environmental benefits were also notable, including an 85% reduction in climate change impacts and a 93.7% decrease in fossil resource consumption. This study highlights biochar's potential to significantly enhance AD processes in colder climates, offering a promising solution for waste management, energy recovery, and sustainable rural development.
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería Química
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0003-2955-3242
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/44866
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectBiopelícula
dc.subjectPotencial bioquímico de metano
dc.subjectCo-digestión anaeróbica
dc.subjectComunidades microbianas
dc.subjectViabilidad económica
dc.subjectAnálisis de ciclo de vida
dc.subject.keywordBiofilm
dc.subject.keywordBiochemical Methane Potential
dc.subject.keywordCo-Digestion Feasibility
dc.subject.keywordMicrobial Communities
dc.subject.keywordEconomic Feasibility
dc.subject.keywordLife Cycle Assessment
dc.titleMejoramiento de la biometanización psicrofílica de lactosuero mediante el uso de biochar como soporte orgánico
dc.title.englishImprovement of the psychrophilic biometanation of cheese whey through biochar use as organic support
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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