Ver 2 ª PARTE
FACTORES AMBIENTALES AFECTANDO LA DIGESTIÓN
ANAERÓBICA
La degradación anaeróbica efectiva de materia orgánica
requiere poblaciones sanas de grupos de bacterias relevantes trabajando en sinergia.
En todos los procesos de tratamiento de aguas residuales, la retirada efectiva
de contaminantes depende no solamente del potencial metabólico de los
microorganismos, sino también de la existencia de condiciones ambientales
convenientes para soportar estas actividades. En los procesos de tratamiento
anaeróbicos, principalmente como resultado de la naturaleza crítica de las
relaciones sintrópicas, las condiciones ambientales deben ser rigurosamente
controladas. Factores tales como la composición de los nutrientes, temperatura,
pH, mezcla, toxicidad e inhibición tienen que ser todas minuciosamente
investigadas.
Nutrientes
Los requerimientos nutricionales de las bacterias
anaeróbicas son de importancia fundamental debido a que el suministro de
nutrientes es básico para construir los bloques celulares que aseguren que la
célula es capaz de sintetizar las enzimas y cofactores que activan las
reacciones metabólicas y bioquímicas.
Los nutrientes pueden dividirse en dos grupos, los
macronutrientes y micronutrientes, de acuerdo con las cantidades relativas de
la célula. Es esencial para ambos tipos de nutrientes estar presentes en una
forma disponible en el ambiente de crecimiento para permitir la asimilación
efectiva. Idealmente, los niveles de nutrientes estarán en exceso de la
concentración requerida ya que las bacterias anaeróbicas pueden inhibirse
severamente incluso por ligeras deficiencias de los nutrientes. Sin embargo,
muchos nutrientes esenciales pueden ser tóxicos cuando están presentes en altas
concentraciones.
Temperatura
La temperatura es uno de los factores ambientales que más
influye ya que controla la actividad de todos los microorganismos.
Generalmente, una elevación de la temperatura lleva a un incremento en la tasa
de reacciones bioquímicas y enzimáticas dentro de las células, causando un
incremento en las tasas de crecimiento. Sin embargo, por encima de una temperatura
específica, que es característica de cada especie, este fenómeno produce
inhibición, y luego mortalidad.
Aunque la formación de metano es biológicamente factible en
todas las temperaturas entre o ºC y 100 ºC, hay dos rangos de temperaturas
asociados a la digestión anaeróbica. Éstas son definidas como mesofílicas, con
una temperatura óptima entre 30 – 37 ºC y una temperatura termofílica, con un
óptimo entre 55 – 60 ºC.
Un tercer rango, favorecido por los organismos
psicrofílicos, tienen una temperatura óptima en un rango 15 – 20 ºC.
Generalmente se cree que los reactores termofílicos son más
eficientes que los mesofílicos. Los reactores termofílicos pueden también
aceptar tasas de carga orgánica más altas producen menos cantidades de lodos.
Sin embargo, hay también desventajas en los reactores termofílicos, estas
desventajas incluyen:
a)
Son a menudo menos estables que los reactores
mesofílicos.
b)
Requieren más energía para calentar el reactor.
c)
Producen altas concentraciones de VFA en sus
efluentes.
Sin embargo, la digestión anaeróbica termofílica es una
opción atractiva para tratar efluentes y lodos industriales calientes de
composición relativamente constante.
Comparado con muchos procesos aeróbicos que son
relativamente robustos a las variaciones de temperatura, la digestión
anaeróbica es sensible a fluctuaciones de temperatura repentinas; cambios tan
pequeños como 1 – 2 ºC tienen efectos
adversos significativos en el rendimiento del proceso particularmente cuando
los cambios ocurren rápidamente (< 2 horas). Las bacterias quedan afectadas
adversamente por las variaciones de temperatura del digestor, varios días o
incluso semanas pueden requerirse para restaurar de nuevo una población
saludable.
pH
Las bacterias anaeróbicas, especialmente metanógenas,
exhiben una característica sensible a los extremos del pH. Por lo tanto,
manteniendo un pH estable y conveniente dentro del digestor sería una prioridad
mayor para asegurar la digestión metanogénica eficiente. Esto es debido a que
la concentración de iones de hidrógeno tienen una influencia crítica en los
microorganismos responsables de la digestión anaeróbica, la bioquímica de la
digestión, buffering de alcalinidad y varias otras reacciones químicas
afectando la solubilidad y disponibilidad de los iones disueltos. El mejor
rango de pH aparece alrededor de la neutralidad, mientras que el rango entre
6,5 y 7,8 se cree es óptimo. Sin embargo, hay excepciones para las que no se ha
dado ninguna explicación satisfactoria, tales como la digestión anaeróbica que
ocurre bajo condiciones tan bajas como pH 3 y tan altas como pH 9,7. Hay cuatro
tipos principales de reacciones químicas y bioquímicas que influyen en el pH de
un digestor. Estas reacciones son:
a)
Consumo y liberación de amoniaco.
b)
Producción y consumo de ácidos grasos volátiles.
c)
La liberación de sulfuro por reducción disimilar
de sulfato y sulfito.
d)
Conversión de carbono orgánico de carbono
neutral a metano y dióxido de carbono.
En un digestor de trabajo efectivo, la reducción del pH
puede contrarrestarse por procesos naturales tales como la alcalinidad de
bicarbonatos y el consumo de ácidos grasos volátiles por metanógenos. Sin
embargo, lo último es dependiente del equilibrio entre acidogénicos y metanógenos
y esto puede compensarse fácilmente por cambios en las condiciones ambientales
y operacionales. Sin embargo, lo último es dependiente del equilibrio entre
acidogénicos y metanógenos y eso puede fácilmente compensarse por cambios en
las condiciones ambientales y operacionales. Si esto ocurre, hay dos opciones
para rectificar la situación. La primera aproximación es parar la alimentación
del reactor, dando a los metanógenos suficiente tiempo para consumir el exceso
de ácidos grasos y elevar el valor del pH a un nivel aceptable. La segunda
opción es dosificar el reactor con álcalis, por ejemplo NaOH o Na2CO3,
en orden de elevar el pH o proporcionar capacidad de almacenamiento en fubber
adicional. En algunos casos ambas opciones pueden usarse simultáneamente.
Una apreciación de la alcalinidad de bicarbonatos y sus
relaciones con la bioquímica de la digestión anaeróbica debe ganarse si se
mantiene el equilibrio del pH. La alcalinidad en el agua es debida
principalmente a sales de ácidos débiles y bases fuertes, (ej. iones
bicarbonatos). Tales sustancias actúan como buffers cuando el pH del ambiente
es igual a su valor pKa, resistiendo cambios en la concentración de
iones de hidrógeno que resultan de la producción o consumo de ácidos. Aunque la
cantidad de alcalinidad requerida para acomodar el incremento de VFA en un
reactor depende de muchos factores, los reactores anaeróbicos establecidos
tratando cargas orgánicas típicas es probable que contengan alcalinidad en el
rango de 2000 a 3000 mg/l como CaCO3. Este nivel de alcalinidad
impartirá una resistencia mejorada a la acidificación causada por fluctuaciones
a largo plazo en la composición del alimento.
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