Desulfuración biológica del biogás: dosis de aire, bacterias y riesgos

La desulfuración biológica es el primer paso de purificación del biogás más utilizado en las plantas de biogás agrícola: se dosifica una pequeña cantidad de aire en el espacio gaseoso del digestor (o en una torre independiente), y las bacterias oxidantes de azufre, adheridas a las superficies, convierten el H₂S en azufre elemental y sulfatos. El método es económico y sencillo, permitiendo reducir el H₂S de varios miles a decenas o cientos de ppm, pero presenta limitaciones: no garantiza un nivel bajo y constante, introduce oxígeno y nitrógeno en el gas y requiere control de seguridad.

Cómo funciona

Bacterias de géneros como Thiobacillus y similares utilizan oxígeno para oxidar el sulfuro de hidrógeno. Reacciones simplificadas:

• 2 H₂S + O₂ → 2 S + 2 H₂O (déficit de oxígeno: azufre elemental),
• 2 S + 3 O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄ (exceso de oxígeno: ácido sulfúrico).

La biomasa bacteriana crece en las superficies del espacio gaseoso (membrana, paredes, relleno especial), donde hay humedad y llegan el H₂S y el oxígeno. Las condiciones óptimas son una temperatura de alrededor de 30–40 °C (similar a la cámara mesófila), humedad y presencia de nutrientes, que aporta el condensado de la cámara.

Dosis de aire — ejemplo

Supuestos: flujo de biogás de 1 200 m³/h, H₂S 2 000 ppm (0,2 % vol.). Flujo de H₂S: 1 200 × 0,002 = 2,4 m³/h. Requerimiento de oxígeno para azufre elemental: 0,5 mol O₂ por 1 mol H₂S, es decir, 1,2 m³ O₂/h; el aire contiene aproximadamente un 21 % de O₂, por lo que teóricamente se necesitan unos 5,7 m³ de aire/h (0,48 % del flujo de gas). Para la oxidación a sulfatos se requieren 2 mol O₂ por mol H₂S, es decir, cuatro veces más. En la práctica, se utiliza un exceso, ya que el contacto no es completo; la dosis final se ajusta mediante medición. Un exceso demasiado grande aumenta el contenido de oxígeno en el gas y el riesgo de acercarse a una mezcla explosiva, además de reducir el contenido de CH₄.

Eficacia y limitaciones

Control y seguridad

1. Mida el oxígeno en el gas después de la desulfuración (analizador de O₂). Establezca un valor de advertencia y alarma.
2. No dosifique aire manualmente sin medición. El controlador debe limitar o cortar automáticamente el soplante en caso de alto O₂ o baja presión de gas.
3. Proteja contra el retroceso de aire en la tubería de gas (válvulas de retención).
4. Proteja contra mezclas explosivas — el biogás con oxígeno tiene un amplio rango de explosividad; el sistema debe estar descrito en la documentación ATEX.
5. Controle el azufre en la membrana: el depósito reduce la elasticidad y puede dañarla.

Problemas típicos

Combinación con otros métodos

Lo más habitual es utilizar un sistema en serie: dosificación de hierro en la cámara (reducción de la carga), desulfuración biológica (eliminación de la mayor parte) y, a continuación, filtro de carbón activado (protección del motor y captura de residuos). Este enfoque reduce costes y aumenta la fiabilidad en comparación con un único método.

Qué registrar en el diario

Dosis de aire, H₂S antes y después de la desulfuración, O₂ y CH₄ en el gas, temperatura, incidencias (cambios en la mezcla, averías del soplante). Las conclusiones del diario permiten ajustar la dosis óptima y planificar la limpieza y el mantenimiento.

Construcción: en el digestor o en una torre independiente

En la mayoría de las plantas de biogás agrícola, la desulfuración se realiza en el espacio gaseoso sobre la suspensión, ya que la superficie del techo y las paredes actúan como soporte natural para las bacterias, y el condensado aporta nutrientes. La desventaja es que el azufre y el ácido actúan directamente sobre la membrana y el hormigón por encima de la cámara. La alternativa es una torre independiente con relleno, en la que se ponen en contacto el gas, el aire y el líquido de riego. La torre es más fácil de mantener y controlar, pero es más cara y requiere espacio adicional y una bomba de circulación.

Consejos prácticos

• Distribuya el aire de manera uniforme (varios difusores), no en un solo punto, para evitar zonas con exceso de oxígeno.
• No dosifique aire en la cámara cuando la presión del gas sea muy baja — riesgo de predominio del aire.
• Tras la limpieza del techo o el cambio de membrana, deje varios días a las bacterias para que regeneren la colonia.
• En invierno, compruebe que la temperatura en el espacio gaseoso no descienda lo suficiente como para ralentizar el proceso.
• Al cambiar a una mezcla rica en azufre, aumente la frecuencia de medición del H₂S.