ES2384625B1 - Procedimiento para operación de una instalación de biometanización de residuos sólidos orgánicos e instalación para llevarlo a cabo. - Google Patents

Procedimiento para operación de una instalación de biometanización de residuos sólidos orgánicos e instalación para llevarlo a cabo.

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ES2384625B1
ES2384625B1 ES200900699A ES200900699A ES2384625B1 ES 2384625 B1 ES2384625 B1 ES 2384625B1 ES 200900699 A ES200900699 A ES 200900699A ES 200900699 A ES200900699 A ES 200900699A ES 2384625 B1 ES2384625 B1 ES 2384625B1
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Abstract

Procedimiento para operación de una instalación de biometanización de residuos sólidos orgánicos e instalación para llevarlo a cabo.#El procedimiento consta de una etapa de fermentación anaerobia de una carga de pasta orgánica; una etapa de separación para obtener una fracción líquida o lixiviado (FL) y una fracción sólida (FS); una etapa de realimentación de parte de la fracción líquida (FL); estando previstas además una etapa de almacenamiento y fermentación de la fracción líquida restante (RFL); una etapa de filtrado y almacenamiento del líquido residual de la etapa de fermentación para tratamiento físico-químico para obtener abono líquido; una etapa de secado de la fracción sólida (FS) separada para neutralización mediante calor de la flora bacteriana presente en dicha fracción sólida; y una etapa de trituración de la fracción sólida (FS), ya seca, para tratarla para su empleo como enmienda orgánica y/o como materia prima para piensos orgánicos.

Description

Procedimiento para operación de una instalación de biometanización de residuos sólidos orgánicos, e instalación para llevarlo a cabo.

Ámbito y técnica anterior
La invención tiene aplicación en el ámbito del aprovechamiento de los residuos sólidos urbanos (RSU), incluyendo la generación de biogas, comúnmente denominada en la técnica como biometanización.
En la descomposición de sustancias orgánicas se genera gas, el cual puede ser utilizado como fuente de energía alternativa. Este gas se denomina habitualmente biogás debido a su origen. Un componente importante del biogás es el metano que se genera a partir de la pudrición o descomposición en condiciones anaeróbicas de fracciones orgánicas tanto de origen animal como vegetal.
Según el estado actual de la tecnología se conoce el tratamiento de residuos sólidos urbanos, utilizando biorreactores de fermentación anaeróbica mediante bacterias metanogénicas. La pasta orgánica después de ser sometida a fermentación, denominada comúnmente digesto, se somete a un proceso de centrifugado para obtención de una fracción líquida que se desecha y una fracción sólida que se deposita en eras de compostaje para fermentación aerobia y su transformación en enmienda orgánica o "compost" para su utilización como
abono de terrenos y/o en silvicultura (abonos forestales), pero de esta manera se generan riesgos de explosión pues esta fracción sólida saliente del biorreactor a través de la centrífuga aún mantiene su fermentación anaeróbica como consecuencia de las bacterias anaerobias aún presentes, pasa a una situación aerobia al ser transportada en cintas no estancas desde el birreactor a las centrífuga y de esta hasta las eras de compostaje, de manera que va captando oxigeno de forma gradual pudiendo alcanzar un estado de residencia en la cinta transportadora con un contenido de oxigeno comprendido entre aproximadamente el 6 y el 8% y del metano (gas grisú), la mezcla de cuyos gases
puede
en determinadas condiciones generar riesgo de
explosión.
Adicionalmente
en el documento ES 2261048 Al se
describe
un método y un reactor para tratamiento
fermentativo de lixiviados procedentes de vertederos y plantas de tratamiento de residuos sólidos urbanos y la utilización del líquido resultante como abono para plantas. El líquido procedente de lixiviados de residuos sólidos urbanos con una DQO predeterminada se somete a fermentación con microorganismos, para reducir su DQO en una tasa del 50% de la inicial. En una variante, para el tratamiento de fermentación se inoculan bacterias metanogénicas, que se eligen de entre un grupo que comprende Methanobacterium, Methanobrevibacter, Metanospirillum y Methanosarcina o una mezcla de ellas de modo que como producto intermedio es posible la obtención de gas metano (CH4) a partir de la fermentación de los mencionados lixiviados, indicándose la posibilidad de utilizar como
fertilizantes líquidos de los lixiviados restantes fermentados.
Además mediante el documento ES2117593 Al se conoce un procedimiento para obtener piensos a partir de 11 compost 11 resultante de tratamientos de residuos sólidos urbanos y/o residuos de materia orgánica y utilización del pienso obtenido. Aquí el 11 Compost 11 resultante es sometido a una etapa de análisis cuantitativo y cualitativo bacteriológico y respecto de elementos y/o compuestos contaminantes y/o acumulativos que se eliminan en una segunda etapa mediante operaciones físicas y químicas hasta alcanzar valores máximos pre-establecidos; a continuación siguen etapas de deshidratación o secado, de molturación y/o tamizado y de liofilización o esterilización (5) para obtener un pienso de base que puede ser opcionalmente enriquecido y/o utilizado para fabricar un pienso compuesto.
Objeto de la invención
Partiendo del estado de la técnica anteriormente descrito, la invención se plantea como objetivo el desarrollo de un procedimiento para operación sin riesgo de explosiones de una instalación para aprovechamiento de residuos sólidos urbanos destinada tanto a la generación de biogás como a la obtención de una fracción sólida que puede utilizarse como enmienda orgánica o incluso como base de piensos para alimentación animal y de una fracción líquida para utilizarla para generar biogás mediante nueva fermentación anaerobia y aprovechar el líquido restante final como abono o fertilizante líquido.
Este objetivo se alcanza a través de las características de la reivindicación l. Otras ventajas adicionales resultan de las características indicadas en las reivindicaciones de procedimiento dependientes.
Aún constituye otro objeto de la invención una instalación para llevar a cabo el procedimiento conforme se indica en las reivindicaciones 4 y 5.
Según la invención dicho procedimiento comprende:
-
una etapa de fermentación anaerobia de una carga de pasta orgánica procedente de residuos sólidos urbanos con la ayuda de bacterias anaerobias;
una etapa de separación para obtener una fracción líquida o lixiviado y una fracción sólida de los residuos a partir del digesto o pasta orgánica fermentada;
-
una etapa de realimentación para realimentar una parte de fracción líquida como inóculo de bacterias anaerobias a la etapa de fermentación;
caracterizándose dicho procedimiento porque adicionalmente están previstas las siguientes etapas:
una etapa de fermentación de un resto de fracción líquida mediante bacterias metanogénicas para obtención de gas metano;
una etapa de filtrado y almacenamiento del líquido residual de la etapa de fermentación para posterior tratamiento físico-químico para ulterior empleo de dicho líquido como abono líquido;
una etapa de secado de la fracción sólida saliente de la etapa de separación para neutralización mediante calor de la flora bacteriana presente en dicha fracción sólida; y
-
una etapa de trituración de la fracción sólida que oportunamente tratada puede ser utilizada como enmienda orgánica y/o como materia prima para piensos orgánicos.
Conforme una característica adicional de la invención la etapa de secado se lleva a cabo a una temperatura igual
o superior a 65° C.
Según la invención puede resultar ventajoso llevar a cabo una etapa de inertización con N2 de la fracción sólida.
Además, la instalación según la invención comprende:
un biorreactor alimentado con una carga de pasta orgánica procedente de residuos sólidos urbanos para fermentación de dicha pasta con la ayuda de bacterias anaerobias;
-
una separadora centrífuga alimentada por el digesto
o pasta orgánica procedente del biorreactor, para obtener una fracción líquida o lixiviado y una fracción sólida de los residuos;
-
un circuito de retorno para realimentar una parte de fracción líquida como inóculo de bacterias anaerobias al biorreactor;
-
tanques de almacenamiento de un resto de la citada fracción líquida;
tanques de fermentación mediante bacterias metanogénicas para obtención de gas metano a partir del resto de fracción líquida de los tanques de almacenamiento;
-
un filtro para filtrado del líquido residual de los tanques de fermentación;
un tanque para almacenamiento del líquido residual filtrado para posterior tratamiento físico-químico de dicho líquido como abono líquido;
un horno o equipo de secado para secar la fracción sólida saliente de la separadora centrífuga para neutralización mediante calor de la flora bacteriana presente en dicha fracción sólida; y
-
una trituradora para triturar la fracción sólida ya seca que oportunamente tratada puede ser utilizada como enmienda orgánica y/o como materia prima para piensos orgánicos; y
-
dado el caso un dispositivo de inertización para neutralización mediante N2 de la fracción sólida; y
-
dado el caso, un gasómetro para almacenamiento y posterior utilización del gas obtenido a partir de la fermentación de la fracción líquida restante obtenida en los tanques de fermentación.
Conforme a la invención la instalación comprende ventajosamente un dispositivo generador de energía alimentado por el biogás del gasómetro para alimentar energía al horno de secado de la fase sólida.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención resultarán más claramente de la descripción que sigue realizada con la ayuda de los dibujos anexos, referidos a un ejemplo de ejecución no limitativo y en los que:
La figura 1, muestra un diagrama de flujo al procedimiento según la invención.
La figura 2 ilustra un diagrama de bloques de una instalación para llevar a cabo el procedimiento según la invención.
Descripción detallada de una realización preferida
Como se muestra a través de las figuras, la instalación incluye un bioreactor 2 alimentado con una carga de pasta orgánica procedente de residuos sólidos urbanos en la que se lleva a cabo una fermentación anaerobia con la ayuda de bacterias anaerobias;
A continuación el digesto o pasta orgánica procedente del biorreactor es alimentada a una separadora centrífuga 3 para obtener una fracción líquida o lixiviado FL y una fracción sólida FS de los residuos.
Puede estar previsto un circuito de retorno 4 para realimentar una parte de fracción líquida PFL como inóculo de bacterias al biorreactor 2.
Un resto de fracción líquida RFL se almacena en tanques de almacenamiento 5 y es sometida a fermentación anaerobia en tanques de fermentación 6 mediante bacterias metanogénicas para obtención de gas metano.
El líquido residual de esta fermentación se filtra a través de filtros 7 y se almacena en tanques 8 para posterior tratamiento físico-químico para empleo de dicho líquido como abono líquido.
En relación al tratamiento de la fracción líquida como se ha descrito anteriormente se hace referencia al
documento
ES 2261048 antes reseñado a nombre del
solicitante.
La
fracción sólida FS saliente de la

centrifugadora 3 es sometida a un proceso de secado en un horno 9 para neutralizar mediante calor, de
preferencia a una temperatura igual o mayor de 65 o e, la flora bacteriana anaerobia aún presente en dicha fracción sólida.
La fracción sólida seca, es decir desprovista de la biota, se alimenta a una trituradora 10 que puede almacenarse en silos o ser empaquetada 11 para su posterior tratamiento y utilización como enmienda orgánica y/o como materia prima para piensos orgánicos.
Para
el aprovechamiento de esta fracción sólida se
hace
aquí mención como referencia al documento ES
2117593
también a nombre del solicitante.
Dado
el caso puede llevarse a cabo un
procedimiento
de inertización adicional mediante N2 de
dicha fracción sólida con la ayuda de un dispositivo
12.
Dado el caso el biogás generado en los tanques de fermentación 6, puede ser enviado a un gasómetro 13 para su posterior aprovechamiento, por ejemplo para generar energía, a través de un dispositivo generador 14, aplicable al calentamiento del horno 9.
Como resultará fácilmente comprendido por las personas versadas en el arte, lo anteriormente descrito es meramente ilustrativo de un modo de realización preferido de la invención de modo que son posibles modificaciones técnicas de toda índole.
Suficientemente que ha sido descrito el objeto de la invención, solamente resta señalar que las realizaciones derivadas de cambios de forma, dimensiones y similares, así como las resultantes de una aplicación de lo anteriormente revelado, deberán considerarse incluidas en su ámbito, de manera que la
invención tan solo estará limitada por el alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Procedimiento para operación de una instalación de biometanización de residuos sólidos
    orgánicos que comprende:
    -
    una etapa de fermentación anaerobia de una carga de pasta orgánica procedente de residuos sólidos urbanos con la ayuda de bacterias anaerobias;
    una etapa de separación para obtener una fracción líquida o lixiviado (FL) y una fracción sólida (FS) de los residuos a partir del digesto o pasta orgánica fermentada;
    -
    una etapa de realimentación para realimentar una parte de fracción líquida (PFL) como inóculo de bacterias anaerobias a la etapa de fermentación;
    caracterizado dicho procedimiento porque adicionalmente están previstas las siguientes etapas:
    -
    una etapa de almacenamiento y fermentación de un resto de dicha fracción líquida (RFL) mediante bacterias metanogénicas para obtención de gas metano;
    una etapa de filtrado y almacenamiento del líquido residual de la etapa de fermentación para posterior tratamiento físico-químico para empleo de dicho líquido como abono líquido;
    -
    una etapa de secado de la fracción sólida (FS) saliente de la etapa de separación para neutralización mediante calor de la flora bacteriana presente en dicha fracción sólida;
    -
    una etapa de trituración de la fracción sólida
    (FS) que oportunamente tratada puede ser utilizada como enmienda orgánica y/o como materia prima para piensos orgánicos.
  2. 2.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de secado se lleva a cabo a una temperatura igual o superior a 65° C.
  3. 3.-Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente está prevista una etapa de inertización con N2 de la fracción sólida
    (FS)
  4. 4.-Instalación para llevar a cabo el procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, comprendiendo dicha instalación (1):
    -
    un biorreactor (2) alimentado con una carga de pasta orgánica procedente de residuos sólidos urbanos para fermentación de dicha pasta con la ayuda de bacterias anaerobias;
    -
    una separadora centrífuga (3) alimentada por el digesto o pasta orgánica procedente del biorreactor, para obtener una fracción líquida o lixiviado (FL) y una fracción sólida (FS) a partir de los residuos;
    -
    un circuito de retorno (4) para realimentar una parte de fracción líquida (PFL) como inóculo de bacterias anaerobias al biorreactor; caracterizada porque dicha instalación comprende adicionalmente:
    tanques de almacenamiento (5) de un resto de fracción líquida (RFL);
    -
    tanques de fermentación ( 6) mediante bacterias metanogénicas para obtención de gas metano a partir del resto de fracción líquida de los tanques de almacenamiento;
    filtros (7) para filtrado del líquido residual de los tanques de fermentación;
    -un tanque (8) para almacenamiento del líquido
    residual filtrado para su posterior tratamiento físico-
    químico para empleo de dicho líquido como abono
    líquido;
    5
    -un horno ( 9) para secado de la fracción sólida
    (FS) saliente de la separadora centrífuga para
    neutralización mediante calor de la flora bacteriana
    presente en dicha fracción sólida; y
    -una trituradora ( 1 O) para triturar la fracción
    1 O
    sólida ya seca (FSS) que oportunamente tratada puede
    ser utilizada como enmienda orgánica y 1o como materia
    prima para piensos orgánicos; y
    -dado el caso un dispositivo de inertización (12)
    para neutralización mediante N2 de la fracción sólida
    15
    (FS); y
    dado el caso, un gasómetro (13) para
    almacenamiento y posterior utilización del gas obtenido
    a partir de la fermentación de la fracción líquida
    restante obtenida en los tanques de fermentación (6).
    20
    5.Instalación conforme a la reivindicación 4,
    caracterizado porque adicionalmente está previsto un
    dispositivo generador de energía (14) alimentado
    mediante el biogás almacenado en el gasómetro (13) para
    proporcionar energía calorífica al horno de secado ( 9)
    25
    de la fracción sólida.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200900699
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 12.03.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    Y
    ES 2209613 A1 (ROS ROCA INTERNACIONAL S L) 16.06.2004, resumen; columna 2, líneas 44-54; columna 3, líneas 32-39; columna 4, líneas 13-15. 1,2,4,5
    Y
    ES 2289886 A1 (UNIV VALLADOLID) 01.02.2008, columna 4, líneas 50-54. 1,2,4,5
    A
    ES 2261048 A1 (ROMERO BATALLAN CARLOS) 01.11.2006, todo el documento. 1-5
    A
    US 2008020456 A1 (CHOATE CHRIS E et al.) 24.01.2008, todo el documento. 1-5
    A
    WO 9420232 A1 (EVERGREEN GLOBAL RESOURCES INC) 15.09.1994, columna 7, líneas 2-5; columna 20, líneas 19-34. 3,4
    A
    ES2294702 T3 (ECODECO S R L) 01.04.2008, página 6, líneas 11-14. 3,4
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 26.06.2012
    Examinador A. Ezcurra Martínez Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200900699
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD B09B3/00 (2006.01)
    B03B9/06 (2006.01) C02F11/04 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    B09B, B03B, C02F
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200900699
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 26.06.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200900699
    1. Documentos considerados.-
    A co ntinuación se r elacionan l os doc umentos pertenecientes al est ado de la t écnica t omados en c onsideración para l a realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    ES 2209613 A1 (ROS ROCA INTERNACIONAL S L) 16.06.2004
    D02
    ES 2289886 A1 (UNIV VALLADOLID) 01.02.2008
    D03
    ES 2261048 A1 (ROMERO BATALLAN CARLOS) 01.11.2006
    D04
    US 2008020456 A1 (CHOATE CHRIS E et al.) 24.01.2008
    D05
    WO 9420232 A1 (EVERGREEN GLOBAL RESOURCES INC) 15.09.1994
    D06
    ES2294702 T3 (ECODECO S R L) 01.04.2008
  5. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    Se considera el documento D01 el más cercano del Estado de la Técnica en relación a las reivindicaciones independientes 1 y 4. En r elación a l a r eivindicación i ndependiente 1 el d ocumento D 01 de scribe u n pr ocedimiento para oper ación d e u na instalación de biometanización de residuos sólidos orgánicos que comprende:
    •
    una et apa d e f ermentación ana erobia d e una ca rga d e past a or gánica pr ocedente de R SU co n l a a yuda d e bacterias anaerobias;
    •
    una etapa de separación para obtener fracción líquida (FL) o lixiviado yuna fracción sólida (FS) de los residuos a partir del digesto;
    •
    una etapa de almacenamiento y fermentación de fracción líquida mediante bacterias metanogénicas para obtener biogás;
    •
    una etapa de pretratamiento húmedo de la FL para obtener abono líquido;
    •
    una etapa de deshidratación de la fracción sólida (FS) saliente de la etapa de separación;
    •
    una et apa d e compostaje p ara obt ener co mpost f inal e n pol vo, ent endiendo i mplícitamente qu e se r ealiza una trituración para obtención de dicho polvo.
    El D01 no divulga, sin embargo, una etapa de realimentación de una parte de fracción líquida al fermentador como inóculo de bacterias anaeróbicas; tampoco divulga explícitamente el filtrado y almacenamiento de la fracción líquida.
    El documento D02 (col.4 lín. 51-54), divulga la posibilidad de recircular una fracción de la masa digerida que abandona el digestor co mo i nóculo d e b acterias anaerobias a l a etapa d e f ermentación. S ería o bvio p ara un experto en l a m ateria introducir esta recirculación divulgada en el documento D02 en el procedimiento descrito en D01, para conseguir el resultado de la reivindicación 1. El filtrado y almacenamiento de la fracción líquida son etapas conocidas en el estado de la técnica (véase como ejemplo los documentos D03 o D04).
    Por tanto, la reivindicación 1 se considera que no implica actividad inventiva según el artículo 8.1 de la LP.
    La reivindicación dependiente 2 se considera obvia para un experto en la materia.
    En relación a la reivindicación 3 se considera conocido en el estado de la técnica la utilización de etapas de inertización con N2 de fracción sólida, como puede verse, por ejemplo en los documentos D05 y D06.
    Por tanto, las reivindicaciones dependientes 2 y 3 se consideran carentes de actividad inventiva según el art. 8.1 de la LP.
    En relación a la reivindicación independiente 4, la instalación divulgada en D01 incluye los equipos correspondientes a las etapas anteriormente descritas: biorreactor (15), separadora centrífuga, tanques de almacenamiento de FL (5´), tanques de fermentación, sistema de deshidratación y gasómetro (16). El D01 divulga igualmente un circuito de recirculación de parte de la FL para precalentamiento de la suspensión que es alimentada al digestor.
    Por su parte el D02 divulga la posibilidad de incluir en una instalación para la biometanización de la materia orgánica los medios para recircular una fracción de la masa digerida al fermentador como inóculo de microorganismos. Este documento divulga también los aparatos necesarios para llevar a cabo el procedimiento de biometanización. La utilización de filtros y trituradora se consideran obvios para un experto en la materia. De hecho, el documento D01 utiliza estos medios en etapas anteriores a la digestión.
    La opción de añadir a una instalación de biometanización un dispositivo de inertización para neutralización mediante N2 de la fracción sólida es también conocida en el estado de la técnica, como se puede ver en los documentos D05 y D06. Se considera, por tanto, que la reivindicación independiente 4 carece de actividad inventiva según el art. 8.1 de la LP.
    La reivindicación 5 se considera igualmente conocida del estado de la técnica y, por tanto, carente de actividad inventiva. El documento D01 menciona, por ejemplo, la posibilidad de utilizar el biogás para la producción de electricidad mediante motores de cogeneración (17).
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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