La medición de la composición del biogás en plantas de tratamientos de aguas residuales, como fuente de energía renovable, ha despertado un gran interés en los últimos años en los responsables de estas plantas, siendo tal vez una de las tareas de más fácil implementación para conseguir optimizar la eficiencia de la planta.
Los analizadores de biogás han llegado para usarse en el duro entorno industrial de las plantas de tratamientos de aguas para monitoreo de la composición del biogás. El analizador puede instalarse dentro de los digestores tomando muestras de biogás presurizado o de baja presión.
Habitualmente, el monitoreo regular de la composición del biogás es una práctica recomendable, en especial del contenido de CH4, ya que este define su potencial de recuperación energética. Además, la composición del biogás es un parámetro útil para el control del proceso de degradación anaerobia y la supervisión requerida en una plata de tratamientos de aguas.
Una caída en el contenido de metano puede representar, por ejemplo, la inhibición del proceso anaerobio o un choque de carga orgánica, lo que mostraría la necesidad de revisar posibles alteraciones en el sustrato, es decir, lodo o aguas residuales.
El contenido de CO2 también puede ser monitoreado con el propósito de auxiliar en el control operacional del proceso, así como los niveles de H2S y de O2. El interés en la medición del contenido de O2 está vinculado al hecho de que su combinación con el CH4 puede generar una mezcla explosiva. Esto puede acontecer si las cámaras de gas o las tuberías de los reactores anaeróbicos de Flujo Ascendente con Manto de Lodos UASB o de los digestores de lodo son contaminadas con aire.
Las actividades de mantenimiento, fallos en procedimientos operacionales, la falta de estanqueidad y el manejo equivocado de registros son causas habituales de contaminación del biogás con aire y, consecuentemente, con O2.
Aunque la concentración de esos compuestos se puede evaluar con total exactitud en laboratorios, a través de, por ejemplo, cromatógrafos de gases, hoy en día también es posible determinarlos en tiempo real, mediante analizadores online o equipos portátiles.
En tal sentido, los sensores ópticos con doble haz que operan en el rango del infrarrojo se están utilizando con éxito en las determinaciones de la concentración de CH4 y de CO2. Por su parte, las celdas electroquímicas son empleadas con éxito para la medición de H2S y O2.
Parámetros que deben monitorearse en una planta de aprovechamiento de Biogás
- Flujo de biogás: La frecuencia de medición debe hacerse continuamente y en tiempo real. Esta medición es importante porque puede indicar inestabilidad del proceso anaerobio. Es muy útil para tomar decisiones con relación a inversiones para plantas de aprovechamiento de biogás.
- Calidad del biogás (CH4): Es recomendable una frecuencia de medición continua, en tiempo real y cuando hay un requerimiento de aprovechamiento de biogás. El conocimiento del contenido de CH4 es importante cuando se planea o ya existe el aprovechamiento de biogás. Cambios en el contenido de CH4 pueden indicar inestabilidad del proceso.
Para poder emplearse en las calderas, el biogás tiene que presentar al menos un 50% de metano, que es el contenido mínimo requerido. Así, las calderas son apropiadas para el uso de biogás como combustible, pero para que eso sea posible deben cumplirse ciertas ¡condiciones operacionales como, por ejemplo, la temperatura mínima de la caldera y de operación, que deben estar por encima del punto de rocío.Es recomendable que el contenido de compuestos de azufre en el biogás sea inferior a 1 000 ppmv a la entrada de una caldera; en caso contrario, el biogás debe desulfurizarse.En el caso del uso del biogás en microturbinas de gas, generalmente se deben cumplir requisitos específicos respecto al gas combustible, los cuales deben ser observados en la operación del biogás. El biogás utilizado en las microturbinas de gas puede presentar un contenido de metano de 35% a 75% y una variación de concentración de ±5%. Si los valores del metano fluctúan más que esos intervalos admisibles, es necesario indicar un nuevo índice de combustible para la microturbina a gas.
- Calidad del biogás (H2S, CO2 y O2): Esto son parámetros auxiliares para control de proceso. El contenido de O2 es importante para identificar eventuales formaciones de mezclas explosivas motivadas por contaminación del biogás con aire. Su medición es importante, sobre todo, para reactores UASB. Es recomendable un frecuencia de medición continuamente y en tiempo real.
En la medición de la composición del biogás en plantas de tratamientos de aguas residuales, la cantidad de biogás puede contener H2S (sulfuro de hidrógeno) en una concentración volumétrica de hasta 7000 ppmv. La reacción del sulfuro de hidrógeno con el agua, en presencia de oxígeno, produce ácido sulfúrico, el cual exige que los materiales utilizados posean una elevada resistencia a la corrosión.
Para aumentar la durabilidad de los componentes del sistema y cumplir los requisitos de calidad de los fabricantes de plantas de cogeneración y calderas, es estrictamente necesario que la cantidad de sulfuro de hidrógeno sea reducida.
Los procesos de remoción de H2S, o desulfuración, pueden ser biológicos, químicos o físicos. Así, la combinación de proceso o la selección del proceso se define en función del uso del biogás tratado y, cuando la separación de sulfuro de hidrógeno es gruesa, la desulfurización puede ser aplicada dentro de de un sistema propio para este fin, bien sea el propio digestor o en el gasómetro.
Cuando la desulfurización requerida contiene concentraciones traza, entonces se necesita un proceso externo costoso porque tiene mayor complejidad. Evidentemente, para tomar decisiones inteligentes sobre estos procesos es importante usar equipos adecuados para la medición de la composición del biogás en plantas de tratamientos de aguas residuales.
Si deseas más acerca de la medición de la composición del biogás en plantas de tratamientos de aguas residuales o cómo elegir el analizador de biogás correcto para tu planta, te invitamos a suscribirte al Newsletter de Medioambiente y Procesos Industriales, un boletín que está al día con las nuevas tendencias para aplicaciones industriales en calidad del aire, protección radiológica y equipos para el control de la calidad del aire en túneles.