Giuliano david bozzo moncada nº 4 digestion anaerob

2. Dentro del proceso de una planta de tratamiento un parámetro importante es la estabilización de
los lodos, el objetivo principal es reducir los microorganismos patógenos, eliminar los olores
desagradables y eliminar la capacidad de putrefacción.
Entre los procesos para estabilizar lodos tenemos:
Digestión aeróbica
Digestión anaeróbica
Estabilización química
Acondicionamiento químico
Acondicionamiento térmico

3. Consiste en la degradación biológica de la materia orgánica presente en el agua residual gracias a
la actividad microbiológica en condiciones aerobias.
Los lodos en el reactor deben mantenerse en concentraciones cercanas a 25 g/l y la reducción de
la materia volátil debe ser como mínimo del 40%.
En este tipo de digestión hay que tener en cuenta la cantidad de oxígeno que tenemos que
suministrar al digestor, ya que la cantidad de oxigeno consumida determina la cantidad de sólidos
volátiles destruidos.
Este método permite una importante reducción de sólidos volátiles (reducción menor que la
digestión anaerobia).
El inconveniente que presenta es que es un método muy costoso.
Los factores que afectan a este proceso son:
Tiempo de retención
Relación tiempo de retención-reducción de volátiles
Temperatura: El rendimiento en la reducción de los sólidos volátiles disminuye con las bajas temperaturas.
Necesidades de oxígeno y de mezcla: La cantidad de oxigeno que tenemos que suministrar se determina
en función de los sólidos volátiles destruidos.

4. Oxidación con cloro
Es la oxidación química del fango mediante la aplicación de una dosis elevada de cloro. Se realizan
en reactores cerrados y necesita un periodo de retención bastante corto.
Estabilización con cal
Se añade cal al lodo en dosis tales para mantener el pH 12 durante el tiempo suficiente como para
asegurar la eliminación o reducción de organismos patógenos presentes en los fangos.
Este tipo de estabilización se suele usar:
Como sistema complementario de estabilización durante los periodos en que las instalaciones de
otros sistemas (como la digestión o la incineración) están fuera de servicio.
Como sistema complementario a los procesos de digestión cuando hay una cantidad de fangos
mayor a la cantidad prevista en el diseño de las instalaciones.
- En plantas de pequeño tamaño donde una inversión y la consiguiente explotación de las
instalaciones de otro sistema de estabilización no resulten rentables.

5. Se utiliza para la coagulación de la materia sólida a la vez que se libera mucha agua de los lodos.
Los productos más utilizados en el acondicionamiento químico son:
los polielectrolitos,
cloruro férrico,
cal,
sulfato de alúmina,
entre otros.
Se trata de un calentamiento de los lodos a una temperatura de 160-210 ºC, produciéndose el
cambio de estructura de los lodos con una gran cantidad de materia orgánica.

6. A digestión anaerobia es uno de los procesos mas antiguos empleados en la estabilización de los
lodos. En este proceso se propicia la degradación de la materia orgánica contenida en la ausencia
de oxigeno molecular.
Las reacciones que se producen en esta degradación liberan energía, además de liberar al medio
metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
Este proceso biológico natural es realizado por grupos o comunidades de bacterias en reactores
cerrados.
Esta conversión biológica del sustrato complejo, en el que se encuentra materia orgánica en
suspensión o disuelta, se realiza a través de una serie de reacciones bioquímicas que transcurren
tanto consecutiva como simultáneamente, y cuyo proceso podemos dividir en tres etapas:
 hidrólisis
 fermentación acetogénica
 metanogénica
El gas producido puede ser recogido y utilizado como combustible y el lodo final ya estabilizado,
puede ser deshidratado para ser dispuesto según normativa.

7. MO - compuestos orgánicos complejos
(carbohidratos, proteínas, lípidos)
Hidrólisis
Acidogénesis
acetato + H2 + CO2
CH4 + CO2
Acetogénesis
Metanogénesis
compuestos orgánicos simples
(azúcares, aminoácidos, etc.)
ácidos orgánicos
(acetato, propianato, butirato, etc.)
H2S + CO2
DIGESTION ANAEROBIA

9. 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 acabo en un reactor completamente cerrado. Los lodos se introducen en el
reactor de forma continua o intermitente, y permanecen dentro de estos estanques durante
periodos de tiempo considerables. El lodo estabilizado que se extrae del proceso tienen un bajo
contenido de materia orgánica y de microorganismos patógenos vivo.
Microbiología del proceso
La conversión 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, proceso denominado Hidrólisis.
El segundo paso llamado Acidogénesis se refiere a la conversión 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 de los compuestos
intermedios en productos finales mas simples por acción de las bacterias, principalmente
metano entre un 60 a 70 %, la proporción de dióxido de carbono es de un 30 a 40% y muy
pequeñas cantidades de nitrógeno, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y algunos otros gases

11. La hidrólisis de la materia orgánica a compuestos solubles o monómeros es el paso inicial para la degradación
anaerobia de sustratos orgánicos complejos, ya que los microorganismos únicamente pueden utilizar materia
orgánica soluble que pueda atravesar sus pared celular. Por lo tanto, es el proceso de hidrólisis el que proporciona
sustratos orgánicos para la digestión anaeróbica.
La hidrólisis de las moléculas complejas se lleva a cabo por la acción de enzimas extracelulares producidas por lo
microorganismos hidroliticos.
La hidrólisis depende:
 de la temperatura del proceso
 de tiempo de retención hidráulico,
de la composición del sustrato (% de lignina, carbohidratos, proteínas y grasas),
del tamaño de partículas,
del pH,
de la concentración de NH4
+
de la concentración de los productos de la hidrólisis.
Cualquier sustrato se compone de tres tipos de macromoléculas:
Hidratos de carbono,
Proteínas,
Lípidos.

12. Las proteínas constituyen un sustrato muy importante en el proceso de digestión anaeróbica ya
que además de ser fuente de carbono y energía, los aminoácidos derivados de sus hidrólisis
tienen un elevado valor nutricional. Las proteínas son hidrolizadas en péptidos y aminoácidos por
la acción de las enzimas proteolíticas llamadas proteasas.
Parte de estos aminoácidos son utilizados directamente en la síntesis de nuevo material celular y
el resto son degradados a ácidos grasos volátiles, dióxido de carbono, hidrogeno, amonio y sulfuro
en posteriores etapas del procesos.

13. En la degradación de los Lípidos en ambientes anaeróbicos comienza con la ruptura de las grasa
por la acción de enzimas hidroliticos denominadas lipasas produciendo ácidos grasos de cadena
larga y glicerol.
Glicerol
Acido propiónico

14. La velocidad de degradación de los hidratos de carbono como por ejemplo materiales
lignocelulósicos (principalmente lignina, celulosa, y hemicelulosa), es tan lenta que suele ser la
etapa limitante del proceso de hidrólisis y por tanto, de la degradación anaeróbica de determinados
sustratos. Los principales productos de la hidrólisis de la celulosa son celobiasa y glucosa,
mientras que la hemicelulosa produce pentosas, hexosas y ácidos úronicos.
Celulosa
Glucosa

15. Durante esta etapa tiene lugar la fermentación de las moléculas orgánicas soluble en compuestos que puedan ser
utilizados directamente por las bacterias metanogénicas (acético, fórmico, H2) y, compuestos orgánicos mas
reducidos (propiónico, butírico, valérico, láctico y etanol principalmente) que tiene que ser oxidados por bacterias
acetogénica en la siguiente etapa del proceso.
Fermentación de Hidratos de carbono: la fermentación de los azucares se realiza por diversos tipos de
microorganismos y cada uno de ellos empleara una vía metabólica diferente.
Los principales microorganismos que están asociados a la degradación de la glucosa son los del tipo Clostridium
y convierten la glucosa en butírico, acético, CO2 y H2.
Fermentación de aminoácidos: los principales productos de la fermentación de los aminoácidos y otras moléculas
hidrogenadas son los ácidos de cadena corta, succínico, aminovalérico y H2. la fermentación de aminoácidos se
considera un proceso rápido, y en general no limita la velocidad de degradación de compuestos proteicos. Las
bacterias proteolíticas que se han identificado pertenecen al genero Clostridium, aunque también hay otras
especies como Peptococcus, y Bacteroides.
Oxidación anaeróbica de ácidos grasos de cadena larga: los ácidos grasos de cadena larga son oxidados por una
-Oxidación a ácidos grasos de cadena corta.
La -Oxidación es un ciclo en espiral que va liberando un acetil-CoA en cada bucle, produciendo, principalmente
acido acético.
En condiciones anaeróbicas este mecanismo es termodinámicamente desfavorable y muy dependiente de la
presión parcial de hidrogeno, por lo que es de gran importancia la acción simbiótica de los microorganismos
consumidores de hidrogeno para que se pueda producir.

16. Mientras que algunos productos de la fermentación pueden ser metabolizados directamente por microorganismos
metanogénicos (H2 y acético), otros (etanol, ácidos grasos volátiles como valeriato, butirato, propionato, etc y
algunos compuestos aromáticos) deben ser transformados en productos mas sencillos, acetato y H2, a través de
las bacterias acetogénicas. Representantes de estos microorganismos acetogénicos son Symtrophomonas
wolfei y Syntrophobacter woloni.
Desde el punto de vista termodinámico, estas reacciones no son aplicables porque en condiciones estándar (pH=7,
Tº= 25ºC, P= 1atm) presentan energías libres de reacción positivas, sin embargo, a presiones parciales de H2
bajas (del orden de 10-4 -10-5 atm), estas reacciones pasan a ser termodinámicamente favorables y la variación
de energía libre es suficiente para inhibir la síntesis de ATP y el crecimiento bacteriano. Por lo tanto el principal
inhibidor de la acetogénesis es la acumulación del hidrogeno molecular.

17. Los microorganismos metanogénicos completan el proceso de digestión anaeróbica mediante la formación de
metano a partir de sustratos monocarbonados o con dos átomos de carbonos unidos por un enlace covalente:
acetato, H2/CO2, formato, metano y algunas metilaminas. Los organismos metanogénicos se clasifican dentro del
dominio Archaea y tiene características comunes que los diferencian del resto de los procariotas. Un ejemplo es
que todos ellos poseen varias coenzimas especiales, siendo la coenzima M, la que participa en el paso final de la
formación de metano.
Se pueden establecer dos grandes grupos de microorganismos, en función del sustrato principal que metabolizan:
Hidrogenotróficos: consumen H2/CO2 y fórmico;
Acetoclásticos o acetotróficas: que consumen acetato, metanol y algunas aminas.
Se ha demostrado que el 70% del metano producido en los reactores anaeróbicos se forma a partir del acetato y
las especies acetotróficas encargadas corresponden a Methanosarcina y Methanothrix.a

18. AGV : se define como ACIDO GRASO VOLATIL
Un ÁCIDO GRASO es una biomolécula de naturaleza lipídica formada por una cadena hidrocarbonada lineal, de
diferente longitud o número de átomos de carbono
Cada átomo de carbono se une al siguiente y al precedente por medio de un enlace covalente sencillo o doble.
Aquellos ácidos grasos de cadena corta se conocen como los ácidos grasos volátiles.
En un análisis de AGV por CG, podemos encontrar los siguientes compuestos
Nombre trivial Nombre IUPAC Estructura
Número
lipídico
Acido Acético Acido Acético CH3COOH C2:0
Ácido propiónico Ácido propanoico CH3CH2COOH C3:0
Ácido butírico Ácido butanoico CH3(CH2)2COOH C4:0
Ácido valérico Ácido pentanoico CH3(CH2)3COOH C5:0
Ácido caproico Ácido hexanoico CH3(CH2)4COOH C6:0
Ácido enántico Ácido heptanoico CH3(CH2)5)COOH C7:0
Ácido caprílico Ácido octanoico CH3(CH2)6COOH C8:0
Ácidos Grasos Volátiles (de cadena a corta)

19. Durante la Digestión de aguas residuales complejas, la etapa de hidrólisis es a menudo el paso
limitante del proceso. Esta etapa puede definirse como la transformación de molécula de elevado
tamaño molecular a sus componentes, más sencillos para luego ingresar a las células microbianas
y ser metabolizadas.
Ya que el paso de la hidrólisis de algunos sustratos complejos es el paso limitante del proceso de
degradación anaerobia, la determinación de la actividad Hidrolítica de la biomasa anaerobia con
un sustrato específico es importante para el control de las condiciones del proceso.
En sí, la actividad indica la habilidad inherente de una población para degradar a la sustancia
evaluada. Esta es generalmente medida como la velocidad especifica de consumo de sustrato,
referida a la biomasa o a la población microbiana evaluada: por ejemplo, si la concentración de
sustrato fuese la variable monitoreada, la actividad coincidiría con la pendiente de la curva de
utilización del sustrato, es decir la masa de sustrato consumido por la unidad de biomasa por
unidad de tiempo.

21. Dentro de un digestor anaerobio ocurren diferentes vías que permiten finalmente la obtención del
biogás, específicamente el metano. Una de estas es la etapa Acidogénica.
Aun cuando la etapa, Acidogénica no es una limitante, la evaluación de la actividad de dicha
etapa, puede a menudo entregar información importante acerca del desarrollo de la biomasa y la
dinámica del comportamiento del digestor anaerobio.
Para este ensayo el sustrato empleado es la glucosa, que es considerada como un intermediario
en la vía de digestión anaeróbica de carbohidratos.

23. Dentro de la caracterización de los lodos anaerobios se debe determinar la actividad
Metanogénica que tiene por objetivo determinar la máxima capacidad degradativa de la población
Metanogénica en condiciones optimas. La etapa de producción de metano es considerada la etapa
limitante de los sistemas anaerobios al poseer la menor velocidad de crecimiento de todas las
poblaciones involucradas.
Para determinar la actividad Metanogénica se alimenta el producto intermediario, una mezcla de
ácidos grasos volátiles (AGV). Estos corresponden a ácidos grasos de cadena corta, formándose
normalmente en el proceso anaerobio por la acción de bacterias Acidogénica. Con la actividad
Metanogénica y la cantidad total de lodo en el reactor se puede estimar la velocidad máxima carga
orgánica que puede aplicarse a un reactor anaerobio.
Todos los microorganismos necesitan nutrientes y elementos trazas para su metabolismo, en la
metalogénesis en particular las enzimas contienen aniones como Ni y Co, tales como la coenzima
F420. Además de Ni y Co también se han reportado el Fe en cantidades trazas son estimulantes
del proceso anaeróbico. La falta o restricción de algún micronutriente o elemento traza podría
provocar por si solo disminución de la velocidad de metanogénesis.