Ana-Zyme G: Impacto en la digestión anaerobia de ácidos grasos de aguas residuales
por Justin Hall, especialista en proyectos, Universidad de Wisconsin-Stevens Point
Resumen
El Instituto Wisconsin de Tecnología Sostenible de la UW Stevens Point realizó un estudio para evaluar el impacto de
Ana-Zyme G en los ácidos grasos de las aguas residuales lácteas.
Ana-Zyme G se añadió como dosis única a 1 ppm al inicio de la prueba. La adición de 1 ppm de Ana-Zyme G provocó una reducción del 34% de los ácidos grasos totales al final de la prueba. Los niveles de ácidos grasos de cadena corta también disminuyeron con la adición de Ana-Zyme G, lo que sugiere que la descomposición de la grasa no contribuyó a la sobreabundancia de ácidos grasos de cadena corta.
Objetivo
Este estudio fue diseñado para determinar si Ana-Zyme G (AZG) es eficaz para ayudar con la degradación de grasas y ácidos grasos de los residuos de nata en un sistema anaeróbico. Este estudio se completó en el Instituto de Wisconsin para la Tecnología Sostenible (WIST) ubicado dentro de la Universidad de Wisconsin - Stevens Point. Cinco diferentes muestras de grasa fueron probadas incluyendo mantequilla, aceite de coco, manteca de cerdo, una muestra de campo, y un compuesto de mantequilla, manteca de cerdo y aceite de coco. También se comparó el biocatalizador Aquafix GreaseZilla con un producto de la competencia.
Fondo
Una instalación de aguas residuales para el procesamiento de residuos lácteos tenía dificultades para mantener la producción de gas y lodos granulares en su UASB mesófila debido a los grandes vertidos de nata que entraban ocasionalmente en su sistema de aguas residuales. Los vertidos podían superar los 1000 galones de nata sin diluir. Este sistema tiene un caudal medio de 350.000 GPD, con una DQO media de entrada de aproximadamente 8300 ppm. Las aguas residuales son digeridas por dos reactores mesófilos UASB de 75.000 galones. Se recogieron muestras de lodos granulados y de residuos de nata entrantes para determinar cómo influía Ana-Zyme G en la degradación de los ácidos grasos.
Métodos
Las pruebas de digestión anaerobia fueron realizadas por el Centro de Investigación e Innovación Medioambiental de UW-Oshkosh. Estas pruebas se realizaron en reactores anaerobios no mezclados a 38°C. Estos reactores se sembraron con 1 litro de muestra mezclada de UASB que contenía un 6% de sólidos. Los reactores fueron alimentados con 30 gramos adicionales (aproximadamente 30 mL) de agua residual de nata suministrada. Ana-Zyme G se introdujo en los reactores a 0 (controles), 1 ppm, 10 ppm y 20 ppm por volumen de reactor. Los reactores se hicieron funcionar por triplicado. La UW-Oshkosh recogió muestras al cabo de 28 días y las envió a la UW-Stevens Point para analizar los ácidos grasos de cadena larga y corta y medir la degradación global de los ácidos grasos presentes en los reactores. Los resultados fueron analizados por Aquafix Laboratories.
Notas sobre la noción y degradación de los ácidos grasos
Nota: en este documento, se hace referencia a los ácidos grasos tanto por sus nombres específicos como por el número de unidades de carbono que contienen. Por ejemplo, un ácido graso con 18 moléculas de carbono en su cadena aparecerá tanto como ácido esteárico como C18.
Las moléculas de grasa suelen estar formadas por una molécula de glicerina unida covalentemente a 3 cadenas de ácidos grasos. Estos ácidos grasos se desprenden inicialmente de la molécula de glicerina mediante un proceso denominado hidrólisis. Los ácidos grasos tienen el potencial de ser una excelente fuente de generación de metano en sistemas anaerobios si pueden convertirse en ácido acético, el sustrato preferido para la generación de metano. Suponiendo que un digestor tenga una población sana de metanógenos, la descomposición de los ácidos grasos suele ser un paso limitante para la producción de metano.
La hidrólisis produce generalmente 3 ácidos grasos de cadena larga separados, como el C18 (ácido esteárico). Esto se ilustra en la figura 1. Las cadenas de ácidos grasos casi siempre se rompen en unidades de 2 a través de un proceso llamado β-Oxidación, como se ve en la Figura 2. Por ejemplo, el C18 se convertiría en C16, con 1 C2 (Acetato). Por ejemplo, el C18 se convertiría en C16, con 1 C2 (Acetato) producido a través del proceso y actuando como alimento para los metanógenos. A continuación, el C16 se descompondría en C14 y así sucesivamente hasta que la cadena se convierta completamente en cadenas de C2 (Acetato).
Resultados
Figura 3 (arriba)
Concentraciones de especies individuales de ácidos grasos en nuestro control y con Ana-Zyme G (AZG) al final de nuestro estudio. Las cadenas de ácidos grasos que no figuran en la lista estaban por debajo del límite de detección tanto en el control como con 1 ppm de Ana-Zyme G.
Figura 4 (arriba)
Porcentaje de reducción de ácidos grasos con Ana-Zyme G en relación con nuestro control. Observamos una reducción del 100% en los niveles de ácidos grasos con Ana-Zyme G en nuestro ácido graso de 6 carbonos (ácido carboxílico), y una reducción del 68% en nuestro ácido graso de 16 carbonos (ácido palmitoleico). Nuestra reducción total de ácidos grasos se incrementó en un 34% con respecto a nuestro control con 1 ppm de Ana-Zyme G añadido.
Conclusión
En general, observamos una reducción del 34% (Figura 4) en la concentración de ácidos grasos con la adición de una dosis de Ana-Zyme G en
frente al control. Además, no se observaron indicios de un aumento de los ácidos grasos de cadena corta presentes en nuestros reactores con la adición de Ana-Zyme G. Esto demuestra que, si bien Ana-Zyme G reduce la prevalencia de ácidos grasos de cadena larga como se pretendía, no pareció contribuir a una sobreabundancia de ácidos grasos de cadena corta (Figura 3). Esto ilustra que Ana-Zyme G es seguro y eficaz para reducir los niveles de ácidos grasos en digestores anaerobios en sistemas con alta carga de GyA , sin provocar una acumulación de ácidos grasos de cadena corta que pudiera contribuir a una disminución del pH del digestor. El pH del reactor se midió al final del estudio, y observamos que la media del pH en nuestros reactores con 1 ppm de Ana-Zyme G era de 7,1 frente a la media del pH de control de 6,9 (Apéndice 2). Dosis más altas de Ana-Zyme G sólo condujeron a ligeras mejoras en las concentraciones de ácidos grasos totales frente a 1 ppm en este estudio (Apéndice 1).