BIODIGESTORES

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ÍndiceIntroducción.…………………………………………….Pág. 2Etapas de la digestión.………………………………...Pag. 3Tipos de biodigestores…………………………………Pag. 5Ventajas y desventajas………………………………...Pag. 9Conclusión……………………………………………….Pag. 12

INTRODUCCIÓN

Un biodigestor es un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita materia orgánica como; desechos vegetales y frutales(excluyendo a los cítricos ya que acidifican el medio), excremento de rumiantes o humanos, en determinada dilución con agua, esta mezcla mediante la fermentación anaerobia por acción de microorganismos, es degradada obteniendo como producto gas metano(biogás) y un subproducto líquido(biol), el cual puede ser utilizado como fertilizante ya que es rico en nitrógeno, fósforo y potasio.

Los biodigestores tienen un gran potencial a la hora del cuidado del medio ambiente ya que disminuye la cantidad de desechos vertidos a los ecosistemas y además se produce una fuente de energía relativamente limpia.

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 energía eléctrica.

El Bioabono, inicialmente se ha considerado un producto secundario, pero actualmente se está considerando de la misma importancia, o mayor, que el biogás ya que provee un fertilizante natural que mejora fuertemente el rendimiento de las cosechas.

El biodigestor es un sistema sencillo de implementar con materiales económicos y se está introduciendo en comunidades rurales aisladas y de países subdesarrollados para obtener el doble beneficio de conseguir solventar la problemática energética-ambiental, así como realizar un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales.Conclusión

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ETAPAS DE LA DIGESTIÓN

La digestión anaeróbica es el proceso en el cual microorganismos descomponen material biodegradables en ausencia de oxígeno. Este proceso genera diversos gases, entre los cuales el dióxido de carbono y el metano son los más abundantes (dependiendo del material degradado). En biodigestores se aprovecha esta liberación de gases para luego ser usados como combustible.En general, la velocidad del proceso está limitada por la velocidad de la etapa más lenta, la cual depende de la composición de cada residuo. Para sustratos solubles, la fase limitante acostumbra a ser la metanogénesis, y para aumentar la velocidad la estrategia consiste en adoptar diseños que permitan una elevada concentración de microorganismos acetogénicos y metanogénicos en el reactor. Con esto se pueden conseguir sistemas con tiempo de proceso del orden de días. Para residuos en los que la materia orgánica esté en forma de partículas, la fase limitante es la hidrólisis, proceso enzimático cuya velocidad depende de la superficie de las partículas. Usualmente, esta limitación hace que los tiempos de proceso sean del orden de semanas, de dos a tres. Para aumentar la velocidad, una de las estrategias es el pretratamiento para disminuir el tamaño de partículas o ayudar a la solubilización.

Hay cuatro procesos biológicos y químicos elementales en los procesos de digestión anaerobia:

-Etapa Hidrolisis: La hidrólisis consiste en una transformación controlada por enzimas extracelulares en la que las moléculas orgánicas complejas y no disueltas se rompen en compuestos susceptibles de emplearse como fuente de materia y energía para las células de los microorganismos.

-Etapa Acidogénica: La segunda etapa, controlada por bacterias, consiste en la transformación de los compuestos formados en la primera etapa en otros compuestos de peso molecular intermedio; como dióxido de carbono, hidrógeno, ácidos y alcoholes alifáticos, metilamina, amoniaco ysulfhídrico. Esta etapa se denomina acidogénesis.

-Etapa Acetogénica: En la etapa de acetogénesis, los ácidos y alcoholes que provienen de la acidogénesis se van transformando por la acción de bacterias en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono.

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-Etapa Metanogénesis: es una forma de metabolismo microbiano muy importante y extendida. En la mayoría de los entornos, es el paso final de la descomposición de la biomasa. Las bacterias responsables de este proceso son anaerobicas estrictas. Se distinguen dos tipos de microorganismos, los que degradan el ácido acético a metano y dióxido de carbono (bacterias metanogénicas acetoclásticas) y los que reducen el dióxido de carbono con hidrógeno a metano y agua (bacterias metanogénicas hidrogenófilas).

Figura 1. Esquema de reacciones de digestión anaerobia.

La degradación de la materia produce una mezcla de gases (biogás), está compuesto por un 60% de metano (CH4), un 38% de dióxido de carbono (CO2)aproximadamente y otros gases. La composición o riqueza del biogásdepende del sustrato digerido y del funcionamiento del proceso.

Para que pueda desarrollarse el proceso se debe mantener unas condiciones ambientales y operacionales adecuadas, para ello se controlan diversos parámetros ambientales:

● El contenedor debe estar perfectamente sellado para evitar que entre el oxígeno y de esta manera tener un procedimiento anaerobio adecuado, también evitar fugas del biogás.

● pH entre 6.5- 7.5.● Potencial redox: con valores recomendables inferiores a ‐350 mV.

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● Nutrientes: con valores que aseguren el crecimiento de los microorganismos. Una de las ventajas inherentes al proceso de digestión anaerobia es su baja necesidad de nutrientes como consecuencia de su pequeña velocidad de crecimiento. El carbono y el nitrógeno son las fuentes principales de alimento de las bacterias formadoras de metano.

● Temperatura. Podrá operarse en los rangos psicrofílico (temperatura ambiente), mesofílico (temperaturas en torno a los 35 ºC) o termofílico (temperaturas en torno a los 55 ºC). Las tasas de crecimiento y reacción aumentan conforme lo hace el rango de temperatura, pero también la sensibilidad a algunos inhibidores, como el amoníaco. En el rango termofílico se aseguran tasas superiores de destrucción de patógenos.

● El fertilizante orgánico debe utilizarse en un tiempo no mayor de 24 horas después de su elaboración.

● El tiempo de elaboración puede variar de 6 a 24 hrs. dependiendo de temperatura exterior, pH, Oxígeno disuelto y la agitación dentro del tanque.

● Se deberá tener un equilibrio del carbono y nitrógeno.

TIPOS DE BIODIGESTORES

Según su forma de operación y frecuencia de carga se clasifican en 3 tipos:

· Discontinuo· Semi-continuo· Continuo

Discontinuo: Los biodigestores discontinuos o por lotes son contenedores cerrados que una vez cargados no permiten extraer o añadir más sustratos hasta que finalice el proceso completo de biodegradación y producción de biogás.La duración de la fermentación varía entre 2 a 4 meses, dependiendo del clima ya que la temperatura afecta directamente la velocidad de reacción dentro del reactor.Estos tipo de digestores admiten mayor carga de materiales poco diluidos, por lo que el requerimiento de agua es menor que en los sistemas continuos. Otro aspecto a favor es que no son afectados por presencia de material pesado como tierra o arena.En este sistema al ser la misma materia orgánica la que permanece de principio a fin, no hay un recambio del contenido que permita una sostenibilidad en la producción del biogás. Cada metro cúbico (1m3) de materia orgánica produce alrededor de medio metro cúbico (0.5m3) de biogás y no hay forma de generar más gas del que ya se generó.

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Semi-Continuos: Es el tipo de digestor más usado en el medio rural cuando se trata de digestores pequeños para uso doméstico.Estos biodigestores son alimentados diariamente con una carga relativamente pequeña en comparación al contenido total, ésta se deposita en la cámara de carga y se extrae de la cámara de descarga un volumen igual de efluente líquido, para así, mantener el volumen constante. Generalmente producen biogás casi permanentemente gracias al suministro constante de nuevos nutrientes para las comunidades de bacterias.

Estos sistemas permiten retirar sustrato ya fermentado por el canal de salida y añadir nueva materia orgánica por el canal de entrada (sin destapar la boca central) que al descomponerse genera nuevo gas. Estos digestores se adaptan bien para tratar material blando, como estiércol de origen pecuario e inclusive humano, materia celulósica, etc.

Una limitante importante es la disponibilidad de agua, debido a que la carga debe ser una mezcla de una parte del material orgánico y cuatro partes de agua (proporción 1:4).

Existen tres formatos diferentes para este sistema: hindú, chino y taiwanés.

Tipo Hindu:

En general son verticales y enterrados. Se cargan por gravedad una vez al día, con un volumen de mezcla que depende del tiempo de fermentación o retención y producen una cantidad diaria más o menos constante de biogás si se mantienen las condiciones de operación.

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En su parte superior presenta un gasómetro con forma de campana o domo que se mantiene flotando en el líquido a causa del biogás que retiene en su interior. Esta campana sube y baja dependiendo del volumen de gas que contiene y por esto requiere una varilla guía central o rieles laterales que eviten el rozamiento contra las paredes de la estructura.; en esta forma la presión del gas sobre la superficie de la mezcla es muy baja, de menos de 0.28 psi.

Este tipo de digestores presenta una buena eficiencia de producción de biogás, generando entre 0,5 a 1 volumen de gas por volumen de digestor.

Tipo Chino:

Los digestores tipo chino son tanques cilíndricos con el techo y el piso en forma de domo que se construyen totalmente enterrados.En este tipo de digestores no existe gasómetro, almacenandose el biogás dentro del mismo sistema.A medida que aumenta el volumen del gas almacenado en el domo de la planta, aumenta su presión, forzando al líquido en los tubos de entrada y salida a subir, y llegando a alcanzar presiones internas de hasta más de 1.42 psi.La producción de biogás en este tipo de digestores es de 0,1 a 0,4 m3 de biogás/m3 de digestor. A pesar de que el digestor tipo chino es poco eficiente para generar biogás, es excelente en la producción de bioabono, ya que los tiempos de retención son en general extensos.

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Tipo Taiwanés:

Son biodigestores familiares de bajo costo, son fáciles de implementar ya que se fabrican con grandes bolsas de polietileno tubular. Suelen situarse dentro de una especie de trinchera y su periodo de vida útil son unos cinco años.En los extremos se sitúan las cámaras de carga y descarga del sistema, y una válvula de extracción del biogás en la parte superior.

La degradación de los residuos transcurre a medida que transitan a lo largo del digestor, por su configuración alargada impide que la carga líquida inicial y el efluente se mezclen; Esto lo hace útil en el aprovechamiento de residuos que requieran un tratamiento prolongado, tales como excretas humanas y proteína animal.

Continuos:

Este tipo de digestores se desarrollan principalmente para tratamiento de aguas residuales. En general son plantas muy grandes, en las cuales se emplean equipos comerciales para alimentarlos, proporcionarles calefacción y agitación, así como para su control. Por lo tanto este tipo de plantas son más bien instalaciones tipo industriales, donde se genera una gran cantidad de biogás el que a su vez se aprovecha en aplicaciones industriales.

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

Ventajas

Efecto del efluente sobre el suelo: Debido a su rápida descomposición el efluente brinda rápidamente nutrientes disponibles. Los ácidos húmicos presentes en este material contribuyen a mejorar la estructura del suelo y su porosidad aumentando al mismo tiempo la capacidad de intercambio. La cantidad de humus estable duplica generalmente al que se consigue mediante la utilización de estiércoles incrementando al mismo tiempo en forma significativa la actividad biológica del suelo. El elevado contenido de nitrógeno en forma de amonio (NH4) presente en los efluentes ayuda a evitar la pérdida por lavado y lixiviación del nitrógeno del suelo al igual que las pérdidas por volatilización producidas por los procesos de desnitrificación biológica.El biodigestor es un sistema sencillo de implementar con materiales económicos y se está introduciendo en comunidades rurales aisladas y de países subdesarrollados para obtener el doble beneficio de conseguir solventar la problemática energética-ambiental, así como realizar un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales.

Cultivos: Existen amplias evidencias del incremento en la producción de distintas especies provocada por la aplicación de efluentes al suelo. La interacción y variación ocurrida en el proceso de biodigestión provoca grandes diferencias en los resultados y hace difícil cuantificar los beneficios obtenibles de la aplicación así como también definir dosis y modos de aplicación.

Es una energía renovable y sustentable. Aprovecha la producción natural del biogás. Es posible utilizar los productos secundarios como abono o fertilizante. Redirige y aprovecha los gases de efecto invernadero producidos por los vertederos y granjas industriales, lo cual reduce la huella de carbono de estos establecimientos y disminuye su contribución al cambio climático.En el proceso de fermentación se remueven sólo los gases generados (CH4, CO2, H2S) y se conservan en el efluente todos los minerales y elementos químicos fertilizantes (N, P, K). La materia orgánica se convierte por el 20-50% en biogás, la restante es devuelta al compos convertido en un valioso abono orgánico, aumentando la retención de la humedad y manteniendo la vida microbiana en el suelo.

A. Relacionadas con el medio ambiente:- Evita el uso de leña local, así reduciendo la presión sobre los recursos forestales.

- Fomenta el desarrollo sustentable.

- Impide la contaminación de mantos acuíferos.

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- Favorece el reciclaje y  disminución de residuos. Canaliza, por tanto, los excedentes agrícolas alimentarios, permitiendo el aprovechamiento de las tierras de retirada.-  Reducción de la producción de gases de efecto invernadero. El excremento en estado natural expulsa grandes cantidades al espacio de este gas, que es uno de los más perjudiciales para la capa de ozono. Estos gases provienen de la fermentación descontrolada de la materia orgánica en forma de metano o óxidos nitrosos (gases de alto efecto invernadero, 24,5 y 320 veces mayores que el dióxido de carbono respectivamente) o de la quema de recursos fósiles (aumentando la concentración de CO2 en la atmósfera).-  El biogás, ahorra en combustible fósiles y preserva los sumideros de captación de carbono.

C.     Asociado con el bienestar Social

- Crea empleos especializados.

- Crea la posibilidad de incursionar un proyecto de vanguardia.-  Esta es una opción factible de obtención de energía para comunidades aisladas o alejadas de los circuitos de distribución del gas comercial. La utilización de biogás puede sustituir a la electricidad, al gas propano y al diesel como fuente energética en la producción de electricidad, calor o refrigeración. En el sector rural el biogás puede ser utilizado como combustible en motores de generación eléctrica para autoconsumo de la finca o para vender a otras. Puede también usarse como combustible para hornos de aire forzado, calentadores y refrigeradores de adsorción. La conversión de aparatos al funcionamiento con gas es sencilla. La producción de biogás es permanente, aunque no siempre constante debido a fenómenos climáticos

-  Proporcionan combustible (biogás) para suplir las necesidades energéticas rurales, incrementando la producción de energía renovable (calor, luz, electricidad) y de bajo costo.-  Se reduce el riesgo de transmisión de enfermedades , ya que al reciclar en conjunto las excretas animales y humanas en biodigestores que operan en rangos de temperatura interna entre 30 ºC y 35 ºC es posible destruir hasta el 95% de los huevos de parásitos y casi todas las bacterias y protozoarios causantes de enfermedades gastrointestinales.-  La lombricultura, es otra actividad en la cual puede ser utilizado el efluente. Normalmente se emplea en seco, como sustrato principal, o en forma liquidación residuos sólidos como paja de arroz, paja de maíz o sorgo, residuos de plantas de forraje, entre otros.-  Las calidades del biol (estabilidad, presencia mínima de patógenos, altas cantidades de nutrientes) producido en el biodigestor permiten su uso también en otros campos.

DESVENTAJAS El digestor debe encontrarse cercano a la zona donde se recoge el sustrato de

partida y a la zona de consumo. 

Debe mantenerse una temperatura constante y cercana a los 35ºC. Esto puede encarecer el proceso de obtención en climas fríos.

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Es posible que, como subproducto, se obtenga SH2 (sulfato de hidrógeno), el cual es tóxico y corrosivo, dependiendo del sustrato de partida y de la presencia o no de bacterias sulfato reductoras. La presencia de SH2 hace que se genere menos CH4, disminuyendo la capacidad calorífica del biogás y encarece el proceso por la necesidad de depurarlo.

Riesgo de explosión, en caso de no cumplirse las normas de seguridad para gases combustibles.

Requiere de un trabajo diario y constante, sobre todo para la carga de la materia orgánica.

Dependiendo del modelo, requieren de mucho cuidado sobre todo cuando son construidos con plásticos, ya que éstos pueden ser fácilmente cortados y quedar inutilizados.

Otros modelos pueden ser también de costos elevados aunque de mayor duración.

Puesta en Marcha, debido a la baja velocidad de crecimiento de los microrganismos, en el proceso anaeróbico la puesta en marcha de este tratamiento es lenta. 

Los costos asociados a la construcción de los digestores anaerobios son altos, comparado con sistemas no convencionales de tratamiento, principalmente porque necesita de un sistema integrado, para proporcionar un tratamiento completo y adecuado a los purines. Además necesita la instalación de dispositivos que permitan, calentar los purines hasta una temperatura adecuada y la instalación de un sistema de recolección y acumulación del gas, para su posterior uso o quema. 

Los costos de operación y mantención no son altos, solo requiere personal capacitado, para que realicen las labores de mantención, que por lo general no son muy frecuentes.

Los biofertilizantes es la no eliminación de la acidez del suelo causada por el uso excesivo de fertilizantes inorgánicos dificultando, a menudo la absorción por la raíz de agua y nutrientes del suelo, tales como el potasio y el nitrógeno que influyen en la germinación y crecimiento de las plantas.

Debido a la ausencia de oxígeno en el interior de la cámara hermética, las bacterias anaerobias contenidas en el propio estiércol comienzan a digerirlo. Primeramente se produce una fase de hidrólisis y fermentación, posteriormente una acetogénesis y finalmente la metanogénesis, por la cual se produce metano. El producto gaseoso llamado biogás, realmente tiene otros gases en su composición como son dióxido de carbono (20-40%), nitrógeno molecular (2-3%) y sulfhídrico (0,5-2%), siendo el metano el más abundante con un 60-80%. El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8 y 23,4 megajulios por metro cúbico (MJ/m³).

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El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono y nitrógeno sino que también deben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros menores). Normalmente las sustancias orgánicas como los estiércoles y lodos cloacales presentan estos elementos en proporciones adecuadas. Sin embargo en la digestión de ciertos desechos industriales puede presentarse el caso de ser necesaria la adición de los compuestos enumerados o bien un post tratamiento aeróbico

Conclusión:

Los biodigestores ofrecen una solución económica para el mantenimiento de desechos orgánicos, disminuye efectos perjudiciales para la salud e higiene tanto de las personas como el medio ambiente, además provee energía alternativa en forma de biogás y nutrientes que aportan a los cultivos sin la necesidad de usar agroquímicos. Además genera puestos de trabajo y fomenta la investigación científica. Por ello es de importancia la implementación de alternativas como los biodigestores, sobre todo en áreas rurales o de bajos recursos en donde carecen de conexión a la red de gas natural disminuyendo la deforestación leñera.

Links: http://vidaverde.about.com/od/Energias-renovables/a/Que-Es-Un-Biodigestor.htmhttp://www.energizar.org.ar/energizar_desarrollo_tecnologico_biodigestor_que_es.htmlhttp://www.labioguia.com/notas/biodigestoreshttps://es.wikipedia.org/wiki/Biodigestorhttps://energiacasera.wordpress.com/2009/11/19/biodigestor-casero-de-bidon/https://energiacasera.wordpress.com/2009/09/17/clasificacion-de-biodigestores/

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