Fundamentos

Es muy difícil a veces tener que limitar una presentación o el alcance de una definición sin de alguna manera perjudicar alguna disciplina.  En el caso de la elaboración de contenido para www.DigestoresAnaerobicos.com hemos tenido que tomar alguna decisión arbitraria y probablemente perpetuar sólo algunas de las acepciones posibles.  En muchos contextos incluso existen otras denominaciones para referirse a básicamente el mismo proceso unitario.

Dentro del marco de nuestra serie introductoria circunscribiremos inicialmente la cobertura a los siguientes contextos:

• instancias de digestores de lodos municipales, sea aeróbicos o anaeróbicos
• aplicaciones industriales, i.e. instancias de digestores “rústicos” como ser lagunas anaeróbicas, esto es, fundamentalmente como pretratamiento biológico
• instancias de digestores “rústicos” empleados en establecimientos de crianza confinada

Técnicamente deberíamos estar incluyendo variantes históricas como ser tanques Imhoff, recientemente revalorizados especialmente en tratamiento decentralizado, o tecnologías establecidas como UASBs y filtros anaeróbicos, híbridos o no.  Por una razón de organización hemos preferido presentar el material en forma separada, aún cuando todos sabemos que tantos los aspectos microbiológicos como conceptos involucrados, e.g. criterios de mezcla (3), recuperación de energía, componentes de un sistema, de alguna manera van a estar presentes en todos los casos aunque obviamente con distintas características, fundamentalmente tiempos de retención involucrados, temperaturas de trabajo, carga orgánica volumétrica (m3DQO/día por m3 reactor).

La razón de concentrar inicialmente en sólo los tres contextos anteriores es que de alguna manera significan procesos de digestion con objetivos “distintos”, a saber:

• en el caso de digestores de lodos municipales, el objetivo perseguido es fundamentalmente reducir/inertizar masa celular;
• en el caso de digestores “rústicos” del tipo de lagunas anaeróbicas, artificiales o naturales, el objetivo es desarrollar biomasas que asimilen el material orgánico soluble dando lugar a generación de metano y dióxido de carbono.
• en el caso de digestores “rústicos” empleados en establecimiento de crianza estamos pensando en aceptar ingresar “efluentes” al proceso de tratamiento con valores de relativamente altos en sólidos suspendidos,  e.g. 10%, 11% … 13%.  A modo de ejemplo, una pauta genérica de diseño en procesos anaeróbicos más sofisticados rutinariamente recomendaría que este valor (sólidos suspendidos) no excediese digamos un 10% del valor correspondiente de DQO. 

Alguien incluso podría proponer una celda seca de relleno sanitario como un inmenso digestor anaeróbico y en realidad debería dar a lugar a dicho comentario.  De mismo modo, un proponente de celda húmeda tendría derecho a usar el rótulo así como el fabricante de un biofiltro para fase gas.

Con las salvedades anteriores procederemos entonces a solamente comentar el clásico contexto de digestión de lodos municipales en sus dos variantes, el proceso unitario de pretratamiento biológico implementado en infinidad de industrias con variantes de lagunas anaeróbicas y los reactores “rústicos” empleados en entornos de crianza confinada.

ELEMENTOS BASICOS DE UN SISTEMA DIGESTOR

Con mayor o menor sofisticación, prácticamente todo proceso de digestión va a incorporar todos o algunos de los siguientes items,

•  algún tipo de separación mecánica previa;
• algún tipo de calefaccionamiento, sea natural o artificial
• algún mecanismo de mezclado sea hidráulico, neumático, térmico o mecánico
• algún tipo de recuperación de energía (intercambiador, caldera) o en su defecto quemador probablemente con posibilidad de trabajar con otro combustible

DIGESTORES DE LODOS MUNICIPALES

Dentro del contexto de nuestra serie ambiental, clásicamente podemos distinguir entre digestores aeróbicos y digestores anaeróbicos.  Ambos procesos unitarios han sido empleados en inumerables contexto de manera muy exitosa.

Los digestores aeróbicos fueron desarrollados específicamente para el procesamiento de lodos (biomasa excedente) procedentes de plantas de lodos activados sin clarificación primaria.  Si bien esta configuración es extremadamente popular, especialmente aceptable en un buen espectro de plantas, las características del lodo generado en exceso, típicamente con concentraciones entre 0.5 y 2% (con suerte!), recomiendan su posterior digestión idealmente precedida por una etapa de concentración, e.g. mediante espesadores o celdas de flotación.

En cierta manera, los digestores anaeróbicos en sus distintas formas y configuraciones, han encontrado tal vez un número mayor de aplicaciones tanto en ingeniería sanitaria convencional como en entornos industriales y agroindustriales.  Por esta razón, esta primera edición de digestores.net incluye su cobertura en forma proporcional, i.e. destaque a aplicaciones de digestores anaeróbicos. 

En realidad las primeras configuraciones de tratamiento de aguas cloacales estuvieron basadas en variantes de tratamiento anaeróbico, e.g. tanques Imhoff, clásicamente consistentes en una primera etapa de decantación y posterior digestión en la celda inferior.  Estas “tecnologías” que incluyen al doméstico tanque séptico si bien excelentes en cuanto a retención de sólidos, fueron gradualmente abandonadas al aumentar los requerimientos en las descargas, específicamente menores valores de la fracción de DBO en solución.  Esta deficiencia motivó la instauración progresiva de sistemas aeróbicos, por ejemplo plantas de lodos activados, relegándose el rol de digestores anaeróbicos al procesado de los lodos del primario y el rol de digestores aeróbicos a establizar y reducir la masa celular proveniente del proceso biológico..

Sin embargo, y en forma selectiva, los digestores anaeróbicos han evolucionado para predominar inequívocamente en determinados contextos como ser digestión anaeróbica de lodos de clarificador primario, pretratamiento biológico en aplicaciones industriales, tratamiento de constitutivos de riesgo en forma selectiva, aceleradores del proceso de degradación en celdas de rellenos sanitarios, y aplicaciones agroindustriales. 

APLICACIONES INDUSTRIALES

La razón de referirnos a  “pretratamiento biológico en aplicaciones industriales “ es simplemente para enfatizar que si bien un digestor anaeróbico, sea implementado mediante una laguna anaeróbica o un reactor sofisticado, no atiende la remoción de nitrógeno en forma sustancial.  Recordemos que para pasar de nitrógeno amoniacal hacia nitritos y luego nitratos, alguien debe suministrar oxígeno.  Por lo tanto, y en muchísimas instancias industriales, debe incluirse un postratamiento aeróbico que frecuentemente sorprende por la real “dimensión” requerida.  Basta hacer los cálculos de HP requeridos para cualquier establecimiento de crianza confinada, e.g. cerdos, vacunos, para ver el impacto.   

Es interesante comentar que los valores de nitrógeno total, nitrógeno amoniacal, nitritos, nitratos y fósforo total NO presentan prácticamente variaciones en las etapas acéticas y metanogénicas de un relleno sanitario. 

ASPECTOS MICROBIOLÓGICOS

El detalle de los aspectos microbiológicos involucrados en los procesos anaeróbicos, puede verse en el clásico trabajo de Wilkie & Colleran.  Los compuestos orgánicos, e.g. (proteínas, grasas, polisacáridos), son convertidos en compuestos simples, monómeros y oligómeros (e.g.azúcares, aminoácidos, etc.), que a su vez son convertidos en ácidos orgánicos e hidrógeno.  En la última etapa ocurre la generación del metano y dióxido de carbono.  A partir de estudios de tratabilidad puede alimentarse programas de diseño que rápidamente permiten evaluar las alternativas de tratamiento para distintos tipos de aguas residuales.