miércoles, 2 de diciembre de 2009

INTRODUCCIÓN



Este blog está creado con la intención de proporcionar información con respecto a los Biodigestores. Espero y pueda ser útil para toda aquella persona que tiene interés en la ecología y medio ambiente.

BIODIGESTORES

Un digestor de desechos orgánicos o biodigestor es, en su forma más simple, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar (excrementos de animales y humanos, desechos vegetales-no se incluyen cítricos ya que acidifican-, etcétera) en determinada dilución de agua para que se descomponga, produciendo gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio.
Un biodigestor es un sistema natural que aprovecha la digestión anaeróbica (en ausencia de oxigeno) de las bacterias que ya habitan en el estiércol, para transformar éste en biogás y fertilizante. El biogás puede ser empleado como combustible en las cocinas, o iluminación, y en grandes instalaciones se puede utilizar para alimentar un motor que genere electricidad. El fertilizante, llamado biol, inicialmente se ha considerado un producto secundario, pero actualmente se esta considerando de la misma importancia, o mayor, que el biogás ya que provee a las familias campesinas de un fertilizante natural que mejora fuertemente el rendimiento de las cosechas.

Este sistema también puede incluir una cámara de carga y nivelación del agua residual antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogás y cámaras de hidropresión y postratamiento (filtro y piedras, de algas, secado, entre otros) a la salida del reactor.
El fenómeno de biodigestión ocurre porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos presentes en el material fecal que, al actuar sobre los desechos orgánicos de origen vegetal y animal, producen una mezcla de gases con alto contenido de metano (CH4) llamada biogás, sumamente eficiente si se emplea como combustible. Como resultado de este proceso genera residuos con un alto grado de concentración de nutrientes y materia orgánica (ideales como fertilizantes) que pueden ser aplicados frescos, pues el tratamiento anaerobio elimina los malos olores y la proliferación de moscas.
Los biodigestores son un descubrimiento sumamente sencillo, que puede ser un factor determinante en la calidad de vida de muchas personas, y también hacer un impacto muy favorable en el medio ambiente.

El biogás se produce en un recipiente cerrado o tanque denominado biodigestor el cual puede ser construido con diversos materiales como ladrillo y cemento, metal o plástico, el biodigestor de forma cilíndrica o esférica posee un conducto de entrada a través del cual se suministra la materia orgánica (por ejemplo, estiércol animal o humano, las aguas sucias de las ciudades, residuos de matadero) en forma conjunta con agua, y un ducto de salida en el cual el material ya digerido por acción bactriana abandona el biodigestor.

Los materiales que ingresan y abandonan el biodigestor se denominan afluente efluente respectivamente. El proceso de digestión que ocurre en el interior del biodigestor libera la energía química contenida en la materia orgánica, la cual se convierte en biogás.

Lo biodigestores se constituyen en una valiosa alternativa para el tratamiento de los deshechos orgánicos de las explotaciones agropecuarias pues permiten: 1) disminuir la carga contaminante, 2) mejorar la capacidad fertilizante del material, 3) eliminar los malos olores y, 4) generar un gas combustibles denominado biogás el cual tiene diversos usos.

La utilización de los biodigestores además de permitir la producción de biogás ofrece enormes ventajas para la transformación de deshechos:

Mejora a capacidad fertilizante del estiércol. Todos los nutrientes tales como nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio así como los elementos menores son conservados en el efluente. En el caso del nitrógeno, buena parte del mismo, presente en el estiércol en forma de macromoléculas en convertido en formas más simples como amonio, las cuales pueden ser aprovechadas directamente por la plante.
El efluente es mucho menos oloroso que el afluente.
Control de patógenos. Aunque el nivel de destrucción de patógenos varía de acuerdo a factores como temperatura y tiempo de retención, se ha demostrado que alrededor del 85% de los patógenos no sobrevive el proceso de biodigestión.

CRITERIOS PARA TOMAR EN CUENTA EN EL DISEÑO DE UN BIODIGESTOR

CRITERIOS PARA CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UN BIODIGESTOR
Los siguientes son los aspectos a tener en cuenta en el diseño, planificación y construcción de un biodigestor:
Factores humanos
• Idiosincrasia
• Necesidad, la cual puede ser sanitaria, energía y de fertilizantes.
• Recursos disponibles de tipo económicos, materiales de construcción, mano de obra, utilización del producto, área disponible.
• Disponibilidad de materia prima, si se cuentan con desechos agrícolas, desechos pecuarios, desechos domésticos, desechos urbanos, desechos industriales.
Factores biológicos
• Enfermedades y plagas tanto humanas como pecuarias y agrícolas
Factores físicos
• Localización, la ubicación si es en zona urbana, rural o semi-urbana y la geografía aspectos como la latitud, longitud y altitud.
• Climáticos dentro de estos aspectos están las temperaturas máximas y mínimas, la precipitación pluvial, la humedad ambiental, la intensidad solar, los vientos su intensidad y dirección.
• Vías de acceso.
• Topografía, teniendo en cuenta el declive del suelo: si es plano, ondulado, o quebrado.
• Suelos con sus características como la textura, estructura, nivel freático y capacidad agrológica.
Factores de construcción
• Técnicas de construcción si es de tierra compactada, cal y canto o ladrillo (barro cocido, suelo-cemento, sílico-calcáreo), planchas prefabricadas, ferro cemento, concreto, módulos prefabricados.
Factores utilitarios
• Función principal, si se construye de manera experimental, demostrativa o productiva.
• Usos, si el uso es de tipo sanitario, energético, fertilizante, integral.
• Organizativo si el biodigestor se va a construir a escala domestica, para grupo familiar, comunitario o empresas.
• Capacidad, si es pequeño de 3-12m3 / digestor; si es mediano de 12-45 m3 digestor y si es grande de 45-100m3 / digestor.
• Operación de la instalación contemplando aspectos como el funcionamiento de el pre- tratamiento, la mezcla, la carga, y controles de PH, obstrucciones de líquidos, sólidos y gases: las descargas de efluentes tanto liquidas como gaseosas y de lodos; el almacenamiento de los líquidos, sólidos y gases; la aplicación de líquidos por bombeo, por tanques regadores o arrastre por riego; los sólidos que están disueltos en el agua y los sólidos en masa y por ultimo los gases utilizados para la cocción, iluminación e indirectamente en los motores.
Con el objetivo de disminuir el tamaño de los digestores se han utilizado los productos orgánicos que brindan mayor cantidad de biogás por unidad de volumen; algunos de ellos son: la excreta animal, la cachaza de la caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías y fábricas de levadura, la pulpa y la cáscara del café, así como la materia seca vegetal.

BIOGÁS

¿Qué es el Biogás?, digestión anaeróbica, características y usos del biogás. Energías renovables, bio-combustibles
El biogás es el producto gaseoso de la digestión anaeróbica de compuestos de origen orgánico.
Su composición, que depende del sustrato con el que se produce y del tipo de tecnología utilizada, puede ser la siguiente:
• de 50 - 70% de metano (CH4).
• de 30 - 40% de anhídrido carbónico (CO2).
• de 0 - 5% de hidrógeno (H2), ácido sulfhídrico (H2S), y otros gases.
Debido a su alto contenido de gas metano, tiene un poder calorífico algo mayor que la mitad del que tiene el gas natural. Un biogás con un contenido de 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, puede considerarse un combustible ideal.
Las equivalencias se muestran en la figura siguiente.
Digestión anaerobia
La digestión anaerobia es un proceso biológico en el cual la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, y mediante la acción de un grupo de bacterias específicas, se descompone en biogás (CH4, CO2, H2, H2S, etc.), y en digestato, que es una mezcla de productos minerales (N, P, K, Ca, etc.) y compuestos de difícil degradación.
El biogás contiene un alto porcentaje en metano, CH4 (entre 50-70%), por lo que es susceptible de un aprovechamiento energético mediante su combustión en motores, en turbinas o en calderas, tanto sólo como mezclado con otros combustibles.
El proceso controlado de digestión anaerobia es uno de los más idóneos para la reducción de emisiones de efecto invernadero, el aprovechamiento energético de los residuos orgánicos y el mantenimiento y mejora del valor fertilizante de los productos tratados.
La digestión anaerobia puede aplicarse, entre otros, a residuos ganaderos, agrícolas, así como a los residuos de las industrias de transformación de dichos productos. Entre los residuos se pueden citar purines, estiércol, residuos agrícolas o excedentes de cosechas, etc. Estos residuos se pueden tratar de forma independiente o juntos, mediante lo que se da en llamar co-digestión.
La digestión anaerobia también es un proceso adecuado para el tratamiento de aguas residuales de alta carga orgánica, como las producidas en muchas industrias alimenticias.
Los beneficios asociados a la digestión anaerobia son:
• reducción significativa de malos olores,
• mineralización,
• producción de energía renovable si el gas se aprovecha energéticamente y sustituye a una fuente de energía fósil,
• reducción de emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de la reducción de emisiones incontroladas de CH4, (que produce un efecto invernadero 20 veces superior al CO2), y reducción del CO2 ahorrado por sustitución de energía fósil.
La promoción e implantación de sistemas de producción de biogás colectivos -varias granjas-, y de co-digestión -tratamiento conjunto de residuos orgánicos de diferentes orígenes en una zona geográfica, usualmente agropecuarios e industriales- permite, además, la implantación de sistemas de gestión integral de residuos orgánicos por zonas geográficas, con beneficios sociales, económicos y ambientales.
La digestión anaerobia se puede llevar a cabo con uno o más residuos con las únicas premisas de que sean líquidos, contengan material fermentable, y tengan una composición y concentración relativamente estable. La co-digestión es una variante tecnológica que puede solucionar problemas o carencias de un residuo, si son compensadas por las características de otro.
Usos del Biogás
El biogás producido en procesos de digestión anaerobia puede tener diferentes usos:
• En calderas 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.
• Purificándolo y añadiéndole los aditivos necesarios para introducirlo en una red de gas natural.
• Usándolo como material base para la síntesis de productos de elevado valor agregado como es el metanol o el gas natural licuado.
• Como combustible de automoción.
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 lo tanto, es necesaria la limpieza del combustible, dependiendo del uso final que se le vaya a dar.
Una aplicación tipo de la digestión anaerobia es en las granjas de ganado bovino y porcino de gran tamaño o como planta de gestión de residuos en zonas de alta concentración de ganado estabulado, por el gran problema que generan los purines. En este caso se puede proponer y proyectar una planta de digestión anaerobia de producción de biogás como auto abastecimiento energético según las necesidades.
Una situación ideal sería implantar un pequeño sistema de cogeneración, que permitiría un ahorro en agua caliente y electricidad en épocas frías, junto con la conexión a la red para la venta eléctrica. En los meses de verano, venta a la red eléctrica o venta de biogás para su embotellado a presión.
Generalmente, los costos asociados a instalaciones de gestión de residuos orgánicos mediante digestión anaerobia son elevados y la productividad es muy baja en términos de la energía contenida en el biogás respecto a la cantidad de residuo tratado.

TIPOS DE BIODIBESTORES

TIPOS DE BIODIGESTORES
Hay muchos tipos de plantas del biogás pero los más comunes son el dosel flotante (indio) y el domo fijo (chino). La aceptabilidad pobre de muchos de estos biodigestores ha sido principalmente debida a los costos altos, la dificultad de instalación y problemas en la consecución de las partes y repuestos.
Pozos sépticos
Es el más antiguo y sencillo digestor anaeróbico que se conoce, utilizado normalmente para la disposición de aguas residuales domésticas. Se cree que de allí deriva el uso potencial de los gases producidos por la fermentación anaeróbica, para el uso doméstico. Para la correcta operación de estos pozos es requisito indispensable aislar las aguas servidas que caen en él, de las que contienen jabón o detergentes. El efecto de los jabones y en especial los detergentes, inhibe la acción metabólica de las bacterias, razón por la que los pozos se colmatan con rapidez y dejan de operar, haciendo necesario destaparlos frecuentemente para recomenzar la operación. Cuando no es posible separar las aguas negras de las jabonosas, como en el alcantarillado urbano, es necesario hacer un tratamiento químico con Polímetros a esta agua a fin de solucionar el problema antes de iniciar la fermentación anaeróbica.
Biodigestor del domo flotante (Indio):
Este biodigestor consiste en un tambor, originalmente hecho de acero pero después reemplazado por fibra de vidrio reforzado en plástico (FRP) para superar el problema de corrosión. Normalmente se construye la pared del reactor y fondo de ladrillo, aunque a veces se usa refuerzo en hormigón. Se entrampa el gas producido bajo una tapa flotante que sube y se cae en una guía central. La presión del gas disponible depende del peso del poseedor de gas por el área de la unidad y normalmente varía entre 4 a 8 cm. de presión de agua. El reactor se alimenta semi-continuamente a través de una tubería de entrada.
Biodigestor de domo fijo (Chino)
Este reactor consiste en una cámara de gas-firme construida de ladrillos, piedra u hormigón. La cima y " fondos son hemisféricos y son unidos por lados rectos. La superficie interior es sellada por muchas capas delgadas de mortero para hacerlo firme. La tubería de la entrada es recta y extremos nivelados. Hay un tapón de la inspección a la cima del digestor que facilita el limpiado. Se guarda el gas producido durante la digestión bajo el domo y cambia de sitio algunos de los volúmenes del digestor en la cámara del efluente, con presiones en el domo entre 1 y 1.5m de agua. Esto crea fuerzas estructurales bastante altas y es la razón para la cima hemisférica y el fondo. Se necesitan materiales de alta calidad y recursos humanos costosos para construir este tipo de biodigestor. Más de cinco millones de biodigestores se ha construido en China y ha estado funcionando correctamente (FAO, 1992) pero, desgraciadamente, la tecnología no ha sido tan popular fuera de China.
Esta instalación tienen como ventaja su elevada vida útil (pueden llegar como promedio a 20 años), siempre que se realice un mantenimiento sistemático.

Esquema del digestor chino: 1. tubería de salida del gas; 2. Sello removible;
3. Tapa móvil; 4. Entrada; 5. Tanque de desplazamiento; 6. Tubería de salida; 7. Almacenamiento de gas; 8. Materia orgánica.

OTROS TIPOS DE BIODIGESTORES

Digestores de alta velocidad o flujo inducido
Estos son los utilizados comúnmente en instalaciones industriales o semiindustriales. Generalmente trabajan a presión constante, por lo que se podrían catalogar como Digestores Tipo Hindú Modificado.
Se les conoce de ordinario como CSTD (Conventional Stirred Digestor). Se diferencian de los digestores convencionales en que se les ha agregado algún tipo de agitación mecánica, continua o intermitente, que permite al material aún no digerido, entrar en contacto con las bacterias activas y así obtener buena digestión de la materia orgánica, con tiempos de retención hidráulica relativamente cortos, de hasta 15 días.
Este es un concepto nuevo dentro de la tecnología de fermentación anaeróbica, combina las ventajas de varios tipos de digestores en una sola unidad, facilitando el manejo y procesamiento de material biodegradable de diverso origen y calidad. Generalmente los desechos de origen animal, excrementos de cualquier clase, son procesados en digestores convencionales de tipo continuo, que periódicamente reciben carga y entregan por desalojo efluente ya digerido. El tiempo de operación continua de estos equipos es bastante largo y requiere un mínimo de atención al momento de cargarlos, como es el evitar introducir elementos extraños tales como arena, piedra, metal, plásticos o cualquier otro tipo de material lento o imposible de digerir. Luego de unos cuatro o cinco años se debe detener su funcionamiento para hacer una limpieza general y retirar sedimentos indigeridos.
Buscando un tipo de digestor ideal, se llegó al concepto de digestor de Segunda y Tercera generación, siendo los clásicos modelos Hindú o Chino, los de la primera.
Este nuevo modelo de digestor retiene la materia de origen vegetal, que normalmente tiende a flotar, dentro de las zonas de máxima actividad bacteriana como son la inferior y la de sobrenadante intermedia, para que las bacterias tengan tiempo de atacar, hidrolizar y procesar efectivamente el material en descomposición; al mismo tiempo permite que los gases y el material parcialmente degradado sigan el recorrido del proceso normal dentro del digestor.
El Digestor de Segunda Generación divide al convencional en dos cámaras, una de ellas a un nivel inferior del resto del digestor. Utiliza compartimentos en ferro cemento o mampostería, espaciados adecuadamente para retener los materiales y las partículas sólidas grandes, pero permite el paso del gas y los líquidos. A este modelo se puede adicionar hasta un 25% de carga de origen vegetal sin que se atasque o paralice la operación.
El Digestor de Tercera Generación modifica radicalmente al de tipo Hindú tradicional, aunque sigue los lineamientos de esta escuela. Ha logrado una eficiencia de trabajo en forma continua que permite cargarlo con toda clase de materiales, hasta un 50 o 60% de materia de origen vegetal mezclada con excrementos, empleando una sola unidad que trabaja en forma de digestor continuo.



Ventajas de los Digestores de alta velocidad o flujo inducido
• Menor tiempo de operación
• Evita la formación de una costra de material dentro del digestor
• Logra la dispersión de materiales inhibitorios de la acción metabólica de las bacterias, impidiendo concentraciones localizadas de material potencialmente tóxico para el sistema
• Ayuda a la desintegración de partículas grandes en otras más pequeñas, que aumentan el área de contacto y por lo tanto la velocidad de digestión
• Mantiene una temperatura más uniforme de la biomasa dentro del digestor para una reacción y degradación más uniformes
• Inhibe el asentamiento de partículas biodegradables de mayor tamaño
• Permite una más rápida separación y el ascenso del gas a medida que se va formando dentro del digestor
• Mejora las condiciones de control y estabilidad de la biomasa dentro del digestor
Precauciones a tener en cuenta con los Digestores de alta velocidad o flujo inducido:
Cuando al digestor convencional de tipo continuo se introducen indiscriminadamente materiales orgánicos de origen vegetal como pasto u hojas de árbol, sobrantes de cosechas o basuras biodegradables, que tienden a flotar en el agua por su alto contenido celulósico, terminan por atascarlo y parar su operación efectiva en poco tiempo, incluso días, dependiendo de la cantidad de material suministrado. Para evitar taponamientos, la materia de origen vegetal se procesa en digestores convencionales en tandas o carga única (Batch Digestors) en ciclos de 60 a 80 días, lo que supone que para el suministro de gas y efluente durante un año, se debe disponer mínimo de cuatro unidades con una producción alternada. Estas soluciones representan un alto costo y un gran esfuerzo