MANU AL DE

1 MANUAL DEBIOG SMANUAL DE BIOG S4 MANUAL DE BIOG SMINENERGIA / PNUD / FAO / GEFE ditado por:Proyecto CHI/00/G32 Chile: Remoci n de Barreras para la Electrificaci n Rural con Energ as Renovables . Ministerio de Energ a Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo Organizaci n de las Naciones Unidas para la Alimentaci n y la Agricultura Global Environment FacilityLas denominaciones empleadas en este producto informativo y la forma en que aparecen presentados los datos que contiene no implican, por parte de la Organizaci n de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentaci n (FAO), juicio alguno sobre la condici n jur dica o nivel de desarrollo de pa ses, territorios, ciudades o zonas, o de sus autoridades, ni respecto de la delimitaci n de sus fronteras o l mites. La menci n de empresas o productos de fabricantes en particular, est n o no patentados, no implica que la FAO los apruebe o recomiende de preferencia a otros de naturaleza similar que no se mencionan.

2 Las opiniones expresadas en esta publicaci n son las de su(s) autor(es), y no reflejan necesariamente los puntos de vista de la FAO. ISBN 978-95-306892-0 Todos los derechos reservados. La FAO fomenta la reproducci n y difusi n del material contenido en este producto informativo. Su uso para fines no comerciales se autorizar de forma gratuita previa solicitud. La reproducci n para la reventa u otros fines comerciales, incluidos fines educativos, podr a estar sujeta a pago de tarifas. Las solicitudes de autorizaci n para reproducir o difundir material de cuyos derechos de autor sea titular la FAO y toda consulta relativa a derechos y licencias deber n dirigirse por correo electr nico a: o por escrito al Jefe de la Subdivisi n de Pol ticas y Apoyo en materia de Publicaciones, Oficina de Intercambio de Conocimientos, Investigaci n y Extensi n, FAO, Viale delle Terme di Caracalla, 00153 Roma (Italia).

3 FAO 2011 Preparaci n del Manual de Biog s:Prof. Mar a Teresa Varnero MorenoDise o y diagramaci de Chile, 2011 MANUAL DE BIOG SMANUAL DE BIOG S5 INDICEPRESENTACI N ..5 INTRODUCCI N ..71. PROCESOS DE BIODIGESTI N ..11 Digesti n aer bica ..11 Digesti n anaer bica ..122. FUNDAMENTOS DE LA FERMENTACI N METANOG NICA ..17 Etapas de la fermentaci n metanog nica ..17 Microorganismos involucrados en cada fase de digesti n anaer bica ..20 Beneficios ambientales de la biodigesti n anaer bica ..233. FACTORES DETERMINANTES EN EL PROCESO METANOG NICO (PRODUCCI N DE BIOG S) ..27 Naturaleza y composici n bioqu mica de materias primas..27 Relaci n carbono/nitr geno de las materias primas..33 Niveles de s lidos totales y s lidos vol tiles..34 Temperatura ..36 Tiempo de retenci n hidr ulico (TRH) y velocidad de carga org Rangos de pH y alcalinidad ..40 Nutrientes (niveles de sales).

4 43 Potencial redox ..44 T xicos e inhibidores de la metanog nesis ..44 Promotores de la metanog nesis (inoculantes biol gicos) ..484. USOS DEL BIOG S ..53 Principios de la combusti n ..53 Aplicaciones del biog s ..53 Purificaci n o acondicionamiento del biog s ..55 Artefactos y adaptaciones USOS DEL RESIDUO BIOFERMENTADO O LODOS DE DIGESTI N Y DE LOS EFLUENTES ..67 5. 1. Biofertilizante ..69 Lodos de digesti n anaer bica ..70 Efluentes del biodigestor ..70 Usos de bioabono para recuperaci n de suelos degradados..72 MANUAL DE BIOG S66. TIPO Y GESTI N DE BIODIGESTORES ..77 Componentes de un digestor anaer bico ..77 Configuraciones de un reactor anaer bico para la producci n de bioenerg a ..81 Clasificaci n de los bioreactores o biodigestores anaer Digestor de mezcla completa ..89 Otros sistemas ..917. PRINCIPALES DIGESTORES EN EL MEDIO RURAL ..95 Modelo Chino.

5 96 Modelo Biodigestores Horizontales..98 Digestor Batch (discontinuo o r gimen estacionario)..98 Otros tipos de biodigestores..100 Consideraciones de construcci n y estimaci n de costos..1018. TECNOLOG A DEL BIOGAS: FUNCIONAMIENTO Y ESQUEMA OPERATIVO DE UN BIODIGESTOR..105 C lculos de cargas en funci n de materias primas ..105 Capacidad de la planta de biog s..106 Localizaci n y dise o del Etapa de arranque ..107 Etapa de operaci n ..110 Mantenci Estudio de ..115 MANUAL DE BIOG SMANUAL DE BIOG S7 PRESENTACI NEsta publicaci n es un esfuerzo conjunto del Ministerio de Energ a del Gobierno de Chile, La Organizaci n de la Naciones Unidas para la Alimentaci n y Agricultura, y el Programa de las naciones Unidad para el desarrollo, con el fin de contribuir al uso y fomento de las energ as renovables no convencionales .El biog s, como fuente de energ a renovable, ha despertado un gran inter s en los ltimos a os, siendo tal vez una de las tecnolog as de m s f cil implementaci n, sobre todo en sectores rurales.

6 Su potencial desarrollo, no solo considerando la producci n de biog s, sino que como ayuda a la obtenci n de biofertilizante y tratamiento de problemas sanitarios en algunos casos, hacen que replicabilidad y difusi n en los sectores con abundancia de materia org nica de desecho sea que esta publicaci n contribuya al desarrollo e implementaci n de proyectos con esta tecnolog a, y que esto se traduzca en un mejoramiento de la calidad de vida de las personas y haga nuestro entorno m s DE BIOG S8 MANUAL DE BIOG SMANUAL DE BIOG S9 MANUAL DE BIOG SINTRODUCCI NCuando a finales del siglo XVIII el f sico italiano Alessandro Volta identific por primera vez el metano (CH4) como el gas inflamable en las burbujas que emerg an de los pantanos, no se pudo imaginar la importancia que este gas podr a llegar a tener para la sociedad humana en los siglos venideros. El metano alcanz una especial importancia durante la segunda guerra mundial debido a la escasez de combustibles.

7 Con el fin de la guerra y la f cil disponibilidad de combustibles f siles, la mayor a de las instalaciones fueron cesando en su funcionamiento. Sin embargo, en India, a comienzos de la d cada de los 60, se impuls notablemente la tecnolog a de producci n de biog s a partir de esti rcol bovino con el doble prop sito del aprovechamiento energ tico y la obtenci n de un biofertilizante. En China, a inicios de la d cada de los 70, se ha fomentado la construcci n de digestores, mediante programas de mbito nacional. En los pa ses industrializados la historia de la tecnolog a de biodigesti n ha sido diferente y el desarrollo ha respondido m s bien a motivaciones medioambientales que puramente energ ticas, constituyendo un m todo cl sico de estabilizaci n de lodos activos de las plantas de tratamiento de aguas residuales domiciliarias. Durante la d cada de los ochenta, volvi a adquirir cierta importancia como forma de recuperaci n energ tica en explotaciones agropecuarias y agroindustriales.

8 Sin embargo, con la disminuci n de los precios del petr leo, a finales de los a os ochenta, el inter s por la tecnolog a de digesti n anaer bica volvi a decaer, aunque en algunos pa ses industrializados se han desarrollado importantes programas de desarrollo de plantas anaer bicas a escala industrial y dom stica. En la actualidad, el biog s se utiliza en todo el mundo como una fuente de combustible tanto a nivel industrial como dom stico. Su explotaci n ha contribuido a impulsar el desarrollo econ mico sostenido y ha proporcionado una fuente energ tica renovable alternativa al carb n y el petr actividad agropecuaria y el manejo adecuado de residuos rurales pueden contribuir significativamente a la producci n y conversi n de residuos animales y vegetales (biomasa) en distintas formas de energ a. Durante la digesti n anaer bica de la biomasa, mediante una serie de reacciones bioqu micas, se genera el biog s, el cual, est constituido principalmente por metano (CH4) y di xido de carbono (CO2).

9 Este biog s puede ser capturado y usado como combustible y/o electricidad. De esta forma, la digesti n anaer bica, como m todo de tratamiento de residuos, permite disminuir la cantidad de materia org nica contaminante, estabiliz ndola (bioabonos) y al mismo tiempo, producir energ a gaseosa (biog s). Desde una perspectiva de los pa ses desarrollados y en desarrollo, la biotecnolog a anaer bica contribuye a cumplir tres necesidades b sicas: a) Mejorar las condiciones sanitarias mediante el control de la contaminaci n; b) generaci n de energ as renovables para actividades dom sticas; y c) suministrar materiales estabilizados (bioabono) como un biofertilizante para los cultivos. Por lo tanto, la biotecnolog a anaer bica juega un importante papel en el control de la contaminaci n y para la obtenci n de valiosos recursos: energ a y productos con valor agregado. MANUAL DE BIOG SMANUAL DE BIOG S10 MANUAL DE BIOG SMANUAL DE BIOG S11 MANUAL DE BIOG SPROCESOS DE BIODIGESTI NIMANUAL DE BIOG S12 MANUAL DE BIOG SMANUAL DE BIOG S131.

10 PROCESOS DE BIODIGESTI NEl correcto manejo de los residuos org nicos se logra a trav s de diferentes tratamientos que implican un reciclaje de estas materias org nicas, transform ndolas en productos con valor agregado. El reciclaje de materia org nica ha recibido un fuerte impulso con el alto costo de los fertilizantes qu micos, con la b squeda de alternativas no tradicionales de energ a, as como tambi n, la necesidad de v as de descontaminaci n y eliminaci n de residuos. La poblaci n microbiana juega un importante papel en las transformaciones de estos residuos org nicos especialmente si se considera que disponen de un amplio rango de respuestas frente a la mol cula de ox geno, componente universal de las c lulas. Esto permite establecer bioprocesos en funci n de la presencia o ausencia de ox geno, con el objeto de tratar adecuadamente diversos residuos org Digesti n aer bicaLa digesti n aer bica consiste en procesos realizados por diversos grupos de microorganismos, principalmente bacterias y protozoos que, en presencia de ox geno act an sobre la materia org nica disuelta, transform ndola en productos finales inocuos y materia comienzo, el proceso de digesti n aer bica tuvo escasa aceptaci n, debido a que se desconoc an sus principios fundamentales, adem s de que encarec an los costos del tratamiento por la cantidad adicional de energ a necesaria para el suministro de aire al proceso.