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Tratamiento de aguas residuales, efluentes y aire al servicio del Medio Ambiente

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Tratamiento del biogás

La producción de biogás como resultado de la valorización energética de los residuos con materia orgánica biodegradable está en constante crecimiento. Es una fuente de energía renovable que se puede utilizar para producir energía eléctrica y energía térmica mediante motores de cogestión o microturbinas, se puede acondicionar para su uso en las pilas de combustible e incluso se puede purificar para utilizarse como combustible para vehículos e inclusive para su inyección en la red de gas natural. Así pues, la valorización energética permite además de dar una salida ambientalmente satisfactoria a los residuos, obtener un rendimiento económico que reduzca los costes de explotación del resto de instalaciones.

La utilización del biogás para la obtención de energía se debe a su elevado contenido en metano. Una composición típica del biogás podría ser 55-70% de metano, 30-45% de CO2, 1-3% de hidrógeno, 0,5-3% de nitrógeno, 0,1-0,2% de ácido sulfhídrico y trazas de vapor de agua. No obstante, la composición concreta dependerá del sustrato a partir del cual se obtiene el biogás (aguas residuales, vertederos, residuos agrícolas y ganaderos, subproductos carbonatados de la industria, etc.), así como de los parámetros del proceso de digestión (temperatura, pH, tiempo de residencia, etc.). En ocasiones, en función de su origen, el biogás contiene elevadas concentraciones de contaminantes que impiden su aprovechamiento si no son eliminados previamente. Estos contaminantes, principalmente, son el ácido sulfhídrico, el cual se forma por reducción biológica de los sulfatos en condiciones anaerobias, y los siloxanos, una familia de compuestos que contienen silicio y que proceden del uso de los cosméticos y de las siliconas. En función del tipo de aprovechamiento del biogás que se desee realizar, se deberá eliminar algún contaminante, si no todos. En la tabla se muestran los contaminantes que deben ser eliminados del biogás en función de la aplicación de éste.

Tratamiento del biogás

Tal y como se puede deducir de la tabla, el tratamiento del biogás será específico en función del tipo de aprovechamiento que se desee realizar y de los contaminantes presentes. A continuación se analiza para cada tipo de contaminante cuándo se debe eliminar y qué técnica es la más conveniente:

Ácido sulfhídrico (H2S)
Se trata de un compuesto muy oloroso, tóxico y corrosivo. Debe ser eliminado antes de que el biogás entre en contacto con los motores de cogeneración, las microturbinas (aunque éstas toleran concentraciones mayores que los motores) o las pilas de combustible. Además, su combustión genera SO2, el cual es uno de los causantes principales del fenómeno de la lluvia ácida.
Para atenuar la formación de este contaminante, se pueden dosificar sales férricas en el digestor, produciendo la precipitación del sulfuro y reduciendo así la formación de ácido sulfhídrico. No obstante, la técnica más competitiva incluso cuando la carga es elevada es la desulfuración biológica, por su elevada eficiencia y sus bajos costes de explotación. Otra opción es el lavado químico mediante scrubbers, es una técnica eficiente pero no tan económica como la alternativa biológica, además de que presenta el inconveniente de haber de tratar con productos químicos.

CO2

No se trata de un contaminante propio del biogás, puesto que es inocuo para la mayoría de aplicaciones. Sin embargo, éste debe ser separado cuando interesa disponer de metano concentrado, bien para su uso como combustible para automóviles o bien para su inyección en la red de gas natural. Una de las formas más sencillas de separar el CO2 consiste en su absorción en agua. Tanto el H2S como el CO2 quedan retenidos mientras que el metano no, debido a las diferencias de polaridad entre las dos primeras moléculas y la de metano, que es bastante apolar. La solubilidad del CO2 en agua depende de la presión, de la temperatura y del pH. Para acabar de eliminar completamente el CO2, esta etapa puede ser complementada con una precipitación del H2S y del CO2 con Ca(OH)2, obteniendo CaCO3 y CaS.

Agua

A la salida del digestor el biogás está saturado de vapor de agua y para la mayoría de aplicaciones será necesario secarlo. Para ello, se puede refrigerar la tubería y el agua se recoge condensada. Si se desea una eliminación total del vapor de agua, se puede absorber mediante un agente desecante, sílica gel o Al2O3.

Siloxanos

Se trata de una familia de compuestos de silicio los cuales están en forma de vapor en el biogás. En parte cristalizan formando sílice, la cual causa una gran abrasión en los equipos mecánicos. Se separan del biogás mediante adsorción con carbón activo, obteniendo una elevada eficiencia y reduciéndolos hasta niveles de ppb(v).

En los filtros de carbón activo también quedan adsorbidos los BTEX, hidrocarburos y compuestos halogenados que pueda contener el biogás.

Cuando se desea metano con un poder calorífico (PCI) similar al del gas natural, existe una alternativa de purificación consistente en la filtración por membrana. El gas a purificar fluye a través de una membrana selectiva y en función de la diferente permeabilidad de la membrana a los distintos compuestos, éstos van permeando y el metano se va enriqueciendo. El diseño de la membrana es el más adecuado para la separación selectiva de diferentes gases, principalmente CO2 y metano. La purificación es efectiva aunque existe cierta pérdida de metano junto al CO2 separado, además de que son sistemas caros.

Así pues, mediante diferentes técnicas, consolidadas y eficientes, se puede realizar el tratamiento más conveniente del biogás de manera que éste se adecúe a las condiciones necesarias para su posterior aprovechamiento.

 

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