2. Índice
¿Qué es un digestor?
Tipos de Digestores
¿Qué sucede dentro del
digestor?
¿Qué es el Biogás?
Usos del Biogás
Conclusión
Bibliografía
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3. La valorización energética de los residuos orgánicos en una planta
de biogás es posible gracias a la tecnología de los digestores.
Un digestor es el contenedor hermético (reactor) donde se
depositan los residuos orgánicos de origen animal o vegetal, y
propiciar las condiciones adecuadas para que tenga lugar el
proceso de digestión anaerobia que generará el biogás y los
digestatos (fertilizantes orgánicos).
El hecho de que se trate de un contenedor hermético es clave para
evitar el escape del biogás que se genera, y por tanto evitar las
emisiones de metano a la atmósfera, así como para poder
garantizar las condiciones anaerobias (en ausencia de oxígeno) del
proceso.
Los diseños de estos digestores pueden clasificarse en función de
su capacidad para mantener altas concentraciones de los
microorganismos necesarios para la digestión anaerobia, siguiendo
diferentes métodos.
En cualquier caso, se trata de una tecnología ecológica que permite
la obtención de energía renovable mediante procesos químicos
naturales.
¿Qué es un digestor?
4. Tipos de Digestores
A la hora de determinar qué tipo de digestor se necesita, hay que
tener en cuenta el origen del residuo orgánico que se va a procesar
y las condiciones que son necesarias.
Los tipos de digestores más simples y utilizados son los de mezcla
completa.
Se trata de reactores circulares cerrados, que pueden ser de acero u
hormigón armado, en los que el sustrato es mezclado
regularmente mediante agitadores.
Estos digestores se caracterizan por necesitar que se les añada
carga de forma periódica, que se mezcla con el contenido ya
existente. Esta mezcla hace que parte del material salga en el
efluente sin haberse degradado completamente.
Los residuos para los que se usan estos digestores de mezcla
completa son aquellos que pueden ser bombeables, con
contenidos de sólidos medio-bajos a bajos (purines, restos de pulpa,
aguas residuales, etc).
5. Digestores horizontales o de desplazamiento
Generalmente se construyen enterrados, son poco profundos y
alargados, asemejando un canal. Utilizan el sistema de operación
semi-continuo, entrando la carga por un lado y saliendo el lodo por
el otro extremo de tal forma que la biomasa pasa el tiempo de
retención hidráulico al tiempo que avanza en la carrera del tanque.
Digestores de régimen semi-continuo
Se utilizan generalmente en áreas rurales y en pequeñas granjas
agrícolas. Son sistemas de uso doméstico. Se cargan por gravedad
una vez al día con volúmenes de mezcla que dependen del tiempo
de retención. Producen una cantidad de biogás y fertilizante
constante durante todo el día.
Digestores de régimen continuo
Este tipo de digestor se desarrolló principalmente para el
tratamiento de aguas residuales y en la actualidad su uso se ha
extendido al manejo de todo tipo de sustratos. Se les utiliza para
plantas de biogás para la producción de energía eléctrica. Son
digestores de gran tamaño en los que se emplean equipos
comerciales para su alimentación, para la agitación y control. Este
tipo de digestor es el más utilizado en Europa y en plantas
industriales en Latinoamérica. Éstas, se cargan diariamente en
forma periódica, la biomasa debe ser fluida y homogénea y se
pueden automatizar con facilidad.
6. Este tipo de digestor permite controlar la digestión, con el grado de
precisión que se quiera. Permite corregir cualquier anomalía que se
presente en el proceso, en cuanto es detectada. Permite manejar
las variables relacionadas, carga orgánica volumétrica, tiempo de
retención y temperatura, a largos periodos. La tarea de “puesta en
marcha” sólo se vuelve a repetir cuando hay que vaciarlo por
razones de mantenimiento. Las operaciones de carga y descarga de
biomasa y fertilizante no requieren ninguna operación especial.
Digestores completamente mezclados
A diferencia de los anteriores, estos sistemas requieren menores
tiempos de retención (10 a 30 días). Son aplicados a residuos con
alto porcentaje de sólidos totales, a fin de lograr un mayor contacto
entre la población microbiana y el sustrato en cuestión. Las
principales desventajas de estos digestores la constituyen las bajas
velocidades de carga con que pueden ser operados, los
relativamente altos tiempos de retención requeridos, unidos con la
complejidad del sistema de mezclado, sobre todo en su
construcción y mantenimiento. Este tipo de digestores se les
construye en acero u hormigón. Son mezclados por agitadores y
trabajan en rangos de temperatura mesofílica y termofílica, así se
utilizan muy eficientemente para degradar desechos sólidos.
Tienen altos costos de construcción y operación pero un elevado
rendimiento de metano. La mayoría de las plantas industriales para
la producción de biogás que se construyen en Europa se basan en
este sistema.
7. Digestores de dos etapas
Existen múltiples combinaciones de digestores de dos etapas. La
concentración de estos sistemas está basada en el hecho de que
varios grupos de bacterias involucradas en el proceso de
descomposición de la materia orgánica compleja requieren de
diferentes condiciones de pH y tiempo de retención para su óptimo
crecimiento. En estos sistemas, en el primer digestor ocurre la
hidrólisis y acidogénesis de la materia orgánica compleja, mientras
que en el segundo se realizan la acetogénesis y metanogénesis del
material acidificado. Como desventaja de este sistema son los
largos tiempos de retención hidráulicos, requeridos en la primera
fase del tratamiento y las bajas eficiencias de conversión.
Digestión seca
Este tipo de digestión es referida al proceso de degradación de
residuos orgánicos de sólidos totales del orden del 20% o
superiores. La definición “seca” no es técnicamente muy clara ya
que siempre se utiliza un medio acuoso para el tratamiento
anaerobio. Las principales ventajas de este sistema son los bajos
consumos de agua. Solamente se requiere una mínima cantidad de
agua para llevar a cabo el proceso. El volumen del digestor es
relativamente pequeño, debido a una alta densidad de la materia
orgánica con la que es operado. Los requerimientos energéticos,
con el fin de mantener una temperatura controlada del sistema son
bajos (producción endógena).
8. Al depositar los residuos orgánicos en el interior del digestor se
inicia el proceso de digestión anaerobia controlada o
biometanización.
Este proceso implica la transformación de la biomasa en ausencia
de oxígeno, obteniendo compuestos volátiles como el metano
(CH4), el dióxido de carbono (CO2), el amoniaco (NH3), el sulfuro de
hidrógeno (H2S), el nitrógeno (N2) y otros gases menores.
En la primera fase de la biometanización, la materia orgánica,
mantenida en medio acuoso y temperaturas de entre 25-35ºC es
degradada por microorganismos aeróbicos, consumiéndose el
oxígeno que pueda existir en el medio.
Tras esto, y sin ya oxígeno en el medio, las condiciones permiten el
desarrollo de los microorganismos anaerobios, que continúan el
proceso de degradación de la materia orgánica.
La segunda fase de la biometanización puede iniciarse a los 5 días
de la incorporación de los residuos en el digestor y necesitar hasta
20 días para finalizar el proceso.
La presión del biogás generado se controla mediante una válvula y
el biogás se va extrayendo a través de un tubo de plástico o cobre.
Otros elementos con los que cuenta un digestor son un filtro para
eliminar el sulfuro de hidrógeno (H2S) que se produce durante el
proceso y que resulta corrosivo, y un recipiente para la recogida del
agua y los digestatos.
¿Qué sucede dentro del digestor?
9. ¿Qué es el Biogás?
50-70% de metano (CH4).
30-40% de anhídrido carbónico (CO2).
≤ 5% de hidrógeno (H2), ácido sulfhídrico (H2S), y otros gases.
El biogás es el producto gaseoso de la digestión anaerobia de
compuestos orgánicos. Su composición, que depende del sustrato
digerido y del tipo de tecnología utilizada, puede ser la siguiente:
Debido a su alto contenido en metano, tiene un poder calorífico
algo mayor que la mitad del poder calorífico del gas natural. Un
biogás con un contenido en metano del 60% tiene un poder
calorífico de unas 5.500 kcal/Nm3 (6,4 kWh/Nm3). Es decir, salvo por
el contenido en H2S, es un combustible ideal, con unas
equivalencias que se muestran en la siguiente figura:
10. Usos del Biogás
En una caldera para generación de calor o electricidad.
En motores o turbinas para generar electricidad.
En pilas de combustible, previa realización de una limpieza de
H2S y otros contaminantes de las membranas.
Purificarlo y añadir los aditivos necesarios para introducirlo en
una red de transporte de gas natural.
Uso como material base para la síntesis de productos de
elevado valor añadido como es el metanol o el gas natural
licuado.
Combustible de automoción.
El biogás producido en procesos de digestión anaerobia puede
tener diferentes usos:
El biogás, además de metano tiene otra serie de compuestos que
se comportan como impurezas: agua, sulfuro de hidrógeno,
monóxido de carbono y compuestos orgánicos volátiles como
hidrocarburos halogenados, siloxanos, etc. Por tanto, es necesaria la
limpieza del combustible, dependiendo del uso final.
11. Conclusión
En base a esta investigación se puede decir que su importancia
radica en el aprovechamiento de los desperdicios para producir
energía renovable y de bajo costo. El fertilizante que se produce es
excelente y tal vez más fácil de aprovechar que el gas.