La digestión anaerobia de fangos de depuradora es un sistema de estabilización de fango que se emplea en la eliminación de una parte importante de la fracción volátil de los fangos que se generan en una EDAR. Los fangos sin estabilizar generan olores por putrefacción y riesgo de proliferación de bacterias infecciosas. Los sistemas de estabilización o inertización de los fangos son variados, desde la incineración, la oxidación total, o la digestión aerobia. En este caso vamos a analizar la digestión anaerobia.

 

El fango que se introduce en la digestión anaerobia es el proveniente de la línea de aguas, tanto el fango primario, como el fango biológico. En ambos casos se realiza un espesado previo a la digestión para aumentar la concentración y reducir los volúmenes de reactor (digestor) necesarios. La digestión anaerobia se diseña mediante uno (o varios) digestor(es) primario(s) y un digestor secundario o tampón. Puede ser de dos tipos según la temperatura a la que se realice, bien mesófila (óptimo entorno a 35-37ºC) o termófila (temperatura 55-60ºC).

 

 

 

 

Aunque las especies microbianas involucradas son distintas en cada caso, las fases en ambos casos son iguales. Comienza con la hidrólisis de la materia orgánica y la biomasa proveniente del sistema de fangos activos y del fango primario que realizan las bacterias fermentativas. Posteriormente las bacterias acidogénicas generan ácidos de cadena corta en la acidogénesis. Algunas bacterias acetogénicas pueden derivar estos ácidos en acetato, mientras que otras producen CO2 y H2. Finalmente en la última fase, las bacterias metanogénicas utilizan estos compuestos para generar gas metano (CH4), bien a partir de hidrógeno (bacterias metanogénicas hidrogenotróficas), bien a partir del acetato (bacterias metanogénicas acetoclásticas). Se da la circunstancia de que las bacterias que realizan las fases de hidrólisis y acidogénesis son más rápidas que las metanogénicas, que les cuesta más tiempo realizar la metanogénesis.

 

 

 

 

 

Este problema puede tener varias causas. Primero, por la inhibición o muerte de las bacterias metanogénicas; segundo, por la falta de sustrato para las bacterias metanogénicas, ya sean acetoclásticas o hidrogenotróficas; tercero, y ligado al anterior, por la inhibición de actividad de las bacterias acidogénicas que influyen sobre las fases de hidrólisis, fermentación y acidogénesis. 

 

Las causas subyacentes en cualquier caso son, la falta de sustrato (materia orgánica volátil en el fango llevado a digestión), condiciones de pH y temperatura inadecuadas, o la presencia de tóxicos (amoniaco, sulfuros, iones metálicos, metales pesados, biocidas) tal y como se recoge en una revisión de Ye Chen, et al. en 2007 "Inhibition of anaerobic digestion process: A review".

 

Para el caso específico de los metales pesados, un artículo de A. Mudhoo, et al. en 2013, en su artículo "Effects of heavy metals as stress factors on anaerobic digestion processes and biogas production from biomass", se estudian todas las fases de la digestión anaerobia y la afección en cada una de ellas de los metales pesados. Para la fase de hidrólisis no reporta referencias de efectos negativos de metales pesados. Sin embargo, para la fase de acetogénesis, recoge estudios en los que se determinó el orden relativo de toxicidad de los distintos metales pesados afectando a la degradación de los principales AGV. El orden de toxicidad en esta fase de la digestión es Cd > Cu > Cr > Zn > Pb > Ni. Finalmente, para la fase de metanogénesis, la afección de los metales pesados indica que es mayor, puesto que las bacterias son más sensibles. Además muestran una sensibilidad diferente siendo el orden de toxicidad relativa Zn > Cr > Cu > Cd > Ni > Pb. Hace referencia a varios estudios que determinan concentraciones de inhibición, la capacidad de adaptación a altas concentraciones de tóxico, etc.

 

 

 

 

 

Un problema que puede ser causa o puede ser efecto es la acidificación del medio en la digestión. 

 

En cuanto a la alimentación, un sistema de digestión anaerobia con alimentación continua y estable desarrolla una dinámica poblacional compensada, donde la población de bacterias metanogénicas se desarrolla hasta un nivel tal que es capaz de consumir todos los AGV que generan las bacterias acidogénicas. Sin embargo, cuando la alimentación tiene altibajos en el tiempo, el equilibrio poblacional no es capaz de adaptarse y su respuesta a la variabilidad de disponibilidad de sustrato genera problemas. Cuando la alimentación presenta picos altos, las bacterias acidogénicas generan AGV a la velocidad a la que se hidroliza el sustrato entrante, mientras que las metanogénicas puede llegar el momento de no ser capaces de consumir todos los AGV generados.

 

La acumulación de AGV puede ser compensada por la capacidad tamponante del sistema, sin embargo, si la capacidad tamponante es insuficiente, el pH baja y la acidificación progresiva del medio incide en la reducción de actividad de la metanogénesis, generando un bucle de "menor consumo de AGV por las metanogénicas"-"acidificación"-"menor actividad de las metanogénicas" que desemboca en la parada completa del digestor.

 

Los problemas de acumulación de ácido pueden ser la causa, pero también pueden ser el efecto de la inhibición de la fase de metanogénesis por tóxicos, temperatura, pH, etc. Cualquier inhibición de la última fase de la digestión puede presentar episodios de acidificación, será cuestión del operador que analice cuáles son las causas subyacentes.