HRT y SRT: tiempo de retención en el digestor y su selección

HRT (tiempo de retención hidráulica) es el tiempo medio de permanencia del líquido en la cámara, calculado como el volumen útil dividido por el flujo diario, mientras que SRT (solids retention time) es el tiempo medio de permanencia de la biomasa microbiológica. En un digestor típico completamente mezclado sin recirculación, ambos son iguales, por lo que el HRT debe ser más largo que el tiempo de duplicación de los metanógenos de crecimiento más lento. En las plantas de biogás agrícolas suele ser de varias decenas de días.

Fórmulas y ejemplo

HRT = V / Q, donde V es el volumen útil (m³) y Q es el volumen diario de sustrato alimentado (m³/d).

Ejemplo: cámara de 3 000 m³, dosificación de 65 t/d de sustrato con una densidad aproximada de 1 t/m³ → Q ≈ 65 m³/d. HRT ≈ 3 000 / 65 ≈ 46 días. Con dos cámaras (6 000 m³ en total) y la misma dosis, el HRT total será de aproximadamente 92 días. Aumentar la dosis en un 30 % reducirá el HRT a 35 días en la primera configuración.

En la práctica, el flujo es mayor que la masa dosificada si se emplea recirculación de digestato para dilución; en ese caso, el HRT calculado respecto al flujo total difiere del calculado respecto al sustrato fresco. El operador debe especificar claramente qué indicador está reportando.

Por qué no se puede acortar indefinidamente

Los metanógenos tienen una baja tasa de crecimiento. Si el HRT es más corto que el tiempo necesario para regenerar la biomasa, la pérdida por el efluente supera el crecimiento y la población disminuye (lavado). Consecuencias: aumento de AGV, descenso del pH y reducción de la producción de metano. El margen de seguridad depende del régimen (el termófilo tolera un HRT más corto) y de los sustratos (el purín con bajo contenido en materia seca requiere un enfoque distinto al del ensilado).

Rangos típicos

Los rangos indicados son orientativos; cada proyecto debe verificarse para la mezcla específica.

Degradación y tiempo

La curva de producción de metano en función del tiempo tiene una forma similar a una función exponencial: la mayor parte del potencial se libera en las primeras semanas, mientras que los últimos porcentajes requieren un tiempo significativamente más largo. Por ello, en la práctica se combina la cámara principal con una segunda cámara (o un tanque de digestato con recuperación de gas), lo que aumenta el tiempo total de retención sin incrementar excesivamente el volumen de la cámara principal.

Sistema en cascada

Dos o más cámaras en serie proporcionan una distribución del tiempo de residencia más cercana al flujo pistón: es menos probable que se produzcan cortocircuitos, por lo que llega menos materia sin degradar al digestato. Con el mismo volumen total, suele ofrecer un mayor rendimiento que una sola cámara grande, especialmente para sustratos de difícil degradación.

Reglas prácticas

1. Conozca el HRT actual calculado a partir de las dosis reales, no de las de diseño.
2. Al aumentar la dosis, asegúrese de que el HRT no descienda por debajo del valor al que la instalación funcionaba de manera estable.
3. Aumente el tiempo de retención si en el digestato hay mucha materia sin degradar o si del almacenamiento de digestato se desprende mucho gas.
4. Documente el HRT junto con la OLR; juntos describen la carga del digestor.
5. Realice un test de potencial residual de metano del digestato (BMP o test de 28–60 d) para evaluar si acortar o alargar el tiempo está justificado.

El test de potencial residual es la mejor manera de convertir la discusión sobre el HRT óptimo en datos procedentes de su propia instalación.

Recirculación y separación como método para lograr SRT > HRT

En reactores sin retención de biomasa, el SRT es igual al HRT. En instalaciones con recirculación de biomasa concentrada (por ejemplo, tras la separación del digestato), parte de los microorganismos regresan a la cámara, por lo que el SRT es mayor que el HRT. Esto proporciona mayor estabilidad y permite una mayor carga, pero también aumenta la concentración de nitrógeno amoniacal y sales, lo que debe tenerse en cuenta en el control de la inhibición.

Prueba práctica de viabilidad

Compare el HRT con el tiempo en el que el test BMP de los sustratos alcanza una parte significativa del potencial (por ejemplo, el 80–90 %). Si el HRT es claramente más corto, queda energía en el digestato; si es mucho más largo, la cámara puede estar sobredimensionada o la dosis ser demasiado baja. Es recomendable repetir el control tras cada cambio importante en la mezcla.

Ejemplo: consecuencias del aumento de la dosis

Una instalación con una cámara de 3 000 m³ y un HRT de 46 días aumenta la dosis en un 30 % (de 65 a aproximadamente 85 m³/d). El HRT desciende a unos 35 días, lo que supone una reducción del tiempo de reacción de casi una cuarta parte. Si antes en el digestato había una fracción fibrosa sin degradar significativa, tras acortar el HRT su proporción aumentará y el rendimiento por unidad de SV disminuirá. Por tanto, el beneficio de la dosis adicional puede ser menor de lo que sugeriría un cálculo simple.