INTRODUCCIÓN

La digestión anaerobia es un proceso biológico que degrada la materia organica y la convierte en biogas (mezcla de metano y dióxido de carbono) y fertilizante liquido. Esta triple propiedad (gestión de residuos, obtención de energía y de fertilizante como subproducto) la hace muy atractiva.

La digestión anaerobia se usa para una multitud de aplicaciones, con distintos objetivos. Así se aplica para la depuración de aguas, la estabilización de lodos de depuradoras, purines, residuos sólidos urbanos o restos vegetales para evitar la eutrofización de las aguas o la fermentación descontrolada en vertederos. Actualmente se esta investigando también la forma de obtener hidrogeno con la interrupción parcial de la reacción bacteriológica en las fases de acetogénesis.

En el Perú hay una demanda creciente de implantar sistemas de gestión de residuos, así como un marco legislativo que regula recientemente estos aspectos. Las zonas rurales pueden, mediante la implantación de un programa a nivel local, usar la digestión anaerobia para reducir riesgos higiénicos sanitarios a la vez que obtienen combustible y fertilizante.

Una planta de biogas o biodigestor es una alternativa para la producción de biogas a bajo costo, una tecnología que ofrece beneficios directos y funcionales. Como beneficios directos se han identificado el reemplazo de la combustión de combustibles fósiles gracias a la producción de metano y disminución en el uso defertilizantes sintéticos. También reduciría la emisión de gases tóxicos causantes del efecto invernadero (emitidos durante la combustión de combustibles fósiles), la estimación del potencial que la instalación de un biodigestor tiene para reducir la emisión de gases de efecto invernadero se basa principalmente en la capacidad de disminuir la emisión de C02 en comparación con combustibles fósiles; se ha estimado que en un biodigestor de 7.2 m3 con la combustión de biogas en lugar de combustibles fósiles hay un potencial de reducir 0.34 Kg de CO2 por KWh de energía producida.

MARCO TEÓRICO
Microbiologia y Bioquímica del Proceso Anaeróbico:
Se distinguen 2 etapas:

* Primera Etapa: En esta etapa la materia organica compleja es transformada por un grupo de microorganismos anaerobios facultativos a materiales organicos mas simples; así la grasa , las proteínas y los carbohidratos son convertidos a sustancias mas simples, en su mayoría acidos grasos. Los microorganismos responsables de esta transformación son conocidos como acidogénicos; en este grupo se encuentran: Clostridium, Desulphovibrio, Corynebacterium, Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus y Escherichia coli. Durante esta etapa no hay formación de metano ni estabilización del sustrato.
* Segunda Etapa: Aquí los acidos organicos son convertidos por las bacteria metanogénicas en dioxido de carbono y metano principalmente; estas bacterias son: Metanobacterium, Metanobacillus,Metanococcus Y Metanosorcina, éstas son estrictamente anaerobicas y de crecimiento lento. En esta etapa, en la que ocurre la estabilización del sustrato, es la limitante del proceso. Cada especie de bacterias metanogénicas es capaz de fermentar un reducido número de compuestos organicos. Así la fermentación completa del acido acético requiere solo una especie de bacterias formadoras de metano pues su fermentación ocurre en una sola etapa

Acido Acético:

Acido Propionico: Su fermentación ocurre en 2 etapas y es realizada por especies diferentes de metanógenos:

En la siguiente figura se muestra la conversión completa de sustrato a metano. Cerca del 72% del metano proviene del acido acético y un 13% del acido propionico; de aquí la enorme importancia que tiene en el proceso las bacterias que fermentan estos acidos. El resto de metano provienen de otras fuentes como el acido fórmico.

La conversión de la materia organica a metano procede a través de complejas etapas bioquímicas. Los principales mecanismos de formación del metano son:
* Rompimiento del acido acético

El grupo de metilo del acido acético forma metano al unirse al hidrogeno del carboxilo.

* Reducción del dióxido de carbono

El hidrogeno que es enzimaticamente removido de los compuestos organicos, reduce parte del dióxido de carbono producido en el proceso anaeróbico a metano.
La estabilización de la materia organica esta directamente relacionada con laproducción de metano, la que puede predecirse estequiometricamente a partir de la composición química de la alimentación o de la DQQ o de la DBO. que ha sido estabilizada.
El adecuado control de las condiciones ambientales proveera un medio apropiado para el desarrollo de la población bacteriana. Para asegura que esto ocurra las bacterias deben estar en el sistema el tiempo suficiente para que reproduzcan. Este periodo depende de su tasa de crecimiento y del consumo del sustrato; se pueden lograr unas buenas condiciones y una efectiva estabilización del sustrato únicamente controlando la tasa de crecimiento de los microorganismos.

Condiciones Ambientales
Las bacterias metanogénicas requieren un cierto tiempo para ajuste a cambios en las condiciones ambientales, por lo que es recomendable que al diseño y operación se tome en cuenta las condiciones óptimas para obtener una mayor eficiencia en el tratamiento. Condiciones optimas para el tratamiento anaeróbico:
* A mayor temperatura el proceso es mas rapido y mas eficiente, pudiéndose utilizar reactivo mas pequeños. El gasto energético que se debe realizar para mantenerse la alimentación a tales temperaturas puede hacer que el proceso resulte antieconómico por lo tanto la mayoría de los digestores operan en el rango mesofílico.
* Para mantener las condiciones anaeróbicas. Por eso los biodigestores son tanques cerrados lo que a la vez facilita la recolección de biogas para usarlos como combustible.* El proceso anaeróbico depende de las bacterias que para crecer necesitan nutrientes organicos como el nitrógeno, el fósforo y otros elementos.
* El PH es uno de los mas importantes factores ambientales. El rango del PH óptimo para ek tratamiento anaeróbico es de 6.6 a 7.6.A valores de PH inferior a 6.2 la eficiencia decae rapidamente y las condiciones aciditas son toxicas para el metanógenos.
Para controlar un biodigestor fuera del balance se debe mantener el PH cercano a la neutralidad ya sea disminuyendo la alimentación, adicionandole hidróxido de calcio o ambos.

Adición de Hidróxido de Calcio al digestor
Es el material mas empleado en el control del Ph del tratamiento anaerobio principalmente porque es relativamente barato y facil de conseguir. La alcalinidad aumenta debido a la formación de bicarbonato de calcio

PRODUCCIÓN DE METANO:
Para obtener un proceso eficiente de fermentación y una buena producción de biogas es necesario asegurar las condiciones basicas requeridas por las bacterias productoras de metano para realizar sus actividades en forma normal (crecimiento, desarrollo, multiplicación, etc) las condiciones son:
* Estrictamente anaeróbico.
* Temperatura apropiada.
* PH apropiado.
* Alcalinidad apropiada.
* Agitación.
* Acidos volatiles.
En condiciones aeróbicas, los microorganismos utilizan la materia organica como fuente de alimento y el oxigeno del aire para oxidar parte deesta materia y así obtener energía ya que la oxidación se obtiene gran cantidad de energía y el crecimiento microbiano es rapido y gran parte de la materia organica que se desea degradar se convierte en nuevas células. La porción de material degradado no es realmente estabilizado; únicamente ha ocurrido una transformación. Bajo condiciones anaerobias, la conversión proporciona relativamente poca energía a los microorganismos y aún así su tasa de crecimiento es muy alta; ademas que solo una parte de la materia organica se convierte en nuevas células pues la mayor parte es degradada a metano y dióxido de carbono.

BIOABONO SÓLIDO Y LÍQUIDO:
Durante la descomposición anaeróbica, se transforma entre el 20 y el 50% de la materia organica colocada en el biodigestor. La La cifra depende de la cantidad de materiales no digeribles que tenga la materia prima. La Lignina es un componente de la materia organica que no se descompone por procesos anaeróbios y representa un 30 a 40% de la materia organica del efluente; el resto del efluente se compone de agua, materiales lípidos y celulosa no digeridos y un 10 a 20% del sustrato inicial de las células bacterianas descomponedoras.
La estabilidad biológica del efluente es evidente ya que no existen malos olores ni atracción de insectos como moscas u otros. La mayor cantidad de materia organica que queda en el efluente se descompone en forma lenta por acción de las bacterias aerobias en el suelo o en el agua y así nosirve para alimento de insectos u otras plagas dañinas a la agricultura. El carbono, hidrógeno y oxigeno constituyen aproximadamente el 97% del biogas, y representan las únicas perdidas significativas de nutrientes de la materia prima.

BIOGAS
Es una mezcla de gases y su composición depende del tipo de residuo organico utilizado para su producción y de las condiciones en que se procesa.

La mezcla debe purificarse si va a ser utilizada como combustible en motores. Se eliminan:
* El CO2: haciendo burbujear el biogas a través de agua.
* El H2S: haciendo burbujear el biogas a través de una solución de soda caustica en agua que contiene CuSO4; o pasandolo por una trampa de limadura de hierro; o con la introducción de pequeñas cantidades de aire (3%-5% del volumen del deposito para el biogas) reduciendo así hasta en un 95% el acido sulfhídrico producido.

I. DISEÑO DEL DIGESTOR
La mayor parte del trabajo de desarrollo de los biodigestores ha sido enfocada desde el punto de vista de la ingeniería, con el fin de maximizar la producción de gas y su eficiencia al mejorar el diseño y la construcción del biodigestor. Se han realizado muy pocos cambios en el diseño basico del sistema de dosel (cubierta) flotante desarrollado en India o el sistema de desplazamiento de líquidos desarrollado en China. El costo relativamente alto de estos sistemas, y el hecho de que su construcción sólo puede ser realizada con éxito por técnicos calificados, hansido los mayores impedimentos para su adopción generalizada. En casi todos los lugares en los que estos sistemas han sido introducidos, en general han sido subsidiados por los gobiernos o por organismos de ayuda.
El biodigestor de manga de lamina de polietileno es una tecnología mas económica y simple, que permite a los agricultores de pequeña escala producir gas. Es atractiva para los habitantes del campo debido a su bajo costo de instalación y, por lo tanto, también del gas, así como a la mejora en la calidad del ambiente que resulta de su uso. Puede ser utilizado en zonas rurales o urbanas, tanto en lugares planos como donde el paisaje es accidentado. La introducción de este sistema ha permitido que los biodigestores estén al alcance de una mayor cantidad de personas (se estima, por ejemplo, que en la actualidad hay mas de 30.000 usuarios de esta tecnología en Vietnam). Ya no es necesario obtener subsidios para la compra de los materiales de construcción, pues éstos pueden ser adquiridos en la mayoría de ciudades de los países en vías de desarrollo.
Un componente esencial del sistema de manga de lamina de polietileno es la instalación de un tanque para gas, de preferencia sobre el techo de la cocina, lo mas cerca posible al fogón donde se utilizara el gas. Esto se debe a que la presión del gas en el biodigestor es muy baja, y si el tanque esta ubicado a mucha distancia de la cocina, la velocidad del flujo de gas a lo largo de la tubería sera demasiadolenta y no alcanzara para mantener la llama en el fogón. Tener el tanque cerca del punto donde el gas sera utilizado permite reducir al mínimo las pérdidas por fricción. Cuando se necesita mayor presión de gas es facil pasar una faja alrededor del tanque para aumentarla.
La naturaleza relativamente fragil de las laminas de polietileno es un punto débil del sistema y su modo de operación es relativamente ineficiente si se compara con el de otros biodigestores mas sofisticados. Sin embargo, también en comparación con otros sistemas, el precio de construcción del biodigestor de manga de polietileno es muy bajo, como son los requerimientos de habilidades necesarias para construirlo. El precio de la manga de polietileno es sólo de diez USD, y remplazarla toma entre tres y cuatro horas. Todos los demas componentes pueden ser vueltos a usar luego de cambiar el polietileno.
Determinar el tamaño del biodigestor: Como regla general, los desechos producidos por diez cerdos de engorde requeriran un biodigestor con una capacidad líquida de cuatro metros cúbicos. En promedio, el 80 por ciento de la capacidad total del tubo sera ocupado por el estiércol líquido, así que para procesar un volumen líquido de cuatro metros cúbicos se necesitara un biodigestor de diez metros de largo.
Para que quepa un biodigestor de ese tamaño sera necesario cavar una zanja de las siguientes dimensiones: 120 cm ancho en la parte superior; 100 cm de profundidad; 5 m de largo.

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