BMP Testing 101:
Todo lo que necesita saber
¿Qué es y cómo puede ayudarle en el funcionamiento del digestor?
por Dan McKeaton, investigador principal y especialista en anaerobiosis
La prueba del potencial de biometano (BMP) es una prueba de laboratorio anaeróbica estándar utilizada para evaluar el potencial de producción de metano de diferentes materias primas en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. Esta prueba puede aplicarse de forma prácticamente universal a los emplazamientos anaerobios, incluidos los sistemas mixtos, las lagunas (aunque la toma de muestras puede ser un obstáculo importante) y los UASB. Aunque los procedimientos de ensayo de las BMP pueden variar según el emplazamiento, los puntos clave son siempre los mismos.
¿Qué es una prueba BMP?
Las pruebas BMP consisten en combinar lodos con materia prima en una botella sellada conectada a algún tipo de sistema de recogida y medición de metano. Esta mezcla se contiene durante un tiempo determinado para ver cuánto metano se produce a partir del sustrato. Para garantizar resultados precisos, lo ideal es utilizar lodos de siembra hambrientos -lodos a los que se ha privado de fuentes de alimentación antes de la prueba- para evitar que aporten metano adicional. En algunos casos, también se puede utilizar la demanda química de oxígeno (DQO) del inóculo (lodo de siembra) para aproximar los impactos del alimento no degradado en el lodo de siembra.
Además, purgar el espacio de cabeza del digestor con un gas inerte como el nitrógeno puede ser útil para proporcionar un arranque más consistente a las botellas y limitar el estrés de los microbios anaerobios. Aunque lo ideal es mezclar los reactores en la mayoría de los casos, a veces, especialmente en el caso de muestras de vertederos o lagunas, es más representativo del lugar.
Los mejores usos de las pruebas BMP
Las pruebas BMP se utilizan principalmente para evaluar la producción potencial de metano de una materia prima específica en entornos anaeróbicos. Esto significa que esta prueba está destinada a utilizar un lodo de siembra sano para garantizar que el lodo de siembra no está limitando la producción de metano. Muchos sitios de pruebas BMP recogen inóculo de sitios sanos o cultivan inóculo sano en casa para asegurar una población inicial sana de bacterias y arqueas para las que se pueden utilizar las pruebas BMP:
- Probar los suplementos nutricionales de las materias primas: Para ayudar a evaluar el impacto de aditivos como micronutrientes y macronutrientes o la codigestión (combinación de varias materias primas) en la producción de metano.
- Evaluar la toxicidad: Identificación de los efectos de productos químicos, como los desinfectantes, en la producción de biogás. Hemos utilizado pruebas BMP para estudiar los impactos de los desinfectantes de catión amonio cuaternario en la producción de biogás. Sin embargo, no hay garantía de que un lodo de siembra de un sitio diferente responda de la misma manera a una toxina, por lo que en estos casos, es importante recoger lodo de siembra del mismo sitio del que proviene la materia prima. Además, estas pruebas pueden ser engañosas si se utiliza un lodo de siembra estándar, ya que las bacterias y arqueas suelen aclimatarse con el tiempo a las toxinas.
Estas aplicaciones más especializadas de las pruebas BMP a menudo se alejan un poco de las pruebas estándar de metano, pero pueden proporcionar resultados bastante útiles. BMP puede utilizarse para algunas aplicaciones distintas de las enumeradas anteriormente, pero cuanto más se aleje de una prueba BMP estándar, más difícil será la metodología experimental (y menos fiable será la prueba).
Limitaciones de las pruebas de BMP
Aunque la prueba BMP es una herramienta valiosa, tiene limitaciones. Los principales problemas que pueden surgir con las pruebas BMP son que no tienen una tasa de carga representativa de la población bacteriana, ya que requieren una carga por lotes, y la imposibilidad, en la mayoría de los casos, de alimentar nuevos sustratos durante la duración de la prueba. Esto estresa la población de metanógenos en muchos casos y hace que sea muy difícil evaluar el impacto de la TER en la degradabilidad de un sustrato. Esto puede sesgar un poco la perspectiva sobre la degradabilidad de un sustrato de alimentación. Además, aunque tener un inóculo estándar es bueno en la mayoría de los casos para las pruebas BMP, diferentes poblaciones bacterianas son más o menos adecuadas para degradar sustratos específicos (por ejemplo, un digestor puede ser mucho más adecuado para la degradación de grasas que otro).
Las pruebas BMP tampoco son muy buenas para determinar la salud de una población de metanógenos. Esto se debe a que cualquier determinación de la salud requerirá un inóculo estándar de un sitio sano como una comparación, pero ya que también tiene un sustrato de alimentación variable esta comparación directa a menudo puede ser engañosa.
Por último, no son eficaces para estudiar aspectos como la reducción del sulfuro de hidrógeno o la calidad general del biogás, ya que estos aspectos están determinados en gran medida por los parámetros de carga. Los estudios BMP suelen ser bastante deficientes para la optimización de emplazamientos en general, ya que no pueden imitar los parámetros de funcionamiento. Las pruebas BMP también han resultado útiles para determinar el impacto de pequeñas dosis de aditivos como las enzimas, pero el aspecto de carga por lotes de estas pruebas a veces puede ocultar si las adiciones de enzimas son útiles o no en aplicaciones a escala real.
Métodos de ensayo alternativos
Entonces, ¿qué hacemos si no podemos realizar una prueba BMP? Una opción es poner en marcha un digestor piloto. Este digestor puede alimentarse constantemente con la misma materia prima y puede configurarse de forma que sea altamente representativo de un emplazamiento. Los estudios piloto también pueden realizarse fácilmente a escala de laboratorio si no se dispone de un digestor piloto más grande. Estas pruebas suelen ser algo lentas, pero pueden dar una idea mucho más precisa de cómo cualquier cambio en un sistema puede influir en el funcionamiento y la estabilidad del digestor. Otras opciones de pruebas a corto plazo, como las pruebas de SMA, pueden utilizarse para evaluar de forma más eficaz la salud de los metanógenos. Estas pruebas son relativamente rápidas y pueden determinar de forma fiable si un cambio en el funcionamiento mejora o perjudica la salud de los metanógenos si se realizan de forma rutinaria. Otros métodos más sencillos, como el análisis de ATP y el análisis de metales, también pueden utilizarse para muchas determinaciones de salud si se carece del tiempo y los recursos necesarios para realizar estudios BMP, SMA o piloto. Los ensayos in situ (en digestores operativos reales) también pueden ser eficaces, pero conllevan el riesgo de provocar trastornos y, a menudo, la falta de control puede dar lugar a resultados engañosamente buenos o malos en función de cómo cambie el funcionamiento durante el periodo de prueba. No obstante, cabe señalar que, aunque los estudios de laboratorio pueden ser muy representativos de las instalaciones, a menudo no es posible imitar perfectamente un digestor al 100%, lo que en algunos casos puede hacer que un estudio de laboratorio produzca resultados diferentes a los de una prueba a escala real.
Independientemente del método de prueba que utilice, es importante ser consciente de las posibles deficiencias de esa metodología. En la práctica, realizo muchas pruebas de cribado de sustratos de alimentación y aditivos como una prueba BMP, ya que esto permite realizar pruebas eficientes de las variables de alimentación. A continuación, realizo un estudio en un digestor alimentado con 2 litros para asegurarme de que todos los resultados son realistas para el funcionamiento a escala real. Una vez completado esto, es seguro y útil hacer un estudio de caso a escala real para confirmar que cualquier cambio operativo, de alimentación o de aditivos produce el impacto deseado en un sitio a escala real. Pero, en general, los estudios de laboratorio deben producir resultados coherentes con los de un estudio de caso a escala real.
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- Mejora la microbiota del digestor, estabilizando el pH
Sobre el autor
Dan McKeaton es investigador principal y especialista en digestión anaerobia en Aquafix Inc. Ha realizado investigaciones sobre aguas residuales durante más de 10 años y ha presentado su trabajo en el simposio técnico de WEFTEC sobre los impactos de los desinfectantes de cationes de amonio cuaternario en el tratamiento biológico de aguas residuales. En la actualidad, Dan es responsable del diseño y la ejecución de nuestros estudios sobre digestión anaeróbica y del desarrollo de productos anaeróbicos, centrándose actualmente en el control de la producción de sulfuro de hidrógeno en los digestores anaeróbicos.