ES2255892T3 - Metodo y equipo para tratar material organico. - Google Patents
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Abstract
Un método para tratar material orgánico, caracterizado porque el método emplea al menos dos reactores e incluye los pasos de: a) realizar una bioconversión en el material orgánico en el primer reactor; b) tratar el biogas formado en la bioconversión con amoniaco en el segundo reactor; y c) reciclar solución tampón formada en el segundo reactor al primer reactor.
Description
Método y equipo para tratar material
orgánico.
La invención se refiere a un método para
procesar material orgánico y, en particular a un método, que utiliza
material orgánico altamente amoniacal al limpiar un biogas
producido en degradación, y a equipo para implementar el método. La
invención también se refiere a productos obtenidos por el
método.
La publicación US 4.824.571 describe un método y
equipo para la degradación de varios productos orgánicos y residuos
en un medio anaeróbico. El método genera productos degradados y
biogas. En el método la masa a degradar se introduce en una cuba de
fermentación y se recupera el biogas producido. A continuación, el
biogas es realimentado a la cuba por la parte inferior con el fin de
realizar un efecto de fluidización.
La publicación US 4.302.236 describe un uso de
un sistema de compostaje para lavar efluvios gaseosos. En el
método, se quitan constituyentes de formación de ácidos inorgánicos
de una corriente de gas de alto contenido de azufre, en particular,
grupos inorgánicos que forman ácidos inorgánicos en presencia de
oxigeno o agua. La corriente de gas a limpiar se pasa a través de
un residuo orgánico biodegradable de compostaje activo, que se
mantiene en condiciones de digestión de fase de bacterias
termófilas.
La publicación WO 93/06 064 describe un método
para neutralizar y recuperar gases formados en conexión con el
compostaje húmedo. El objeto de la invención descrita en la
publicación es hacer inofensivos los gases de estiércol nocivos,
tóxicos y/o contaminantes. Según la publicación, parte de los gases
es reciclada a la masa compostada con el fin de mejorar su valor de
nutrientes.
La publicación DE 3.134.980 describe un método
para mezclar biomasa en un entorno libre de oxigeno en un reactor
de biogas por medio de biogas producido por cepas bacterianas y
almacenado en un almacenamiento de biogas. En el método la biomasa
es mezclada con soplos periódicos de biogas. La presión de biogas
necesaria es suministrada por medio de las cepas bacterianas en el
reactor de biogas. El reactor está externamente cerrado y comunica
con el recipiente de biogas a presión. Se libera la presión del
recipiente de biogas a presión y posteriormente se sopla a la
biomasa, desde donde el biogas es conducido después a un depósito de
biogas.
La solicitud EP 486.466 describe un método para
descomposición biológica aeróbica controlada y continua de residuos
orgánicos. El material de descomposición, que es inoculado
opcionalmente con una mezcla de bacteria y microbios, es alimentado
al material en el residuo microbiológico y se quita el material
degradado, por lo que se pasa un gas conteniendo oxígeno para la
degradación. La finalidad del método descrito en la publicación es
controlar la degradación de productos conteniendo nitrógeno. En el
método, se añade gas CO_{2} al gas conteniendo oxígeno,
dependiendo del contenido de NH_{3} y el pH del producto de
degradación, por lo que el gas se mezcla con una fracción que no
contiene nitrógeno, o muy poco. El método descrito en la publicación
es un método aeró-
bico.
bico.
Se recibe material orgánico de varias fuentes de
productos de origen vegetal y animal. Un problema de las plantas de
degradación de material orgánico es que la disponibilidad de
material a procesar depende de la estación y dentro de un período
corto de tiempo la planta debe ser capaz de procesar cantidades
incluso grandes de materias orgánicas sólidas, porque no permiten
un almacenamiento largo. La conservación del material orgánico
plantea varios problemas, por ejemplo, la conservación produce
NH_{3}, que es un compuesto tóxico y evita el funcionamiento de
los microbios. Actualmente, los reactores de bioconversión permiten
la introducción solamente de bajos contenidos de sólidos, porque el
NH_{3} evita la función microbiana en los reactores. La
conservación de material orgánico de producción estacional también
origina problemas, porque no se puede conservar en condiciones
ácidas ni básicas, si se emplean procesos de bioconversión
convencionales, porque son sensibles a las variaciones del pH. Los
procesos de bioconversión convencionales también son sumamente
sensibles a los cambios de tempera-
tura.
tura.
Además, los procesos convencionales producen
biogas que tiene alto contenido de dióxido de carbono. El dióxido de
carbono es un compuesto nocivo para el entorno y el objetivo general
es liberarse de él.
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Un objeto de la invención es proporcionar un
método y equipo que implementa el método de tal manera que se
resuelvan dichos problemas. Esto se logra con un método y un
sistema, que se caracterizan por lo que se describe en las
reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferidas de la
invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
La invención se basa en la idea de que se pasa
biogas de un primer reactor que procesa un proceso de degradación,
es decir hidrólisis, a través de un segundo reactor presurizado, que
contiene amoníaco o material orgánico altamente amoniacal. Así, el
dióxido de carbono en un gas mezclado metano/dióxido de carbono
reacciona en el segundo reactor con el amoníaco formando
bicarbonato de amonio y/o carbonato de amonio. El (los)
compuesto(s) formado(s) constituye(n) una
parte de un compuesto tampón que no inhibe los microbios en el
proceso en la misma extensión que el amoníaco libre, porque el
compuesto tampón formado evita las variaciones del pH que son
adversas para los microbios. Por lo tanto, un lodo producido en el
segundo reactor, constando el lodo de la masa a hidrolizar y el
biogas y conteniendo un compuesto tampón o compuestos tampón, puede
ser reciclado al primer reactor.
El material orgánico a procesar puede ser de
origen vegetal o animal. En el presente documento el material
orgánico se refiere a cualquier constituyente orgánico. El material
altamente amoniacal se refiere en este contexto a material
conteniendo amoníaco. El amoníaco se puede originar a partir del
residuo biológico a procesar solo, o se puede añadir al material a
procesar, si es necesario. En particular, los materiales orgánicos
ricos en proteínas y/o grasas producen cantidades naturalmente
grandes de amoníaco. El amoníaco añadido al material orgánico a
procesar, o amoníaco libre producido en él por microbios, ablanda
las membranas celulares de tal forma que la bioconversión, es decir
hidrólisis, también se acelere considerablemente. El método y
equipo de la invención pueden ser utilizados tanto en procesos de
bioconversión presurizados como despresurizados.
La presente invención tiene la ventaja de que el
material orgánico se puede conservar en condiciones básicas o
ácidas antes del proceso de bioconversión. Esto es especialmente
ventajoso cuando se ha de digerir residuos de producción
estacional. La conservación con un ácido o una base puede ser
utilizada finalmente en conexión con un proceso de bioconversión.
Esto no era posible previamente, porque el material conservado con
un ácido o una base no se puede digerir más. La conservación con un
ácido o una base también se refiere al hecho de que el material
orgánico puede ser higienizado antes de llevarse a bioconversión. A
este respecto, la higienización se refiere a matar las bacterias
patógenas en el material. La higienización se realizaba previamente,
por ejemplo, por tratamiento de calor, es decir, pasteurización.
Así, el sistema de la presente invención proporciona una
alternativa a la higienización por tratamiento de calor.
Una ventaja del método y el sistema de la
invención es que se puede introducir mayores cantidades de materias
sólidas en la bioconversión. Además, los residuos
microbiológicamente activos pueden ser almacenados en un estado
óptimo en vista del rendimiento de metano, y de tal manera que el
nivel higiénico cumpla las directivas EU, sin manipulación térmica.
El método de la invención tiene la ventaja de que es posible
reintroducir una solución tampón y/o material orgánico conteniendo
solución tampón a procesar en los reactores de hidrólisis, que han
interrumpido su proceso debido a excesivo contenido de amoníaco, y
pueden ponerse en funcionamiento de nuevo. Además, el método de la
invención hace posible conservar el material orgánico más tiempo que
antes, lo que facilita el almacenamiento. El amoníaco formado ya no
evita el procesado, sino que, por el contrario, un tiempo de
almacenamiento largo preprocesa los residuos. El método produce un
producto de hidrólisis y biogas, que se recuperan y que pueden
ser
reutilizados.
reutilizados.
Una ventaja que también se logra con el método
de la invención es que el biogas producido con él contiene
considerablemente menos dióxido de carbono que el biogas producido
por los métodos convencionales. Un biogas bajo en dióxido de
carbono es inocuo para el medio ambiente.
El método y equipo de la invención tienen la
ventaja de que cuando se recicla al primer reactor lodo conteniendo
tampón-compuesto formado en el segundo reactor, el
proceso se estabiliza, porque disminuyen las variaciones del pH. En
los procesos convencionales de reactores de hidrólisis predominan
las condiciones más favorables para los microbios en la parte
inferior del reactor. En los procesos convencionales, las
condiciones en las secciones medias de los reactores son
razonablemente buenas para los microbios y las condiciones en las
capas superiores de la masa en el reactor son pobres para la
actividad de los microbios. Mezclar la masa a hidrolizar en el
reactor solamente empeora las condiciones para los microbios en los
procesos de hidrólisis convencionales. En cambio, el método de la
presente invención proporciona condiciones óptimas para la función
de los microbios, porque el compuesto tampón formado evita las
variaciones del pH en el reactor de hidrólisis. Así, la
estabilización del proceso da lugar a mejores condiciones de
procesado y mayor masa de microbios útiles en el reactor de
hidrólisis. A su vez, la mayor masa de microbios útiles tiene la
consecuencia de que se pueden alimentar mayores cantidades de
material orgánico al reactor de hidrólisis, o correspondientemente,
si se usan las mismas cantidades de alimentación, el tiempo de
procesado es más
corto.
corto.
El método de la presente invención también tiene
la ventaja de que el compuesto tampón puede ser producido a partir
de los constituyentes del proceso de hidrólisis solamente, y no
habrá necesidad de añadir sustancias químicas al proceso. La
formación del compuesto tampón en el segundo reactor, en el
denominado acelerador o estabilizador, es una forma muy económica
de mejorar y acelerar el proceso de hidrólisis. Si se añadiese un
compuesto tampón comercialmente disponible directamente al primer
reactor de hidrólisis, se debería añadir en inmensas cantidades y
los costos de procesado aumentarían de forma irrazonable.
El método y equipo de la presente invención
permiten una producción especialmente efectiva de biogas
especialmente puro. El método de la invención proporciona biogas que
tiene alto contenido de metano, porque el CO_{2} contenido en el
biogas alimentado al segundo reactor reacciona con el amoníaco y
forma un compuesto tampón o compuestos tampón. Así, el biogas es
lavado en el segundo reactor y no se necesita una unidad separada de
lavado de biogas en la instalación de hidrólisis.
La invención se describirá con más detalle en
conexión con realizaciones preferidas, con referencia a los dibujos
adjuntos, figura 1 y figura 2, que son vistas esquemáticas de la
implementación de algunas realizaciones de la invención.
La figura 1 representa equipo para implementar
una realización preferida de la invención.
La figura 2 representa equipo para implementar
una realización preferida de la invención.
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La invención se refiere a un método para
procesar material orgánico, método que emplea al menos dos reactores
e incluye los pasos de
a) realizar una bioconversión en el material
orgánico al menos en un primer reactor;
b) tratar biogas formado en la bioconversión con
amoníaco o un material conteniendo amoníaco al menos en un segundo
reactor que está presurizado, y
c) reciclar solución tampón formada en el al
menos único segundo reactor a la bioconversión en el al menos único
primer reactor.
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A este respecto, la bioconversión se refiere a
hidrólisis, que se lleva a cabo parcial o completamente en material
orgánico. La bioconversión puede ser un proceso presurizado o
despresurizado.
El primer reactor se refiere a un reactor o
reactores que procesan la bioconversión. Puede haber una pluralidad
de reactores que procesen la bioconversión.
El segundo reactor se refiere a un reactor o
reactores, a los que se alimenta material orgánico parcial o
completamente hidrolizado y/o amoníaco y/o material conteniendo
amoníaco y biogas. De hecho, este reactor puede ser considerado un
tipo de acelerador, que acelera el proceso de bioconversión en el
primer reactor.
Los reactores pueden ser cualesquiera
recipientes o contenedores de reacción, o pueden ser meras secciones
de tubo. Los expertos en la técnica pueden diseñar reactores
adecuados que satisfagan las necesidades de cada instalación
particular.
El material orgánico es alimentado a un reactor
de proceso de bioconversión. La presión en el reactor de proceso es
superior a la presión atmosférica o la presión atmosférica normal.
Cuando se descomponga el material orgánico, se producirá biogas
conteniendo CH_{4} y CO_{2}. El biogas producido se pasa a
través de al menos un segundo reactor, que contiene amoníaco o
material orgánico fuertemente amoniacal, por lo que el dióxido de
carbono en el gas mezclado metano/dióxido de carbono reacciona con
el amoníaco formando un compuesto tampón o compuestos tampón, tal
como bicarbonato de amonio y/o carbonato de amonio. En el segundo
reactor se producen compuestos tampón o lodo conteniendo compuestos
tampón que pueden ser reciclados al primer reactor de bioconversión.
Puede haber una pluralidad de reactores de proceso de
bioconversión. También puede haber una pluralidad de reactores
conteniendo amoníaco o material amoniacal.
El reactor o los reactores después del reactor
principal, reactores en los que se produce el compuesto tampón,
están presurizados. Ventajosamente la presión es al menos
aproximadamente 1,8 bar.
En el segundo reactor se forma así el compuesto
tampón, por lo que las adiciones de ácido o base no producen
cambios considerables en el pH y las condiciones son óptimas para la
actividad de los microbios. Los compuestos tampón formados pueden
ser cualesquiera compuestos que tengan propiedades tampón.
Cuando los valores pH en el (los)
reactor(es) conteniendo amoníaco se ponen al mismo nivel que
los del reactor que procesa la bioconversión, es posible alimentar
el material orgánico desde el segundo reactor de nuevo al primer
reactor de procesado. Los reactores después del reactor principal,
que contienen amoníaco, producen biogas lavado, cuyo contenido de
CO_{2} es así inferior al del biogas introducido en los
reactores.
En la literatura hay varias referencias a la
toxicidad del amoníaco. Previamente, un contenido de amoníaco de
3000 mg/l se consideraba tóxico, y un contenido de amoníaco de 1500
a 3000 se consideraba inhibidor. Ahora, se ha hallado
inesperadamente, sin embargo, que el contenido de amoníaco del
material a tratar puede ser considerablemente más alto y, no
obstante, tiene lugar la bioconversión. Como se puede ver por los
ejemplos de este documento, el contenido de amoníaco de la masa a
hidrolizar es más que tres veces más alto que el que previamente se
consideraba un límite de inhibición.
El segundo reactor presurizado produce
bicarbonato de amonio, porque dos gases, amoníaco y dióxido de
carbono (disociados a iones NH_{4}+ y HCO_{3}), tienden a lograr
un espacio lo más pequeño posible. Así, un ion amonio reactivo se
une a un ion ácido carbónico produciendo bicarbonato de amonio o
carbonato de amonio, dependiendo de la cantidad de amoníaco libre
en la solución de reacción. Estas dos sales actúan como tampones
con el amoníaco libre así como el ácido carbónico en la relación
mutua de 1:10. Dado que las condiciones de vida de los microbios
anaeróbicos dependen en gran medida de la cantidad de amoníaco libre
y el pH, en otros términos, cuando se eleva el pH. Las funciones
vitales de los microbios son más débil, la presencia de un tampón
es sumamente ventajosa, en particular en alimentaciones que tienen
alto contenido de materia seca y materiales que ya han producido
amoníaco aeróbicamente. Además, los ácidos carboxílicos, tales como
ácido acético, ácido propiónico o ácido valeriánico, formados en la
bioconversión o existentes en el material orgánico, forman un
tampón con el amoníaco libre. La presión contribuye a la formación
de tampones, y así, el segundo reactor está ventajosamente
presurizado.
El material orgánico a procesar con el método de
la invención se puede conservar en condiciones ácidas o básicas
antes de ser alimentado al reactor. Esto significa que el material a
introducir a bioconversión es higienizado antes de la
bioconversión.
En el método de la presente invención, la
bioconversión a realizar puede ser mesófila o termófila. A este
respecto, el término mesófilo denota que la bioconversión se lleva a
cabo a una temperatura inferior a 40ºC. El término termófilo denota
a este respecto que la bioconversión se lleva a cabo a una
temperatura de 40 a 70ºC, ventajosamente a 55 a 65ºC. La
bioconversión termófila convencional ha sido típicamente difícil de
gestionar, pero el método de la invención permite la fácil
implementación de la bioconversión termófila.
Por ejemplo, el método de la invención hace
posible que las condiciones de almacenamiento y transporte de
pescado obtenido por biomanipulación no produzcan costos extra con
respecto a la conservabilidad, la temperatura, el tiempo de
almacenamiento, etc.
En nuestras investigaciones hemos hallado que la
adición de fracciones de residuos amoniacales se efectúa muy
convenientemente en el reactor de procesado, donde ya se ha iniciado
la producción de dióxido de carbono. También es ventajoso aplicar
el gas producido desde la parte inferior del reactor a través de la
solución de reacción para llevar a la práctica una mezcla mecánica
y para llevar a cabo una reacción de dióxido de carbono y amoníaco
lo más completa posible.
Cuando se preparan fertilizantes de nitrógeno de
amonio, el dióxido de carbono se libera de los carbonatos con un
ácido, para lo que lo más inocuo para el medio ambiente y lo más
viable para nuestra idea de reciclado es un ácido acético obtenido
de azúcares de fracciones de residuos vegetales por fermentación de
ácido acético, por lo que el bicarbonato de amonio es modificado a
acetato de amonio y el dióxido de carbono liberado es conducido a
invernaderos o se almacena de alguna otra forma, por ejemplo por
presurización. En lugar del ácido acético, también es posible
utilizar ácidos fosfóricos, que tienen lugar como residuos
problemáticos, y ácido nítrico, cuyos valiosos fosfatos y nitratos,
que son útiles para fertilizantes, se utilizarían así.
El material orgánico es material de origen
animal, tal como pescado o residuos de pescado, aves o residuos de
aves, material de origen vegetal, tal como cereales, plantas
cultivadas o residuos de plantas cultivadas, por ejemplo cebada,
coles, patata o peladura de patata. El material orgánico también
puede ser material de origen microbiano, tal como levadura o
residuos de levadura, por ejemplo residuos de levadura genéticamente
manipulados. El material orgánico también puede ser una mezcla de
los materiales antes descritos.
La bioconversión se puede llevar a cabo a una
presión superior a la presión atmosférica, por ejemplo a una
presión de aproximadamente 1,2 a 6 bar, ventajosamente a una presión
de 2 a 4 bar. La bioconversión también se puede llevar a cabo a
presión atmosférica normal. Ventajosamente, la bioconversión está
presurizada.
La bioconversión se lleva a cabo por medio de
micro-organismos presentes en el material orgánico
y/o por medio de microorganismos añadidos.
El método emplea al menos dos reactores, por lo
que uno se usa para bioconversión y el otro para limpiar el biogas.
El otro reactor, donde se limpia el biogas, contiene material
orgánico, amoníaco o una mezcla de material orgánico y amoníaco. El
método de la invención se implementa ventajosamente como circulación
continua.
En el método, el amoníaco se produce en la
hidrólisis del material orgánico. Al primer reactor, donde tiene
lugar la bioconversión, se le añade una solución tampón del segundo
reactor. Opcionalmente, también es posible añadir material orgánico
parcialmente hidrolizado al reactor de bioconversión.
La solución tampón resultante de la reacción de
amoníaco y dióxido de carbono contiene bicarbonato de amonio y/o
carbonato de amonio y amoníaco libre y/o ácido carbónico. La
relación entre el bicarbonato de amonio o carbonato de amonio y el
amoníaco libre y/o el ácido carbónico es 1:10.
El producto hidrolizado obtenido del material
orgánico por el método puede ser recuperado y puede ser utilizado,
por ejemplo, como un acondicionador de terreno, fertilizante o un
producto análogo a fertilizante o como un repelente.
El biogas limpiado también se recupera
ventajosamente y puede ser usado como un gas de invernadero, para
calentamiento, para producción de electricidad o como un carburante.
El biogas limpiado contiene menos de 25% de dióxido de carbono,
contiene generalmente de 15 a 20% de dióxido de carbono.
La invención también se refiere a un producto
hidrolizado, que se prepara con el método en el que se lleva a cabo
bioconversión en material orgánico, el biogas resultante se trata
con amoníaco, la solución tampón producida o lodo se recicla a la
bioconversión y se recupera el producto de hidrólisis obtenido.
La invención también se refiere a un biogas
limpiado, que se prepara con el método en el que se lleva a cabo
bioconversión en material orgánico, el biogas resultante se trata
con amoníaco, la solución tampón producida o lodo se recicla a la
bioconversión y se recupera el biogas limpiado.
Los productos obtenidos por el método de la
invención son más puros que los productos previamente preparados y
todos los productos producidos en el método pueden ser utilizados.
Por ejemplo, el biogas producido y lavado por el método de la
invención contiene considerablemente menos CO_{2} que el biogas
producido por métodos convenciona-
les.
les.
La invención también se refiere a equipo para
procesar material orgánico. La figura 1 representa equipo para
implementar una realización de la invención. El número de referencia
1 denota calibradores de presión, destinados a regular la presión y
mover la masa. La limpieza del gas empieza en el preprocesado, por
el que el material puede ser sometido a presión más alta que en el
reactor principal, lo que permite transferencias de lodo de un
reactor al otro. El número de referencia 2 denota el material
amoniacal suspendido entrante. El número de referencia 3 denota una
boquilla de gas mezclado, a través de la que se disuelve CO_{2} en
el material. El número de referencia 4 denota el material que ha
llegado a tampón. El número de referencia 5 denota una mezcla de
CH_{4}/CO_{2} transportada desde el reactor principal a la
limpieza de gas. El número de referencia 6 denota CH_{4} de
salida lavado. El número de referencia 7 denota el producto acabado
final del reactor principal, producto que se usa para
acondicionamiento de la
tierra.
tierra.
Un ejemplo del equipo de la invención se
describe en la figura 2. El equipo para procesar material orgánico
incluye al menos un primer reactor 9, al menos un segundo reactor
10, un tubo 12 para transferir el material orgánico a procesar
desde el al menos único primer reactor 9 al por lo menos único
segundo reactor 10, un tubo 14 para transferir el biogas desde el
al menos único primer reactor 9 al al menos segundo reactor 10, un
tubo 15 para reciclar el material conteniendo
tampón-compuesto desde el al menos único segundo
reactor 10 al al menos único primer reactor 9. Alternativamente,
los tubos 12 y 14 pueden empezar directamente en el primer reactor
9 y conectarse al segundo reactor 10. El equipo también incluye un
tubo 8 para introducir el material orgánico al primer reactor 9, un
tubo 13 para sacar el biogas del primer reactor 9 y un tubo 11 para
sacar el producto parcial o completamente hidrolizado del primer
reactor 9.
El primer reactor se refiere aquí a un reactor o
reactores que procesan la bioconversión. El (los) reactoras) pueden
estar presurizados o pueden estar a presión atmosférica normal.
El segundo reactor se refiere aquí a un reactor
o reactores, en los que se introduce material orgánico parcialmente
hidrolizado y/o amoníaco y/o material conteniendo amoníaco y biogas.
De hecho, este reactor se puede considerar un tipo de acelerador,
que acelera el proceso de bioconversión en el primer reactor.
A continuación, se describirá con más detalle la
operación del equipo. Se introduce material orgánico en el primer
reactor 9 mediante un tubo 8. En el primer reactor 9 tiene lugar
bioconversión y empieza a formarse biogas. Del primer reactor 9 es
posible quitar material orgánico parcial o completamente hidrolizado
mediante un tubo 11. Del tubo 11 sale un tubo de bifurcación 12, a
través del que se transfiere producto parcial o completamente
hidrolizado al segundo reactor 10. El biogas formado en el primer
reactor 9 se saca mediante un tubo 13. Del tubo 13 sale un tubo de
bifurcación 14, a través del que el biogas es transferido al segundo
reactor 10, donde el biogas y el material orgánico parcial o
completamente hidrolizado, que contiene amoníaco, forman un
compuesto tampón o compuestos tampón. Alternativamente, los tubos de
bifurcación 12 y 14 pueden conectar el primer reactor 9
directamente al segundo reactor 10. El primer reactor 9 puede estar
presurizado o a presión normal. El segundo reactor 10 está
presurizado, ventajosamente la presión es al menos 2 bar. El lodo
conteniendo tampón-compuesto o solución formada en
el segundo reactor 10 es transferido mediante un tubo 15 de nuevo
al primer reactor 9.
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Ejemplo
1
En un reactor R1 de 300 litros de capacidad se
introdujo material orgánico que contenía 18,8 kg de harina de
hueso, 28,9 kg de pescado y 3,8 kg de levadura genéticamente
manipulada (Genencor) y 20 litros de inóculo, que contenía sus
propios microbios de diferente pescado y levadura. La presión en el
reactor era 2 bar. El pH en el reactor era 8,2. El contenido total
de NH_{4} se determinó con un espectrofotómetro y era 9200 mg/l.
Además, la cantidad de carbonatos se determinó por medio de ácido
sulfúrico y a partir de él se calculó el contenido de iones amonio
como carbonato de amonio. El contenido de iones amonio calculado era
8700 mg/l y el contenido de carbonatos era 46300 mg/l. También se
determinaron la alcalinidad y el contenido de fosfato. La
alcalinidad era 32000 y el contenido de fosfato era 1200 mg/l. Se
midió la cantidad y composición del biogas obtenido del reactor. Al
día siguiente, el reactor produjo 109,4 l/día de biogas, conteniendo
74,6% de CH_{4} y 20,0% de CO_{2}.
El biogas obtenido del reactor R1 se puede
introducir también en un reactor, que contiene residuo biológico
altamente amoniacal y en el que el dióxido de carbono también
reacciona con el amoníaco formando un compuesto tampón. Entonces
desaparece la toxicidad del amoníaco, y las condiciones serán
óptimas para los microbios.
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Ejemplo
2
En un reactor R4 de 250 litros de capacidad se
introdujo material orgánico que contenía 6,2 kg de harina de hueso,
24,15 kg de pescado y 3,92 kg de levadura genéticamente manipulada
(Genencor) y 20 litros de inóculo, que contenía sus propios
microbios de diferente pescado y levadura. La presión en el reactor
era 2 bar. El pH en el reactor era 8,0. El contenido total de
NH_{4} se determinó con un espectrofotómetro y era 5800 mg/l.
Además, la cantidad de carbonatos se determinó por medio de ácido
sulfúrico, y a partir de él se calculó el contenido de iones amonio
como carbonato de amonio. El contenido de iones amonio calculado
era 7400 mg/l, y el contenido de carbonatos era 39400 mg/l. También
se determinaron la alcalinidad y el contenido de fosfato. La
alcalinidad era 21000 y el contenido de fosfato era 1100 mg/l. Se
midió la cantidad y composición del biogas obtenidas del reactor. Al
día siguiente, el reactor produjo 140 l/día de biogas, conteniendo
76,8% de CH_{4} y 17,4% de CO_{2}.
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Ejemplo
3
Se sacó del reactor R(4) una muestra de
50 ml de material orgánico durante el proceso. Para verificar una
propiedad tampón se midió el pH de la muestra, y a continuación se
le añadió 1-% de H_{2}SO_{4}. Antes de la adición de ácido, el
pH de la muestra era 7,6.
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El pH del agua destilada era 7,6. A 50 ml de
agua destilada se añadió 0,5 ml 1-% de H_{2}SO_{4}, por lo que
el pH disminuyó a 2,3. El efecto tampón es así claramente
evidente.
\newpage
Ejemplo
4
Del reactor R(4) se tomó una muestra de
50 ml de material orgánico. Para verificar se midió la propiedad
tampón el pH de la muestra, y a continuación se le añadió 1-% de
NH_{3}. Antes de la adición de base, el pH de la muestra era
7,6.
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El pH del agua destilada era 7,7. A 50 ml de
agua destilada se añadieron las cantidades siguientes de 1-% de
NH_{3} y se midieron los cambios del pH.
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Estos resultados también muestran claramente que
el lavado de biogas según la invención proporciona un potente efecto
tampón y por ello mejora las condiciones de funcionamiento de los
microbios que degradan el material.
\newpage
Ejemplo
5
Se realizó una prueba de armario térmico en el
producto de hidrólisis obtenido del reactor R(4). También se
llevó a cabo una prueba de armario térmico en el hidrocarbonato de
amonio. Cada muestra se dejó reposar a una temperatura prevista en
el armario de humo durante aproximadamente media hora. A
continuación, la muestra se puso sobre ácido sulfúrico. Si se
producía fuerte efervescencia, implicaba que la muestra todavía
contenía carbonato. Las muestras efervescentes se indican en la
tabla 4 con el signo +.
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También se halló que cuando la muestra
conteniendo 30000 mg/l de carbonato de amonio se dejaba reposar a
temperatura ambiente durante una semana, al cabo de la semana
todavía quedaban 13000 mg/l de carbonato de amonio en la
muestra.
Correspondientemente, en la muestra del reactor
R(4) había inicialmente 29000 mg/l de carbonato de amonio y
después de dejar reposar a temperatura ambiente durante una semana
había 10000 mg/l de carbonato.
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Ejemplo
6
Se introdujeron en el reactor R8 20 kg de
pescado, 5 kg de inóculo, que contenía sus propios microbios de
diferente pescado y levadura, 1 kg de residuos de levadura
genéticamente manipulados (Genencor) y 95 kg de agua. La presión en
el reactor era 2 bar. Se realizó hidrólisis en el reactor. Del
reactor R8 se tomaron dos muestras de 100 ml de residuo de
hidrólisis a base de pescado completamente procesado. El contenido
de sólidos secos del residuo de hidrólisis era 5%. El contenido de
dióxido de carbono se midió con adición de ácido sulfúrico, que se
usó para calcular el contenido de carbonato de amonio de 27900
mg/l. Esto corresponde a 5200 mg/l de amoníaco.
El efecto tampón de las muestras tomadas del
reactor se verificó primero añadiendo 2,5% de hidróxido de amonio a
la primera muestra y añadiendo después 2,5% de ácido acético a la
segunda muestra. Las tablas también muestran el efecto de la
adición de hidróxido de amonio o ácido acético en el pH del agua.
Los resultados se muestran en las tablas 5 y 6 siguientes.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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Ejemplo
7
Se introdujeron en el reactor R6 30 kg de
pescado, 7,5 kg de inóculo, que contenía sus propios microbios de
diferente pescado y levadura, 1,5 kg de residuos de levadura
genéticamente manipulados (Genecor) y 142,5 kg de agua. La presión
en el reactor R6 era presión atmosférica normal. Se introdujeron en
el reactor R8 20 kg de pescado, 5 kg de inóculo, que contenía sus
propios microbios de diferente pescado y levadura, 1 kg de residuos
de levadura genéticamente manipulados (Genencor) y 95 kg de agua. La
presión en el reactor R8 era 2 bar. Se llevó a cabo hidrólisis en
ambos reactores. Después de la hidrólisis, se tomaron cinco muestras
de solución de ambos reactores, se filtraron las muestras y se
midió espectrofotométricamente el contenido de amonio. El contenido
de carbonato de amonio se determinó por medio de ácido sulfúrico y
rojo de metilo, y, en base a la cantidad de carbonatos de amonio,
también se calculó el contenido de NH_{4}+. Los resultados se
exponen en la tabla 7. El contenido de amonio calculado a partir del
carbonato de amonio puede ser menor que el contenido de amonio
medido. Una razón probable de esto es que el contenido de iones
amonio se mide a partir de la solución filtrada y el contenido de
carbonato de amonio a partir de la solución no filtrada.
Ejemplo
8
Se introdujo en el reactor R1 de 300 litros de
capacidad material orgánico, que contenía 18,8 kg de harina de
hueso, 28,9 kg de pescado y 3,8 kg de residuos de levadura
genéticamente manipulados (Genencor) y 20 litros de inóculo, que
contenía sus propios microbios de diferente pescado y levadura.
También había 275 kg de agua en el reactor. La presión en el
reactor era 2 bar. Se llevó a cabo hidrólisis en el reactor. Parte
de la masa en el reactor de hidrólisis R1 se pasó a un segundo
reactor, al que también se alimentó biogas generado en el primer
reactor. En el segundo reactor se formó un compuesto tampón o una
mezcla de compuestos tampón a presión, y el lodo en el segundo
reactor se recicló de nuevo al primer reactor. Se midió la cantidad
de biogas producido, y se determinó su contenido de metano y dióxido
de carbono. El contenido de iones amonio de la masa hidrolizada se
midió espectrofotométricamente. También se determinó en la masa el
contenido de bicarbonato de amonio y se utilizó para calcular el
contenido de iones amonio. La prueba se repitió cinco veces. Los
resultados se exponen en la tabla 8.
Ejemplo
9
También se llevó a cabo tres veces en el reactor
R4 una prueba correspondiente a la realizada en el reactor R1. En
el reactor R4 de 250 litros de capacidad se introdujo material
orgánico conteniendo 6,2 kg de harina de hueso, 24,15 kg de pescado
y 3,92 kg de residuos de levadura genéticamente manipulados
(Genencor) así como 20 litros de inóculo conteniendo sus propios
microbios de diferente pescado y levadura. Había 225 litros de agua
en el reactor. La presión en el reactor era 4 bar. Los resultados se
exponen en la tabla 9.
Ejemplo
10
Se tomó del reactor R8 una muestra, que se
mantuvo en un depósito cerrado en un armario térmico a una
temperatura de 68 a 70ºC. Se analizó el contenido de carbonato de
amonio de solución enfriada, que era exactamente el mismo que en el
reactor no fermentado R8, es decir 31700 mg/l. Calculado como
amoníaco, corresponde al valor 5900 mg/l (NH_{4}+). Esta prueba
indica que el efecto tampón permanece en el material, incluso aunque
se caliente a la temperatura de 68 a 70ºC.
Claims (30)
1. Un método para procesar material orgánico
para producir un producto hidrolizado y un biogas limpiado,
empleando al menos dos reactores, caracterizado porque el
método incluye los pasos de
a) realizar una bioconversión en el material
orgánico en al menos un primer reactor;
b) tratar biogas formado en la bioconversión con
amoníaco o un material conteniendo amoníaco en al menos un segundo
reactor que está presurizado; y
c) reciclar solución tampón formada en el al
menos único segundo reactor al al menos único primer reactor.
2. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material orgánico es material de
origen animal.
3. Un método según la reivindicación 2,
caracterizado porque el material orgánico es pescado o
residuos de pescado, aves o residuos de aves.
4. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material orgánico es material de
origen vegetal.
5. Un método según la reivindicación 4,
caracterizado porque el material orgánico es plantas
cultivadas o residuos de plantas cultivadas, tal como coles, patata
o peladura de patata.
6. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material
orgánico es material de origen microbiano, tal como levadura o
residuos de levadura.
7. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la bioconversión
es un proceso presurizado.
8. Un método según alguna de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la bioconversión
se lleva a cabo a presión, que es superior a la presión
atmosférica.
9. Un método según la reivindicación 8,
caracterizado porque la bioconversión se lleva a cabo a una
presión de aproximadamente 1,2 a 6 bar, ventajosamente a una
presión de más de 2 bar.
10. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la bioconversión
es un proceso despresurizado.
11. Un método según la reivindicación 10,
caracterizado porque la presión en el segundo reactor es
superior a 1,8 bar.
12. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el material
orgánico se almacena en condiciones ácidas antes de llevar a cabo
la bioconversión.
13. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el material
orgánico se almacena en condiciones básicas antes de llevar a cabo
la bioconversión.
14. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la
bioconversión es mesófila.
15. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la
bioconversión es termófila.
16. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la
bioconversión se lleva a cabo por medio de microorganismos
existentes en el material orgánico.
17. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque la
bioconversión se lleva a cabo por medio de microorganismos
añadidos.
18. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque la
bioconversión se lleva a cabo en condiciones anaeróbicas.
19. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque se emplean al
menos dos reactores, por lo que uno se usa para la bioconversión y
el otro se usa para limpiar biogas.
20. Un método según la reivindicación 19,
caracterizado porque el reactor, donde se limpia el biogas,
contiene material orgánico.
21. Un método según la reivindicación 19,
caracterizado porque el reactor, donde se limpia el biogas,
contiene amoníaco.
22. Un método según la reivindicación 19,
caracterizado porque el reactor, donde se limpia el biogas,
contiene una mezcla de material orgánico y amoníaco.
23. Un método según la reivindicación 22,
caracterizado porque el amoníaco se produce en la hidrólisis
del material orgánico.
24. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque al primer
reactor, donde tiene lugar la bioconversión, se añade solución
tampón y, opcionalmente, material orgánico parcialmente hidrolizado
del segundo reactor.
25. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque la solución
tampón formada contiene bicarbonato de amonio o carbonato de amonio
y amoníaco libre y/o ácido carbónico.
26. Un método según la reivindicación 25,
caracterizado porque la solución tampón formada contiene
bicarbonato de amonio o carbonato de amonio y amoníaco libre y/o
ácido carbónico en la relación de 1:10.
27. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 26, caracterizado porque se recupera el
producto hidrolizado obtenido del material orgánico en el
método.
28. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 27, caracterizado porque se recupera el
biogas limpiado.
29. Un equipo para procesar material orgánico
según un método de la reivindicación 1, incluyendo
al menos un primer reactor (9) para realizar
bioconversión,
al menos un segundo reactor (10) para tratar
biogas formado en la bioconversión con amoníaco o un material
conteniendo amoníaco orgánico para formar un compuesto
tampón/compuestos tampón,
un tubo (8) para alimentar un material orgánico
a al menos el primer reactor (9),
un tubo (13) para descargar biogas del al menos
único primer reactor (9),
un tubo (11) para descargar un material orgánico
parcial o completamente hidrolizado del al menos único primer
reactor (9),
un tubo (12) para transferir amoníaco y/o un
material conteniendo amoníaco orgánico del al menos único primer
reactor (9) al al menos único segundo reactor (10),
un tubo (14) para transferir biogas del al menos
único primer reactor (9) al al menos único segundo reactor (10),
un tubo (15) para reciclar un material
conteniendo compuesto/compuestos tampón del al menos único segundo
reactor (10) de nuevo al al menos único primer reactor (9),
caracterizado porque el al menos único
segundo reactor (10) está presurizado.
30. Equipo según la reivindicación 29 o 30,
caracterizado porque los reactores pueden ser tinas,
contenedores o tubos.
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