Mathematical models for the kinetics of methane production via the anaerobic co-digestion of biomass waste

Abstract

La disposición inadecuada de los residuos orgánicos agroalimentarios ha ocasionado graves impactos medioambientales, por lo que es necesario el desarrollo de procesos y herramientas que permitan generar productos de valor a partir de estos residuos y propiciar su aprovechamiento. Esta investigación presenta el estudio y modelación matemática de la cinética de la producción de metano, de la co-digestion anaerobia de biomasas residuales como son la excreta de vaca y de caballo, tripa y suero lácteo. Con base en el método de potencial bioquímico de metano se realizaron experimentos de co-digestion anaerobia utilizando reactores herméticos a temperatura ambiente monitoreados por 70 días consecutivos. Se utilizaron los modelos: a) cinético de primer orden, b) de cono, c) logístico modificado, d) Gompertz modificado y e) Richards modificado para describir la cinética de la producción experimental de metano. Se determinó la tasa máxima de producción de metano y la duración de la fase lag, además del potencial de producción de metano acumulado. Se comparó la suma de cuadrados residual y el coeficiente de correlación para identificar el modelo matemático que mejor describe el fenómeno. Modelar la cinética de AD de manera adecuada es importante para diseñar digestores y predecir el comportamiento de sistemas anaeróbicos, así como para optimizar y escalar fermentadores reales. Se demostró que existe potencial para la producción de biogás, a partir de la co-digestion anaerobia de los residuos experimentados.