Anaerobic digestion is a key process in any sustainable organic waste management strategy and was... more Anaerobic digestion is a key process in any sustainable organic waste management strategy and wastewater treatment process. It has proved to be one of the most effective methods for the mitigation of greenhouse gases emissions, contributing to the production of renewable energy and enabling the application of nutrient recovery processes. Biogas produced is a renewable and flexible fuel and able to cover heat and electricity and transport energy demands. Its upgrading and injection into the natural gas grid favour its use where efficiencies are the highest, even as a resource for the chemical industry, integrating either geographical distributed production or consumption. In spite of the multiple advantages, current economics is very dependent on energy prices and on the given government policy in areas such as regional development, waste management, renewable energy or climate change. In a context of a bio-based economy society, anaerobic digestion can also contribute to the production of carboxylates, which can be recovered for the synthesis of more complex chemicals, with higher economic value than biogas, maintaining the suitability of the process for the recovery of nutrients and of the remaining energy from the substrate. This flexibility confers a wide range of added value products and application areas to the anaerobic digestion process.
Bioprocess and Biosystems Engineering, Apr 6, 2019
Microbial community dynamics during the anaerobic co-digestion of pig manure, pasteurized slaught... more Microbial community dynamics during the anaerobic co-digestion of pig manure, pasteurized slaughterhouse waste and glycerin, were studied in a lab-scale CSTR. The feed composition was optimized through progressive co-substrate additions for enhanced methane production and organic matter removal without accumulation of intermediate compounds. Microbial community structure of biomass samples was studied by means of qPCR and DGGE profiling of 16S rRNA genes (Bacteria and Archaea), and genusspecific qPCR of the methyl coenzyme M reductase gene (mcrA), which encodes for an enzyme universally involved in methanogenesis. The composition of the dominant bacterial populations remained relatively stable, when compared to those in the influent, but the highest changes were observed upon the introduction of glycerin. Biodiversity of archaea was restricted to a few representatives of the genera Methanosaeta and Methanosarcina, but Methanospirillum sp. was detected only when glycerin was introduced in the feeding. Glycerin supplementation coincided with the strongest increase in methane yield (from 0.22 to 0.64 m 3 CH4•m-3 •d-1).
Priorització territorial per a l'implementació de plantes de tractament .. 4. Resultats (part II)... more Priorització territorial per a l'implementació de plantes de tractament .. 4. Resultats (part II): Identificació dels principals factors limitants a la implantació de tecnologies de tractament .
La eliminacion biologica de nitrogeno mediante la combinacion de los procesos de nitrificacion y ... more La eliminacion biologica de nitrogeno mediante la combinacion de los procesos de nitrificacion y desnitrificacion se presenta como potencial alternativa de tratamiento en situaciones donde exista un excedente de nitrogeno derivado de la produccion de purines. Con el proposito de profundizar en el estudio de este tratamiento se ha establecido un modelo matematico resultado de modificar el modelo de fangos activos ASM1. El nitrito fue considerado producto intermedio tanto de la nitrificacion como de la desnitrificacion. Asimismo, debido a la influencia del pH sobre el tratamiento, se implemento un algoritmo para simular su evolucion. Ensayos especificos, principalmente respirometricos, permitieron la estimacion de aquellos parametros composicionales, cineticos y estequiometricos con una mayor influencia en la respuesta del modelo. La disponibilidad de materia organica biodegradable para lograr una completa desnitrificacion se presenta como uno de los principales limitantes del proceso, a pesar de tratar purines frescos. Finalmente, las previsiones del modelo han sido contrastadas con resultados obtenidos en un reactor discontinuo secuencial (SBR) a escala laboratorio bajo dos condiciones operacionales distintas. Una intensidad de aireacion baja durante los periodos aerobios permitio que el proceso tuviera lugar mayoritariamente via nitrito y, por lo tanto, reducir los requerimientos organicos y de oxigeno asociados.
En aquest article es fa una revisió de treballs de recerca i desenvolupament sobre gesti&o... more En aquest article es fa una revisió de treballs de recerca i desenvolupament sobre gestió i tractament de dejeccions ramaderes fets per un grup de recerca des de mitjan anys noranta. Amb un enfocament orientat a trobar solucions, ha calgut combinar els treballs més bàsics, orientats a conèixer els fonaments dels processos, amb els més aplicats, orientats a optimitzar la seva aplicació en condicions de camp reals. En aquesta combinació s’han mostrat molt útils les eines de biologia molecular per a conèixer la dinàmica de les poblacions de microorganismes en processos biològics, tant a escala de laboratori com industrial, i les eines de modelització matemàtica i simulació numèrica, tant per a entendre els fenòmens observats com per a optimitzar el disseny i l’escalat de les instal·lacions. Com a resultat dels diferents treballs, es conclou que les d...
Como cualquier otra actividad industrial de transformación, la ganadería actúa sobre el entorno e... more Como cualquier otra actividad industrial de transformación, la ganadería actúa sobre el entorno en grados diferentes de intensidad. No escapa a aquello que caracteriza al metabolismo industrial: consume materia y energía, y produce unos bienes y residuos. La consideración de las deyecciones como residuo o como recurso depende de su utilización, siendo el reciclaje como fertilizantes en las dosis adecuadas a los suelos y cultivos la estrategia más asequible de gestión y valorización como recurso.
ABSTRACT This report is dealing with the characterization of processes and technologies applicabl... more ABSTRACT This report is dealing with the characterization of processes and technologies applicable to manure treatment. Some possible objectives of treatment systems have been identified, depending of the local constrains. The main driving force for adopting a manure processing plant is considered to be the Nitrates Directive (91/676/EEC) implementation, and the consequent nutrients management requirements, followed by the incentives for renewable energy production (biogas). In this report, 45 unitary processes have been identified and explained. Some of these processes can be found working alone if these are enough for solving the problem that motivated its adoption. Others must be combined for fitting a given objective. Usual combinations have been identified at every unitary process description section and a synthesis of these main combinations is presented. Anaerobic digestion is found to be a key process in strategies dealing with nutrients recovery.
Un plan de gestión de residuos ganaderos es un programa de actuaciones conducentes a adecuar la p... more Un plan de gestión de residuos ganaderos es un programa de actuaciones conducentes a adecuar la producción de residuos a las necesidades de mejora y mantenimiento de la calidad de suelos, y de nutrientes de los cultivos, en el espacio y el tiempo. La adecuación temporal se consigue con grandes volúmenes de almacenamiento, lo cual contribuye a la activación de procesos de descomposición de los residuos de forma incontrolada en el propio almacén: producción de ácidos grasos volátiles (AGV) y emisiones de NH 3 , H 2 S y CH 4 , entre otros.
In this study, we have simulated fire evacuation by Real-Coded Cellular Automata (RCA), which is ... more In this study, we have simulated fire evacuation by Real-Coded Cellular Automata (RCA), which is proposed as a new approach for evacuation dynamics. To consider the flame spread in discrete time and space in CA simulation, a percolation model is used. For comparison, we considered the situation in the room with obstacle with no fire. We have discussed the evacuation route and time in fire.
S'estima que a Catalunya es produeixen uns 19 milions de tones anuals de residus ramaders, es... more S'estima que a Catalunya es produeixen uns 19 milions de tones anuals de residus ramaders, essent la tipologia de residu que es produeix en mes quantitat. La consideracio de residu o de subproducte d'aquests materials depen de molts factors: escala geografica d'analisi, us correcte com adobs o esmenes, tractaments que s'hi apliquin, etc.
La digestió anaeròbia de residus orgànics consisteix en la descomposició microbiològica en medi a... more La digestió anaeròbia de residus orgànics consisteix en la descomposició microbiològica en medi anaerobi de compostos orgànics en condicions controlades, amb producció final d'un gas combustible (biogàs). Amb la definició anterior, hom podria considerar que aquest procés es contraposa al de compostatge, la qual definició seria molt semblant, substituint el terme "anaerobi" per "aerobi" i traient la referència a la producció de gasos aprofitables energèticament. Una definició més exacte del procés de compostatge aerobi, deguda a Haug (1993), pot donar llum al debat fictici encetat sobre quin dels dos processos és el millor; "Compostatge aerobi: Descomposició biològica i estabilització del substrat orgànic, sota condicions que permetin el desenvolupament de temperatures en el rang termofílic com a resultat del procés biològic aerobi exotèrmic, per a produir un producte final estable, lliure de patògens i llavors, i que pugui ser aplicable al sòl de forma beneficiosa." Mentre que en hi ha prou en produir biogas a partir d'un residu orgànic, per dir que s'ha aplicat un procés de digestió anaeròbia, no es pot dir que s'ha aplicat amb èxit un procés de compostatge si no s'ha aconseguit un producte estable i aplicable al sòl de forma beneficiosa. Una estratègia de tractament d'un residu és una combinació de processos unitaris amb l'objectiu d'obtenir productes d'una certa qualitat. Com productes s'han de considerar tots els obtinguts de la línia de tractament, des dels econòmicament valuosos fins als que hom podria considerar rebuig i que afecten a la contaminació dels diferents medis receptors. Aquests darrers hauran de tenir una qualitat mínima per a ser abocats, i els primers una qualitat mínima per a ser comercialitzats. Per a definir una estratègia també s'ha de tenir en compte que s'ha de tendir al mínim consum de recursos (materials i energètics). Els processos de compostatge i de digestió anaeròbia presenten, per separat, avantatges i inconvenients. La feina de l'enginyer de processos està en saber combinar aquestes dues tecnologies per aprofitar les seves avantatges de forma integrada, tot superant els inconvenients amb la sinèrgia que suposa la complementarietat.
Anaerobic digestion is a key process in any sustainable organic waste management strategy and was... more Anaerobic digestion is a key process in any sustainable organic waste management strategy and wastewater treatment process. It has proved to be one of the most effective methods for the mitigation of greenhouse gases emissions, contributing to the production of renewable energy and enabling the application of nutrient recovery processes. Biogas produced is a renewable and flexible fuel and able to cover heat and electricity and transport energy demands. Its upgrading and injection into the natural gas grid favour its use where efficiencies are the highest, even as a resource for the chemical industry, integrating either geographical distributed production or consumption. In spite of the multiple advantages, current economics is very dependent on energy prices and on the given government policy in areas such as regional development, waste management, renewable energy or climate change. In a context of a bio-based economy society, anaerobic digestion can also contribute to the production of carboxylates, which can be recovered for the synthesis of more complex chemicals, with higher economic value than biogas, maintaining the suitability of the process for the recovery of nutrients and of the remaining energy from the substrate. This flexibility confers a wide range of added value products and application areas to the anaerobic digestion process.
Bioprocess and Biosystems Engineering, Apr 6, 2019
Microbial community dynamics during the anaerobic co-digestion of pig manure, pasteurized slaught... more Microbial community dynamics during the anaerobic co-digestion of pig manure, pasteurized slaughterhouse waste and glycerin, were studied in a lab-scale CSTR. The feed composition was optimized through progressive co-substrate additions for enhanced methane production and organic matter removal without accumulation of intermediate compounds. Microbial community structure of biomass samples was studied by means of qPCR and DGGE profiling of 16S rRNA genes (Bacteria and Archaea), and genusspecific qPCR of the methyl coenzyme M reductase gene (mcrA), which encodes for an enzyme universally involved in methanogenesis. The composition of the dominant bacterial populations remained relatively stable, when compared to those in the influent, but the highest changes were observed upon the introduction of glycerin. Biodiversity of archaea was restricted to a few representatives of the genera Methanosaeta and Methanosarcina, but Methanospirillum sp. was detected only when glycerin was introduced in the feeding. Glycerin supplementation coincided with the strongest increase in methane yield (from 0.22 to 0.64 m 3 CH4•m-3 •d-1).
Priorització territorial per a l'implementació de plantes de tractament .. 4. Resultats (part II)... more Priorització territorial per a l'implementació de plantes de tractament .. 4. Resultats (part II): Identificació dels principals factors limitants a la implantació de tecnologies de tractament .
La eliminacion biologica de nitrogeno mediante la combinacion de los procesos de nitrificacion y ... more La eliminacion biologica de nitrogeno mediante la combinacion de los procesos de nitrificacion y desnitrificacion se presenta como potencial alternativa de tratamiento en situaciones donde exista un excedente de nitrogeno derivado de la produccion de purines. Con el proposito de profundizar en el estudio de este tratamiento se ha establecido un modelo matematico resultado de modificar el modelo de fangos activos ASM1. El nitrito fue considerado producto intermedio tanto de la nitrificacion como de la desnitrificacion. Asimismo, debido a la influencia del pH sobre el tratamiento, se implemento un algoritmo para simular su evolucion. Ensayos especificos, principalmente respirometricos, permitieron la estimacion de aquellos parametros composicionales, cineticos y estequiometricos con una mayor influencia en la respuesta del modelo. La disponibilidad de materia organica biodegradable para lograr una completa desnitrificacion se presenta como uno de los principales limitantes del proceso, a pesar de tratar purines frescos. Finalmente, las previsiones del modelo han sido contrastadas con resultados obtenidos en un reactor discontinuo secuencial (SBR) a escala laboratorio bajo dos condiciones operacionales distintas. Una intensidad de aireacion baja durante los periodos aerobios permitio que el proceso tuviera lugar mayoritariamente via nitrito y, por lo tanto, reducir los requerimientos organicos y de oxigeno asociados.
En aquest article es fa una revisió de treballs de recerca i desenvolupament sobre gesti&o... more En aquest article es fa una revisió de treballs de recerca i desenvolupament sobre gestió i tractament de dejeccions ramaderes fets per un grup de recerca des de mitjan anys noranta. Amb un enfocament orientat a trobar solucions, ha calgut combinar els treballs més bàsics, orientats a conèixer els fonaments dels processos, amb els més aplicats, orientats a optimitzar la seva aplicació en condicions de camp reals. En aquesta combinació s’han mostrat molt útils les eines de biologia molecular per a conèixer la dinàmica de les poblacions de microorganismes en processos biològics, tant a escala de laboratori com industrial, i les eines de modelització matemàtica i simulació numèrica, tant per a entendre els fenòmens observats com per a optimitzar el disseny i l’escalat de les instal·lacions. Com a resultat dels diferents treballs, es conclou que les d...
Como cualquier otra actividad industrial de transformación, la ganadería actúa sobre el entorno e... more Como cualquier otra actividad industrial de transformación, la ganadería actúa sobre el entorno en grados diferentes de intensidad. No escapa a aquello que caracteriza al metabolismo industrial: consume materia y energía, y produce unos bienes y residuos. La consideración de las deyecciones como residuo o como recurso depende de su utilización, siendo el reciclaje como fertilizantes en las dosis adecuadas a los suelos y cultivos la estrategia más asequible de gestión y valorización como recurso.
ABSTRACT This report is dealing with the characterization of processes and technologies applicabl... more ABSTRACT This report is dealing with the characterization of processes and technologies applicable to manure treatment. Some possible objectives of treatment systems have been identified, depending of the local constrains. The main driving force for adopting a manure processing plant is considered to be the Nitrates Directive (91/676/EEC) implementation, and the consequent nutrients management requirements, followed by the incentives for renewable energy production (biogas). In this report, 45 unitary processes have been identified and explained. Some of these processes can be found working alone if these are enough for solving the problem that motivated its adoption. Others must be combined for fitting a given objective. Usual combinations have been identified at every unitary process description section and a synthesis of these main combinations is presented. Anaerobic digestion is found to be a key process in strategies dealing with nutrients recovery.
Un plan de gestión de residuos ganaderos es un programa de actuaciones conducentes a adecuar la p... more Un plan de gestión de residuos ganaderos es un programa de actuaciones conducentes a adecuar la producción de residuos a las necesidades de mejora y mantenimiento de la calidad de suelos, y de nutrientes de los cultivos, en el espacio y el tiempo. La adecuación temporal se consigue con grandes volúmenes de almacenamiento, lo cual contribuye a la activación de procesos de descomposición de los residuos de forma incontrolada en el propio almacén: producción de ácidos grasos volátiles (AGV) y emisiones de NH 3 , H 2 S y CH 4 , entre otros.
In this study, we have simulated fire evacuation by Real-Coded Cellular Automata (RCA), which is ... more In this study, we have simulated fire evacuation by Real-Coded Cellular Automata (RCA), which is proposed as a new approach for evacuation dynamics. To consider the flame spread in discrete time and space in CA simulation, a percolation model is used. For comparison, we considered the situation in the room with obstacle with no fire. We have discussed the evacuation route and time in fire.
S'estima que a Catalunya es produeixen uns 19 milions de tones anuals de residus ramaders, es... more S'estima que a Catalunya es produeixen uns 19 milions de tones anuals de residus ramaders, essent la tipologia de residu que es produeix en mes quantitat. La consideracio de residu o de subproducte d'aquests materials depen de molts factors: escala geografica d'analisi, us correcte com adobs o esmenes, tractaments que s'hi apliquin, etc.
La digestió anaeròbia de residus orgànics consisteix en la descomposició microbiològica en medi a... more La digestió anaeròbia de residus orgànics consisteix en la descomposició microbiològica en medi anaerobi de compostos orgànics en condicions controlades, amb producció final d'un gas combustible (biogàs). Amb la definició anterior, hom podria considerar que aquest procés es contraposa al de compostatge, la qual definició seria molt semblant, substituint el terme "anaerobi" per "aerobi" i traient la referència a la producció de gasos aprofitables energèticament. Una definició més exacte del procés de compostatge aerobi, deguda a Haug (1993), pot donar llum al debat fictici encetat sobre quin dels dos processos és el millor; "Compostatge aerobi: Descomposició biològica i estabilització del substrat orgànic, sota condicions que permetin el desenvolupament de temperatures en el rang termofílic com a resultat del procés biològic aerobi exotèrmic, per a produir un producte final estable, lliure de patògens i llavors, i que pugui ser aplicable al sòl de forma beneficiosa." Mentre que en hi ha prou en produir biogas a partir d'un residu orgànic, per dir que s'ha aplicat un procés de digestió anaeròbia, no es pot dir que s'ha aplicat amb èxit un procés de compostatge si no s'ha aconseguit un producte estable i aplicable al sòl de forma beneficiosa. Una estratègia de tractament d'un residu és una combinació de processos unitaris amb l'objectiu d'obtenir productes d'una certa qualitat. Com productes s'han de considerar tots els obtinguts de la línia de tractament, des dels econòmicament valuosos fins als que hom podria considerar rebuig i que afecten a la contaminació dels diferents medis receptors. Aquests darrers hauran de tenir una qualitat mínima per a ser abocats, i els primers una qualitat mínima per a ser comercialitzats. Per a definir una estratègia també s'ha de tenir en compte que s'ha de tendir al mínim consum de recursos (materials i energètics). Els processos de compostatge i de digestió anaeròbia presenten, per separat, avantatges i inconvenients. La feina de l'enginyer de processos està en saber combinar aquestes dues tecnologies per aprofitar les seves avantatges de forma integrada, tot superant els inconvenients amb la sinèrgia que suposa la complementarietat.
Uploads
Papers by Xavier Flotats