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Trabajo Fin de Grado
Grado en Ingeniería Química
Análisis de la valorización de residuos ganaderos
para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
Autor: Ramón Borruel Cabrera
Tutor: Benito Navarrete Rubia
Dep. Ingeniería Química y Ambiental
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2017
Análisis de la valorización de residuos ganaderos para
la producción de biogás. Ingeniería conceptual de una
planta para 750 cabezas de ganado.
Autor:
Ramón Borruel Cabrera
Tutor:
Benito Navarrete Rubia
Catedrático E.U.
Dep. de Ingeniería Química y Ambiental
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2017
Índice de Tablas 4
Proyecto Fin de Grado: Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás.
Ingeniería conceptual de una planta para 750 cabezas de ganado.
Autor: Ramón Borruel Cabrera
Tutor: Benito Navarrete Rubia
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Agradecimientos
En primer lugar, agradecer a Benito Navarrete Rubia su tutelaje, me ha ayudado bastante ha cumplimentar
los objetivos propuestos al inicio de la realización del trabajo.
En segundo lugar, gracias a mi familia por darme la oportunidad de estudiar en esta prestigiosa Escuela de
ingenieros, en la que he aprendido mucho acerca de la ingeniería y ha resolver problemas de toda índole, lo
que me llevara a llegar a la vida profesional lo más preparado posible.
Índice de Tablas 8
Resumen
Hoy en día, en el plano de la ingeniería, uno de los aspectos más importantes es la búsqueda de una alternativa
a las energías fósiles, para buscar solucionar los problemas medioambientales y sociales que estos generan, esto
es algo dificultoso ya a la gran capacidad de generación de energía que tienes las energías fósiles.
La intención de este proyecto es plantear una de esas alternativas, como es el tratamiento de residuos ganaderos
mediante digestión anaerobia con el exclusivo interés de generar un biogás que pueda ser de provecho para la
producción de energía en cualquier tipo de industria.
En este proyecto se explica el método de la digestión anaerobia y se plantean las bases para el diseño de una
planta que sea capaz de tratar cualquier residuo ganadero para cumplir dicho objetivo.
Sevilla, 2017
Abstract
Today, at the engineering level, one of the most important aspects is the search for an alternative to fossil
energies, in order to solve the environmental and social problems that these generate, this is difficult because of
the great capacity of generation of energy that you have the fossil energies.
The intention of this project is to propose one of these alternatives, such as the treatment of livestock waste
through anaerobic digestion with the exclusive interest of generating a biogas that can be of benefit for the
production of energy in any type of industry.
This project explains the method of anaerobic digestion and lay the groundwork for the design of a plant that is
capable of treating any livestock residue to meet that goal.
Seville, 2017
Índice de Tablas 10
Índice
Agradecimientos 7
Resumen 8
Abstract 9
Índice 10
Índice de Tablas 11
Índice de Figuras 12
1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN 1
2 OBJETIVOS Y ALCANCE 11
3 LA DIGESTIÓN ANAEROBIA 13
3.1 Introducción 13
3.1.1 Historia 13
3.2 Etapas 15
3.3 Estabilidad del proceso 18
3.4 Parametros que afectan al proceso 19
3.5 Tipos de reactores 25
4 Bases de diseño 31
4.1 Criterios de Selección 31
4.2 Tipos de residuos y composición 32
4.2.1 Tipos de residuos ganaderos 32
4.2.2 Caracterización del residuo a tratar y su problemática 34
5 CONCLUSIONES 38
6 DEFINICIONES 39
BIBLIOGRAFÍA 41
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Caracterización del biogás 5
Tabla 2: Potencial energético de los tipos de biogás en España 5
Tabla 3: Potencial energético de los residuos agroindustriales en España 6
Tabla 4: Parámetros críticos en el proceso de digestión anaerobia 19
Tabla 5: Rango de temperaturas óptimo en el proceso de digestión anaerobia 20
Tabla 6: Relación C:N con respecto al sustrato a tratar 22
Tabla 7: Concentración inhibidora de los principales inhibidores 24
Tabla 8: Valores ideales de los parámetros principales 25
Tabla 9: Heces diarias de los principales tipos de ganado 33
Tabla 10: Elementos dañinos del residuo ganadero 35
Tabla 11: Caracterización del residuo ganadero 35
Índice de Ilustraciones 12
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1: Influencia CO2-Temperatura 2
Ilustración 2: Tipos de energía y su importancia actualmente 3
Ilustración 3: Utilización de los residuos y su importancia actualmente 3
Ilustración 4: Residuos para valorización energética y su peso actualmente 4
Ilustración 5: Planta de digestión anaerobia 12
Ilustración 6: Esquema planta de digestión anaerobia 15
Ilustración 7: Esquema de la hidrólisis en la digestión anaerobia 16
Ilustración 8: Esquema de las etapas del proceso de digestión anaerobia 18
Ilustración 9: Tiempo de retención en la eliminación de materia orgánica en la digestión anaerobia 21
Ilustración 10: Velocidad de carga orgánica respecto a la materia orgánica 21
Ilustración 11: Tipos de reactores sin retención de biomasa 26
Ilustración 12: Tipos de reactores con retención de biomasa 28
Ilustración 13: Estiércol vacuno 34
Ilustración 14: Diagrama de flujos de una instalación anaerobia para el tratamiento de residuos 36
Ilustración 15: Equipo de separación sólido líquido 38
1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
El ser humano desde tiempos prehistóricos ha necesitado del uso de la energía para sus diferentes tareas diarias,
es decir el ser humano ha desarrollado su historia paralelamente a la búsqueda de satisfacer su demanda de
energía.
Dicha demanda ha sido satisfascida principalmente por energías fósiles y no renovables, especialmente en las
últimas décadas, sobre todo tras la fuerte irrupción del petróleo, el carbón y el gas natural en los pasados siglos.
Pero estas fuentes de aporte de energía no son inagotables, por lo que el hombre empieza a buscar otras formas
de satisfacer dicha demanda de energía, que cada día que pasa es mayor, por lo tanto aparecen las energías
renovables. . La sobreexplotación de estos recursos no renovables está cuestionando la sostenibilidad del sistema
económico global. Si a este factor unimos que los combustibles fósiles contribuyen al calentamiento global, se
hace necesario los programas de desarrollo de fuentes de energías renovables que permitan cubrir parte de la
demanda futura en condiciones económicas viables.
El mercado y los tipos de energías utilizados en la actualidad son numerosas, como ya se ha comentado
anteriormente en la introducción, las energías fósiles han ocupado los primeros lugares en cuanto a uso en los
últimos siglos.
Pero la creciente demanda energética y la conciencia social derivada a partir de los aspectos perjudiciales
derivados del uso de estas energías fósiles como puede ser la contribución al calentamiento global que esta
tipología de energía produce debido especialmente a las emisiones gaseosas que producen ha llevado al ser
humano y a los estados principales que controlan el mundo a buscar el desarrollo de energías menos
contaminantes como pueden ser las energías renovables.
En la siguiente ilustración se muestran las emisiones de CO2 con respecto a su importancia en el calentamiento
global, siendo esso lo que está llevando a la búsqueda de alternativas a las energías fósiles.
Ilustración 1: Influencia CO2-Temperatura
ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
2
Aunque hoy en día las energías fósiles siguen dominando el mercado energético, se están llevando a cabo
políticas que poco a poco están haciendo cambiar esta tendencia, en busca de un mundo más sostenible, tanto
económica como medioambientalmente.
En el siguiente gráfico se puede observar la importancia actual que tienen las energías renovables, una
importancia aún pequeña comparada con el petróleo, pero una importancia creciente, a diferencia de las energías
fósoiles que van decreciendo, y la idea es que su utilización sea cada vez menor, aunque a día de hoy no sea
posible su sustitución total, ya que son una fuente con un poder energético mayor que las renovables actualmente.
Ilustración 2: Tipos de energía y su importancia actualmente
Como también se puede ver en el gráfico dentro de las renovables, el uso de los biocarburantes es una parte
importante de ellas, y como se verá con posterioridad su uso irá creciendo ya que tanto en clave nacional como
autonómica se están aprobando ya desde hace tiempo leyes que fomentan su crecimiento.
También este aumento de necesidades creadas por el ser humano, ha derivado en un aumento del consumo, lo
que ha llevado a un aumento en los residuos creados.
Dichos residuos, no deben ser desaprovechados, esto ha llevado al ser humano a buscar la forma de hacer de
estos residuos algo útil para la sociedad, y sobre manera convertirlo en una fuente de energía alternativa.
Además estos residuos, generan una complejidad ambiental, debido a la problemática que general, por ello deben
ser tratados y gestionados de tal forma que respeten el medioambiente, algo a lo cual se le está dando mucha
importancia en nuestros días, para que la preservación del medio sea la mejor posible y los efectos del cambio
climático sean lo menor posible.
La valorización energética es un tipo de gestión de residuos mediante la cual se aprovecha el potencial energético
contenido en los mismos y se reduce la cantidad de materia a ser desechada finalmente. Así es el caso de la
digestión anaerobia aplicada a residuos orgánicos, que permite generar una corriente de biogás (biocombustible)
reduciendo el contenido orgánico. Se trata por tanto de una técnica que recauda esfuerzos para una gestión
energética y de residuos coherente.
3
3 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
A día de hoy la digestión anaerobia es el método más utilizado para la valorización de residuos energéticos, ya
que es una tecnología muy desarrollada y ofrece un aprovechamiento energético bastante competente en
términos económicos.
En la siguiente ilustración se puede ver como la valorización de residuos agrícolas es la opción mas utilizada,
siendo la valorización energética una cada vez más demandada opción, y que con la conciencia medioambiental
que está creciendo de forma desmedida en los países desarrollados se está volviendo cada vez más viable para
el tratamiento de los residuos ganaderos.
Ilustración 3: Utilización de los residuos y su importancia actualmente
A su vez dentro de está valorización energética los residuos que más se utilizan para llevarla acabo, son los
residuos agrícolas, esto se puede ver en la siguiente imagen, en la que se muestra un gráfico con los porcentajes
de los residuos que se utilizan para dicha valorización energética en España.
ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
4
Ilustración 4: Residuos para valorización energética y su peso actualmente
La Unión Europea en su conjunto ha aprobado una serie de directivas para el crecimiento de dichas energías
alternativas o renovables, con el fin de cumplir una serie de objetivos en cuanto a sostenibilidad económica y
medioambiental, y así ir sustituyendo poco a poco como se ha comentado antes a las energías fósiles, esta toma
de iniciativa por parte de la comunidad europea viene de lejos y es debido al ejemplo que se presupone que la
sociedad occidental junto con los Estados Unidos americanos deben de dar a las economías emergentes como
pueden ser la economía china, india o brasileña que son las principales consumidoras de energías fósiles y por
tanto contaminantes y contribuyentes al calentamiento global y que está produciendo el cambio climático.
Dicho cambio climático si no es frenado con prontitud puede causar efectos muy perjudiciales e irreversible a
nuestro planeta, por eso desde la Unión Europea se pone tanta importancia en esto.
La Directiva 2012/27/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 25 de octubre de 2012 relativa a la
eficiencia energética, por la que se modifican las Directivas 2009/125/CE y 2010/30/UE, y por la que se derogan
las Directivas 2004/8/CE y 2006/32/CE tiene como objetivos :
- Establecer un marco común de medidas para el fomento de la eficiencia energética dentro de la Unión a fin de
asegurar la consecución del objetivo principal de eficiencia energética de un 20% de ahorro para 2020, y preparar
el camino para mejoras ulteriores de eficiencia energética más allá de ese año.
- Establecer normas destinadas a eliminar barreras en el mercado de la energía y a superar deficiencias del
mercado que obstaculizan la eficiencia en el abastecimiento y el consumo de energía.
-Disponer el establecimiento de objetivos nacionales orientativos de eficiencia energética para 2020.
Está búsqueda de eficiencia energética se basa como se ha citado con anterioridad en la reducción del consumo
de energías fósiles y fomentación de uso de energías alternativas.
1.2 El biogás
El biogás es un biocombustible que se produce a partir de digestión biológica de sustratos orgánicos. El
biogás se considera una fuente de enrgía renovable, por lo que ayuda a solucionar el problema energético
derivado de las energías fósiles y de gestión de residuos.
5
5 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
Es por esto que el biogás que se obtiene deresiduos con un alto contenido en materia organica, propios de
los residuos ganaderos o agrícolas, es una fuente de energía renovable que hace uso de la energía
almacenada por la biomas que viene de la fotosíntesis y por lo tanto del sol.
La combustión de metano para generar energía tanto térmica como eléctrica, libera CO2 proveniente del
carbono biosférico, por lo que la emisión de este gas a la atmósfera será nula. En la realidad está emisión
no será nula, pero es obviamente mucho menor que la emitida por la utilización de energías fósiles.
También de forma paralela a las emisiones, hay que destacar el beneficio económico que el uso de esta
forma de energía conlleva, debido a los costes por la compra de derechos de emisión para el cumplimiento
de los valores ambientales de emisiones acordados en el Protocolo de Kyoto. Es por tanto muy claro, el
beneficio que la utilización de biogás de una forma adecuada conlleva, ya que conllevara un desarrollo
tanto económico como agrícola y rural que sea sostenible.
1.2.1 Caracterización del biogás
La palabra biogás comprende a la diversidad de gases obtenidos en las etapas del sistema de digestión de
la materia orgánica y en las cuales actúan una cantidad heterogénea de bacterias. Principalmente, el biogás
esta formado por metano y dióxido de carbono, mezclado en pequeña proporción con distintas gases, como
se ve reflejado en la siguiente tabla.
Compuesto Cantidad (%)
Metano 50-75
Dióxido de Carbono 25-45
Vapor de agua 1-2
Monóxido de Carbono 0-0,3
Nitrógeno 1-5
Hidrógeno 0-3
Sulfuro de hidrógeno 0,1-0,5
Oxígeno 0,1-1
Tabla 1: Caracterización del biogás
De igual manera, se puede realizar una clasificación de biogás dependiendo del lugar de obtención:
Biogás de vertedero: Biogás procedente de residuos sólidos urbanos
Biogás de digestores: Dentro del biógas de digestores depednderá en la instalación que se produzca
el sustrato a digestionar.
- Biogás de estaciones depuradoras de aguas residuales
- Biogás procedente de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos
- Biogás procedente de residuos ganaderos, agrícolas o industriales.
1.2.2 Potencial del Biogás
Para valorar el potencial de obtención de biogás hay que distinguir entre capacidad total, que toma en
consideración la obtención total de materias primas capaces de ser degradadas, y potencial aprovechable,
que no contaría los materiales cuyo amaso y carga es imposible.
Tipo de Biogás Potencial total (Ktep) Potencial disponible (Ktep)
Biogás agroindustrial 3467,5 1425,1
Biogás de FORSU 778,1 124,5
Biogás de EDAR 164,4 123,3
Biogás de vertedero 957.9 145,6
Tabla 2: Potencial energético de los tipos de biogás en España
ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
6
Para computar la cabida total de producción de biogás, hay tener en cuenta que los potenciales totales del
biogás originarios de la FORSU y de vertedero son excluyentes, por lo que no es adecuado su sumatorio.
No obstante sí es apropiada la suma de las capacidades disponibles, ya que han sido calculados
considerando usos competitivos.
Tipos de residuos
agroindustriales
Potencial total (Ktep) Potencial disponible (Ktep)
Deyecciones ganaderas 2925,5 1130,3
Residuos industria alimentaria 367,5 211,2
Plantas biocombustibles 93,3 18,7
Tabla 3: Potencial energético de los residuos agroindustriales en España
En las dos últimas tablas descritas se puede observar que el residuo que genera mayor posibilidad de
valorización por digestión anaerobia es el agroindustrial y dentro de estos residuos el ganadero, es por esto
por lo que se ha decidido realizar este proyecto de valorización energética de los residuos ganaderos a partir
de digestión anaerobia.
.
2 OBJETIVOS Y ALCANCE
En este proyecto de ingeniería se va a tratar, el método de digestión anaerobia para la valorización de residuos
ganaderos y su posterior uso energético como biocombustible en especial como biogás para su aprovechamiento
industrial.
En el cual se hará un estudio bibliográfico para una posible explicación detallada del proceso de digestión
anaerobia para el tratamiento de los residuos ganaderos, y una posterior aplicación para el desarrollo de una
ingeniería conceptual acerca de lo que sería una planta de tratamiento anaerobio.
El objetivo del proyecto es conseguir realizar una planta de tratamiento anaerobio de los residuos ganaderos para
la producción de una fuente de energía como es el biogás.
Esto se realizara mediante unos determinados pasos:
- Estudio detallado de la digestión anaerobia, la cual engloba unos determinados factores críticos.
-Presentación de los tipos de reactores que se pueden utilizar con sus ventajas e inconvenientes y se hara una
breve mención a la legislación aplicable a este tipo de residuos y tratamiento.
- Bases de diseño, en la cual se explicara el tipo de ganado elegido, y se caracterizará el residuo.
- Detalle del proceso.
Todos estos pasos se realizarán tras una detallada búsqueda bibliográfica, en la que en primer lugar se buscaran
la historia de esta tecnología.
Posteriormente se detallara el proceso, haciendo especial énfasis en los factores que pueden causar problemas al
proceso.
Por último se hará la caracterización siguiendo como ejemplos industrias que hagan uso de este tipo de
tecnología.
13
13 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
3 LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
3.1 Introducción
Como ya se ha comentado con anterioridad los dos procesos biólogicos que usualmente se usan para el correcto
tratamiento de los residuos órganico son la digestión anaerobia y el compostaje. Ambos fundados en técnicas
naturales de reciclado materia-nutrientes, naturales de medios edáficos o entornos anóxicos, como es propio de
medios bentónicos de recorridos de agua o palustres.
El compostaje está basado en la estabilización de la materia orgánica mediante la humificación, por lo que busca
la conversión de dicha materia órganica residual en sustancias húmicas complejas de gran estabilidad
bioquímica.
En el proceso de digestión anaerobia dichas móleculas orgánicas complejas se descomponen estando en
condiciones anóxicas en biogás y en otras móleculas sencillas, por lo tanto es un método adecuado de las gestión
de los residuos, generando además energía si se cuenta con un sistema de valorización de biogás, siendo está
una fuente de energía renovable.
Por otra parte, tanto el compostaje como la biometanización no son opciones excluyentes al tratamiento de
digestión anaerobia, sino que pueden ser alternativas adicionales a está. La utilización del compostaje tras el
proceso de digestión anaerobia permite la obtención tanto de biogás como compost al mismo tiempo. Eso sí la
cantidad de compost se reduciría paraa así disminuir tanto la demanda de oxígeno como el calor emitido.
3.1.1 Historia
La digestión anaerobia aparece debida a la escasez de combustibles, a principios del siglo XIX, aunque a Europa
no es hasta después de la Segunda Guerra mundial cuándo empieza a verse como un tratamiento efectivo de los
residuos. Ya que empiezan a verse los tratamientos biológicos y los tratamientos terciaros como los mejores
para la gestión adecuada de los residuos.
Pero es a raíz de la crisis de los años setenta cuando este proceso de valorización de los residuos crece
exponencialmente, debido a la visión del biogás como alternativa real al uso del petróleo. Actualmente es más
utilizada está tecnología en los países emergentes, como son el caso de Cina e India, sobre todo en las zonas
rurales, donde la cantidad de residuos tanto ganaderos y agrícolas hace que se produzcan grandes cantidades de
combustible.
El uso de esta tecnología para el tratamiento y estabilización de los residuos sigue en continuo crecimiento, y
eso es debido principalmente al elevado precio de las fuentes de energías fósiles, al deterioro de los suelos
agrícolas sobretodo en cuanto a materia orgánica se refiere, y a la cada vez mayor conciencia social sobre el
medioambiente. Este crecimiento se produce incluyendo además que dicho proceso es dificultoso, que exige de
un proyecto y de una explotación tanto adecuada como profesional.
Hay diferentes formas de configurar la digestión anaerobia. La primera forma en ser estudiada fue la digestión
sencilla o en fase única, es decir, aquella en la que todas las etapas de la digestión tienen parte en el mismo
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
14
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medio. A continuación se desarrolló la digestión en dos fases, en la cual se dividen las etapas de la digestión en
dos dársenas independientes.
También existe una división de tipos de digestión anaerobia teniendo en cuenta el porcentaje de humedad de la
sustancia a degradar, y ellas son los procesos húmedos (de baja concentración en sólidos) y los procesos secos
(de alta concentración en sólidos).
En los procesos anaerobios de baja concentración de sólidos o húmedos, la concentración de sólidos suele estar
en el intervalo alrededor del 4 al 15% de sólidos totales (ST). Es un proceso muy empleado para tratar la fracción
orgánica de los residuos urbanos, residuos animales y residuos agrícolas. Esta alternativa es interesante cuando
se dispone de fangos de depuración de aguas residuales que se quieren estabilizar. Los sistemas en húmedo y
una sola fase han estado en uso durante décadas para la estabilización anaerobia de los biosólidos producidos en
las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas.
En los procesos anaeróbicos de alta concentración de sólidos o secos, la concentración de sólidos suele estar en
el intervalo 20 – 40% de ST, así que sólo los substratos muy secos (>50% ST) necesitan ser diluidos con agua
del proceso. Esta mayor concentración de sólidos está ligada a una menor necesidad de agua. Por otra parte, la
producción de gas por unidad de volumen de reactor es mayor. Esta tecnología partió de la empleada para la
digestión de estiércol orgánico, demostrándose que la producción de biogás en sistemas donde los residuos eran
mantenidos en su estado sólido original era similar a aquellos diluidos con agua.
3.1.2 Aspectos generales
El proceso de metanización o degradación anaerobia es un proceso biológico que se da en carencia de oxígeno
y que consta de distintas etapas en las cuales hacen efecto una serie de grupos heterogéneos bacteriales, cuya
función es la transformación de la parte más degradable de la materia orgánica para producir biogás y los
elementos que son más dificultosos para digestionar formarán el digestato. Dicho biogás estará formado en
mayor medida por metano y dióxido de carbono, aunque también contará con otros compuestos gaseosos en una
proporción menor como son el vapor de agua o el sulfuro de hidrógeno.
La degradación anaerobia es identificable por que cuenta con unas determinadas etapas consecutivas que se
distinguen por el proceso que realizan para conseguir degradar el sustrato. Por norma general, es fácil distinguir
en este proceso tres etapas, en las cuales aparecerán cinco tipos de bacterias heterogéneas diferentes.
Cada una de estas etapas se va a identificar por los grupos bacteriales que se encuentren en el medio y por las
propiedades físico-quimicas que van a hacer posible la digestión del sustrato. Por lo tanto estas poblaciones van
a constar con bacterias con distintas velocidades de crecimiento y van a responder de manera distinta a los
compuestos intermedios que aparezcan y puedan inhibir el proceso, y a las condiciones físicas que se estén
dando en ese momento en el digestor. Esto hace que las velocidades de reacción sean distintas y vayan a
depender de la composición del sustrato para cada etapa y a su vez para que el proceso progrese de una manera
adecuada globalmente se haga necesario un equilibrio que impida el depósito de compuesto intermedios
inhibidores además de que se mantenga una serie de condiciones físicas que faciliten su desarrollo. De manera
generalizada, se cuentan con cinco grandes grupos de microorganismos, los cuales están presentes en tres
procesos sucesivos: la hidrólisis, la acidogénesis y metanogénesis. Dichos procesos componen cuatro etapas: la
etapa hidrolítica, acidogénica, acetogénica y metanogénica.
15
15 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
Ilustración 6: Esquema planta de digestión anaerobia
3.2 Etapas
El principal producto que se obtiene de la digestión anaerobia es el biogás, cuya riqueza en metano dependerá
del proceso y del residuo que vaya a ser degradado. Además el digestato contiene los elementos orgánicos
difícilmente degradables junto con el nitrógeno, el fósforo, y otros minerales presentes en el instante inicial en
la biomasa.
La interacción asociativa entre diversos grupos orgánicos de procariotas hace posible que se forme metano
proveniente de sustancias con un peso molecular alto, así como polisacáridos, proteínas y grasas. Los iniciadores
del metano son el hidrógeno, el dióxido de carbono y el ácido acético, todos ello se producen por las acciones
de los fermentadores anaerobios.
El proceso bioquímico de la degradación anaerobia es fácilmente representable mediante la siguiente reacción
CmHnOp → r CH4 + s CO2 + H2O.
Donde r + s = m
Esta sencilla forma de representación de la separación de la materia orgánica, manifiesta en su realidad un grupo
de etapas, las cuales pueden encontrarse en serie o en serie y paralelo, en las que se mezclan un numeroso grupo
de especies de microorganismos.
La digestión anaerobia ha sido estimada como un proceso que constaba con dos etapas, en la primera de ellas
tiene lugar la hidrólisis y la fermentación de la materia orgánica compleja, dividiéndose en hidrógeno y ácidos
orgánicos más simples. Posterioremte se convierten los ácidos en metano. Teniendo en cuenta esto se sabe de la
existencia de dos grupos de bacterias, por una parte las bacterias acidogénicas y por otra parte las metanogénicas.
No obstante, una explicación más ajustada del proceso debe de considerar hasta cuatro etapas encadenadas:
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
16
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La hidrólisis:
Es la primera etapa del proceso de digestión anaerobia, en esta se produce una degradación de la materia orgánica
compleja como son las grasas, las proteínas y los hidratos de carbono. Estos compuestos se despolimerizan por
la actuación de enzimas hidrolíticas en elementos solubles que constan de una degradación sencilla como son
los acidos graos o los aminoácidos. Estas nuevas moléculas al ser más simples se diluyen de una manera mucho
más fácil en el ambiente. Las bacterias encargadas de este proceso son las bacterias hidrolíticas-acidogénicas.
Para que todo esto quede más detallado, se presenta junto a esta explicación una ilustración muy intuitiva sobre
lo que sucede en esta etapa, a la vez que lo que entra y sale de la etapa.
Ilustración 7: Esquema de la hidrólisis en la digestión anaerobia
La fermentación acidogénica o fase ácida:
Los compuestos solubles provenientes de la fase hidrolítica parten a ser convertidos por la operación de los
microorganismos y bacterias fermentativas a partir de un proceso de fermentación, proporcionando a modo de
resultado ácido acético (CH3-COOH), hidrógeno (H2) y dióxido de carbono (CO2) primariamente, y en pequeña
cantidad productos intermedios: alcoholes, ácidos grasos volátiles (otros ácidos grasos de cadena corta además
del ácido acético) y ácidos orgánicos. Tal como se ha expuesto previamente, actúan bacterias acidogénicas,
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17 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
siendo las más comúnmente identificadas elButyvibrio, Propionbacterium, Clostridium, Bacteroides,
Ruminococos, Bifidobacterium, Lactobacillus, Streptococos y Enterobacterias. (retocar)
La acetogénesis:
Los componentes más reducidos de la fermentación acidogénica son oxidados, bajo condiciones anaerobias, a
ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno, que sirven de sustrato a bacterias metanogénicas. Así los AGV
(con tres o más carbonos) y los AGCL son oxidados a acético, hidrógeno y dióxido de carbono. Esta conversión
es sólo posible si la presión parcial de hidrógeno se mantiene en valores bajos, con presiones parciales menores
de 10-3 atm. Esta oxidación es llevada a cabo por bacterias facultativas que viven en estrecha colaboración con
las bacterias metanogénicas. Son bacterias sintróficas denominadas “acetógenas” u “organismos protón-
reductores obligados”. Se produce también la respiración acetogénica de bicarbonato por bacterias
homoacetogénicas. Estas bacterias catabolizan mezclas de dióxido de carbono e hidrógeno a compuestos de
carbonos múltiples. Pueden producir ácido acético, pero las bacterias metanogénicas compiten con ellas por el
hidrógeno.
Como ejemplos de bacterias acetogénicas se identifican Syntrophobacterwolinii, que descompone el ácido
propiónico, o Syntrophomonaswolfei que descompone el ácido butírico. Los ácidos valérico y butítico son
descompuestos por las mismas especies. Mientras que como bacterias pertenecientes al grupo de las
homoacetogénicas se encuentran los géneros Acetobacterium, Acetoanaerobium, Acetogenium, Clostridium o
Eubacterium.
La fase metanogénica:
Es la última etapa de la digestión anaerobia, que consta de dos tipos de reacciones diferentes. Las reacciones en
las cuales tanto el dióxido de carbono como el hidrógeno se combinan para la producción de metano y agua, así
como las reacciones que producen metano y dióxido de carbono a partir de acetato. Los microorganismos que
se encargan de la etapa inicial normalmente se denominan “hidrogenotróficos”, a su vez las que toman parte en
la transformación posterior se llaman “acetoclásticos”.
Con la presencia del ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono surgen en el medio las bacterias encargadas
de la etapa de metanogénesis. Se diferencian dos tipologías principales de microorganismos: los que van a
degradar el ácido acético produciendo metano y dióxido de carbono, (los metanógenosacetoclásticos), y los que
a partir del hidrógeno y dióxido de carbono resultantes de etapas anteriores van a generar metano y agua, (los
metanógenoshidrogenotrofos).
En la siguiente ilustración se esquematiza de una forma esquematizada todo lo detallado anteriormente, es decir
tanto las etpas de la digestión anaerobia, como sus productos intermedios y finales, así como los
microorganismos presentes en dicha etapa.
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
18
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Ilustración 8: Esquema de las etapas del proceso de digestión anaerobia
3.3 Estabilidad del proceso
La estabilidad del proceso de digestión anaerobia dependerá de la población bacteriana presente en cada etapa.
Dicha población bacteriana dependerá de la naturaleza y composición del residuo ganadero a tratar. Este grupo
de bacterias puede verse modificado si con dicho residuo que va a ser tratado entra algún componente tóxico
que impida el desarrollo de alguna población bacteriana.
Normalmente las poblaciones de microorganismos presentes en las dos primeras fases de la digestión (las fases
de hidrólisis y acidogénesis) son facultativos, en cambio en la fase metanogénica, la población de
microorganismos son estrictos y con unas tasas de crecimiento aproximadamente cinco veces menores que los
de la etapa anterior (etapa acidogénica). El problema que esto causa es que las bacterias de la etapa metanogénica
si encuentran algún inconveniente en su reproducción y consumición de los ácidos empeoraran las condiciones
de los microorganismos encargados de la producción de metano.
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19 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
A su vez, el proceso anaerobio va a ser mucho más lento que el aerobio. Esto es debido a que su tasa de
conversión del sustrato en biomasa bacteriana es cuatro veces menor a la del sistema aerobio. Lo cual hace que
se requiera varias semanas de puesta en marcha con el objetivo de lograr un equilibrio en las poblaciones
bacterianas presentes en el digestor.
Una de estas situaciones tiene parte en la fase acetogénica, ya que la degradación anaerobia tanto de los ácidos
butírico como propiónico no es permisible desde el punto de vista de la termodinámica ya que que las presiones
parciales de hidrógeno son altas, y esto hace necesario que haya presentes poblaciones de microorganismos que
sean capaces de excluir del ambiente los productos de la etapa acetogénica.
3.4 Parametros que afectan al proceso
El proceso de digestión anaerobia tiene varios condicionantes que pueden ser divididos en dos grupos,
parámetros operacionales y parámetros ambientales.
En la siguiente tabla se presentan los principales parámetros a tener en cuenta.
Parámetros Operacionales Parámetros Ambientales
Temperatura pH
Agitación Potencial redox
Tiempo de retención Nutrientes
Velocidad de carga orgánica Tóxicos e inhibidores
Tabla 4: Parámetros críticos en el proceso de digestión anaerobia
En cuanto a los condicionantes operacionales contamos con:
Temperatura:
La estabilidad de la temperatura de operación es de crucial importancia, ya que de ella depende la adecuada
interacción y equilibrio de los diferentes grypos de microorganismos involucrados a lo largo del proceso.
Una variación de pocos grados (entre 2 y 3) puede significar un gran cambio en el sistema, tanto es así, que los
diferentes rangos de temperatura determinan grupos de microorganismos totalmente distintos.
Muchos de estos grupos de microorganismos pueden sobrevivir solo en rangos estrictos de temperatura, de tal
modo que es sumamente importante mantener controlada la medida de esta variable.
La temperatura óptima de los procesos mesóliticos es de 37 ºC y la de los termofílicos es de 55 ºC por lo tanto
habrá que operar alrededor de este rango.
En la siguiente table se detalla lo anteriormente comentado, las condiciones óptimas según el tipo de proceso y
el tipo de bacterias que están presentes.
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
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Bacterias Rango de Temperaturas Tiempo de retención
(días)
Sensibilidad (ºC/hora)
Mínimo Óptimo Máximo
Psicrofílicas 4-10 15-18 25-30 >100 2
Mesofílicas 15-20 28-37 35-45 30-60 1
Termofílicas 25-45 50-60 75-80 10-16 0,5
Tabla 5: Rango de temperaturas óptimo en el proceso de digestión anaerobia
Agitación
La agitación se realiza para alcanzar una serie de objetivos en el proceso, dichos objetivos son los siguientes:
Poner en contacto el influente con la masa bacteriana, y eliminar los metabolitos producidos por la
metanogénesis, favoreciendo la salida de los gases.
Prevenir tanto la producción de espumas como la sedimentación en el digestor.
Evitar la formación de zonas muertas que reduzcan el volumen de operación del digestor.
Mantener una temperatura uniforme en el digestor esto se consigue eliminando la estratificación térmica.
La velocidad de agitación es un elemento que puede intervenir en el avance del proceso, siendo preciso un
armonía entre la buena homogeneización y la adecuada formación de agregados bacterianos. Una velocidad de
agitación alta, por arriba de 700 rpm puede reducir levemente la obtención de biogás, por fractura de los
agregados bacterianos o flóculos de bacterias.
Tiempo de retención
En la imagen siguiente se observa la tendencia general de los índices de eliminación de materia orgánica (sólidos
volátiles, SV) y de producción específica de gas, por unidad de volumen de reactor, en función del tiempo de
retención.
El tiempo de retención depende del volumen y el caudal a tratar, de hecho es el cociente entre el volumen y
dicho caudal, por lo tanto, es el tiempo promedio que permanece el flujo a trataren el digestor sometido a la
acción de los microorganismos.
En la ilustración posterior se puede ver la curva general de los índices de eliminación de material orgánica y de
formación específica del gas, con respecto al volumen de reactor, en función del tiempo de retención.
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21 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
Ilustración 9: Tiempos de retención en la eliminación de materia orgánica en el proceso de digestión anaerobia
Velocidad de carga orgánica
La velocidad de carga orgánica es el total de materia orgánica que se introduce en el digestor por unidad de
volumen y tiempo. Si está es baja significará que hay una baja concentración en el flujo de entrada o que el
tiempo de retención es elevado, o ambas cosas. En cambio si hay un incremento de ella se reducirá la relación
entre la producción de gas y la materia orgánica introducida. Es este el motivo por el cuál se trata de buscar un
óptimo tanto técnico como económico en cada planta y residuo.
En la siguiente ilustración se muestran unas velocidades que dependen de la materia orgánica presente en el
residuo.
Ilustración 10: Velocidad de carga orgánica respecto a la materia orgánica
En cuanto a los condicionantes ambientales contamos con:
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
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pH:
Para los medios anaerobios, el nivel de pH en el que se reflexiona que un proceso es estable está entre 6,6 y 7,6.
No obstante, los niveles de pH están sujetos a la aclimatación de las poblaciones microbianas y puede lograrse
un proceso estable a valores mayores, si bien el nivel recomendable de actividad para las bacterias
metanogénicas se localiza alrededor de 6,8). El pH es uno de los factores de diagnóstico de los sistemas
anaerobios. Sin embargo, hay que estar al tanto de que en el caso de que existan oscilaciones en los sistemas
anaerobios, la medida del pH no deja anteponerse o adivinar futuros errores, ya que nos avisa de inconvenientes
en los digestores una vez que estos se hayan causado. Su papel es esencial en el equilibrio amonio - amoniaco,
por ser el amoniaco libre un significativo inhibidor de la fase metanogénicas.
Potencial Redox
El potencial redox debe de presentar un valor suficientemente bajo para que así los microorganismos
metanogénicos estrictos se puedan desarrollar, ya que estos microorganismos requieren potenciales de
oxidación-reducción inferiores a -300 mV.
Nutrientes:
El sistema anaerobio está caracterizado por la baja demanda de nutrientes que requiere en comparación con el
proceso aerobio, esto es debido principalmente a los bajos índices de producción de biomasa que presenta. No
obstante, dicha biomasa requiere para su producción del suministro de unos determinados nutrientes minerales,
además de un aporte de carbono y energía. Entre estos nutrientes cabe destacar al nitrógeno, azufre, fósforo,
hierro, cobalto, níquel, molibdeno, selenio, riboflavina y vitamina B12. Dichos nutrientes conviene que estén
en forma claramente digerible por los microorganismos. Los vitales nutrientes son nitrógeno y fósforo,
considerándose que la relación C/N debe oscilar entre 15-35/1.
Sustrato Relación C:N
Purín de cerdo 18-20
Estiércol Vacuno 15-24
Gallinaza 15
Residuos de matadero 2-8
Residuos de Cocina 25
Residuos de frutas 35
Fangos de depuración 16
Pieles de patata 25
Cebada, arroz, trigo 60-90
Tabla 6: Relación C:N con respecto al sustrato a tratar
En la table anterior, se detallan una serie de valores típicos para una serie de residuos, con el objetivo de realizer
una comparaación con nuestro proceso en el cuál vamos a tartar purín de cerdo y estiércol vacuno. En el se ve
que tienen una relación carbon- nitrógeno bastante alta.
Tóxicos e Inhibidores
La cuantía de la toxicidad depende de distintos factores, entre los cuales se encuentran la concentración,
formación de complejos y aclimatación, por lo que una misma sustancia puede llegar a ser tóxica o no.
Normalmente la concentración es el único factor a tener en cuenta, lo que puede llevar a afirmaciones
absolutistas, en algunas ocasiones equivocadas.
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23 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
A continuación se detalla brevemente los compuestos que más usualmente presentan complicaciones de
inhibición en la digestión de los residuos manejados.
1. Hidrógeno
Varios autores creen que el seguimiento de la concentración de H2 en el proceso admite predecir desequilibrios
en las poblaciones microbianas. El establecimiento de hidrógeno inhibe la β-oxidación, ya que ésta sólo sucede
si la presión parcial de hidrógeno es baja. Se entiende que una concentración de hidrógeno de más de 40•10-9M
es crucial en la regulación del flujo de carbono en el transcurso de la mineralización de la materia orgánica.
Concentraciones de hidrógeno mayores enviarán el flujo de electrones de la fabricación de metano a la
fabricación de butirato, propionato, lactato o el etanol.
2. Lípidos
El depósito de lípidos, en especial de ácidos grasos volátiles y ácidos grasos de cadena larga, puede ser un gran
inconveniente en el proceso de digestión, debido al efecto inhibidor de los lípidos colapsando el sistema de
digestión anaerobia. Este inconveniente puede ser subsanado mediante la adaptación de los microorganismos de
oxidación presentes en los ácidos grasos, los cuáles son capaces de degradar dichos compuestos a medida que
van apareciendo.
Mientras se da la etapa de hidrólisis, las lipasas extracelulares extraídas por microorganismos acidogénicos
comienzan la digestión de los lípidos, siendo posible la formación de elevadas concentraciones temporales de
ácidos grasos de cadena larga. Un depósito de este tipo de moléculas puede producir la inhibición del proceso
de degradación al ser tóxicas tanto para acetógenos y metanógenos, que son los dos principales microorganismos
en el proceso de oxidación de ácidos grasos volátiles y de cadena larga.
Por otro lado, la acumulación de AGCL además puede inhibir la digestión anaerobia como resultado de la
adsorción de estos compuestos en torno a las partículas de biomasa, perturbando los procesos de transporte por
flotabilidad de la biomasa en el digestor e inclusive permitir la formación de espumas y estratificación del
reactor.
Los AGV forman un instrumento transcendental en la monitorización y control de digestores anaerobios,
manifestando vertiginosas respuestas ante cambios en el sistema, como sobrecargas orgánicas o entrada de
tóxicos. El acrecentamiento de su concentración está unido con la rebaja en la producción de biogás. En diversas
menciones literarias se enlazan el acopio de ácidos grasos volátiles con la inhibición de algunas fracciones de la
fase de metanogénesis.
El depósito de acético y propiónico en el reactor puede hacer que se inhiba la acetogénesis.
3. Nitrógeno
La inhibición de la degradación anaerobia de residuos de elevada carga orgánica es común que este también
producida por elevadas concentraciones de amonio, el cuál aparece en la degradación proteica de residuos con
alta riqueza en nitrógeno. Degradar residuos con gran riqueza en nitrógeno es dificultoso debido a su elevado
contenido de amoniaco total, que aunque es un nutriente el cuál necesitan los microorganismos que intervienen
en el proceso de digestión, cuándo su concentración sobre pasa un cierto rango puede inhibir la metanogénesis.
Este rango según la literatura depende de diversos factores como son el sustrato, el tiempo de operación, el
inóculo, el pH y la temperatura. De acuerdo con la ecuación de equilibrio químico.
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
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Dos elementos son los que están considerados como posibles inhibidores de los metanógenos por la acción de
amonio. Primeramente, las enzimas que sintetizan metano se encuentran directamente inhibidas por amoniaco
libre, y en segundo lugar, el amoniaco libre se propaga lentamente sobre el ambiente intracelular volviendose a
amonio dado el escenario descrito por el pH.
Estas inhibiciones producidas por el amonio son evitables. Se pueden evitar ya que los residuos orgánicos
normalmente se diluyen fácilmente en agua, lo que hará que el rendimiento del proceso crezca. Por otro lado es
conveniente impedir el aporte de matería que contenga alta concentración de nitrógeno al lecho de degradación.
4. Desinfectantes y antibióticos
Aparecen debido a las labores de desinfección y limpieza, y la toxicidad que presentas es dependiente de su
concentración, biodegrabilidad y del tiempo que pasa entre su uso y la puesta en marcha del proceso. Es sabido
que tanto los restos de penicilina, como los restos de tetraciclina inhiben el proceso anaerobio, aunque existe una
correcta adaptación a la presencia de esta inhibición.
También es sabido que para que se produzca de forma correcta el proceso de digestión anaerobia es fundamental
que las velocidades de conversión metabólica de los distintos conjutos bacterianos se encuentren equilabradas,
debido a que los productos finales de cada etapa son usados en la etapa posterior, produciéndose una proporción
simbiótica la cual hace que el procedimiento se consolide. La tolerancia a determinados factores de los diferentes
grupos bacterianos implicados es desigual, así los microorganismos metanógenas son considerablemente más
susceptibles frente a cualquier alteración del ambiente, por lo que al originarse desviaciones sobre las medidas
de control del proceso acontece una depósito de productos intermedios (en general AGV, AGCL e hidrógeno)
que incitan la acidificación del ambiente y como resultado se ocasiona la parálisis del proceso global.
En la siguiente table se citan los inhibidores máss importantes, y la concentración que le caracteriza como
inhibidores del proceso, por lo tanto es una concentración que hay que subsanar para que el proceso no se vea
desmejorado por dicha presencia.
INHIBIDORES CONCENTRACIÓN INHIBIDORA (mg/ml)
Sulfuro 200
Cu 10-250
Cr 200-2000
Zn 350-1000
Ni 100-1000
Na 8000
Ca 8000
Mg 3000
Tabla 7: Concentración inhibidora de los principales inhibidores
Condiciones Ideales para el proceso de digestion anaerobia:
En la siguiente tabla se van a presentar una serie de valores en cuanto a los parámeros más importantes a controlar
y sus valores que se acercan lo máximos posible a asegurar una estabilidad ideal en el proceso tanto en las fases
de hidrólisis y acidificación como en la metanogénica.
PARÁMETRO HIDRÓLISIS/ACIDIFICACIÓN FORMACIÓN CH4
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25 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
Temperatura (ºC) 25-35 Mesófilo: 32-42
Termófilo: 50-58
pH 5,2-6,3 6,7-7.5
Relación C:N 10-45 20-30
Contenido en sólidos (%) <40 <30
Potencial redox (mV) 300-400 <250
Demanda de nutrientes
C:N:P:S
500:15:5:3 600:15:5:3
Elementos traza No existen requerimientos
específicos
Micronutrientes esenciales:
Ni, Co, Mo, Se.
Tabla 8: Valores ideales de los parámetros principales
Como se puede observer la temperatura no debe ser muy alta y en la etapa metanogénica dependerá de si el
proceso es termófilo o mesofilo.
La relación carbono-nitrógeno es más limitada en la fse metanogénica que en las otras dos, al igual que el resto
de parámetros como son el contenido en sólidos, el potencial redox, la demanda de nutrients o los elementos
traza. Esto se debe a que la última etapa de la digestion anaerobia tiene que ser más estricta debido a su
importancia en laa riqueza del futuro biogas.
3.5 Tipos de reactores
El diseño de reactores para el proceso de digestión anaerobia puede dividirse dependiendo de su capacidad para
mantener las concentraciones de bacterias elevadas en el reactor, mediante distintos métodos.
El reactor más sencillo y más utilizado es el de mezcla perfecta.
Reactor de mezcla completa sin recirculación
Se fundamenta en un reactor en el cual se conserva un perfil uniforme de concentraciones, tanto bacterial como
del substrato. Esto es posible mediante un procedimiento de agitación. Dicha agitación puede ser tanto
neumática, en la cual se recircula el biogás a presión, como mecánica, en la cual se utiliza un agitador que puede
ser de palas o hélice.
Este tipo de reactor no ofrece inconvenientes de diseño y es el más demandado para la gestión de residuos. En
comparación con otros tipos de reactores, cuenta con un tiempo de retención elevado, esto se debe a que la
concentración de cualquier residuo que se mantiene con el reactor en régimen permanente, es igual a la que se
pretende alcanzar con el efluente.
Si, como es el caso de los procesos biológicos, la velocidad de la reacción esta en función de la concentración,
será un proceso lento, la forma de compensar esta velocidad tan baja será aumentando el tiempo de la reacción
Reactor de mezcla completa con recirculación
Este tipo de reactor anaerobio es denominado reactor anaerobio de contacto y es semejante al sistema de fangos
activos aerobios que se utilizar para tratar aguas residuales.
Es sencillo de demostrar que ajustando la recirculación se hace posible adecuar el sistema para que los tiempos
de retención hidráulicos sean menores que en el reactor de mezcla perfecta sin recirculación detallado en el
apartado anterior. Esto es posible pero para ello se debe de aumentar el tiempo de retención de las bacterias,
debido a su aislamiento en el proceso mediante la separación en el decantador y recirculación. Como
consecuencia de la ineludible separación de bacterias en el decantador, este método sólo es ajustable a aguas
residuales de elevada carga orgánica (aguas residuales de azucareras) para las que sea viable una separación de
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
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fases líquido-sólido, con la parte sólida consistente básicamente en flóculos biológicos. Anterior deal decantador
debe de haber un sistema de desgasificación, sin el cual la decantación se puede distinguir imposibilitada.
En la siguiente ilustración se muestra un esquema gráfico de los reactores anteriormente citados.
Ilustración 11: Tipos de reactores sin retención de biomasa
Reactor con retención de biomasa, sin recirculación
Si se hace posible la retención de microorganismos dentro del reactor, se evita la disposición de reactor de mezcla
perfecta, con esto es posible disminuir el tiempo de retención a un nivel menir que el reactor mezcla perfecta
que se toma como referencia al ser el más utilizado. Los métodos de retención de biomasa son principalmente
dos:
i. sujeción encima de un soporte.
ii. anexión o floculación de biomasa y su conservación por gravedad
A pesar de que los reactores de flujo pistón no serían incluidos en esta sección, el caso de que el valor de la tasa
crecimiento de bacterias sea más dominante en el ingreso al reactor, en el cual la concentración de sustancia
igualmente es más alta, concibe que la concentración media en el digestor sea más alta a la correspondería a un
digestor mezcla completa, o en todo caso superior a la de salida, con lo cual el tiempo de retención será inferior.
Este arquetipo de digestor ha sido usado para tratar a distintos tipos de residuos orgánicos, como fracción
orgánica de residuos municipales residuos de porcino y bovino, y una de los problemas son los debidos a la falta
de homogenización en la sección transversal a la dirección del flujo, en las configuraciones horizontales, lo cual
se puede evitar mediante un sistema de agitación transversal (reintroducción de biogás a presión en la base del
digestor si el reactor es horizontal, por ejemplo).
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27 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
- El filtro anaerobio.
En este tipo los microorganismos anaerobios están pegados al cuerpo de un soporte inerte (consiguiendo de esta
manera formar biopelículas), a una columna de relleno (o atrapados en los intersticios de este). El soporte puede
estar fabricado tanto de plástico como de cerámica. Su repartición puede ser anómala, y en este caso los
microorganismos se hallan mayoritariamente cogidos en los intersticios, o regular y orientado verticalmente, y
en este caso la actividad es debida básicamente a las bacterias fijadas, recibiendo el nombre de lecho fijo con
flujo descendente En caso de utilizar un soporte orientado verticalmente con flujo ascendente y un sustrato
lentamente degradable, con elevado tiempo de retención, la retención por sedimentación de los fragmentos de
biopelícula desprendidos adquiere un efecto de importancia en la actividad del reactor.
Este método ha sido ampliamente estudiado para el tratamiento de aguas residuales de industria agroalimentaria,
y hay prácticas piloto para la fracción líquida de residuos ganaderos. El coste de inversión es un restrictivo
significativo para su establecimiento.
- El lecho fluidizado.
En este tipo de reactor los microorganismos están fijados, componiendo una biopelícula, que se encuentra
encima de partículas compuestas de material interte y son de pequeño tamaño. Dichas partículas hay que tenerlas
en estado fluidizado y se consigue gracias al flujo ascendente. Para conservar el caudal recomendado, que haga
posible la fluidización y expansión del lecho, se hace uso de la recirculación. Como el filtro anaerobio, se utiliza
básicamente en aguas residuales, primordialmente provenientes de la industria agroalimentaria, y también se
puede usar para residuos ganaderos líquidos, aunque se cuenta con poca práctica en este sector.
- El reactor de lecho de lodos.
Este sistema favorece a la floculación o al ingreso de microorganismos entre ellas, formando gránulos, de tal
forma que mediante sedimentación se mantienen en el interior del reactor, mediante la velocidad ascendente del
flujo. Esto último será posible, siempre y cuando en la parte alta exista un buen separador.
El diseño más habitual es el UASB (cuyas siglas Upflow Anaerobic Sludge Blanket), el cuál hoy en día se aplica
mucho al tratamiento de aguas residuales en la industria agroalimentaria. Esto es debido a que su diseño es el
más simple entre los sistemas cin retención de biomasa y lo único que puede limitar el proceso esque la biomasa
actuva granule, esto quiere decir que sea capaz de formar conjuntos de elevada densidad. Para ello es
determinante la composición del agua a tratar y mantener una operación adecuada.
La ilustración de debajo de este párrafo, muestra los reactores de lecho fijo, lecho fluidizado, UASB y el filtro
anaerobio que se han explicado anteriormente, y muestran un esquema fotográfico de las corrientes que forman
dichos reactores.
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
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Ilustración 12: Tipos de reactores con retención de biomasa
Sistemas discontinuos
En los sistemas discontinuos, la curva que representa como evoluciona con el tiempo la producción de biogás
presenta la misma forma que la curva típica de crecimiento bacteriano. Aquí el término de tiempo de retención
no representa nada, lo cual lleva a que se hable de tiempo de digestón.
Para llegar a una producción de gas que se acerque a una producción continua, hay que juntar varios reactores
discontinuos, y además conlleva puestas en marchas interpuestas en el tiempo.
Este tipo de reactor ha sido empleado a residuos con una elevada concentración de sólidos hacen difícil la
admisión de sistemas con bombas, así como residuos de ganado vacuno con lecho de paja.
Otros sistemas
Los reactores anteriormente citados pueden ser mezclados para lograr sistemas más eficaces, dependiendo del
tipo de residuo que se vaya a tratar.
- Sistemas de dos etapas
Dichos sistemas están compuestos, en primer lugar por un reactor con un alto tiempo de retención, que beneficia
la hidrolisis. A continuación se coloca un segundo reactor, este cuenta con un tiempo de retención muy inferior,
que absorbe la materia orgánica que se encuentra diluida y los ácidos generado en la etapa anterior. Si la primera
etapa consiste en un reactor discontinuo, el líquido tratado en la segunda es el obtenido por percolación en la
primera una vez recirculado el efluente de la segunda. Dicho sistema hace posible que se mantenga de una
manera más fácil la temperatura de operación en el reactor discontinuo y así se controla la temperatura del
efluente para el posterior reactor.
Este sistema ha sido aplicado de forma exitosa en el tratamiento de residuos sólidos, en los cuales la etapa que
limita el proceso de valorización de residuos es a hidrólisis, como por ejemplo el ganado vacuno.
- Sistemas de dos fases
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29 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
Este sistema se distingue principalmente del anterior de dos etapas ya que la separación dde fases consiste en
colocar los reactores en serie, en dichos tienen lugar las fases acidogénica y metanogénica respectivamente. El
objetivo primordial de este sistema es alcanzar un tiempo de retención en el proceso global más bajo al que
corresponde en un único reactor de mezcla perfecta.
Este sistema se ha empleado de forma satisfactoria en la degradación de residuos con un alto contenido en
azúcares y baja concentración de sólidos, aunque no ha sido satisfactorio para residuos que contienen fibras o
cuya etapa limitante es la hidrólisis.
- Sistemas híbridos.
Los sistemas híbridos por norma general, lo que realizaran será combinar conocimientos respaldados por los
distintos tipos de reactores o sistemas de digestión comentados anteriormente. Por ejemplo los dos sistemas
explicados (tanto el sistema de dos etapas como el de dos fases) pueden ser considerados como sistemas híbridos.
De igual manera se han diseñado reactores con retención de biomasa híbridos, en ellos la parte inferior actúa
como un UASB y la parte alta como un filtro.
Un gramo de fango granular es capaz de catalizar la transformación de 0.5 a 1 g de DQO al día. El gránulo se
produce de forma natural, ya que la estructura del gránulo está estratificada. En el foco se encuentran los
adheridos de Methanosaeta, que constituyen filamentos que se entremeten (especialmente), y otros cuerpos
metanógenos, como Methanothrix y Methanosarcina. En la sucesiva capa están encerrados cuerpos productores
y gastadores de hidrógeno, en una asociación simbiótica. En la capa superficial se localizan los organismos que
realizan las primeras etapas de degradación anaerobia, como los acidógenos y otros organismos consumidores
de hidrógeno. La granulación depende en gran medida del crecimiento bacteriano, por lo que optimizando las
condiciones de crecimiento se mejorará considerablemente. Son, actualmente, los reactores que más se están
utilizando, existiendo, básicamente dos tipos de estos reactores:
a) UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket (manta de fangos anaerobios de flujo en dirección
ascendente)
b) EGSB: Expanded Granular Sludge Bed Digestion (lecho de lodos granulares expandidos)
Derivaremos a continuidad a referir ambos tipos de reactor:
Reactor de tipo UASB
En los procesos anaerobios en los cuales el flujo es ascendente, y que están regidos por varios condicionantes,
es posible llegar a ver que los microorganismos consiguen llegar a adicionarse de manera natural constituyendo
flóculos y gránulos. Estos agregados con una elevada densidad ostentan unas condiciones de sedimentación
bastante ventajosas y no son idóneas al lavado del reactor bajo condiciones prácticas.
La retención de fango activo, sea como gránulos o como flóculos, hace viable la consecución de un buen proceso
aunque las tasas de carga orgánica sean bastante elevadas. El régimen turbulento que es producido de manera
natural por el caudal de entrada y por la producción de biogás hace que el contacto entre el fango biológico y el
agua residual e los sistemas UASB.
En estos sistemas (los UASB) es posible aplicar una mayor carga orgánica que en los aerobios. Asimismo, es
requerido un volumen más pequeño de reacción y por lo tanto de espacio, y de igual modo, la cantidad de biogás
producida es bastante mayor, y de energía también.
El reactor UASB daría la posibilidad de sustituir al sedimentador primario, al degradador anaerobio de lodos,
al paso de sistema aerobio y al sedimentador secundario de una planta convencional de tratamiento aerobio de
aguas residuales.
No obstante, el efluente de reactores UASB habitualmente requieren un tratamiento postrero, para conseguir
digestionar la materia orgánica remanente, nutrientes y patógenos. Este postratamiento puede referirse a sistemas
convencionales aerobios como lagunas de estabilización, plantas de fangos activos y otros.
Por comentar un poco la historia de este proceso, el UASB fue inventado en la década de los 70, por un equipo
universitario el cual era comandado por el Doctor Gazte Lettinga en la Universidad holandesa de Wageningen,
y fue usado por primera vez en la industria en una empresa azucarera de Alemania.
Durante ciertos años, estuvo siendo permanentemente corregido para llegar a poder tratar inmensos caudales de
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
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aguas residuales, y cargas de grandes cambios diarios. Este tipo de sistema fue ayudado a mejorar, para el
tratamiento bajo diversas condiciones gracias a datos y resultados de diferentes experiencias que fueron poco a
poco asomando e hicieron que el proceso fuese útil para cambios de diversa índole.
El sistema UASB es un sistema de tres fases de elevada carga que trabaja de una forma similar a un sistema de
crecimiento en suspensión. Esa alta carga de biomasa hace que el UASB sea más capaz de tolerar la presencia
de sustancias tóxicas. Se fundamenta principalmente en una columna abierta, en la cual el líquido residual se
hace pasar con una pequeña velocidad ascendente. El manto de fangos se compone de gránulos o partículas
además del agua residual. El fenómeno de granulación que rige la formación de los gránulos contacto el agua
con los gránulos. Los gases que se forman en unas condiciones de operación anaerobias provocan que se
produzca una recirculación en el interior del proceso, lo que favorece tanto la aparición y subsistencia de las
partículas biológicas, en las cuales diversas partículas de gas acaban adheridas. El gas que se encuentra libre y
el que se encuentra adherido a gránulos se suspende en el receptor de gas en la zona superior del reactor. Los
sólidos y gránulos que se encuentran en el líquido que ha pasado por el manto de fangos y también por el
sedimentador hay que separarlos del efluente. Por lo tanto dichos sólidos regresan tras caer gracias al sistema de
bafle que se encuentra en la zona superior del manto de fangos.
Para conseguir una buena operación del sistema es importante que se forme biomasa con floculos, y la puesta
en operación del sistema es habitual que necesite de la inoculación anterior del reactor con mucha cantidad de
fango proveniente de algún otro sistema de operación.
Reactor de tipo EGSB
Los reactores tipo EGSB son, fundamentalmente, una adaptación más avanzada de los UASB, en los cuales se
provoca, en adición al trabajo del UASB, una recuperación del efluente, que es recirculado, con lo que se
perfecciona la obtención del biogás. Es un proceso parejo al de los reactores mezcla perfecta sin y con
recirculación, aunque manipulando un lecho granular.
El diseño de este tipo de reactores, que es de una mayor longitud que los UASB, hace posible que la velocidad
de flujo del afluente sea más grande, y esto deriva en un aumento del lecho granulaar, y optimiza el contacto
gránulos-sustrato. Usualmente este tipo de reactor es bueno para tratar aguas residuales con una baja carga
orgánica o para residuos que contienen partículas en suspensión en las cuales la decantación no es aconsejable
en el tanque de proceso.
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31 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
4 BASES DE DISEÑO
La producción de energía mediante el tratamiento de residuos ganaderos depende especialmente de la capacidad
de estos residuos para producirla tras los pretratamientos que se le realizan a dichos residuos.
En nuestro caso el residuo ganadero va a ser tratado mediante una digestión anaerobia con el objetivo de sacarle
el mayor partido energéticamente hablando.
Por lo tanto lo que vamos a realizar en este apartado del proyecto es seleccionar los datos iniciales de diseño
para posteriormente crear un proyecto de ingeniería conceptual y ver el potencial energético que este tratamiento
puede tener en base a los datos seleccionados.
Se tratará una instalación de 750 cabezas de gaanado vacuno y a partir de ella se realizarán los cálculos
pertinentes para el dimensionamiento de una planta de digestión anaerobia. Con el objetivo principal de tratar y
valorizar energéticamente estos residuos para producir biogás que pueda ser utilizado como combustible
4.1 Criterios de Selección
Es bastante claro hoy en día, que los residuos ganaderos necesitan de un tratamiento debido a los diversos
problemas de diferente índole que estos causan.
Los problemas más comunes que generan estos residuos son los siguientes:
-Problemas sociales: Los residuos ganaderos son unas sustancias las cuales la población urbana no está
acostumbrada a tratar con ellos, pero la población rural la tiene muy presente y necesita que se le de una solución,
ya que esta sustancia genera problemas que pueden afectar a la vida de un humano, como pueden ser el higiene
o los olores que de ellos emanan que pueden ser perjudiciales para la salud.
-Problemas medioambientales: El residuo ganadero contiene diversos contaminantes que pueden afectar
negativamente al medioambiente, así como una serie de emisiones que causan daños a la atmósfera
-Problemas económicos: El no tratamiento de los residuos, hace que se esté perdiendo potencial energético y
por tanto dinero de un sustrato del cual se puede obtener bastante energía, como ya se ha comentado en apartados
anteriores.
Por consiguiente estos problemas asociados al tratamiento de residuos ganaderos deben ser solventados, y en
nuestro caso van a ser resueltos de la siguiente manera:
-Problemas sociales: La calidad de vida de la población rural se verá muy mejorada ya que el residuo
permanecerá el menor tiempo posible en su hábitat natural.
-Problemas medioambientales: Al tratar dichos residuos y darles una salida rápida conseguiremos que el
medioambiente se vea expuesto a este tipo de residuos el menor tiempo posible y por tanto se verá afectado
minimamente.
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-Problemas económicos: Al producir biogás, podremos obtener un beneficio económico de su venta a las
industrias para su utilización.
4.2 Tipos de residuos y composición
Saber y determinar el tipo de residuo y su composición es necesario y muy importante, para saber las necesidades
a la hora de darle un adecuado pretratamiento anterior a la valorización del residuo.
En nuestro caso en el cual se va a tratar principalmente un residuo ganadero proveniente de ganado vacuno y
porcino, este constara también de elementos provenientes de la zona de la cual se va a extraer (en nuestro caso
Andalucía), algo que es importante tener en cuenta para su correcto tratamiento.
Como ya se comentó en el apartado es necesario tener en cuenta ciertos elementos que pueden causar problemas
o interferencias en la digestión anaerobia, como pueden ser los productos tóxicos que vengan con el residuo. Por
lo tanto tras dicha búsqueda bibliográfica anteriormente detallada, ya estamos en poder de presentar unos datos
concisos de que elementos y como pueden afectar al proceso de digestión anaerobia para el tratamiento de
residuos ganaderos.
4.2.1 Tipos de residuos ganaderos
Los residuos ganaderos son resultantes de la cría intensiva o extensiva de ganado, independientemente del
tipo de ganado a criar. Esta enunciación está basada en el origen del residuo, pero dentro de cada grupo es
posible hacer otras clasificaciones más detalladas que hagan constar características propias de cada tipo de
residuo.
Por lo tanto, de forma general nos encontramos los siguientes grupos de residuos ganaderos:
• Estiércoles y purines.
• Residuos zoosanitarios.
• Subproductos de origen animal no destinados a consumo humano (SANDACH).
Los estiércoles de ganado se encuentran formados por deyecciones tanto líquidas como sólidas, y a su vez
de las camas del ganado.
Los purines son el líquido que se produce debido a la mezcla entre la orina del ganado con líquidos que
fluyen a través del estercolero.
Referente a la obtención de estiércoles y purines, es aceptada, de manera generalizada, una obtención media
por día de deyecciones sólidas y líquidas, similares al 7% del peso vivo del animal, no obstante quedan
sometidas a muchos elementos que incurren en una variación de la cuantía citada. Son cuantiosas las tablas
de formación de residuos por animal que pueden establecerse.
Los residuos zoosanitarios son los restos de los productos utilizados en las explotaciones para el tratamiento
sanitario de los animales, es decir, restos de medicamentos, envases, jeringuillas, objetos cortantes, etc. En
cuanto a los SANDACH, el origen es muy diverso. Desde la producción primaria, pasando por los
mataderos y las industrias agroalimentarias, los mayoristas y minoristas, las plantas de transformación, etc.,
todos ellos generan algún tipo de SANDACH.
En cuanto al proyecto a realizar en el cuál vamos a tratar los residuos generados por un ganado vacuno, es
importante detallar más claramente el tipo de residuo que este ganado genera, que es el siguiente:
- Estiércol bovino
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33 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
El sector bovino en España ha experimentado la tendencia propia de los países industrializados en que el
sector productivo, empujado por la globalización de los mercados agrícolas y el aumento de la competencia,
han experimentado un cambio hacia la especialización e incremento del tamaño de las explotaciones. Este
es el origen de la marcada diferenciación de los sistemas productivos cárnico y lechero de los últimos años.
En la siguiente tabla se muestran unos valores típicos de los kilogramos de residuos que generan los
diferentes tipos de ganado al día. Es verdad que está cantidad es variable, pero de forma generalizada se
toman estos valores como válidos para el diseño.
Tipo de ganado kg heces/día
Vacuno 30-50
Porcino 4-8
Equino 20-50
Aves 0,1-0,5
Ovino 1,5-8 Tabla 9: Heces diarias de los principales tipos de ganado
Ilustración 13: Estiércol vacuno
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4.2.2 Caracterización del residuo a tratar y su problemática
4.2.2.1 COMPOSICIÓN DEL RESIDUO GANADERO
Como ya se ha comentado en la introducción de este apartado, la composición del residuo ganadero es referida
a los excrementos generados por el Ganado, pero a su vez incluye también el material de la cama del Ganado, u
otros elementoss dependiente de la zona en la que se encuentre la explotación, ya que dichos elementos
provendrán del suelo, incluso de los árboles.
Hay otros materiales que se podrían incluir, como son la sangre o los despojos pero esto haría mucho más dificil
el dimensionamiento de la planta de digestion anaerobia debio a los problemas que estas pueden causar.
La importancia de hacer una correcta caracterización no es solo para la elección de los tratamientos posteriores,
si no porque la presencia de determinados compuestos puedeocasiona graves daños al medio antes y después de
su combustión. De modo que hay quehacer diversas búsquedas bibliográficas y seleccionar aquella más
desfavorable de cara a un proceso de combustión para así trabajar con el caso más extremo y saber cómo hacer
frente aun residuo que presenta diversos compuestos que a priori resultan altamente contaminantes y dañinos.
Sustancias Efectos Negativos
Metano Cambio climático
Óxido de nitrógeno Cambio climático
Dióxido de carbono Cambio climático
Amoniaco Calidad del aire
Partículas Calidad del aire
Fósforo Eutrofización
Nitratos Eutrofización
Sales Calidad del suelo
Antimicrobianos Calidad del sueloy del agua
Bacterias Calidad del suelo y del agua
Tabla 10: Elementos dañinos del residuo ganadero
A su vez la intención de la realización de la planta, es reducir eltiempo de almacenamiento de estos compuestos,
para así incidir lo menos possible sobre el medio ambiente, por lo tanto se ha decido situar la planta muy próxima
a la instalación ganadera para crear la posibilidad de que el residuo sea tratado casi instantaneamente.
4.2.2.2 CARACTERIZACIÓN DEL RESIDUO
La caracterización del residuo es algo dificil de realizer, debido a la gran cantidad de factores que afectan a la
composición del residuo ganadero, por lo tanto lo que se ha decidido realizer es una búsqueda detallada en
bibliografía, realizandose posteriormente y en base a esta búsqueda bibliográfica una media de los porcentajes
de los compuestos más representativos que este contiene.
De entre todos los posibles valores de cada compuesto se ha decidido tomar como correcta la composición que
puede generar más problemas en base al proceso de digestion anaerobia que vamos a realizar, para
posteriormente realizear un diseño en base a esta caracterización realizada, el cual pueda ser válido para
cualquier composición de residuo ganadero.
Estas composiciones están representadas en la siguiente tabla:
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35 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
Elemento Base Húmeda Base seca Exenta de cenizas y seca
Humedad 80 - -
Cenizas 3,17 15,87 -
Carbón 9,08 45,39 53,95
Nitrógeno 0,19 0,96 1,14
Hidrógeno 1,07 5,35 6,36
Cloro 0,23 1,16 1,38
Azufre 0,06 0,29 0,34
Oxígeno 6,20 30,98 36,83
TOTAL 100 100 100
Tabla 11: Caracterización del residuo ganadero
4.3 Diagrama de flujos
En las instalaciones de digestion anaerobia, el proceso fundamental tiene lugar en el digestor, sea cual sea el tipo
de reacor utilizado pero a su vez es importante el pretratamiento que se le de al residuo para acondicionarlo a la
instalación, y el posterior postratamiento que se le de al digestato, para maximizer su aprovechamiento
energético.
En la ilustración 12 se muestra un esquema con lo anteriormente comentado y sus diferentes posibilidades.
Ilustración 14: Diagrama de flujos de una instalación anaerobia para el tratamiento de residuos
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Para el caso del biogás agroindustrial las alternativas que se presentan en cada una de las fases de este diagrama,
se resumen a continuación:
Pretratamiento: en general, con los pretratamientos se pretende acelerar el proceso de hidrólisis
de las materias orgánicas para incrementar la producción, la calidad del biogás, y se reduce el
tiempo de residencia en el digestor, debido a un aumento de la biodegradabilidad, favoreciendo
unas condiciones óptimas para el desarrollo microbiano.
- Mecánico
- Térmico
- Biológico
Co-digestión anaerobia: es la fermentación anaerobia de dos o más sustratos que se
complementan químicamente, aumentando la estabilidad, la producción de biogás y el
equilibrio del proceso.
Depuración y aprovechamiento: dependiendo del uso del biogás, la depuración deberá ser más
o menos estricta. El biogás se almacena en gasómetros y puede valorizar en calderas, motores
de co-generación (sistema más generalizado), vehículos, su introducción en la red de transporte
de gas natural o en pilas de combustible.
Digestatos y su aprovechamiento: el digestato es un material de composición homogénea, en
el que los malos olores se han reducido prácticamente en su totalidad y que contiene todos los
nutrientes que contenía la materia orgánica inicial. Puede utilizarse como fertilizante orgánico-
mineral de los cultivos, ya sea directamente o tras ser sometido a un proceso de separación
sólido-líquido y posteriormente la fracción sólida puede comportarse, bien sola o mezclada con
otros sustratos.
- Separación Sólido-líquido
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37 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
Ilustración 15: Equipo de separación sólido líquido
CONCLUSIONES
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5 CONCLUSIONES
Determinar de forma correcta la composición y caracterización del residuo a tratar con la digestión anaerobia es
de gran importancia, ya que de está dependen varios factores. Resumiendo los más importantes:
Los pretratamientos a realizar para su correcto acondicionamiento para la entrada al digestor anaerobio.
El objetivo de calidad del bigás a producir
A su vez se ha llegado a la conclusión de que pese a que la capacidad del biogás para producir energía es menor
a las energías fósiles este es competitivo con ellas, ya que pese a este déficit las ventajas que genera tanto en el
aspecto económico como medioambiental y social son mucho mayores.
Otra de als conclusiones que se extraen de la realización de este proyecto es la seguridad y eficiencia que genera
el proceso de digestión anaerobia, ya que los problemas que pueden causar el residuo son minimos en
comparación a los beneficios que se obtienen, asi como al pocoi tiempo necesario para la realización del proceso.
Además cabe decir que es una tecnología que se encuentra ampliamente implementada en el campo del
tratamiento de residuos, tanto agrícolas como se trata en este proyecto como de residuos de vertederos, aguas
residuales, etc.
Por lo tanto, es una tecnología que seguirá creciendo, debido a lo anteriormente comentado y a la conciencia
mediambiental que lleva adherida a si mismo, es bastante previsible que en los próximos años se vgenerre una
gran demanda de realización de este tipò de plantas.
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39 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
6 DEFINICIONES
- Anaerobio:
-Biocombustible: combustible obtenido mediante el tratamiento físico o químico
de materia vegetal o de residuos orgánicos.
- Biomasa: materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o
provocado, utilizable como fuente de energía.
- Vacuno:
- Digestor:
- Caracterización: determinar los atributos peculiares de alguien o de algo, de modo
que claramente se distinga de los demás
- Cenizas: polvo de color gris claro que queda después de una combustión completa,
y está formado, generalmente, por sales alcalinas y térreas, sílice y óxidos
metálicos.
- Combustible: leña, carbón, petróleo, etc., que se usa en las cocinas, chimeneas,
hornos, fraguas y máquinas cuyo agente es el fuego.
- Combustión: reacción química entre el oxígeno y un material oxidable,
acompañada de desprendimiento de energía y que habitualmente se manifiesta
por incandescencia o llama.
- Contaminación: fenómeno que se produce cuando una copia se realiza utilizando
diversos modelos discordantes entre sí
- Dependencia: relación de origen o conexión.
- Desechos: aquello que queda después de haber escogido lo mejor y más útil de
algo.
- Efecto invernadero: elevación de la temperatura de la atmósfera próxima a la
corteza terrestre, por la dificultad de que se disipe la radiación calorífica, debido a
la presencia de una capa de gases, especialmente dióxido de carbono, procedentes
de las combustiones industriales y otras actividades.
- Eficiencia: capacidad de disponer de alguien o de algo para conseguir un efecto
determinado.
- Efluente: líquido que procede de una planta industrial.
- Emitir: arrojar, exhalar o echar hacia fuera algo.
- Energía: capacidad para realizar un trabajo. Se mide en julios.
- Especificación: información proporcionada por el fabricante de un producto, la
cual describe sus componentes, características y funcionamiento
DEFINICIONES
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- Extraer: obtener uno de los componentes de un cuerpo por la acción de
disolventes u otros medios.
- Humedad: agua de que está impregnado un cuerpo o que, vaporizada, se mezcla
con el aire.
- Materia: materia física diferenciada de las demás por una serie de propiedades
Determinadas
- Medio ambiente: conjunto de circunstancias exteriores a un ser vivo
- Natural: perteneciente o relativo a la naturaleza o conforme a la cualidad o
propiedad de las cosas.
- Optimizar: buscar la mejor manera de realizar una actividad.
- Oxidar: dicho del oxígeno o de otro agente oxidante. Producir óxido al reaccionar
con una sustancia
- Procesar: someter a un proceso de transformación física, química o biológica
- Producto: caudal que se obtiene de algo que se vende, o el que ello reditúa.
- Recurso: medio de cualquier clase que, en caso de necesidad, sirve para conseguir
lo que se pretende
- Reducción: acción y efecto de reducir o reducirse.
- Renovable: que puede renovarse.
- Residuos: parte o porción que queda de un todo. Aquello que resulta de la
descomposición o destrucción de algo. Material que queda como inservible
después de haber realizado un trabajo u operación
- Secar: extraer la humedad, o hacer que se evapore de un cuerpo mojado,
mediante el aire o el calor que se le aplica
- Separación: acción o efecto de separar o separarse
- Sólido: firme, macizo, denso y fuerte.
- Transferir: pasar o llevar algo de un lugar a otro.
- Tratamiento: modo de trabajar ciertas materias para su transformación.
- Viabilidad: condición del camino o vía por donde se puede transitar. Cualidad de
viable.
- Volátil: dicho de un líquido que se transforma espontáneamente en vapor
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41 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual
de una planta para 750 cabezas de ganado.
BIBLIOGRAFÍA
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agroindustriales» Tesis Doctoral,Universidad de León, 2012.
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[4] Legislación [en línea], www.mapama.gob.es
[5] Estudio básico del biogás [en línea], www.agenciaandaluzadelaenergía.com
[6] Manual del biogás [en línea], www.fao.org
[7] Los residuos agrícolas y de origen animal [en línea], www.juntadeandalucia.es
[8] El sector del biogás en España [en línea], www.mapama.gob.es
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[10] Separador sólido-líquido vertical [en línea], www.wam.com.mx
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[14] Energías renovables [en línea], www.minetad.gob.es
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[18] Resumen directiva 2012/27/UE [en línea], www.afec.es
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de una planta para 750 cabezas de ganado.
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