Diseño de Biodigestor de Lodos residuales

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR.
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“RAFAEL MARÍA BARALT”
PROGRAMA: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
PROYECTO: INGENIERÍA DE GAS
SEDE: LOS PUERTOS DE ALTAGRACIA
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD EN BIODIGESTOR UASB PARA EL
APROVECHAMIENTO DE LODOS RESIDUALES ACTIVOS DE LA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Trabajo especial de grado para optar al título de Ingeniero de Gas
Autores:
Br. Briceño G, Rosandra Br. Coronado S, Angélica
Br. Molina S, Oskarly
Tutor académico: Tutor metodológico
Ing. Yonder Pachano MSC. John Lamberto
C.I. 15.763.721 C.I.12.845.676
Los Puertos de Altagracia, Octubre de 2011

2
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD EN BIODIGESTOR UASB PARA EL
APROVECHAMIENTO DE LODOS RESIDUALES ACTIVOS DE LA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS

3
Los Puertos de Altagracia, 27 de septiembre de 2011
Ciudadana:
MSc. Ing. Melania González
Coordinadora de Proyecto Investigación (Puertos de Altagracia).
PIT-UNERMB
Su despacho.-
ACEPTACIÓN DE TUTOR
Quien suscribe, MSc. John Lamberto , titular de la cedula de identidad N°
12.845.676 acepto formalmente la tutoría metodológica del trabajo especial
de grado titulado, “ESTUDIO DE FACTIBILIDAD EN BIODIGESTOR UASB
PARA EL APROVECHAMIENTO DE LODOS RESIDUALES ACTIVOS DE
LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS”, el cual será
presentado por los bachilleres, Briceño Goliat, Rosandra Franchesca, titular
de la Cédula de Identidad Nº 19.644.950, Coronado Salóm, Angélica María,
titular de la Cédula de Identidad Nº 19.808.695 y Molina Sánchez, Oskarly
Yanesky titular de la Cédula de Identidad Nº 19.878.721, que servirá como
requisito para la obtención del título de Ingeniero de Gas otorgado por la
Universidad Nacional Experimental “Rafael María Baralt”.

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DEDICATORIA
A Dios omnipotente, rey de reyes y señor de los señores, por brindarme el
aliento de vida de cada mañana y todos los conocimientos e inspiraciones
necesarias para cumplir cada una de las metas que me trazo en la vida.
A mi madre que cuyo sacrificio, aliento y amor me ha motivado a seguir
adelante y nunca rendirme no importa las dificultades. Gracias a mi madre por
acompañarme y guiarme por el camino de la vida con el fin de convertirme en una
excelente profesional igual que ella.
A mi tía Rafaela, que más que una tía una segunda madre, quien me ha
brindado su amor, cariño y comprensión en todo momento.
A mi padre por su apoyo y concejos que sembraron una semilla de ilusión que
poco a poco se convierte en realidad,
A mis hermanos Rogelio, Luis y Mariangel, que iluminan con sus risas los
momentos difíciles.
A mis tíos y abuelos por sus innumerables concejos, atenciones al ofrecerme
su grata compañía y soporte en cualquier circunstancia.
A mis amigos y compañeros, que estuvieron conmigo a lo largo de esta dura
batalla, combatiendo y venciendo para alcanzar nuestras metas que con arduo
sacrificio y esfuerzo hemos logrado. Gracias Angélica, Raquel, Oskarly (Las Brujas),
Ángelo, Adrian, Rudy, Rubén, Gregorio, Fonty (Los Cocos), Yoyo, Ricardo, Luis,
Valerio, Arnelis, Yohana, Eliana y Génesis. ¡Lo logramos!, y los que aún faltan por
lograrlo ¡ánimo! el camino es largo y espinoso pero Dios lo hace más fácil cuando
confiamos en su palabra.
Y por ultimo pero no menos importantes un profundo agradecimiento a dos
mujeres que me inspiran valor y apoyo incondicional la Sra. Rosario y Sra. Irma.
Dios los bendiga a todos y siga fortaleciendo su corazón con el dulce néctar de su
palabra.
Briceño, Rosandra

6
DEDICATORIA
A Dios todopoderoso por darme la oportunidad de existir, la fe, la fortaleza, la
salud, la esperanza, la sabiduría y el entendimiento necesario para llegar hasta esta
etapa de mi vida y lograr culminar mi carrera. Hiciste que mi camino fuera más fácil,
a pesar de todo, cada vez que caía, me dabas ánimos para volverme a levantar.
Amigo fiel, que nunca fallas y todo lo puedes.
A mis padres por el amor y apoyo incondicional que me han brindado hasta
ahora, a ellos a quien les debo todo, horas de consejos, de regaños, de
reprimendas, de tristezas, de alegrías y de sus sacrificios, de los cuales estoy muy
segura que los han hecho con todo el amor del mundo, de ellos hoy me siento
extremadamente orgullosa. Mi triunfo es el de ustedes. ¡Los amo¡
A mi abuela Cirila que es mi segunda mamá, que a pesar de sus regaños, no
lo ha hecho por mal, y siempre ha estado ahí apoyándome cuando más lo he
necesitado.
A mis hermanos Enrique y José, y a mis primas ninguna menos importante
que la otra a todos los quiero y gracias por su comprensión, apoyo y por pensar que
si podía, Ysi, Ysa y Mimo. Especialmente a mi prima, hermana y compañera de
cuarto Arnelis por ayudarme en todo momento, por sus palabras de aliento y por
aguantarme en este tiempo y como olvidar a mi primita Lupe, que siempre ha estado
conmigo, contagiándome de sus alegrías, y por ser como es. Y como olvidar a mi
prima vane que es como mi hermana y amiga a la vez, gracias por todo, siempre
has estado ahí cuando lo he necesitado apoyándome incondicionalmente.
A mis tíos que cada uno aporto un grano de arena para que lograra esta meta,
pero en especial a tía Oneida, tío Ysidro y tía Lisbeth, a ellos que siempre me han
apoyado de una u otra manera, por sus consejos y comprensión.
A mi novio Luis por todo este tiempo juntos, por entenderme y comprender en
esos momentos que necesite de él, y que a pesar de la distancia siempre estuvo ahí
con su amor, apoyándome y aconsejándome de una u otra manera. Te amo!!!
Y por último mis amigos, que han sido como hermanos, especialmente Rosa,
de la cual aprendí mucho y a quien le agradezco tanto, Oskarly, Raquel, Jenny,
Selma, Valerio y como olvidar a los cocos. A todos quienes no pude nombrar porque
sería una gran lista, sólo les digo que: “En todo tiempo los amigos, son como
hermanos en tiempo de angustias”, y en nuestro desarrollo ha sido una realidad.
Coronado, Angélica

7
DEDICATORIA
DIOS magnifico padre, incondicional, dándome palabras de aliento en todo
tiempo, guiando cada paso que he dado y cuidando que al resbalar vuelva a
levantarme, permitiéndome ver más allá de lo aparente, aprendiendo de cada error y
así poder escalar un peldaño más, mostrándome que él puede transformar un día
malo, en uno bueno; gracias por tu Espíritu Santo, por mostrarme lo real y
verdadero que puede ser, todo el distanciamiento de lo cotidiano y las costumbres
de la casa fueron el inicio de una necesidad, la necesidad de acercarme a ti, no a
través de formulas o teorías sino con el simple hecho de pedírtelo, solo quiero que
sigas conmigo hasta el final, y has de mi la mujer que quieres que yo sea
Madre, cada enseñanza de humildad, cariño, perseverancia; cada gesto de
amabilidad, formándome completamente abarcando cada área, cada espacio; tu
amor afecta cada paso que doy, gracias por confiar y permitir que pudiera tomar las
decisión que se avecinaban, cada una de las cuales hoy dan su fruto, aunque no
todas fueron correctas aprendí de ellas, gracias papá por mostrar desde siempre
ese espíritu libre y soñador capaz de lograr cualquier cosa a pesar de lo que se
pudiera presentar, por ser una base firme en la familia. Maikel, gracias hermano por
ser un ejemplo a seguir en muchos sentidos, por darme la dicha de ser tía a tan
corta edad, Simón mi hermano y amigo incondicional, confidente, gracias por
alegrarnos cada día, y mostrar que debemos ocuparnos de las cosas no
preocuparnos por ellas; gracias por compartir tu vida conmigo “déjalo ser”.
Abuela, protectora fiel, mi segunda madre, el simple hecho de hablar contigo
aunque fuesen unos minutos es suficiente, es tan fácil para ti complacernos, así
nuestros padres no estuviesen de acuerdo, te bendigo con larga vida, gracias a dios
por ti.
A mis tíos, cada uno aporto no un grano de arena sino muchos que
contribuyeron en mi formación como persona, sin mencionar que algunos de
ustedes fueron la puerta que dios uso para permitir que conociera su palabra y
fuese hoy quien soy. A mis primos; ninguno más importante que el otro, gracias por
sus consejos, apoyo y ayuda. En especial a Joe Xavier, a pesar del poco tiempo que
compartimos, ocupas un lugar que solo Dios podría ocupar, el quiso que las cosas
sucedieran así, en un principio triste por tu ausencia física, tiempo después
convencida de que ahora disfrutas de la vida que solo Dios puede ofrecer
Carlos, padre espiritual, instrumento de Dios para aconsejarme, y mostrarme
el otro lado de las cosas, marcando con palabras de bendición cada decisión
.Amigos y más que amigos hermanos que tuve la dicha de conocer y escoger,
Milandy, la hermana que siempre quise, Eloy, Fran el complemento perfecto, risas y
seriedad, José Manuel, persona única y especial, es increíble, marca cada momento
aun si no está presente físicamente, ocurrente y con una sonrisa inconfundible
espero y confió en dios que siempre nos mantendrá unidos, los quiero mucho.
Compañeros de residencia, estudio: Rosa, Angelica, Raquel,Johan, Riky, Luis,
y en especial a los cocos. Gracias por cada momento vivido; dios los bendiga.
Molina, Oskarly

8
AGRADECIMIENTO
A Dios omnipotente por darnos la gracia de la vida, además de
entendimiento, sabiduría, constancia, fuerza y por colocar en nuestros
caminos a esas personas maravillosas que nos ayudaron y apoyaron en
cada una de las etapas hasta ahora superadas.
A nuestros padres, quienes estuvieron con nosotros en cada paso que
hemos dado, inculcándonos valores y principios que fueron y serán
necesarios para alcanzar nuestras metas y aspiraciones personales y
profesionales.
A nuestros familiares por brindarnos ánimo y su invaluable apoyo en
esos momentos que necesitamos de ellos,
A nuestra ilustre Universidad Nacional Experimental “Rafael María
Baralt” por ofrecernos la oportunidad de pertenecer al programa de Ingeniería
de Gas y formarnos como profesionales integrales.
A nuestros profesores los cuales hicieron su mayor esfuerzo por
formarnos académicamente, compartir sus experiencias y conocimientos.
Al profesor MSC Jhon Lamberto, tutor académico del presente trabajo
por ofrecernos su valioso apoyo, colaboración y consejos fundamentales
para la elaboración del mismo.
Al profesor Ing. Yonder Pachano tutor metodológico, quien represento
un pilar fundamental para la realización de este proyecto.
Al profesor MSC Héctor Caraballo por brindarnos su colaboración de
manera desinteresada y guiarnos a través de su amplia experiencia en las
diferentes fases del estudio.

9
A la profesora Dayana Pírela, Ing. Rona Rivas e Ing. Lisbeth Durán, por
atendernos y compartir sus conocimientos cuando lo hemos solicitado para
poder culminar satisfactoriamente nuestra tesis.
A nuestros compañeros de clases, de residencia y amigos, quienes
estuvieron con nosotras desde el inicio de este duro camino, transformándolo
gracias a su apoyo incondicional en todo momento en un camino
tolerablemente posible, adquiriendo en el mismo valiosas experiencias cada
día, todos persiguiendo una meta en común llegar a ser unos buenos
profesionales.
Y para finalizar un especial agradecimiento a todas las personas que
directa o indirectamente colaboraron en pequeños pero no insignificantes
detalles que constituyeron la realización del presente.
A todos mil gracias y Dios se los multiplique

10
ÍNDICE GENERAL
Pág.
DEDICATORIA Viii
AGRADECIMIENTOS x
ÍNDICE DE FIGURAS Xiii
ÍNDICE DE TABLAS xiv
INDICE DE CUADROS Xv
INDICE DE GRAFICOS xvi
RESUMEN xvii
INTRODUCCIÓN 19
CAPITULO I. EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema 24
Formulación del problema 25
Objetivo general 25
Objetivos específicos 25
Justificación de la investigación 28
Delimitación de la investigación 27
Alcance 28
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Antecedentes de la investigación 31
Bases teóricas 32
Plantas de tratamientos de aguas servidas 33
Etapas del tratamiento 34
Descripción del proceso de la PTAS 39
Vertido de líquido 39
Clasificación de los lodos residuales 41
Estabilización de lodos 42
Caracteristcas del biogás 45
Biogás comparado con otros gases basados en metano 46
Componentes presentes en el biogás 46
Efectos del CO2 en el biogás 50
Biodigestor U.A.S.B 52

11
Características y componentes del biodigestor UASB 53
Clasificación de los digestores según su forma y estructura 54
Instalaciones industriales de biodigestor 55
Ventajas de la adopción de un biodigestor tipo Digestor de Manto de
Barros con Flujo Ascendente (U.A.S.B) 56
Ventajas y desventajas de los biodigestores anaeróbicos 57
Tipos de digestores anaerobios según la carga 59
Microbiología del proceso 62
Factores que influyen en el proceso de digestión anaerobia 68
Espesado (concentración) 70
Definición de términos básicos 75
Sistema de variables 76
Variable: Lodos Residuales Activos 77
Definición conceptual 71
Definición operacional 72
Operacionalización de la variable 73
CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO
Tipo de Investigación 79
Diseño de la Investigación 80
Población 81
Muestra 81
Técnicas de recolección de información 83
Validez y confiabilidad 83
Tratamiento y análisis de los resultados 84
Fase I: Evaluar proceso de la planta de tratamiento de
aguas servidas (PTAS), de la Ciudad de Valera Edo Trujillo 85
Fase II: Analizar las características de la fermentación metanogénica, de
los lodos activos 86
Fase III: Realizar un estudio de factibilidad del diseño de un biodigestor
UASB que se adapte a las condiciones físicas, químicas, operacionales,
económicas y geográficas de la PTAS 87
Fase IV Proponer el diseño de un biodigestor UASB que disminuya las
emanaciones de nitrógeno e hidrogeno sulfurado en la laguna anaerobia
de la PTAS 87
Instrumentos de Medición 88

12
CAPITULO IV. Resultados del estudio 114
CONCLUSIONES 116
RECOMENDACIONES 118
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 121
ANEXOS 139

13
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Fig Nº 1: Digestor de mantos de flujo ascendente 56
Fig Nº 2: Digestor anaeróbico de carga baja 58
Fig Nº 3: Digestor anaeróbico de carga alta 58
Fig Nº 4: Digestor de doble tapa 59
Fig Nº 5: Proceso de digestión anaeróbico 62
Fig Nº 6: Ubicación de la PTAS 93
Fig Nº 7: Diagrama de flujo de la PTAS 95
Fig Nº 8: Composición media de las aguas residuales domésticas 101
Fig Nº 9: Ubicación espacial del biodigestor 103
Fig Nº10: Diagrama de flujo del sistema de alimentación del biodigestor 112
Fig Nº11: Diagrama de flujo del sistema de descarga del efluente del
biodigestor
113

14
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla Nº 1: Principales características de las lagunas de la PTAS 38
Tabla Nº 2: Composición física y química del lodo residual 44
Tabla Nº 3: Propiedades de una composición estándar de biogás 45
Tabla Nº 4: Características del metano 46
Tabla Nº 5: Componentes del biogás y su efecto en las propiedades 47
Tabla Nº 6: Resultados obtenidos de la producción de gas en un reactor
UASB
68
Tabla Nº 7: Caudales utilizados para el diseño de la planta 94
Tabla Nº 8: Relación C-N de diferentes compuestos orgánicos 100
Tabla Nº 9: Características físico-químicas del agua residual a tratar 103
Tabla Nº 10: Parámetros de diseño 104
Tabla Nº 11: Características de la bomba de succión 111

15
INDICE DE CUADROS
Pág.
Cuadro Nº 1: Operacionalización de las variables 77
Cuadro Nº 2: Distribución de la población 81
Cuadro Nº 3: Resultados de Ph y conductividad eléctrica 97
Cuadro Nº 4: Resultados de la temperatura de las muestras 98
Cuadro Nº 5: Resultados de DBO y DQO 100
Cuadro Nº 6: Dimensiones del biodigestor UASB 109
Cuadro Nº 7: Dimensiones de la campana del biodigestor UASB 110

16
INDICE DE GRAFICOS
Pág.
Grafico Nº 1: Dimensión: proceso de la planta 91
Grafico Nº 2: Dimensión: características de la fermentación metanogénica 96
Grafico Nº 3: Dimensión: factibilidad del diseño de un biodigestor 105
Grafico Nº 4: Dimensión: control del proceso para la disminución del
metano, nitrógeno e hidrogeno sulfurado
107

17
Br Briceño R, Br Coronado A, Br Molina O. Tutor Académico: Ing Pachano Y
Tutor Metodológico: MSc Lamberto J “ESTUDIO DE FACTIBILIDAD EN
BIODIGESTOR UASB PARA EL APROVECHAMIENTO DE LODOS
RESIDUALES ACTIVOS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
SERVIDAS” Trabajo especial de grado presentado como requisito para optar
el titulo a Ingeniero (a) de Gas, Universidad Nacional Experimental “ Rafael
María Baralt”. Los Puertos de Altagracia, Estado Zulia. Octubre de 2011.
RESÚMEN
La presente investigación tuvo como propósito, estudiar la factibilidad del
diseño de un biodigestor de manto de flujo ascendente (UASB), con el fin de
aprovechar los lodos residuales activos de la planta de tratamiento de aguas
servidas (PTAS) de tipo terminal, ubicada en Valera Estado Trujillo. Con la
finalidad de controlar los gases emanados (metano, nitrógeno e hidrógeno
sulfurado), por la misma, los cuales afectan la salud pública de los residentes
aledaños. Para el desarrollo del estudio se consideraron los aportes teóricos
de Moeller, G (2005), García, A (2008) y Guevara, A (2006) entre otros. La
investigación es de tipo no experimental, descriptiva y de campo. La técnica
de recolección de datos fue una entrevista no estructurada, que consta de 18
ítems los cuales fueron interpretados por objetivo, cuya validez fue sometida
a la consideración de expertos con conocimiento del área arrojando una
confiabilidad de 84%. Concluyendo que es factible, económica, técnica y
operacionalmente, el diseño de un biodigestor (UASB) que aproveche los
lodos residuales provenientes de la planta de tratamiento de aguas servidas
PTAS, ubicada en Valera Estado Trujillo, con el objetivo de controlar los
gases emanados por la misma que afectan directamente a la Urb. Nueva
Ciudad de Valera.
Palabras claves: biodigestor uasb - lodos residuales

18
INTRODUCCIÓN
Los residuos líquidos, específicamente las aguas residuales
domésticas, son tratados en depuradoras en donde se consigue agua libre
de impurezas para poder regresarla al ambiente; en la mayoría de los casos
las impurezas separadas en el tratamiento son transformadas en biomasa y
una cierta cantidad de lodos activos estabilizados por los propios
microorganismos; si estos no son tratados causarían riesgos a la salud
pública y un desequilibrio ecológico. Según la empresa estadal venezolana
HIDROANDES (2009), a nivel nacional se cuenta con poca experiencia para
tratar lodos residuales ya que se aplica el tratamiento primario a las aguas
domésticas.
En la actualidad se hace, necesaria la búsqueda de nuevas tecnologías
que brinden resultados aceptables al proceso de tratamiento de manera
eficiente. Si bien es cierto resultaría beneficioso para el desarrollo de
cualquier comunidad en este caso el estado andino de Trujillo, el cual cuenta
con una planta de tratamiento primario y secundario de aguas servidas,
cuyos lodos generados no son tratados, estos son la causa de la
propagación de metano, nitrógeno e hidrógeno sulfurado; este último
distinguido por su mal olor.
Por esta razón, es necesario evaluar la implementación de un
biodigestor U.A.S.B, el cual de manera eficiente aproveche los lodos
residuales originados por dichas plantas, además controla significativamente
la producción de gases contaminantes como el metano, nitrógeno e
hidrógeno sulfurado, obteniendo como beneficio adicional la generación de
gas metano, el cual es sinónimo de energía representando un insumo
necesario para el desarrollo de cualquier comunidad que no cuenta con
servicio de gas domestico por tubería.
Sobre la base de las ideas expuestas, la presente investigación se trata
sobre el estudio de factibilidad en biodigestor UASB para aprovechar los

19
lodos residuales activos producidos por la laguna anaeróbica de la planta de
tratamiento de aguas servidas (PTAS), ubicada en el Municipio Carvajal,
estado Trujillo con el fin de controlar los gases emanados por la misma. Este
estudio de investigación abarca cuatro (4) capítulos.
Capítulo I, El Problema; que incluyó el planteamiento, objetivos de la
investigación (general y específicos), se desarrolló la importancia de la
investigación mediante la justificación de la misma; seguidamente se planteó
la delimitación temporal-espacial-temática del estudio. Finalizando con el
alcance.
Capítulo II, Marco Teórico, en el cual se hizo una revisión de las
investigaciones que manejan las variables objeto de estudio, se incluyó
además, las bases teóricas que fundamentan la investigación y el sistema de
variables.
Capítulo III, Marco Metodológico, enfoca a la estrategia metodológica
técnica mediante la cual se abordó el estudio; definiéndose el tipo y diseño
de investigación; se describieron las técnicas de recolección de información,
así como la metodología utilizada por medio de fases.
Capítulo IV, Resultados del Estudio, presenta el análisis de los
resultados obtenidos, así como el diseño a escala de un biodigestor con los
respectivos cálculos, dando respuesta a los objetivos planteados para la
investigación así como presentando en forma detallada los procesos y
procedimientos cumplidos para tales efectos.
Finalmente, se complementó la información, elaborando un marco de
conclusiones y recomendaciones que se generaron a partir de la puesta en
marcha de la investigación, sustentando estos con la respectiva referencia
bibliográfica y los anexos que ubican en contextos e ilustran los postulados
que se obtuvieron para la factibilidad de la disminución de gases
contaminantes (metano, nitrógeno e hidrógeno sulfurado), a través del
aprovechamiento de los lodos residuales y a la vez producir gas doméstico.

21
CAPITULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del problema
En los países en vías de desarrollo económico latinoamericanos
durante los últimos 70 años, se ha incrementado la población urbana y por
ende la producción de desechos sólidos y líquidos; todo esto con el fin de
satisfacer las necesidades básicas de consumismo del mundo actual. El
déficit de los métodos tradicionales para el saneamiento de efluentes, así
como la ausencia de un sistema de tratamiento aumenta el índice de
contaminación y por ende las enfermedades gastrointestinales, incluyendo el
cólera y tifoidea (mediante la contaminación de la fuente de agua y la
comida), sobre todo a la población infantil. Es importante resaltar que el agua
de lluvia urbana puede contener los mismos contaminantes, a veces en
concentraciones sorprendentemente altas.
Dentro de este marco, es difícil generalizar acerca de cualquier
condición en Latinoamérica, debido a la diversidad económica, social y
ambiental de la región, tanto entre países como dentro de una misma nación.
Se calcula que solamente 5% de las viviendas en Latinoamérica y el Caribe
están conectados a sistemas de tratamiento de aguas negras; la gran
mayoría de estos solamente emplea deposición primaria para eliminar solo
los sólidos suspendidos. Sin embargo durante los últimos 10 años se ha
venido implementando en países como Colombia, Perú y Bolivia la utilización
de tratamientos anaeróbicos tales como los biodigestores, por ser efectivos,
portátiles y económicos; con el fin de solucionar el problema de las aguas
residuales. International Development Research Centre (2006)
En Venezuela el uso de biodigestores para tratar efluentes líquidos no
ha sido implementado ya que las plantas de tratamiento en su mayoría

22
cuentan con lagunas de oxidación aeróbica, las cuales son mas económicas
y cuyas emanaciones gaseosas no afectan a ninguna población aledaña.
Durante el año 2001 el Instituto de Estadística (INE), realizó un estudio en
Venezuela sobre la calidad de los servicios de agua y saneamiento en los
335 municipios del país, encontrando que dichos servicios eran insuficientes
en 231 municipios, aproximadamente el 70%. De igual modo, en Junio del
2007 el 20% de las aguas residuales recolectadas fue sometido a
tratamiento. Según HIDROVEN (2010) el Gobierno actual estima llegar este
año al 82% en la recolección de aguas servidas y en el tratamiento al 35%.
Según el INE (2001), la ciudad de Valera ubicada en el estado Trujillo
con una población de 124.313 habitantes, como la mayoría de las ciudades
en crecimiento de Venezuela, cuenta con numerosos problemas de servicio
de agua y saneamiento, uno de estos son las aguas servidas, que al no ser
tratadas, producen graves problemas ambientales, como la eutrofización
ocasionada por el alto contenido de nutrientes (materia orgánica) en la
Represa Agua Viva, en donde desemboca el Rio Motatán y suministra agua
potable a la Zona Baja del estado Trujillo.
Por ello el Gobierno Bolivariano de Venezuela del estado Trujillo
construyó la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS) a cargo de la
empresa estadal HIDROANDES, con una inversión de 22 millones de
bolívares fuertes. Según la Alcaldía Bolivariana del Municipio Carvajal (2011)
el proyecto fue aprobado en el año 2001 y este se encuentra dividido en dos
fases, actualmente se encuentra terminada y en periodo de prueba la
primera, esta se ubica en el Eje Vial, la principal vía terrestre de la ciudad de
Valera.
Hoy en día diferentes inmobiliarias se encuentran realizando proyectos
de construcción de edificios en la vía arteria, en toda la adyacencia de la
Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS), tales como la Urb. Nueva
Ciudad de Valera ubicada en el Municipio Carvajal del Edo. Trujillo
Venezuela. Cabe destacar que según la Alcaldía Bolivariana del Municipio

23
Carvajal (2011) el proyecto de esta Urbanización fue aprobado en el año
2005, ubicada a 100m de distancia de la PTAS.
Como resultado de lo ya expuesto, según Amaya, C (2000) se han
producido numerosas críticas hacia el proyecto, lo que afecta directamente el
desarrollo de las actividades diarias de los habitantes de la misma, ya que
Valera al igual que la gran mayoría de las ciudades de Venezuela no cuenta
con un sistema organizado de desarrollo urbanístico.
Según el ex directivo fundador del Sistema Hidráulico Trujillano (SHT)
ingeniero Gutiérrez Miguel (2008), el MPPA debe aclarar si es planta de
tratamiento o laguna de oxidación. Diario Los Andes. Trujillo.
“El sector del Eje Vial, donde se ejecuta la obra, no es el sitio
más indicado para levantar la planta, en primer lugar, porque está
ubicada en la entrada principal de Valera; seguidamente los
olores que van a emanar de esa laguna serán putrefactos; y por
último el Eje Vial se ha convertido en una zona de descarga
urbanística. En conclusión esta obra va a truncar la posibilidad de
seguir expandiendo el urbanismo de Valera".
De acuerdo con lo mencionado el principal efecto de la Planta de
Tratamiento de Agua Servidas (PTAS), son los gases emanados por las
aguas residuales que se encuentran en toda la adyacencia del Eje Vial y del
Complejo Urbanístico “La Nueva Ciudad de Valera” que se halla todavía en
construcción y cuya primera etapa ya fue entregada a sus respectivos
dueños.
Por su parte los principales gases emanados por la PTAS según Melcaft
and Eddy (2000), son el metano, nitrógeno e hidrógeno sulfurado, este último
es reconocido por su volatilidad y mal olor, mayormente producidos en la
laguna anaeróbica, que según el art 57 de la Ley Orgánica para la
Planificación y Gestión de la Ordenación del Territorio (2001), esta no
debería estar ubicada a menos de 500m de un centro poblado.
En consecuencia, el mal olor es causado por las bacterias que
descomponen las altas cargas de materia orgánica (lodo activo) que
arrastran las aguas residuales a través de una laguna anaeróbica, este

24
proceso es necesario para disminuir la demanda biológica de oxigeno (DBO)
y luego pasar a la segunda etapa de tratamiento; es importante destacar que
este sistema de tratamiento es solo aplicable a climas tropicales donde la
temperatura debe oscilar entre 28ºC – 42ºC. Según el INE (2001) la zona
cuenta con una temperatura promedio de 31ºC, por esta razón cuando las
temperaturas descienden por debajo del rango de diseño las bacterias no
pueden cumplir sus funciones de degradar los lodos activos de manera
eficiente, aumentando de manera significativa el metano, nitrógeno e
hidrógeno sulfurado. Melcaft and Eddy (2000)
Tomando en cuenta una imagen clara de la puesta en marcha de la
Planta de Tratamiento de Agua Servidas (PTAS), se apreciará en primer
lugar el aumento progresivo de metano, nitrógeno e hidrógeno sulfurado, en
consecuencia la aparición de nuevas cepas de enfermedades en el área,
afectando principalmente a los infantes incluso hasta causar la muerte. Si la
problemática persiste la población afectada será mayor, ya que esta zona se
encuentra en constante crecimiento.
Por tal motivo, se trata de buscar una solución que de manera
ecológica, económica y factible, que controle los gases emanados, ya que
por razones de salud pública la PTAS puede ser clausurada ocasionando el
aumento de la eutrofización y contaminación de la represa Agua Viva
Municipio Andrés Bello Estado Trujillo.
Formulación del problema
Con relación al planteamiento realizado, se considera formular el
problema mediante la siguiente interrogante:
¿Resultará factible diseñar un biodigestor UASB que permita
aprovechar los lodos residuales activos y a la vez controlar los gases
contaminantes tales como metano, nitrógeno e hidrógeno sulfurado emitidos

25
por la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS) de tipo terminal,
ubicada en Valera Edo. Trujillo Venezuela?
Objetivos de la investigación
Objetivo general
Diseñar un biodigestor UASB para aprovechar los lodos residuales
activos, producidos por la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS)
en Valera Edo. Trujillo
Objetivos específicos
- Evaluar el proceso de la planta de tratamiento de aguas servidas
(PTAS) de la ciudad de Valera. Edo. Trujillo
- Analizar las características de la fermentación metanogénica de los
lodos activos.
- Realizar un estudio de factibilidad del diseño en biodigestor UASB que
se adapte a las condiciones físicas, químicas, operacionales, económicas y
geográficas de la PTAS.
- Proponer el diseño de un biodigestor UASB que disminuya las
emanaciones de metano, nitrógeno e hidrógeno sulfurado en la laguna
anaerobia de la PTAS

26
Justificación de la investigación
La necesidad de dar respuesta al grave problema del tratamiento de las
aguas servidas de la ciudad de Valera, fue el motivo del Gobierno Nacional
para construir la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS), pero la
ubicación de la misma no es la adecuada para el desarrollo urbanístico que
vive la zona, porque los gases contaminantes (metano, nitrógeno e hidrógeno
sulfurado) afectan directamente a las urbanizaciones aledañas (Nueva
Ciudad de Valera), razones por las cuales se considera importante esta
investigación y la misma adquiere relevancia desde el punto de vista
metodológico, social - práctico y teórico por las siguientes razones:
Social y práctico según Montes, M (2008), al verificar la factibilidad del
diseño de un biodigestor que aproveche los lodos residuales de las aguas
servidas que llegan a la Planta de Tratamiento controlaría la emanación de
gases contaminantes. En relación a lo anterior, se beneficia directamente al
complejo Urbanístico “La Nueva Ciudad de Valera” (ubicada a 100m de la
planta) que es el más afectado, además poblaciones aledañas al cauce del
Rio Motatán; por otra parte el biogás producido puede servir de gas
doméstico a las comunidades aledañas.
Desde el punto de vista ambiental mejoraría considerablemente la
imagen de la ciudad de Valera ofreciendo a sus habitantes salud y soluciones
ecológicas.
Dicha investigación permitió además, en el aspecto metodológico el uso
de técnicas, métodos e instrumentos que serán utilizados durante el proceso
de la investigación; como también la elaboración de instrumentos de
recolección de datos, que pueden ser de gran utilidad para estudios, cuyas
variables sean similares.
Y desde el punto de vista teórico porque permitió obtener una serie de
datos a través de consultas de bibliografías especializadas, útiles para la

27
profundización de conocimientos vinculados al tratamiento de lodos
residuales, constituyéndose en una referencia para futuros investigadores,
así como para generar y plantear propuestas de cambios orientados hacia el
éxito de ésta investigación.
Delimitaciones de la investigación
La investigación tiene como propósito fundamental plantear el diseño de
un biodigestor UASB factible, utilizando el lodo residual activo de la PTAS,
para disminuir la emanación de gases contaminantes (metano, nitrógeno e
hidrógeno sulfurado).
El estudio y diseño se llevó a cabo durante el periodo comprendido
entre Enero hasta Julio de 2011, enmarcado dentro de la línea de desarrollo
social de ingeniería.
Posteriormente el estudio fue realizado en la PTAS ubicada en el
Municipio San Rafael de Carvajal Estado Trujillo-Venezuela.
Seguidamente el estudio de factibilidad técnico y operacional del diseño
fue realizado, en la Universidad Nacional Experimental “Rafael María Baralt”
sede Los Puertos de Altagracia, Estado Zulia, Venezuela
Y por ultimo desde la perspectiva del aporte teórico se encuentran
autores tales como: Van Haandel y Lettigna (2001), quienes fueron los
primeros en proponer la implementación de biodigestores para el tratamiento
de aguas residuales, los cuales fundamentaron las bases para el diseño del
mismo, basado en investigaciones muy detalladas; las cuales llegaron a
constituir un manual para el diseño de biodigestores para efluentes líquidos.

28
Alcance
Se ejecutará las especificaciones para realizar el estudio de
factibilidad del diseño en biodigestor de lodos residuales para disminuir los
gases emanados por la planta de tratamiento de aguas servidas y por ende
el mal olor. Ayudando a mejorar la eficiencia de la planta contribuyendo a la
conservación del ambiente, la salud pública y ampliar los proyectos de biogás
realizados en Venezuela.

30
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
A continuación, se aborda la fundamentación teórica de la investigación,
comenzando por una revisión de los antecedentes, las bases teóricas, los
términos utilizados en relación con la temática planteada y la
operacionalización de las variables
Antecedentes
Según Moeller, G (2005), quien estudió el efecto que tiene el proceso
de digestión anaerobia sobre los microorganismos presentes en los lodos
primarios, en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. El objetivo fue
diseñar un experimento utilizando lodos residuales procedentes de la
sedimentación primaria de una planta de tratamiento como sustrato y se
utilizaron modelos de digestores anaerobios convencionales a nivel de
laboratorio.
Se diseñaron y construyeron cuatro (4) reactores de acrílico con
capacidad total de 30 litros que se utilizaron como digestores anaerobios de
baja tasa. Los reactores operaron a temperatura ambiente (18ºC) con
tiempos de retención de 7, 14, 21 y 28 días. El lodo crudo se obtuvo del
fondo del sedimentador primario de una planta de tratamiento de lodos
activados. Se logró una producción específica de metano de 0.2048 m3, la
cual crece al aumentar el tiempo de retención
Según García, A (2008), en su tesis titulada Digestión Anaerobia no
Convencional de Lodos Biológicos utilizando un reactor tipo UASB (Digestor
de Manto de Barros con Flujo Ascendente); cuyo objetivo fue evaluar una
tecnología anaerobia de tipo no convencional a nivel prototipo para el

31
tratamiento de lodos biológicos de desecho, estableciendo la factibilidad
técnica para su funcionamiento a nivel real.
El prototipo fue construido en la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales del Cerro de la Estrella (PTAR-CE), en la Ciudad de México, la
cual es operada por la Dirección General de Construcción y Operación
Hidráulica (DGCOH). La instalación fue operada durante seis (6) meses, de
los cuales cuatro (4) se utilizaron para la estabilización del proceso y dos (2)
fueron de operación estable. Esta investigación afirma que la reducción de
materia orgánica en el digestor es suficiente para que los biosólidos
producidos por el digestor no produzcan malos olores ni atraigan vectores
tales como moscas y/o roedores. Además se utilizó un tiempo de retención
de 27 días con una carga orgánica de 2,7 Kg.m3 SSV y una temperatura de
33°C y se obtuvo una producción de biogás de 638 m3CH4
Guevara, A (2006), en su tesis titulada “Fundamentos básicos para el
diseño de biodigestores anaeróbicos rurales”. Cuyo objetivo principal fue
exponer los elementos básicos que se deben tener en cuenta para el diseño
de biodigestores anaeróbicos que se usan en el medio rural, tanto para el
tratamiento de desechos orgánicos de origen doméstico y agropecuario como
para la producción y aprovechamiento energético de los gases y lodos
producidos
La metodología utilizada fue documental con apoyo bibliográfico
obtenido en la Universidad Central de Venezuela (UCV) y por el manual
Letinga, G. Se concluyo: que las condiciones climáticas y tropicales,
favorecen grandemente para la implementación de esta tecnología, debido a
que a mayor temperatura, se produce una mayor degradación de la materia
orgánica y disminuye el tamaño de las estructuras que requiere el sistema;
además el gas metano obtenido en el proceso de fermentación es de alto
poder calorífico, por lo cual es de gran utilidad para satisfacer los
requerimientos de energía a nivel doméstico y a nivel de la unidad de
producción.

32
Bases teóricas
En todo trabajo de investigación sistematizado es recomendable el
desarrollo de una plataforma teórica donde respaldar los aportes a investigar
permitiendo la confrontación de los datos obtenidos de la realidad donde está
inmerso el estudio.
Plantas de tratamientos de aguas servidas
Según Marsilli (2005), las plantas de tratamiento por su ubicación dentro
del sistema hidrosanitario urbano puede dividirse en:
a) Terminal: cuando se encuentra al final de la red de alcantarillado y su
objetivo es dar tratamiento al total de las aguas residuales que se van a
desechar y así evitar la contaminación de agua y suelo.
b) No terminal o intermedia: cuando se encuentra dentro de la población y su
objetivo es tratar solo parte de las aguas del sistema de alcantarillado.
Son las que se encargan de regenerar el agua efluente del uso humano
(aguas negras o mezcladas), eliminando los contaminantes a través de
procesos físicos químicos y biológicos, ya sea para su consumo o
reutilización en el medio ambiente; es también llamada estación de
depuración, generalmente está trata agua residual local, es decir, las que
provienen del consumo ciudadano, al igual que el drenaje de las zonas
urbanas, además existen estaciones de depuración diseñadas para grandes
empresas con tratamiento especializado del agua residual; estas proceden
de diferentes lugares, como: tocadores, baños, cocinas, entre otras, que son
desechados a las alcantarillas o cloacas; también incluyen algunas aguas
sucias provenientes de industrias y comercios.
En el mundo desarrollado es común la división de las aguas caseras en
aguas grises y aguas negras las cuales se originan de inodoros orinales,

33
mientras que el agua gris procede de bañeras y fregaderos, esta puede ser
usada en el riego de plantas, reciclada en el uso de inodoros. Las aguas
residuales contienen descargas residenciales, comerciales e industriales, y
pueden incluir el aporte de precipitaciones pluviales.
En cuanto al tratamiento de aguas servidas, sus procesos pueden ser
físicos, químicos y biológicos; El tratamiento físico-químico engloba la
remoción de sólidos, arenas; precipitación con o sin ayuda de coagulantes o
floculantes; separación y filtración de sólidos; el tratamiento biológico
envuelve lechos oxidantes o sistemas aeróbicos; post-precipitación,
liberación al medio de efluentes, con o sin desinfección, de igual modo el
tratamiento químico implica la eliminación del hierro en el agua potable, la del
oxigeno del agua de las centrales térmicas y por último la de los fosfatos y
nitratos de las aguas residuales doméstica e industriales.
Etapas del tratamiento
Según Miranda, J (2000), las etapas de tratamiento se dividen en tres,
el primario, secundario y terciario:
1. Tratamiento primario: este se usa para reducir aceites, grasas, arenas
y sólidos gruesos, es también conocido como tratamiento mecánico, ya que
es llevado a cabo solo con maquinaria.
2. Tratamiento secundario: diseñado específicamente para degradar el
contenido biológico que se derivan de la basura humana, de comida, jabones
y detergentes. Los sistemas de tratamiento secundario son clasificados como
película fija o crecimiento suspendido. En los sistemas fijos de película, la
biomasa crece en el medio y el agua residual pasa a través de él. En el
sistema de crecimiento suspendido, la biomasa está bien combinada con las
aguas residuales. Los sistemas fijos de película requieren superficies más
pequeñas que para un sistema suspendido equivalente del crecimiento, sin

34
embargo, los sistemas de crecimiento suspendido son más capaces ante
choques en el cargamento biológico.
3. Tratamiento terciario: proporciona un acabado final para aumentar la
calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado
al ambiente receptor (mar, río, lago, campo...) Más de un proceso terciario
puede ser usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica
en el proceso final, es siempre llamada pulir el efluente.
Descripción del proceso de la planta de tratamiento de aguas servidas
(PTAS)
Primeramente el interceptor del desagüe de la ciudad de Valera, será
encaminado directamente hasta una cámara de llegada (2,5 x 2,5 m) situada
a la entrada del pretratamiento. El diámetro del interceptor es de 900 mm. El
alcantarillado continuará su camino al sur a través de 2500 mm del ancho del
canal abierto antes de separarse en dos canales menores de 1700 mm.
Durante el pretratamiento se eliminan los objetos externos, arena, arenilla y
otros sólidos ásperos de las aguas servidas para prevenir su acumulación en
las lagunas y daños futuros en los equipos.
Las aguas servidas pasarán en primer lugar por dos rejillas
mecanizadas localizadas paralelamente. Cuyo objetivo es eliminar materiales
externos flotantes o llevados por el flujo de las aguas servidas, la parte activa
de las rejillas está sumergida en la pantalla a profundidades para maximizar
el uso del ancho de los canales (1700 mm). Además, las pantallas deberán
ser evacuadas vía un transportador o un depósito de acumulación
necesitando ser recogida por un camión como máximo una vez por día.
Tal y como fue mencionado anteriormente, los desechos de las rejillas
estarán colectados por un sistema mecanizado compuesto de un conveyor
seguido por un conveyor compactor. Antes de botarlos en una tolva, los
desechos serán compactados para reducir su contenido de agua y su

35
volumen en un 40 a 50%. Los 6m3 de los desechos pueden ser compactados
y reducidos hasta 3 m3. Un número de tolvas de un volumen total de 6m3 (2
días de reserva) serán requeridas. Las tolvas serán del mismo modelo a las
actuales utilizadas para la colección de la basura en la ciudad de Valera por
los servicios municipales, con quienes se debería realizar un compromiso
para la evacuación diaria de los lechos hacia el vertedero.
Después entrarán dentro de 4 desarenadores parabólicos antes de
proseguir su curso en una cámara de control que balanceará el flujo a las
lagunas, el objetivo es remover partículas suspendidas no solubles como
arena de las aguas servidas y minimizar la acumulación de las mismas en los
conductos y en las lagunas de tratamiento. Los desarenadores estarán
integrados al sistema general de pretratamiento, el sistema es operado por sí
mismo y no mecánico, por último la limpieza de las cámaras deberá ser lo
más simple y efectiva posible. Para la evacuación de arena un camión
cisterna cuyo tanque posea una capacidad de 3m3 puede ser utilizado 3
veces por semana hasta el vertedero de Trujillo.
El flujo de las aguas servidas es dividido en dos canales y pasado a
través de las rejillas mecanizadas. Entre las rejillas y los desarenadores se
encuentran dos canales Parshall cuyo objetivo es medir el flujo del agua y
controlar la profundidad de las pantallas. El nivel del agua en estas pantallas
será controlado parcialmente por los canales medidores de Parshall. Por
propósitos de diseño, estos canales medidores de Parshall deberán ser
capaces de acomodar un máximo flujo de alcantarillado de 2058 L/seg cada
uno si es necesario. Sin embargo, su rango de operación necesita
únicamente estimar el flujo máximo durante operaciones normales de los dos
canales de manera simultánea.
Para prevenir la acumulación de arenilla entre las rejillas y los canales
de Parshall, la base del canalón en su entrada deberá ser nivelada con la
base del canal. Para prevenir cualquier sumersión, el flujo saliente del

36
canalón caerá libremente dentro de una cámara de distribución hasta los
desarenadores.
La cámara y el canal de llegada están diseñados para asegurar un flujo
controlado sin sedimentación aguas arriba de las rejillas y de los canales
Parshall. Por lo tanto la velocidad de las aguas servidas en el canal de
llegada es mantenida arriba de 0.4 m/s Metcalf y Eddy (2000), a flujos
mínimos para prevenir acumulación de arenilla y bloqueo, así como el ancho
del canal preferentemente no debe exceder los 2 metros. Para la selección
del canal se considero la velocidad óptima del agua en diferentes anchos de
canal razonando las profundidades establecidas por los canales de Parshall,
es alcanzada en canales a 1700 mm, en donde las velocidades a un Q min
están estimadas en 0.41m/s. El extra flujo de contingencia del vertedero
sumergible mide 7.5 metros de ancho en el caso que todos deban ser
desviados por flujos de inundación extraordinarios.
El agua saliente de los desarenadores es colectada dentro de una
cámara grande a la cual están adyacentes dos cámaras, es decir, una para
cada serie de lagunas. Un vertedero sumergible de 4.7 metros de ancho
funcionara como by pass o desagüe.
La PTAS posee dos vertederos de by-pass y de desagüe, localizados a
la entrada del pretratamiento, aguas arriba del desarenador y a la salida del
pretratamiento; cuyo objetivo es evacuar desbordamientos de aguas servidas
a partir de los dos vertederos directamente hasta el canal de drenaje
principal.
Después del pretratamiento, las aguas servidas serán repartidas en dos
series de lagunas operando en paralelo, que tienen la capacidad de
acomodar una amplia gama de fluctuaciones de flujo. El tratamiento
secundario está constituido por seis (6) lagunas de estabilización de las
cuales dos (2) son anaeróbicas, dos (2) aireadas facultativas y las últimas de
maduración. Estas últimas a su vez tendrán unos bafles internos que
subdividen a cada la laguna en cinco (5) sublagunas.

37
Las lagunas primarias (anaerobias) son las primeras en recibir aguas
servidas del sistema de pretratamiento, su objetivo principal es reducir la
DBO soluble afluente a las lagunas y estabilizar el flujo de agua que proviene
del sistema de pretratamiento. Las lagunas se caracterizan por la ausencia
de oxígeno. Esto sugiere que la actividad biológica dentro de las mismas
será anaeróbica. Dichas lagunas han sido diseñadas de acuerdo a criterios
de cargas volumétricas y se espera una reducción del 45% de la DBO.
Las lagunas secundarias (facultativas aireadas) reciben aguas servidas
de las lagunas primarias, su objetivo es reducir el 60% de la DBO5 restante
de las aguas servidas y estabilizar el flujo de agua proveniente de las
lagunas primarias. Las lagunas serán aireadas de manera artificial, para
poder satisfacer la demanda de oxígeno requerida por los microorganismos
para su digestión, puesto que para el volumen y área superficial de las
mismas, las algas no estarían en la capacidad de suministrar el oxígeno
requerido para el tratamiento. Estas lagunas presentan actividad biológica
tanto aerobia como anaerobia. En dichas lagunas se espera 40% de
precipitación de la DBO en la zona anaeróbica, mientras que el 60% de la
DBO5 restante, será digerida aeróbicamente en la capa de la superficie
(superior a 2m) de las lagunas que serán aeróbicas.
Luego el conjunto de lagunas terciarias recibe el caudal de agua de las
lagunas secundarias. Cada línea de tratamiento cuenta con una laguna de
maduración, subdividida por bafles en cinco (5) sub-lagunas operando en
serie, para un total de diez (10) sub-lagunas. Es importante destacar, que
dichas lagunas ocupan un área total de 13 hectáreas y se encuentran
separadas por deflectores que serán construidos de bloques, con la finalidad
de optimizar el espacio disponible para la realización del tratamiento. La
forma de las lagunas permite modelar el comportamiento de las mismas,
asumiendo mezcla completa, favoreciendo así la remoción de organismos
coliformes. El objetivo de las lagunas terciarias es proveer un medio natural
de remoción de organismos coliformes fecales de las aguas servidas antes

38
Nº Laguna Q (m3/d) Vol (m3) Prof (m) A sup (m2)
Eficiencia
remoción
DBO (%)
Eficiencia de
Remoción de
Coliformes (%)
1.1 27300 50400 4,5 11200 45 -
1.2 27300 44800 4 11200 45 -
2.1 27300 50400 4,5 11200 62 92
2.2 27300 44800 4 11200 62 92
1.3 27300 21600 1,5 14400 - 86
2.3 27300 20250 1,5 13500 - 85
1.4 27300 17100 1,5 11400 - 83
2.4 27300 18750 1,5 12500 - 84
1.5 27300 18750 1,5 12500 - 84
2.5 27300 17700 1,5 11800 - 83
1.6 27300 20250 1,5 13500 - 85
2.6. 27300 19500 1,5 13000 - 84
1.7 27300 20100 1,5 13400 - 85
2.7. 27300 19050 1,5 12700 - 84
de su descarga al río, con la finalidad de satisfacer el propósito de
desinfección de las aguas residuales, permitiendo así la eliminación de
patógenos, virus y parásitos.
Las lagunas aireadas no son, en principio, grandes generadores de
lodos, a diferencia de las lagunas anaerobias, que si lo son. Por esta razón,
una reserva de 15% y 5% del volumen total respectivo de las lagunas
primarias y secundarias ha sido tomada en cuenta para la acumulación de
lodos; es decir, un volumen de reserva de 7560 m3 y 2240 m3
respectivamente.
Tabla 1
Principales características de las lagunas de la PTAS
Fuente: Dirección de Estudios de Proyectos HIDROANDES Valera (DEYP), 2010
El volumen de lodos producido anualmente puede variar entre 1200 a
1700 m3/laguna. Esto engendra entonces una frecuencia de evacuación de

39
lodos de 5 años para las lagunas primarias y a menos de 3 años para las
lagunas secundarias. Por otro lado, los lechos de secado de lodo pueden
servir también para secar la arena extraída de los desarenadores del
pretratamiento antes de evacuarla al vertedero público.
Vertido del líquido
Según Miranda, J (2000), el vertido final del agua tratada se realiza de
varias formas: la más habitual es el vertido directo a un río o lago receptor.
En aquellas partes del mundo que se enfrentan a una creciente escasez de
agua, tanto de uso doméstico como industrial, las autoridades empiezan a
recurrir a la reutilización de las aguas tratadas para rellenar los acuíferos,
regar cultivos no comestibles, procesos industriales, recreo y otros usos. En
algunos casos se emplea la recarbonatación para volver a un pH neutro y por
último se filtra el agua a través de múltiples capas de arena y carbón vegetal,
y el amoníaco es eliminado por ionización.
Los virus y bacterias se eliminan por ozonización. En esta fase el agua
debería estar libre de todo contaminante pero, para mayor seguridad, se
emplean la segunda fase de absorción sobre carbón y la ósmosis inversa y,
finalmente, se añade dióxido de cloro para obtener un agua de calidad
máxima.
Clasificación de los lodos residuales
Según Hernández, M (1992), el lodo residual es una materia orgánica
húmeda con una cierta cantidad de aditivos, entre los cuales hay algunos que
resultan de interés aprovechar por su importancia como nutrientes del suelo y
otros cuya presencia es indeseable por su posibilidad de contaminación.

40
El fango digerido o lodo residual de las plantas de tratamiento de aguas
residuales domésticas constituyen una fuente importante de nutrientes y de
microorganismos. Las características físicas y químicas de los lodos varían
en función de su origen, urbana o industrial, y del tipo de proceso al que han
sido sometidos.
Actualmente no se encuentra una disposición ambientalmente segura
para estos desechos. Según estudios preliminares reportados por algunos
autores (Acosta, Infante y otros, 1995), (Álvarez y col., 2004), se obtienen
buenos resultados del proceso de biorremediación en suelos impactados por
hidrocarburos como aceleradores del proceso y como fuente de nutrientes
para el desarrollo y crecimiento de los microorganismos.
De esta manera se busca caracterizar e identificar los microorganismos
presentes en el fango digerido o lodo residual de la planta de tratamiento de
aguas residuales.
El lodo crudo es aquel que no ha sido tratado ni estabilizado, que puede
extraerse de plantas de tratamiento de aguas residuales. Tiende a producir la
acidificación de la digestión y mal olor.
El lodo primario es producido durante los procesos de tratamiento
primario de las aguas residuales. Esto ocurre después de las pantallas y
desarenado; el mismo consiste en productos no disueltos de las aguas
residuales. El lodo en el fondo de tanque primario de sedimentación se llama
también lodo primario. La composición del lodo depende de las
características del área de recogida de las aguas. Este contiene
generalmente una gran cantidad de material orgánica, vegetales, frutas,
papel, entre otros; la consistencia se caracteriza por ser un fluido denso con
un porcentaje en agua que varía entre 93% y 97%.
El lodo activo consiste en la eliminación de materia orgánica disuelta y
los nutrientes de las aguas residuales, tiene lugar durante el tratamiento
biológico del agua. Normalmente se caracteriza por la interacción de distintos
tipos de bacterias y microorganismos, que requieren oxigeno para vivir,

41
crecer y multiplicarse y consumen materia orgánica; este lodo esta en forma
de floculos que contienen biomasa viva y muerta además de partes
minerales y orgánicas adsorbida y almacenada.
El comportamiento de sedimentación de los floculos de los lodos activos
es de gran importancia para el funcionamiento de la planta de tratamiento
biológico. Los floculos deben ser removidos, para separar la biomasa del
agua limpia, y el volumen requerido de lodo activo puede ser bombeado de
nuevo en el tanque de aireación.
Las características principales de los lodos activados es el contenido de
microorganismos, que utilizan nutrientes en solución para el crecimiento
celular contribuyendo a la limpieza del agua residual. La biocenosis de los
lodos activos da información sobre las condiciones y estructura de los
mismos y la limpieza que se alcanzara. Los floculos de lodo activo
sedimentan al fondo y pueden separarse del agua limpia residual.
El lodo terciario se produce a través de procesos de tratamientos
posteriores, ejemplo; adición de agentes floculantes.
El término de hinchamiento de lodos es referido a lodos con muy bajas
propiedades de sedimentación y espesamiento. En la mayoría de los casos,
los lodos hinchados se acumulan en el clarificador, donde se forma una capa
espesa y tiene que ser removido para evitar colmatación.
El lodo flotante también puede ocurrir en tanques activos enfermos.
Generalmente provocado por exceso de actinomicetos y otros
microorganismos filamentosos, caracterizados por una superficie celular
hidrofobica. Esta superficie celular hidrofobica adsorbe burbujas de aire y
nitrógeno nadando en la superficie. Este tipo de lodo flotante debe ser
eliminado rápidamente para evitar la formación de espuma en el tanque
séptico de las plantas de tratamiento de lodos anaeróbicos.
El lodo digerido tiene lugar en los procesos de digestión aeróbica, tiene
color negro y olor a tierra, además poseen una proporción de materia
orgánica del orden de 4% a 60%.

42
Estabilización de lodos
La estabilización del lodo se lleva a cabo principalmente para:
- Reducir la presencia de patógenos.
- Eliminar los olores desagradables
- Reducir o eliminar su potencial de putrefacción.
La supervivencia de microorganismos patógenos y la proliferación de
olores en el lodo se producen cuando se permite que los microorganismos se
desarrollen sobre la fracción del mismo.
Los medios de estabilización más eficaces para eliminar el desarrollo de
estas condiciones son: la reducción biológica del contenido de materia volátil;
la oxidación química de la materia volátil; la adición de agentes químicos
para hacer el lodo inadecuado para la supervivencia de microorganismos y la
aplicación de calor con el objetivo de desinfectar o esterilizar el lodo.
Las técnicas de estabilización de lodos más recurridas son: la digestión
anaerobia; la digestión aerobia; la estabilización con cal; el tratamiento
térmico, y el compostaje. A continuación se analizarán las primeras dos ya
que son las dos tecnologías más importantes.
La digestión anaerobia es uno de los procesos más antiguos empleados
en la estabilización de lodos. En este proceso se propicia la degradación de
la materia orgánica contenida en él en ausencia de oxigeno molecular.
En el proceso de digestión anaerobia, la materia orgánica contenida en
la mezcla de lodos primarios y secundarios se convierte en metano (CH4) y
dióxido de carbono (CO2) principalmente. El proceso se lleva cabo en un
reactor completamente cerrado. Los lodos se introducen en un reactor de
forma continua e intermitente, y permanecen dentro de estos tanques
durante un periodo de tiempo considerable. El lodo estabilizado que se
extrae del proceso tiene un bajo contenido de materia orgánica y de
microorganismos patógenos vivos. Noyola, A y Monroy, O (1994)

43
Caracteristcas del biogás
Según Pérez J. (2010), el biogás es un producto del metabolismo de
ciertas bacterias que participan en la descomposición de tejidos orgánicos en
ambiente húmedo y carente de oxígeno. A su vez, durante el proceso de
descomposición, algunos compuestos orgánicos son transformados a
minerales, los cuales pueden ser utilizados fácilmente como fertilizantes para
los cultivos.
La producción de biogás depende, principalmente, de los materiales
utilizados, de la temperatura y del tiempo de descomposición. El proceso
consiste en la descomposición anaeróbica, donde se puede obtener entre
otros, etanol, metanol y gas metano. Esto no ocurre en un proceso de
descomposición aeróbica donde el producto final es dióxido de carbono y
agua (esto ocurre cuando, por ejemplo, se esparce el desecho en los
predios). Está constituido principalmente de metano (CH4), dióxido de
carbono (CO2) y una serie de impurezas que dependen del origen primario
del biogás.
El proceso de digestión anaerobia produce de 14,1259ft3 a 24,72 ft3 de
gas por cada kilogramo de materia volátil destruida, según sean las
características del fango. El biogás del digestor (debido al metano) posee un
poder calorífico aproximado de 4,500 a 5,600 Kcal/m3. El poder calorífico del
biogás está determinado por la concentración de metano (8,500 Kcal/m3),
pudiéndose aumentar eliminando todo o parte del CO2 presente en el biogás.
La producción total de gas depende fundamentalmente de la cantidad
de alimento consumido por las bacterias o, dicho de otra forma, de la
cantidad de sustrato eliminado en el proceso. Dicho sustrato suele
expresarse normalmente por la demanda química de oxígeno (normalmente
DQO), y por los sólidos volátiles.

44
Según Brady (2000) la producción de gas, en condiciones normales de
funcionamiento de un digestor, debe oscilar entre 15.54 m3 y 26.48 m3 por
cada kilogramo de materia volátil destruida.
Tabla 2
Composición física-química del lodo residual
Lodos
parámetros
Lodos primarios Lodos secundarios Lodos digeridos
Mezcla (pH) 5.5-6.5 6.5-7.5 6.8-7-6
Contenido
De agua (%)
92-96 97.5-98 94-97
SSV (%SS) 70-80 80-90 55-65
Grasas (%SS) 12-14 3-5 4-12
Proteínas (%SS) 4-14 20-30 10-20
Carbohidratos
(%SS)
8-10 Control del
proceso para la
disminución de
metano y
nitrógeno
6-8 5-8
Nitrógeno (%SS) 2-5 1-6 3-7
Fósforo (%SS) 0.5-1.5 1.5-2.5 0.5-1.5
Bacterias
patógenas
(NMP/100ml)
103 -105 100-1000 10-100
Metales pesados
(%SS) (Zn, Cu,
Pb)
0.2-2 0.2-2 0.2-2
Fuente: Miranda J, (2000)

45
También la producción del biogás puede ser estimada a partir de una
base per capital, según Metcalf (2000), el rendimiento normal es de 15 a 22
m3/103 habitantes por día en depuradoras con tratamiento primario. En
depuradoras con tratamiento secundario la producción se incrementa cerca
de 28 m3/103 habitantes por día
Tabla 3
Propiedades de una composición estándar de biogás
Composición
55-70% metano
30-45% Dióxido de carbono
Trazas de otros elementos
Energía contenida 6,0 – 6,5 Kwh./m3
Equivalente en
combustible
0,6 – 0,65 L petróleo/m3
biogás
Limite de explosión 6 - 12 % biogás en el aire
Temperatura de ignición
650 - 750 º C (según metano contenido
indicado)
Presión crítica 75 89 bares
Temperatura crítica -82.5º C
Densidad normal 1,2 Kg./m3
Olor Huevos en mal estado
Masa molar 16,043 Kg./kmol
Fuente: Pérez, J (2010)
Biogás comparado con otros gases basados en metano
Según Pérez J. (2010), el metano posee ciertas características que se
lo hacen relevante.

46
Tabla 4
Características del metano
Temperatura
[ºC]
Temperatura K
Presión
[bar.]
Densidad
[Kg./L]
Punto crítico
(-82,59) 190,56 45,98 0,162
Punto de
ebullición a
1013 bar
(-161,52) 11,63 - 0,4226
Punto triple (-182,47) 90,68 0,117 -
Componentes presentes en el biogás y sus efectos
Según Pérez J. (2010), los componentes más comunes que se
encuentran presentes en el biogás son: CO2, H2S, NH3, Vapor de agua,
Polvo, N2 y Siloxenos.
Efectos del CO2 en el biogás
Según Pérez, J (2010), la presencia de CO2 en el gas se mide en la
razón de CO2/metano y puede ser controlada parcialmente debido a que es
esencial en la formación de metano en el gas por lo que no se busca hacerlo
desaparecer. Los factores que afectan la composición de CO2 son:
A continuación se muestra en la tabla Nº 5, los componentes de los
efectos del biogás.

47
Tabla 5
Componentes del biogás y su efecto en las propiedades
- La presencia de compuestos con largas cadenas de hidrocarburos por
ejemplo compuestos con alto contenido en grasas ayudan a mejorar la
calidad del gas cuidando de no afectar la acidez, la cantidad de átomos de
carbono presentes en el substrato se relaciona directamente con el
porcentaje en volumen de metano presente en el biogás.
Componente Concentración Efectos
CO2 25 - 50 % vol
Baja el poder calorífico
Incrementa el número de metano
Causa corrosión
Daña celdas alcalinas de combustible
H2S 0 - 0,5 % vol
Corrosión en equipos y piping
Emisiones de SO2 después de los
quemadores
Emisión de H2S en combustión imperfecta
Inhibición de la catálisis
NH3 0 - 0,05 % vol
Emisión de Nox
Daño en las celdas de combustibles
Vapor de
agua
1 - 5 % vol
Corrosión en equipos y piping
Daños de instrumentación Vapor de agua
Riesgo de congelar y bloquear tuberías y
válvulas
Polvo > 5μm
Bloquea las boquillas y celdas de
combustibles
N2 0 - 5 % vol Baja el poder calorífico
Siloxenos 0 - 50 [mg/m3] Actúan como abrasivos, daño en motores

48
- Generalmente la descomposición anaeróbica de la biomasa mejora
con el tiempo de exposición, cercano el final del tiempo de residencia el
contenido de metano aumenta desproporcionadamente a medida que el
contenido de CO2 va desactivando el proceso de hidrólisis.
- El proceso de fermentación toma lugar de manera más rápida si el
material en el reactor está distribuido homogéneamente.
- Un alto contenido de líquido en el reactor influye en una alta
concentración de CO2 disuelto en el agua, lo que disminuye el nivel de CO2
presente en la fase gaseosa.
- A mayor temperatura de fermentación, disminuye la cantidad de CO2
disuelto en el agua.
- Una alta presión durante el proceso lleva a una mayor concentración
de CO2 presente en el agua, esto se pude aprovechar si se purga material
con alto contenido en CO2 disuelto en el agua (claramente una vez iniciado el
proceso de proliferación bacteriana).
- El nitrógeno y oxígeno presente en el biogás se encuentran
normalmente en proporción 4:1 y usualmente se incorporan en las etapas de
ventilación que tienen como objetivo eliminar el acido sulfhídrico presente en
el reactor, estos gases pueden entrar también normalmente en pequeñas
cantidades si el sistema de tuberías no está perfectamente hermético. Otro
componente es el amoniaco, normalmente la concentración de amoniaco es
baja (<0,1 mg/m3), cuando los substratos usados provienen de excremento
de aves o algunos casos particulares de basura la presencia de amoniaco se
puede incrementar hasta no superar los 1.5 mg/m3.
La cantidad de H2S presentes en el biogás principalmente del proceso
utilizado para la obtención del biogás y del tipo de substrato involucrado, si
no existe un paso de desulfurización, la concentración de H2S puede exceder
el 0.2% vol. Cuando el substrato fermentado es viscoso el contenido de H2S
es menor que en el caso de un substrato líquido.

49
Un objetivo primordial es mantener el contenido de ácido sulfhídrico a
los niveles más bajos posibles, porque aguas abajo la mayoría de los
componentes sufren daños irreversibles debido al alto potencial de corrosión
del H2S, usualmente el biogás es desulfurizado aún mientras permanece en
el reactor.
El sulfuro de hidrógeno contenido en el biogás, junto a la humedad de
éste, se convierte en ácido sulfúrico (H2SO4), el cual es nocivo para ciertos
equipos como calentadores de agua, motores o refrigeradores. Por lo tanto,
la reducción del sulfuro de hidrógeno se hace necesaria cuando el biogás
presenta sobre 2% en volumen de este compuesto. Sin embargo, la
desulfuración no es necesaria si el biogás contiene menos de 1% de este
compuesto.
Con el fin de eliminar o disminuir el porcentaje de H2S en el biogás se
emplean sistemas de filtro con sustancias como cal viva o apagada, limadura
de hierro o ciertos tipos de tierras conocidas como hematites parda o
limonita, las cuales son ricas en sustancias ferrosas. Estas masas se
regeneran al entrar en contacto con aire por lo que podrán ser usados
nuevamente. La capacidad absorbente de esta masa depende de la cantidad
de hierro que contengan. Una masa que contiene entre 5 a 10% de hidróxido
de hierro puede absorber 15(g) de sulfuro por kilo sin ser regenerada,
pudiendo remover hasta 15 g de sulfuro al ser regenerada.
Otra alternativa para la remoción de H2S, consiste en biofiltros de lecho
fijo, donde la fase móvil corresponde al gas, con soporte orgánico/sintético
para la biomasa que se encuentra fija. Corresponde a uno de los sistemas de
tratamiento más utilizado debido a sus bajos costos de operación, del
material del medio filtrante y los consumos de agua. No generan desechos
como lodo y agua contaminada. Dentro de sus desventajas se encuentra el
poco control frente a los fenómenos de reacción, la dificultad de control de
pH ya que se trata con contaminantes que generan productos ácidos.

50
En el biogás los siloxenos son variantes de la silicona y se presentan
como grupos separados en el biogás, estos componentes pueden ser
hallados principalmente en cosméticos, detergentes, tintas de impresión y en
materiales de construcción, es por esto que en los desechos domésticos, que
son substrato principal para el biogás obtenido de plantas de tratamientos de
agua o de vertederos, se encuentran muchos de los compuestos derivados
de la silicona. Sin embargo el contenido de siloxenos puede ser alto en
plantas que fermentan mezclas de substratos (con una parte proveniente de
fangos de cloaca).
Las concentraciones aceptables de estos compuestos son de 0.2
mg/m3, cuando se quema biogás con siloxenos presentes se forma SiO2 lo
que se deposita en la superficie de partes y maquinas, pero en motores que
queman biogás puede producir abrasión de la superficie de pistones. Para
tratar efluentes líquidos existen una gran variedad de biodigestores entre los
que se encuentra, el biodigestor de lecho granular expandido (Expanded
Sludge Blanket), “E.G.S.B, biodigestor de diseño hibrido –manto de barros y
lecho fijo y el biodigestor de filtro anaerobico
Biodigestor de manto de barros con flujo ascendente (U.A.S.B)
A partir de 1980 aparece con gran suceso a escala industrial el
biodigestor denominado “U.A.S.B.” (Digestor de Manto de Barros con Flujo
Ascendente), desarrollado en Holanda por Gatze Lettinga de la Universidad
de Wagenigen.
Este diseño ha sido posible mediante el desarrollo de la “granulación”
de biomasa anaeróbica. Es un proceso inducido mediante el cual los
microorganismos dispersos en el medio tienden a formar agregados
celulares. La agregación en forma de “gránulos” optimiza la operación entre
los microorganismos, reduciendo la distancia de difusión para la transferencia

51
de metabolitos y potencia la asociación celular para la degradación de
substratos. El desarrollo de un barro “granular” anaeróbico dependerá del
acoplamiento de diferentes parámetros de calidad del agua residual,
condiciones ambientales y de operación, junto con un diseño adecuado del
bio-reactor.
El lodo granular puede ser definido como biomasa con propiedades
muy especificas, las cuales lo hacen apropiado para sistemas de tratamiento
en flujo ascendente. Microbiológicamente puede considerarse como un
ecosistema bien balanceado que incluye todas las especies bacterianas
necesarias para la degradación anaeróbica de contaminantes inorgánicos
presentes en aguas residuales.
A diferencia de partículas temporales, tales como los flóculos, el barro
granular es un conjunto de entidades individuales mecánicamente estables.
Morfológicamente el lodo granular puede ser caracterizado como partículas
mecánicamente grandes, mayores a 0.50 mm de diámetro, frecuentemente
de forma regular y esférica bien definida.
Entre los beneficios prácticos de la formación de agregados granulares
está el hecho que, a diferencia de los flóculos, los gránulos permanecen
intactos aún bajo casos de esfuerzo de corte significativos, por agitación
dentro del bio-rector.
El diseño se compone de un tanque cerrado, que contiene un barro
orgánico donde la flora microbiana anaeróbica, convenientemente aclimata,
se encuentra adherida o entrampada.
El liquido crudo a tratar percola en forma ascendente a través del manto
de barros, lográndose la rápida degradación de la fracción orgánica soluble,
permitiendo operar con bajos tiempos de residencia hidráulica para el líquido
y altos tiempos de residencia para los sólidos (del orden de varios meses)
posibilitando su estabilización.
A medida que el liquido circula por el reactor se va depurando por la
acción de las bacterias anaeróbicas, y se producen burbujas de biogás que

52
realizan un efecto de agitación suave, beneficioso para el proceso biológico
que se desarrolla dentro del tanque.
En la parte superior del reactor se coloca un separador de tres fases
(Sólido - Gas - Líquido). Este permite retener el biogás producido para su
conducción, por canales, hacia el exterior para su posterior consumo.
También se tiene una zona libre de burbujas de biogás, donde se produce la
sedimentación y retorno hacia el biodigestor de sólidos que puedan ser
arrastrados por el efluente hacia la parte superior, obteniéndose un efluente
más depurado.
La composición aproximada del biogás se estima en 60% de metano
(CH4), 35% de anhídrido carbónico (CO2), 4% de vapor de agua y
estimadamente un máximo de 1% de ácido sulfhídrico (SH2), según el
efluente de que se trate. El biogás generado es combustible y tiene el
potencial de aprovechar su energía térmica.
El exceso de barro estabilizado generado en el interior del biodigestor
será descartado después de 2 a 3 meses de retención. Este barro es de fácil
deshidratación, por lo tanto puede ser enviado a lechos de secado
convencionales, para su posterior uso como abono orgánico. Groppelli, E
(2008)
Características y componentes del biodigestor UASB
La ubicación de un biodigestor es tan importante como su propia
construcción. Una planta mal ubicada será una instalación inútil, a la que no
se le sacará provecho. Por el contrario, una buena ubicación desempeña un
papel importante para su fácil manejo y operación. Un estudio previo del
lugar y una detallada evaluación reportarán ganancias en el futuro. Pérez, J
(2010)

53
El digestor que es una planta de fermentación anaeróbica, para la fabricación
de biogás, está compuesto por las siguientes partes según Guevara, A
(2006):
- Tubo de entrada de materia orgánica.
- Cámara de fermentación o cuerpo del digestor.
- Cámara de depósito de gas.
- Cámara de salida de materia estabilizada o fermentada.
- Conducto de gas.
- Tapa hermética.
- Gasómetro.
Clasificación de los digestores según su forma y estructura
Por sus formas y estructuras los digestores pueden agruparse en los
siguientes diseños según Guevara, A (2006).
Según el almacenamiento del gas pueden ser:
- Cúpula fija.
- Cúpula móvil.
- Con depósito flotante, o de presión constante.
- Con gasómetro de caucho o material plástico en forma de bolsa.
Según su forma geométrica, pueden ser:
- Cámara vertical cilíndrica.
- Cámara esférica.
- Cámara ovalada.
- Cámara rectangular.
- Cámara cuadrada.
Por los materiales de construcción, pueden ser:
- De ladrillo.
- De mampostería.

54
- De hormigón.
- De hormigón armado.
- De plástico
Según su posición respecto a la superficie terrestre:
- Superficiales.
- Semienterrados.
- Subterráneos.
Instalaciones industriales de biodigestor
Las instalaciones industriales de producción de biogás emplean
tanques de metal que sirven para almacenar la materia orgánica y el biogás
por separado.
Este tipo de planta, debido al gran volumen de materia orgánica que
necesita para garantizar la producción de biogás y la cantidad de
biofertilizante que se obtiene, se diseña con grandes estanques de
recolección y almacenamiento construidos de ladrillo u hormigón.
Con el objetivo de lograr su mejor funcionamiento se usan sistemas de
bombeo para mover el material orgánico de los estanques de recolección
hacia los biodigestores y el biofertilizante de los digestores hacia los tanques
de almacenamiento. También se utilizan sistemas de compresión en los
tanques de almacenamiento de biogás con el objetivo de lograr que éste
llegue hasta el último consumidor.
Para evitar los malos olores se usan filtros que separan el gas
sulfhídrico del biogás, además de utilizarse válvulas de corte y seguridad y
tuberías para unir todo el sistema y hacerlo funcionar según las normas para
este tipo de instalación.
La tendencia mundial en el desarrollo de los biodigestores es lograr
disminuir los costos y aumentar la vida útil de estas instalaciones, con el

55
objetivo de llegar a la mayor cantidad de usuarios de esta tecnología. Pérez J
(2010)
Ventajas de la adopción de un biodigestor tipo Digestor de Manto de
Barros con Flujo Ascendente (U.A.S.B)
Dentro de los diseños de “nueva generación, el “U.A.S.B” ha tenido una
singular aceptación sobre los otros sistemas debido a una serie de ventajas,
que se detallan a continuación:
Al no contener relleno soporte para lograr la retención de la flora
anaeróbica, no se producen canalizaciones, por el hecho de que las burbujas
generalmente seleccionan un número limitado de canales para escapar.
Dependiendo del tipo de relleno, una fracción de volumen del digestor
se ocupa con material inerte y disminuye la capacidad de almacenar sólidos
sedimentables dentro del reactor.
Con efluentes que contienen una fracción relativamente alta de sólidos
sedimentables.
Frente a sobrecargas momentáneas, el sistema U.A.S.B. tiene la
posibilidad de absorber y distribuir más fácilmente estas sobrecargas, debido
que al no contener material de relleno, la mezcla es más rápida y
homogénea, aumenta también la intensidad de la producción de biogás,
aportando un efecto adicional de mezcla por la turbulencia que produce el
mayor desprendimiento del biogás hacia la superficie. Groppelli, E (2008)
En la medida que se disponga de biomasa granular de buena calidad,
puede utilizarse para expandir el lecho con mayores velocidades
ascendentes, que las que se utilizan habitualmente en un diseño de
“U.A.S.B.” típico.

56
Figura: 1. Digestor de Manto de Barros con Flujo Ascendente “U.S.A.B.”
Fuente: Gropelli Eduardo, (2008)
Ventajas y desventajas de los biodigestores anaeróbicos
Ventajas de un biodigestor
La producción de energía debido a la acción de las bacterias
metanogénicas, consume gran parte del contenido orgánico de las aguas
transformándose en gas metano; teóricamente 1 Kg. de la DQO eliminada
produce 0,35 m3 de metano a 35ºC. Este combustible posee un elevado
poder energético utilizable.
Por quedar convertida la mayor parte de la materia orgánica, en el
proceso anaerobio, en biogás, el sólido restante queda bien estabilizado y
utilizable para previa deshidratación.
Por consiguiente, como los reactores se construyen en ambientes
cerrados, la producción de malos olores es baja en el proceso anaerobio,
comparado con los olores desagradables que se desprenden en el sistema
donde la depuración se realiza en espacios abiertos. Los digestores cerrados
deben ubicarse a distancia mínima de 500 metros de las urbanizaciones.
Pérez J (2010)

57
Desventajas de un biodigestor
Debido a la baja velocidad de crecimiento de los microorganismos, en el
proceso anaeróbico la puesta en marcha de este tratamiento es lenta. El
tratamiento anaerobio a temperatura ambiente resulta demasiado lento, lo
que supone un aporte externo de energía ya que requiere temperaturas de,
al menos, 35°C, para que la actividad de las bacterias sea óptima.
Los costos asociados a la construcción de los digestores anaerobios
son altos, comparado con sistemas no convencionales de tratamiento,
principalmente porque necesita de un sistema integrado, para proporcionar
un tratamiento completo y adecuado a los purines, además necesita la
instalación de dispositivos que permitan, calentar los purines hasta una
temperatura adecuada y la instalación de un sistema de recolección y
acumulación del gas, para su posterior uso o quema.
Los costos de operación y mantención no son altos, solo requiere
personal capacitado, para que realicen las labores de mantención, que por lo
general no son muy frecuentes. Pérez J (2010)
Tipos de digestores anaerobios según la carga
Los dos tipos de digestores más empleados son los de alta y baja
carga. En el proceso de digestión de baja carga, no se suelen calentar ni
mezclar el contenido del digestor, y los tiempos de retención varían entre 30
y 60 días.
En los procesos de digestión de alta carga el contenido del digestor se
caliente y mezcla completamente. El lodo se mezcla mediante recirculación
de gas, mezclados mecánicos, bombeo o mezclados con tubos de
aspiración, y se calienta para optimizar la velocidad de digestión. El tiempo
de retención es menor a 15 días.

58
Figura: 2. Digestor anaerobio de carga baja,
Fuente: Melcaft and Eddy (2000)
Figura: 3. Digestor anaerobio de carga alta
Fuente:Melcaft and Eddy (2000).
La combinación de estos dos procesos se conoce como proceso de
doble etapa. El primer tanque se utiliza para el almacenamiento y

59
concentración de lodo digerido, y para la formación de un sobrenadante
relativamente clarificado. Noyola, A y Monroy, O (1994)
Figura: 4: Digestor de doble etapa
Fuente: Melcaft and Eddy (2000)
Microbiología del proceso anaeróbico
La conversión biológica de la materia orgánica de los lodos se produce
en tres etapas. El primer paso del proceso comprende el rompimiento de las
moléculas “grandes” de materia orgánica en sus monómeros (hidrólisis). El
segundo paso, llamado acidogénesis, se refiere a la conversión bacteriana
de los monómeros generados (carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos)
en compuestos intermedios identificables de menor peso molecular. El tercer
paso, llamado metanogénesis, implica la conversión bacteriana de los
componentes intermedios en productos finales más simples, principalmente
metano y dióxido de carbono. Noyola, A y Monroy, O (1994)
El proceso se caracteriza por un conjunto de reacciones asociadas al
metabolismo de numerosas especies de microorganismos, que son los
intermediarios necesarios para transformar la materia orgánica en substratos
simples fermentables por las bacterias metanogénicas. En general, las

60
bacterias son incapaces de alimentarse de material complejo por lo que las
macromoléculas (proteínas, carbohidratos y lípidos) son hidrolizados
previamente por enzimas extracelulares a compuestos más simples
(azúcares, aminoácidos y ácidos grasos). Esta hidrólisis ayuda a que el
material particulado y los polímeros orgánicos que componen las aguas
residuales puedan ser asimilados por las bacterias e incorporados a sus
procesos metabólicos, así:
- Proteínas a aminoácidos
- Carbohidratos a azúcares
- Lípidos a ácidos grasos y alcoholes
El proceso de fraccionamiento de la materia orgánica absorbe agua, por
ello se denomina hidrólisis. El proceso ocurre en el exterior de las bacterias
debido a la acción de catalizadores biológicos llamados exoenzimas,
producidas por las bacterias acidogénicas o fermentativas. Dependiendo de
la presencia de substratos solubles o complejos en el agua residual, la
hidrólisis puede ser rápida o muy lenta.
Después de obtenidas las moléculas simples en la hidrólisis, éstas
pueden ser absorbidas a través de la pared celular de las bacterias y son
descompuestas internamente mediante los procesos metabólicos. El proceso
es llevado a cabo por las bacterias acidogénicas o fermentativas.
Como producto final del proceso de acidogénesis o fermentación está el
ácido acético, o en su defecto otros ácidos grasos volátiles (AGV) como el
propiónico, el butírico y el valérico. Dependiendo de la concentración de
hidrógeno: si la presión parcial de hidrógeno es menor que 10-4 el producto
final será ácido acético, de lo contrario, se obtienen los otros ácidos grasos.
Además de los ácidos, la acidogénesis produce hidrógeno como un
subproducto y su concentración se convierte en un elemento regulador del
metabolismo del proceso, debido a que el ácido acético y el hidrógeno
constituyen las vías de formación del metano. El paso siguiente es la
acetogénesis acidoclástica y consiste en la generación de ácido acético a

61
partir de los AGV formados en la acetogénesis. En esta fase, un grupo de
bacterias conocidas como “bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno”
(OHPA), convierten los productos de la fermentación en ácido acético,
dióxido de carbono e hidrógeno. Estos organismos utilizan los ácidos grasos
o alcoholes como fuente energética.
En reactores anaerobios, especialmente con la presencia de sulfatos,
puede presentarse un grupo de bacterias capaces de reducir los sulfatos a
sulfuros. Estas bacterias son conocidas como “sulfato – reductoras” (BSR),
las cuales utilizan el sulfato como aceptor final de electrones. Los sulfuros
son muy solubles en agua pero el ácido sulfhídrico se volatiliza. Sin embargo,
a pH neutro puede ocurrir algo de volatilización del sulfhídrico, ya que el
equilibrio se desplazará hacia este último.
El proceso de sulfato-reducción es importante por lo menos en tres (3)
aspectos:
- La producción de metano por cantidad de DQO removido disminuye.
- La reducción de sulfatos dará como resultado la formación de ácido
sulfhídrico, compuesto bastante tóxico para la metanogénesis.
- La formación de sulfuros puede causar considerables molestias en el
ambiente.
La última etapa de la digestión anaerobia se lleva a cabo por la
actividad de un grupo de bacterias conocido como metanogénicas. Este
proceso se conoce como metanogénesis hidrogenolítica y se basa en la
reducción de dióxido de carbono a metano, en el que el hidrógeno es
fundamental, aunque el formiato, el CO y aún el hierro elemental pueden ser
donadores de electrones en la metanogénesis. Si la composición para el
substrato es conocida se convierte completamente a metano y dióxido de
carbono (y amoníaco en caso de substratos con contenidos de nitrógeno)

62
Figura: 5. Proceso de digestión Anaeróbica
Fuente: Messa (2006)
Factores que influyen en el proceso de digestión anaerobia
Para Montes, M (2008) El proceso de conversión anaerobia depende de
diversos factores como por ejemplo: el pH, la temperatura, la disponibilidad de
nutrientes, la presencia de sustancias tóxicas, el tiempo de retención, la
relación carbono – nitrógeno (C: N) y el nivel de carga
Material Orgánico en Suspensión Proteínas
Carbohidratos, Lípidos. (substrato polimérico)
AMINOACIDOS ACIDOS GRASOS
Hidrólisis
(Extracelular)
ACIDOS GRASOS
PRODUCTOS
INTERMEDIOS (AVG)
PROPINATO BUTIRATO ...
Acidogénesis o
Fermentación
ACETATO HIDROGENO
METANO
Acetogénesis
Metanogénesis
Hidrogenofilica

63
a) El pH
Según Montes,M (2008), el rango de pH óptimo es de 6.6 a 7.6, los
ácidos grasos volátiles (AGV) y el acetato tienden a disminuir el pH del sustrato.
Si las bacterias metanogénicas no alcanzan a convertir rápidamente los AGV a
medida que lo producen las bacterias acetogénicas, estos se acumulan y
disminuyen el pH en el digestor. Sin embargo, el equilibrio CO2-bicarbonato
opone resistencia al cambio de pH.
Existen dos métodos prácticos para corregir los bajos niveles de pH en el
digestor. El primero es parar la alimentación del digestor y dejar que las
bacterias metanogénicas asimilen los AGV; de esta forma aumentará el pH
hasta un nivel aceptable. Deteniendo la alimentación, disminuye la actividad de
las bacterias fermentativas y se reduce la producción de los AGV. Una vez que
se haya restablecido el pH se puede continuar la alimentación del digestor pero
en pocas cantidades, después se puede ir aumentando gradualmente para
evitar nuevos descensos.
El segundo método consiste en adicionar sustancias buffer para
aumentar el pH, como el agua con cal. Las cenizas de soda (carbonato de
sodio) constituyen una variante más costosa, pero previenen la precipitación
del carbonato de calcio.
b) Temperatura
Montes, M (2008) afirma que, los niveles de reacción química y biológica
normalmente aumentan con el incremento de la temperatura. Para los
digestores de biogás esto es cierto dentro de un rango de temperatura tolerable
para diferentes microorganismos
Las altas temperaturas causan una declinación del metabolismo, debido a
la degradación de las enzimas; y esto es crítico para la vida de las células. Los

64
microorganismos tienen un nivel óptimo de crecimiento y metabolismo dentro
de un rango de temperatura bien definido, particularmente en los niveles
superiores, los cuales dependen de la termoestabilidad de la síntesis de
proteínas para cada tipo particular de microorganismo.
Las bacterias metanogénicas son más sensibles a los cambios de
temperatura que otros organismos en el digestor. Esto se debe a que los
demás grupos crecen más rápido, como las acetogénicas, las cuales pueden
alcanzar un catabolismo sustancial, incluso a bajas temperaturas.
Existen tres rangos de temperatura para la digestión de residuales, el
primero es el mesofílico (de 20 a 45ºC), el segundo es el termofílico (por
encima de 45ºC). El óptimo puede ser de 35ºC a 55ºC (Fair y Moor 1937 citado
por Gunnerson y Stuckey 1986). La ventaja de la digestión termofilica es que la
producción de biogás es aproximadamente el doble que la mesofílica, así que
los biodigestores termofílicos pueden ser la mitad en volumen que los
mesofílicos, manteniendo su eficiencia general.
Se han realizado numerosos trabajos sobre la digestión termofílica en
países templados (Gunnerson y Stuckey 1986). Sin embargo, se requieren
considerables cantidades de energía para calentar los residuales hasta 55 0C.
El tercer rango (psicrofílico) ocurre entre los 10 y 25 0C (Cullimore et al 1985; y
Wellinger et al 1988). Existen algunas restricciones para el uso de esta
temperatura en la digestiónanaerobia, como son la necesidad de utilización de:
reactores anaerobios de cama fija (UASB), inóculos mesofílicos, un tiempo de
retención alto y mantener una acidificación
c) Nutrientes
Montes, M (2008) señala que, además de una fuente de carbono
orgánico, los microorganismos requieren de nitrógeno, fósforo y otros factores
de crecimiento que tienen efectos complejos. Los niveles de nutrientes deben

65
de estar por encima de la concentración óptima para las metano-bacterias, ya
que ellas se inhiben severamente por falta de nutrientes. Sin embargo, la
deficiencia de nutrientes no debe ser un problema con los alimentos
concentrados, pues estos aseguran en más que suficientes las cantidades de
nutrientes.
Por otra parte, la descomposición de materiales con alto contenido de
carbono ocurre más lentamente, pero el período de producción de biogás es
más prolongado. Los materiales con diferentes relaciones de C:N difieren
grandemente en la producción de biogás. Por ejemplo, la relación de C:N en
residuales porcinos es de 9 a 3; en vacunos de 10 a 20; en gallinas de 5 a 8;
para humanos es de 8 y para residuos vegetales es de 35. La relación óptima
se considera en un rango de 30:1 hasta 10:1, una relación menor de 8:1 inhibe
la actividad bacteriana debido a la formación de un excesivo contenido de
amonio
d) Toxicidad
Montes, M (2008), los compuestos tóxicos incluso en bajas
concentraciones, afectan la digestión y disminuyen los niveles de metabolismo.
Las bacterias metanogénicas son generalmente las más sensibles, aunque
todos los grupos pueden ser afectados.
Un nutriente esencial también puede ser tóxico si su concentración es
muy alta. En el caso del nitrógeno, mantener un nivel óptimo para garantizar un
buen funcionamiento sin efectos tóxicos es particularmente importante.
Se debe tener precaución para evitar la entrada al digestor de ciertos
iones metálicos, sales, bactericidas y sustancias químicas sintéticas Yongfu
(1989). Rodríguez (1996) ha reportado la reducción de gas cuando son
utilizadas excretas de animales tratados con antibióticos.

66
e) Nivel de carga
Este parámetro es calculado como la materia seca total (MS) o materia
orgánica (MO) que es cargada o vertida diariamente por metro cúbico de
volumen de digestor. La MO o sólidos volátiles (SV) se refiere a la parte de la
MS o sólidos totales (TS), que se volatilizan durante la incineración a
temperaturas superiores a 500 C. Los SV contienen componentes orgánicos,
los deben ser convertidos a metano. Los residuales de animales pueden
tener un contenido de MS mayor del 10 %, según los requerimientos
operacionales para un reactor anaerobio, en la mayoría de los casos (Loher
1974).
La eficiencia de la producción de biogás se determina generalmente
expresando el volumen de biogás producido por unidad de peso de MS o SV.
La fermentación de biogás requiere un cierto rango de concentración de MS
que es muy amplio, usualmente desde 1% al 30%. La concentración óptima
depende de la temperatura. En China, la concentración óptima es del 6% en el
verano a temperaturas entre 25-270C y entre 10 y 12 % en la primavera a
temperaturas de 18-23ºC. Yongfu (1989).
f) Tiempo de retención
Existen dos parámetros para identificar el tiempo de retención de las
sustancias en el digestor:
1. El tiempo de retención de los sólidos biológicos (TRSB) que se determinan
dividiendo la cantidad de MO o SV que entra al digestor entre la cantidad de
MO que sale del sistema cada día. El TRSB es asumido para representar la
media del tiempo de retención de los microorganismos en el digestor.
2. El tiempo de retención hidráulico (TRH) es el volumen del digestor (VD) entre
la media de la carga diaria.

67
Estos parámetros son importantes para los digestores avanzados de alto
nivel, los cuales han alcanzado un control independiente del TRSB y del TRH a
través de la retención de la biomasa. La medición del TRH es más fácil y más
práctica que el TRSB al nivel de las granjas.
g) Forma de los tanques
Los tanques de digestión anaerobia pueden ser cilíndricos,
rectangulares o con forma de huevo. La implantación de tanques ovalados ha
ido creciendo en los últimos años en Estados Unidos y en México mientras
que su uso es muy común en Europa. El objetivo de los tanques ovalados, es
eliminar la necesidad de limpiar los tanques. En la parte inferior del tanque,
las paredes forman un cono de inclinación suficientemente pronunciada para
evitar la acumulación de arenas. Otras ventajas son el mejor mezclado y
control de la etapa de espumas, y las menores necesidades de superficies.
Se pueden construir de acero o de hormigón armado. Noyola, A y Monroy, O
(1994)
h) Gas producido
Para Noyola, A y Monroy, O (1994) la composición volumétrica del gas
generado en la digestión anaerobia del lodo de aguas residuales contiene 65
– 75% metano (CH4), 25-30% dióxido de carbono (CO2), y muy pequeñas
cantidades de nitrógeno, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y algunos otros
gases.
Un metro cúbico de metano, tiene un poder calorífico de 35,800 KJ/m3.
Como se mencionó anteriormente del gas suele tener un 65% de metano por
lo que el poder calorífico del gas de digestión es de 22,400 KJ/m3.
Comparado con el gas natural, el cual tiene un poder calorífico de 37,300

68
KJ/m3, su poder calorífico es considerable. El gas de digestión se puede
emplear como combustible para calderas y motores de combustión internos
que, a su vez, se pueden utilizar para el bombeo de agua residual,
generación de electricidad y funcionamiento de soplantes.
La digestión aerobia se emplea generalmente en plantas de tratamiento
con capacidad inferior a 20,00 m3/día sin embargo, en algunas ocasiones se
ha empleado en plantas de gran capacidad.
Las ventajas principales de este proceso, comparado con la digestión
aerobia son:
- Se consiguen menores concentraciones de DBO (demanda biológica de
oxigeno) en el liquido sobrenadante
- Puede requerir menores costos iníciales
- La digestión anaerobia también es muy delicada en cuanto operación se
refiere.
Tabla 6
Resultados obtenidos de la producción de gas a 35°C en un reactor U.A.S.B
Producción de gas
1 𝑓𝑡3 𝑑𝑖𝑎⁄ 23
1 𝑓𝑡3 𝑚3⁄ 39
1𝑓𝑡3 𝐾𝑔⁄ 𝐷𝑄𝑂 118
Fuente: Fernández A, 1995
Espesado (concentración)
Según Noyola, A y Monroy, O (1994), el espesado es un procedimiento
que se emplea para aumentar la fracción sólida del lodo de desecho
mediante la reducción de la fracción liquida del mismo. Por ejemplo, si un

69
lodo activado que normalmente se bombea desde los tanques de
sedimentación secundaria con un contenido de sólidos del 0,8% se pudiera
espesar hasta un contenido de sólidos del 4% por lo tanto se conseguirá
reducir el volumen de lodo a quinta parte.
La reducción del volumen de lodo es muy beneficiosa para los procesos
de tratamiento subsecuentes tanto por la capacidad de los tanques y equipos
necesarios como por la cantidad de reactivos químicos necesarios para el
acondicionamiento del lodo, y por la cantidad de calor necesaria para los
digestores, la reducción del volumen permite reducir tamaños de tuberías,
bombas y tanques digestores.
El espesado se suele llevar a cabo mediante procedimientos físicos, y
los más utilizados son:
- El espesado por gravedad o sedimentación: según Montes, M (2008) se
lleva a cabo en un tanque de diseño similar al de un tanque de
sedimentación convencional. Generalmente se utilizan tanques circulares. El
lodo diluido se conduce a una cámara de alimentación central. El lodo
alimentado sedimenta y compacta, y el lodo espesado se extrae por la parte
inferior del tanque. El lodo espesado que se recoge en el fondo del tanque se
bombea a los digestores, mientras que el sobrenadante que se origina, se
retorna al sedimentador primario. El espesado por gravedad resulta más
efectivo en el tratamiento del lodo primario.
La centrifugación, se utiliza tanto para espesar lodos como para
deshidratarlos. Su aplicación para el espesado se limita al espesado se limita
al espesado de lodos activados. Este proceso implica la sedimentación de las
partículas de lodo bajo la influencia de fuerzas centrifugas. Existen dos
principales tipos de espesado por centrifugación, la da camisa maciza y la de
cesta.
Existen algunas variantes en el proceso, aunque la flotación por aire
disuelto es la más y utilizada. En este proceso, se introduce aire en una
solución que se mantiene a una presión determinada. Cuando se

70
despresuriza la solución, el aire disuelto se libera en forma de burbujas
finamente divididas que arrastran el lodo hasta la superficie, en donde es
recogido con un desnatador. Este proceso resulta muy efectivo para el
tratamiento biológico en suspensión, por ejemplo para lodos activados,
aunque también puede ser empleado para el tratamiento de otros lodos.
Por otro lado la desinfección del lodo ha adquirido mucha importancia
como proceso adicional debido a las restrictivas normas aplicables a la
reutilización del lodo y a su aplicación al suelo. En la aplicación del lodo al
suelo, la protección de la salud pública obliga a controlar el posible contacto
con organismos patógenos.
Existen muchos medios para conseguir la eliminación de los patógenos
presentes en los lodos líquidos y deshidratados. Algunos procesos de
estabilización, como la digestión anaerobia y digestión aerobia, no
desinfectan el lodo, pero permiten reducir considerablemente la presencia de
organismos patógenos. Los métodos más adecuados para la desinfección de
líquidos procedentes, tanto de la digestión aerobia como de la anaerobia, son
la pasterización y el almacenamiento a largo plazo.
El almacenamiento a largo plazo consiste en que el lodo liquido digerido
se suele almacenar en lagunas excavadas en el suelo, lo cual requiere
dispones de un terreno suficiente. En los sistemas de aplicación al suelo, el
almacenamiento suele ser necesario para retener el lodo durante los
periodos en los que no se puede aplicar al terreno debido a las condiciones
climáticas. El lodo almacenado en las lagunas aumenta su concentración y
sufre un proceso de estabilización adicional debido a la continua actividad de
las bacterias anaerobias. Los tiempos de retención típicos varían entre 60
días a 20ºC y 120 días a 4ºC.

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