Obtención de biomasa de microalga utilizando aguas de rechazo de la deshidratación de fangos de digestato y diseño de un fotobiorreactor para su producción.

Abstract

Las estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR) pueden servir, además de para la eliminación total o parcial de contaminantes, para generar productos de valor añadido, integrándose dentro del concepto de biorrefinería.

En este ámbito el uso de las microalgas ha demostrado un gran potencial para la obtención de productos de interés industrial. Estos cultivos tienen la capacidad de capturar CO2 y de reciclar eficientemente contaminantes industriales ricos en nitrógeno y fósforo, generando biomasa útil y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.

Otro efluente de gran interés presente en las EDARs son las aguas de rechazo del deshidratador de fangos del sistema de digestión anaerobia. Este efluente presenta una alta concentración de nitrógeno (nitrógeno total entre 139 – 3456 mg/L) y fósforo (entre 7 y 381 mg/L), siendo factible su uso para el crecimiento de microalgas.

El uso de materias primas residuales para la producción de microalgas ha sido destacado como la vía para hacer posible este proceso a gran escala para la generación de productos químicos a granel y de combustibles de forma económicamente viable. Esto contribuye con los Objetivos de Desarrollo Sostenibles declarados por la ONU (Agenda 2030).

En este proyecto se llevaron a cabo un total de 4 experimentos, los cuales determinaron las condiciones óptimas del medio de cultivo para obtener la mayor concentración de biomasa posible que fue de 0,805 g/L.

De la optimización de parámetros, se obtuvo que la velocidad máxima del crecimiento específico de las microalgas fue de 0,024 h-1, así como una velocidad máxima de crecimiento de 0,0024 g/m3·h.

A partir de la experimentación realizada, se diseñó un fotobiorreactor raceway para producir 20.000 kg de microalgas al año, tratando un caudal de digestato líquido de 500 m3/día. Teniendo en cuenta la irradiancia que recibe el reactor en cada mes del año, que la concentración de biomasa máxima alcanzable en el mismo será de 0,8 g/L y que la concentración de inicial es de 0,2 g/L, se obtuvo que el volumen del reactor es de 440,343 m3, necesitándose un total de 12 reactores para alcanzar la productividad propuesta y, siendo, por tanto el volumen total de 5.360,411 m3. Cada reactor raceway se diseña de forma rectangular con las esquinas redondeadas, alcanzando, cada uno de ellos, una longitud de 150 m y un ancho total del canal de 15 m. El material usado para la construcción del reactor será hormigón con una cobertura plástica de polietileno de alta densidad.

Además se llevó a cabo el dimensionamiento de equipos auxiliares para la separación de biomasa y obtención de proteínas para medios de cultivo. Estos equipos constan de una centrífuga de discos con capacidad para tratar caudales de 1.711 L/h, un tanque de reacción alcalina de 24,68 L, otra centrífuga con capacidad para tratar caudales de 12,5 L/h , un tanque de reacción enzimática de 25 L y una última centrífuga con capacidad para tratar caudales de 12,5 L/h.

Las pérdidas de carga totales que existen en el reactor son de 0,0118 metros. El motor seleccionado para llevar a cabo la agitación es un motorreductor con una potencia de 69,41 W. El sistema de agitación constará de un sistema de paletas de una longitud de 3,71 m y con una altura de 0,38 m.

Teniendo en cuenta el coste de los componentes que conforman el reactor, se ha estimado un presupuesto para el mismo de 898.947,26€ y que una buena localización para su instalación, sería en la Planta de Arcos de la Frontera (Cádiz) de AlgaEnergy