Comparative study for methanogenic stage of anaerobic digestion to organic fraction of fruit and vegetable municipal wastes treatment

Abstract The aim of this study was to evaluate the methanogenic stage of anaerobic digestion to fruit and vegetable municipal wastes (FVMW), by mean of specific design reactors. The evaluation was carried out testing two systems with different configurations. System I was designed by two suspended–bed reactors, one for hydrolytic stage (R1) and other for methanogenic stage (R3). System II was formed by a suspended–bed reactor (R2) for hydrolytic stage and fixed-bed reactor (R4) for methanogenic stage. System I showed instability pH and low methane average production (0.23 ±0.03 LCH 4 /L/day) in reactor R3, whereas system II showed stable pH, better consumption of volatile fatty acids  (VFA) and methane average production of 0.58 ±0.05 LCH 4 /L/day in reactor R4. Bacterial attachment to the ceramic support surface in the fixed-bed reactor leads to formation a biofilm in system II, and that increases the methane production. For these reasons the system II is the most advisable configuration for the anaerobic digestion to FVMW. Keywords: fruit and vegetable wastes; anaerobic digestion; bioreactors performance, methanogenic stage, Hydrolytic stage. Estudio comparativo de la etapa metanogénica de la digestión anaerobia para el tratamiento de la fracción orgánica de los residuos municipales de frutas y verduras Resumen En este estudio se evaluó un sistema en continuo de digestión anaerobia para los residuos municipales compuestos por frutas y verduras. La evaluación se llevó a cabo en dos configuraciones de reactores. El sistema I fue diseñado por dos reactores de lecho suspendido (CSTR) para la etapa hidrolítica y para la etapa metanogénica. El sistema II fue conformado por un reactor de lecho suspendido para la etapa hidrolítica y un reactor de lecho empacado para la etapa metanogénica. El sistema I mostro inestabilidad en el pH y baja producción de metano (0,23 ±0,03 lCH 4 /l/día) en el reactor R3, mientras que el sistema II mantuvo un mejor comportamiento del pH, mejor consumo de Ácidos Grasos Volátiles AGV y una producción promedio de metano de 0,58 ±0,05 lCH4 /l/día en el reactor R4. La fijación bacteriana a la superficie del soporte cerámico en el reactor de lecho fijo conduce a la formación de una biopelícula en el sistema II, lo cual incrementa la producción de metano. Por estas razones, el sistema de II es la configuración más conveniente para la digestión anaerobia de FVMW. Palabras clave: residuos de frutas y verduras, digestión anaerobia, funcionamiento de bioreactores, metanogénesis, hidrólisis

Comparative study for methanogenic stage of anaerobic digestion to organic fraction of fruit and vegetable municipal wastes treatment

Abstract The aim of this study was to evaluate the methanogenic stage of anaerobic digestion to fruit and vegetable municipal wastes (FVMW), by mean of specific design reactors. The evaluation was carried out testing two systems with different configurations. System I was designed by two suspended–bed reactors, one for hydrolytic stage (R1) and other for methanogenic stage (R3). System II was formed by a suspended–bed reactor (R2) for hydrolytic stage and fixed-bed reactor (R4) for methanogenic stage. System I showed instability pH and low methane average production (0.23 ±0.03 LCH 4 /L/day) in reactor R3, whereas system II showed stable pH, better consumption of volatile fatty acids  (VFA) and methane average production of 0.58 ±0.05 LCH 4 /L/day in reactor R4. Bacterial attachment to the ceramic support surface in the fixed-bed reactor leads to formation a biofilm in system II, and that increases the methane production. For these reasons the system II is the most advisable configuration for the anaerobic digestion to FVMW. Keywords: fruit and vegetable wastes; anaerobic digestion; bioreactors performance, methanogenic stage, Hydrolytic stage. Estudio comparativo de la etapa metanogénica de la digestión anaerobia para el tratamiento de la fracción orgánica de los residuos municipales de frutas y verduras Resumen En este estudio se evaluó un sistema en continuo de digestión anaerobia para los residuos municipales compuestos por frutas y verduras. La evaluación se llevó a cabo en dos configuraciones de reactores. El sistema I fue diseñado por dos reactores de lecho suspendido (CSTR) para la etapa hidrolítica y para la etapa metanogénica. El sistema II fue conformado por un reactor de lecho suspendido para la etapa hidrolítica y un reactor de lecho empacado para la etapa metanogénica. El sistema I mostro inestabilidad en el pH y baja producción de metano (0,23 ±0,03 lCH 4 /l/día) en el reactor R3, mientras que el sistema II mantuvo un mejor comportamiento del pH, mejor consumo de Ácidos Grasos Volátiles AGV y una producción promedio de metano de 0,58 ±0,05 lCH4 /l/día en el reactor R4. La fijación bacteriana a la superficie del soporte cerámico en el reactor de lecho fijo conduce a la formación de una biopelícula en el sistema II, lo cual incrementa la producción de metano. Por estas razones, el sistema de II es la configuración más conveniente para la digestión anaerobia de FVMW. Palabras clave: residuos de frutas y verduras, digestión anaerobia, funcionamiento de bioreactores, metanogénesis, hidrólisis

ESTUDIO DE LA HIDRÓLISIS ENZIMATICA Y DE LAS BIOPELICULAS ANAEROBIAS, COMO ALTERNATIVA PARA EL TRATAMIENTO CONTINUO EN DOS FASES DE LA FRACCION ORGANICA DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

RESUMENEl proceso de digestión anaerobia para el tratamiento de Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos FO-RSU en una fase ha demostrado tener buenos resultados al remover la totalidad del carbono fácilmente biodegradable para un sustrato procedente de la FO de los RSU [3]. Investigaciones recientes muestran también que la separación de las fases en la digestión anaerobia favorece el desempeño global del proceso, obteniéndose un mayor porcentaje de metano en el biogás generado y un biosólido más estable comparado con el proceso en una fase. Sin embargo uno de los factores que más influye en el tratamiento anaerobio en una y dos fases es el desarrollo de la hidrólisis enzimática, siendo esta la etapa inicial del proceso en la cual se obtiene la degradación de la FO de los RSU hasta ácidos orgánicos, alcoholes, aminoácidos y carbohidratos [5]. La digestión anaerobia se analiza en un sistema de dos fases y los parámetros más relevantes a estudiar son: el tiempo de retención hidráulica (TRH), la temperatura, la formación, la caracterización y la evaluación de la microbiota en la Biopelícula Anaerobia, la caracterización de la microbiota responsable de la Hidrólisis, la evaluación del índice de hidrólisis de la fracción celulósica, además del diseño y construcción de un nuevo sistema de biorreactores y la medición de la producción específica de metano. En el desarrollo de la investigación se hace énfasis en la caracterización y la correlación de los microorganismos que intervienen en el proceso de digestión anaerobia en dos fases y el seguimiento in-situ de la biopelícula sobre un soporte seleccionado. Palabras clave: Digestión anaerobia, Biopelícula, Hidrólisis, Metanogénesis. ABSTRACTThe anaerobic digestion process for the urban solid waste organic fraction (USWOF) by one phases had showed good results for removing of the biodegradable total carbon for a substrate of the USWOF. The recent researches had also showed that anaerobic digestion in two phases favors the global performance of the process, obtaining itself a greater methane percentage in the biogas and a more stable biosolid if it is compared with a process in one phase. However, one of the factors more influence in the anaerobic treatment in one and two phases is the development of the enzymatic hydrolysis, being this first stage of the process in which the degradation of the USWOF is obtained until organic acids, alcohol, amino acids and carbohydrates. [5] The anaerobic digestion will be analyzed in a two phases system and the most relevant parameters to study are: the time of hydraulic retention (THR), the temperature, the formation, the characterization and the evaluation of microbiota in the anaerobic biofilm, the characterization of microbiota responsible for hydrolysis, the evaluation of the hydrolysis index of the cellulose fraction, in addition of the design and construction of a new system of bioreactors and the measurement of the specific methane production. In the development of the research emphasis in the characterization and the correlation of the microorganisms that take part in the process of anaerobic digestion in two phases and the follow in-situ of the biofilm on a selected support. Keywords: Anaerobic digestion, Biofilm, Hydrolysis, Metanogénesis

ESTUDIO DE LA HIDRÓLISIS ENZIMATICA Y DE LAS BIOPELICULAS ANAEROBIAS, COMO ALTERNATIVA PARA EL TRATAMIENTO CONTINUO EN DOS FASES DE LA FRACCION ORGANICA DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

RESUMENEl proceso de digestión anaerobia para el tratamiento de Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos FO-RSU en una fase ha demostrado tener buenos resultados al remover la totalidad del carbono fácilmente biodegradable para un sustrato procedente de la FO de los RSU [3]. Investigaciones recientes muestran también que la separación de las fases en la digestión anaerobia favorece el desempeño global del proceso, obteniéndose un mayor porcentaje de metano en el biogás generado y un biosólido más estable comparado con el proceso en una fase. Sin embargo uno de los factores que más influye en el tratamiento anaerobio en una y dos fases es el desarrollo de la hidrólisis enzimática, siendo esta la etapa inicial del proceso en la cual se obtiene la degradación de la FO de los RSU hasta ácidos orgánicos, alcoholes, aminoácidos y carbohidratos [5]. La digestión anaerobia se analiza en un sistema de dos fases y los parámetros más relevantes a estudiar son: el tiempo de retención hidráulica (TRH), la temperatura, la formación, la caracterización y la evaluación de la microbiota en la Biopelícula Anaerobia, la caracterización de la microbiota responsable de la Hidrólisis, la evaluación del índice de hidrólisis de la fracción celulósica, además del diseño y construcción de un nuevo sistema de biorreactores y la medición de la producción específica de metano. En el desarrollo de la investigación se hace énfasis en la caracterización y la correlación de los microorganismos que intervienen en el proceso de digestión anaerobia en dos fases y el seguimiento in-situ de la biopelícula sobre un soporte seleccionado. Palabras clave: Digestión anaerobia, Biopelícula, Hidrólisis, Metanogénesis. ABSTRACTThe anaerobic digestion process for the urban solid waste organic fraction (USWOF) by one phases had showed good results for removing of the biodegradable total carbon for a substrate of the USWOF. The recent researches had also showed that anaerobic digestion in two phases favors the global performance of the process, obtaining itself a greater methane percentage in the biogas and a more stable biosolid if it is compared with a process in one phase. However, one of the factors more influence in the anaerobic treatment in one and two phases is the development of the enzymatic hydrolysis, being this first stage of the process in which the degradation of the USWOF is obtained until organic acids, alcohol, amino acids and carbohydrates. [5] The anaerobic digestion will be analyzed in a two phases system and the most relevant parameters to study are: the time of hydraulic retention (THR), the temperature, the formation, the characterization and the evaluation of microbiota in the anaerobic biofilm, the characterization of microbiota responsible for hydrolysis, the evaluation of the hydrolysis index of the cellulose fraction, in addition of the design and construction of a new system of bioreactors and the measurement of the specific methane production. In the development of the research emphasis in the characterization and the correlation of the microorganisms that take part in the process of anaerobic digestion in two phases and the follow in-situ of the biofilm on a selected support. Keywords: Anaerobic digestion, Biofilm, Hydrolysis, Metanogénesis

Comparative study for methanogenic stage of anaerobic digestion to organic fraction of fruit and vegetable municipal wastes treatment Estudio comparativo de la etapa metanogénica de la digestión anaerobia para el tratamiento de la fracción orgánica de los

Abstract The aim of this study was to evaluate the methanogenic stage of anaerobic digestion to fruit and vegetable municipal wastes (FVMW), by mean of specifi c design reactors. The evaluation was carried out testing two systems with different confi gurations. System I was designed by two suspended-bed reactors, one for hydrolytic stage (R1) and other for methanogenic stage (R3). System II was formed by a suspended-bed reactor (R2) for hydrolytic stage and fi xed-bed reactor (R4) for methanogenic stage. System I showed instability pH and low methane average production (0.23 ±0.03 LCH 4 /L/day) in reactor R3, whereas system II showed stable pH, better consumption of volatile fatty acids (VFA) and methane average production of 0.58 ±0.05 LCH 4 /L/day in reactor R4. Bacterial attachment to the ceramic support surface in the fi xed-bed reactor leads to formation a biofi lm in system II, and that increases the methane production. For these reasons the system II is the most advisable confi guration for the anaerobic digestion to FVMW. Keywords: fruit and vegetable wastes; anaerobic digestion; bioreactors performance, methanogenic stage, Hydrolytic stage. Resumen En este estudio se evaluó un sistema en continuo de digestión anaerobia para los residuos municipales compuestos por frutas y verduras. La evaluación se llevó a cabo en dos confi guraciones de reactores. El sistema I fue diseñado por dos reactores de lecho suspendido (CSTR) para la etapa hidrolítica y para la etapa metanogénica. El sistema II fue conformado por un reactor de lecho suspendido para la etapa hidrolítica y un reactor de lecho empacado para la etapa metanogénica. El sistema I mostro inestabilidad en el pH y baja producción de metano (0,23 ±0,03 lCH 4 /l/día) en el reactor R3, mientras que el sistema II mantuvo un mejor comportamiento del pH, mejor consumo de Ácidos Grasos Volátiles AGV y una producción promedio de metano de 0,58 ±0,05 lCH 4 /l/día en el reactor R4. La fi jación bacteriana a la superfi cie del soporte cerámico en el reactor de lecho fi jo conduce a la formación de una biopelícula en el sistema II, lo cual incrementa la producción de metano. Por estas razones, el sistema de II es la confi guración más conveniente para la digestión anaerobia de FVMW

Biogas production by anaerobic digestion of wastewater from palm oil mill industry

The environmental impact caused by the fossil fuel use encourages society to look for new sources of renewable energy, such as biodiesel. During the last years, palm oil production has dramatically increased in Colombia, since it is the main raw material for biodiesel production. As consequence of the process, palm oil mill effluents with high content of pollutants are released to the environment. Since these effluents have physicochemical characteristics that make them suitable for the production of biogas by anaerobic digestion of residual water, this research evaluates the production of methane using wastewater as substrate from a Colombian palm oil mill. Anaerobic digestion experiments were conducted in batch mode to evaluate the influence of pH and inoculum to substrate ratio, by using two differents inoculums. It was found that the most suitable inoculum was a mixture of 1:1 v/v urban Wastewater Treatment Plant (WWTP) anaerobic sludge/pig manure at a ratio 2 g Volatile Solids (VS) inoculum/g VS substrate, which presented the highest accumulated methane production, reaching 2740 mL methane (0.343 m3 CH4/kg VS) without neutralizing pH.O impacto ambiental gerado pelo uso de combustíveis fósseis, incentiva à sociedade a procurar novas fontes de energia renováveis, tais como o biodiesel. Na Colômbia, a matéria-prima mais utilizada para produzir biodiesel é o óleo de palma, devido a isso a sua produção tem aumentado drasticamente nos últimos anos, gerando efluentes com alta carga contaminante para o meio ambiente como consequência do processo. Dado que as características físico-químicas destes efluentes são propícias para a produção de biogás mediante digestão anaeróbia, este trabalho avalia a produção de metano a partir de água residual de uma empresa extratora de óleo de palma colombiana. Foram realizados experimentos de digestão anaeróbia em modo batch para avaliar a influência do pH e a relação inoculo/substrato utilizando dois inóculos diferentes. Encontrou-se que a mistura 1:1 v/v lodo anaerobio de tratamento de águas residuais urbanas e esterco de porco usada como inóculo, gerou a maior produção de metano acumulado, atingindo 2740 mL de metano (0,343 m3 CH4/kg SV), usando uma relação de 2 g SV de inóculo/g SV de substrato, sem necessidade de neutralizar o pH do sistema.E l impacto ambiental generado por el uso de combustibles fósiles, incentiva a la sociedad a buscar nuevas fuentes de energía renovables tales como el biodiesel. En Colombia, la materia prima más utilizada para producir biodiesel es el aceite de palma, con lo que su producción ha aumentado drásticamente en los últimos años, generando efluentes con alta carga contaminante para el medio ambiente como consecuencia del proceso. Dado que las características fisicoquímicas de estos efluentes son propicias para la producción de biogas mediante digestión anaerobia, este trabajo evalúa la producción de metano a partir de agua residual de una empresa extractora de aceite de palma colombiana. Se realizaron experimentos de digestión anaerobia en modo batch para evaluar la influencia del pH y la relación inóculo/ sustrato utilizando dos inóculos diferentes. Se encontró que la mezcla 1:1 v/v lodo anaerobio de planta de tratamiento de aguas residuales urbanas y estiércol de cerdo usada como inóculo, generó la mayor producción de metano acumulado, alcanzando 2740 mL de metano (0.343 m3 CH4/kg SV), usando una relación de 2 g SV de inóculo/g SV de sustrato, sin necesidad de neutralizar el pH del sistema

Características demográficas, de saúde, necessidades de cuidado e diagnósticos de enfermagem de pessoal hospitalizado sofrendo transtorno afetivo bipolar

Introduction: Bipolar Affective Disorder (BAD) is a chronic mental illness more frequently found in woman than in men. The prevalence over the world is 1% and in Colombia is 1.2%. Objective: To describe the demographic and health characteristics, care needs and nursing diagnoses in patients hospitalized due to a BAD diagnosis in the mental-health clinic Clínica Psiquiátrica Nuestra Señora del Sagrado Corazón. Method: This is a retrospective descriptive study. One hundred and fifty-eight medical records were selected between January and June 2015. Information was gathered from the admission notes by the therapeutic team; the functional patterns by Marjory Gordon were used to examine the care needs based on the data. Results: In the sample, 55.7% were women from 19 to 82 years old; 71.5% of the sample lived in Medellín; 47.5% were single individuals; 19% had completed the high school. A 66.5% showed symptoms typical to the BAD at the time of admission; under the CIE-10 diagnosis, the BAD maniac episode was the most frequent and included psychotic symptoms. According to the patterns by Marjory Gordon, the nursing needs found in the sample were: lack of introspection, sleeplessness, hallucinations, and self-harming. Regarding these needs, the nursing diagnoses were: deterioration in the independent decision-making; disorder of the sleep pattern and self-harming risk. Conclusions: The demographic and health information is similar to the typical characteristics reported in other researches. Both the care needs and nursing diagnoses are consistent with the mental inability, which hampers an appropriate self-care.Introducción: el trastorno afectivo bipolar (TAB) es una enfermedad mental crónica más frecuente en mujeres que en hombres. La prevalencia en el mundo es del 1 % y en Colombia es del 1,2 %. Objetivo: Describir las características demográficas, de salud, necesidades de cuidado y diagnóstico de enfermería en pacientes que ingresan a hospitalización con un diagnóstico de TAB a la Clínica Psiquiátrica Nuestra Señora del Sagrado Corazón. Método: Estudio descriptivo retrospectivo. Se seleccionaron 158 historias clínicas entre enero y junio de 2015, La información se recolectó de las notas de ingreso del equipo terapéutico, y para las necesidades de cuidado se utilizaron los patrones funcionales de Marjory Gordon. Resultados: el 55,7 % eran mujeres, con edades entre 19 y 82 años, el 71,5 % eran residentes de Medellín, el 47,5 % eran solteros, el 19 % tenían estudios secundarios. El 66,5 % presentó sintomatología propia del TAB en el momento del ingreso; el diagnóstico CIE-10 más frecuente fue TAB-episodio maniaco, presente con síntomas psicóticos. Las necesidades encontradas, según los patrones de Marjory Gordon, fueron: falta de introspección, presencia de insomnio, alucinaciones y autoagresión. Para estas necesidades los diagnósticos de enfermería fueron: deterioro de la toma de decisiones independiente, trastorno del patrón del sueño y riesgo de violencia autodirigida. Conclusiones: La información demográfica y de salud es similar a las características reportadas por otras investigaciones. Tanto las necesidades de cuidado y los diagnósticos de enfermería son congruentes con la incapacidad mental que impiden un adecuado autocuidado