Speciation of iron, nickel and cobalt in the anaerobic biodegradation of rice straw

The bioavailability of Fe, Ni and Co and its impact on the mono-digestion of rice straw with addition of a natural nutrient source were assessed. The chemical forms and the degree of bioavailability of Fe, Ni and Co were investigated in two reactors during 311 days of experimentation at 37°C. The reactor (R2) was supplemented with 1 g/L of mineral once a week. The control reactor R1 was limited in mineral during the study. The greatest methane yield of 238 mL/g VS was obtained with mineral supply with an increment of 45% respect to reactor without metals (164 mL/g VS). The sequential extraction confirmed that 70, 88 and 75% of Fe, Ni and Co were mainly in bioavailable forms (interchangeable and carbonate), respectively, with mineral supply in R2. Fe and Co were mainly associated to the carbonate and oxidizable fractions (43% and 41% respectively), while the Ni concentrations were not detected during the experimentation. As a result, the methane yield in R2 increased by 45%, with a potential bioavailability (Ni ˃ Co ˃ Fe) higher compared to control reactor (Co ˃ Fe). Trace elements deficit in R1 result in the reduction of metal-binding forms until the end of experiment, with a negative impact on methanogenic community. Resumen Se investigó la biodisponibilidad de Fe, Ni y Co y su impacto en la monodigestión de la paja de arroz con la adición de una fuente natural de nutrientes. La distribución de las formas de enlace de Fe, Ni y Co y su potencial de biodisponibilidad se evaluó en dos reactores durante 311 días de experimentación a 37°C. En el reactor R2 se suministró una dosis de mineral de 1 g L-1 una vez por semana. El reactor control (R1) estuvo limitado de mineral durante el estudio. El mayor rendimiento de metano de 238 mL/g SV se obtuvo con el suministro de mineral, con un incremento de 45% respecto al reactor sin metales (164 mL/g VS). La extracción secuencial confirmó que el 70%, 88% y 75% de Fe, Ni y Revista Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, No. xx, pp. x-x, 20xx A. González-Suárez et al.; Revista Facultad de Ingeniería, No. xx, pp. x-x, 20xx Co estuvieron principalmente en formas biodisponibles, intercambiables y carbonato, respectivamente, cuando se adicionó el mineral en R2. En R1, el Fe y Co estuvieron principalmente asociados a las fracciones de carbonatos y materia orgánica-sulfuro (43% y 41%), respectivamente, siendo las concentraciones de Ni no detectadas durante la experimentación. Como resultado, el rendimiento de metano en R2 incrementó en un 45%, con un potencial de biodisponibilidad (Ni ˃ Co ˃ Fe) mayor en comparación con el reactor control (Co ˃ Fe). La limitación de metales en R1 condujo al agotamiento de las fracciones biodisponibles, con un impacto negativo en la comunidad metanogénica. Palabras Claves Biodisponibilidad de metales; especiación de metales; lignocelulosa, rendimiento de metano; suministro de mineral.