ES2328212A1 - Petratamiento biologico de residuos solidos organicos. - Google Patents
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Abstract
Pretratamiento biológico de residuos sólidos orgánicos. La invención consiste en un procedimiento operativo a través del cual, mediante la aplicación de un pretratamiento biológico consistente en la mezcla de compost maduro, con la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos, u otro residuo sólido de características físico-químicas similares, se consigue acelerar la velocidad de hidrólisis y aumentar la biodegradabilidad anerobia del residuo, ya que la degradación de un sustrato soluble particulado es el paso limitante en la digestión anaerobia.
Description
Pretratamiento biológico de residuos sólidos
orgánicos.
La presente invención se encuadra en el sector
técnico de procesos de tratamiento de residuos sólidos,
concretamente en el relativo a tratamientos biológicos de residuos
sólidos orgánicos mediante técnicas aerobias (compostaje) o
anaerobias (digestión anaerobia).
El tratamiento de residuos sólidos, como son la
Fracción Orgánica de los Residuos Sólidos Urbanos (FORSU), mediante
el proceso de digestión anaerobia, ha estado cobrando en los
últimos años cada vez más importancia. Aunque inicialmente existía
un gran escepticismo en cuanto a la eficacia de tratamiento de este
tipo de tecnología, actualmente se ha producido un cambio hacia su
aceptación general, hecho que se refleja en las distintas plantas
de tratamiento que están operando a escala industrial.
De hecho, en España existen actualmente 19
plantas de biometanización de la 87 existentes a nivel Europeo.
Además, se prevé que el número de plantas actual se incremente en
los próximos años como consecuencia de la inminente aprobación del
II Plan Nacional de Residuos Urbanos (II PNRU,
2008-2015). Entre los objetivos de este II PNRU está
el gestionar, para el año 2012, el 10% de los Residuos Sólidos
Urbanos (RSU) generados mediante la biometanización (como
referencia cabe mencionarse que en año 2004 se estaba gestionando
tan sólo el 1,4% de los RSU generados).
Es comúnmente reconocido por la comunidad
científica que una de las etapas más lentas de la velocidad global
del proceso de degradación anaerobia termofílica de la FORSU es la
hidrólisis del residuo.
En la degradación anaerobia termofílica de bajo
contenido en sólidos (4-15% en Sólidos Totales), la
etapa limitante de la velocidad es la metanogénesis a partir de los
ácidos grasos volátiles generados durante la hidrólisis. No
obstante, en los procesos de digestión seca (15-30%
en Sólidos Totales) muchos autores han descrito que la etapa más
lenta es la hidrólisis del material particulado y la solubilización
de la materia orgánica en el medio líquido.
En este sentido, mediante la aplicación de
pretratamientos físico-químicos y/o biológicos a la
FORSU puede conseguirse un aumento en la velocidad de hidrólisis y
un aumento de su biodegradabilidad anaerobia. Estos pretratamientos
son particularmente efectivos cuando la alimentación del proceso de
digestión anaerobia se corresponda con FORSU procedente de una
planta industrial de tratamientos de basuras ya que, en este caso,
la elevada granulometría del residuo presenta dificultades desde el
punto de vista hidrolítico.
En el caso de las plantas industriales de
tratamiento de basuras, la fracción orgánica se obtiene tras una
serie de etapas de procesamiento previas y finalmente se separa a
través de un trommel (con luz de paso comprendidas entre 30 y 90
mm). En consecuencia la FORSU se encuentra en forma particulada y
la hidrólisis y solubilización de la materia orgánica puede verse
sensiblemente aumentada mediante el uso de los pretratamientos
indicados.
La presente invención se centra en la aplicación
de pretratamientos de tipo biológico sobre la FORSU. Hoy en día se
realizan diversos estudios para el pretratamiento de residuos
lignocelulósicos, con el empleo e inoculación de enzimas
específicas capaces de hidrolizar este tipo de material.
También se han llevado a cabo estudios en los
que, dependiendo del tipo residuo (residuos domésticos, aguas
residuales de la industria maderera, aguas residuales de
destilería, etc...), el ataque enzimático se realiza con distintos
tipos de hongos o combinaciones entre ellos (Asperguillus níger,
Aspergillus awamori, Aspergillus oryzae, Aspergillus terreus,
etc.).
Las principales variables de operación en los
pretratamientos de tipo biológico suelen ser el tipo de inóculo
empleado como agente enzimático, el porcentaje de inoculación y el
tiempo de contacto entre el residuo y el inóculo.
La invención consiste en un procedimiento
operativo a través del cual, mediante la aplicación de un
pretratamiento biológico consistente en la mezcla de un residuo
orgánico sólido (por ejemplo la FORSU u otro residuo sólido
orgánico de características físico-químicas
similares) con compost como agente enzimático, se consigue acelerar
la velocidad de hidrólisis y aumentar la biodegradabilidad
anaerobia del residuo sometido a pretratamiento, ya que se
considera que la etapa hidrolítica de un sustrato soluble
particulado es el paso limitante de la velocidad global del proceso
de digestión anaerobia.
El procedimiento operativo consiste en mezclar,
mediante agitación, el residuo orgánico sólido, que será
posteriormente biometanizado mediante digestión anaerobia, con
compost maduro durante 24 horas a presión atmosférica y temperatura
ambiente. El compost utilizado como agente biológico adicional, se
genera en el mismo procedimiento y su adición se realiza mediante
una recirculación del producto resultante del compostaje aerobio
hasta la unidad de mezclado previa a los digestores anaerobios. El
porcentaje de inoculación con compost debe estar comprendido entre
el 2,5% y el 5% en volumen.
Cuando un residuo sólido orgánico, como es la
FORSU, se somete al pretratamiento mencionado, se obtienen las
siguientes ventajas desde el punto de vista del diseño de los
reactores anaerobios y de la operación del proceso:
- a)
- Se produce una importante solubilización de materia orgánica en el medio de reacción. El incremento de materia orgánica que se consigue es del 12% cuando se mide en términos Carbono Orgánico Disuelto, del 42% en términos de Sólidos Volátiles Disueltos, del 22% en términos de Acidez Total y del 51% en términos de Demanda Química de Oxígeno.
- b)
- A través de la solubilización de la materia orgánica que se consigue mediante la aplicación del pretratamiento, se logra que la velocidad global del proceso deje de estar fuertemente influenciada por la velocidad de la etapa hidrolítica.
- c)
- Igualmente, al producirse un incremento de la materia orgánica solubilizada y de la velocidad de la etapa hidrolítica, tiene lugar un aumento de la velocidad global del proceso de digestión anaerobia, establecido en aproximadamente el 160% respecto a la que presentaría el sistema cuando el residuo no es sometido a pretratamiento.
- d)
- Este incremento de la velocidad global de proceso lleva asociada varias ventajas:
- i.
- Las plantas de biometanización industriales actualmente operativas podrían trabajar con mayores velocidades de carga orgánica alimentadas al sistema, lo cuál conlleva beneficios económicos al incrementarse la capacidad de tratamiento y/o gestión de las instalaciones.
- ii.
- Por otro lado, en instalaciones de nueva construcción, podría reducirse considerablemente los costes de inmovilizado derivados del tamaño de los digestores, ya que para una capacidad de tratamiento determinada, las dimensiones necesarias para el reactor son inferiores cuando el residuo es sometido a pretratamiento.
- iii.
- Se produce una mejora significativa en la producción neta de metano y en la velocidad de metanización. Cuando la FORSU es sometida al pretratamiento se ha conseguido, mediante ensayos de laboratorio, una producción acumulada de metano de 36 litros tras 15 días de operación mientras que cuando el residuo no es sometido a pretratamiento, la producción acumulada de metano es de tan sólo 7 litros tras el mismo periodo de tiempo. Por otro lado, mediante la aplicación del pretratamiento se consigue un incremento de la producción acumulada máxima de metano del 16,4%.
- iv.
- El incremento en la generación de metano conlleva beneficios desde el punto de vista económico en el sentido de que este vector energético, tras ser sometido a cogeneración para producir energía eléctrica, podría ser empleado para cubrir la demanda de la propia instalación e incluso podrían ser vendidos los excedentes energéticos a las grandes compañías eléctricas.
- e)
- En plantas industriales de biometanización, actualmente en funcionamiento, no se precisarían grandes inversiones económicas para implementar este tipo de pretratamiento en las líneas de tratamiento del residuo, ya que desde el punto de vista tecnológico no se requiere de la incorporación de un equipamiento específico avanzado. Sólo es necesario realizar una recirculación del producto resultante del compostaje aerobio hasta la unidad de mezclado previa a los digestores anaerobios (ver figura 1).
Figura 1.- Representa un diagrama de flujo
convencional para el tratamiento, a nivel industrial, de la FORSU
incorporando, además, una línea de recirculación de compost para la
realización del pretratamiento detallado en la presente invención.
A continuación se enumeran cada uno de los elementos que conforman
el proceso:
- 1.
- Residuo A. Residuo que se pretende biometanizar mediante digestión anaerobia, por ejemplo FORSU.
- 2.
- Residuo B. Residuo que actúa como fuente de microorganismos para el desarrollo de la digestión anaerobia, por ejemplo lodos anaerobios procedentes de una Estación Depuradora de Aguas Residuales Urbanas que cuente en sus instalaciones con digestores anaerobios.
- 3.
- Unidad de mezclado de residuos.
- 4.
- Unidad de bombeo de la mezcla resultante al reactor anaerobio.
- 5.
- Reactor anaerobio de biometanización.
- 6.
- Compostaje aerobio.
- 7.
- Biogás generado durante el proceso de digestión anaerobia.
- 8.
- Línea de recirculación de compost maduro a la unidad de mezclado de residuos. Es la única modificación sobre el diagrama de flujo inicial para un tratamiento convencional de biometanización.
Seguidamente se representa un ejemplo operativo
en el que se detalla como aplicar un pretratamiento biológico con
compost sobre la FORSU procedente de un trómmel industrial (30 mm
de luz de paso).
Condiciones de operación
- Régimen de operación
- Semicontinuo
- % Sólidos Totales
- 15-30
- Tiempo de contacto
- 24 horas
- Temperatura de operación
- Temperatura ambiente
- Presión de trabajo
- Presión atmosférica
- Volumen Inicial de residuo
- El que marca el diseño de la planta
- Porcentaje de inóculo (compost)
- 2,5-5% en volumen respecto al volumen de residuo tratado
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Agitación
- Intervalo cambio sentido de giro de agitación
- 10 segundos
- rpm
- 13
Claims (6)
1. Procedimiento para el desarrollo de
pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos
caracterizado porque a la mezcla del residuo orgánico sólido
a tratar, con el residuo que actúa como fuente de microorganismos
para el desarrollo de la digestión anaerobia, se añade un nuevo
agente biológico constituido por compost maduro durante 24 horas, a
presión atmosférica y temperatura ambiente.
2. Procedimiento para el desarrollo de
pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según
reivindicación 1, caracterizado porque el compost utilizado
como agente biológico adicional, se genera en el mismo
procedimiento.
3. Procedimiento para el desarrollo de
pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la adición del
compost utilizado como agente biológico adicional se realiza
mediante una recirculación del producto resultante del compostaje
aerobio hasta la unidad de mezclado previa a los digestores
anaerobios.
4. Procedimiento para el desarrollo de
pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el porcentaje
de inoculación del compost debe estar comprendido entre el 2,5% y
5% en volumen respecto al volumen total de residuo que pretende ser
pretratado.
5. Procedimiento para el desarrollo de
pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la mezcla se
realiza en agitación.
6. Uso del procedimiento para el desarrollo de
pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según
reivindicaciones 1 a 5 en plantas industriales de
biometanización.
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KATHRIN THUMMES et al. "Thermophilic methanogenic Archaea in compost material: Occurence, persistence and possible mechanisms for their distribution to other environments" Systematic and Applied Microbiology, 22.06.2007, Vol. 30 Páginas 634-643; apartado Discussion. * |
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