Tratamiento biológico aerobio-anaerobio-aerobio de residuos ganaderos para la obtención de biogás y compost

Resum

Se propone en este trabajo un proceso de tratamiento de deyecciones ganaderas orientado al rango más bajo de capacidad de tratamiento. Para ello, se recurre a un sistema de tratamiento mixto, que combina secuencialmente la digestión anaerobia (producción de biogás) y el compostaje (producción de compost), en un proceso de digestión seca y en discontinuo. Estas características están encaminadas a conseguir plantas descentralizadas con bajos costes de inversión, operación y mantenimiento. Los residuos considerados aquí son el estiércol de ganado bovino y la gallinaza; ambos se generan en grandes cantidades en Castilla y León su alto contenido en sólidos los hace aptos para el tratamiento seco. La parte experimental de este trabajo se hizo a dos niveles: semi-piloto (reactores de 60 l) y piloto (reactor de 23 m3). Los ensayos a escala semi-piloto permitieron obtener información sobre la viabilidad técnica del proceso, su eficacia, y cómo le afectan determinados factores de interés: el régimen de recirculación del lixiviado, la proporción de líquido libre, la duración de la fase anaerobia y el uso de distintos cosustratos (restos triturados de poda, restos de colza y girasol). Los resultados de la digestión anaerobia, evaluados mediante indicadores de eficacia biológica (producción de CH4 del sustrato, producción específica de CH4 del reactor, carga orgánica) fueron buenos y comparables a otros sistemas de digestión en el caso del estiércol. La digestión de la gallinaza dio, en cambio, resultados significativamente menores de lo esperado, indicando que su alta concentración inhibe la biometanización. El ajuste de los datos de producción a la ecuación modificada de Gompertz permitió establecer una duración óptima de la digestión de estiércol para maximizar el aprovechamiento del reactor, que fue de 37,5 días. En planta piloto se realizaron cuatro ensayos o cargas, tres con estiércol de bovino y una con gallinaza. Sólo una de las cargas, con estiércol, tuvo éxito en la producción de CH4, que fue comparable a la de los ensayos en planta semi-piloto. En el resto de cargas no se pudo registrar correctamente la producción de biogás debido a distintas incidencias (fundamentalmente problemas de sellado). En cualquier caso, el sistema demostró que funciona a una escala similar a la industrial, tanto en lo que respecta a la producción de CH4 como a la producción de compost. Las cargas permitieron conocer el comportamiento de las temperaturas en las fases aerobias y establecer las duraciones más adecuadas de las mismas. La experiencia de las cargas permitió mejorar algunos aspectos del sistema de control y el diseño de proceso. Por otra parte, también se realizó un estudio de los procesos de estabilización biológica del estiércol de bovino y de la gallinaza mediante análisis termogravimétrico y 13C NMR, aplicado a las muestras procedentes de la digestión, del compostaje y del tratamiento mixto. También se utilizaron muestras procedentes de ensayos en laboratorio y de una planta de compostaje industrial. Se comprobó que para el estiércol, en condiciones anaerobias, el contenido en lignina del residuo impide la conversión de la materia orgánica en compuestos más estables. Finalmente, se realizó una evaluación económica de una planta comercial basada en la planta piloto. De esta forma se estableció el tamaño de referencia mínimo de una explotación en 250 unidades ganaderas. También se estudió la duración de la fase anaerobia bajo una perspectiva económica, dando tiempos óptimos (entre 44 y 49 días) más altos que el calculado para el máximo aprovechamiento del reactor en los ensayos a escala semi-piloto