Grupo Estudios de Medio Ambiente Laboratorio de Química - Facultad Regional Rafaela Química Mente Año 4 - Abril 2014 Editorial Bienvenido al Boletín de Abril de QUIMICA MENTE. En este número, se continúan desarrollando los distintos tratamientos de efluentes y en esta oportunidad presentamos la segunda parte del tema: Digestión Anaerobia. Como en todas las ediciones, se presentan futuros Congresos y Jornadas, a realizarse en 2014, que pueden ser de su interés. Agradecemos su participación y esperamos sus aportes e inquietudes, deseando que disfruten de nuestra propuesta. Laboratorio de Química UTN Rafaela. Contenido: Digestión Anaerobia 2 Premios Nobeles 6 Próximos Eventos 7
Página 2 DIGESTIÓN ANAEROBIA (Parte 2) CLAVES DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA Los parámetros ambientales que hay que controlar hacen referencia a condiciones que deben mantenerse o asegurarse para el desarrollo del proceso. Estos son: ph: debe mantenerse cercano a la neutralidad (6,5 7,5). Alcalinidad: asegurar la capacidad útil y evitar la acidificación. Potencial redox: valores recomendables inferiores a -350 mv. Nutrientes: valores que aseguren el crecimiento de los microorganismos. Tóxicos e inhibidores: la concentración debe ser la mínima posible. Los parámetros operacionales a tener en cuenta son: Temperatura. 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 eliminación de agentes patógenos. Agitación. En función de la tipología de reactor debe transferirse al sistema el nivel de energía necesario para favorecer la transferencia de substrato a cada población o agregados de bacterias esto se logra a través de la homogeneización. Tiempo de retención. Es el tiempo medio de permanencia del efluente en el reactor, sometido a la acción de los microorganismos. Velocidad de carga orgánica (OLR). Es la cantidad de materia orgánica introducida por unidad de volumen y tiempo. Valores bajos implican baja concentración en el influente y/o elevado tiempo de retención. El incremento en la OLR implica una reducción en la producción de gas por unidad de materia orgánica introducida, debiendo encontrar un valor óptimo técnico/económico para cada instalación y residuo a tratar. POTENCIALES Y RENDIMIENTOS La producción de biogás que se obtendrá de un residuo determinado depende de su potencial (producción máxima), del tiempo de retención, de la velocidad de carga orgánica, de la temperatura de operación y de la presencia de inhibidores. Los residuos orgánicos de la industria alimentaria presentan potenciales de producción variables, pero usualmente elevados cuando contienen un elevado contenido en lípidos. En la Tabla 1 se indican producciones de biogás relativas a residuos en bruto, notándose la elevada producción para los aceites vegetales y la baja producción para los lodos residuales de plantas depuradoras, básicamente por su baja concentración en materia orgánica, con alto contenido en agua.
Página 3 DIGESTIÓN ANAEROBIA CO-DIGESTIÓN ANAEROBIA El término co-digestión se utiliza para expresar la digestión conjunta de dos o más sustratos de diferente origen. La ventaja principal radica en el aprovechamiento de la sinergia de las mezclas, compensando las carencias de cada uno de los sustratos por separado. La misma consiste en el tratamiento conjunto de residuos orgánicos diferentes con el objetivo de: Aprovechar la complementariedad de las composiciones para permitir procesos más eficaces. Compartir instalaciones de tratamiento. Unificar metodologías de gestión. Amortiguar las variaciones temporales en composición y producción de cada residuo por separado. Reducir costos de inversión y explotación. ACONDICIONAMIENTO DEL SUSTRATO PREVIO A LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Antes de introducir los residuos orgánicos dentro del reactor hay que realizar una serie de operaciones de acondicionamiento. Dependiendo del tipo de reactor, el grado de pretratamiento será diferente. La finalidad de estas operaciones es introducir el residuo lo más homogéneo posible, con las condiciones físicoquímicas adecuadas al proceso al que va a ser sometido, y sin elementos que puedan dañar el digestor. La forma de acondicionar los residuos de entrada puede ser por reducción del tamaño de partícula, espesamiento, calentamiento, control de ph, eliminación de metales y eliminación de gérmenes patógenos. TECNOLOGÍAS DE DIGESTIÓN ANAEROBIA Los diseños utilizados para digestión anaerobia pueden clasificarse en función de su capacidad para mantener altas concentraciones de microorganismos en el reactor, siguiendo diferentes métodos. El reactor más simple es el de mezcla completa (RMC). Reactor de mezcla completa sin recirculación Consiste en un reactor en el que se mantiene una distribución uniforme de concentraciones, tanto de substrato como de microorganismos. Esto se consigue mediante un sistema de agitación, la que puede ser mecánica (agitador de hélice o palas) o neumática (recirculación de biogás a presión). Esta tipología de reactor no ofrece problemas de diseño y es el más utilizado para residuos. Comparativamente a otros reactores, el tiempo de retención necesario es alto.
Página 4 DIGESTIÓN ANAEROBIA Reactor de mezcla completa con recirculación Este sistema tiene el nombre de reactor anaerobio de contacto y sería equivalente al sistema de fangos activos aerobios para el tratamiento de aguas residuales. Regulando la recirculación es posible conseguir tiempos de retención hidráulica más bajos que en un reactor simple de mezcla completa. Esto es consecuencia del aumento del tiempo de retención de los microorganismos, gracias a su confinamiento en el sistema mediante la separación en el decantador y recirculación. Debido a la necesaria separación de microorganismos en el decantador, este sistema sólo es aplicable a aguas residuales de alta carga orgánica (aguas residuales de azucareras, cerveceras, etc.). Reactor con retención de biomasa, sin recirculación Cuando se consigue retener bacterias en el interior del reactor, es posible reducir el tiempo de retención por debajo del reactor RMC tomado como referencia. Los métodos de retención de biomasa son básicamente dos: a. inmovilización sobre un soporte (filtros anaerobios y lechos fluidizados); b. floculación de biomasa y retención por gravedad (reactores de lecho de lodos). Filtro anaerobio En este sistema las bacterias anaerobias están fijadas a la superficie de un soporte inerte (formando biopelículas), columna de relleno, o atrapadas en los intersticios de éste, con flujo vertical. El soporte puede ser de material cerámico o plástico. Su distribución puede ser irregular (filtro anaerobio propiamente dicho, con flujo ascendente) 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. Este sistema ha sido extensamente aplicado para el tratamiento de aguas residuales de industria agroalimentaria. El costo de inversión es un limitante de importancia para su implantación. Lecho fluidizado En este sistema las bacterias se encuentran fijadas, formando una biopelícula, sobre pequeñas partículas de material inerte que se mantienen fluidizadas mediante el flujo ascendente adecuado del fluido. Para mantener el caudal adecuado, que permita la expansión y fluidización del lecho, se recurre a la recirculación. Igual que el filtro, puede ser aplicado a aguas residuales, especialmente de la industria agroalimentaria, y a fracciones líquidas o sobrenadante de residuos ganaderos, aunque las experiencias en este ámbito son muy limitadas.
Página 5 DIGESTIÓN ANAEROBIA Reactor de lecho de lodos En este sistema se favorece la floculación o agregación de bacterias, formando gránulos, de forma que por sedimentación se mantienen en el interior del reactor, con una velocidad ascendente adecuada del fluido, siempre que en la parte superior exista un buen separador sólido (biomasa)/líquido/gas. El diseño más común es el Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), el cual está siendo extensamente aplicado al tratamiento de aguas residuales de la industria agroalimentaria. Es un proceso inducido mediante el cual los microorganismos dispersos en el medio tienden a formar agregados celulares. La agregación en forma de gránulos optimiza la cooperación entre los microorganismos. El lodo granular puede ser definido como biomasa con propiedades muy específicas, las cuales lo hacen apropiado para sistemas de tratamiento en flujo ascendente. El diseño se compone de un tanque cerrado, que contiene un barro orgánico donde la flora microbiana anaeróbica, convenientemente aclimatada, se encuentra adherida o entrampada. El líquido crudo a tratar percola en forma ascendente a través del manto de barros, lográndose la rápida degradación de la fracción orgánica soluble, permitiendo operar con bajos tiempos de residencia hidráulica para el líquido y altos tiempos de residencia para los sólidos (del orden de varios meses) posibilitando su estabilización. A medida que el líquido circula por el reactor se va depurando por la acción de las bacterias anaeróbicas, y se producen burbujas de biogás que realizan un efecto de agitación suave, beneficioso para el proceso biológico que se desarrolla dentro del tanque. En la parte superior del reactor se coloca un separador de tres fases (Sólido - Gas - Líquido). Este permite retener el biogás producido para su conducción, por canales, hacia el exterior para su posterior consumo. Los reactores anteriores pueden ser combinados para conseguir sistemas más eficientes, según el tipo de residuo a tratar.
Página 6 Premios Nobeles Ernest Rutherford (1871-1937) Neozelandés Se dedicó al estudio de las partículas radioactivas y logró clasificarlas en alfa (α), beta (β) y gamma (γ). Halló que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos, lo que le valió ganar el Premio Nobel de Química en 1908, demostrando que las partículas alfa son núcleos de helio. Desarrolló un modelo atómico, después de probar la existencia del núcleo atómico, en el que se reúne toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.
Página 7 Próximos Eventos 5o Congreso Internacional sobre Arsénico en el Ambiente Buenos Aires, 11 al 16 de Mayo. www.as2014.com.ar/es/home.html 3er Taller de Ciencias del Ambiente Córdoba, 19 al 21 de Mayo. http://taca-2014.congresos.unc.edu.ar 19º Congreso Argentino de Saneamiento y Medio Ambiente Buenos Aires, 21 al 23 de Mayo www.aidisar.org.ar Congreso Internacional de Docencia e Investigación en Química México, 24 al 26 de Septiembre www.cbi.azc.uam.mx/congresointernacionaldiq/index.html
Página 8 Próximos Eventos 31º Congreso Latinoamericano de Química 2014 Lima, Perú. 14 al 17 de Octubre http://sqperu.org.pe/?page_id=2255 V Congreso de la Sociedad de Toxicología y Química Ambiental Neuquén, 22 al 25 de Octubre www.setacargentina.com.ar XXXIV Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Monterrey, México. 2 al 6 de Noviembre www.congresoaidis2014.com V Congreso Internacional sobre Gestión y Tratamiento Integral del Agua Córdoba, 12 al 14 de Noviembre http://www.congreso-agua.com.ar/
Página 9 Dra. M. Cecilia Panigatti Lic. Rosana Boglione Lic. Carina Griffa Bioq. Fabiana Gentinetta Ing. M. Celeste Schierano Lic. Melina Asforno Corina Aimo Integrantes del Laboratorio de Química
Grupo Estudios de Medio Ambiente Laboratorio de Química - Facultad Regional Rafaela Química Mente Año 4 - Abril 2014 Gracias por su tiempo Nos encontramos en la próxima edición... Para recibir Química Mente por correo electrónico puede subscribirse enviando un mail a: labquimicautn@gmail.com Contacto: Acuña 49 (2300) Rafaela Santa Fe Argentina. T.E. 03492 43-2702 Int: 106