1. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
Digestión Anaerobia: Conceptos Básicos y Rutas Bioquímicas.
Reactores Anaerobios.
José Lucas Pérez Pardo, Dr. Sc.
Pável José Pérez Moreno, Ing. Ind.
Julio Lluch Bisbal, MSc.
1. Introducción
1.1. Surgimiento y evolución de la tecnología.
1.2. Conceptos básicos.
1.2.1. Digestión anaerobia (biometanización).
1.2.2. Biogás.
1.2.3. Biorreactor anaerobio (biodigestor)
1.2.4. Afluentes (Influentes)
1.2.5. Efluente
1.2.6. Rendimiento del biorreactor.
1.2.7. Productividad del biorreactor.
1.2.8. Eficiencia del biorreactor.
1.3. Etapas de la biometanización
1.4. Indicadores de mayor importancia para el control de la
Biometanización: físico-químicos, químico y biológicos.
1.5. Indicadores para el diseño de bioreactores anaerobios.
1.6. Bioreactores anaerobios.
1.6.1. Clasificación
1.6.2. Ventajas y desventajas.
1.6.3. Combinación de bioreactores anaerobios.
1.7. Conclusiones

2. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
Campana
Flotante
Afluente Efluente
Recirculación
Gasómetro
A E
Agua
Lodo digerido
Recirculación
Fig. Esquema de biorreactor anaerobio

3. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
4%
H2
24% 28%
Materia 76% Higner CH4
Orgánica Organic 52%
Acids 72%
Acido
20% Acético
ETAPA I ETAPA II ETAPA III
Hidrólisis y Acetogénesis y Metanogénesis
fermentación deshidrogenación
Fig. Etapas de la Biometanización (I)

4. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
100 % de DQO
Materia Orgánica
Proteínas Carbohidratos Lípidos
1A 1B 1C
HIDROLISIS
Aminoácidos, azucares Acidos Grasos
2 3
Oxidación ß anaerobia
Productos intermediarios
(propionatos, butiratos)
Fermentación
4
Acetato Hidrógeno
5 6
Hidrogenofílicas
Acetotróficas
METANO
100 % DQO
Fig. Etapas de la biometanización (II)

5. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
Materia Orgánica
Acidos grasos volátiles, alcoholes,
ácidos dicarboxilicos
H2/CO2
Acetogénesis
Homoacetogénesis
Acetato, H2, CO2 Acetato
Metanogénesis
CH4 + CO2
Fig. Biodegradación anaerobia de la materia
orgánica

6. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
CO2
2e-
2e- 6e- H2
CH3OH
2e-
2e-
CH3-B12-HBI
CH3-X
6e- CH3 - CoM
CH3-COOH
2e-
CO2
CH4
Acetate path:
Methanol path:
Fig. Rutas de la Metanogénesis a partir de H2 - CO2, Metanol y acetato

7. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
Membrana
Interior Exterior
(-) (+)
CH4
HSCoM MR
3
2
CH3B12 CH3SCoM
H2
O
CH3CCoA H2ase
4
2H+
xH+ xH+
CH3COOH
C H2 O
O eo
CO2 er
1
ADP+P1
H+
ATP
Fig. Modelo bioquímico para la degradación del acetato por
Methanosarcina barkei MS

8. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
CO2 + yH
yCOOH
xH2
H2
H2O + x
yCHO
xH2
H2
H2O + x
yCH2OH
xH2
H2
H2O + x
CoMSM
CH2 - SCoM
ATP
xH2
H2
x
ADP + Pi
CH4
Fig. Ruta de producción de metano y en un portador, probablemente
tetrahidrometanopterina; xH2 representa uno o más portadores de
electrones que pueden reducirse directa o indirectamente mediante H 2 y la
participación de CoF420 y/o F430

9. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
2 CO2
Acetil CoA
F420
H2 CO2
F420 H2
Piruvato
Fosfoenolpiruvato
CO2
Oxalacetato
Fig. Ruta para la generación de compuestos de tres o
cuatro átomos de carbono precursores de la
biosíntesis en metanógenos

10. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
Biogas
A E Discontinuo
Convencional
Semicontinuo
Biogas
A E Completamente
R mezclado
Biogas
A Flujo en Pistón
E
Biogas Biogas
Biogas
Contacto
A E Anaerobio
Fig. Biorreactores anaerobios (I)

11. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
Biogas Biogas
A A
E E
Filtro anaerobio Reactor Tubular Película Fija
Flujo ascendente o descendente Flujo ascendente o descendente de
E
UASB
E
E
Biogas
A
A
Doble Etapa
Lecho Fluidizado
Fig. Biorreactores anaerobios (II)

12. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
Efluente
Sedimentador
Sobrenadante Sedimento
Filtro Anaerobio Convencional
UASB/ Contacto Anaerobio
CC
Flujo Pistón
Lecho Fluidizado,
EGSB
Fig. Combinación de diferentes modelos de biorreactores
anaerobios

13. Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental S.L.
CI2AM Cáceres. Extremadura.
Indice de retrotransparencias:
1.- Esquemas de reactores anaerobios.
2.- Etapas de la biometanización I (Bryant et al 1967), ver Marchain, 1992.
3.- Etapas de la biometanización (Gujer y Zehnder, 1983), ver pág. 3
“Escalado de
biorreactores anaerobios” de Noyola, 1994.
4.- Etapas de la biometanización (Mc Iverney y Bryant, 1981), ver pág 2
“Fermentación anaerobia” de Guyot, 1992.
5.- Rutas de la metanogénesis a partir de H2-CO2, metanol y acetato (Jain et al
1990), “Conferencia Int. Biogas”, India (Pune)
6.- Modelo bioquímico para la degradación del acetato por Methanos arcina
barkeri, cepa MS (Bhatnagar et al, 1989), ver fig 3, pág 502 “Conferencia
Int. Biogas”, India (Pune)
7.- Ruta de producción de metano. Y es el portador, probablemente
tetrahidrometanopteria, XH2, representa uno o más portadores de
electrones que pueden reducirse directa o indirectamente mediante
hidrógeno y la participación de CoF420 y/o F430,.
8.- Ruta para la generación de compuestos de 3 a 4 átomos de carbono
precursores de la biosíntesis de bacterias metanogénicas.
9.- Biorreactores anaerobios para la producción de biogas (I).
10.- Biorreactores anaerobios para la producción de biogás (II).
11.- Ejemplo de combinación de diferentes modelos de biorreactores
anaerobios.