Resum
Aquesta tesi doctoral se centra en la dinàmica de la inhibició i la recuperació del procés de digestió anaeròbia de purins de porc per trobar indicadors, pronosticar errors del procés, minimitzar les pèrdues de metà (CH4) i avaluar les millors pràctiques de gestió a nivell de la planta de biogàs.
Per complir amb aquest objectiu, cinc assaigs van ser dissenyats i executats. En primer lloc, es va dissenyar un experiment per controlar els canvis fisicoquímics i d'emissió de gas de dos tipus de purins envellits durant 15 setmanes d'emmagatzematge en condicions d'estiu. En segon lloc, diferents concentracions de sulfat (SO42-) van ser avaluades en digestió anaeròbia termofílica de purins de porc i boví controlant la producció de CH4 i els canvis fisicoquímics en un assaig en discontinu. Així mateix, la degradació anaeròbica de la matèria orgànica (MO) i el límit d'inhibició de SO42- van ser investigats. En tercer lloc, els efectes d'incloure purins de porc acidificats amb SO42- en un codigestió anaeròbia amb purins de porc convencionals es va estudiar a dues escales (a escala laboratori i a gran escala), on es va avaluar el rendiment del procés. Així mateix, els indicadors clau del procés van ser identificats. En quart lloc, una combinació de dos mètodes, reacció en cadena de la polimerasa quantitativa en temps real (qPCR) i microscòpia electrònica de rastreig qualitativa (SEM) van ser utilitzats per avaluar els canvis en la població microbiana dels digestors anaerobis durant un l'addició de purins de porc. Finalment, el rendiment de CH4, la composició fisicoquímica i l'estructura i dinàmica de la comunitat microbiològica van ser avaluades durant la posada en marxa de la digestió anaeròbia de purins de porc a escala de laboratori. Es van avaluar quatre estratègies de posada en marxa: inanició i no inanició, seguida d'una addició gradual o brusca dels purins.
Els resultats presentats en aquesta tesi doctoral permeten concloure que en la degradació anaeròbia de la MO de purins envellits, hi ha una transformació de MO més fàcilment degradable en MO soluble durant les tres primeres setmanes d'emmagatzematge, no obstant, la producció de CH4 no es va produir fins a les cinc setmanes d'emmagatzematge. En el cas de l'ús de purins acidificats amb SO42- en digestió anaeròbia, concentracions de SO42- en purins de porc superiors 2000 mg SO42-L-1 i concentracions superiors a 1500 mg SO42-L-1 en purins de boví produïren disminucions importants en la producció de CH4. No obstant, concentracions de 500 mg SO42-L-1 en purins augmentaren la producció de CH4. Addicionalment, en la digestió anaeròbia de purins acidificats amb SO42-, els paràmetres més importants a considerar van ser: la concentració de SO42-, els paràmetres d'alcalinitat i el contingut total d'àcids grassos volàtils (AGV), especialment acètic i butíric. L'addició de purins de porc a digestors anaerobis no adaptats va causar un deteriorament del procés de digestió anaeròbia disminuint el pH del fang, augmentant la concentració d'AGV, disminuint la degradació dels sòlids volàtils i baixant la producció de CH4. Durant el període d'adaptació al canvi de substrat en condicions termofíliques, un augment en el total de bactèries i arqueges es va observar a través de qPCR, així com un canvi en morfotipus microbians mitjançant SEM. En el estudi d’estratègies de posada en marxa, l'estratègia que millor va minimitzar les pèrdues de CH4 va ser la no inanició amb un canvi brusc de substrat, tot i que les diferències en la població microbiana entre les estratègies van ser baixes. D'altra banda, la principal via metabòlica de producció de CH4 durant la posada en marxa i recuperació del procés de digestió anaeròbia va ser la ruta hidrogenotrófica en totes les estratègies utilitzades. De fet, en primer lloc espècies de Methanomicrobiales i posteriorment espècies de Methanobacteriales van ser els ordres d’arqueges dominants durant tot el període de recuperació, aquests dos ordres van resultar valuosos indicadors del procés.
Aquesta tesi conté informació pràctica i útil per al seguiment de la digestió anaeròbia de purins durant períodes d'inhibició i recuperació del procés.