ES2216766T3 - Instalacion de fermentacion con un dispositivo para la deshidratacion de productos de fermentacion. - Google Patents

Abstract

Instalación (1) para la fermentación de residuos biogénicos, que comprende al menos un fermentador (10), al menos una instalación de deshidratación y al menos un dispositivo transportador para el transporte del elemento de fermentación húmedo procedente del fermentador, caracterizada por el hecho de que la instalación de deshidratación y el dispositivo de transporte están coordinados en un transportador/deshidratador combinado (21), el cual está conectado directamente a una abertura de salida en el extremo posterior del fermentador (10), siendo el elemento de fermentación húmedo fermentado transportado y deshidratado mediante el transportador/deshidratador (21) simultáneamente.

Description

Instalación de fermentación con un dispositivo para la deshidratación de productos de fermentación.

La presente invención se refiere a una instalación de fermentación con un fermentador y un dispositivo de deshidratación para productos de fermentación según el concepto principal de la reivindicación 1 y a un procedimiento de deshidratación para tales productos de fermentación con las características de la reivindicación 11.

El solicitante ha desarrollado instalaciones para la fermentación de residuos biogénicos en fermentadores cerrados mediante el procedimiento de flujo tapón continuo o casi continuo para la producción de bio-gas y productos de fermentación, las cuales funcionan y se venden con éxito desde hace años. En las mismas, el depósito de fermentación o fermentador es alimentado con el material orgánico que debe ser fermentado y humedecido según la consistencia y el contenido de agua a presión excedente. Para conseguir las condiciones óptimas en el fermentador para los microorganismos implicados en la fermentación, el contenido óptimo de agua es controlado y regulado ventajosamente junto con otros parámetros de procedimiento. El material es transportado a través del fermentador y abandona el mismo en estado fermentado como producto o elemento de fermentación húmedo. La proporción de sustancias secas en el producto de fermentación húmedo puede encontrarse entre aprox. un 15 a un 35%, normalmente de un 22 a un 27%. Puesto que el material de partida para la fermentación consiste principalmente en residuos biogénicos toscamente triturados procedentes de los hogares, jardines e industrias, el producto de fermentación puede contener incluso partículas de hasta 15 cm de longitud y/o diámetro. Así, el digestado puede contener por ejemplo piñas de abeto o pino, trozos de ramas y raíces, huesos de fruta o también huesos y piedras.

Los fermentadores presentan una capacidad de volumen de hasta 1500 m^{3} y alcanzan una carga de material para fermentar de hasta 100'000t/año. El producto de fermentación húmedo es transportado desde extremo posterior del fermentador fuera del fermentador, y a través de tuberías hacia fases de deshidratación conectadas a continuación. En estas fases de deshidratación, al producto de fermentación húmedo se le extrae una gran parte del agua. Ahora este producto de fermentación deshidratado es adecuado para la degradación aeróbica que debe seguir a la fermentación anaeróbica en el fermentador, para obtener un material compost de alta calidad. Para que la degradación se produzca realmente de modo aeróbico, el digestado deshidratado no debe ser ni demasiado húmedo ni excesivamente seco. La proporción de líquido extraído del producto de fermentación húmedo en la fase de deshidratación se va a denominar en lo sucesivo "agua a presión", independientemente de si el líquido realmente ha sido separado por presión activa o sólo por escurrido pasivo del digestado húmedo. Resulta evidente que este agua a presión puede presentar un contenido en sustancia seca relativamente alto, por tanto a menudo es viscosa y fangosa. Como se ha mencionado anteriormente, una parte del agua a presión puede ser reconducida para la humectación del fermentador. Otra parte del agua a presión puede utilizarse en caso de ser necesaria la humectación de la degradación.

Del solicitante se conoce un procedimiento en el que el producto de fermentación húmedo es bombeado en una primera fase a través de tuberías hasta un tanque intermedio y desde allí es guiado en una segunda fase de nuevo a través de una tubería de alimentación a una prensa de husillo y allí es prensado bajo una presión relativamente alta. El agua excedente es tratada a continuación en un procedimiento polifásico. En este procedimiento las sustancias sólidas presentes en el agua excedente de fase líquida son separadas tras la presión mediante una cuba de decantación. Para ello, unos medios auxiliares de floculación favorecen este procedimiento de separación en la cuba de decantación. Las sustancias sólidas separadas en la cuba de decantación forman un material de grano fino que debe mezclarse de nuevo en otra fase de trabajo con el elemento de fermentación húmedo. Durante la deshidratación en la prensa de husillo, este elemento de fermentación queda fuertemente solidificado, lo cual hace que el material de partida no sea óptimo para la degradación.

Del solicitante se conoce otra instalación de deshidratación que comprende un deshidratador de rotación y que está conectada mediante tuberías con el fermentador. El deshidratador de rotación está previamente conectado por un colector de mezcla con una instalación para la preparación de los agentes de floculación. La descarga del producto de fermentación húmedo desde el fermentador y la transmisión al colector de mezcla se realiza de modo activo mediante bombas. Entre el colector de mezcla y el deshidratador está dispuesto un depósito intermedio en el que permanece la mezcla del elemento de fermentación húmedo y los agentes auxiliares de floculación hasta su suministro en el deshidratador.

En todas las instalaciones de deshidratación conocidas es común que estén presentes junto a los propios dispositivos de deshidratación un gran número de tuberías, correderas, esclusas, bombas u otras instalaciones de transporte, depósitos intermedios o tanques. De esta manera, no sólo aumenta la inversión necesaria sino también el espacio y la energía necesarios para la deshidratación y el transporte del digestado. Por una parte, las piezas pasivas de las instalaciones, tales como tuberías y tanques, hacen que el mantenimiento del dispositivo sea más aparatoso y por tanto más caro, por otra parte, el funcionamiento y el control de la instalación se encarece y se complica adicionalmente por los componentes activos como esclusas, correderas, bombas, transportadores y deshidratadores.

El objeto de la invención es proporcionar una instalación de fermentación con un dispositivo de deshidratación y transporte simultáneo del compost fermentado y húmedo, que no presenta las desventajas anteriormente mencionadas y que posibilita la deshidratación del compost fermentado y húmedo con un mínimo gasto en la instalación y el funcionamiento. También es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento para la deshidratación del compost fermentado y húmedo.

Estos objetos se solucionan con un dispositivo con las características de la reivindicación 1 y con un procedimiento con las características de la reivindicación 11.

En los dibujos anexos se representan ejemplos de formas de realización preferidas del dispositivo según la invención, que se explican en la siguiente descripción en relación al procedimiento según la invención. En ellos se muestra:

Figura 1 vista lateral esquemática de una instalación de fermentación con una forma de realización del transportador/deshidratador, donde su revestimiento está parcialmente omitido;

Figura 2 vista desde arriba de las piezas de una instalación según la figura 1 con una instalación combinada de deshidratación y transporte;

Figura 3 vista lateral de una variante del transportador/deshidratador, donde el protector contra salpicaduras y el tambor perforado están parcialmente omitidos; y

Figura 4 sección transversal con una instalación combinada de deshidratación y transporte según la figura 3 a lo largo de A-A.

Como se representa en la figura 1, en una instalación de deshidratación 20 según la invención, el compost fermentado húmedo procedente de un fermentador 10 es transportado directamente a un transportador/deshidratador 21. Esto se efectúa aprovechando la fuerza de la gravedad y también la presión previa con la cual el material entra desde el fermentador, el cual funciona con el procedimiento de flujo tapón. Se aprovecha el flujo natural del material y ya no son necesarias más bombas para transportar el material desde el fermentador 10 hasta el dispositivo de deshidratación. Como único elemento de conducción también es suficiente un manguito de conexión corto 22. En la representación esquemática, este manguito de conexión 22 representa la comunicación entre el fermentador 10 y el deshidratador 21. Este manguito de conexión puede también omitirse por completo y el deshidratador 21 puede ser conectado al extremo del fermentador conformado correspondientemente. El compost fermentado húmedo sale por el punto más profundo del fermentador 10. De este modo se garantiza, no sólo que este material biogénico fermentado abandona el fermentador, sino que también las sustancias pesadas sedimentadas, como p. ej. guijarros, son descargadas y no se acumulan en el fermentador 10. La descarga por el punto más profundo 10 del fermentador situado en horizontal condiciona que la instalación de deshidratación 20 se encuentre dispuesta de modo ventajoso parcialmente en un foso 50. En la instalación representada en la figura 1 también hay dispuesto en el foso 50 un tanque para el agua a presión 24. La situación más profunda del tanque 24 en relación con el deshidratador/transportador 21 permite conducir el agua a presión producida en el deshidratador/transportador 21 hacia el tanque 24 aprovechando sólo la fuerza de gravedad a través de una conducción de agua a presión 23.

El transportador/deshidratador 21 cilíndrico cumple simultáneamente, como su nombre indica, dos funciones. Por una parte sirve para deshidratar el compost fermentado húmedo, garantizando la capacidad de compostaje aeróbico. Por lo tanto, el digestado deshidratado F debe presentar un contenido de sustancia seca, que sea lo suficientemente alto para que la degradación aeróbica no resulte de ningún modo perjudicada negativamente. Por otra parte, el transportador/deshidratador 21 transporta el digestado desde el fermentador 10 hasta un punto de suministro o una superficie de suministro. En la forma de realización de la instalación representada está incorporado de modo inclinado un deshidratador de husillo 21. Éste toma el digestado aproximadamente desde el nivel del fondo B del fermentador y lo transporta hacia arriba mediante una pared de soporte 30. En el extremo superior, el producto fermentado deshidratado F abandona el deshidratador 21 y es lanzado en un montón F que se forma detrás del muro de soporte 30. Aquí comienza la degradación del digestado deshidratado. Según las proporciones espaciales y el control temporal de la degradación, el digestado deshidratado puede desplazarse desde la superficie de lanzamiento hacia otras superficies de degradación. Sobre la superficie de lanzamiento podría también situarse un contenedor para recoger el elemento de fermentación.

El producto fermentado fresco y también el agua a presión no están libres de emisiones de olores. Para mantener la carga de emisión del ambiente de la instalación de fermentación al mínimo, las partes de la instalación, en las que podrían liberarse olores, están situadas en un edificio cerrado. Esto se indica en la figura 1 mediante un revestimiento de edificio G y un techo D, que puede observarse mejor en la figura 2. Aquí se muestra que el voluminoso fermentador 10 solamente se introduce con su extremo en el interior del revestimiento de edificio G. Las instalaciones para la alimentación del fermentador con material biogénico 40 y para la desinfección del substrato de fermentación fresco con el producto de fermentación 48 o el agua a presión 44, 45,46 se encuentran también dentro del revestimiento del edificio. Todas las partes de la instalación, de las respectivas fases del procedimiento, en las que pueden producirse cargas de olores, se encuentran por tanto cerradas al medio ambiente. El aire de escape del edificio G puede ser eliminado y depurado mediante filtros biológicos conocidos. La emisión de olores de la instalación de compostaje se limita por tanto al mínimo. La compacta construcción de la instalación de deshidratación permite mantener el edificio lo más pequeño posible y por tanto lo más económico posible.

El compost fermentado húmedo presenta una proporción de sustancia seca aprox. del 15 al 35%. Éste es suministrado normalmente de modo continuo o casi continuo desde el fermentador a través de la conexión 22 hacia el deshidratador de husillo 21. El control del deshidratador 21 está adaptado a esta alimentación continua del elemento de fermentación húmedo.

El deshidratador 21 puede estar más o menos inclinado dependiendo de la situación espacial del lugar. El ángulo de inclinación del deshidratador debería estar adaptado a la altura de la estructura del fermentador.

Entre el fermentador 10 y el deshidratador 21 puede colocarse una corredera de bloqueo controlable, mediante la cual la alimentación del compost fermentado húmedo al deshidratador 10 puede interrumpirse totalmente en caso de necesidad.

Un deshidratador cilíndrico según la invención 21, el cual ha funcionado con éxito en una instalación piloto, tiene una capacidad de aprox. 0.6 m^{3}. Tal y como se representa en la figura 3, en la carcasa 27, 28 del deshidratador 21 está dispuesto un husillo 25 de modo rotatorio al rededor de un eje 26. El husillo 25 está rodeado parcialmente por un tambor perforado o tamiz 29 coaxialmente fijo. En el área del manguito de entrada 22 y en la zona terminal, el husillo 25 está rodeado por un revestimiento cerrado 28. Alrededor de las áreas con el tambor perforado 29 está dispuesto un protector contra salpicaduras o un depósito de recogida 27. El agua a presión que pasa por el tambor perforado 29 alcanza un espacio de recogida 33 entre el tambor perforado 29 y la protección contra salpicaduras/depósito de recogida 27. El agua a presión puede fluir en el depósito de recogida 27 hacia abajo por la conducción de agua a presión 23 y hacia el tanque de agua a presión 24. Como se muestra en la figura 3, el husillo 25 en la zona terminal anterior 35' del transportador/ deshidratador 21 no está provisto de cojinetes por motivos de simplicidad. En la zona terminal anterior 35' el husillo, que está situado libremente 25, como se ha mencionado, está rodeado por un cilindro de revestimiento cerrado 28, en cuyos extremos se disponen medios de retención 31. Este revestimiento 28 confiere al husillo en la zona terminal 35' una dirección suficiente, de modo que se puede prescindir de otro cojinete. Los medios de retención 31 dispuestos en la zona terminal posterior 35'' se describirán a continuación de un modo más preciso.

Los diámetros del tamiz 29, del revestimiento interior 28 y del husillo 25 alojado en su interior, tal y como se representan en la figura 3, son normalmente constantes a lo largo de la longitud del deshidratador 21. En consecuencia, la holgura del husillo se mantiene aproximadamente constante también a lo largo de toda la longitud del deshidratador. En el extremo del deshidratador están dispuestas de modo regulable unas compuertas de retención 31. Mediante las compuertas de retención 31 puede disminuirse de forma compacta el diámetro del revestimiento. El husillo 25 no se extiende hasta la zona terminal posterior del revestimiento 35'', es decir hasta el área de las compuertas de retención. Allí el flujo del material del elemento de fermentación es bloqueado y se produce un reflujo del material partiendo del extremo del deshidratador 21. El material tapón que se forma en la zona terminal posterior 35'' permanece siempre sólo a corto plazo y es desplazado continuamente por el nuevo material transportado. Mediante el ajuste de las compuertas de retención 31 puede regularse el grado de deshidratación y el grado de solidificación del producto de fermentación. En una forma de realización sencilla, las compuertas de retención pueden ser previamente tensadas mediante un muelle y mantenerse pasivamente en una posición deseada. En otras formas de realización ventajosas, la posición de las compuertas de retención puede mantenerse y modificarse de modo electromecánico mediante una unidad de control activa. El accionamiento eléctrico del eje 26 suministra a través del soporte de tensión información sobre el grosor del reflujo del material. La velocidad de rotación puede ser controlada de un modo muy simple.

En el lugar de las compuertas de retención, el reflujo del material deseado puede producirse por ejemplo con un cono alojado de manera erguida sobre el árbol. Para regular la sección transversal de revestimiento se conocen otros medios que no van a describirse aquí en más detalle.

En el área de entrada 36 del deshidratador 21, los pasos del husillo se llenan solamente mediante la presión previa del fermentador y la fuerza de gravedad con el producto de fermentación húmedo mojado. Por el movimiento rotatorio del husillo 25 el material es conducido a lo largo de la respectiva pared de revestimiento interior 28 a lo largo del tambor perforado 29. En este punto la deshidratación se realiza en parte pasivamente, es decir, el agua a presión puede escurrirse a medida que es transportada. Debido a la pérdida de agua disminuye también el volumen de material en los pasos del husillo. Sin embargo, el volumen aumenta de nuevo hacia el área de salida del deshidratador 21 debido al reflujo del material provocado por las compuertas de retención.

Las superficies del tamiz 29 están hechas preferiblemente de acero fino, de modo que no se deterioran por el compost fermentado alcalino y garantizan una duración de vida óptima con un mínimo gasto de mantenimiento. Puesto que el material que debe ser deshidratado es transportado continuamente a lo largo de las superficies del tamiz 29, no pueden formarse tortas de filtración y durante el funcionamiento no se obtienen aumentos locales no deseados de la resistencia a la filtración. En las formas de realización preferidas de la invención, la geometría del husillo y la forma y el ancho de las perforaciones del tamiz 29 pueden adaptarse entre sí de modo que, dependiendo de la posición de las compuertas de retención 31, se obtiene un ligero aumento continuo de la presión en la dirección de transporte. De esta manera se garantiza por toda la longitud un buen rendimiento de deshidratación. Al mismo tiempo se evitan altas presiones.

Generalmente solamente una parte del rendimiento de la deshidratación se produce en la zona inicial del deshidratador 21 por el escurrido pasivo producido por la fuerza de gravedad del producto de fermentación. También puede utilizarse la presión previa del material que sale del fermentador 10 para la deshidratación inicial. Por lo tanto, el equipo de accionamiento 32 del deshidratador puede ser pequeño y la energía necesaria para su funcionamiento baja. El digestado no se solidifica de un modo no deseado gracias a la circulación continua durante el transporte en el deshidratador, lo cual influye positivamente en la degradación y por tanto en la calidad del compost.

Para mantener bajo el gasto de mantenimiento y garantizar un funcionamiento lo más continuo posible, el deshidratador 21 puede ser equipado con un dispositivo de lavado posterior automático para el tamiz 29.

La figura 4 muestra el transportador/deshidratador según la figura 3 a través de la sección A-A. Para la estabilización están dispuestas unas barras laterales a lo largo del deshidratador 34, a las que se fija el tambor perforado 29. El tambor perforado 29 comprende una placa perforada 29' que está dispuesta alrededor del husillo 25 y un tambor de soporte 29'' que confiere la estabilidad mecánica necesaria a la placa perforada 29'. El tambor perforado 29 consiste en varias semicubetas que se encuentran insertadas de forma correspondiente en línea con una longitud deseada. El agua a presión que pasa por el tambor perforado 29 es recogida y desviada por el protector contra salpicaduras 27, que está fijado también a las barras laterales 34. El transportador/deshidratador 21 combinado puede ser estabilizado y mantenido en posición, como en las figuras 3 y 4, mediante manguitos adicionales 30, 30' y 30''. En una forma de realización ventajosa no representada aquí, el transportador/deshidratador 21 está instalado de modo giratorio en el fermentador. Mediante las adaptaciones adecuadas, por ejemplo el manguito de conexión 22, puede conseguirse una movilidad giratoria alrededor de un eje vertical en el área del manguito 22. De este modo, en instalaciones más pequeñas no representadas aquí, pueden llenarse, por ejemplo, diferentes compartimentos de degradación, uno tras otro, con el digestado mediante un mero giro del transportador/deshidratador 21.

En lugar de los manguitos 30, 30', 30'' mostrados en las figuras 3 y 4, en una forma de realización similar, el transportador/deshidratador 21 puede estar fijado mediante un cable de tracción a una grúa o al área superior del extremo del fermentador. De forma análoga al giro en plano horizontal, naturalmente también puede conseguirse una movilidad hacia arriba y hacia abajo de la abertura de salida del transportador/deshidratador 21 en plano vertical. Por consiguiente, en una instalación según la presente invención se puede prescindir de gran parte de los elementos necesarios en las instalaciones conocidas hasta ahora para la deshidratación y el transporte de material. El digestado acabado ya no debe ser aspirado o bombeado activamente desde el fermentador 10, sino que se emplea la presión previa existente en el fermentador 10 para descargar el material. Esta presión previa se emplea a continuación directamente para la deshidratación inicial en el transportador/deshidratador 21. Por consiguiente, de este modo es posible que el transportador/deshidratador 21 esté conectado directamente al fermentador y, por lo tanto, se minimizan las pérdidas de presión y fricción. No son necesarias todas las conducciones y dispositivos de transporte comunes hasta ahora, necesarias para el transporte del material húmedo hacia el interior de la instalación de deshidratación y, a continuación, hacia la de degradación. El digestado ya no se transporta más, como hasta ahora, con un elevado coste desde el fermentador hasta una instalación de deshidratación instalada separada del mismo, con posibilidad de varias fases de deshidratación, sino que el transporte y la deshidratación se coordinan espacial y temporalmente en una misma unidad.

Claims (14)

1. Instalación (1) para la fermentación de residuos biogénicos, que comprende al menos un fermentador (10), al menos una instalación de deshidratación y al menos un dispositivo transportador para el transporte del elemento de fermentación húmedo procedente del fermentador, caracterizada por el hecho de que la instalación de deshidratación y el dispositivo de transporte están coordinados en un transportador/deshidratador combinado (21), el cual está conectado directamente a una abertura de salida en el extremo posterior del fermentador (10), siendo el elemento de fermentación húmedo fermentado transportado y deshidratado mediante el transportador/deshidratador (21) simultáneamente.

2. Instalación (1) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el transportador/deshidratador (21) se extiende a lo largo de un eje lineal.

3. Instalación (1) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el transportador/deshidratador (21) es un transportador/deshidratador (21) de husillo.

4. Instalación (1) según la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que en la carcasa (27, 28) del transportador/deshidratador (21) (26) está dispuesto un husillo (25) de modo rotatorio sobre un eje, y porque el husillo (25) está rodeado al menos parcialmente por un tambor perforado o tamiz (29) coaxialmente fijo.

5. Instalación según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que el transportador/deshidratador (21) presenta un dispositivo de lavado automático para limpiar y/o lavar el tamiz (29).

6. Instalación (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por el hecho de que en el extremo de salida del transportador/deshidratador (21) están instalados medios para el reflujo (31) del digestado transportado.

7. Instalación (1) según la reivindicación 6, caracterizada por el hecho de que los medios para el reflujo comprenden al menos una compuerta de retención (31) regulable o controlable pasiva o activamente, de manera que mediante al menos una compuerta de retención (31) puede modificarse la sección transversal del revestimiento y por tanto el flujo del material.

8. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por el hecho de que el transportador/deshidratador (21) está dispuesto con un movimiento rotatorio en el fermentador (10).

9. Instalación (1) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la abertura de salida se encuentra en el punto más profundo del fermentador (10) y porque el área de entrada (36) del transportador/deshidratador (21) está dispuesta por debajo el fermentador (10).

10. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el transportador/deshidratador (21) presenta un manguito de conexión (22) para la conexión con el fermentador (10).

11. Procedimiento para transportar y deshidratar productos de fermentación procedentes de un fermentador (10) que funciona con el procedimiento de flujo tapón, mediante el cual el producto de fermentación húmedo es deshidratado hasta su capacidad de compostaje aeróbico y el producto de fermentación que debe ser deshidratado es conducido desde un fermentador a través de al menos una instalación de transporte hacia una instalación de deshidratación y de degradación, caracterizado por el hecho de que la deshidratación y el transporte del material se realizan en una fase única combinada del procedimiento.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que la presión previa del elemento de fermentación húmedo que sale del fermentador (10) se usa en una primera fase de deshidratación activa para la deshidratación en el área de entrada del transportador/deshidratador (21).

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que, durante la fase inicial de deshidratación activa, el área de entrada del transportador/deshidratador (21) se llena aproximadamente por completo con digestado.

14. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que el transporte y la deshidratación transcurren a lo largo de un eje lineal (26).