Monitoring anaerobic digestion of animal slurry during inhibition and recovery phases

Esta tesis doctoral se centra en la dinámica de la inhibición y la recuperación del proceso de digestión anaerobia de purines de cerdo para encontrar indicadores, predecir fallos del proceso, minimizar las pérdidas de metano (CH4) y evaluar las mejores prácticas de gestión a nivel de la planta de biogás. Para cumplir con este objetivo, cinco ensayos fueron diseñados y ejecutados. En primer lugar, se diseñó un experimento para controlar los cambios físico-químicos y de emisión de gas de dos tipos de purines envejecidos durante 15 semanas de almacenamiento en condiciones de verano. En segundo lugar, diferentes concentraciones de sulfato (SO42-) fueron evaluadas en digestión anaerobia termofílica de purines de cerdo y vacuno controlando la producción de CH4 y los cambios fisicoquímicos en un ensayo en discontinuo. Así mismo, la degradación anaeróbica de la materia orgánica (MO) y el límite de inhibición de SO42- fueron investigados. En tercer lugar, los efectos de incluir purines de cerdo acidificados con SO42- en un codigestión anaerobia con purines de cerdo convencionales se estudió a dos escalas (a escala laboratorio y a gran escala), donde se evaluó el rendimiento del proceso. Así mismo, los indicadores clave del proceso fueron identificados. En cuarto lugar, una combinación de dos métodos, reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real (qPCR) y microscopía electrónica de barrido cualitativa (SEM) fueron utilizados para evaluar los cambios en la población microbiana de los digestores anaerobios durante la adición de los purines. Finalmente, el rendimiento de CH4, la composición físico-química y la estructura y dinámica de la comunidad microbiológica fueron evaluadas durante la puesta en marcha de la digestión anaerobia de purines de cerdo a escala de laboratorio. Se evaluaron cuatro estrategias de puesta en marcha: inanición y no inanición, seguida de una adición gradual o brusca de los purines. Los resultados presentados en esta tesis doctoral perMoset Hernández, V. (2012). Monitoring anaerobic digestion of animal slurry during inhibition and recovery phases [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1806

ESTUDIO DE LA CARACTERIZACIÓN Y ESTABILIZACIÓN ANAEROBIA DE PURÍN CON Y SIN SEPARACIÓN PREVIA DE SÓLIDOS

Las emisiones de gases efecto invernadero provocadas por la actividad ganadera son una preocupación creciente actualmente, en este estudio se midió la evolución de la composición de los purines y las emisiones de gases producidas por un almacenamiento exterior de 15 semanas.Moset Hernández, V. (2009). ESTUDIO DE LA CARACTERIZACIÓN Y ESTABILIZACIÓN ANAEROBIA DE PURÍN CON Y SIN SEPARACIÓN PREVIA DE SÓLIDOS. http://hdl.handle.net/10251/11960Archivo delegad

Improved anaerobic biodegradability of wheat straw, solid cattle manure and solid slaughterhouse by alkali, ultrasonic and alkali-ultrasonic pre-treatment

Wheat straw and animal wastes are important feedstock for biogas production in Europe. Yet, the high content of lignocellulosic and refractory materials causes the process to be relatively slow. Therefore, pretreatment methods have been proposed to shorten the hydrolysis phase. The present study examined the effectiveness of alkali pre-treatment (AP), ultrasonic pre-treatment (UP), and alkali-ultrasonic pre-treatment (AUP) applied on wheat straw (WS), solid fraction of cattle manure (SCM) and solid fraction of slaughterhouse waste (SSHW), by monitoring solubilisation ratio, anaerobic biodegradability and methane yield. The results indicate that the solubilisation ratio of the substrates improved regardless of the types of pre-treatment applied. Though, AP was more effective on WS and SSHW than other pre-treatments (UP and AUP), with approximately 47% and 17% extra methane, respectively. Moreover, AP of SCM caused an increased in methane production rate by 100% and minimised lag phase from 16 days to 1 day during anaerobic digestion. Based on Danish conditions, only AP of WS was economical prior to the biogas process due to high extra methane yield. A positive energy budget of 8 € t−1 VS was calculated. High-energy consumption during UP and AUP in laboratory scale hindered the positive benefits of these pre-treatments.info:eu-repo/semantics/acceptedVersio

Concentration, spatial and size distribution of airborne aerobic mesophilic bacteria in broiler farms

In livestock houses, particulate matter (PM) and airborne microorganism are two of the most relevant air pollutants. Particulate matter may carry microorganisms, the inhalation of which can cause detrimental health effects. The aim of this study was to study the spatial distribution of airborne aerobic mesophilic bacteria in the air of a broiler farm (rearing poultry for meat production), to quantify the concentration of airborne aerobic mesophilic bacteria and PM in the air and to study their evolution in time, as well as to evaluate the relationship between particle size and airborne aerobic mesophilic bacteria, and to correlate the evolution of PM concentrations and aerobic mesophilic bacteria concentrations. For this purpose, the air of two broiler rooms in an experimental broiler farm was sampled weekly using different methods during 42 days. There was a spatial gradient (p<0.001) in aerobic mesophilic bacteria concentrations between animal height and higher heights, at the beginning of the production cycle (day 3). The concentration of aerobic mesophilic bacteria in the air ranged from 3 to 6.53 log CFU/m(3). Between 42% and 96% of aerobic mesophilic bacteria in the air were found in the particle size ranges between 3.3 to more than 7 mu m. The PM concentration in the air was equal to 0.019 mg/m(3) for PM2.5 and equal to 0.189 mg/m(3) for PM10. The PM and bacteria concentrations followed a similar evolution during the production cycle (correlation coefficient between 0.78 and 0.89), showing a maximum concentration on day 24 and decreasing thereafter, coinciding with an increase in the ventilation rate

Concentration, spatial and size distribution of airborne aerobic mesophilic bacteria in broiler farms

In livestock houses, particulate matter (PM) and airborne microorganism are two of the most relevant air pollutants. Particulate matter may carry microorganisms, the inhalation of which can cause detrimental health effects. The aim of this study was to study the spatial distribution of airborne aerobic mesophilic bacteria in the air of a broiler farm (rearing poultry for meat production), to quantify the concentration of airborne aerobic mesophilic bacteria and PM in the air and to study their evolution in time, as well as to evaluate the relationship between particle size and airborne aerobic mesophilic bacteria, and to correlate the evolution of PM concentrations and aerobic mesophilic bacteria concentrations. For this purpose, the air of two broiler rooms in an experimental broiler farm was sampled weekly using different methods during 42 days. There was a spatial gradient (p<0.001) in aerobic mesophilic bacteria concentrations between animal height and higher heights, at the beginning of the production cycle (day 3). The concentration of aerobic mesophilic bacteria in the air ranged from 3 to 6.53 log CFU/m(3). Between 42% and 96% of aerobic mesophilic bacteria in the air were found in the particle size ranges between 3.3 to more than 7 mu m. The PM concentration in the air was equal to 0.019 mg/m(3) for PM2.5 and equal to 0.189 mg/m(3) for PM10. The PM and bacteria concentrations followed a similar evolution during the production cycle (correlation coefficient between 0.78 and 0.89), showing a maximum concentration on day 24 and decreasing thereafter, coinciding with an increase in the ventilation rate

Efecto de la variación en la cantidad de nitrógeno ligado a la fibra en piensos de cerdos sobre las características del purín resultantante y su potencial de NH3, Biogas y CH4: resusltados preliminares

La composición del purín varía en función de la dieta, los procesos fisiológicos y bioquímicos en el animal y el manejo, entre otros. La composición del purín es determinante en las emisiones de metano (CH 4 ) y amoniaco (NH 3 ) (Moset y col., 2012) y condiciona su aptitud para ser usado como fertilizante o como sustrato para la producción de biogás. Las materias primas comúnmente utilizadas en la fabricación de piensos poseen valores variables de nitrógeno ligado a fibra (N- FND) y determinadas combinaciones de ingredientes modifican de manera considerable la concentración de N-FND en los piensos. La ingesta de diferentes cantidades de N-FND puede dar lugar a cambios en la composición del purín y en su potencial de producción de NH 3 ,CH 4 y biogás. El objetivo del presente estudio fue evaluar los efectos de la modificación de la calidad del nitrógeno (N) en piensos de cebo en cerdos y sus implicancias en la producción de NH 3, CH 4 y biogás a partir del purín. Este ensayo es parte del proyecto GasPorc (AGL2011-30023-C03) que evalúa la relación que existe entre la composición de la dieta, características del purín y su potencial de producción de gases y valor fertilizante

Concentration, spatial and size distribution of airborne aerobic mesophilic bacteria in broiler farms

[EN] In livestock houses, particulate matter (PM) and airborne microorganism are two of the most relevant air pollutants. Particulate matter may carry microorganisms, the inhalation of which can cause detrimental health effects. The aim of this study was to study the spatial distribution of airborne aerobic mesophilic bacteria in the air of a broiler farm (rearing poultry for meat production), to quantify the concentration of airborne aerobic mesophilic bacteria and PM in the air and to study their evolution in time, as well as to evaluate the relationship between particle size and airborne aerobic mesophilic bacteria, and to correlate the evolution of PM concentrations and aerobic mesophilic bacteria concentrations. For this purpose, the air of two broiler rooms in an experimental broiler farm was sampled weekly using different methods during 42 days. There was a spatial gradient (p < 0.001) in aerobic mesophilic bacteria concentrations between animal height and higher heights, at the beginning of the production cycle (day 3). The concentration of aerobic mesophilic bacteria in the air ranged from 3 to 6.53 log CFU/m3. Between 42% and 96% of aerobic mesophilic bacteria in the air were found in the particle size ranges between 3.3 to more than 7 ¿m. The PM concentration in the air was equal to 0.019 mg/m3 for PM2.5 and equal to 0.189 mg/m3 for PM10.The PM and bacteria concentrations followed a similar evolution during the production cycle (correlation coefficient between 0.78 and 0.89), showing a maximum concentration on day 24 and decreasing thereafter, coinciding with an increase in the ventilation rate.[ES] El material particulado (PM) y los microorganismos en el aire son dos de los principales contaminantes por vía aérea en el ámbito de la ganadería. El PM puede ir asociado a numerosos microorganismos y la inhalación de los mismos puede tener un efecto perjudicial para la salud. Los objetivos de este estudio fueron estudiar la distribución espacial de bacterias aerobias mesófilas en el aire de una granja de broilers (granja de cría de pollos para la obtención de carne), cuantificar la concentración de bacterias y de PM en el aire y su evolución a lo largo de un ciclo de producción, evaluar la relación entre el tamaño de partícula y las bacterias aerobias mesófilas, y correlacionar la evolución de las concentraciones de PM con la evolución de las concentraciones de bacterias aerobias mesófilas. Para ello se muestreó semanalmente, utilizando diferentes métodos, el aire en dos salas de una misma nave experimental de broilers durante un ciclo de 42 días. Se observó un gradiente espacial (p < 0,001) en la concentración de bacterias aerobias mesófilas, entre la altura de los animales y alturas mayores al comienzo del ciclo (día 3). La concentración de bacterias aerobias mesófilas en el aire varió entre 3 y 6,53 log UFC/m3. Entre el 42% y el 96% de las bacterias aerobias mesófilas se encontraron en los rangos de tamaño de partícula entre 3,3 y más de 7 ¿m. La concentración media de PM en el aire fue de 0,019 mg/m3 para PM2,5 y 0,189 mg/m3 para PM10. Las concentraciones de PM y bacterias aerobias mesófilas en el aire evolucionaron de forma similar a lo largo del ciclo de producción (coeficiente de correlación entre 0,78 y 0,89), produciéndose para ambos un máximo en el día 24 del ciclo y disminuyendo a partir de entonces, coincidiendo con un incremento en la tasa de ventilación.Los autores agradecen la financiación recibida a través del Proyecto GASFARM-2 (AGL2008-04125) del Ministerio de Ciencia e Innovación, coordinada por el prof. Antonio Torres. También agradecen al Centro de Investigación y Tecnología Animal del IVIA por ofrecernos las instalaciones y por el apoyo durante el ensayo. Los autores expresan su agradecimiento al Dr. Fernando Estellés por su ayuda en el cálculo del balance de CO2 y al grupo de Wageningen UR Livestock Research (Países Bajos) por la cesión del impactador en cascada.Adell Sales, E.; Moset Hernández, V.; Zhao, Y.; Cerisuelo García, A.; Cambra López, M. (2011). Concentración, distribución espacial y por tamaño de bacterias aerobias mesófilas en el aire de granjas de broilers. ITEA. Información Técnica Económica Agraria. 107(2):77-93. http://hdl.handle.net/10251/36410S7793107

Co-digestión anaerobia de purines de cerdo: una alternativa de gestión sostenible

[ES] Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología Animal (ICTA), perteneciente a la Universitat Politècnica de València (UPV), junto con el Centro de Investigación y Tecnología Animal (CITA), perteneciente al Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA), ha desarrollado un proyecto de valorización energética de purines de cerdo y subproductos agrícolas mediante co-digestión anaerobia.Moset, V.; Ferrer Riera, P.; Cambra López, M.; Cerisuelo, A.; Torres Salvador, AG. (2011). Co-digestión anaerobia de purines de cerdo: una alternativa de gestión sostenible. RETEMA: Revista Técnica de Medio Ambiente. 153:40-45. http://hdl.handle.net/10251/65120S404515

Resultados preliminares de un estudio de caracterización de purines de porcino obtenido en fosa bajo condiciones mediterráneas

El conocimiento de la composición del purín recién excretado y en distintos momentos del ciclo productivo del animal es importante, ya que permite conocer de una manera más precisa la evolución que experimenta éste con el tiempo. Esto posibilitaría adecuar las estrategias de gestión y tratamiento del mismo desde una perspectiva temporal a cada tipo de explotación. El purín contiene una gran cantidad de flora bacteriana que lo degrada en función de su composición, de la duración del almacenamiento y de las condiciones ambientales. Existe bastante información sobre la composición de purines en balsa, sin embargo apenas existen datos sobre éstos en fosa. Es por ello que para identificar tanto la variabilidad en función del tipo de animal como sus características en el tiempo es interesante disponer de información obtenida en fosa. El objetivo de este trabajo es presentar los primeros resultados de composición del purín de cerdos en granjas de la Comunidad Valenciana para estudiar la variabilidad existente en función del tipo de animal y del tiempo de almacenamiento. Para ello se tomaron 36 muestras en fosa, en varias explotaciones según la orientación productiva, analizándose materia seca (MS), sólidos volátiles (SV), cenizas (ASH), pH, nitrógeno total (NT), nitrógeno amoniacal (NH4), conductividad eléctrica (CE) y demanda biológica de oxígeno (DBO). Asimismo se ha obtenido un perfil de ácidos grasos (AGV) para cada tipo de purín. De los resultados obtenidos, se observa una importante variabilidad según la categoría animal, apreciándose en cebo mayores contenidos en MS, SV y NH4. Finalmente, también se ha encontrado una elevada correlación entre la conductividad eléctrica y el nitrógeno total excretado (R2 = 0,76), lo que podría utilizarse como un “test rápido” de determinación de la composición de purín en campo

Algoritmos de cálculo de las emisiones de metano y óxido nitroso de la gestión de los estiércoles y purines en rumiantes en condiciones españolas

La cría intensiva de rumiantes representa una fuente importante de gases de efecto invernadero a la atmósfera. La fermentación entérica es una de las principales fuentes de metano de esta actividad. No obstante, la gestión de las deyecciones ganaderas sólidas (estiércoles) y líquidas (purines) genera también emisiones tanto de metano (CH4) como de óxido nitroso (N2O). Dentro de las emisiones de gases procedentes de la gestión de los estiércoles y purines, los rumiantes se sitúan en segundo lugar de importancia después de la ganadería porcina. El origen de estos gases se encuentra en la descomposición de la materia orgánica que se produce a lo largo de todas las fases de la gestión de las deyecciones ganaderas. La estimación de estas emisiones es obligatoria y debe reflejarse en los Inventarios Nacionales de Emisiones a la Atmósfera. Para ello, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) proporciona unas ecuaciones de cálculo de las emisiones que dependen de una serie de factores, de los cuales el sistema de gestión del estiércol o purín es determinante. Sin embargo, en la mayoría de los casos, estas ecuaciones no pueden aplicarse a las condiciones españolas debido a la falta de concordancia entre los sistemas de gestión de las deyecciones ganaderas del IPCC y los que se dan actualmente en España. Por ejemplo, en el caso del ganado ovino y caprino, el sistema más habitual (cama profunda) no se contempla, y en el ganado bovino predominan unos sistemas de operaciones secuenciales y concatenadas que no se ajustan a estas ecuaciones tal y como se plantean. El objetivo de este trabajo es presentar unos algoritmos alternativos, para la estimación de las emisiones de CH4 y N2O derivadas de la gestión de los estiércoles y purines de los rumiantes en España