O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de produção contínua de hidrogênio, sob condições termofílicas (55ºC), a partir de diferentes concentrações de vinhaça de cana-de-açúcar em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) utilizando argila expandida como material suporte para adesão microbiana. Foram utilizados cinco reatores de idêntica configuração, denominados R5, R10, R15, R20 e R30, com variação na concentração afluente de 5000, 10.000, 15.000, 20.000 e de 30.000 mg DQO L-1, respectivamente (com cargas orgânicas volumétricas- TCO entre 15 e 720 kg DQO m-3 d-1). O tempo de detenção hidráulica (TDH) reduziu de 8, 6, 4, 2 e 1 h. Na estratégia de operação de um deles, (R5) investigou-se os efeitos da co-fermentação de porcentagens de glicose e de vinhaça no substrato de alimentação. Os outros quatro reatores foram operados mediante a adição de glicose como co-substrato ao afluente, apenas durante o período de partida operacional. Em todos os reatores, foi observado comportamento de elevação na produção volumétrica de H2 (PVH) a partir da diminuição do TDH. A máxima PVH obtida foi de de 1,96 L h-1 L-1 (R10; TDH de 1h; TCO de 240 kg DQO m-3 d-1). No entanto, verificou-se diminuição do rendimento de H2 (HY) e no conteúdo de H2 no biogás, com a aplicação dos TDH reduzidos, em todos os reatores, alcançando valor máximo de 4,62 mmol g DQOadicionada-1 no TDH de 8 h (R5) e 57.51% de H2 no TDH de 6 h (R20). O reator operado com a maior concentração de vinhaça (R30) apresentou menores valores de produção de H2, atribuídos aos compostos inibitórios (elevada concentração de ácidos voláteis no afluente - butírico e acético). As análises de clonagem e sequenciamento dos consórcios bacterianos termofílicos revelaram semelhanças (99%) com cepas produtoras de H2, como Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Clostridium cellulosi, Lactobacillus fermentum e Megasphaera elsdenii. A capacidade de produzir H2, a distribuição dos ácidos e a estrutura da comunidade bacteriana foram fatores influenciados pelo aumento da concentração de vinhaça e das TCO aplicadas. / The present study aimed to evaluate the ability of continuous hydrogen production under thermophilic conditions (55 °C), from different sugar cane vinasse concentrations in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) using expanded clay as support material for microbial adhesion. Five reactors of identical configuration were used, denominated R5, R10, R15, R20 and R30, followed by influent variation concentration of 5000; 10,000; 15,000; 20,000 and 30,000 mg COD L-1, respectively (with organic loading rate- OLR varying from 15 to 720 kg COD m-3 d-1). The hydraulic retention time (HRT) decreases from 8, 6, 4, 2 and 1 h. The strategy applied to one of those (R5), investigated the co-fermentations effects across the application of different percentages of glucose and stillage in the fed substrate. The other four reactors were operated by adding glucose as co-substrate to the influent just during the start-up period. In all reactors, it was observed a volumetric H2 production (HPR) increase behavior from the HRT decrease. The maximum HPR obtained was 1.96 L h-1 L-1 (R10; HRT of 1h; OLR of 240 kg COD m-3 d-1). However, there was a decrease in H2 yield (HY) and H2 content in biogas, with the application of reduced HRT for all reactors, reaching maximum value of 4.62 mmol g CODadded-1 at HRT of 8 h (R5) and 57.51% of H2 at HRT of 6 h (R20). The reactor operated with the highest concentration of stillage (R30) showed lower values for H2 production, attributed to inhibitory compounds (high concentration of volatile acids in the affluent - butyric and acetic). The cloning and sequencing analyzes of the thermophilic bacterial consortium showed similarity (99%) with H2 producing strains, such as Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Clostridium cellulosi, Lactobacillus fermentum and Megasphaera elsdenii. The ability to produce H2, the distribution of organic acids and the bacterial community structure analyzed in all reactors were factors influenced by the increasing stillage concentration and OLR applied.

O presente estudo teve como principal objetivo avaliar a capacidade de produção contínua de hidrogênio, sob condições termofílicas (55ºC), a partir de diferentes concentrações de vinhaça de cana-de-açúcar em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) utilizando argila expandida como material suporte para adesão microbiana. Foram utilizados cinco reatores de idêntica configuração, denominados R5, R10, R15, R20 e R30, com variação na concentração afluente de 5000, 10.000, 15.000, 20.000 e de 30.000 mg DQO L-1, respectivamente (com cargas orgânicas volumétricas- TCO entre 15 e 720 kg DQO m-3 d-1). O tempo de detenção hidráulica (TDH) reduziu de 8, 6, 4, 2 e 1 h. Na estratégia de operação de um deles, (R5) investigou-se os efeitos da co-fermentação de porcentagens de glicose e de vinhaça no substrato de alimentação. Os outros quatro reatores foram operados mediante a adição de glicose como co-substrato ao afluente, apenas durante o período de partida operacional. Em todos os reatores, foi observado comportamento de elevação na produção volumétrica de H2 (PVH) a partir da diminuição do TDH. A máxima PVH obtida foi de de 1,96 L h-1 L-1 (R10; TDH de 1h; TCO de 240 kg DQO m-3 d-1). No entanto, verificou-se diminuição do rendimento de H2 (HY) e no conteúdo de H2 no biogás, com a aplicação dos TDH reduzidos, em todos os reatores, alcançando valor máximo de 4,62 mmol g DQOadicionada-1 no TDH de 8 h (R5) e 57.51% de H2 no TDH de 6 h (R20). O reator operado com a maior concentração de vinhaça (R30) apresentou menores valores de produção de H2, atribuídos aos compostos inibitórios (elevada concentração de ácidos voláteis no afluente - butírico e acético). As análises de clonagem e sequenciamento dos consórcios bacterianos termofílicos revelaram semelhanças (99%) com cepas produtoras de H2, como Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Clostridium cellulosi, Lactobacillus fermentum e Megasphaera elsdenii. A capacidade de produzir H2, a distribuição dos ácidos e a estrutura da comunidade bacteriana foram fatores influenciados pelo aumento da concentração de vinhaça e das TCO aplicadas. / The present study aimed to evaluate the ability of continuous hydrogen production under thermophilic conditions (55 °C), from different sugar cane vinasse concentrations in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) using expanded clay as support material for microbial adhesion. Five reactors of identical configuration were used, denominated R5, R10, R15, R20 and R30, followed by influent variation concentration of 5000; 10,000; 15,000; 20,000 and 30,000 mg COD L-1, respectively (with organic loading rate- OLR varying from 15 to 720 kg COD m-3 d-1). The hydraulic retention time (HRT) decreases from 8, 6, 4, 2 and 1 h. The strategy applied to one of those (R5), investigated the co-fermentations effects across the application of different percentages of glucose and stillage in the fed substrate. The other four reactors were operated by adding glucose as co-substrate to the influent just during the start-up period. In all reactors, it was observed a volumetric H2 production (HPR) increase behavior from the HRT decrease. The maximum HPR obtained was 1.96 L h-1 L-1 (R10; HRT of 1h; OLR of 240 kg COD m-3 d-1). However, there was a decrease in H2 yield (HY) and H2 content in biogas, with the application of reduced HRT for all reactors, reaching maximum value of 4.62 mmol g CODadded-1 at HRT of 8 h (R5) and 57.51% of H2 at HRT of 6 h (R20). The reactor operated with the highest concentration of stillage (R30) showed lower values for H2 production, attributed to inhibitory compounds (high concentration of volatile acids in the affluent - butyric and acetic). The cloning and sequencing analyzes of the thermophilic bacterial consortium showed similarity (99%) with H2 producing strains, such as Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, Clostridium cellulosi, Lactobacillus fermentum and Megasphaera elsdenii. The ability to produce H2, the distribution of organic acids and the bacterial community structure analyzed in all reactors were factors influenced by the increasing stillage concentration and OLR applied.

In this study, anaerobic treatability of opium alkaloid wastewater and the effect of radiation pretreatment (gamma-rays) on anaerobic treatability were investigated. Biochemical Methane Potential (BMP) assay was performed with alkaloid wastewater having initial COD values of 2400, 6000 and 9600 mg/L with and without basal medium (BM). The highest anaerobic treatment efficiency of 77% was obtained in the BMP reactor containing alkaloid wastewater with initial COD of 9600 mg/L and BM. Co-substrate use was investigated by using BMP assay. Alkaloid wastewater having initial COD concentrations of 9000, 13000 and 18000 mg/L were used with glucose, acetate and glucose-acetate as co-substrates. Results revealed that co-substrate use did not improve alkaloid removal efficiency significantly but it abrogated the acclimation period of anaerobic bacteria to alkaloid wastewater. Continuous reactor experiments were carried out in Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactors. Highest overall efficiencies (above 80%) were obtained in the reactor fed with co-substrate (R2) for all initial COD concentrations. Up to 78% removal efficiency was obtained in R1 (fed with alkaloid wastewater only) at initial COD concentration of 19 g/L. Effect of radiation was sought by using BMP assay with two initial COD concentrations of 14 and 25 g/L, and two radiation doses 40 and 140 kGy. At 14 g/L COD, there was no effect of radiation on gas production for both doses. However at initial COD of 25 g/L, reactors containing wastewater dosed with 140 and 40 kGy produced gas with higher rates above certain point with respect to raw wastewater.

Métodos de Microbiologia de anaeróbios estritos e de Biologia Molecular foram empregados para se conhecer a diversidade de microrganismos relacionados à degradação de ascarel em reatores anaeróbios metanogênicos. A avaliação de potencial metanogênico foi realizada para a escolha da melhor condição nutricional, bem como, para a seleção de material suporte e solvente adequado a solubilização do ascarel. Nos ensaios em batelada, a produção de metano foi maior nos reatores contendo etanol (média de 0,22 - 0,46 molCH4/gSTV, 46h). Remoção de 85,6% (86,7 mg/L de PCB em Aroclor 1016 e 1260) foi obtida na condição com espuma de poliuretano, etanol (46g/L) e formiato (680 mg/L). Diferentes solventes e surfactantes, tais como, DMSO, dioxano, ácido acético, ácido fórmico, n-hexano, acetona, etano, metanol, Tween 80, SDS (10%) e Triton X-100 foram avaliados para a solubilização de ascarel. Dentre esses, metanol, Triton X-100 e ácido fórmico foram eleitos para a realização de ensaio em reatores em batelada contendo espuma de poliuretano, com o propósito de avaliar o potencial metanogênico na degradação de PCB. Os valores de produção de metano foram muito semelhantes (0,21 0,38 molCH4/mLgSTV, 45h) nas diferentes condições, no entanto, a remoção de PCB foi maior nos reatores com metanol 790 mg/L (86,6%), ácido Fórmico 600 mg/L (84,5%) e Triton X-100 1% (72,1%). Portanto, a melhor condição foi contemplada para a operação do reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) no tratamento do ascarel, ou seja, células imobilizadas em espuma de poliuretano, etanol e formiato (como fonte de carbono), Triton X-100 (0,1%) e metanol (como solvente). No RAHLF, a remoção média de matéria orgânica (DQO) foi de 91% para concentração afluente média de 1270 mg/L. A presença de morfologias semelhantes à Methanosarcina e bacilos fluorescentes foi confirmada em exames microscópicos. Na análise filogenética, por meio de PCR/DGGE e seqüenciamento das bandas recortadas, os grupos encontrados foram relacionados aos Filos Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Chlorobi e Chloroflexi, sendo que neste último estão incluídos representantes relacionados a degradação de PCBs. Dentre as arquéias metanogênicas verificou-se similaridade de 99% e 97% com Methanosaeta sp. e Methanolinea sp., relacionadas com a metanogenese acetoclástica e hidrogenotrófica, respectivamente / Molecular biology and microbiology methods were used to study the microbial communities related to degradation of ascarel at methanogenic conditions in an anaerobic reactor. The methanogenic potential was evaluated to choose the better nutritional condition as well as to select the better support material and the most suitable solvent to favor the solubilization of ascarel. The methane production was higher (0.22 0.46 molCH4/mLgSTV, 46h) in batch reactors containing ethanol (46 g/L) and formate (680 mg/L), the PCB elimination attaining 85.6% (86.7 mg/L de PCB as Aroclor 1016 and 1260) when Polyuretane foam was used as support material. Different solvents, namely DMSO, dioxane, n-hexane, acetic acid, formic acid, acetone, ethane, methanol, and surfactants, such as 10% SDS,, Triton X-100, were evaluated aiming o determine the better condition to solubilize ascarel. According to the results of such experiments, methanol, formic acid and Triton X-100 were selected for carrying out the batch experiments in reactors containing polyurethane foam to evaluate the methane production during the PCBs degradation. Regardless of the operation conditions the methane production rates were similar (0.21 0.38 molCH4/gSTV, 45h), however the elimination of PCB was higher in the reactors containing methanol (790 mg/L), formic acid (600 mg/L) and Triton X-100 (1%). Therefore, the better condition for treating ascarel-containing residues in a bench-scale horizontal-flow immobilized biomass (HAIB) was attained with cells immobilized in polyurethane foam when ethanol and formate were used as carbon sources, and in presence of Triton X-100 and methanol, the average elimination of organic material attaining 91% for affluent concentration of 1270 mg/L. The presence of Methanosarcina and fluorescent rods was confirmed by microscopy analysis. According to the filogenetics analysis, which was carried out by PCR/DGGE and band-sequencing, the Bacteria domain are related to the Filos Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Chlorobi and Chloroflexi, this latter being directly related to the degradation of PCB. Among the methanogenic Archea, a similiraty of 99% and 97% was observed to Methanosaeta sp. and Methanolinea sp. related to acetoclastic and hydrogenthrophic methanogenesis, respectively

Métodos de Microbiologia de anaeróbios estritos e de Biologia Molecular foram empregados para se conhecer a diversidade de microrganismos relacionados à degradação de ascarel em reatores anaeróbios metanogênicos. A avaliação de potencial metanogênico foi realizada para a escolha da melhor condição nutricional, bem como, para a seleção de material suporte e solvente adequado a solubilização do ascarel. Nos ensaios em batelada, a produção de metano foi maior nos reatores contendo etanol (média de 0,22 - 0,46 molCH4/gSTV, 46h). Remoção de 85,6% (86,7 mg/L de PCB em Aroclor 1016 e 1260) foi obtida na condição com espuma de poliuretano, etanol (46g/L) e formiato (680 mg/L). Diferentes solventes e surfactantes, tais como, DMSO, dioxano, ácido acético, ácido fórmico, n-hexano, acetona, etano, metanol, Tween 80, SDS (10%) e Triton X-100 foram avaliados para a solubilização de ascarel. Dentre esses, metanol, Triton X-100 e ácido fórmico foram eleitos para a realização de ensaio em reatores em batelada contendo espuma de poliuretano, com o propósito de avaliar o potencial metanogênico na degradação de PCB. Os valores de produção de metano foram muito semelhantes (0,21 0,38 molCH4/mLgSTV, 45h) nas diferentes condições, no entanto, a remoção de PCB foi maior nos reatores com metanol 790 mg/L (86,6%), ácido Fórmico 600 mg/L (84,5%) e Triton X-100 1% (72,1%). Portanto, a melhor condição foi contemplada para a operação do reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) no tratamento do ascarel, ou seja, células imobilizadas em espuma de poliuretano, etanol e formiato (como fonte de carbono), Triton X-100 (0,1%) e metanol (como solvente). No RAHLF, a remoção média de matéria orgânica (DQO) foi de 91% para concentração afluente média de 1270 mg/L. A presença de morfologias semelhantes à Methanosarcina e bacilos fluorescentes foi confirmada em exames microscópicos. Na análise filogenética, por meio de PCR/DGGE e seqüenciamento das bandas recortadas, os grupos encontrados foram relacionados aos Filos Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Chlorobi e Chloroflexi, sendo que neste último estão incluídos representantes relacionados a degradação de PCBs. Dentre as arquéias metanogênicas verificou-se similaridade de 99% e 97% com Methanosaeta sp. e Methanolinea sp., relacionadas com a metanogenese acetoclástica e hidrogenotrófica, respectivamente / Molecular biology and microbiology methods were used to study the microbial communities related to degradation of ascarel at methanogenic conditions in an anaerobic reactor. The methanogenic potential was evaluated to choose the better nutritional condition as well as to select the better support material and the most suitable solvent to favor the solubilization of ascarel. The methane production was higher (0.22 0.46 molCH4/mLgSTV, 46h) in batch reactors containing ethanol (46 g/L) and formate (680 mg/L), the PCB elimination attaining 85.6% (86.7 mg/L de PCB as Aroclor 1016 and 1260) when Polyuretane foam was used as support material. Different solvents, namely DMSO, dioxane, n-hexane, acetic acid, formic acid, acetone, ethane, methanol, and surfactants, such as 10% SDS,, Triton X-100, were evaluated aiming o determine the better condition to solubilize ascarel. According to the results of such experiments, methanol, formic acid and Triton X-100 were selected for carrying out the batch experiments in reactors containing polyurethane foam to evaluate the methane production during the PCBs degradation. Regardless of the operation conditions the methane production rates were similar (0.21 0.38 molCH4/gSTV, 45h), however the elimination of PCB was higher in the reactors containing methanol (790 mg/L), formic acid (600 mg/L) and Triton X-100 (1%). Therefore, the better condition for treating ascarel-containing residues in a bench-scale horizontal-flow immobilized biomass (HAIB) was attained with cells immobilized in polyurethane foam when ethanol and formate were used as carbon sources, and in presence of Triton X-100 and methanol, the average elimination of organic material attaining 91% for affluent concentration of 1270 mg/L. The presence of Methanosarcina and fluorescent rods was confirmed by microscopy analysis. According to the filogenetics analysis, which was carried out by PCR/DGGE and band-sequencing, the Bacteria domain are related to the Filos Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Chlorobi and Chloroflexi, this latter being directly related to the degradation of PCB. Among the methanogenic Archea, a similiraty of 99% and 97% was observed to Methanosaeta sp. and Methanolinea sp. related to acetoclastic and hydrogenthrophic methanogenesis, respectively

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No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The present evaluated the influence of hydraulic retention time (HRT), cheese whey substrate concentration, temperature in thermophilic range (55 a 75oC) and cofermentation of sugar cane stillage and cheese whey in continuous hydrogen production in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) and expanded granular sludge bed reactor (EGSB). Seven reactors were used, being three of them in EGSB configuration in mesophilic temperature (30oC) feed in different cheese whey concentrations were inoculated with mesophilic sludge from the poultry slaughterhouse wastewater (RM5, RM15 e RM25). Other four reactors in AFBR configuration, inoculated with thermophilic sludge from the treatment of sugarcane stillage, were operated in thermophilic range. In these it was evaluated the effect of temperature in thermophilic range using as substrate cheese whey (RTS) and sugar cane stillage (RTV). Also, it was evaluated the cofermentation of stillage with cheese whey (RTCV e RTCVS). In the reactors RM5, RM15, RM25, RTS and RTV, it was observed the volumetric H2 production (HPR) and H2 content increase behavior from the HRT decrease. However, there was a decrease in H2 yield (HY) in lower HRT for all reactors, reaching a maximum of 5.51 ± 0.37 mmol.g DQO-1 (RTS). The increase in cheese whey substrate concentration favored the hydrogen production in EGSB reactors, with maximum HPR of 0.312 ± 0.026L H2.h-1.L-1 in the concentration of 25,000mg lactose.L-1 (RM25). The increase in temperature from 55oC to 75oC, the hydrogen production was reduced because of the difficult adaptation of the microbial community originally from a thermophilic sludge. The cofermentation strategy enabled the increase of HY in the HRT of 8h, with a maximum of 0.82 ± 0.07 mmol.g DQO-1 (RTCVS). The main soluble metabolites related to hydrogen production were acetic and butyric acids. On the other hand, higher lactate concentrations were observed in conditions with low hydrogen production. / Este estudo avaliou as influência do tempo de detenção hidráulica (TDH), da concentração de soro de queijo no afluente, da temperatura em faixa termofílica (55 a 75oC) e da cofermentação de vinhaça e soro de queijo na produção contínua de hidrogênio em reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF) e em reator anaeróbio de leito granular expandido, do inglês expanded granular sludge bed (EGSB). Foram utilizados sete reatores, sendo que em três reatores foi utilizada a configuração EGSB em temperatura mesofílica (30oC) alimentados em diferentes concentrações de soro de queijo inoculados com lodo mesofílico proveniente do tratamento de águas residuárias do abatedouro de aves (RM5, RM15 e RM25). Outros quatro reatores na configuração RALF foram operados na faixa termofílica foram inoculados com lodo termofílico proveniente do tratamento de vinhaça de cana de açúcar. Nestes foi avaliado o efeito da temperatura em faixa termofílica alimentado com soro de queijo (RTS) e vinhaça (RTV). Também foi avaliada cofermentação de vinhaça com soro de queijo (RTCV e RTCVS). Nos reatores RM5, RM15, RM25, RTS e RTV, foi observado o comportamento de elevação da produtividade volumétrica de H2 (PVH) e na composição de H2 no biogás partir da redução do TDH. No entanto, verificou-se redução do rendimento de H2 (HY) em todos os reatores em valores reduzidos de TDH, alcançando valor máximo de 5,51 ± 0,37 mmol.g DQO-1 (RTS). O aumento da concentração de soro de queijo no afluente favoreceu a produção de hidrogênio em reatores EGSB, com PVH máxima de 0,312 ± 0,026L H2.h-1.L-1 na concentração de 25.000mg lactose.L-1 (RM25). Com a elevação da temperatura de 55oC para 75oC, a produção de hidrogênio foi reduzida devido dificuldade de adaptação da comunidade microbiana proveniente de inóculo originalmente termofílico. A estratégia de cofermentação possibilitou o aumento do HY no TDH de 8h, com valor máximo de 0,82 ± 0,07 mmol.g DQO-1 (RTCVS). Os principais metabólitos relacionados com a elevada produção de hidrogênio foram os ácidos acético e butírico. Por outro lado, foram observadas elevadas concentrações de lactato em condições com baixa produção de hidrogênio. Palavras-chave: Água residuária agroindustrial, co-substrato, vinhaça de cana de açúcar, soro de queijo, reator anaeróbio de leito fluidizado e reator anaeróbio de leito granular expandido.

Tesis por compendio / [ES] El acceso a fuentes de energía moderna en las áreas rurales de la región andina es uno de los factores principales para disminuir la pobreza ya que su acceso proporcionaría beneficios ambientales, económicos y sociales. Pese a los esfuerzos de buscar fuentes alternativas para subsanar el déficit energético, aún existen millones de personas que sufren la falta de accesibilidad a fuentes de energía moderna, situación que se debe a los altos niveles de pobreza bajo los cuales se encuentran inmersos. Junto a este inconveniente se suma el enorme incremento de residuos agrícolas en las comunidades andinas. Residuos que provienen de las actividades agrícolas, y que podrían ser perjudiciales para el medio ambiente si no se toman medidas adecuadas. Lamentablemente, en muchos países en desarrollo donde se generan grandes cantidades de estos residuos, se sabe poco sobre sus posibles riesgos y beneficios si no se gestionan adecuadamente. Uno de los enfoques más interesantes para abordar esta problemática, es el desarrollo de la gestión sostenible de los residuos orgánicos agrícolas de la región, transformándolos en recursos para la generación de energía renovable (biogás) y fertilizantes orgánicos (digestato). Esta solución permitiría dar una valorización energética a los residuos de la agricultura de la zona, sobre la cual basan su economía, y a la vez contribuiría a una mayor gestión de los residuos evitando el incremento de la contaminación ambiental. Con la finalidad de contribuir al desarrollo energético y mejorar el paradigma de la gestión de residuos en el área andina de Guaranda (Ecuador), la presente Tesis Doctoral aborda la evaluación del potencial bioquímico de metano (BMP) de los residuos orgánicos agrícolas de la región. Se realiza una cuantificación sistemática de la producción de biogás mediante la transformación bioquímica de residuos orgánicos agrícolas, que comprenden: sustratos principales (residuos de estiércol de vicuña, llama y cuy, y residuos de matadero de ganado vacuno) y cosustratos (residuos de paja de amaranto, quinua y trigo). El objetivo general de esta investigación de doctorado se ha llevado a cabo en cuatro fases: (I) Caracterización de la materia prima mediante el análisis elemental y proximal a través de los cuáles se estimó el rendimiento teórico y la biodegradabilidad de los sustratos y cosustratos, (II) Rendimiento de la codigestión de residuos orgánicos agrícolas con mezclas de lodos de aguas residuales en biodigestores batch, (III) Análisis de los efectos sinérgicos y antagónicos durante la monodigestión y codigestión de las materias primas y (IV) Evaluación de la cinética microbiana de la digestión anaerobia mediante los modelos de Gompertz modificado, transferencia, ecuación logística, modelo del cono y Richards modificado. En la caracterización fisicoquímica se determinó que las relaciones SV/ST de los sustratos y cosustratos oscilaron entre 58 y 77% con una relación C/N entre 12 y 102, lo que indicó que estos residuos son materias primas adecuadas para la producción de metano. En todos los ensayos un aumento de la cantidad de inóculo mejoró la biodegradabilidad de los sustratos y por consiguiente la producción metano; así, en la monodigestión se tuvo incrementos de hasta 90% y en la codigestión incrementos del 71%. Todas las mezclas produjeron efectos sinérgicos, donde los mayores porcentajes de metano se dieron cuando las mezclas de residuos de amaranto, quinua y trigo fueron del 50 y 75% de sólidos volátiles. Independientemente de la SIR1:1 y la SIR 1:2 se mejoró la producción de metano de la codigestión al incrementar el porcentaje de cosustrato especialmente de residuos de amaranto y quinua. Los mejores resultados de todos los ensayos realizados se obtuvieron en los biodigestores compuestos por residuos de matadero y residuos de quinua, donde se obtuvieron producciones de metano entre 581 y 555 ml / [CA] L'accés a fonts d'energia moderna en les àrees rurals de la regió andina és un dels factors principals per a disminuir la pobresa ja que el seu accés proporcionaria beneficis ambientals, econòmics i socials. Malgrat els esforços de buscar fonts alternatives per a esmenar el dèficit energètic, encara existeixen milions de persones que pateixen la falta d'accessibilitat a fonts d'energia moderna, situació que es deu als alts nivells de pobresa sota els quals es troben immersos. Al costat d'aquest inconvenient se suma l'enorme increment de residus agrícoles en les comunitats andines. Residus que provenen de les activitats agrícoles, i que podrien ser perjudicials per al medi ambient si no es prenen mesures adequades. Lamentablement, en molts països en desenvolupament on es generen grans quantitats d'aquests residus, se sap poc sobre els seus possibles riscos i beneficis si no es gestionen adequadament. Un dels enfocaments més interessants per a abordar aquesta problemàtica, és el desenvolupament de la gestió sostenible dels residus orgànics agrícoles de la regió, transformant-los en recursos per a la generació d'energia renovable (biogàs) i fertilitzants orgànics (digestato). Aquesta solució permetria donar una valorització energètica als residus de l'agricultura de la zona, sobre la qual basen la seua economia, i alhora contribuiria a una major gestió dels residus evitant l'increment de la contaminació ambiental. Amb la finalitat de contribuir al desenvolupament energètic i millorar el paradigma de la gestió de residus en l'àrea andina de Guaranda (l'Equador), la present Tesi Doctoral aborda l'avaluació del potencial bioquímic de metà (BMP) dels residus orgànics agrícoles de la regió. Es realitza una quantificació sistemàtica de la producció de biogàs mitjançant la transformació bioquímica de residus orgànics agrícoles que comprenen: substrats principals (residus de fem de vicunya, flama i cuy, i residus d'escorxador de bestiar boví), *cosustratos (residus de palla d'amarant, quinua i blat). L'objectiu general d'aquesta investigació de doctorat s'ha dut a terme en quatre fases: (I) caracterització de la matèria primera mitjançant l'anàlisi elemental i proximal a través dels quals es va estimar el rendiment teòric i la biodegradabilitat dels substrats i cosustratos, (II) Rendiment de la codigestión de residus orgànics agrícoles amb mescles de llots d'aigües residuals en biodigestores batch, (III) Anàlisis dels efectes sinèrgics i antagònics durant la monodigestión i codigestión de les matèries primeres i (IV) Avaluació de la cinètica microbiana de la digestió anaeròbia mitjançant els models de Gompertz modificat, transferència, equació logística, model del con i Richards modificat. En la caracterització fisicoquímica es va determinar que les relacions SV/ST dels substrats i cosustratos van oscil·lar entre 58 i 77% amb una relació C/N entre 12 i 102, la qual cosa va indicar que aquests residus són matèries primeres adequades per a la producció de metà. En tots els assajos un augment de la quantitat d'inòcul va millorar la biodegradabilitat dels substrats i per consegüent la producció metà; així, en la monodigestión es va tindre increments de fins a 90% i en la codigestión increments del 71%. Totes les mescles van produir efectes sinèrgics, on els majors percentatges de metà es van donar quan les mescles de residus d'amarant, quinua i blat van ser del 50 i 75% de sòlids volàtils. Independentment de la SIR1:1 i la SIR 1:2 es va millorar la producció de metà de la codigestión en incrementar el percentatge de cosustrato especialment de residus d'amarant i quinua. Els millors resultats de tots els assajos realitzats es van obtindre en els biodigestores compostos per residus d'escorxador i residus de quinua, on es van obtindre produccions de metà entre 581 i 555 ml/g VS. / [EN] Access to modern energy sources in rural areas of the Andean region is one of the main factors to reduce poverty, since its access would provide environmental, economic and social benefits. Despite efforts to find alternative sources to correct the energy deficit, there are still millions of people who suffer from the lack of accessibility to modern energy sources, a situation that is due to the high levels of poverty under which they are immersed. Along with this inconvenience is added the enormous increase in agricultural residues in the Andean communities. Waste that comes from agricultural activities, and that could be harmful to the environment if adequate measures are not taken. Unfortunately, in many developing countries where large amounts of these wastes are generated, little is known about their potential risks and benefits if not managed properly. One of the most interesting approaches to address this problem is the development of sustainable management of agricultural organic waste in the region, transforming it into resources for the generation of renewable energy (biogas) and organic fertilizers (digestate). This solution would allow to give an energetic recovery to the agricultural residues of the area, on which they base their economy, and at the same time would contribute to a better management of the residues avoiding the increase of environmental pollution. To contribute to energy development and improve the paradigm of waste management in the Andean area of Guaranda (Ecuador), this Doctoral Thesis addresses the evaluation of the biochemical potential of methane (BPM) of agricultural organic waste in the region. A systematic quantification of biogas production is carried out through the biochemical transformation of agricultural organic waste that includes main substrates (vicuña, llama and guinea pig manure residues, and cattle slaughterhouse residues) and co-substrates (amaranth straw residues), quinoa and wheat). The general objective of this doctoral research has been carried out in four phases: (I) characterization of the raw material through elemental and proximal analysis through which the theoretical performance and biodegradability of substrates and co-substrates were estimated, (II) Performance of the co-digestion of agricultural organic waste with mixtures of sewage sludge in batch biodigesters, (III) Analysis of synergistic and antagonistic effects during monodigestion and co-digestion of raw materials and (IV) Evaluation of microbial kinetics of anaerobic digestion using modified Gompertz models, transfer, logistic equation, cone model and modified Richards. In the physicochemical characterization it was determined that the VS/TS ratios of the substrates and co-substrates ranged between 58 and 77% with a C/N ratio between 12 and 102, which indicated that these wastes are suitable raw materials to produce methane. In all the tests an increase in the amount of inoculum improved the biodegradability of the substrates and consequently the methane production; thus, in monodigestion there were increases of up to 90% and in co-digestion increases of 71%. All the mixtures produced synergistic effects, where the highest percentages of methane occurred when the mixtures of amaranth, quinoa and wheat residues were 50 and 75% volatile solids. Regardless of SIR1:1 and SIR 1:2, the production of methane from co-digestion was improved by increasing the percentage of co-substrate, especially amaranth and quinoa residues. The best results of all the tests carried out were obtained in the biodigesters composed of slaughterhouse waste and quinoa waste, where methane productions between 581 and 555 ml/g VS were obtained. Regarding the kinetic modelling of the anaerobic digestion process, it was found that all the models fit the experimental values quite well with the predicted ones. In the monodigestion, in all the logistic models, the calculated asymptotes were adjusted very precisely for the specific yield (Me / This work has been carried out within the framework of the project “Analysis of the implementation of biomass exploitation chains in rural communities in the province of Bolívar (Ecuador)” of the ADSIEO-COOPERATION program of the Universitat Politècnica de València (UPV). The Ecuadorian Energy Exploitation Research Network of Biomass (ECUMASA) and the IBEROMASA Network (719RT0586) of the IberoAmerican Program of Science and Technology for Development (CYTED) have participated in this program / Meneses Quelal, WO. (2021). Optimization of Anaerobic Codigestion Processes of Lignocellulosic Materials of Difficult Degradation with Residues from Andean Livestock [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171722 / TESIS / Compendio