Efecto de la hidrólisis térmica sobre la solubilización de materia orgánica y generación de compuestos recalcitrantes en lodos de depuradora

Abstract

El pretratamiento por hidrólisis térmica modifica de manera irreversible la estructura y las propiedades de los lodos de la depuradora. Aunque mejora la producción de metano durante la digestión anaeróbica, es fundamental identificar los posibles efectos negativos asociados a este proceso, como las altas temperaturas que se aplican habitualmente. Estas condiciones pueden llevar a la formación de compuestos recalcitrantes o biorrefractarios indeseables, como los productos de la reacción de Maillard, que presentan un color café oscuro caramelizado. Sin embargo, a pesar de que la presencia de estos compuestos recalcitrantes ha sido ampliamente documentada, aún se requiere más información sobre su formación, especialmente considerando la variabilidad en los tipos de lodo utilizados. Este estudio se centró en comprender cómo los compuestos refractarios influyen en las propiedades de solubilización del lodo hidrolizado y en identificar los compuestos recalcitrantes en fase soluble mediante espectros infrarrojos (IR). Se encontró que la solubilización de la materia orgánica medida fue de 10.13%, 15.07% y 22.09% a 110°, 140°C y 200 °C a los 30 min respectivamente en comparación con el lodo sin tratar. De manera similar, para el COT, se observó un aumento del 89.6%. No obstante, es a esta temperatura donde se demostró que la espectroscopia infrarroja es una técnica poderosa para identificar y diferenciar los compuestos recalcitrantes y diversos grupos funcionales como N-H, O-H, C-N y C-H. Esta investigación aporta nueva información sobre la estructura de los compuestos recalcitrantes después del pretratamiento por hidrólisis térmica por los espectros IR.

Thermal hydrolysis pretreatment irreversibly alters the structure and rheological properties of sewage sludge. Although it improves methane production during anaerobic digestion, it is crucial to identify the potential negative effects associated with this process, such as the high temperatures that are commonly applied. These conditions can lead to the formation of undesirable recalcitrant or biorefractory compounds, such as the products of the Maillard reaction, which exhibit a dark caramel-brown color. However, despite the extensive documentation of the presence of these recalcitrant compounds, more information is still needed about their formation, especially considering the variability in the types of sludge used. This study focused on understanding how refractory compounds influence the solubilization properties of hydrolyzed sludge and on identifying recalcitrant compounds in the soluble phase using infrared spectroscopy (IR). The solubilization of organic matter was found to be 12.45%, 32.54%, and 46.27% at 110°C, 140°C, and 200°C respectively, compared to untreated sludge. Similarly, an increase of 89.6% was observed for COT. However, at this temperature, infrared spectroscopy proved to be a powerful technique for identifying and differentiating recalcitrant compounds and various functional groups such as N-H, O-H, and C-N. This research provides new insights into the structure of recalcitrant compounds after thermal hydrolysis pretreatment.