Uno de los elementos tecnológicos indispensables para el funcionamiento de una planta de biogás es el digestor.
En un digestor o biodigestor es donde tiene lugar la digestión anaerobia (en ausencia de oxígeno) que degrada la materia orgánica y de la que se obtiene el biogás y los digestatos. Se trata de contenedores herméticos (reactores) que proporcionan las condiciones adecuadas para que este proceso tenga lugar.
Con ellos, además, se evita el escape del biogás generado y así, se reducen las emisiones de metano a la atmósfera.
Dependiendo de la materia orgánica o sustrato sobre el que se va a llevar a cabo el proceso de digestión anaerobia y la temperatura que se requiera para ello, el diseño del digestor variará.
Los diseños más simples y los que más se utilizan son los de mezcla completa.
Estos digestores tienen forma circular, de acero u hormigón armado, y el sustrato es mezclado regularmente mediante agitadores. En ellos, la carga de sustrato debe ser periódica, mezclándose con el contenido ya existente.
Es el tipo de digestor indicado para aquellos sustratos que son bombeables, es decir, con contenidos de sólidos medio-bajos o bajos, como son los purines, restos de pulpa, aguas residuales, etc.
Otros tipos de digestores serían:
- Reactores de flujo pistón: con una cámara de digestión alargada, en horizontal, y sin recirculación de lodos. Se emplea para residuos con alto contenido en sólidos, como el estiércol, y puede presentar un proceso microbiológico más estable.
- Reactores de contacto anaerobio: consiste en un reactor de tanque agitado cuyo efluente va a un decantador en el que se separan los sólidos en suspensión. Estos, luego, serán recirculados de nuevo al reactor.
Este tipo de digestores está indicado para el tratamiento de efluentes con alto contenido en sólidos en suspensión, de fácil sedimentación, como son las aguas residuales con alta carga orgánica.
- Reactores de lecho de lodos suspendidos: en su parte superior llevan un dispositivo que separa los sólidos del gas y del líquido, produciendo la decantación interna de los fangos. El sistema de desgasificación-sedimentación utilizado es una campana invertida.
- Reactores de filtro anaerobio: La biomasa es retenida en el interior del reactor por la adherencia de los microorganismos al material de relleno en forma de biopelícula. El material de relleno actúa como separador gas-sólido y el flujo de líquido puede ser ascendente o descendente, según sea el contenido en sólidos en el sustrato.
El diseño de cada digestor dependerá, por tanto, del tipo de biomasa a tratar y de la disponibilidad de la misma, pero el principio base de su funcionamiento es el mismo para todos, favorecer la digestión anaerobia.
Cuál es la principal función de un digestor
Los residuos orgánicos a procesar son depositados en el interior del digestor, donde tendrá lugar la digestión anaerobia controlada o biometanización.
Esta consiste en un proceso de descomposición biológica de los residuos, en ausencia de oxígeno, gracias a la acción de microorganismos y obteniendo con ello compuestos volátiles como el metano (CH4), el dióxido de carbono (CO2), el amoniaco (NH3), el sulfuro de hidrógeno (H2S), el nitrógeno (N2) y otros gases menores, que forman el biogás.
Se trata de un proceso complejo, por el número de reacciones bioquímicas que tienen lugar y por la cantidad de microorganismos implicados, en el que se distinguen dos fases:
Fase I: se produce la acumulación de materia orgánica (carbohidratos, proteínas, celulosas, lípidos, etc.) en un medio acuoso y a temperaturas de entre 25-35ºC, para que actúen los microorganismos aeróbicos. De este modo, se consume el oxígeno disuelto que pueda existir en el medio.
Fase II: una vez agotado el oxígeno, las condiciones permiten el desarrollo de los microorganismos anaeróbicos, que consumen la materia orgánica disponible. Aquí intervienen las bacterias metanogénicas que favorecen el ambiente para que las bacterias acidogénicas fermenten los compuestos orgánicos, produciendo ácido acético que luego es convertido en metano.
Las reacciones ácido-base que tienen lugar en el proceso hacen necesario un control del pH para que el crecimiento bacteriano no se inhiba. Debe darse un equilibrio entre la actividad de las bacterias formadoras de ácido y las formadoras de metano.
Cómo se construye un digestor en una planta de biogás
En cuanto a la tipología constructiva de un digestor se distinguen las siguientes formas:
- Vertical con forma cilíndrica: de hormigón o acero. Este es el tipo de diseño clásico de los digestores de mezcla completa, en el que a su vez se distinguen dos estilos. El estilo alemán, de mediana altura (6-8 m), gran diámetro, de hormigón y con agitadores laterales. Y el estilo danés, de mayor altura (10 -18m), de acero u hormigón, con agitadores centrales. Los digestores de flujo de pistón también suelen tener un diseño cilíndrico, largo y estrecho, con una cubierta rígida o flexible.
- Vertical con forma de “huevo”: son los que se vienen usando para el procesamiento de las aguas residuales procedentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales (E.D.A.R), ya que tienen una mejor eficiencia en el agitado. Están construidos con hormigón pretensado y postensado.
- De laguna cubierta: realizados bajo tierra, con membranas impermeables. Es el diseño habitual para la gestión de residuos ganaderos (purines y aguas residuales) con bajo porcentaje en sólidos.
Qué tipo de residuos son los más adecuados para el digestor
El proceso de digestión anaerobia controlada haciendo uso de un digestor es una tecnología que puede aplicarse a una gran variedad de residuos orgánicos.
Los residuos más utilizados en este proceso que permite la obtención de biogás son:
- Residuos agropecaurios: estiércol y purines, restos agrícolas procedentes de cultivos de consumo, cultivos energéticos o de generación de materias primas para la industria alimentaria.
- Residuos agroindustriales: procedentes de la industria alimentaria (cárnicas, lácteas, cerveceras, azucareras, etc.).
- Lodos de E.D.A.R: aguas residuales y lodos del proceso de depuración. En este grupo también entran los lodos procedentes del tratamiento de efluentes de industrias agroalimentarias.
- Fracción orgánica de residuos sólidos urbanos.
Ventajas del digestor: Biogás y digestatos
El uso de la tecnología de los digestores para el procesamiento de este tipo de residuos trae consigo una serie de beneficios:
- Se genera energía renovable altamente versátil en forma de biogás que puede emplearse para la generación de electricidad, calor o como sustituto de los combustibles fósiles.
- Se obtiene además un subproducto, el digestato, que puede aplicarse como sustrato orgánico o fertilizante orgánico rico en nutrientes.
- Se capturan y utilizan todas las emisiones de metano procedentes del tratamiento de los residuos orgánicos, con lo que se reduce la emisión de gases de efecto invernadero (GEI).
- El nitrógeno suministrado a los cultivos proveniente del digestato es más accesible para las plantas que otras fuentes, lo que promueve un crecimiento rápido de los cultivos.
- El digestato empleado como enmienda orgánica permite recuperar los suelos deteriorados por las técnicas agrícolas modernas y cultivo intensivo.
Si quieres conocer más sobre este proceso de valorización energética de residuos por medio del uso de digestores en una planta de biogás, aquí te dejamos con el ejemplo de cómo es el proceso para la gestión de purines de la industria ganadera.
