josé lucas pérez pardo y cols. conf. ci2am biogás extremadura

Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.

CI2AM Cáceres. Extremadura.

Digestión Anaerobia: Conceptos Básicos y Rutas Bioquímicas.

Reactores Anaerobios.

José Lucas Pérez Pardo, Dr. Sc.

Pável José Pérez Moreno, Ing. Ind.

Julio Lluch Bisbal, MSc.

1. Introducción

1.1. Surgimiento y evolución de la tecnología.

1.2. Conceptos básicos.

1.2.1. Digestión anaerobia (biometanización).

1.2.2. Biogás.

1.2.3. Biorreactor anaerobio (biodigestor)

1.2.4. Afluentes (Influentes)

1.2.5. Efluente

1.2.6. Rendimiento del biorreactor.

1.2.7. Productividad del biorreactor.

1.2.8. Eficiencia del biorreactor.

1.3. Etapas de la biometanización

1.4. Indicadores de mayor importancia para el control de la

Biometanización: físico-químicos, químico y biológicos.

1.5. Indicadores para el diseño de bioreactores anaerobios.

1.6. Bioreactores anaerobios.

1.6.1. Clasificación

1.6.2. Ventajas y desventajas.

1.6.3. Combinación de bioreactores anaerobios.

1.7. Conclusiones



Afluente

Recirculación

Campana

Flotante

Gasómetro

Agua

Lodo digerido

A E

Fig. Esquema de biorreactor anaerobio

Efluente

Recirculación



Fig. Etapas de la Biometanización (I)

20%

4 %

72%

28%

52%

24%

Materia

Orgánica

Higner

Organic

Acids

H2

Acido

Acético

CH4 76%

ETAPA I

Hidrólisis y

fermentación

ETAPA II

Acetogénesis y

deshidrogenación

ETAPA III

Metanogénesis



100 % de DQO

5 6

Acetotróficas

Hidrogenofílicas

Oxid

ació

n ß

an

aero

bia

Fer

men

taci

ón

Proteínas

Carbohidratos Lípidos

H I D R O L I S I S

Aminoácidos, azucares Acidos Grasos

Productos intermediarios

(propionatos, butiratos)

Hidrógeno Acetato

METANO

Materia Orgánica

1A 1B 1C

2 3

4

100 % DQO

Fig. Etapas de la biometanización (II)



Acetogénesis

Materia Orgánica

Acidos grasos volátiles, alcoholes,

ácidos dicarboxilicos

H2/CO2

Acetato

Homoacetogénesis

Acetato, H2, CO2

CH4 + CO2

Metanogénesis

Fig. Biodegradación anaerobia de la materia

orgánica



CO2

2e-

2e-

2e-

CH3 - CoM

CH4

H2 6e-

2e-

CH3-X

CH3-B12-HBI

CH3OH

CH3-COOH

CO2 2e

-

6e-

Acetate path:

Methanol path:

Fig. Rutas de la Metanogénesis a partir de H2 - CO2, Metanol y acetato



2

H2

eo

er CO2

C

O

Membrana

Exterior

(+)

Interior

(-)

xH+

H+

ADP+P1

ATP

MR

3

HSCoM

CH4

CH3SCoM CH3B12

H2ase

4

2H+

xH+

H2O

1

O

CH3CCoA

CH3COOH

Fig. Modelo bioquímico para la degradación del acetato por

Methanosarcina barkei MS



Co

MS

M

CO2 + yH

yCOOH

xH2

H2O + x H2

yCHO

yCH2OH

CH2 - SCoM

CH4

xH2

H2O + x H2

xH2

x H2

ATP

ADP + Pi

xH2

H2O + x H2

Fig. Ruta de producción de metano y en un portador, probablemente

tetrahidrometanopterina; xH2 representa uno o más portadores de

electrones que pueden reducirse directa o indirectamente mediante H2 y la

participación de CoF420 y/o F430



F420

2 CO2

Acetil CoA

Piruvato

Fosfoenolpiruvato

Oxalacetato

Fig. Ruta para la generación de compuestos de tres o

cuatro átomos de carbono precursores de la

biosíntesis en metanógenos

CO2

F420 H2 H2 CO2



Biogas

A E

Convencional

Discontinuo

Semicontinuo

Biogas

A E

R

Completamente

mezclado

A

Biogas

Biogas

Biogas

E

Contacto

Anaerobio

Fig. Biorreactores anaerobios (I)

A E

Biogas

Flujo en Pistón



E

A

A

Biogas

A E

Filtro anaerobio

Flujo ascendente o descendente

E

Biogas

A

Reactor Tubular Película Fija

Flujo ascendente o descendente de

UASB

Biogas E

Doble Etapa

E

Lecho Fluidizado

Fig. Biorreactores anaerobios (II)



Efluente

Sedimentador

Sobrenadante Sedimento

Filtro Anaerobio

UASB/

CC

Lecho Fluidizado,

EGSB

Convencional

Flujo Pistón

Contacto Anaerobio

Fig. Combinación de diferentes modelos de biorreactores

anaerobios



Indice de retrotransparencias:

1.- Esquemas de reactores anaerobios.

2.- Etapas de la biometanización I (Bryant et al 1967), ver Marchain, 1992.

3.- Etapas de la biometanización (Gujer y Zehnder, 1983), ver pág. 3

“Escalado de

biorreactores anaerobios” de Noyola, 1994.

4.- Etapas de la biometanización (Mc Iverney y Bryant, 1981), ver pág 2

“Fermentación anaerobia” de Guyot, 1992.

5.- Rutas de la metanogénesis a partir de H2-CO2, metanol y acetato (Jain et al

1990), “Conferencia Int. Biogas”, India (Pune)

6.- Modelo bioquímico para la degradación del acetato por Methanos arcina

barkeri, cepa MS (Bhatnagar et al, 1989), ver fig 3, pág 502 “Conferencia

Int. Biogas”, India (Pune)

7.- Ruta de producción de metano. Y es el portador, probablemente

tetrahidrometanopteria, XH2, representa uno o más portadores de

electrones que pueden reducirse directa o indirectamente mediante

hidrógeno y la participación de CoF420 y/o F430,.

8.- Ruta para la generación de compuestos de 3 a 4 átomos de carbono

precursores de la biosíntesis de bacterias metanogénicas.

9.- Biorreactores anaerobios para la producción de biogas (I).

10.- Biorreactores anaerobios para la producción de biogás (II).

11.- Ejemplo de combinación de diferentes modelos de biorreactores

anaerobios.

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