División de Ciencias Básicas e Ingeniería
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- Mejoramiento de la producción de metano a partir de aguas residuales de rastro usando un pretratamiento térmico y nanopartículas de óxido de hierro(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2025-10-10) Zúñiga Verdugo, GerdanyEn la actualidad, los problemas ambientales representan un tema prioritario, siendo el manejo del agua uno de los más relevantes. Otro aspecto fundamental es la mejora en la producción de energía, lo cual puede lograrse a través del tratamiento de aguas residuales mediante digestión anaerobia (DA), ya que el metano generado en este proceso puede ser aprovechado como fuente de energía, al mismo tiempo que se realiza el tratamiento del agua. Por ello, el objetivo de esta tesis fue mejorar la producción de metano mediante el uso de pretratamientos, en especial del pretratamiento térmico (PT) y la adición de nanopartículas (NP) metálicas, evaluando tanto su efecto individual como su posible sinergia. El desarrollo experimental se estructuró en tres etapas: En la primera etapa, se sintetizaron y caracterizaron las NP de óxido de hierro con y sin soporte, utilizando alúmina comercial como material de soporte. Se emplearon dos metodologías tipo sol-gel con el propósito de identificar la que ofreciera una mejor eficiencia energética. Los nanomateriales obtenidos se caracterizaron mediante técnicas como microscopía electrónica de barrido y de transmisión, espectroscopia de infrarrojo, difracción de rayos X y análisis de reducción de temperatura programada. En la segunda etapa, se llevó a cabo la recolección y caracterización del agua residual proveniente de un rastro, determinando sus parámetros fisicoquímicos. Por último, en la tercera etapa, se llevaron a cabo dos ensayos de pruebas de biopotencial de metano y se realizó un modelado matemático de las cinéticas de producción de metano junto con un balance energético. En el primer ensayo se evaluó la influencia del pretratamiento térmico (100°C, 1 atm, 30 min), la adición de NP de óxido de hierro con y sin soporte (120 mg/L), así como la combinación de ambos pretratamientos. Los resultados indicaron que el PT no favoreció la producción de metano, debido a la formación de compuestos recalcitrantes durante el proceso. Sin embargo, las NP soportadas incrementaron la producción de metano en un 27.78%. En el segundo ensayo se analizó la influencia de las NP con y sin soporte, modificando sus concentraciones (30, 60 y 120 mg/L). Las diferentes concentraciones mostraron rendimientos semejantes en la producción de metano. Por razones de sostenibilidad y eficiencia en el uso de materiales, se consideró como condición óptima el uso de NP soportadas a una concentración de 30 mg/L, que mostró un mejoramiento del 32.95%. Los resultados experimentales obtenidos evidenciaron que la adición de NP mejoró el proceso de DA, no solo al aumentar la producción de metano, sino también al favorecer parámetros clave como la actividad metanogénica específica, la remoción de materia orgánica y la generación de condiciones reductoras que son ideales para este tipo de sistemas. Se consideró como condición ideal el uso de NP soportadas en alúmina a una concentración de 30 mg/L, ya que permite alcanzar resultados comparables utilizando una menor cantidad de material metálico. Los resultados experimentales se ajustaron satisfactoriamente a los modelos de primer orden modificado y de Gompertz, obteniéndose curvas sigmoidales correspondientes a cinéticas de primer orden. Finalmente, el balance energético mostró que la ganancia obtenida por la producción mejorada de metano representó apenas el 10% de la energía necesaria para cubrir la demanda requerida en la síntesis de las nanopartículas.