Amoníaco en el digestor: inhibición, umbrales y cómo actuar

El amoníaco inhibe la fermentación metanogénica principalmente en su forma no disociada (NH₃), que atraviesa las membranas celulares y altera el metabolismo de los metanógenos, en especial de los acetoclastas. Por eso, la medida del riesgo no es el nitrógeno amoniacal total (TAN = NH₄⁺ + NH₃) por sí solo, sino su fracción libre, que depende del pH y de la temperatura. Según la bibliografía, la inhibición de la biomasa no adaptada comienza con NH₃ libre del orden de 0,1–0,2 g N/l y con TAN superior a aprox. 3 g N/l; tras la adaptación, el proceso puede mantenerse estable con valores considerablemente más altos.

Cálculo del NH₃ libre

Proporción de NH₃ en el TAN: f = 1 / (1 + 10^(pKa − pH)), donde pKa ≈ 0,09 + 2730 / T(K). Para 38 °C, pKa ≈ 8,86; para 55 °C, ≈ 8,41.

Ejemplo: TAN = 3,5 g N/l, 38 °C:

La misma biomasa a 55 °C con pH 7,5 y el mismo TAN da f ≈ 0,11, es decir, aprox. 380 mg N/l; por ello, las condiciones termófilas son más propensas a la inhibición por amoníaco.

Síntomas

1. Descenso de la producción de biogás y del contenido de CH₄ a pesar de una dosis constante.
2. Aumento de los AGV, en particular del acetato y el propionato; aumento de FOS/TAC.
3. Aumento del pH (el amoníaco es una base): al principio sin descenso del pH, lo que enmascara el problema.
4. Desplazamiento del perfil de metanógenos hacia los hidrogenotrofos.

Es característico el estado de “inhibición estable”: el proceso funciona a un nivel inferior, con AGV elevados, pero sin colapsar.

Fuentes de amoníaco

El nitrógeno adicional procede de la recirculación del digestato, si este no se diluye con agua ni con sustratos de bajo contenido en nitrógeno.

Medidas correctoras

• Reduzca la proporción de sustratos nitrogenados en la mezcla o sustitúyalos por sustratos carbonados.
• Diluya el contenido del digestor (agua, purín bovino, digestato con menor TAN).
• Reduzca la temperatura unos grados, si es posible (disminuye f), siendo consciente de que la velocidad del proceso baja.
• Reduzca el pH de forma controlada; no obstante, por lo general es mejor eliminar la causa que regular químicamente.
• Stripping y recuperación de amoníaco del digestato (descrito en un artículo aparte) y recirculación de la corriente pobre en N.
• Garantice la adaptación: aumente la proporción de nitrógeno de forma gradual, a lo largo de semanas.
• Aditivos: algunos estudios señalan beneficios al añadir microelementos (p. ej., Se, Co) o materiales sorbentes (zeolita, biocarbón), pero el efecto depende de las condiciones y debe comprobarse a escala de instalación.

Prevención

Planifique la mezcla con un balance de nitrógeno (véase el artículo sobre C/N), mida el TAN con regularidad (p. ej., una vez por semana), calcule el NH₃ libre a partir del pH y de la temperatura y establezca un valor de alarma específico para la instalación. Introduzca con antelación los cambios de mezcla con una gran proporción de gallinaza, para que la biomasa tenga tiempo de adaptarse. Recuerde que el amoníaco es también un problema de emisiones en el almacenamiento y en la aplicación del digestato, como se explica en los artículos sobre el digestato.

Monitorización y documentación

Se recomienda la medición semanal del TAN (destilación o test de cubetas), así como del pH y de la temperatura en el mismo punto. Con estos datos se calcula en una hoja de cálculo el NH₃ libre y se contrasta con FOS/TAC y con la producción de metano. Un gráfico de este tipo permite detectar una inhibición creciente antes de que se haga visible en el gas.

Cuando el problema persiste

Si, a pesar de las medidas, el TAN aumenta y el rendimiento disminuye, considere cambiar la receta: reducir la proporción de gallinaza, aplicar un tratamiento aparte (stripping, separación con recuperación de nitrógeno) o sustituir una parte del contenido del digestor. Compruebe también si el TAN elevado no se debe a una recirculación excesiva de digestato. Introduzca cada cambio de forma gradual, ya que una dilución brusca reduce la temperatura y la concentración de biomasa.

Lista de comprobación rápida ante sospecha de inhibición

1. Mida el TAN, el pH y la temperatura; calcule el NH₃ libre.
2. Compruebe los AGV (acetato, propionato) y FOS/TAC.
3. Contraste con el historial de dosis: ¿se ha aumentado recientemente la proporción de gallinaza o de proteínas?
4. Reduzca la dosis del factor causante y observe durante 2–3 semanas.
5. Solo entonces considere inversiones costosas (stripping, separación adicional).