Ver 3ª PARTE
Mezcla
La digestión anaeróbica metanogénica comprende un grado
inherente de mezcla de la elevación continua de burbujas de metano dentro del
reactor, sin embargo, esta mezcla natural es usualmente considerada limitante
para la transferencia de masa eficiente. Consecuentemente, el contacto entre la
materia orgánica y los microorganismos
pueden ser mejorados por una mezcla realzada, llevando a un rendimiento
más alto del reactor. El nivel y tipo de mezcla también afecta la tasa de
crecimiento y distribución de microorganismos dentro del lodo, disponibilidad
del sustrato y tasas de utilización, formación de gránulos, y producción de
gas. La mezcla puede realzarse usando:
a)
Dispositivos mecánicos (paletas, turbinas e
impulsores).
b)
Fuerza de corte hidráulica.
c)
Recirculación de gas.
Toxicidad e inhibición
La toxicidad es un efecto adverso en el metabolismo
bacteriano, mientras que la inhibición es una discapacidad de de función
bacteriana. Hay muchas sustancias que pueden estar presentes, ya sea por
componentes en la alimentación de un reactor o como sub-producto de metabolismo
anaeróbico, que puede ralentizar la tasa de digestión (toxicidad) o causar
fallos del proceso (inhibición). Ejemplos comunes incluyen, metales pesados,
álcalis y metales de tierra alcalinos, ácidos grasos volátiles, oxígeno,
amoniaco y sulfuro.
Metales
Como hemos discutido anteriormente, un nivel traza de muchos
iones metálicos se requiere para la función de ciertas enzimas y coenzimas, sin
embargo, cantidades excesivas pueden dar como resultado toxicidad o inhibición.
La toxicidad de metales pesados se cree ocurre a través de la disrupción
estructural de enzimas y moléculas de proteínas dentro de la célula.
Ácidos grasos volátiles
Las altas concentraciones de VFA a menudo se asocian con los
efectos de toxicidad e inhibición. Generalmente se cree que la inhibición de
VFA se debe a su acumulación y a su acumulación y a una reducción consecuente
del valor del pH. Sin embargo, varios experimentos han mostrado que los VFA son
en sí mismo tóxicos. Por ejemplo, dependiendo del pH, concentraciones de ácido
propiónico en orden de gramos por litro pueden ser toleradas con un grado
mínimo de toxicidad. Sin embargo, en valores bajos de pH mucho más ácido
propiónico existe en la forma HPr no disociada que es mucho más tóxica que el
ión de propianato, Pr-, debido a su mayor permeabilidad de la
membrana.
Oxígeno
Los anaerobios estrictos son muy sensibles a la exposición
de oxígeno. El oxígeno puede causar una disociación irreversible de algunas
enzimas y cofactores, tales como F420. Otro efecto adverso del
oxígeno se debe a su capacidad para incrementar el potencial redox estándar (Eh).
La producción de metano óptima ocurre con un potencial redox de entre – 520 y
530 mV con un valor limitante de alrededor de – 350 mv. Por lo tanto, los
ambientes altamente reducidos (ausencia de oxígeno) deben mantenerse para
promover las bacterias anaeróbicas. Sin embargo, la producción de metano es
incluso posible en presencia de oxígeno debido a que muchas bacterias
fermentativas implicadas en la etapa inicial son facultativas, y consumirían el
oxígeno que puede estar presente en la alimentación del reactor.
Además, las bacterias anaeróbicas a menudo existen en
comunidades estructuradas (ej., gránulos, biofilms y flocs) donde las capas
exteriores de células son responsables de crear un microambiente conveniente
para metanógenos sensitivos.
Amoniaco
El amoniaco es liberado por la fermentación de aminoácidos y
proteínas y la descomposición de metilamina y otros compuestos nitrogenosos. Aunque
el amoniaco actúa para amortiguar algo de la acidez generada por la digestión
anaeróbica, sería beneficioso para las bacterias anaeróbicas en bajas
concentraciones, las altas concentraciones pueden llevar a fallos del proceso.
Dependiendo del pH de los reactores anaeróbicos, el amoniaco puede estar
presente en forma de ión de amonio (NH4+) o como gas de
amonio en solución (NH3). El equilibrio entre ellas puede expresarse como:
En valores de pH alrededor de la neutralidad, la mayoría
(>99 %) del NH3-N estarán presentes como NH4. que es
mucho menos tóxico que el amoniaco disuelto. Sin embargo, en valores de pH más
altos que son compatibles con la digestión anaeróbica (pH 8), los cambios de
equilibrio hacia el más tóxico amoniaco libre, con concentraciones del último
casi un orden de magnitud más alto a pH 7. La concentración máxima del amoniaco
libre (disuelto) no excede el umbral inhibidor de 150 mg/l.
Sulfuro
Las formas inorgánicas de sulfuro presentes en la
alimentación del reactor, principalmente sulfatos, son rápidamente convertidos
por bacterias reductoras de sulfatos (SRB) a la forma reducida, sulfuro (S2-),
y sulfuro de hidrógeno (H2S), que se clasifican como inhibidores
importantes de la digestión anaeróbica. Se cree que la inhibición del sulfuro de la
digestión anaeróbica procede de:
a)
Consumo competitivo de los sustratos
metanogénicos, acetato e hidrógeno, además SRB reduce sulfato a sulfuro,
disminuyendo la producción de metano.
b)
Es tóxico, incluso fatal, y afecta a los
microorganismos anaeróbicos (reacciona químicamente con sus citocromos y otros
compuestos no contaminantes del hierro.
c)
Precipitación de metales de trazas esenciales
(micronutrientes) como sulfuros de metal insolubles.
El grado de inhibición de sulfuro es largamente dependiente
del pH, temperatura, concentración de iones metálicos y tipo de operación.
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