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DIGESTIÓN ANAEROBIA

DIGESTIÓN ANAEROBIA

Los tratamientos anaeróbicos son procesos biológicos que ocurren en carencia de oxigeno para estabilizar compuestos

orgánicos y producir metano, amoniaco y dióxido de

carbono.

ANTECEDENTES

• Alessandro Volta en 1776 descubrió y aisló el gas metano producido por la descomposición de materia orgánica.

• Louis Mouras en 1882 invento el primer tanque séptico para tratamiento de aguas residuales.

• En 1885 Donald Cameron, basándose en el tanque de Mouras, modelo un tanque séptico con rejillas como pre tratamiento.

• Se desarrollaron nuevos sistemas de dos etapas conocidos como tanque de Travis (1904) y el tanque de Imhoff (1905).

Tanque de Imhoff

• Hasta la mitad del siglo XX. Stander, en 1950, fue el primero en reconocer la importancia del tiempo de retención de solidos (SRT) para un tratamiento de aguas residuales optimo.

• Esta ha sido la base para el desarrollo de los llamados “digestores extra-rápidos” lo cual derivo en una ampliación del uso de los procesos anaeróbicos para el tratamiento de aguas y la recuperación de biogás.

ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

HIDROLISIS

•En esta etapa se hidrolizan los compuestos de mayor peso molecular, tanto los disueltos como los no disueltos tales como polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos formándose los respectivos monómeros y oligómeros por medio de enzimas (amilasas, proteasas).

En la segunda etapa la llevan acabo las bacterias acidogénicas transforman los monómeros y oligómeros en ácidos grasos de cadena corta o volátiles (ácidos acético, propiónico, butírico y valérico principalmente) que pueden ser usados por las bacterias metanogénicas o acetogénicas.

FERMENTATIVA O ACIDOGÉNICA

ACETOGÉNICA

En la tercera etapa actúan las bacterias acetogénicas que transforman los ácidos grasos de

cadena corta, los alcoholes y los compuestos aromáticos a acetatos, CO2 y H2.

Syntrophomonas wolfei

En la cuarta etapa actúan las bacterias metanogénicas acetoclásticas transforma el acido acético a metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). En esta etapa también participan las bacterias hidrogenofílicas las cuales mantienen el equilibrio de hidrogeno (H2) en el medio, utilizándolo para reducir CO2 a CH4.

Se puede dividir en 2 grupos los microrganismos metanogénicos en función del sustrato principal que sintetizan:

•Hidrogenofílicas, los cuales obtienen la energía a través de la oxidación de H2 y el formato en presencia de CO2 que actúa como receptor de electrones

•Acetoclásticas, que producen CO2 y metano a partir del acetato que usan como fuente de carbono.

METANOGÉNICA

ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA

• Temperatura: La temperatura es uno de los factores más importantes ya que influye directamente en el crecimiento de los microorganismos y por consiguiente en la velocidad de la digestión anaerobia.

• Potencial redox: Para la reacción anaerobia es necesaria una ausencia de oxigeno en disolución y un potencial redox muy bajo, normalmente negativo para asegurar un ambiente reductor en el que las bacterias metanogénicas puedan realizar óptimamente su actividad.

• pH: La digestión anaerobia debe desarrollarse en un pH cercano a la neutralidad (entre 7,0 y 7,2) pero puede fluctuar entre 6,5 y 7,5.

• Agitación: La agitación del reactor es esencial para que se mantenga estable y en continuo funcionamiento el reactor. El objetivo de la agitación es principalmente homogenizar el reactor, es decir mantener una temperatura, una densidad de población bacteriana y una concentración de inhibidores uniforme en todo el volumen del reactor.

• Inhibidores:

o Ácidos volátiles El aumento en la cantidad de ácidos presentes en el reactor causara una reducción en el pH, lo que ocasiona una inhibición progresiva en la producción de metano por medio de la metanogénesis llegando a bloquearla si no se controla.

o Hidrogeno: El hidrogeno es un compuesto intermedio de la digestión anaerobia que debe ser controlado ya que actúa como inhibidor de la acetogénesis y por consiguiente genera una acumulación de ácidos grasos volátiles.

o Amoniaco: El amoniaco actúa como nutriente para el crecimiento bacteriano, pero al aumentar su concentración puede causar una limitación al crecimiento bacteriano.

BIORREACTORES

Es un sistema que se mantiene biológicamente activo. En digestión anaerobia el birreactor es comúnmente llamado biodigestor que en su forma más simple es un contenedor cerrado, hermético e impermeable dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar en determinada dilución de agua para que se descomponga, produciendo gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio.

OBJETIVOS DE LOS BIODIGESTORES

Mantener las células uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo.

Mantener constante y homogénea la temperatura.

Minimizar los gradientes de concentración de nutrientes.

Mantener el cultivo puro. Mantener un ambiente aséptico. Maximizar el rendimiento y la

producción. Minimizar el gasto y los costos de

producción. Reducir al máximo el tiempo.

TIPO DE BIODIGESTORES

Los biodigestores utilizados en digestión anaerobia se clasifican de acuerdo al

método de carga utilizado y se distinguen dos grupos: de flujo discontinuo y de

flujo continuo.

Biodigestores de flujo discontinuo: Se cargan una vez y quedan cerrados por un tiempo fijo de retención hasta que haya terminado el proceso de fermentación y

no hay producción de gas durante el proceso. La fermentación se realiza entre

30 y 180 días, dependiendo de la temperatura. Durante este período, la

producción de gas aumenta paulatinamente hasta un máximo y luego

declina.

Biodigestores de flujo continuo: Los biodigestores de flujo continuo son cargados y descargados en forma periódica, por lo general todos los días. Cualquier tipo de construcción es apropiada para una planta continua, pero el material de fermentación debe ser fluido y uniforme.

BIODIGESTORES MAS UTILIZADOS

BIODIGESTOR DE DOMO FIJO

VENTAJAS• Bajo costo y una lagar vida útil.

• No incluye partes móviles.

• Diseño básico y compacto.

DESVENTAJAS• Requiere de un

impermeabilizante especial.• Fugas de gas y una presión

variable del producto.

BIODIGESTOR DE DOMO FLOTANTE

VENTAJAS

• Es de fácil operación.

• Producción de biogás a una presión constante.

• Bajas fugas del producto.

DESVENTAJAS La cúpula es relativamente costosa y tiene una Vida útil corta.Se debe remover oxido y pintar constantemente.

BIODIGESTOR DE BALÓN DE PLÁSTICO O DE

ESTRUCTURA FLEXIBLE

VENTAJAS Bajo costo de construcción. Uso a nivel del suelo. Altas temperaturas de

digestión en áreas cálidas. Fácil mantenimiento.

DESVENTAJAS Bajas presiones del

biogás. No se puede eliminar la

escoria durante el proceso

BIODIGESTOR CON TANQUE DE ALMACENAMIENTO TRADICIONAL Y

CÚPULA DE POLIETILENO

VENTAJAS

Bajo costo de instalación.

Fácil de reparar

DESVENTAJAS

Vida útil corta

BIODIGESTORES INDUSTRIALES

VENTAJAS Permite disminuir la tala de los bosques al

no ser necesario el uso de la leña para cocinar.

Diversidad de usos (alumbrado, cocción de alimentos, producción de energía eléctrica, transporte automotor y otros).

Produce biofertilizante rico en nitrógeno, fósforo y potasio, capaz de competir con los fertilizantes químicos, que son más caros y dañan el medio ambiente.

Elimina los desechos orgánicos, por ejemplo, la excreta animal, contaminante del medio ambiente y fuente de enfermedades para el hombre.

MUCHAS GRACIAS..