RESUMEN Los residuos de alimentos (RA) presentan un alto potencial de aprovechamiento mediante procesos biológicos como la digestión anaerobia (DA), especialmente por su alto contenido de materia orgánica biodegradable. Para inocular los reactores, en general se emplean lodos que deben presentar buena sedimentabilidad y actividad metanogénica específica (AME), típico en lodos granulares. Sin embargo, los de mayor disponibilidad y accesibilidad en el contexto latinoamericano, son lodos floculentos de baja sedimentabilidad y AME. Aplicando vigilancia tecnológica desde 1975 hasta 2017, se evidenció escasa literatura enfocada a mejorar la calidad del inóculo mediante acondicionamientos para mejorar sus características y maximizar la producción de metano, en comparación con los estudios publicados sobre el sustrato. Se identificaron diferentes metodologías de acondicionamiento de inóculos, las cuales se agruparon en cinco categorías y mediante la aplicación de técnicas de análisis multicriterio como el proceso de análisis jerárquico (AHP) y con consulta a expertos internacionales y nacionales. Se identificaron las técnicas más utilizadas, siendo las principales, la adición de nutrientes seguida por la digestión anaerobia con un sustrato de fácil degradación. Sin embargo, se recomienda complementar la vigilancia tecnológica, incorporando los resultados publicados en eventos de gran importancia en el campo de la DA como el Seminario-Taller latinoamericano y el Congreso Mundial de Digestión Anaerobia.

ABSTRACT Food waste (FW) has a high potential for use in biological processes such as anaerobic digestion (AD), especially due to its high content of biodegradable organic matter. To inoculate the reactors, sludge is usually used. The sludge should ideally have good sedimentation and specific methanogenic activity (SMA), which is typical for granular sludge. However, in a Latin American context, the most available and accessible sludges are flocculants with low sedimentation and SMA. Applying technological surveillance between 1975 and 2017, using multicriteria analysis techniques such as analytical hierarchy process (AHP), and consulting with international and national experts, we observed that there were few studies, compared to published studies on the substrates that focused on improving inoculum quality through conditioning to improve its characteristics and maximize methane production. The inoculum-conditioning methodologies identified were grouped into five categories, being the main strategy the addition of nutrients followed by anaerobic digestion with an easily degradable substrate. However, extension of technological surveillance is recommended by incorporating the results published from significant events in the field of anaerobic digestion, such as the Latin American Workshop and Symposium on Anaerobic Digestion and the World Congress on Anaerobic Digestion.

RESUMEN Los residuos de alimentos son el componente principal de los residuos sólidos municipales y dado su elevado contenido de materia orgánica tienen alto potencial de producción de metano, mediante la digestión anaerobia; sin embargo, la predominancia de material lignocelulósico dificulta su hidrólisis. En este estudio, mediante ensayos de potencial bioquímico de metano, se evaluó el efecto de diferentes condiciones de pretratamiento térmico del sustrato, aplicando temperaturas entre 72 - 128°C y tiempos de exposición de 15 - 33 minutos sobre el rendimiento de producción de CH4. Para evaluar el efecto de las condiciones de pretratamiento, se empleó la metodología de superficie de respuesta y la aplicación de los modelos cinéticos de primer orden y de ajuste de Gompertz modificado. Los parámetros cinéticos identificados fueron validados, mediante niveles de confianza, usando la matriz de información de fisher. Se encontró que la región óptima, para alcanzar un mayor rendimiento en la digestión anaerobia, en cuanto a la producción de CH4, superior a 150mLCH4 gSV-1 y tiempos de la fase de latencia menores a 1 día, fue alrededor de 100°C, con tiempos de exposición cercanos a 15 minutos, condición en que se alcanzó una mayor solubilidad y mejorando positivamente la etapa hidrolítica del proceso anaerobio.

ABSTRACT Food waste are the main component of the municipal solid waste and given their high content of organic matter, have high potential for methane production through the anaerobic digestion. However, the predominance of lignocellulosic material hinders its hydrolysis. In this study, by means of assays of biochemical methane potential, the effect of different thermal pre-treatment conditions of the substrate was evaluated by applying temperatures between 72 - 128°C and exposure times of 15 - 33 minutes on the conditions on the performance of CH4. To evaluate the effect of pretreatment, we used the Response Surface Methodology accompanied by the application of first order kinetic and modified Gompertz models. The identified kinetic parameters were validated using confidence levels using the fisher information matrix. It was found that the optimal region, to reach a higher yield in the anaerobic digestion with regard to the production of CH4 higher than 150mLCH4 gVS-1 and lag-phase times less than 1 day, was around 100°C with exposure times close to 15 minutes, condition in which a greater solubility was reached and positively improving the hydrolytic stage of the anaerobic process.

Abstract In recent years, Anaerobic Digestion (AD) has become an important technological alternative for the management of municipal biowaste (MBW) for both pollution control and obtaining renewable energy such as methane. One of the factors that most affects the AD of MBW is the particle size, particularly in the hydrolysis and lag phases, this last being in general the limiting stage of solid waste AD. This research evaluated on a laboratory scale the AD of MBW by evaluating Biochemical Methane Potential (BMP) at a temperature of 30 °C during 30 days and the influence of particle size. The particle sizes ranged between < 2 mm to 12.5 mm. Along the study, better results were observed for particle sizes < 2 mm, obtaining productions of methane and electrical energy of 128 mL gVS-1 and 2960.4 kWh week-1 respectively (19% higher than in reactors with larger particles), thus indicating lower costs for design and maintenance.

La codigestión anaerobia (CA) es una de las opciones viables para superar las desventajas de la mono-digestión. Esta investigación presenta los resultados del Potencial Bioquímico de Metano (PBM) donde se evaluó la CA de biorresiduos municipales (BM) de una localidad que realiza separación en la fuente y recolección selectiva con lodos de aguas residuales domésticas (LARD) provenientes de una planta de tratamiento de aguas residuales en diferentes proporciones de mezcla. Se evaluó la producción de metano mediante el modelo modificado de Gompertz y la hidrólisis a través del modelo cinético de primer orden, ya que esta es la etapa limitante en la CA de residuos sólidos. La proporción de mezcla LARD:BM donde se lograron las mayores producciones de metano (105.6 mLCH4·gSV-1), mejores constantes de hidrólisis (Kh) y fases de latencia cortas (menores a 3.3 días) fue 20:80.

Anaerobic co-digestion (A-Co) is a viable option to overcome the disadvantages of mono-digestion. This research presents the results of biochemical methane potential assays (BMPs) assessing the A-Co of municipal biowastes (MBW) from one city which perform source separation and selective collection with domestic wastewater sludge (DWS) from a municipal wastewater treatment plant (WWTP) in different DWS: MBW mixing ratios. Besides methane production, it was evaluated the hydrolysis (through a first-order kinetics model and the modified Gompertz model), since this is the limiting step of the A-Co of solid wastes. The results showed that A-Co of DWS with MBW is feasible and that DWS: MBW mixing ratio generated a synergistic effect in the process. The mixing ratio DWS:MBW that produced the largest quantities of methane (105.6 mLCH4·gVS-1), optimal hydrolysis constants (Kh) and shortest lag phase (under 3.3 days) was 20:80.

La digestión anaerobia es un proceso biológico que permite lograr dos propósitos de manera simultánea, el tratamiento de residuos para el control de la contaminación ambiental y el aprovechamiento y valorización de los subproductos generados: el metano como fuente de energía renovable y el material digerido con potencial de aplicación agrícola. Con el fin de determinar la capacidad de producción de metano, la biodegradabilidad anaerobia de un sustrato orgánico, seleccionar sustratos e inóculos potenciales y predecir el funcionamiento de digestores a escala real, se realizan ensayos a escala de laboratorio en reactores batch como el de Potencial Bioquímico de Metano (PBM). En este artículo se presenta una reflexión sobre diferentes aspectos relacionados con este importante ensayo, como la diversidad en la denominación del experimento, las diferentes modificaciones en las condiciones operacionales y experimentales, el uso de diferentes unidades de medición, las ecuaciones de cálculo usadas para la cuantificación del metano, entre otros, que han dado lugar a diversas propuestas metodológicas las cuales difieren en factores que condicionan su aplicación y la comparación de los resultados con otros estudios. Con esta reflexión se ratifica la utilidad de este ensayo pero también la necesidad de estandarizarlo, por lo cual es recomendable reportar las condiciones experimentales y operacionales y las unidades adecuadas, para evitar confusiones metodológicas y permitir una mayor reproducibilidad. Adicionalmente, se debe profundizar en el análisis metodológico de los diferentes métodos de medición y así obtener resultados comparables.

Anaerobic digestion is a biological process that achieves two purposes simultaneously, waste treatment to control environmental pollution and the recovery and valorization of by-products generated: methane as a source of renewable energy and digestate for agricultural purposes. To determine the methane production capability, the anaerobic biodegradability of an organic substrate, the selection of potential substrates and inoculums and the performance prediction of full-scale digesters, bench scale procedures as Biochemical Methane Potential (BMP) test, are performed. This article shows a reflection on different aspects related to this important test, such as the diversity in the experiment denomination, the different modifications in operational and experimental conditions, the different use of measurement units, the required equations for methane quantification, among others, these have given place to various methodological approaches which differ in conditioning factors for its application and comparison with results of other studies. With this reflection, the usefulness of this assay and the need to standardize it is ratified. Therefore, the experimental and operational conditions and the appropriate units should be reported, to avoid methodological confusion and permit a greater reproducibility. Additionally, it is recommended to deepen in the methodological analyses of different measurement methods to obtaining comparable results.

A digestão anaeróbia é um processo biológico que permite atingir dois propósitos de maneira simultânea, o tratamento de resíduos para o controle da poluição ambiental e o aproveitamento e valorização dos subprodutos gerados: o metano como fonte de energia renovável e o material digerido com potencial de uso agrícola. Para determinar a capacidade de produção de metano, a biodegradabilidade anaeróbia de um substrato orgânico, escolher substratos e prever o desempenho de digestores de grande escala, são realizados testes em escala de bancada em reatores descontínuos como o Potencial Bioquímico de Metano (PBM). Neste artigo apresenta-se uma reflexão sobre diferentes assuntos relacionados com este importante teste, como a diversidade na denominação do teste, as diferentes modificações nas condições operacionais e experimentais, o uso de diferentes unidades de medição, as equações usadas para a quantificação do metano, dentre outros, que têm conduzido a diversas propostas metodológicas, as quais apresentam diferenças em fatores que condicionam a sua aplicação e a comparação dos resultados com outros estudos. Com esta reflexão, ratifica-se a utilidade deste teste, mas também a necessidade de padronizá-lo; portanto, é recomendável relatadas as condições experimentais e operacionais e as unidades adequadas para evitar confusão metodológica e permitir uma maior reprodutibilidade. Além disso, recomenda-se a aprofundar na análise metodológica dos diferentes métodos de medição para obter resultados comparáveis.

Biowastes are the predominant fraction of municipal solid waste (MSW) of developing countries. Biowastes are characterized by a high content of organic matter; characteristics which facilitates its transformation through biological processes such as anaerobic digestion (AD). Using biochemical methane potential (PBM) assays, in this study we evaluated the influence of substrate-inoculum (S/I) ratio on the AD of biowaste from MSW. The S/I ranged between 0.25 to 9 gSVsustrate*gSVinocolum-1. Sludge from an anaerobic digester of the domestic wastewater treatment plant located in Cali-Colombia, was used as inoculum. It were found that the S/I ratio has an effect on the AD (p < 0.1). Best results was obtained with the ratio 0.25 gSVsustrate*gSVinocolum-1 (176.19 mLCH4*gSV-1 and a rate of 73.12% biodegradability), while 9 gSVsustrate*gSVinocolum-1 produced the lowest results (17.56 and 7.29% respectively). Furthermore, it was found that S/I ratios lower than 2 gSVsustrate*gSVinocolum-1 provided a suitable process. In the other hand, with S/I ratios greater than 2, the process becomes unstable due to acidification processes, caused by accumulation of VFA's; those VFA's cannot be he stabilized due to the low buffering capacity of the system.

En los países en desarrollo, los biorresiduos son la fracción predominante de los residuos sólidos municipales (RSM); los biorresiduos tienen un alto contenido de materia orgánica, característica que favorece su transformación a través de procesos biológicos como la digestión anaerobia (DA). En este estudio, mediante ensayos de potencial bioquímico de metano (PBM), se evaluó la influencia de la relación sustrato-inóculo (S/I) sobre la DA de biorresiduos de origen municipal (BOM), utilizando relaciones de 0.25 a 9 gSVsustrato*gSVinóculo-1. Como inóculo se empleó lodo de un biodigestor anaerobio de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas. Se encontró que la relación S/I tiene efecto sobre la DA de los BOM (p < 0.1), en donde la relación 0.25 produjo los mejores resultados (producción de 176.19 mLCH4*gSV-1 y un índice de biodegradabilidad de 73.12%, mientras que la relación de 9 generó los más bajos resultados (17.56 mLCH4*gSV-1 y 7.29%, respectivamente). También se encontró que las relaciones S/I menores de 2 gSVsustrato*gSVinóculo-1 permiten un proceso adecuado; con valores mayores, el proceso se desestabiliza debido a la ocurrencia de procesos de acidificación por la acumulación de los AGV's que no logran estabilizarse por la baja capacidad buffer del sistema.

Los biosólidos tienen alto potencial de aprovechamiento en el sector agrícola, debido a su contenido de materia orgánica y de nutrientes. En esta investigación, se evaluó, durante un periodo de doce meses y en escala piloto, la influencia de la aplicación de biosólidos de una planta de tratamiento de aguas residuales sobre la calidad del suelo, las caracte rísticas morfológicas de la planta, la calidad del producto reflejada en grados brix, sacarosa y azúcares reductores y la productividad en términos de toneladas por hectárea, de un cultivo de caña de azúcar. El estudio, se realizó en una modalidad de bloques completos al azar con 3 tratamientos: suelo sin aplicación de nutrientes y fertilización mineral y con aplicación de biosólidos, con 3 réplicas por tratamiento. Se encontró que la aplicación de los biosólidos no alteró la calidad microbiológica y parasitológica del suelo, en cuanto a variables de interés sanitario. Las concentraciones de materia orgánica, nitrógeno mineral, fósforo y potasio, estuvieron dentro de los rangos típicos de los suelos del Valle del Cauca; las características morfológicas de la planta también se encontraron en el rango típico de la variedad empleada y en el rendimiento del cultivo respecto a sacarosa, grado brix y azúcares reductores. No se encontraron diferencias estadísticas significativas entre la fertilización mineral y la aplicación de los biosólidos, ratificando la viabilidad de este último en actividades agrícolas.

Biosolids have great utilization potential in the agricultural sector due to its content of organic matter and nutrients. This research evaluated over a period of twelve months and at pilot scale, the influence of the application of biosolids from one wastewater treatment plant on the soil quality, the morphological characteristics of the plant, the quality of product reflected in degrees brix, sucrose and reducing sugars and the crop yield in terms of tons per hectare of a sugarcane crop. The study was executed in a complete blocks modality at random form with 3 treatments: soil without nutrients application and mineral fertilization, and with biosolids application with 3 replications per treatment. It was found that the application of biosolids did not alter the microbiological and parasitological quality of the soil with regard to sanitary interest variables. Organic matter, mineral nitrogen, phosphorus and potassium concentrations, were found in the range of the soils of the Valle del Cauca; morphological features of the plant were found in the typical range of the variety used and the crop yield regarding sucrose, brix degrees and reducing sugars did not show significant statistical differences between the application of biosolids and mineral fertilization, thus ratifying the feasibility of the use of biosolids for agricultural application.

Los biorresiduos de origen municipal-BOM, se caracterizan por su alto contenido de materia orgánica, humedad y nutrientes, además de ser residuos fácilmente acidificables, lo que los convierte en una fuente contaminante cuando se disponen inadecuadamente. La digestión anaerobia-DA es una alternativa tecnológica para el control de la contaminación de los BOM y la obtención de una fuente de energía renovable, como el metano; sin embargo, variables, como el pH, pueden afectar el proceso. Este estudio evaluó, a escala de laboratorio, mediante ensayos de Potencial Bioquímico de Metano-PBM, a una temperatura de 30oC, durante 40 días, la influencia del pH sobre la DA de BOM. Los valores de pH del sustrato variaron entre 5,5 a 8,0 unidades, utilizando como inóculo lodo, proveniente de la biodigestión anaerobia de lodos, de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas. Se evidenció que los pH ácidos correspondientes a 5,5 y 6,0 unidades, presentaron la menor producción de metano, del orden de 70,0 y 71,0 mLCH4*gSV-1, respectivamente, mientras que los pH cercanos a la neutralidad, lograron los mejores resultados, siendo la producción a un pH de 7,0 unidades la mayor, la cual, fue 126,0mLCH4*gSV-1. Los resultados están acordes con el comportamiento de la capacidad buffer, que fue más adecuada, entre 7,0 y 8,0 unidades, garantizando estabilidad del proceso anaerobio y evitando así la ocurrencia de fenómenos de inhibición. Para lograr estos niveles de pH, se hace necesario adicionar un alcalinizante, debido a las características ácidas de los BOM.

Municipal bio-wastes-MBW are characterized by their high content of organic matter, humidity, nutrients, and additionally are wastes easily acids, which makes them a source of pollution when are improperly disposed. Anaerobic digestion-AD is a technological alternative for MBW pollution control as well as for methane production as a renewable energy source; however, parameters such as pH can affect the process. This study evaluated at laboratory scale thought Biochemical Potential Methane-BPM assays at a temperature of 30oC during 40 days, the influence of pH on the MBW-AD. The pH values tested ranged from 5.5 to 8.0 units, using as inoculum sludge coming from the sludge anaerobic digestion of a domestic wastewater treatment plant. It was noticed that the acid pH between 5.5 and 6.0 units had the lowest methane production, 70.0 and 71.0mLCH4*gVS-1 respectively; while pH values near to the neutrality achieved the best results, being the highest production of methane corresponding to a pH of 7.0 units, reaching a value of 126.0mLCH4*gVS-1. Similarly, it was found that pH values from 7.0 to 8.0 units had the best buffer capacity, ensuring stability of the anaerobic process and avoiding inhibition phenomena. To achieve this condition, it is necessary to apply pH adjust due to the acid characteristics of the MBW.