Los ácidos orgánicos desempeñan un papel decisivo en las plantas de biogás, ya que se producen como productos intermedios en la descomposición anaeróbica de sustratos orgánicos. La concentración y composición de los ácidos orgánicos es un indicador importante de la estabilidad y eficacia del proceso biológico. Un exceso o desequilibrio de estos ácidos puede tener un impacto negativo en el funcionamiento de la planta de biogás, hasta llegar incluso a la ruptura del proceso. Por lo tanto, el seguimiento y control de los ácidos orgánicos es esencial para el funcionamiento económico y ecológico de las plantas de biogás.
Índice
Importancia de los ácidos orgánicos en las plantas de biogás
1. papel en el proceso de degradación anaeróbica
Los ácidos orgánicos se producen en el segundo paso de la fermentación anaerobia, conocido como acidogénesis, a partir de la hidrólisis de carbohidratos, proteínas y grasas. Estos ácidos son sustratos esenciales para los microorganismos metanogénicos, que los convierten en biogás (metano y dióxido de carbono).
Ácidos orgánicos típicos de las plantas de biogás:
- Ácido acético (acetato): Precursor directo de la formación de metano.
- Ácido propiónico: Un intermediario importante que puede tener un efecto tóxico en altas concentraciones.
- Ácido butírico y ácido valérico: Subproductos del proceso de fermentación que sólo son utilizados lentamente por las arqueas metanogénicas.
2. parámetros clave para la estabilidad del proceso
La concentración de ácidos orgánicos es un indicador sensible del equilibrio entre las distintas comunidades microbianas. Un aumento de determinados ácidos, como el ácido propiónico, puede indicar perturbaciones en el proceso. El valor FOS/TAC (relación entre los ácidos orgánicos volátiles y la capacidad tampón) es un parámetro de control establecido.
Rangos de valores:
- Procesos estables: FOS/TAC de 0,3-0,5.
- Rango de advertencia: FOS/TAC por encima de 0,5 - indica acumulación de ácidos orgánicos.
- Condiciones críticas: FOS/TAC superior a 0,8 - riesgo de acumulación de ácido y fallo del proceso.
Foto: Nuestra planta de biogás ALMA BHU GMR
Control de ácidos orgánicos
1. métodos analíticos
- Titulación: Para determinar el valor de FOS/TAC.
- Cromatografía de gases (GC): Análisis cuantitativo de ácidos orgánicos individuales, como el ácido acético y el ácido propiónico.
- Métodos espectrofotométricos: pruebas rápidas para determinar las concentraciones de ácido total.
2. inspección periódica
La supervisión continua es esencial para reconocer los fallos del proceso en una fase temprana. Los sistemas de sensores automatizados y el análisis de procesos (por ejemplo, la espectroscopia en línea) son cada vez más importantes.
Efectos de los desequilibrios de ácidos orgánicos
Un exceso de ácidos orgánicos, a menudo denominado acumulación ácida, puede provocar una avería en el proceso. Las causas típicas son
- Sobrecarga del sistema: Alimentación excesiva de sustrato, especialmente de sustancias fácilmente degradables como azúcar o almidón.
- Inhibidores: Residuos como antibióticos o metales pesados que afectan a los microorganismos metanogénicos.
- Insuficiente capacidad tampón: La baja alcalinidad conduce a una caída del pH y a la inhibición de la metanogénesis.
Consecuencias de la acumulación de ácido:
- Caída del pH por debajo de 6,5: los metanógenos pierden su actividad.
- Aumento del contenido de DQO en el digestato.
- Reducción del rendimiento de biogás y aumento de los costes del proceso.
Medidas de control de los ácidos orgánicos
1. optimización del proceso
- Suministro controlado de sustrato: Alimentación regular con una mezcla equilibrada de sustrato.
- Gestión de la temperatura: Estabilización de la temperatura de funcionamiento (mesofílica o termofílica).
2. amortiguación del sistema
- Adición de agentes amortiguadores: Bicarbonato sódico o cal para estabilizar el pH.
- Selección de sustratos alcalinos: Reducción de los aportes ácidos mediante la selección selectiva de sustratos.
3. rectificar los fallos del proceso
- Reducción de la carga: Reducción del suministro de sustrato para estabilizar la degradación microbiana.
- Dilución parcial del sustrato: Dilución del sustrato de fermentación con agua o recirculación.
Foto: Nuestra planta de biogás ALMA BHU GMR con clarificación secundaria, recirculación de biomasa y postratamiento aeróbico.
Tecnologías de control y tratamiento
1. sensores de biogás
Seguimiento de la composición del biogás y del rendimiento de metano para extraer conclusiones sobre la utilización de los ácidos orgánicos.
2. recirculación del agua de proceso
La recirculación de agua residual de fermentación con alcalinidad estable puede aumentar la capacidad tampón.
3. integración de los procesos de pretratamiento
- Reactores de hidrólisis: Estabilización de la hidrólisis y la acidogénesis mediante la gestión separada de los reactores.
- Tratamiento ultrasónico: Acelera la hidrólisis de sustratos complejos, manteniendo el contenido ácido bajo control.
Foto: Nuestra planta de biogás ALMA BHU GMR con clarificación secundaria y recirculación de biomasa
Conclusión
Los ácidos orgánicos son un parámetro clave para el funcionamiento y la estabilidad de las plantas de biogás. Desempeñan un doble papel como sustratos necesarios e inhibidores potenciales, por lo que su seguimiento y control son de vital importancia. Con medidas específicas como la supervisión del proceso, la amortiguación y la gestión de los sustratos, los operadores de las plantas pueden optimizar la producción de biogás y, al mismo tiempo, evitar fallos en el proceso. La moderna tecnología de sensores y los métodos analíticos proporcionan una valiosa ayuda para utilizar eficazmente los ácidos orgánicos como parámetros clave.
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