Co-pirólisis de biomasa biogénica para la producción de un biochar como sustrato de germinación para semillas
Fecha
2020-12-04Autor(es)
Plaza Rojas, Christy AndreaDirector(es)
Pedroza Rodríguez, Aura MarinaEvaluador(es)
Gómez Méndez, Luis DavidPublicador
Pontificia Universidad Javeriana
Facultad
Facultad de Ciencias
Programa
Microbiología Industrial
Título obtenido
Microbiólogo (a) Industrial
Autor(es) Corporativo(s)
Pontificia Universidad Javeriana
Tipo
Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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Citación
Documentos PDF
Título en inglés
Biogenic biomass co-pyrolysis for the production of biochar as a seed germination substrateResumen
La planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) escala piloto del laboratorio de Microbiología Ambiental, la cual se encarga de reducir la contaminación de las ARnD provenientes de las actividades de docencia de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana, en conjunto con el reactor Sensity, un proyecto académico y funcional de la Facultad de Diseño Industrial, generan residuos semisólidos, como mallas de lignocelulosa colmatadas y biomasa de Chlorella sp., cuyos procesos de disposición final podrían conllevar a la contaminación de recursos naturales; por lo tanto, su gestión puede abordarse mediante su utilización como materias primas para la obtención de nuevos bioproductos, como la producción de un biochar mediante conversión pirolítica. Teniendo esto en cuenta, el objetivo de este trabajo fue producir un biochar como sustrato de germinación y siembra para semillas a partir de biomasa biogénica generada en una planta de tratamiento de aguas residuales y un reactor fototrófico empleando un proceso de co-pirólisis.
La obtención de la biomasa de Chlorella sp. para su empleo como materia prima presenta un desafío, ya que las células tienden a estar en suspensión y no sedimentar debido a su carácter coloidal, por lo que es necesario un agente coagulante para favorecer su recuperación. Se evaluaron diferentes coagulantes para cumplir con este propósito y con el coagulante catiónico se obtuvo el mayor porcentaje de recuperación (90.2 %) a una concentración de 60 mg/L. El residuo líquido de coagulación resultante del proceso de coagulación se evaluó como sustrato de germinación en semillas de Lolium sp., Lactuca sativa y Raphanus sativus, presentando valores de 92 %, 96 % y 42 %, respectivamente. Además, se determinó que este residuo líquido no genera una elevada contaminación si es reutilizado como agua de riego en el campo agrícola según la resolución 1207 de 2014, ya que obtuvo un pH de 7.85, y una concentración de nitratos y sulfatos de 1 mg/L y 40 mg/L, respectivamente.
El biochar producido a partir de 80 g de mallas de lignocelulosa, 230 g de microalgas y 540 g de corteza de pino como material llenante, se empleó como matriz de inmovilización para un consorcio de bacterias benéficas. El biochar y el biochar co-inoculado presentaron un pH de 5.08 y 6.03, un porcentaje de humedad de 3.7 % y 42 % y un porcentaje carbono fijo (CF) de 5.8 % y 5.5 %, respectivamente. El rendimiento en biochar fue del 63.6 % y el rendimiento en carbono fijo fue del 7.5 %.
Ambos biochar fueron evaluados como sustrato de germinación invitro en semillas de ray grass (Lolium sp.), lechuga (Lactuca sativa) y rábano (Raphanus sativus), pero solo las semillas de ray grass presentaron mayor porcentaje de germinación en comparación con el control, obteniendo 100 % en ambos tratamientos. Posteriormente, se evaluó el crecimiento de las plantas previamente germinadas en los biochar a escala de invernadero por 22 días. Finalizado este periodo de tiempo, se determinó que el tratamiento con biochar obtuvo valores similares al control; sin embargo, el tratamiento con biochar co-inoculado generó un efecto negativo en las plantas de ray grass, lechuga y rábano con respecto al control, ya que disminuyeron un 82 %, 16.6 % y 87 % en términos de peso seco, respectivamente; posiblemente debido a la presencia de un microorganismo alterador.
Los resultados de este trabajo sugieren que es necesario aumentar el número de plantas por tratamiento, así como el tiempo de evaluación en la prueba de crecimiento en invernadero con el fin de supervisar con mayor amplitud la aplicación de biochar y biochar co-inoculado sobre el desarrollo de las plantas de ray grass, lechuga y rábano.
Abstract
The pilot wastewater treatment plant (PWWTP) of the Environmental Microbiology Laboratory, which is responsible for reducing the pollution of non-domestic wastewater from the teaching activities of the Faculty of Sciences of the Pontifical Xavierian University; in combination with the Sensity reactor, an academic and functional project of the Faculty of Industrial Design, generate semisolid residues, such as used lignocellulose meshes and biomass of Chlorella sp., whose final disposal processes could lead to the pollution of natural resources; therefore, their management can be addressed through their use as raw materials for the production of new bioproducts, such as the production of biochar by pyrolytic conversion. With this in mind, the objective of this work was to produce a biochar as seed germination and planting substrate from biogenic biomass generated in a wastewater treatment plant and a phototrophic reactor using a co-pyrolysis process.
Obtaining the biomass of Chlorella sp. for its use as raw material presents a challenge, as the cells tend to be in suspension and not to sediment due to their colloidal character. For this reason, a coagulant agent is necessary to promote their recovery. Different coagulants were evaluated to meet this purpose and the cationic coagulant had the highest percentage of recovery (90.2 %) at a concentration of 60 mg/L. The liquid coagulation residue resulting from the coagulation process was evaluated as a germination substrate of Lolium sp., Lactuca sativa y Raphanus sativus seeds, with values of 92 %, 96 % and 42 %, respectively. In addition, it was determined that this liquid residue does not generate high contamination if it is re-used as irrigation water in the agricultural field according to Resolution 1207 of 2014, since it obtained a pH of 7.85, and a concentration of nitrates and sulfates of 1 mg/L and 40 mg/L, respectively.
The biochar produced from lignocellulose meshes, microalgae and pine bark as a filler material was used as an immobilization matrix for a consortium of beneficial bacteria. The biochar and co-inoculated biochar showed a pH of 5.08 and 6.03, a moisture of 3.7 % and 42 % and a CF percentage of 5.8 % and 5.5 %, respectively. The biochar obtained a yield of 63.6 % and a fixed carbon yield of 7.5 %.
Both biochar were evaluated as an invitro germination substrate of ray grass (Lolium sp.), lettuce (Lactuca sativa), and radish (Raphanus sativus) seeds, but only ray grass seeds showed a higher percentage of germination compared to control, obtaining 100 % in both treatments. Subsequently, plant growth was evaluated at greenhouse scale for 22 days. After this period of time, it was determined that biochar treatment obtained values similar to the control; however, treatment with co-inoculated biochar produced a negative effect on ray grass, lettuce, and radish plants, as they decreased by 82 %, 16.6 % and 87 % in terms of dry weight, respectively; possibly due to the presence of a disrupting microorganism.
The results of this study suggest that the number of plants per treatment needs to be increased. As well as the time of evaluation of the greenhouse growth test in order to monitor more broadly the application of biochar and biochar co-inoculated on the development of ray grass, lettuce, and radish plants.
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