Este documento trata sobre el manejo integral de residuos sólidos a través de la digestión anaeróbica o biodigestión para producir biogás. Explica que la biodigestión es una herramienta efectiva para el manejo de desechos orgánicos y la producción de energía renovable como el metano. También describe los tipos de biodigestores, el proceso de fermentación anaerobia en cuatro etapas, y los factores que influyen en el funcionamiento de un biodigestor. Finalmente, señala algunos problemas ambientales generados por esta te

1. Manejo Integral de Residuos Solidos
Doctor:
Jorge William Arboleda
Maestrante: Yury Barrera
Maestría en Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente
Universidad de Manizales
Modulo: Manejo Integral de Residuos Solidos
2016

2. Introducción
En el sector agropecuario de nuestro país, existen una cantidad de unidades productivas, que
generan diversos residuos orgánicos, los cuales son considerados como un problema de salud
pública y contaminación ambiental. Con el desarrollo de tecnologías renovables, el particular
el aprovechamiento del biogás, se abre una oportunidad para que estos desechos sean
utilizados en la producción de energía calórica.
La digestión anaeróbica o biodigestión, es considerada una herramienta efectiva en el manejo
de desechos orgánicos y en la producción de CH4, como fuente de energía renovable. El
surgimiento de la tecnología de biodigestores ha venido a proporcionar grandes beneficios
para el sector agropecuario, ya que permite disminuir la contaminación generada por estos
sistemas, darles un aprovechamiento a los desechos orgánicos y producir un gas combustible
(biogás). Según Chará (2002), un biodigestor es, en términos generales, un compartimiento
hermético en el cual se fermenta la materia orgánica en ausencia de oxígeno (anaeróbico).
Como fruto de este proceso se genera un gas con un contenido relativamente alto en CH4 y
el restante en forma de CO2 y otros gases.
Una planta de biogás o biodigestor de polietileno es una alternativa para la producción de
biogás a bajo costo, una tecnología que ofrece beneficios directos y funcionales. De acuerdo
a Aguilar y Botero (2006) como beneficios directos, se han identificado el reemplazo de los
combustibles fósiles, debido a la producción de y disminución en el uso de fertilizantes
sintéticos, por el contenido de nutrientes del material digerido, así como la descontaminación
de aguas residuales que ingresan a este sistema.
Esta tecnología se presenta como una posibilidad para solucionar a la problemática de manejo
y disposición final de los residuos de tipo orgánico y a la vez ofrece una alternativa de
generación de gas de manera natural. Es indispensable tomar en cuenta que no hay una única
solución y que esta dependerá de las circunstancias específicas de cada sistema. Haciendo
una apropiada valoración del sistema, la energía eléctrica generada a partir del biogás, podría
disminuir el consumo de electricidad producida de manera convencional, mayor

3. accesibilidad al servicio, calidad de vida y desarrollo, promoción y aceptación de una
tecnología viable, menor impacto ambiental y estabilización del costo al recurso.
Estado y oferta tecnológica
En el ámbito mundial, cada vez con más frecuencia, el biogás obtenido de forma natural o
bien en plantas de tratamientos de agua y residuos está siendo utilizado como alternativa a
otras fuentes de energía y calor.
En países como el Reino Unido y España, entre otros, existen empresas exclusivamente
dedicadas a la generación de energía a partir de residuos, especializadas en procesos que
adicionalmente realizan el secado de lodos de tratamiento, purines y gallináceas, cítricos y
en general residuos con alta humedad.
Existen programas para la producción de biogás en el Reino Unido, Dinamarca, Francia,
Finlandia, Austria, Haití, la India, Nepal y otros. En Amiens (Francia), una planta trata 72000
toneladas al año de RSM
Otra situada cerca de Grenoble procesa 8000 toneladas al año. Algunas ONG en colaboración
con la fundación canadiense Hunger han promovido la instalación de más de 2000 plantas de
producción de biogás en la india.
En el país no se tienen experiencias en el desarrollo de este tipo de alternativas, ni
instituciones conocidas que formulen propuestas para el desarrollo. Sin embargo, se
recomienda estudiar la posibilidad de implantación, dentro del análisis de alternativas, en un
estudio de factibilidad para poblaciones mayores de 60.000 habitantes debido a la
complejidad del proceso y a la utilización de personal especializado.

4. Biogeneración
Alternativa para el tratamiento de los residuos sólidos orgánicos, en la que se combinan
procesos aeróbicos (que funcionan con oxígeno) y anaeróbicos (sin presencia de oxígeno), y
se obtienen productos como abono agrícola (compost) y gas biológico (60% metano, 40%
anhídrido carbónico), que puede ser utilizado como combustible.
El gas biológico (biogás), puede emplearse para producir energía térmica, eléctrica o en
sistemas de cogeneración. El metano tiene un poder calorífico cercano a las 5.500 kcal/M3.
Descripción del proceso
Una forma inmediata de aprovechar el recurso biomásico, es a partir de la fermentación
anaeróbica, proceso denominado digestión anaeróbica, en el cual se convierte la compleja
materia orgánica en metano (CH4) y otros gases, y cuya producción depende de la cantidad
y del tipo de materia adicionada al sistema, así como las condiciones psicométricas del aire
en el interior del sistema; se ha podido establecer que usando materia altamente
biodegradable se obtiene 0.5 m3 de gas por Kg de masa, con un 70% de Metano (Guzmán
2008).
Las bacterias fermentan el material orgánico en ausencia de aire (es decir, fermentación
anaeróbica) y producen biogás; este material de fermentación está constituido por sustancias
sólidas orgánicas, inorgánicas y agua (el cual incrementa la fluidez del material de
fermentación, característica importante para el funcionamiento de una planta de biogás), y su
componente inorgánico no sufre modificación alguna durante el proceso de fermentación
[Guevara 1996].
El biogás que generalmente se produce, es un gas incoloro, inflamable, y contiene 60% de
metano y 40% de dióxido de carbono, con aportes menores de Nitrógeno, Hidrógeno, y gas
sulfhídrico; su poder calorífico es de 4400 Kcal/m3 (Guzmán 2008).

5. El proceso de fermentación se compone de tres fases principales [Guevara 1996; Ramón et
al. 2006]: una primera fase, de hidrólisis, donde las bacterias fermentativas o acidogénicas
hidrolizan los
Diversos factores influyen en el funcionamiento del biodigestor, los cuales son descritos a
continuación (Guevara 1996; Hilbert 2003):
Temperatura y tiempo de retención: el rango de temperatura y el periodo de retención
dentro del biodigestor, clasifican la fermentación de la siguiente manera (Alcayaga et al.
1999):
Relación C/N: Los materiales de fermentación están compuestos en su mayor parte por
carbono (C) y también contienen nitrógeno (N), entonces se establece la relación entre ellos
(C/N), la cual influye sobre la producción de gas (Alcayaga et al. 1999).
PH: Está en función de la concentración de CO2 en el gas, de la concentración de ácidos
volátiles y de la propia alcalinidad de la materia prima. Las bacterias responsables del
mecanismo de producción de biogás son altamente sensibles a cambios en el pH, oscilando
entre 6 y 8 (es deseable un valor entre 7 y 7.2.
Contenido de agua de la mezcla: Las bacterias y otros microorganismos no pueden
funcionar efectivamente cuando el contenido de agua de la mezcla es demasiado bajo, y la
cantidad de biogás producido será pequeña (Álvarez et al.,). Cuando la mezcla es demasiado
diluida, se puede digerir relativamente poca materia orgánica y la producción del biogás es
limitada. El uso primordialmente de excreta humana y orines, estiércol, y desechos de
agricultura, como alimento para el digestor, deberá conllevar a una razón de biomasa a agua
entre 1:1 y 1:2; y por cada 100 Kg de heces y orina, se requerirán entre 100 y 200 litros de
agua (Álvarez et al., sf). Cuando el material de alimento consta principalmente de residuos
vegetales, se requiere más agua, en una razón de 1:3 o 1: 4 [Álvarez et al., sf]. La actividad
de mezclar, debe realizarse en forma adecuada y uniforme.

6. Descripción y diseño del proceso
El tratamiento anaerobio es un proceso microbiológico en ausencia de oxígeno, en el que la
materia orgánica se transforma por acción de microorganismos en biogás y bioabono; en él
se implica la realización de una serie de reacciones bioquímicas donde participan
microorganismos, de los cuales una parte son oxidados completamente por el carbono
formando anhídrido carbónico, mientras otra es reducida en alto grado para formar 9 metano
(Guevara 1996). El proceso anaeróbico ocurre en cuatro etapas (Vargas 1992; Guevara 1996;
Hilbert 2003), hidrólisis, acidogénesis, acetanogénesis, y metanogénesis, las cuales son
descritas a continuación (Ramón et al. 2006)
Hidrólisis: En esta etapa, los substratos complejos (celulosa, proteína, lípidos) son
hidrolizados en compuestos solubles (azúcares, aminoácidos y grasas) por la acción de
enzimas extracelulares de las bacterias.
Acidogénesis: En esta etapa, los compuestos solubles son fermentados a ácidos grasos
volátiles (acético, propiónico, butírico), alcoholes hidrogeno y CO2. Esta etapa se conoce
también como fermentativa. Es decir, es un periodo de producción intensiva de ácidos, que
se inicia con los alimentos y compuestos de más fácil descomposición, como las grasas,
donde hay una alta producción de dióxido de carbono (CO2), ácido sulfhídrico (H2S), ácidos
orgánicos y bicarbonatos; su pH se encuentra en la zona ácida, con valores entre 5.1 y 6.8

7. Acetanogénesis: Esta etapa ocurre cuando las bacterias acetogénicas oxidan el ácido
propiónico y el butírico hasta acético e hidrógeno, que son los verdaderos substratos
metanogénicos. Es decir, es un periodo donde se producen ataques a los ácidos orgánicos y
compuestos nitrosos, en pequeñas cantidades hay producción de dióxido de carbono (CO2),
nitrógeno e hidrógeno, bicarbonatos y de compuestos amoniacales; se caracteriza por
presentar mal olor debido a la presencia de ácido sulfhídrico (H2S), flotación de gran parte
de sus sólidos, y un pH aún en la zona ácida con valores entre 6.6 y 6.8 [Guevara 1996].
Metanogénesis: En esta etapa, los últimos compuestos son tomados dentro de las células
bacteriales metanogénicas convirtiéndolos en metano y excretándolo fuera de la célula. Este
es un periodo de digestión intensiva, de carácter de fermentación alcalina, en el cual hay una
digestión de las materias resistentes, de las proteínas, de los aminoácidos, y de la celulosa;
se caracteriza por la producción de sales de ácidos orgánicos y volúmenes de gas, en una
mezcla donde hay un alto porcentaje de metano, y el resto corresponde a dióxido de carbono
(CO2) y nitrógeno.
Los biodigestores conocidos también como plantas (productoras o de producción) de biogás,
son recintos o tanques cerrados donde la materia orgánica y el agua residual permanecen un
periodo de tiempo para lograr su descomposición produciendo biogás y biobano.

8. Los biodigestores o plantas de biogás sencillos se clasifican en tres tipos principales,
descritos a continuación [Hilbert 2003; Ramón et al. 2006]: •
La planta con cúpula o campana flotante: La planta de campana flotante, mostrada
esquemáticamente en la figura 4 [Robles-Gil 2001; Olaya 2006], se compone de un digestor
construido en mampostería o estructura de concreto y un depósito de gas móvil en forma de
campana, la cual puede flotar directamente en la masa de fermentación o en un anillo de agua,
dependiendo de la producción de biogás. La campana debe tener una guía que permita el
movimiento vertical, cuya altura dependerá del volumen de gas almacenado [Vargas 1992].
La planta con cúpula o campana fija: Mostrada esquemáticamente en la figura 5 [Robles-
Gil 2001; Olaya 2006], se compone de un digestor construido en mampostería y un domo
fijo e inmóvil cerrado donde se almacena el biogás. Durante la producción de biogás, la masa
de fermentación es desplazada hacia el tanque de compensación y cuando se extrae el gas, la
masa líquida vuelve hacia el biodigestor. A través de constantes oscilaciones de la masa de
fermentación en la parte superior de la cúpula se evita la formación de capa flotante [Vargas
1992].
La planta balón o biodigestor tubular: La planta de balón se compone de un tubular en
material plástico (polietileno, PVC, plastilona, entre otros, y una combinación de éstos)
completamente sellado, la entrada y la salida están sujetas directamente a las paredes de la
planta [Botero & Preston 1986; Pedraza et al. 2002]. La figura 6 [Soria et al. 2001; Aguilar
& Botero 2006; Olaya 2006], muestra
un esquema de esta tipología. La parte inferior de la planta, en un 75% del volumen constituye
la masa de fermentación, y en la parte superior, el 25% restante, se almacena el biogás. Este
tipo de planta se recomienda para aquellos sitios donde predominan las temperaturas altas y
constantes [Vargas 1992; Pedraza et al. 2002].

9. .En términos generales, un sistema de biogeneración, consta de las etapas que se describen
en la siguiente figura.
Problemas ambientales generados a partir de la aplicación de la tecnología
El largo período del proceso de tratamientos de los residuos limita la capacidad de
tratamiento de las plantas.
Por estar limitado a los residuos orgánicos y similares, hace necesaria la separación previa
de los demás residuos domésticos, y requiere un sistema de transporte independiente.
Aplicable específicamente a los residuos orgánicos y similares. La calidad de los productos
resultantes puede ser de excelentes características, en la medida en que se asegure una mejor
selección del material orgánico.
En caso de mal manejo de la tecnología puede generar malos olores y emisiones de gases,
causante de impactos ambientales asociados.
Se requiere de suficiente capacidad instalada y de altos costos.