. Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo Fin de Grado

Grado en Ingeniería Química

Análisis de la valorización de residuos ganaderos

para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

Autor: Ramón Borruel Cabrera

Tutor: Benito Navarrete Rubia

Dep. Ingeniería Química y Ambiental

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2017

Índice de Tablas 2

Análisis de la valorización de residuos ganaderos para

la producción de biogás. Ingeniería conceptual de una

planta para 750 cabezas de ganado.

Autor:

Ramón Borruel Cabrera

Tutor:

Benito Navarrete Rubia

Catedrático E.U.

Dep. de Ingeniería Química y Ambiental

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2017

Índice de Tablas 4

Proyecto Fin de Grado: Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás.

Ingeniería conceptual de una planta para 750 cabezas de ganado.

Autor: Ramón Borruel Cabrera

Tutor: Benito Navarrete Rubia

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2017

El Secretario del Tribunal

Índice de Tablas 6

Agradecimientos

En primer lugar, agradecer a Benito Navarrete Rubia su tutelaje, me ha ayudado bastante ha cumplimentar

los objetivos propuestos al inicio de la realización del trabajo.

En segundo lugar, gracias a mi familia por darme la oportunidad de estudiar en esta prestigiosa Escuela de

ingenieros, en la que he aprendido mucho acerca de la ingeniería y ha resolver problemas de toda índole, lo

que me llevara a llegar a la vida profesional lo más preparado posible.

Índice de Tablas 8

Resumen

Hoy en día, en el plano de la ingeniería, uno de los aspectos más importantes es la búsqueda de una alternativa

a las energías fósiles, para buscar solucionar los problemas medioambientales y sociales que estos generan, esto

es algo dificultoso ya a la gran capacidad de generación de energía que tienes las energías fósiles.

La intención de este proyecto es plantear una de esas alternativas, como es el tratamiento de residuos ganaderos

mediante digestión anaerobia con el exclusivo interés de generar un biogás que pueda ser de provecho para la

producción de energía en cualquier tipo de industria.

En este proyecto se explica el método de la digestión anaerobia y se plantean las bases para el diseño de una

planta que sea capaz de tratar cualquier residuo ganadero para cumplir dicho objetivo.

Sevilla, 2017

Abstract

Today, at the engineering level, one of the most important aspects is the search for an alternative to fossil

energies, in order to solve the environmental and social problems that these generate, this is difficult because of

the great capacity of generation of energy that you have the fossil energies.

The intention of this project is to propose one of these alternatives, such as the treatment of livestock waste

through anaerobic digestion with the exclusive interest of generating a biogas that can be of benefit for the

production of energy in any type of industry.

This project explains the method of anaerobic digestion and lay the groundwork for the design of a plant that is

capable of treating any livestock residue to meet that goal.

Seville, 2017

Índice de Tablas 10

Índice

Agradecimientos 7

Resumen 8

Abstract 9

Índice 10

Índice de Tablas 11

Índice de Figuras 12

1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN 1

2 OBJETIVOS Y ALCANCE 11

3 LA DIGESTIÓN ANAEROBIA 13

3.1 Introducción 13

3.1.1 Historia 13

3.2 Etapas 15

3.3 Estabilidad del proceso 18

3.4 Parametros que afectan al proceso 19

3.5 Tipos de reactores 25

4 Bases de diseño 31

4.1 Criterios de Selección 31

4.2 Tipos de residuos y composición 32

4.2.1 Tipos de residuos ganaderos 32

4.2.2 Caracterización del residuo a tratar y su problemática 34

5 CONCLUSIONES 38

6 DEFINICIONES 39

BIBLIOGRAFÍA 41

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Caracterización del biogás 5

Tabla 2: Potencial energético de los tipos de biogás en España 5

Tabla 3: Potencial energético de los residuos agroindustriales en España 6

Tabla 4: Parámetros críticos en el proceso de digestión anaerobia 19

Tabla 5: Rango de temperaturas óptimo en el proceso de digestión anaerobia 20

Tabla 6: Relación C:N con respecto al sustrato a tratar 22

Tabla 7: Concentración inhibidora de los principales inhibidores 24

Tabla 8: Valores ideales de los parámetros principales 25

Tabla 9: Heces diarias de los principales tipos de ganado 33

Tabla 10: Elementos dañinos del residuo ganadero 35

Tabla 11: Caracterización del residuo ganadero 35

Índice de Ilustraciones 12

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Influencia CO2-Temperatura 2

Ilustración 2: Tipos de energía y su importancia actualmente 3

Ilustración 3: Utilización de los residuos y su importancia actualmente 3

Ilustración 4: Residuos para valorización energética y su peso actualmente 4

Ilustración 5: Planta de digestión anaerobia 12

Ilustración 6: Esquema planta de digestión anaerobia 15

Ilustración 7: Esquema de la hidrólisis en la digestión anaerobia 16

Ilustración 8: Esquema de las etapas del proceso de digestión anaerobia 18

Ilustración 9: Tiempo de retención en la eliminación de materia orgánica en la digestión anaerobia 21

Ilustración 10: Velocidad de carga orgánica respecto a la materia orgánica 21

Ilustración 11: Tipos de reactores sin retención de biomasa 26

Ilustración 12: Tipos de reactores con retención de biomasa 28

Ilustración 13: Estiércol vacuno 34

Ilustración 14: Diagrama de flujos de una instalación anaerobia para el tratamiento de residuos 36

Ilustración 15: Equipo de separación sólido líquido 38

1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

El ser humano desde tiempos prehistóricos ha necesitado del uso de la energía para sus diferentes tareas diarias,

es decir el ser humano ha desarrollado su historia paralelamente a la búsqueda de satisfacer su demanda de

energía.

Dicha demanda ha sido satisfascida principalmente por energías fósiles y no renovables, especialmente en las

últimas décadas, sobre todo tras la fuerte irrupción del petróleo, el carbón y el gas natural en los pasados siglos.

Pero estas fuentes de aporte de energía no son inagotables, por lo que el hombre empieza a buscar otras formas

de satisfacer dicha demanda de energía, que cada día que pasa es mayor, por lo tanto aparecen las energías

renovables. . La sobreexplotación de estos recursos no renovables está cuestionando la sostenibilidad del sistema

económico global. Si a este factor unimos que los combustibles fósiles contribuyen al calentamiento global, se

hace necesario los programas de desarrollo de fuentes de energías renovables que permitan cubrir parte de la

demanda futura en condiciones económicas viables.

El mercado y los tipos de energías utilizados en la actualidad son numerosas, como ya se ha comentado

anteriormente en la introducción, las energías fósiles han ocupado los primeros lugares en cuanto a uso en los

últimos siglos.

Pero la creciente demanda energética y la conciencia social derivada a partir de los aspectos perjudiciales

derivados del uso de estas energías fósiles como puede ser la contribución al calentamiento global que esta

tipología de energía produce debido especialmente a las emisiones gaseosas que producen ha llevado al ser

humano y a los estados principales que controlan el mundo a buscar el desarrollo de energías menos

contaminantes como pueden ser las energías renovables.

En la siguiente ilustración se muestran las emisiones de CO2 con respecto a su importancia en el calentamiento

global, siendo esso lo que está llevando a la búsqueda de alternativas a las energías fósiles.

Ilustración 1: Influencia CO2-Temperatura

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

2

Aunque hoy en día las energías fósiles siguen dominando el mercado energético, se están llevando a cabo

políticas que poco a poco están haciendo cambiar esta tendencia, en busca de un mundo más sostenible, tanto

económica como medioambientalmente.

En el siguiente gráfico se puede observar la importancia actual que tienen las energías renovables, una

importancia aún pequeña comparada con el petróleo, pero una importancia creciente, a diferencia de las energías

fósoiles que van decreciendo, y la idea es que su utilización sea cada vez menor, aunque a día de hoy no sea

posible su sustitución total, ya que son una fuente con un poder energético mayor que las renovables actualmente.

Ilustración 2: Tipos de energía y su importancia actualmente

Como también se puede ver en el gráfico dentro de las renovables, el uso de los biocarburantes es una parte

importante de ellas, y como se verá con posterioridad su uso irá creciendo ya que tanto en clave nacional como

autonómica se están aprobando ya desde hace tiempo leyes que fomentan su crecimiento.

También este aumento de necesidades creadas por el ser humano, ha derivado en un aumento del consumo, lo

que ha llevado a un aumento en los residuos creados.

Dichos residuos, no deben ser desaprovechados, esto ha llevado al ser humano a buscar la forma de hacer de

estos residuos algo útil para la sociedad, y sobre manera convertirlo en una fuente de energía alternativa.

Además estos residuos, generan una complejidad ambiental, debido a la problemática que general, por ello deben

ser tratados y gestionados de tal forma que respeten el medioambiente, algo a lo cual se le está dando mucha

importancia en nuestros días, para que la preservación del medio sea la mejor posible y los efectos del cambio

climático sean lo menor posible.

La valorización energética es un tipo de gestión de residuos mediante la cual se aprovecha el potencial energético

contenido en los mismos y se reduce la cantidad de materia a ser desechada finalmente. Así es el caso de la

digestión anaerobia aplicada a residuos orgánicos, que permite generar una corriente de biogás (biocombustible)

reduciendo el contenido orgánico. Se trata por tanto de una técnica que recauda esfuerzos para una gestión

energética y de residuos coherente.

3

3 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

A día de hoy la digestión anaerobia es el método más utilizado para la valorización de residuos energéticos, ya

que es una tecnología muy desarrollada y ofrece un aprovechamiento energético bastante competente en

términos económicos.

En la siguiente ilustración se puede ver como la valorización de residuos agrícolas es la opción mas utilizada,

siendo la valorización energética una cada vez más demandada opción, y que con la conciencia medioambiental

que está creciendo de forma desmedida en los países desarrollados se está volviendo cada vez más viable para

el tratamiento de los residuos ganaderos.

Ilustración 3: Utilización de los residuos y su importancia actualmente

A su vez dentro de está valorización energética los residuos que más se utilizan para llevarla acabo, son los

residuos agrícolas, esto se puede ver en la siguiente imagen, en la que se muestra un gráfico con los porcentajes

de los residuos que se utilizan para dicha valorización energética en España.

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

4

Ilustración 4: Residuos para valorización energética y su peso actualmente

La Unión Europea en su conjunto ha aprobado una serie de directivas para el crecimiento de dichas energías

alternativas o renovables, con el fin de cumplir una serie de objetivos en cuanto a sostenibilidad económica y

medioambiental, y así ir sustituyendo poco a poco como se ha comentado antes a las energías fósiles, esta toma

de iniciativa por parte de la comunidad europea viene de lejos y es debido al ejemplo que se presupone que la

sociedad occidental junto con los Estados Unidos americanos deben de dar a las economías emergentes como

pueden ser la economía china, india o brasileña que son las principales consumidoras de energías fósiles y por

tanto contaminantes y contribuyentes al calentamiento global y que está produciendo el cambio climático.

Dicho cambio climático si no es frenado con prontitud puede causar efectos muy perjudiciales e irreversible a

nuestro planeta, por eso desde la Unión Europea se pone tanta importancia en esto.

La Directiva 2012/27/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 25 de octubre de 2012 relativa a la

eficiencia energética, por la que se modifican las Directivas 2009/125/CE y 2010/30/UE, y por la que se derogan

las Directivas 2004/8/CE y 2006/32/CE tiene como objetivos :

- Establecer un marco común de medidas para el fomento de la eficiencia energética dentro de la Unión a fin de

asegurar la consecución del objetivo principal de eficiencia energética de un 20% de ahorro para 2020, y preparar

el camino para mejoras ulteriores de eficiencia energética más allá de ese año.

- Establecer normas destinadas a eliminar barreras en el mercado de la energía y a superar deficiencias del

mercado que obstaculizan la eficiencia en el abastecimiento y el consumo de energía.

-Disponer el establecimiento de objetivos nacionales orientativos de eficiencia energética para 2020.

Está búsqueda de eficiencia energética se basa como se ha citado con anterioridad en la reducción del consumo

de energías fósiles y fomentación de uso de energías alternativas.

1.2 El biogás

El biogás es un biocombustible que se produce a partir de digestión biológica de sustratos orgánicos. El

biogás se considera una fuente de enrgía renovable, por lo que ayuda a solucionar el problema energético

derivado de las energías fósiles y de gestión de residuos.

5

5 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

Es por esto que el biogás que se obtiene deresiduos con un alto contenido en materia organica, propios de

los residuos ganaderos o agrícolas, es una fuente de energía renovable que hace uso de la energía

almacenada por la biomas que viene de la fotosíntesis y por lo tanto del sol.

La combustión de metano para generar energía tanto térmica como eléctrica, libera CO2 proveniente del

carbono biosférico, por lo que la emisión de este gas a la atmósfera será nula. En la realidad está emisión

no será nula, pero es obviamente mucho menor que la emitida por la utilización de energías fósiles.

También de forma paralela a las emisiones, hay que destacar el beneficio económico que el uso de esta

forma de energía conlleva, debido a los costes por la compra de derechos de emisión para el cumplimiento

de los valores ambientales de emisiones acordados en el Protocolo de Kyoto. Es por tanto muy claro, el

beneficio que la utilización de biogás de una forma adecuada conlleva, ya que conllevara un desarrollo

tanto económico como agrícola y rural que sea sostenible.

1.2.1 Caracterización del biogás

La palabra biogás comprende a la diversidad de gases obtenidos en las etapas del sistema de digestión de

la materia orgánica y en las cuales actúan una cantidad heterogénea de bacterias. Principalmente, el biogás

esta formado por metano y dióxido de carbono, mezclado en pequeña proporción con distintas gases, como

se ve reflejado en la siguiente tabla.

Compuesto Cantidad (%)

Metano 50-75

Dióxido de Carbono 25-45

Vapor de agua 1-2

Monóxido de Carbono 0-0,3

Nitrógeno 1-5

Hidrógeno 0-3

Sulfuro de hidrógeno 0,1-0,5

Oxígeno 0,1-1

Tabla 1: Caracterización del biogás

De igual manera, se puede realizar una clasificación de biogás dependiendo del lugar de obtención:

Biogás de vertedero: Biogás procedente de residuos sólidos urbanos

Biogás de digestores: Dentro del biógas de digestores depednderá en la instalación que se produzca

el sustrato a digestionar.

- Biogás de estaciones depuradoras de aguas residuales

- Biogás procedente de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos

- Biogás procedente de residuos ganaderos, agrícolas o industriales.

1.2.2 Potencial del Biogás

Para valorar el potencial de obtención de biogás hay que distinguir entre capacidad total, que toma en

consideración la obtención total de materias primas capaces de ser degradadas, y potencial aprovechable,

que no contaría los materiales cuyo amaso y carga es imposible.

Tipo de Biogás Potencial total (Ktep) Potencial disponible (Ktep)

Biogás agroindustrial 3467,5 1425,1

Biogás de FORSU 778,1 124,5

Biogás de EDAR 164,4 123,3

Biogás de vertedero 957.9 145,6

Tabla 2: Potencial energético de los tipos de biogás en España

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

6

Para computar la cabida total de producción de biogás, hay tener en cuenta que los potenciales totales del

biogás originarios de la FORSU y de vertedero son excluyentes, por lo que no es adecuado su sumatorio.

No obstante sí es apropiada la suma de las capacidades disponibles, ya que han sido calculados

considerando usos competitivos.

Tipos de residuos

agroindustriales

Potencial total (Ktep) Potencial disponible (Ktep)

Deyecciones ganaderas 2925,5 1130,3

Residuos industria alimentaria 367,5 211,2

Plantas biocombustibles 93,3 18,7

Tabla 3: Potencial energético de los residuos agroindustriales en España

En las dos últimas tablas descritas se puede observar que el residuo que genera mayor posibilidad de

valorización por digestión anaerobia es el agroindustrial y dentro de estos residuos el ganadero, es por esto

por lo que se ha decidido realizar este proyecto de valorización energética de los residuos ganaderos a partir

de digestión anaerobia.

.

2 OBJETIVOS Y ALCANCE

En este proyecto de ingeniería se va a tratar, el método de digestión anaerobia para la valorización de residuos

ganaderos y su posterior uso energético como biocombustible en especial como biogás para su aprovechamiento

industrial.

En el cual se hará un estudio bibliográfico para una posible explicación detallada del proceso de digestión

anaerobia para el tratamiento de los residuos ganaderos, y una posterior aplicación para el desarrollo de una

ingeniería conceptual acerca de lo que sería una planta de tratamiento anaerobio.

El objetivo del proyecto es conseguir realizar una planta de tratamiento anaerobio de los residuos ganaderos para

la producción de una fuente de energía como es el biogás.

Esto se realizara mediante unos determinados pasos:

- Estudio detallado de la digestión anaerobia, la cual engloba unos determinados factores críticos.

-Presentación de los tipos de reactores que se pueden utilizar con sus ventajas e inconvenientes y se hara una

breve mención a la legislación aplicable a este tipo de residuos y tratamiento.

- Bases de diseño, en la cual se explicara el tipo de ganado elegido, y se caracterizará el residuo.

- Detalle del proceso.

Todos estos pasos se realizarán tras una detallada búsqueda bibliográfica, en la que en primer lugar se buscaran

la historia de esta tecnología.

Posteriormente se detallara el proceso, haciendo especial énfasis en los factores que pueden causar problemas al

proceso.

Por último se hará la caracterización siguiendo como ejemplos industrias que hagan uso de este tipo de

tecnología.

OBJETIVOS Y ALCANCE

12

12

Ilustración 5: Planta de digestión anaerobia

13

13 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

3 LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

3.1 Introducción

Como ya se ha comentado con anterioridad los dos procesos biólogicos que usualmente se usan para el correcto

tratamiento de los residuos órganico son la digestión anaerobia y el compostaje. Ambos fundados en técnicas

naturales de reciclado materia-nutrientes, naturales de medios edáficos o entornos anóxicos, como es propio de

medios bentónicos de recorridos de agua o palustres.

El compostaje está basado en la estabilización de la materia orgánica mediante la humificación, por lo que busca

la conversión de dicha materia órganica residual en sustancias húmicas complejas de gran estabilidad

bioquímica.

En el proceso de digestión anaerobia dichas móleculas orgánicas complejas se descomponen estando en

condiciones anóxicas en biogás y en otras móleculas sencillas, por lo tanto es un método adecuado de las gestión

de los residuos, generando además energía si se cuenta con un sistema de valorización de biogás, siendo está

una fuente de energía renovable.

Por otra parte, tanto el compostaje como la biometanización no son opciones excluyentes al tratamiento de

digestión anaerobia, sino que pueden ser alternativas adicionales a está. La utilización del compostaje tras el

proceso de digestión anaerobia permite la obtención tanto de biogás como compost al mismo tiempo. Eso sí la

cantidad de compost se reduciría paraa así disminuir tanto la demanda de oxígeno como el calor emitido.

3.1.1 Historia

La digestión anaerobia aparece debida a la escasez de combustibles, a principios del siglo XIX, aunque a Europa

no es hasta después de la Segunda Guerra mundial cuándo empieza a verse como un tratamiento efectivo de los

residuos. Ya que empiezan a verse los tratamientos biológicos y los tratamientos terciaros como los mejores

para la gestión adecuada de los residuos.

Pero es a raíz de la crisis de los años setenta cuando este proceso de valorización de los residuos crece

exponencialmente, debido a la visión del biogás como alternativa real al uso del petróleo. Actualmente es más

utilizada está tecnología en los países emergentes, como son el caso de Cina e India, sobre todo en las zonas

rurales, donde la cantidad de residuos tanto ganaderos y agrícolas hace que se produzcan grandes cantidades de

combustible.

El uso de esta tecnología para el tratamiento y estabilización de los residuos sigue en continuo crecimiento, y

eso es debido principalmente al elevado precio de las fuentes de energías fósiles, al deterioro de los suelos

agrícolas sobretodo en cuanto a materia orgánica se refiere, y a la cada vez mayor conciencia social sobre el

medioambiente. Este crecimiento se produce incluyendo además que dicho proceso es dificultoso, que exige de

un proyecto y de una explotación tanto adecuada como profesional.

Hay diferentes formas de configurar la digestión anaerobia. La primera forma en ser estudiada fue la digestión

sencilla o en fase única, es decir, aquella en la que todas las etapas de la digestión tienen parte en el mismo

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

14

14

medio. A continuación se desarrolló la digestión en dos fases, en la cual se dividen las etapas de la digestión en

dos dársenas independientes.

También existe una división de tipos de digestión anaerobia teniendo en cuenta el porcentaje de humedad de la

sustancia a degradar, y ellas son los procesos húmedos (de baja concentración en sólidos) y los procesos secos

(de alta concentración en sólidos).

En los procesos anaerobios de baja concentración de sólidos o húmedos, la concentración de sólidos suele estar

en el intervalo alrededor del 4 al 15% de sólidos totales (ST). Es un proceso muy empleado para tratar la fracción

orgánica de los residuos urbanos, residuos animales y residuos agrícolas. Esta alternativa es interesante cuando

se dispone de fangos de depuración de aguas residuales que se quieren estabilizar. Los sistemas en húmedo y

una sola fase han estado en uso durante décadas para la estabilización anaerobia de los biosólidos producidos en

las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas.

En los procesos anaeróbicos de alta concentración de sólidos o secos, la concentración de sólidos suele estar en

el intervalo 20 – 40% de ST, así que sólo los substratos muy secos (>50% ST) necesitan ser diluidos con agua

del proceso. Esta mayor concentración de sólidos está ligada a una menor necesidad de agua. Por otra parte, la

producción de gas por unidad de volumen de reactor es mayor. Esta tecnología partió de la empleada para la

digestión de estiércol orgánico, demostrándose que la producción de biogás en sistemas donde los residuos eran

mantenidos en su estado sólido original era similar a aquellos diluidos con agua.

3.1.2 Aspectos generales

El proceso de metanización o degradación anaerobia es un proceso biológico que se da en carencia de oxígeno

y que consta de distintas etapas en las cuales hacen efecto una serie de grupos heterogéneos bacteriales, cuya

función es la transformación de la parte más degradable de la materia orgánica para producir biogás y los

elementos que son más dificultosos para digestionar formarán el digestato. Dicho biogás estará formado en

mayor medida por metano y dióxido de carbono, aunque también contará con otros compuestos gaseosos en una

proporción menor como son el vapor de agua o el sulfuro de hidrógeno.

La degradación anaerobia es identificable por que cuenta con unas determinadas etapas consecutivas que se

distinguen por el proceso que realizan para conseguir degradar el sustrato. Por norma general, es fácil distinguir

en este proceso tres etapas, en las cuales aparecerán cinco tipos de bacterias heterogéneas diferentes.

Cada una de estas etapas se va a identificar por los grupos bacteriales que se encuentren en el medio y por las

propiedades físico-quimicas que van a hacer posible la digestión del sustrato. Por lo tanto estas poblaciones van

a constar con bacterias con distintas velocidades de crecimiento y van a responder de manera distinta a los

compuestos intermedios que aparezcan y puedan inhibir el proceso, y a las condiciones físicas que se estén

dando en ese momento en el digestor. Esto hace que las velocidades de reacción sean distintas y vayan a

depender de la composición del sustrato para cada etapa y a su vez para que el proceso progrese de una manera

adecuada globalmente se haga necesario un equilibrio que impida el depósito de compuesto intermedios

inhibidores además de que se mantenga una serie de condiciones físicas que faciliten su desarrollo. De manera

generalizada, se cuentan con cinco grandes grupos de microorganismos, los cuales están presentes en tres

procesos sucesivos: la hidrólisis, la acidogénesis y metanogénesis. Dichos procesos componen cuatro etapas: la

etapa hidrolítica, acidogénica, acetogénica y metanogénica.

15

15 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

Ilustración 6: Esquema planta de digestión anaerobia

3.2 Etapas

El principal producto que se obtiene de la digestión anaerobia es el biogás, cuya riqueza en metano dependerá

del proceso y del residuo que vaya a ser degradado. Además el digestato contiene los elementos orgánicos

difícilmente degradables junto con el nitrógeno, el fósforo, y otros minerales presentes en el instante inicial en

la biomasa.

La interacción asociativa entre diversos grupos orgánicos de procariotas hace posible que se forme metano

proveniente de sustancias con un peso molecular alto, así como polisacáridos, proteínas y grasas. Los iniciadores

del metano son el hidrógeno, el dióxido de carbono y el ácido acético, todos ello se producen por las acciones

de los fermentadores anaerobios.

El proceso bioquímico de la degradación anaerobia es fácilmente representable mediante la siguiente reacción

CmHnOp → r CH4 + s CO2 + H2O.

Donde r + s = m

Esta sencilla forma de representación de la separación de la materia orgánica, manifiesta en su realidad un grupo

de etapas, las cuales pueden encontrarse en serie o en serie y paralelo, en las que se mezclan un numeroso grupo

de especies de microorganismos.

La digestión anaerobia ha sido estimada como un proceso que constaba con dos etapas, en la primera de ellas

tiene lugar la hidrólisis y la fermentación de la materia orgánica compleja, dividiéndose en hidrógeno y ácidos

orgánicos más simples. Posterioremte se convierten los ácidos en metano. Teniendo en cuenta esto se sabe de la

existencia de dos grupos de bacterias, por una parte las bacterias acidogénicas y por otra parte las metanogénicas.

No obstante, una explicación más ajustada del proceso debe de considerar hasta cuatro etapas encadenadas:

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

16

16

La hidrólisis:

Es la primera etapa del proceso de digestión anaerobia, en esta se produce una degradación de la materia orgánica

compleja como son las grasas, las proteínas y los hidratos de carbono. Estos compuestos se despolimerizan por

la actuación de enzimas hidrolíticas en elementos solubles que constan de una degradación sencilla como son

los acidos graos o los aminoácidos. Estas nuevas moléculas al ser más simples se diluyen de una manera mucho

más fácil en el ambiente. Las bacterias encargadas de este proceso son las bacterias hidrolíticas-acidogénicas.

Para que todo esto quede más detallado, se presenta junto a esta explicación una ilustración muy intuitiva sobre

lo que sucede en esta etapa, a la vez que lo que entra y sale de la etapa.

Ilustración 7: Esquema de la hidrólisis en la digestión anaerobia

La fermentación acidogénica o fase ácida:

Los compuestos solubles provenientes de la fase hidrolítica parten a ser convertidos por la operación de los

microorganismos y bacterias fermentativas a partir de un proceso de fermentación, proporcionando a modo de

resultado ácido acético (CH3-COOH), hidrógeno (H2) y dióxido de carbono (CO2) primariamente, y en pequeña

cantidad productos intermedios: alcoholes, ácidos grasos volátiles (otros ácidos grasos de cadena corta además

del ácido acético) y ácidos orgánicos. Tal como se ha expuesto previamente, actúan bacterias acidogénicas,

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17 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

siendo las más comúnmente identificadas elButyvibrio, Propionbacterium, Clostridium, Bacteroides,

Ruminococos, Bifidobacterium, Lactobacillus, Streptococos y Enterobacterias. (retocar)

La acetogénesis:

Los componentes más reducidos de la fermentación acidogénica son oxidados, bajo condiciones anaerobias, a

ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno, que sirven de sustrato a bacterias metanogénicas. Así los AGV

(con tres o más carbonos) y los AGCL son oxidados a acético, hidrógeno y dióxido de carbono. Esta conversión

es sólo posible si la presión parcial de hidrógeno se mantiene en valores bajos, con presiones parciales menores

de 10-3 atm. Esta oxidación es llevada a cabo por bacterias facultativas que viven en estrecha colaboración con

las bacterias metanogénicas. Son bacterias sintróficas denominadas “acetógenas” u “organismos protón-

reductores obligados”. Se produce también la respiración acetogénica de bicarbonato por bacterias

homoacetogénicas. Estas bacterias catabolizan mezclas de dióxido de carbono e hidrógeno a compuestos de

carbonos múltiples. Pueden producir ácido acético, pero las bacterias metanogénicas compiten con ellas por el

hidrógeno.

Como ejemplos de bacterias acetogénicas se identifican Syntrophobacterwolinii, que descompone el ácido

propiónico, o Syntrophomonaswolfei que descompone el ácido butírico. Los ácidos valérico y butítico son

descompuestos por las mismas especies. Mientras que como bacterias pertenecientes al grupo de las

homoacetogénicas se encuentran los géneros Acetobacterium, Acetoanaerobium, Acetogenium, Clostridium o

Eubacterium.

La fase metanogénica:

Es la última etapa de la digestión anaerobia, que consta de dos tipos de reacciones diferentes. Las reacciones en

las cuales tanto el dióxido de carbono como el hidrógeno se combinan para la producción de metano y agua, así

como las reacciones que producen metano y dióxido de carbono a partir de acetato. Los microorganismos que

se encargan de la etapa inicial normalmente se denominan “hidrogenotróficos”, a su vez las que toman parte en

la transformación posterior se llaman “acetoclásticos”.

Con la presencia del ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono surgen en el medio las bacterias encargadas

de la etapa de metanogénesis. Se diferencian dos tipologías principales de microorganismos: los que van a

degradar el ácido acético produciendo metano y dióxido de carbono, (los metanógenosacetoclásticos), y los que

a partir del hidrógeno y dióxido de carbono resultantes de etapas anteriores van a generar metano y agua, (los

metanógenoshidrogenotrofos).

En la siguiente ilustración se esquematiza de una forma esquematizada todo lo detallado anteriormente, es decir

tanto las etpas de la digestión anaerobia, como sus productos intermedios y finales, así como los

microorganismos presentes en dicha etapa.

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

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18

Ilustración 8: Esquema de las etapas del proceso de digestión anaerobia

3.3 Estabilidad del proceso

La estabilidad del proceso de digestión anaerobia dependerá de la población bacteriana presente en cada etapa.

Dicha población bacteriana dependerá de la naturaleza y composición del residuo ganadero a tratar. Este grupo

de bacterias puede verse modificado si con dicho residuo que va a ser tratado entra algún componente tóxico

que impida el desarrollo de alguna población bacteriana.

Normalmente las poblaciones de microorganismos presentes en las dos primeras fases de la digestión (las fases

de hidrólisis y acidogénesis) son facultativos, en cambio en la fase metanogénica, la población de

microorganismos son estrictos y con unas tasas de crecimiento aproximadamente cinco veces menores que los

de la etapa anterior (etapa acidogénica). El problema que esto causa es que las bacterias de la etapa metanogénica

si encuentran algún inconveniente en su reproducción y consumición de los ácidos empeoraran las condiciones

de los microorganismos encargados de la producción de metano.

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19 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

A su vez, el proceso anaerobio va a ser mucho más lento que el aerobio. Esto es debido a que su tasa de

conversión del sustrato en biomasa bacteriana es cuatro veces menor a la del sistema aerobio. Lo cual hace que

se requiera varias semanas de puesta en marcha con el objetivo de lograr un equilibrio en las poblaciones

bacterianas presentes en el digestor.

Una de estas situaciones tiene parte en la fase acetogénica, ya que la degradación anaerobia tanto de los ácidos

butírico como propiónico no es permisible desde el punto de vista de la termodinámica ya que que las presiones

parciales de hidrógeno son altas, y esto hace necesario que haya presentes poblaciones de microorganismos que

sean capaces de excluir del ambiente los productos de la etapa acetogénica.

3.4 Parametros que afectan al proceso

El proceso de digestión anaerobia tiene varios condicionantes que pueden ser divididos en dos grupos,

parámetros operacionales y parámetros ambientales.

En la siguiente tabla se presentan los principales parámetros a tener en cuenta.

Parámetros Operacionales Parámetros Ambientales

Temperatura pH

Agitación Potencial redox

Tiempo de retención Nutrientes

Velocidad de carga orgánica Tóxicos e inhibidores

Tabla 4: Parámetros críticos en el proceso de digestión anaerobia

En cuanto a los condicionantes operacionales contamos con:

Temperatura:

La estabilidad de la temperatura de operación es de crucial importancia, ya que de ella depende la adecuada

interacción y equilibrio de los diferentes grypos de microorganismos involucrados a lo largo del proceso.

Una variación de pocos grados (entre 2 y 3) puede significar un gran cambio en el sistema, tanto es así, que los

diferentes rangos de temperatura determinan grupos de microorganismos totalmente distintos.

Muchos de estos grupos de microorganismos pueden sobrevivir solo en rangos estrictos de temperatura, de tal

modo que es sumamente importante mantener controlada la medida de esta variable.

La temperatura óptima de los procesos mesóliticos es de 37 ºC y la de los termofílicos es de 55 ºC por lo tanto

habrá que operar alrededor de este rango.

En la siguiente table se detalla lo anteriormente comentado, las condiciones óptimas según el tipo de proceso y

el tipo de bacterias que están presentes.

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

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20

Bacterias Rango de Temperaturas Tiempo de retención

(días)

Sensibilidad (ºC/hora)

Mínimo Óptimo Máximo

Psicrofílicas 4-10 15-18 25-30 >100 2

Mesofílicas 15-20 28-37 35-45 30-60 1

Termofílicas 25-45 50-60 75-80 10-16 0,5

Tabla 5: Rango de temperaturas óptimo en el proceso de digestión anaerobia

Agitación

La agitación se realiza para alcanzar una serie de objetivos en el proceso, dichos objetivos son los siguientes:

Poner en contacto el influente con la masa bacteriana, y eliminar los metabolitos producidos por la

metanogénesis, favoreciendo la salida de los gases.

Prevenir tanto la producción de espumas como la sedimentación en el digestor.

Evitar la formación de zonas muertas que reduzcan el volumen de operación del digestor.

Mantener una temperatura uniforme en el digestor esto se consigue eliminando la estratificación térmica.

La velocidad de agitación es un elemento que puede intervenir en el avance del proceso, siendo preciso un

armonía entre la buena homogeneización y la adecuada formación de agregados bacterianos. Una velocidad de

agitación alta, por arriba de 700 rpm puede reducir levemente la obtención de biogás, por fractura de los

agregados bacterianos o flóculos de bacterias.

Tiempo de retención

En la imagen siguiente se observa la tendencia general de los índices de eliminación de materia orgánica (sólidos

volátiles, SV) y de producción específica de gas, por unidad de volumen de reactor, en función del tiempo de

retención.

El tiempo de retención depende del volumen y el caudal a tratar, de hecho es el cociente entre el volumen y

dicho caudal, por lo tanto, es el tiempo promedio que permanece el flujo a trataren el digestor sometido a la

acción de los microorganismos.

En la ilustración posterior se puede ver la curva general de los índices de eliminación de material orgánica y de

formación específica del gas, con respecto al volumen de reactor, en función del tiempo de retención.

21

21 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

Ilustración 9: Tiempos de retención en la eliminación de materia orgánica en el proceso de digestión anaerobia

Velocidad de carga orgánica

La velocidad de carga orgánica es el total de materia orgánica que se introduce en el digestor por unidad de

volumen y tiempo. Si está es baja significará que hay una baja concentración en el flujo de entrada o que el

tiempo de retención es elevado, o ambas cosas. En cambio si hay un incremento de ella se reducirá la relación

entre la producción de gas y la materia orgánica introducida. Es este el motivo por el cuál se trata de buscar un

óptimo tanto técnico como económico en cada planta y residuo.

En la siguiente ilustración se muestran unas velocidades que dependen de la materia orgánica presente en el

residuo.

Ilustración 10: Velocidad de carga orgánica respecto a la materia orgánica

En cuanto a los condicionantes ambientales contamos con:

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

22

22

pH:

Para los medios anaerobios, el nivel de pH en el que se reflexiona que un proceso es estable está entre 6,6 y 7,6.

No obstante, los niveles de pH están sujetos a la aclimatación de las poblaciones microbianas y puede lograrse

un proceso estable a valores mayores, si bien el nivel recomendable de actividad para las bacterias

metanogénicas se localiza alrededor de 6,8). El pH es uno de los factores de diagnóstico de los sistemas

anaerobios. Sin embargo, hay que estar al tanto de que en el caso de que existan oscilaciones en los sistemas

anaerobios, la medida del pH no deja anteponerse o adivinar futuros errores, ya que nos avisa de inconvenientes

en los digestores una vez que estos se hayan causado. Su papel es esencial en el equilibrio amonio - amoniaco,

por ser el amoniaco libre un significativo inhibidor de la fase metanogénicas.

Potencial Redox

El potencial redox debe de presentar un valor suficientemente bajo para que así los microorganismos

metanogénicos estrictos se puedan desarrollar, ya que estos microorganismos requieren potenciales de

oxidación-reducción inferiores a -300 mV.

Nutrientes:

El sistema anaerobio está caracterizado por la baja demanda de nutrientes que requiere en comparación con el

proceso aerobio, esto es debido principalmente a los bajos índices de producción de biomasa que presenta. No

obstante, dicha biomasa requiere para su producción del suministro de unos determinados nutrientes minerales,

además de un aporte de carbono y energía. Entre estos nutrientes cabe destacar al nitrógeno, azufre, fósforo,

hierro, cobalto, níquel, molibdeno, selenio, riboflavina y vitamina B12. Dichos nutrientes conviene que estén

en forma claramente digerible por los microorganismos. Los vitales nutrientes son nitrógeno y fósforo,

considerándose que la relación C/N debe oscilar entre 15-35/1.

Sustrato Relación C:N

Purín de cerdo 18-20

Estiércol Vacuno 15-24

Gallinaza 15

Residuos de matadero 2-8

Residuos de Cocina 25

Residuos de frutas 35

Fangos de depuración 16

Pieles de patata 25

Cebada, arroz, trigo 60-90

Tabla 6: Relación C:N con respecto al sustrato a tratar

En la table anterior, se detallan una serie de valores típicos para una serie de residuos, con el objetivo de realizer

una comparaación con nuestro proceso en el cuál vamos a tartar purín de cerdo y estiércol vacuno. En el se ve

que tienen una relación carbon- nitrógeno bastante alta.

Tóxicos e Inhibidores

La cuantía de la toxicidad depende de distintos factores, entre los cuales se encuentran la concentración,

formación de complejos y aclimatación, por lo que una misma sustancia puede llegar a ser tóxica o no.

Normalmente la concentración es el único factor a tener en cuenta, lo que puede llevar a afirmaciones

absolutistas, en algunas ocasiones equivocadas.

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23 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

A continuación se detalla brevemente los compuestos que más usualmente presentan complicaciones de

inhibición en la digestión de los residuos manejados.

1. Hidrógeno

Varios autores creen que el seguimiento de la concentración de H2 en el proceso admite predecir desequilibrios

en las poblaciones microbianas. El establecimiento de hidrógeno inhibe la β-oxidación, ya que ésta sólo sucede

si la presión parcial de hidrógeno es baja. Se entiende que una concentración de hidrógeno de más de 40•10-9M

es crucial en la regulación del flujo de carbono en el transcurso de la mineralización de la materia orgánica.

Concentraciones de hidrógeno mayores enviarán el flujo de electrones de la fabricación de metano a la

fabricación de butirato, propionato, lactato o el etanol.

2. Lípidos

El depósito de lípidos, en especial de ácidos grasos volátiles y ácidos grasos de cadena larga, puede ser un gran

inconveniente en el proceso de digestión, debido al efecto inhibidor de los lípidos colapsando el sistema de

digestión anaerobia. Este inconveniente puede ser subsanado mediante la adaptación de los microorganismos de

oxidación presentes en los ácidos grasos, los cuáles son capaces de degradar dichos compuestos a medida que

van apareciendo.

Mientras se da la etapa de hidrólisis, las lipasas extracelulares extraídas por microorganismos acidogénicos

comienzan la digestión de los lípidos, siendo posible la formación de elevadas concentraciones temporales de

ácidos grasos de cadena larga. Un depósito de este tipo de moléculas puede producir la inhibición del proceso

de degradación al ser tóxicas tanto para acetógenos y metanógenos, que son los dos principales microorganismos

en el proceso de oxidación de ácidos grasos volátiles y de cadena larga.

Por otro lado, la acumulación de AGCL además puede inhibir la digestión anaerobia como resultado de la

adsorción de estos compuestos en torno a las partículas de biomasa, perturbando los procesos de transporte por

flotabilidad de la biomasa en el digestor e inclusive permitir la formación de espumas y estratificación del

reactor.

Los AGV forman un instrumento transcendental en la monitorización y control de digestores anaerobios,

manifestando vertiginosas respuestas ante cambios en el sistema, como sobrecargas orgánicas o entrada de

tóxicos. El acrecentamiento de su concentración está unido con la rebaja en la producción de biogás. En diversas

menciones literarias se enlazan el acopio de ácidos grasos volátiles con la inhibición de algunas fracciones de la

fase de metanogénesis.

El depósito de acético y propiónico en el reactor puede hacer que se inhiba la acetogénesis.

3. Nitrógeno

La inhibición de la degradación anaerobia de residuos de elevada carga orgánica es común que este también

producida por elevadas concentraciones de amonio, el cuál aparece en la degradación proteica de residuos con

alta riqueza en nitrógeno. Degradar residuos con gran riqueza en nitrógeno es dificultoso debido a su elevado

contenido de amoniaco total, que aunque es un nutriente el cuál necesitan los microorganismos que intervienen

en el proceso de digestión, cuándo su concentración sobre pasa un cierto rango puede inhibir la metanogénesis.

Este rango según la literatura depende de diversos factores como son el sustrato, el tiempo de operación, el

inóculo, el pH y la temperatura. De acuerdo con la ecuación de equilibrio químico.

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

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24

Dos elementos son los que están considerados como posibles inhibidores de los metanógenos por la acción de

amonio. Primeramente, las enzimas que sintetizan metano se encuentran directamente inhibidas por amoniaco

libre, y en segundo lugar, el amoniaco libre se propaga lentamente sobre el ambiente intracelular volviendose a

amonio dado el escenario descrito por el pH.

Estas inhibiciones producidas por el amonio son evitables. Se pueden evitar ya que los residuos orgánicos

normalmente se diluyen fácilmente en agua, lo que hará que el rendimiento del proceso crezca. Por otro lado es

conveniente impedir el aporte de matería que contenga alta concentración de nitrógeno al lecho de degradación.

4. Desinfectantes y antibióticos

Aparecen debido a las labores de desinfección y limpieza, y la toxicidad que presentas es dependiente de su

concentración, biodegrabilidad y del tiempo que pasa entre su uso y la puesta en marcha del proceso. Es sabido

que tanto los restos de penicilina, como los restos de tetraciclina inhiben el proceso anaerobio, aunque existe una

correcta adaptación a la presencia de esta inhibición.

También es sabido que para que se produzca de forma correcta el proceso de digestión anaerobia es fundamental

que las velocidades de conversión metabólica de los distintos conjutos bacterianos se encuentren equilabradas,

debido a que los productos finales de cada etapa son usados en la etapa posterior, produciéndose una proporción

simbiótica la cual hace que el procedimiento se consolide. La tolerancia a determinados factores de los diferentes

grupos bacterianos implicados es desigual, así los microorganismos metanógenas son considerablemente más

susceptibles frente a cualquier alteración del ambiente, por lo que al originarse desviaciones sobre las medidas

de control del proceso acontece una depósito de productos intermedios (en general AGV, AGCL e hidrógeno)

que incitan la acidificación del ambiente y como resultado se ocasiona la parálisis del proceso global.

En la siguiente table se citan los inhibidores máss importantes, y la concentración que le caracteriza como

inhibidores del proceso, por lo tanto es una concentración que hay que subsanar para que el proceso no se vea

desmejorado por dicha presencia.

INHIBIDORES CONCENTRACIÓN INHIBIDORA (mg/ml)

Sulfuro 200

Cu 10-250

Cr 200-2000

Zn 350-1000

Ni 100-1000

Na 8000

Ca 8000

Mg 3000

Tabla 7: Concentración inhibidora de los principales inhibidores

Condiciones Ideales para el proceso de digestion anaerobia:

En la siguiente tabla se van a presentar una serie de valores en cuanto a los parámeros más importantes a controlar

y sus valores que se acercan lo máximos posible a asegurar una estabilidad ideal en el proceso tanto en las fases

de hidrólisis y acidificación como en la metanogénica.

PARÁMETRO HIDRÓLISIS/ACIDIFICACIÓN FORMACIÓN CH4

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25 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

Temperatura (ºC) 25-35 Mesófilo: 32-42

Termófilo: 50-58

pH 5,2-6,3 6,7-7.5

Relación C:N 10-45 20-30

Contenido en sólidos (%) <40 <30

Potencial redox (mV) 300-400 <250

Demanda de nutrientes

C:N:P:S

500:15:5:3 600:15:5:3

Elementos traza No existen requerimientos

específicos

Micronutrientes esenciales:

Ni, Co, Mo, Se.

Tabla 8: Valores ideales de los parámetros principales

Como se puede observer la temperatura no debe ser muy alta y en la etapa metanogénica dependerá de si el

proceso es termófilo o mesofilo.

La relación carbono-nitrógeno es más limitada en la fse metanogénica que en las otras dos, al igual que el resto

de parámetros como son el contenido en sólidos, el potencial redox, la demanda de nutrients o los elementos

traza. Esto se debe a que la última etapa de la digestion anaerobia tiene que ser más estricta debido a su

importancia en laa riqueza del futuro biogas.

3.5 Tipos de reactores

El diseño de reactores para el proceso de digestión anaerobia puede dividirse dependiendo de su capacidad para

mantener las concentraciones de bacterias elevadas en el reactor, mediante distintos métodos.

El reactor más sencillo y más utilizado es el de mezcla perfecta.

Reactor de mezcla completa sin recirculación

Se fundamenta en un reactor en el cual se conserva un perfil uniforme de concentraciones, tanto bacterial como

del substrato. Esto es posible mediante un procedimiento de agitación. Dicha agitación puede ser tanto

neumática, en la cual se recircula el biogás a presión, como mecánica, en la cual se utiliza un agitador que puede

ser de palas o hélice.

Este tipo de reactor no ofrece inconvenientes de diseño y es el más demandado para la gestión de residuos. En

comparación con otros tipos de reactores, cuenta con un tiempo de retención elevado, esto se debe a que la

concentración de cualquier residuo que se mantiene con el reactor en régimen permanente, es igual a la que se

pretende alcanzar con el efluente.

Si, como es el caso de los procesos biológicos, la velocidad de la reacción esta en función de la concentración,

será un proceso lento, la forma de compensar esta velocidad tan baja será aumentando el tiempo de la reacción

Reactor de mezcla completa con recirculación

Este tipo de reactor anaerobio es denominado reactor anaerobio de contacto y es semejante al sistema de fangos

activos aerobios que se utilizar para tratar aguas residuales.

Es sencillo de demostrar que ajustando la recirculación se hace posible adecuar el sistema para que los tiempos

de retención hidráulicos sean menores que en el reactor de mezcla perfecta sin recirculación detallado en el

apartado anterior. Esto es posible pero para ello se debe de aumentar el tiempo de retención de las bacterias,

debido a su aislamiento en el proceso mediante la separación en el decantador y recirculación. Como

consecuencia de la ineludible separación de bacterias en el decantador, este método sólo es ajustable a aguas

residuales de elevada carga orgánica (aguas residuales de azucareras) para las que sea viable una separación de

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

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fases líquido-sólido, con la parte sólida consistente básicamente en flóculos biológicos. Anterior deal decantador

debe de haber un sistema de desgasificación, sin el cual la decantación se puede distinguir imposibilitada.

En la siguiente ilustración se muestra un esquema gráfico de los reactores anteriormente citados.

Ilustración 11: Tipos de reactores sin retención de biomasa

Reactor con retención de biomasa, sin recirculación

Si se hace posible la retención de microorganismos dentro del reactor, se evita la disposición de reactor de mezcla

perfecta, con esto es posible disminuir el tiempo de retención a un nivel menir que el reactor mezcla perfecta

que se toma como referencia al ser el más utilizado. Los métodos de retención de biomasa son principalmente

dos:

i. sujeción encima de un soporte.

ii. anexión o floculación de biomasa y su conservación por gravedad

A pesar de que los reactores de flujo pistón no serían incluidos en esta sección, el caso de que el valor de la tasa

crecimiento de bacterias sea más dominante en el ingreso al reactor, en el cual la concentración de sustancia

igualmente es más alta, concibe que la concentración media en el digestor sea más alta a la correspondería a un

digestor mezcla completa, o en todo caso superior a la de salida, con lo cual el tiempo de retención será inferior.

Este arquetipo de digestor ha sido usado para tratar a distintos tipos de residuos orgánicos, como fracción

orgánica de residuos municipales residuos de porcino y bovino, y una de los problemas son los debidos a la falta

de homogenización en la sección transversal a la dirección del flujo, en las configuraciones horizontales, lo cual

se puede evitar mediante un sistema de agitación transversal (reintroducción de biogás a presión en la base del

digestor si el reactor es horizontal, por ejemplo).

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27 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

- El filtro anaerobio.

En este tipo los microorganismos anaerobios están pegados al cuerpo de un soporte inerte (consiguiendo de esta

manera formar biopelículas), a una columna de relleno (o atrapados en los intersticios de este). El soporte puede

estar fabricado tanto de plástico como de cerámica. Su repartición puede ser anómala, y en este caso los

microorganismos se hallan mayoritariamente cogidos en los intersticios, o regular y orientado verticalmente, y

en este caso la actividad es debida básicamente a las bacterias fijadas, recibiendo el nombre de lecho fijo con

flujo descendente En caso de utilizar un soporte orientado verticalmente con flujo ascendente y un sustrato

lentamente degradable, con elevado tiempo de retención, la retención por sedimentación de los fragmentos de

biopelícula desprendidos adquiere un efecto de importancia en la actividad del reactor.

Este método ha sido ampliamente estudiado para el tratamiento de aguas residuales de industria agroalimentaria,

y hay prácticas piloto para la fracción líquida de residuos ganaderos. El coste de inversión es un restrictivo

significativo para su establecimiento.

- El lecho fluidizado.

En este tipo de reactor los microorganismos están fijados, componiendo una biopelícula, que se encuentra

encima de partículas compuestas de material interte y son de pequeño tamaño. Dichas partículas hay que tenerlas

en estado fluidizado y se consigue gracias al flujo ascendente. Para conservar el caudal recomendado, que haga

posible la fluidización y expansión del lecho, se hace uso de la recirculación. Como el filtro anaerobio, se utiliza

básicamente en aguas residuales, primordialmente provenientes de la industria agroalimentaria, y también se

puede usar para residuos ganaderos líquidos, aunque se cuenta con poca práctica en este sector.

- El reactor de lecho de lodos.

Este sistema favorece a la floculación o al ingreso de microorganismos entre ellas, formando gránulos, de tal

forma que mediante sedimentación se mantienen en el interior del reactor, mediante la velocidad ascendente del

flujo. Esto último será posible, siempre y cuando en la parte alta exista un buen separador.

El diseño más habitual es el UASB (cuyas siglas Upflow Anaerobic Sludge Blanket), el cuál hoy en día se aplica

mucho al tratamiento de aguas residuales en la industria agroalimentaria. Esto es debido a que su diseño es el

más simple entre los sistemas cin retención de biomasa y lo único que puede limitar el proceso esque la biomasa

actuva granule, esto quiere decir que sea capaz de formar conjuntos de elevada densidad. Para ello es

determinante la composición del agua a tratar y mantener una operación adecuada.

La ilustración de debajo de este párrafo, muestra los reactores de lecho fijo, lecho fluidizado, UASB y el filtro

anaerobio que se han explicado anteriormente, y muestran un esquema fotográfico de las corrientes que forman

dichos reactores.

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

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Ilustración 12: Tipos de reactores con retención de biomasa

Sistemas discontinuos

En los sistemas discontinuos, la curva que representa como evoluciona con el tiempo la producción de biogás

presenta la misma forma que la curva típica de crecimiento bacteriano. Aquí el término de tiempo de retención

no representa nada, lo cual lleva a que se hable de tiempo de digestón.

Para llegar a una producción de gas que se acerque a una producción continua, hay que juntar varios reactores

discontinuos, y además conlleva puestas en marchas interpuestas en el tiempo.

Este tipo de reactor ha sido empleado a residuos con una elevada concentración de sólidos hacen difícil la

admisión de sistemas con bombas, así como residuos de ganado vacuno con lecho de paja.

Otros sistemas

Los reactores anteriormente citados pueden ser mezclados para lograr sistemas más eficaces, dependiendo del

tipo de residuo que se vaya a tratar.

- Sistemas de dos etapas

Dichos sistemas están compuestos, en primer lugar por un reactor con un alto tiempo de retención, que beneficia

la hidrolisis. A continuación se coloca un segundo reactor, este cuenta con un tiempo de retención muy inferior,

que absorbe la materia orgánica que se encuentra diluida y los ácidos generado en la etapa anterior. Si la primera

etapa consiste en un reactor discontinuo, el líquido tratado en la segunda es el obtenido por percolación en la

primera una vez recirculado el efluente de la segunda. Dicho sistema hace posible que se mantenga de una

manera más fácil la temperatura de operación en el reactor discontinuo y así se controla la temperatura del

efluente para el posterior reactor.

Este sistema ha sido aplicado de forma exitosa en el tratamiento de residuos sólidos, en los cuales la etapa que

limita el proceso de valorización de residuos es a hidrólisis, como por ejemplo el ganado vacuno.

- Sistemas de dos fases

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29 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

Este sistema se distingue principalmente del anterior de dos etapas ya que la separación dde fases consiste en

colocar los reactores en serie, en dichos tienen lugar las fases acidogénica y metanogénica respectivamente. El

objetivo primordial de este sistema es alcanzar un tiempo de retención en el proceso global más bajo al que

corresponde en un único reactor de mezcla perfecta.

Este sistema se ha empleado de forma satisfactoria en la degradación de residuos con un alto contenido en

azúcares y baja concentración de sólidos, aunque no ha sido satisfactorio para residuos que contienen fibras o

cuya etapa limitante es la hidrólisis.

- Sistemas híbridos.

Los sistemas híbridos por norma general, lo que realizaran será combinar conocimientos respaldados por los

distintos tipos de reactores o sistemas de digestión comentados anteriormente. Por ejemplo los dos sistemas

explicados (tanto el sistema de dos etapas como el de dos fases) pueden ser considerados como sistemas híbridos.

De igual manera se han diseñado reactores con retención de biomasa híbridos, en ellos la parte inferior actúa

como un UASB y la parte alta como un filtro.

Un gramo de fango granular es capaz de catalizar la transformación de 0.5 a 1 g de DQO al día. El gránulo se

produce de forma natural, ya que la estructura del gránulo está estratificada. En el foco se encuentran los

adheridos de Methanosaeta, que constituyen filamentos que se entremeten (especialmente), y otros cuerpos

metanógenos, como Methanothrix y Methanosarcina. En la sucesiva capa están encerrados cuerpos productores

y gastadores de hidrógeno, en una asociación simbiótica. En la capa superficial se localizan los organismos que

realizan las primeras etapas de degradación anaerobia, como los acidógenos y otros organismos consumidores

de hidrógeno. La granulación depende en gran medida del crecimiento bacteriano, por lo que optimizando las

condiciones de crecimiento se mejorará considerablemente. Son, actualmente, los reactores que más se están

utilizando, existiendo, básicamente dos tipos de estos reactores:

a) UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket (manta de fangos anaerobios de flujo en dirección

ascendente)

b) EGSB: Expanded Granular Sludge Bed Digestion (lecho de lodos granulares expandidos)

Derivaremos a continuidad a referir ambos tipos de reactor:

Reactor de tipo UASB

En los procesos anaerobios en los cuales el flujo es ascendente, y que están regidos por varios condicionantes,

es posible llegar a ver que los microorganismos consiguen llegar a adicionarse de manera natural constituyendo

flóculos y gránulos. Estos agregados con una elevada densidad ostentan unas condiciones de sedimentación

bastante ventajosas y no son idóneas al lavado del reactor bajo condiciones prácticas.

La retención de fango activo, sea como gránulos o como flóculos, hace viable la consecución de un buen proceso

aunque las tasas de carga orgánica sean bastante elevadas. El régimen turbulento que es producido de manera

natural por el caudal de entrada y por la producción de biogás hace que el contacto entre el fango biológico y el

agua residual e los sistemas UASB.

En estos sistemas (los UASB) es posible aplicar una mayor carga orgánica que en los aerobios. Asimismo, es

requerido un volumen más pequeño de reacción y por lo tanto de espacio, y de igual modo, la cantidad de biogás

producida es bastante mayor, y de energía también.

El reactor UASB daría la posibilidad de sustituir al sedimentador primario, al degradador anaerobio de lodos,

al paso de sistema aerobio y al sedimentador secundario de una planta convencional de tratamiento aerobio de

aguas residuales.

No obstante, el efluente de reactores UASB habitualmente requieren un tratamiento postrero, para conseguir

digestionar la materia orgánica remanente, nutrientes y patógenos. Este postratamiento puede referirse a sistemas

convencionales aerobios como lagunas de estabilización, plantas de fangos activos y otros.

Por comentar un poco la historia de este proceso, el UASB fue inventado en la década de los 70, por un equipo

universitario el cual era comandado por el Doctor Gazte Lettinga en la Universidad holandesa de Wageningen,

y fue usado por primera vez en la industria en una empresa azucarera de Alemania.

Durante ciertos años, estuvo siendo permanentemente corregido para llegar a poder tratar inmensos caudales de

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

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aguas residuales, y cargas de grandes cambios diarios. Este tipo de sistema fue ayudado a mejorar, para el

tratamiento bajo diversas condiciones gracias a datos y resultados de diferentes experiencias que fueron poco a

poco asomando e hicieron que el proceso fuese útil para cambios de diversa índole.

El sistema UASB es un sistema de tres fases de elevada carga que trabaja de una forma similar a un sistema de

crecimiento en suspensión. Esa alta carga de biomasa hace que el UASB sea más capaz de tolerar la presencia

de sustancias tóxicas. Se fundamenta principalmente en una columna abierta, en la cual el líquido residual se

hace pasar con una pequeña velocidad ascendente. El manto de fangos se compone de gránulos o partículas

además del agua residual. El fenómeno de granulación que rige la formación de los gránulos contacto el agua

con los gránulos. Los gases que se forman en unas condiciones de operación anaerobias provocan que se

produzca una recirculación en el interior del proceso, lo que favorece tanto la aparición y subsistencia de las

partículas biológicas, en las cuales diversas partículas de gas acaban adheridas. El gas que se encuentra libre y

el que se encuentra adherido a gránulos se suspende en el receptor de gas en la zona superior del reactor. Los

sólidos y gránulos que se encuentran en el líquido que ha pasado por el manto de fangos y también por el

sedimentador hay que separarlos del efluente. Por lo tanto dichos sólidos regresan tras caer gracias al sistema de

bafle que se encuentra en la zona superior del manto de fangos.

Para conseguir una buena operación del sistema es importante que se forme biomasa con floculos, y la puesta

en operación del sistema es habitual que necesite de la inoculación anterior del reactor con mucha cantidad de

fango proveniente de algún otro sistema de operación.

Reactor de tipo EGSB

Los reactores tipo EGSB son, fundamentalmente, una adaptación más avanzada de los UASB, en los cuales se

provoca, en adición al trabajo del UASB, una recuperación del efluente, que es recirculado, con lo que se

perfecciona la obtención del biogás. Es un proceso parejo al de los reactores mezcla perfecta sin y con

recirculación, aunque manipulando un lecho granular.

El diseño de este tipo de reactores, que es de una mayor longitud que los UASB, hace posible que la velocidad

de flujo del afluente sea más grande, y esto deriva en un aumento del lecho granulaar, y optimiza el contacto

gránulos-sustrato. Usualmente este tipo de reactor es bueno para tratar aguas residuales con una baja carga

orgánica o para residuos que contienen partículas en suspensión en las cuales la decantación no es aconsejable

en el tanque de proceso.

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31 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

4 BASES DE DISEÑO

La producción de energía mediante el tratamiento de residuos ganaderos depende especialmente de la capacidad

de estos residuos para producirla tras los pretratamientos que se le realizan a dichos residuos.

En nuestro caso el residuo ganadero va a ser tratado mediante una digestión anaerobia con el objetivo de sacarle

el mayor partido energéticamente hablando.

Por lo tanto lo que vamos a realizar en este apartado del proyecto es seleccionar los datos iniciales de diseño

para posteriormente crear un proyecto de ingeniería conceptual y ver el potencial energético que este tratamiento

puede tener en base a los datos seleccionados.

Se tratará una instalación de 750 cabezas de gaanado vacuno y a partir de ella se realizarán los cálculos

pertinentes para el dimensionamiento de una planta de digestión anaerobia. Con el objetivo principal de tratar y

valorizar energéticamente estos residuos para producir biogás que pueda ser utilizado como combustible

4.1 Criterios de Selección

Es bastante claro hoy en día, que los residuos ganaderos necesitan de un tratamiento debido a los diversos

problemas de diferente índole que estos causan.

Los problemas más comunes que generan estos residuos son los siguientes:

-Problemas sociales: Los residuos ganaderos son unas sustancias las cuales la población urbana no está

acostumbrada a tratar con ellos, pero la población rural la tiene muy presente y necesita que se le de una solución,

ya que esta sustancia genera problemas que pueden afectar a la vida de un humano, como pueden ser el higiene

o los olores que de ellos emanan que pueden ser perjudiciales para la salud.

-Problemas medioambientales: El residuo ganadero contiene diversos contaminantes que pueden afectar

negativamente al medioambiente, así como una serie de emisiones que causan daños a la atmósfera

-Problemas económicos: El no tratamiento de los residuos, hace que se esté perdiendo potencial energético y

por tanto dinero de un sustrato del cual se puede obtener bastante energía, como ya se ha comentado en apartados

anteriores.

Por consiguiente estos problemas asociados al tratamiento de residuos ganaderos deben ser solventados, y en

nuestro caso van a ser resueltos de la siguiente manera:

-Problemas sociales: La calidad de vida de la población rural se verá muy mejorada ya que el residuo

permanecerá el menor tiempo posible en su hábitat natural.

-Problemas medioambientales: Al tratar dichos residuos y darles una salida rápida conseguiremos que el

medioambiente se vea expuesto a este tipo de residuos el menor tiempo posible y por tanto se verá afectado

minimamente.

Bases de diseño

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-Problemas económicos: Al producir biogás, podremos obtener un beneficio económico de su venta a las

industrias para su utilización.

4.2 Tipos de residuos y composición

Saber y determinar el tipo de residuo y su composición es necesario y muy importante, para saber las necesidades

a la hora de darle un adecuado pretratamiento anterior a la valorización del residuo.

En nuestro caso en el cual se va a tratar principalmente un residuo ganadero proveniente de ganado vacuno y

porcino, este constara también de elementos provenientes de la zona de la cual se va a extraer (en nuestro caso

Andalucía), algo que es importante tener en cuenta para su correcto tratamiento.

Como ya se comentó en el apartado es necesario tener en cuenta ciertos elementos que pueden causar problemas

o interferencias en la digestión anaerobia, como pueden ser los productos tóxicos que vengan con el residuo. Por

lo tanto tras dicha búsqueda bibliográfica anteriormente detallada, ya estamos en poder de presentar unos datos

concisos de que elementos y como pueden afectar al proceso de digestión anaerobia para el tratamiento de

residuos ganaderos.

4.2.1 Tipos de residuos ganaderos

Los residuos ganaderos son resultantes de la cría intensiva o extensiva de ganado, independientemente del

tipo de ganado a criar. Esta enunciación está basada en el origen del residuo, pero dentro de cada grupo es

posible hacer otras clasificaciones más detalladas que hagan constar características propias de cada tipo de

residuo.

Por lo tanto, de forma general nos encontramos los siguientes grupos de residuos ganaderos:

• Estiércoles y purines.

• Residuos zoosanitarios.

• Subproductos de origen animal no destinados a consumo humano (SANDACH).

Los estiércoles de ganado se encuentran formados por deyecciones tanto líquidas como sólidas, y a su vez

de las camas del ganado.

Los purines son el líquido que se produce debido a la mezcla entre la orina del ganado con líquidos que

fluyen a través del estercolero.

Referente a la obtención de estiércoles y purines, es aceptada, de manera generalizada, una obtención media

por día de deyecciones sólidas y líquidas, similares al 7% del peso vivo del animal, no obstante quedan

sometidas a muchos elementos que incurren en una variación de la cuantía citada. Son cuantiosas las tablas

de formación de residuos por animal que pueden establecerse.

Los residuos zoosanitarios son los restos de los productos utilizados en las explotaciones para el tratamiento

sanitario de los animales, es decir, restos de medicamentos, envases, jeringuillas, objetos cortantes, etc. En

cuanto a los SANDACH, el origen es muy diverso. Desde la producción primaria, pasando por los

mataderos y las industrias agroalimentarias, los mayoristas y minoristas, las plantas de transformación, etc.,

todos ellos generan algún tipo de SANDACH.

En cuanto al proyecto a realizar en el cuál vamos a tratar los residuos generados por un ganado vacuno, es

importante detallar más claramente el tipo de residuo que este ganado genera, que es el siguiente:

- Estiércol bovino

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33 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

El sector bovino en España ha experimentado la tendencia propia de los países industrializados en que el

sector productivo, empujado por la globalización de los mercados agrícolas y el aumento de la competencia,

han experimentado un cambio hacia la especialización e incremento del tamaño de las explotaciones. Este

es el origen de la marcada diferenciación de los sistemas productivos cárnico y lechero de los últimos años.

En la siguiente tabla se muestran unos valores típicos de los kilogramos de residuos que generan los

diferentes tipos de ganado al día. Es verdad que está cantidad es variable, pero de forma generalizada se

toman estos valores como válidos para el diseño.

Tipo de ganado kg heces/día

Vacuno 30-50

Porcino 4-8

Equino 20-50

Aves 0,1-0,5

Ovino 1,5-8 Tabla 9: Heces diarias de los principales tipos de ganado

Ilustración 13: Estiércol vacuno

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4.2.2 Caracterización del residuo a tratar y su problemática

4.2.2.1 COMPOSICIÓN DEL RESIDUO GANADERO

Como ya se ha comentado en la introducción de este apartado, la composición del residuo ganadero es referida

a los excrementos generados por el Ganado, pero a su vez incluye también el material de la cama del Ganado, u

otros elementoss dependiente de la zona en la que se encuentre la explotación, ya que dichos elementos

provendrán del suelo, incluso de los árboles.

Hay otros materiales que se podrían incluir, como son la sangre o los despojos pero esto haría mucho más dificil

el dimensionamiento de la planta de digestion anaerobia debio a los problemas que estas pueden causar.

La importancia de hacer una correcta caracterización no es solo para la elección de los tratamientos posteriores,

si no porque la presencia de determinados compuestos puedeocasiona graves daños al medio antes y después de

su combustión. De modo que hay quehacer diversas búsquedas bibliográficas y seleccionar aquella más

desfavorable de cara a un proceso de combustión para así trabajar con el caso más extremo y saber cómo hacer

frente aun residuo que presenta diversos compuestos que a priori resultan altamente contaminantes y dañinos.

Sustancias Efectos Negativos

Metano Cambio climático

Óxido de nitrógeno Cambio climático

Dióxido de carbono Cambio climático

Amoniaco Calidad del aire

Partículas Calidad del aire

Fósforo Eutrofización

Nitratos Eutrofización

Sales Calidad del suelo

Antimicrobianos Calidad del sueloy del agua

Bacterias Calidad del suelo y del agua

Tabla 10: Elementos dañinos del residuo ganadero

A su vez la intención de la realización de la planta, es reducir eltiempo de almacenamiento de estos compuestos,

para así incidir lo menos possible sobre el medio ambiente, por lo tanto se ha decido situar la planta muy próxima

a la instalación ganadera para crear la posibilidad de que el residuo sea tratado casi instantaneamente.

4.2.2.2 CARACTERIZACIÓN DEL RESIDUO

La caracterización del residuo es algo dificil de realizer, debido a la gran cantidad de factores que afectan a la

composición del residuo ganadero, por lo tanto lo que se ha decidido realizer es una búsqueda detallada en

bibliografía, realizandose posteriormente y en base a esta búsqueda bibliográfica una media de los porcentajes

de los compuestos más representativos que este contiene.

De entre todos los posibles valores de cada compuesto se ha decidido tomar como correcta la composición que

puede generar más problemas en base al proceso de digestion anaerobia que vamos a realizar, para

posteriormente realizear un diseño en base a esta caracterización realizada, el cual pueda ser válido para

cualquier composición de residuo ganadero.

Estas composiciones están representadas en la siguiente tabla:

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35 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

Elemento Base Húmeda Base seca Exenta de cenizas y seca

Humedad 80 - -

Cenizas 3,17 15,87 -

Carbón 9,08 45,39 53,95

Nitrógeno 0,19 0,96 1,14

Hidrógeno 1,07 5,35 6,36

Cloro 0,23 1,16 1,38

Azufre 0,06 0,29 0,34

Oxígeno 6,20 30,98 36,83

TOTAL 100 100 100

Tabla 11: Caracterización del residuo ganadero

4.3 Diagrama de flujos

En las instalaciones de digestion anaerobia, el proceso fundamental tiene lugar en el digestor, sea cual sea el tipo

de reacor utilizado pero a su vez es importante el pretratamiento que se le de al residuo para acondicionarlo a la

instalación, y el posterior postratamiento que se le de al digestato, para maximizer su aprovechamiento

energético.

En la ilustración 12 se muestra un esquema con lo anteriormente comentado y sus diferentes posibilidades.

Ilustración 14: Diagrama de flujos de una instalación anaerobia para el tratamiento de residuos

Bases de diseño

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Para el caso del biogás agroindustrial las alternativas que se presentan en cada una de las fases de este diagrama,

se resumen a continuación:

Pretratamiento: en general, con los pretratamientos se pretende acelerar el proceso de hidrólisis

de las materias orgánicas para incrementar la producción, la calidad del biogás, y se reduce el

tiempo de residencia en el digestor, debido a un aumento de la biodegradabilidad, favoreciendo

unas condiciones óptimas para el desarrollo microbiano.

- Mecánico

- Térmico

- Biológico

Co-digestión anaerobia: es la fermentación anaerobia de dos o más sustratos que se

complementan químicamente, aumentando la estabilidad, la producción de biogás y el

equilibrio del proceso.

Depuración y aprovechamiento: dependiendo del uso del biogás, la depuración deberá ser más

o menos estricta. El biogás se almacena en gasómetros y puede valorizar en calderas, motores

de co-generación (sistema más generalizado), vehículos, su introducción en la red de transporte

de gas natural o en pilas de combustible.

Digestatos y su aprovechamiento: el digestato es un material de composición homogénea, en

el que los malos olores se han reducido prácticamente en su totalidad y que contiene todos los

nutrientes que contenía la materia orgánica inicial. Puede utilizarse como fertilizante orgánico-

mineral de los cultivos, ya sea directamente o tras ser sometido a un proceso de separación

sólido-líquido y posteriormente la fracción sólida puede comportarse, bien sola o mezclada con

otros sustratos.

- Separación Sólido-líquido

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37 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

Ilustración 15: Equipo de separación sólido líquido

CONCLUSIONES

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5 CONCLUSIONES

Determinar de forma correcta la composición y caracterización del residuo a tratar con la digestión anaerobia es

de gran importancia, ya que de está dependen varios factores. Resumiendo los más importantes:

Los pretratamientos a realizar para su correcto acondicionamiento para la entrada al digestor anaerobio.

El objetivo de calidad del bigás a producir

A su vez se ha llegado a la conclusión de que pese a que la capacidad del biogás para producir energía es menor

a las energías fósiles este es competitivo con ellas, ya que pese a este déficit las ventajas que genera tanto en el

aspecto económico como medioambiental y social son mucho mayores.

Otra de als conclusiones que se extraen de la realización de este proyecto es la seguridad y eficiencia que genera

el proceso de digestión anaerobia, ya que los problemas que pueden causar el residuo son minimos en

comparación a los beneficios que se obtienen, asi como al pocoi tiempo necesario para la realización del proceso.

Además cabe decir que es una tecnología que se encuentra ampliamente implementada en el campo del

tratamiento de residuos, tanto agrícolas como se trata en este proyecto como de residuos de vertederos, aguas

residuales, etc.

Por lo tanto, es una tecnología que seguirá creciendo, debido a lo anteriormente comentado y a la conciencia

mediambiental que lleva adherida a si mismo, es bastante previsible que en los próximos años se vgenerre una

gran demanda de realización de este tipò de plantas.

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39 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

6 DEFINICIONES

- Anaerobio:

-Biocombustible: combustible obtenido mediante el tratamiento físico o químico

de materia vegetal o de residuos orgánicos.

- Biomasa: materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o

provocado, utilizable como fuente de energía.

- Vacuno:

- Digestor:

- Caracterización: determinar los atributos peculiares de alguien o de algo, de modo

que claramente se distinga de los demás

- Cenizas: polvo de color gris claro que queda después de una combustión completa,

y está formado, generalmente, por sales alcalinas y térreas, sílice y óxidos

metálicos.

- Combustible: leña, carbón, petróleo, etc., que se usa en las cocinas, chimeneas,

hornos, fraguas y máquinas cuyo agente es el fuego.

- Combustión: reacción química entre el oxígeno y un material oxidable,

acompañada de desprendimiento de energía y que habitualmente se manifiesta

por incandescencia o llama.

- Contaminación: fenómeno que se produce cuando una copia se realiza utilizando

diversos modelos discordantes entre sí

- Dependencia: relación de origen o conexión.

- Desechos: aquello que queda después de haber escogido lo mejor y más útil de

algo.

- Efecto invernadero: elevación de la temperatura de la atmósfera próxima a la

corteza terrestre, por la dificultad de que se disipe la radiación calorífica, debido a

la presencia de una capa de gases, especialmente dióxido de carbono, procedentes

de las combustiones industriales y otras actividades.

- Eficiencia: capacidad de disponer de alguien o de algo para conseguir un efecto

determinado.

- Efluente: líquido que procede de una planta industrial.

- Emitir: arrojar, exhalar o echar hacia fuera algo.

- Energía: capacidad para realizar un trabajo. Se mide en julios.

- Especificación: información proporcionada por el fabricante de un producto, la

cual describe sus componentes, características y funcionamiento

DEFINICIONES

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- Extraer: obtener uno de los componentes de un cuerpo por la acción de

disolventes u otros medios.

- Humedad: agua de que está impregnado un cuerpo o que, vaporizada, se mezcla

con el aire.

- Materia: materia física diferenciada de las demás por una serie de propiedades

Determinadas

- Medio ambiente: conjunto de circunstancias exteriores a un ser vivo

- Natural: perteneciente o relativo a la naturaleza o conforme a la cualidad o

propiedad de las cosas.

- Optimizar: buscar la mejor manera de realizar una actividad.

- Oxidar: dicho del oxígeno o de otro agente oxidante. Producir óxido al reaccionar

con una sustancia

- Procesar: someter a un proceso de transformación física, química o biológica

- Producto: caudal que se obtiene de algo que se vende, o el que ello reditúa.

- Recurso: medio de cualquier clase que, en caso de necesidad, sirve para conseguir

lo que se pretende

- Reducción: acción y efecto de reducir o reducirse.

- Renovable: que puede renovarse.

- Residuos: parte o porción que queda de un todo. Aquello que resulta de la

descomposición o destrucción de algo. Material que queda como inservible

después de haber realizado un trabajo u operación

- Secar: extraer la humedad, o hacer que se evapore de un cuerpo mojado,

mediante el aire o el calor que se le aplica

- Separación: acción o efecto de separar o separarse

- Sólido: firme, macizo, denso y fuerte.

- Transferir: pasar o llevar algo de un lugar a otro.

- Tratamiento: modo de trabajar ciertas materias para su transformación.

- Viabilidad: condición del camino o vía por donde se puede transitar. Cualidad de

viable.

- Volátil: dicho de un líquido que se transforma espontáneamente en vapor

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41 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

BIBLIOGRAFÍA

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agroindustriales» Tesis Doctoral,Universidad de León, 2012.

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[4] Legislación [en línea], www.mapama.gob.es

[5] Estudio básico del biogás [en línea], www.agenciaandaluzadelaenergía.com

[6] Manual del biogás [en línea], www.fao.org

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43 Análisis de la valorización de residuos ganaderos para la producción de biogás. Ingeniería conceptual

de una planta para 750 cabezas de ganado.

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