ES2289886A1 - Procedimiento e instalacion para la biometanizacion de materia organica. - Google Patents
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Abstract
Instalación y procedimiento para la biometanización de materia orgánica. El procedimiento se refiere a digestores anaerobios de cualquier geometría, rango de temperatura y tipo de materia orgánica, que se caracterizan por no estar herméticamente cerrados, sino que utilizan entradas con cierre hidráulico, que conectan la atmósfera con la fase en digestión y permiten mantener las condiciones para el desarrollo del proceso biológico. Mediante tubos o entradas con cierre hidráulico pueden introducirse en el digestor: alimentaciones líquidas o pastas, sistemas de agitación sumergida, ejes de sistemas de agitación, conducciones para la recirculación de corrientes de masa en digestión o biogás, corrientes de agua que permiten la dilución, calentamiento, limpieza o impulsión de los sólidos depositados en el fondo o que flotan, sensores de control y cualquier otro accesorio requerido por el proceso.
Description
Instalación y procedimiento para la
biometanización de materia orgánica.
Procedimiento para la biometanización de materia
orgánica, tanto residual como producida al efecto, e instalación
para la puesta en práctica de dicho procedimiento. Frente a los
sistemas existentes que consiguen las condiciones anaerobias en
recipientes herméticamente cerrados, la presente instalación utiliza
recipientes conectados a la atmósfera mediante cierres
hidráulicos.
Los procesos de digestión anaerobia de lodos
primarios y secundarios generados en las plantas de tratamiento de
aguas residuales y de los residuos semi-líquidos de
actividades agroganaderas son bien conocidos. Los procesos
utilizados consisten en tanques en los que utilizando sistemas de
agitación mecánica con motor externo, recirculación de gas o
recirculación de líquido, se intenta lograr un sistema de mezcla
completa, para lo que se trabaja con concentraciones de materia
orgánica bajas, siempre inferiores al 10% de concentración de
sólidos totales y típicamente en la zona del 5% de sólidos
totales.
La aplicación de la digestión anaerobia al
tratamiento de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos
inicialmente se realizó en los sistemas denominados de vía
húmeda, totalmente semejantes a los arriba descritos y que
operan en régimen de mezcla completa y con concentraciones de
sólidos totales del orden del 5%. Mas recientemente y para
minimizar los problemas derivados de la necesidad de diluir hasta
concentraciones tan bajas y simultáneamente deshidratar y tratar
los grandes volúmenes de agua contaminada que se generan en el
proceso, han aparecido diferentes sistemas denominados de vía
seca que operan con concentraciones de sólidos totales
superiores al 20% y con modelos de flujo que se alejan de la mezcla
completa para aproximarse al flujo pistón. Las tecnologías
implantadas a nivel comercial y sus principales características
son: Dranco, depósito vertical con carga superior y vaciado por el
fondo y con gran tasa de recirculación de líquido y digestato;
Valorga, depósito vertical con alimentación y salida por la zona
inferior, tabique central y mezcla por entrada de gas a presión a
través de boquillas; Kompogas, deposito horizontal con entrada en un
extremo y salida por el extremo opuesto y agitación mediante
paletas adosadas a un eje soportado y con motor externo.
En todos los casos se trata de sistemas que
consiguen la estanqueidad, requerida para mantener condiciones
anaerobias, mediante el uso de depósitos herméticamente cerrados
(ver documento ES 2 143 813 T3) y sin conexión física con la
atmósfera exterior, lo que dificulta las labores de mantenimiento y
reposición de los "internos" y obliga a utilizar equipos con
requerimientos muy severos.
El esquema general de una planta de
biometanización de sólidos consta de 5 etapas: pretratamiento y
acondicionamiento de la alimentación, digestión anaerobia,
deshidratación del residuo final digerido, tratamiento o evacuación
de la fracción líquida obtenida tras la deshidratación y
aprovechamiento del biogás.
Todos los sistemas comerciales utilizados en el
proceso de biometanización consiguen la ausencia de oxígeno, exigida
por el proceso anaerobio, empleando recipientes herméticamente
cerrados, sin conexión alguna con la atmósfera exterior. Esta
circunstancia implica limitaciones en la operación de los
digestores y en el mantenimiento preventivo de equipos.
La presente invención soslaya estos
inconvenientes mediante la utilización de cierres hidráulicos.
Dichos sistemas de cierre están abiertos a la atmósfera por la parte
superior y por la parte inferior están suficientemente sumergidos en
la fase líquida contenida en el interior del recipiente de
biometanización. Así, aunque el recipiente está físicamente abierto
a la atmósfera a través del cierre hidráulico, en el interior de la
fase en digestión se mantienen condiciones anaerobias y la fase
gaseosa contenida en la parte superior del depósito queda aislada
de la atmósfera.
Estas aperturas al exterior confieren al sistema
una serie de posibilidades prácticas y mejoras en la operación,
como son la introducción en el interior del depósito de la
alimentación o de diferentes equipos y dispositivos.
El dibujo presenta una visión de un recipiente
anaerobio con la entrada de alimentación y las salidas de biogás y
efluentes digeridos. En el dibujo aparecen siete tubos abiertos a
la atmósfera y sumergidos en el interior de la fase en digestión
para conseguir el cierre hidráulico.
De acuerdo con la representación cada uno de los
tubos, en los que se consigue el cierre hidráulico, tiene un
objetivo diferente, que va desde facilitar la entrada de la
alimentación, hasta permitir introducir sistemas de recirculación
de fase en digestión y de biogás, equipos mecánicos de mezcla,
sistemas de muestreo o sondas.
La presente invención se circunscribe a la etapa
de digestión anaerobia, partiendo de una materia prima que ha
sufrido un pretratamiento adecuado que garantice composición y
granulometría adecuadas a los requerimientos del proceso de
digestión anaerobia.
De acuerdo con la figura 1, la instalación
comienza en un depósito de almacenamiento (1) de la materia a
fermentar que se conduce hasta el digestor anaerobio (2). En
función de la viscosidad de la mezcla a tratar la alimentación
puede i) bombearse utilizando (3) bombas centrifugas, de membrana,
de embolo, de tornillo o cualquier otro dispositivo de bombeo de
fluidos o ii) conducirse mediante cinta, tornillo o cualquier otro
dispositivo de transporte de sólidos o pastas (4). Para la
situación i) la alimentación así bombeada se introduce en el
digestor mediante una tubería (5), que penetra en la masa en
digestión a través de un cierre hidráulico (7), mientras que para
la situación ii) se utiliza una tolva (6) abierta a la atmósfera
pero provista de su correspondiente cierre hidráulico (7), de forma
que a pesar de estar abierta a la atmósfera se mantiene la
estanqueidad y condiciones anaerobias dentro del digestor. Para
mantener el grado de concentración de sólidos adecuada para la
realización del proceso, junto a la entrada de alimentación se
instala una tubería (8) capaz de suministrar el caudal deseado de
agua de dilución. Como agua de dilución puede introducirse tanto
líquido procedente de la etapa de deshidratación, como agua limpia
cuya función es compensar las purgas y pérdidas.
Para conseguir que los sólidos contenidos en la
masa en digestión se mantengan en suspensión, se instalan
agitadores sumergidos o bombas sumergidas (9), que pueden
introducirse en el digestor para ejercer su acción de mezcla o
sacarse al exterior para labores de mantenimiento. Los equipos de
agitación y mezcla se introducen en el digestor a través de la
tubuladura provista de su correspondiente cierre hidráulico (7)
para mantener la estanqueidad y anaerobiosis. Como alternativa, la
suspensión puede lograrse mediante agitadores con motor externo
(10) conectado a un eje introducido en el digestor mediante el
correspondiente cierre hidráulico. Otra alternativa es la agitación
mediante introducción de gas a presión o mediante recirculación de
la masa en digestión, en ambos casos las conducciones de transporte
de gas o masa en digestión, se introducen en el digestor mediante
tubos con sello hidráulico (7). Para facilitar el mantenimiento y
limpieza de los rodetes de los sistemas de agitación se instalan
sistemas de limpieza con agua a presión (11).
La zona superior del digestor (12) no se rellena
con la masa en digestión, sino que actúa como cámara de recogida y
acumulación del biogás producido que de acuerdo con los métodos
convencionales es transportado (13) hasta un gasómetro o
directamente a aprovechamiento. La linea de gas dispone de todos los
elementos de control y seguridad impuestos por la normativa.
Para la evacuación de la masa digerida el
digestor esta equipado con tres posibles vías de salida. En la
parte superior una salida (14) que puede permitir la evacuación de
flotantes y espumas; en la parte central la tubuladura de
evacuación del digestato (15); en la parte inferior una tubuladura
(16) que permite la evacuación de sólidos inertes que hayan podido
depositarse en el fondo del reactor. Para facilitar la actuación de
la linea de purga de flotantes en la interfase
gas-líquido se instalan agitadores poco
revolucionados (17), introducidos mediante su correspondiente
cierre hidráulico, que permiten dirigir la capa de flotantes hacia
la salida. Como alternativa pueden utilizarse boquillas (18) que
mediante chorros de agua a presión conduzcan el material flotante
hacia la zona de purga. Para facilitar la evacuación de sólidos
inertes en la zona inferior del digestor se instalan boquillas (18)
por las que sale agua a presión capaz de dirigir esos sólidos hacia
su salida. Con el mismo objetivo y para impedir el depósito de
sólidos pesados en la base del digestor, mediante cierres
hidráulicos se introducen en el digestor mangueras flexibles
conectadas a bombas de forma que se produzca la purga de
sólidos.
Partiendo del proceso de agitación con sistemas
sumergidos que se introducen en el digestor mediante tubuladuras
con su correspondiente cierre hidráulico pueden adoptase diferentes
geometrías que conducen a modelos de flujo que se asemejan a flujo
en mezcla completa y flujo pistón. Con independencia de
consideraciones cinéticas el tipo de flujo a seleccionar está
íntimamente relacionado con la concentración, viscosidad y
granulometría de la alimentación a tratar.
En el caso del sistema con mezcla completa las
geometrías recomendadas para el digestor son cilindros verticales y
paralelepípedos. Los sistemas de agitación (9) se dimensionarán e
instalaran para crear flujo radial y axial. En el caso de sistemas
en los que se busca el flujo pistón los digestores pueden adoptar
la geometría de cilindros horizontales con mayor longitud que
diámetro, paralelepípedos alargados con base inclinada,
paralelepípedos horizontales con base circular y cualquier otra
geometría adaptada al tipo de flujo que se desea crear.
Los digestores así diseñados y construidos
pueden operar en cualquiera de los rangos, psicrofilo, mesófilo y
termófilo, de temperatura en los que se desarrollan los proceso de
biometanización. Para minimizar las perdidas de calor y de acuerdo
con la práctica tradicional de transmisión de calor, los digestores
tienen el aislamiento térmico adecuado. Como etapa previa a la
digestión, el calentamiento de la masa que va a ser digerida puede
efectuarse, de acuerdo con la práctica convencional, mediante
intercambio de calor, con agua caliente en un cambiador
convencional. Otra posibilidad es la inyección directa de vapor que
se efectúa en los conductos de entrada de la alimentación (19) o en
el cierre hidráulico de la tolva de alimentación (20). En todo caso
y para prevenir la muerte de microorganismos causada por el vapor
de agua, su inyección se realiza fuera de la zona de digestión.
El control de la digestión se realiza mediante
el seguimiento de la temperatura, pH y potencial redox en la masa
en digestión, Las sondas de medida de estos parámetros (21) se
introducen en el digestor mediante una tubuladura con su
correspondiente cierre hidráulico (7).
Para minimizar la salida a la atmósfera del gas
que se produce en el interior de los diferentes cierres hidráulicos
(7) que aparecen en el digestor y prevenir posibles olores, todos
los cierres se cubren con su correspondiente tapa (22) de cierre
rápido, que puede abrirse o cerrarse con facilidad cuando las
circunstancias lo requieran. Todos los cierres hidráulicos pueden
ventilarse (23) mediante sistemas convencionales.
Para inocular con microorganismos activos la
alimentación que se introduce en el digestor, se puede recircular
una fracción de la masa digerida que abandona el digestor.
Claims (10)
1. Instalación para la biometanización de
residuos líquidos, semi-líquidos o sólidos, en
cualquier rango de temperatura, caracterizado porque el
digestor, utilizando sellos hidráulicos (7), mantiene las
condiciones de ausencia de oxigeno requeridas por el proceso de
biometanización, a pesar de no estar herméticamente cerrado.
2. Instalación, según la reivindicación 1, en la
que la alimentación de sólidos o pastas al digestor, se realiza
mediante una tolva (6) abierta a la atmósfera provista de un cierre
hidráulico (7).
3. Instalación, según la reivindicación 1, en la
que la mezcla y modelo de flujo en el digestor se realiza mediante
sistemas sumergidos de agitación o bombeo (9) que se introducen en
el digestor mediante tubuladuras con cierre hidráulico (7), lo que
permite una fácil extracción de los equipos para su mantenimiento o
reposición.
4. Instalación, según la reivindicación 1, en la
que la mezcla en el digestor se realiza mediante inyección de
biogás o recirculación de masa en digestión, en ambos casos las
tuberías de transporte de gas o recirculación se introducen en el
digestor mediante tubuladuras con su correspondiente sello
hidráulico (7).
5. Instalación, según la reivindicación 1, en la
que la mezcla y el modelo de flujo en el digestor se realiza
mediante sistemas de agitación con motor externo (10), cuyo eje y
rodete penetran en el digestor a través de una tubuladura con
cierre hidráulico (7), lo que permite una fácil extracción de los
equipos para su mantenimiento o reposición.
6. Instalación, según la reivindicación 1, en la
que la limpieza del sistema de agitación se realiza con un chorro
de líquido a presión mediante una tubería y boquilla (11) que
penetran en el digestor a través de una tubuladura con cierre
hidráulico (7), lo que permite una fácil extracción de los equipos
para su mantenimiento o reposición.
7. Instalación, según la reivindicación 1, en la
que la limpieza del fondo y el arrastre de los sólidos sedimentados
o flotantes se realiza mediante boquillas que introducen agua a
presión (18), o con agitadores sumergidos (17), que penetran en el
digestor a través de cierres hidráulicos (7).
8. Instalación, según la reivindicación 1, en la
que en el interior de la masa en digestión y a través de sistemas
de cierre hidráulico (7), se introduce cualquier tipo de
conducciones rígidas o flexibles o equipos cuyo objetivo es mover
fluidos o pastas.
9. Instalación, según la reivindicación 1, en la
que los sensores de la instrumentación de control (21), se
introducen en el interior del digestor mediante un cierre
hidráulico (7).
10. Procedimiento, según las reivindicaciones 2,
3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9, mediante el cual se operan digestores de
biometanización utilizando sellos hidráulicos.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2384625A1 (es) * | 2009-03-12 | 2012-07-10 | Carlos Romero Batallan | Procedimiento para operación de una instalación de biometanización de residuos sólidos orgánicos e instalación para llevarlo a cabo. |
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| FR2513481A2 (fr) * | 1979-11-19 | 1983-04-01 | Heyer Roger | Digesteur a fermentation methanique se presentant sous forme d'un reseau compose de canalisations et regards fermenteurs |
| FR2552298A1 (fr) * | 1983-09-22 | 1985-03-29 | Jacques Ginies | Technique de production de gaz en continu a partir de matieres organiques par couplage en serie de deux digesteurs de type et de conception differents |
| EP0263796A1 (en) * | 1986-10-08 | 1988-04-13 | Ente per le nuove tecnologie, l'energia e l'ambiente ( ENEA) | Process and device for producing a biological gas from the anaerobical digestion of an organic substance |
-
2005
- 2005-08-25 ES ES200502135A patent/ES2289886B1/es active Active
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| Publication number | Publication date |
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| ES2289886B1 (es) | 2008-12-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20080201 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2289886B1 Country of ref document: ES |