@unpublished{upm43000,
            year = {2016},
          author = {Pablo Dom{\'e}nech Mart{\'i}nez},
           title = {Puesta a punto de un biorreactor en continuo a escala de laboratorio para la metanizaci{\'o}n de residuos},
           month = {July},
        keywords = {Metanizaci{\'o}n, biog{\'a}s, residuos, anaerobio, biorreactor, microorganismos, az{\'u}cares},
        abstract = {El presente Trabajo de Fin de Grado ha tenido como objetivo principal la realizaci{\'o}n de un estudio acerca de la biometanizaci{\'o}n de residuos s{\'o}lidos urbanos a escala de laboratorio. El objetivo de esta aplicaci{\'o}n de la digesti{\'o}n anaerobia es emplear residuos sin valor aparente como recurso para la obtenci{\'o}n de biog{\'a}s, producto que puede ser empleado como fuente energ{\'e}tica, buscando solucionar de esta manera un doble problema existente en la sociedad: la gesti{\'o}n de los residuos y la sostenibilidad en la generaci{\'o}n energ{\'e}tica. 
El Trabajo ha partido de la base establecida en estudios anteriores realizados en la Escuela, en los que se realiz{\'o} el montaje de un biorreactor de metanizaci{\'o}n por lotes, empleando az{\'u}car de mesa como sustrato y alimentaci{\'o}n de manera simplificada respecto a los residuos s{\'o}lidos urbanos. El avance propuesto para el trabajo fue la implantaci{\'o}n de dicho sistema a continuo y empleando un volumen de reactor mayor. Asimismo, se ha realizado la puesta a punto de un m{\'e}todo de an{\'a}lisis no empleado en los estudios anteriores, para determinar la concentraci{\'o}n del sustrato en el efluente del reactor. 
El montaje del sistema ha consistido en un reactor de 5 L en el que se introducen los lodos que contienen los microorganismos responsables de la digesti{\'o}n anaerobia, fijos en el fondo del mismo, por el cual circula una corriente de alimentaci{\'o}n formada por agua, az{\'u}car, sales de fosfatos como disoluci{\'o}n reguladora para control del pH y nutrientes para el crecimiento de los microorganismos. El reactor empleado contaba con un encamisado para controlar la temperatura del sistema, y el montaje inclu{\'i}a sistemas para medici{\'o}n de temperatura y caudales de efluente y biog{\'a}s. Se midieron tambi{\'e}n otros par{\'a}metros tales como el pH del efluente, empleando un pH-metro, la concentraci{\'o}n de los gases de salida, mediante cromatograf{\'i}a, o la concentraci{\'o}n del sustrato a la salida, por el m{\'e}todo del {\'a}cido dinitrosalic{\'i}lico (DNS). 
Se realizaron tres ensayos principales y dos ensayos adicionales. El Ensayo I se realiz{\'o} partiendo de las mismas condiciones de concentraci{\'o}n de sustrato y de disoluci{\'o}n reguladora que los estudios previos, pero sin presencia de nutrientes en el arranque. El sistema funcion{\'o} sin incidencias destacables y con una producci{\'o}n de gas considerable durante m{\'a}s de una semana, tras lo cual se decidi{\'o} incluir los nutrientes. La adici{\'o}n de estos nutrientes acarre{\'o} una serie de consecuencias que termin{\'o} con el colapso del funcionamiento normal del sistema: la producci{\'o}n de biog{\'a}s se dispar{\'o} pero sin presencia de metano, siendo el di{\'o}xido de carbono el componente mayoritario. Se estableci{\'o} como hip{\'o}tesis principal la sobrecarga de az{\'u}cares en el momento de entrada de los nutrientes. 
Tras el fallo del primer ensayo se procedi{\'o} al Ensayo II, en el que se emple{\'o} otro tipo de lodo, se disminuy{\'o} la concentraci{\'o}n de az{\'u}car como respuesta a la hip{\'o}tesis anterior y se decidi{\'o} incluir los nutrientes desde el principio. Debido a un fallo humano en la realizaci{\'o}n de las tandas de alimentaci{\'o}n acab{\'o} entrando aire por el lugar de la alimentaci{\'o}n, el cual resulta t{\'o}xico para los organismos que llevan a cabo la metanizaci{\'o}n, tras lo cual la producci{\'o}n de biog{\'a}s se detuvo por completo por lo que se procedi{\'o} al desmontaje del ensayo. Se consider{\'o} tambi{\'e}n la hip{\'o}tesis de que la disminuci{\'o}n de az{\'u}car respecto al anterior ensayo no fuese suficiente: el colapso habr{\'i}a sido provocado por la combinaci{\'o}n de la sobrecarga inicial y la entrada de aire al sistema.
El Ensayo III fue el m{\'a}s satisfactorio de todos los que se realizaron. Se parti{\'o} de una concentraci{\'o}n inicial de az{\'u}car muy reducida, la cual se fue aumentando conforme el sistema se adecuaba a la concentraci{\'o}n presente. En vistas de que el sistema avanzaba sin incidencias, incluso sobreponi{\'e}ndose a entradas accidentales de aire al sistema, se decidi{\'o} alterar el ritmo de entrada de la alimentaci{\'o}n: se pas{\'o} de un r{\'e}gimen constante a uno por intervalos, entrando el mismo caudal que antes durante un minuto y paus{\'a}ndolo dos minutos, aumentando considerablemente el tiempo de residencia de la alimentaci{\'o}n en el reactor. Para compensar la disminuci{\'o}n en el caudal total, se increment{\'o} la concentraci{\'o}n de az{\'u}car en la alimentaci{\'o}n. Tras estas modificaciones el sistema obtuvo los mejores resultados: un caudal de producci{\'o}n de biog{\'a}s estabilizado en torno a los 0,5-0,6 L/d y concentraciones de metano y di{\'o}xido de carbono elevadas. Se realizaron sucesivas modificaciones en la concentraci{\'o}n de az{\'u}car, a las cuales el sistema respond{\'i}a satisfactoriamente, y finalmente se decidi{\'o} poner fin al experimento tras cuarenta y ocho d{\'i}as de funcionamiento, sin haber sufrido ninguna incidencia que produjese el colapso del mismo. 
Fue en este tercer ensayo en el cual se puso a punto el m{\'e}todo de an{\'a}lisis de az{\'u}cares mediante el m{\'e}todo espectrofotom{\'e}trico con reactivo DNS. Este m{\'e}todo consist{\'i}a en hacer reaccionar los az{\'u}cares de la muestra, previa hidr{\'o}lisis de la sacarosa en sus hexosas, con reactivo DNS, analizando el color del producto resultante mediante espectrofotometr{\'i}a. La concentraci{\'o}n de los az{\'u}cares en las muestras se hall{\'o} aplicando la Ley de Lambert-Beer a partir de patrones de glucosa de concentraci{\'o}n conocida. El m{\'e}todo result{\'o} eficaz, dando valores coherentes especialmente a las muestras extra{\'i}das de la alimentaci{\'o}n; no obstante, su aplicaci{\'o}n en el Trabajo no fue la correcta. En lugar de realizar en el an{\'a}lisis en el momento en que las muestras se tomaron del efluente, se opt{\'o} por guardarlas en refrigeraci{\'o}n mientras se estudiaba y realizaba la puesta a punto del m{\'e}todo, con el objetivo de analizarlas todas ellas posteriormente. Los resultados obtenidos de estas muestras apenas variaban su concentraci{\'o}n (en todos los casos muy reducida), y en algunos casos se contradec{\'i}an con los resultados obtenidos durante la puesta a punto para muestras del mismo d{\'i}a de trabajo. Se concluy{\'o} que esto se debi{\'o} a que, incluso en condiciones desfavorables como las que supone la refrigeraci{\'o}n de las muestras, la degradaci{\'o}n del az{\'u}car sigue avanzando. Por tanto, se estableci{\'o} como v{\'a}lido el m{\'e}todo, siempre que fuese realizado sobre muestras que fuesen extra{\'i}das y analizadas en un espacio corto de tiempo. 
Por {\'u}ltimo, se realizaron dos ensayos adicionales variando las condiciones en el arranque. El primero se realiz{\'o} con la misma concentraci{\'o}n de sustrato con la que se concluy{\'o} el Ensayo III, siendo esta concentraci{\'o}n muy elevada con respecto a las concentraciones iniciales empleadas en los ensayos previos. El resultado fue una producci{\'o}n de biog{\'a}s demasiado elevada el primer d{\'i}a, tras lo cual el sistema se par{\'o} y no volvi{\'o} a generar m{\'a}s gas. El segundo ensayo busc{\'o} la condici{\'o}n opuesta: se carg{\'o} el biorreactor inicialmente sin az{\'u}cares ni nutrientes, que ir{\'i}an entrando junto con la alimentaci{\'o}n a un ritmo reducido y concentraci{\'o}n baja. En este caso, el sistema nunca lleg{\'o} a arrancar en casi dos semanas de funcionamiento. Ambos experimentos sirvieron para estudiar los extremos en la concentraci{\'o}n a la hora de arrancar el sistema. 
En definitiva, gracias fundamentalmente a los resultados obtenidos tras el Ensayo III se puede concluir que el sistema funciona y es estable, siempre que se lleve a cabo en condiciones moderadas ya que el extremar los par{\'a}metros, seg{\'u}n el punto en el que se encuentre el proceso, puede resultar fatal para el mismo. La viabilidad del proceso empleando az{\'u}car como sustrato abre las puertas a continuar el estudio, con el objetivo final de aplicarlo a la gesti{\'o}n de residuos s{\'o}lidos urbanos para poder emplear el biog{\'a}s obtenido como fuente de energ{\'i}a sostenible y m{\'a}s favorable medioambientalmente que la gran mayor{\'i}a de tecnolog{\'i}as que dominan el campo hoy en d{\'i}a.},
             url = {https://oa.upm.es/43000/}
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