Producción de Biogás en granjas porcinas en confinamiento

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Estimados lectores y foristas, continuando con los argumentos desarrollados en  los artículos de Producción de Biogás, este informe sintetiza consideraciones generales de dos tipos de Plantas de Biogás con deyecciones zootécnicas específicamente con efluentes porcinos, aplicables para Granjas Porcícolas de mediana y pequeña escala.
Esperando que sea de vuestro agrado, les envío mi agradecimiento a los lectores  y  foristas por participar en  este foro.




En un contexto de extrema y continua necesidad energética además del elevado riesgo ambiental, el tratamiento anaeróbico con recuperación de biogás producido, resulta hoy un sistema de gran interés en grado de ofrecer múltiples ventajas:

  1. Producción de Energía: el tratamiento anaeróbico en condiciones controladas conlleva a la degradación de la sustancia orgánica y la producción de biogás. La cogeneración de energía eléctrica y calor mediante la combustión del biogás resulta económicamente ventajosa ya sea para el autoconsumo de la granja en  su conjunto como así también en la cesión a terceros, justamente esta última ventaja muy incentivada por normativas internacionales sobre la producción de energías de fuentes renovables.

  2. Reducción de olores y emisiones contaminantes (NH3 y CH4): las sustancias malolientes que eventualmente se forman durante el proceso (ácido sulfhídrico, amoníaco, etc.), vienen eliminadas con el biogás en la combustión.

  3. Estabilización de los efluentes: la reducción de la carga orgánica carbonosa que se obtiene en la digestión anaeróbica, confiere a las deyecciones una suficiente estabilidad  en los sucesivos períodos de stock. Se tiene además una desaceleración de los procesos degradativos y fermentativos con la consiguiente disminución en la producción de compuestos malolientes.

  4. Reducción de la carga patógena: La digestión anaeróbica en estado mesófhilo puede reducir parcialmente la eventual carga patógena presente en las deyecciones. Operando en estado termófhilo es posible obtener la completa higienización del efluente con la total eliminación de patógenos.


A) Planta de Biogás a Canal tipo Plug – Flow o Flujo a Pistón (Generación de Energía Eléctrica y Térmica)





Esquema de  planta “plug-flow” caracterizada por la simple realización.

Características principales:

Este proceso de digestión anaeróbica  tiene validez cuando es utilizado en tratamientos de deyecciones zootécnicas (en este caso porcícolas) como así también en la estabilización de fangos obtenidos de la flotación de residuos agro-zootécnicos.

En el caso de utilización de deyecciones zootécnicas,  se requiere una previa separación de los sólidos grosolánicos no  biodegradables en tiempos técnicos razonables, utilizando en el proceso anaeróbico solo la fracción líquida de las deyecciones, de esta forma el Biodigestor no contiene mecanismos internos de mezclado y se debe por lo tanto  privilegiar la conformación a canal.

En el caso de fangos en flotación no se hará separación de las fases en el digestor. En el caso  de las deyecciones zootécnicas tal efecto de  separación de los sólidos sedimentables respecto de la parte líquida del efluente zootécnico, debido a la falta de agitación en el digestor,  provocará un ventajoso efecto de aumento de tiempos de retención de la fracción sólida respecto de la fracción líquida.

Tal fenómeno permitirá  alejar del digestor en forma mas rápida la parte líquida, esta contiene las sustancias disponibles para la digestión además de retener en el interior del contenedor  las moléculas mas complejas por un tiempo superior, permitiendo a las bacterias de demolerlas y rendirlas disponibles para la transformación en biogás.

Sustancialmente este tipo de plantas se suelen incorporar a Confinamientos de Medianas y Grandes dimensiones que producen volúmenes importantes de deyecciones y por ende generan Energía Térmica y Eléctrica de autoconsumo como así también inyectar un plus energético  a la red local o regional en el caso que eventualmente suceda.

Es de suma importancia agregar el concepto de reducción del impacto ambiental que generan este tipo de Plantas por acción de las mismas a evitar “el efecto invernadero” con el consiguiente beneficio económico por la venta de bonos de carbono en el mercado internacional y evitar además la emisión de Dióxido de Carbono (CO2) tan perjudicial para el medio ambiente en que vivimos.


Fases del proceso:

Con el objetivo de producir la mayor cantidad de biogás es fundamental que las deyecciones generadas en los edificios productivos lleguen “frescas” al Digestor; por este motivo se tendrá precaución en la evacuación de las mismas ya que deben ser vehiculizadas  de los edificios con la mayor velocidad posible, pero con un porcentaje equilibrado de agua de lavado para no disminuir la concentración de “materia prima” al digestor. Los efluentes zootécnicos producidos vienen “stockeados” en un contenedor de pre-acumulación para luego ser transferidos (mediante planta de bombeo) al tratamiento de separación mecánica (Separador de sólido-líquido).Este tratamiento de separación de la fracción líquida y de los sólidos grosolánicos es casi siempre necesario ya que sirve para la eliminar del efluente las partes no biodegradables (en tiempos razonables de digestión prevista )compuesto de residuos vegetales, pelos etc, que tienden a aflorar en superficie por el efecto de elevación que produce el biogás y generar en la superficie del efluente una “costra” de material celulósico, que ocupa volumen útil y a su vez  puede provocar a largo plazo bloqueo de desplazamiento del efluente en el digestor.

La fracción sólida separada y acumulada podrá será utilizada para Compost o abono para terreno agrícola, mientras la fracción líquida (rica de sustancias orgánicas) alimentará el digestor, generalmente en estos casos de sección transversal rectangular, a uno o más canales paralelos. La digestión anaeróbica del efluente zootécnico es obtenida en el interior de un apósito digestor mediante la actividad de bacterias capaces de romper las moléculas complejas con la formación de metano, anhídrido carbónico, agua y ácido sulfhídrico.

Las antedichas actividades biológicas están condicionadas de varios factores, entre ellos podemos citar: el Ph, la temperatura y el tiempo de permanencia del efluente en el digestor.

Al disminuir la temperatura de digestión es necesario garantizar un mayor tiempo de retención (HRT) del efluente en el digestor. De esta forma en condiciones psicrófilas es oportuno prever un HRT de al menos 60 días, mientras en condiciones mesófilas es posible garantizar un HRT de solo 18 – 20 días. Respetando estas condiciones el aprovechamiento energético de la planta es óptimo en cualquier estación climática.

Para operar en condiciones térmicamente controladas las paredes del digestor deben ser oportunamente aisladas, además de  calefaccionar el interior del mismo, a su vez  manteniendo las  temperaturas de  proceso desde un intercambiador de calor colocado en proximidades al fondo del digestor, realizado con entubado de acero inoxidable haciendo circular agua caliente producida de la combustión del biogás en cogeneración.

El biogás producido es recogido de la parte superior del digestor mediante una cobertura a cúpula gasométrica y eventualmente otras coberturas recoge-gas a cúpula presostática.

La cúpula gasométrica tiene forma semicilíndrica  y esta realizada con tres membranas interpuestas, en tela de fibras poliéster – PVC y soldadas con sistema electrónico de alta frecuencia.

La membrana mas interna tiene la función de encerrar el biogás en una cámara en contacto con el efluente, aquella intermedia está en contacto con el exterior a lo largo, en los bordes laterales y evita que el Biogás pueda eventualmente mezclarse con el aire contenido en el volumen encerrado entre la membrana intermedia y aquella externa que permanece siempre “inflada”.

La cámara de aire esta mantenida siempre en presión desde una “centralina” de control y de válvulas que agregan o despiden aire, manteniendo el biogás siempre a la presión de 200 mm de columna de H2O independientemente de la cantidad de biogás contenido. De tal modo, la alimentación de los quemadores es regular y la membrana externa está siempre tensa con los inimaginables beneficios de defensa ante agentes atmosféricos como el viento, la lluvia y la nieve.

El sistema de cobertura a membrana presostática confiere las siguientes ventajas a saber:

  1. Evita la construcción separada de un gasómetro.

  2. Simplifica el mantenimiento del digestor, siendo fácilmente removible.

  3. Asegura un elevado grado de termo-ventilación en la parte superior del digestor.

  4. Es adaptable ha contenedores existentes.

  5. Permite acumular el biogás ya a la presión de uso de los quemadores, evitando la instalación de compresores para el gas.

  6. Es resistente a la nieve y al viento.

  7. Rinde posible una gestión más flexible del uso del biogás gracias al elevado volumen encerrado.

  8. Favorece a  deshumedecer el gas contenido, sobretodo en los meses  más fríos, mediante la condensación del agua en contacto de la pared de la cúpula.    
A través de una apropiada conducción conectada con la membrana  recoge-gas del digestor, el gas producido es recuperado y enviado a la planta de cogeneración dónde viene quemado el biogás  produciendo energía eléctrica y calor. Parte del calor producido viene recuperado y utilizado para termostatar y mantener en temperatura al digestor.

El efluente digerido, estabilizado e inoloro que sale del digestor como producto final es acumulado y  “stockeado”  para su futuro uso agronómico.

A continuación detallo fotografías relacionadas con el esquema de planta en cuestión.




Fot. Nº 1 Contenedor de efluente digerido y Cúpula de PVC  en Biodigestor de forma    rectangular.





Fot. Nº 2 - Biodigestor sin agitación, de forma cilíndrica  con cúpula en PVC.





Fot. Nº 3 - Cogenerador de 100 Kw de potencia. 





Fot. Nº 4 - Entubado de deyección a presión.






Fot. Nº 5 – Separador  y  Compost.





Fot. Nº 6 – Separador y   accesorios.



B) Planta de Biogás Cilíndrica tipo Up- Flow  con Mezclado (Generación de Energía Eléctrica y Térmica)



Esquema Planta Up-Flow

Características principales:

Este proceso de digestión anaeróbica utiliza las deyecciones tal cuál se presentan (fracción líquida + fracción sólida) de la descarga de los edificios productivos en el digestor.

Esta tipología de Planta incorpora al digestor con forma cilíndrica y dotado de un sistema de mezclado con mecanismo a hélice, con bomba de recirculación externa temporizada y sistema de boquillas de fondo para obtener el movimiento del efluente zootécnico y el efecto up-flow  rompe costra. El digestor será alimentado diariamente con deyecciones “frescas”, mientras el efluente digerido tendrá egreso del mismo después de un tiempo medio de permanencia de aproximadamente 20/25 días.

Fases del proceso:

Este tipo de Plantas  se proyectan y construyen para granjas porcinas que quieren gestionar los efluentes zootécnicos como único producto homogéneo y obtener el mayor rendimiento en términos energéticos y económicos, ya que gracias al mantenimiento de toda la fracción sólida presente en las deyecciones se incrementa la producción de biogás.

Es aconsejable el uso de estas plantas para confinamientos porcinos de modestas dimensiones, pero que tienen  disponible “biomasas”  en el tiempo, para agregar y digerir junto a las deyecciones. Es necesario afirmar las enormes ventajas  ambientales que genera  el funcionamiento de este tipo de Plantas, pero se debe recordar que:

  • El efluente porcino o zootécnico no separado debe ser gestionado con idóneas maquinarias en las fases de bombeo.

  • El digestor necesita de mayores componentes electromecánicos.

  • La Planta tiene un autoconsumo eléctrico mas elevado.

A los fines de obtener la mayor producción posible de biogás, en este caso es fundamental que las deyecciones generadas en los edificios productivos lleguen “frescas” al digestor por consiguiente se deberán adoptar todas las precauciones posibles para evacuar con mayor velocidad la integridad de las deyecciones de los edificios zootécnicos.

El efluente generado es “stockeado” en un pre-contenedor de acumulación, ecualización, mezclado y alivianamiento, provisto de mixer o bomba trituradora, dónde puede ser agregada en dosis pre-establecidas, una moderada cantidad de “biomasa” para obtener una mezcla “bombeable” con un contenido de sólidos no superior al 10%, que enriquece de sustancia orgánica al efluente destinado a alimentar el digestor.

Tal cuál, la digestión anaeróbica  de deyecciones con moderadas cantidades de “biomasa” es obtenida en el interior de un apropiado digestor mediante la actividad de bacterias, capaces de transformar las moléculas en metano, anhídrido carbónico, agua y ácido sulfhídrico.

La antedicha actividad biológica esta condicionada de varios factores, entre ellos podemos citar: el Ph, la temperatura y el tiempo de permanencia de al menos 30-40 días y temperaturas en el campo mesófilo o termófilo; también es posible subdividir el volumen de digestión en dos “reactores”, uno primario y otro secundario, adaptados para hacer llegar en modo controlado las fases acidogénica y metanigénica.

A continuación detallo fotografías relacionadas con el esquema de planta en cuestión.




Fot. Nº 7 – Biodigestor sobre-elevado.





Fot. Nº 8 – Biodigestor semi –enterrado con tolva para agregado de Biomasa





Fot. Nº 9 –  Válvula de sobre-presión del Gas. con fijación en muro de Biodigestor.





Fot.10 – Cúpula  gasométrica colmada de Biogás.






Fot. Nº 11 -  La eficiencia en el  mezclado es esencial en la obtención de elevadas densidades en el Biodigestor de las Plantas up-flow.






Fot. Nº 12 – La calefacción de la Biomasa se efectiviza mediante la fijación de entubados en el muro perimetral del Bidigestor de las Plantas up - flow.





Fot. Nº 13 – Cogenerador de 50 Kw de potencia instalada.

 
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