ES2784173T3

ES2784173T3 - Método para la hidrólisis y la acidificación de desechos orgánicos

Info

Publication number: ES2784173T3
Application number: ES13808200T
Authority: ES
Inventors: Charandeep Singh Bhasin
Original assignee: Renew Tech Ltd
Current assignee: Renew Tech Ltd
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: HUP1200637A2; WO2014072756A1; PT2917324T; DK2917324T3; US9944893B2; EP2917324B1; EP2917324A1; WO2014072756A4; HUE049723T2; PL2917324T3; US20150299635A1

Abstract

Método para obtener un producto de permeación en disolución acuosa a partir de unos desechos orgánicos homogeneizados en el que el producto de permeación obtenido comprende unos ácidos grasos de bajo peso molecular con una cadena de carbono C1-C6 y nutrientes valiosos seleccionados de entre el grupo que consiste en: nitrógeno en forma de amonio (NH4-N) o nitrato (NO3-N), fósforo en la forma de fosfatos (PO4-P) y potasio, calcio, magnesio, sodio, azufre, y boro, cobalto, cobre, manganeso, hierro, molibdeno y cinc, que comprende las etapas siguientes i. alimentar con los desechos orgánicos homogeneizados un reactor agitado, cerrado y estanco al gas, ii. hidrolizar y acidificar los desechos orgánicos homogeneizados en el reactor bajo condiciones termófilas y microaerófilas utilizando enzimas naturales liberados por bacterias presentes en los desechos, iii. separar los desechos hidrolizados y acidificados obtenidos en la etapa ii en - el producto de permeación, y - una suspensión orgánica rica en bacterias termófilas y sólidos orgánicos no hidrolizados, iv. realimentar con la suspensión orgánica rica en bacterias termófilas y sólidos orgánicos no hidrolizados el reactor para unas hidrólisis y acidificación adicionales, v. descargar el producto de permeación obtenido para una utilización adicional, vi. descargar los sólidos agotados del reactor cuando la concentración de sólidos fijados en el reactor, medida continuamente, alcanza un valor de 40 a 50% m/m, vii. medir continuamente la temperatura, el potencial redox, el pH y la concentración de sólidos fijos en el reactor, viii. ajustar la presión de espacio de cabeza en el reactor a un equilibrio constante mediante alimentación con gas, formado durante la hidrólisis y recogido en unos medios de ajuste de presión, a partir de dichos medios de ajuste de presión en el reactor cuando la presión desciende en el reactor debido a la descarga del producto de permeación y/o sólidos agotados a partir del reactor, ix. garantizar un tiempo de detención hidráulica de los desechos en el intervalo entre 1 y 24 horas, x. ajustar el pH en el reactor a un valor de entre 6.0 y 6.8 mediante la adición de ácido cuando el valor del pH ascienda por encima de 6.8, o mediante la adición de álcali cuando el valor del pH descienda por debajo de 6.0, xi. mantener la temperatura en el reactor entre 60 y 65 grados Celsius mediante unos medios para enfriar y calentar para garantizar las condiciones termófilas en el mismo, xii. mantener las condiciones microaerófilas en el reactor ajustando el potencial redox en el intervalo de (-300) mV a (-200) mV añadiendo aire u oxígeno al mismo, xiii. llevar a cabo la etapa i y la etapa v en una proporción 1:1 y añadir agua al reactor a través de una tubería de agua montada en el reactor para evitar el desequilibrio hidráulico en el reactor.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para la hidrólisis y la acidificación de desechos orgánicos

La presente invención se refiere a un método para obtener un producto de permeación en disolución acuosa a partir de sólidos orgánicos homogeneizados contenidos en lodos de aguas residuales, desechos de procesamiento alimentario (animales, frutos y verduras, lácteos, etc.), desechos comerciales (grasas, alimentos caducados), desechos agrícolas, desechos sólidos urbanos orgánicos, estiércol animal y productos secundarios industriales seleccionados de entre el grupo de carne declarada no apta para el consumo, estiércol animal y contenido de vísceras, desechos de restauración de domicilios o restaurantes, alimento que ya no está destinado al consumo humano (“former food”), desechos hemáticos o plumas, o en una mezcla de los mismos, alimentados a un reactor biológico cerrado o hermético a los gases, bajo condiciones controladas.

Más particularmente, la presente invención incluye una etapa de separación de sólidos orgánicos homogeneizados posterior a la hidrólisis enzimática y acidificación de componentes valiosos y la recuperación de los mismos. Además, los sólidos orgánicos no separados se reciclan de vuelta a dicho reactor para someterlos a hidrólisis y acidificación adicionales.

En la presente descripción se hace referencia a las definiciones siguientes:

Lodos de aguas residuales:

constituyente sólido de aguas residuales ricas en materia orgánica y exceso de biomasa (asimismo denominados lodos excedentes) creados durante el procedimiento de tratamiento de las aguas residuales.

Componentes principales:

• Sólidos suspendidos totales (SST) (mg/l): 5000 a 300000

• Sólidos orgánicos (% m/m de los SST): 50 a 90

• pH: 6 a 8

• C (% m/m de los SST): 51 a 53

• N (% m/m de los SST): 4 a 8

• P (% m/m de los SST): 1 a 4

Hidrólisis:

degradación de compuestos complejos, principalmente sólidos orgánicos (por ejemplo, carbohidratos, proteínas y lípidos) en compuestos de peso molecular más pequeño, tales como azúcares, aminoácidos, ácidos grasos, etc. Acidificación:

después de la hidrólisis, conversión de azúcares y aminoácidos en dióxido de carbono, hidrógeno, amonio y ácidos orgánicos por bacterias acidificantes.

Sólidos secos o sólidos totales (ST):

material sólido que comprende materia orgánica digestible, asimismo conocido como “sólidos volátiles” (SV), y desechos no biodegradables, con frecuencia denominados “sólidos fijos” (SF); remanentes después de la evaporación de un líquido secado a 105°C durante dos horas; se expresa en mg/l.

Sólidos disueltos totales (SDT):

medición combinada de todos los compuestos orgánicos e inorgánicos en un líquido después de filtrarlos a través de un filtro con un tamaño de poro de 0,45 micrómetros; se expresa en mg/l.

Sólidos suspendidos totales (SST):

diferencia entre SD y SDT; se expresa en mg/l.

Sólidos agotados:

parte de los sólidos orgánicos que no puede hidrolizarse más.

Suspensión orgánica:

un agregado que comprende sólidos suspendidos, sólidos disueltos, compuesto que contienen nitrógeno y/o fósforo, y otros macroelementos y microelementos en un líquido.

Ácidos grasos volátiles (AGV):

ácidos grasos de bajo peso molecular con una cadena de carbonos de seis carbonos o menos (ácido fórmico, C1; ácido acético, C2; ácido propiónico, C3; ácido butírico, C4; ácido valérico, C5; ácido caproico, C6). Los AGV asimismo se denominan ácidos grasos de cadena corta (AGCC) o ácidos carboxílicos y resultan de la fermentación o hidrólisis de la materia orgánica.

Nutrientes valiosos:

son elementos nutrientes tal como se identifican en la norma de la UE n° 2003/2003, es decir:

• nutrientes primarios, tales como nitrógeno en forma de nitrógeno amónico (NH⁴-N); fósforo en forma de fosfatos (PO⁴-P) potasio;

• nutrientes secundarios, tales como calcio, magnesio, sodio, azufre y

• micronutrientes, tales como boro, cobalto, cobre, manganeso, hierro, molibdeno y cinc.

Termófilos:

bacterias con una temperatura de crecimiento óptima de 45 a 70 grados centígrados.

Reactor biológico termófilo (asimismo denominado 'reactor'):

reactor hermético a los gases cerrado con aberturas y accesorios que garantizan el crecimiento de los termófilos para la degradación de los desechos orgánicos.

Condiciones microaerófilas:

condiciones físicas creadas para mantener el crecimiento de bacterias que requieren niveles más bajos de oxígeno que los presentes en la atmósfera para sobrevivir; indicadas por un valor redox medido.

Producto de permeación:

sustancias, tales como gases, líquidos o vapor, que pasan a través de unos medios de purificación, mientras que impurezas, tales como sólidos insolubles, resultan retenidos por dichos medios.

DQO:

“demanda química de oxígeno” de los compuestos orgánicos presentes en una muestra de agua; determina la cantidad de materia orgánica; medida útil de la calidad del agua; se expresa en mg/l; indica la masa de oxígeno consumida por cada litro de disolución.

DQOs:

demanda química de oxígeno soluble (o disuelta); se expresa en mg/l.

DQOt:

demanda química de oxígeno total de una muestra, es la cantidad de oxígeno requerida para oxidar por completo los compuestos orgánicos a dióxido de carbono y agua; se expresa en mg/l.

Eficacia de la hidrólisis:

se mide como incremento de la proporción DQOs:DQOt.

El tratamiento biológico de los desechos orgánicos es un campo de investigación y desarrollo bien establecido. En los últimos pocos años, la investigación se ha concentrado en intentar recuperar materias valiosas a partir de los sólidos orgánicos, por ejemplo, fertilizante de compost, biogás, nitrógeno y fósforo, como parte del tratamiento y gestión de los sólidos orgánicos.

Es conocido que la patente US n° 7.927.491 da a conocer un método y sistema para integrar un biodigestor anaeróbico con un lavador de gases que puede recuperar nutrientes, lavando simultáneamente el biogás producido por el biodigestor anaeróbico. Sin embargo, dicha disolución recupera componentes valiosos únicamente en la etapa de generación de biogás.

La patente europea n° EP 0053777 da a conocer un procedimiento para higienizar los lodos de aguas residuales a temperaturas termófilas y un aparato para el mismo. Sin embargo, el procedimiento no está adaptado a la utilización de la capacidad hidrolítica de las bacterias termófilas y el aparato dado a conocer está destinado principalmente a la desinfección de lodos de bacterias patógenas, en donde se alimentan y extraen los lodos por lotes en una proporción 1 :1.

Una desventaja del procedimiento y aparato dados a conocer es que:

- los lodos, AGV y nutrientes valiosos se mantienen mezclados al sacarlos del aparato dado a conocer;

- existen termófilos que salen del aparato dado a conocer en cada ocasión en que se saca un lote de lodos;

- los AGV acumulados en el aparato dado a conocer devienen tóxicos para las bacterias termófilas, limitando de esta manera el grado de hidrólisis y acidificación.

La solicitud de patente alemana n° DE 19937876 A1 da a conocer un método y dispositivo para producir biogás, que comprende una primera etapa en la que el material orgánico se somete a hidrólisis y acidificación simultáneas por la acción de bacterias anaeróbicas facultativas que forman una corriente de sustrato. El método seguido en dicha primera etapa comprende la separación de parte del sustrato y el aislamiento de un producto de permeación y un retenido de la corriente mediante la utilización de un filtro. El producto de permeación que contiene las materias solubles, incluyendo ácidos grasos, se procesa adicionalmente en una segunda etapa en un reactor separado, y el retenido, que contiene material sólido que proporciona soporte a las bacterias, es devuelto a la etapa de hidrólisis para mantener la actividad bacteriana El método se proporciona con medios para inyectar aire y/o CO2 en el reactor.

La solicitud de patente US n° US 4510243 A da a conocer un procedimiento de digestión anaeróbica para recuperar metano a partir de desechos diluidos en agua que contienen celulosa. En primer lugar, se ajusta el contenido de sólidos de la suspensión en un tanque de suspensión. Se ajustan varios parámetros de la suspensión en un tanque de licuefacción, manteniendo la suspensión en el mismo durante varios días: el pH entre 6.5 y 8.0; el potencial redox, entre -50 y 300 mV mediante aire u oxígeno puro, y la temperatura, entre 30°C y 60°C. Finalmente, la suspensión que contiene ácidos grasos volátiles se convierte en metano y dióxido de carbono mediante el efecto de bacterias gasificantes en un tanque de gasificación.

La solicitud de modelo de utilidad alemán n° DE102009009985 da a conocer un procedimiento para incrementar la concentración del microorganismo, principalmente bacterias del metano, en un sustrato acuoso utilizado para producir gas rico en metano. Durante la primera etapa, de hidrólisis y fermentación, se ajusta la temperatura entre 30°C y 90°C. El tamaño de partícula de la sustancia seca puede encontrarse comprendida en el intervalo de 0,01 a 1,5 mm. En una segunda etapa, se separa el sustrato en un concentrado rico en material sólido y microorganismos, y por otra parte un producto de permeación bajo en energía, aunque rico en agua. Tanto el concentrado como el producto de permeación pueden reciclarse a la primera etapa.

El modelo de utilidad alemán n° DE 202009017017 U1 da a conocer un dispositivo de digestión para producir biogás mediante la utilización de un mezclador montado verticalmente y una campana. Esta última se utiliza para recoger el gas de digestión para la conversión posterior en energía térmica o eléctrica en una central energética separada y para cumplir la normativa de emisiones.

La presente invención representa un desarrollo adicional de la tecnología de hidrólisis y acidificación de desechos orgánicos conocida en la técnica anterior

El objetivo de la presente invención es mejorar la eficacia de la hidrólisis y acidificación de los desechos orgánicos homogeneizados en un reactor mediante la eliminación ya durante la hidrólisis y la acidificación de los sólidos agotados, y mejorar el rendimiento de producto de permeación que comprende carbono soluble, AGV y nutrientes valiosos que a continuación pueden utilizarse adicionalmente en procedimientos separados.

A continuación en la presente memoria, se presenta la invención haciendo referencia a la figura 1, a la figura 2 y al listado de números de referencia.

El objetivo de la presente invención consiste en un método para obtener un producto de permeación a partir de desechos orgánicos homogeneizados, en el que dicho método comprende las etapas de:

i. alimentar con los desechos orgánicos homogeneizados un reactor cerrado y hermético a los gases b; ii. hidrolizar y acidificar los desechos orgánicos homogeneizados en el reactor b bajo condiciones termófilas y microaerófilas utilizando enzimas naturales liberados por bacterias presentes en los desechos orgánicos homogeneizados;

iii. separar los desechos hidrolizados y acidificados que se han obtenido en la etapa ii, que forman - el producto de permeación, en el que dicho producto de permeación comprende una disolución acuosa de carbono soluble, ácidos grasos volátiles y nutrientes valiosos, y

- una suspensión orgánica rica en bacterias termófilas y sólidos orgánicos no hidrolizados;

iv. realimentar con la suspensión orgánica rica en bacterias termófilas y sólidos orgánicos no hidrolizados el reactor b para la hidrólisis y acidificación adicionales;

v. descargar el producto de permeación procedente del reactor b para la utilización adicional;

vi. descargar los sólidos agotados del reactor al alcanzar la concentración de sólidos fijados en el reactor, medida continuamente, un valor de 40 a 50% m/;

vii. medir continuamente la temperatura, potencial redox, pH y concentración de sólidos fijos en el reactor b; viii. ajustar la presión del espacio de cabeza en el reactor b a un equilibrio constante mediante la alimentación de gas, formado durante la hidrólisis y recogido en unos medios de ajuste de la presión, a partir de dichos medios de ajuste de la presión en el reactor b al caer la presión en el reactor b debido a la descarga del producto de permeación y/o sólidos agotados del reactor b;

ix. garantizar un tiempo de detención hidráulica de los desechos en el intervalo de 1 a 24 horas;

x. ajustar el pH a un valor entre 6 y 6.8 mediante la adición de pH en el caso de que el valor del pH se eleve a más de 6.8, o mediante la adición de álcali en el caso de que el valor del pH caiga a menos de 6.0; xi. mantener la temperatura entre 60 y 65 grados centígrados mediante unos medios para el enfriamiento y el calentamiento para garantizar las condiciones termófilas en el interior;

xii. mantener condiciones microaerófilas en el reactor b mediante el ajuste del potencial redox en el intervalo de (-300) mV y (-200) mV mediante la adición de aire u oxígeno al mismo;

xiii. llevar a cabo la etapa i. y la etapa v. en una proporción 1:1 y añadir agua al reactor mediante una tubería de agua montada en el reactor para evitar el desequilibrio hidráulico en el reactor.

Según la invención, se transfiere una suspensión orgánica diluida no hidrolizada fresca homogenizada por una tubería de alimentación a hasta el reactor b, por lotes (en adelante, 'discontinuamente') o continuamente o semicontinuamente. El contenido del reactor b se agita continuamente dentro del reactor b mediante un mezclador m. El tiempo de detención hidráulica de la suspensión en el reactor b es de 1 a 24 horas, preferentemente de 8 a 12 horas. La temperatura se ajusta opcionalmente mediante unos medios para el calentamiento y el enfriamiento 8 unidos al reactor b hasta el intervalo de 45 a 70 grados centígrados, preferentemente 60 a 65°C. El valor del pH en el reactor b se mantiene entre 4 y 7, preferentemente a aproximadamente 6.0 a 6.8, mediante la adición de ácido por unos medios de ajuste 9 del pH al elevarse el valor a más de 6.8 o mediante la adición de álcali por los mismos medios 9 al caer el valor del pH a menos de 6. El potencial redox en el reactor b se mantiene en un intervalo de (-300) mV a (-200) mV.

Durante esta etapa de hidrólisis y acidificación, los sólidos orgánicos homogeneizados, que presentan una concentración baja a intermedia de aproximadamente 2 a 15% m/m, más particularmente de 5 a 7% m/m, y un tamaño de partícula de 0.1 a 10 mm, más particularmente de 1 a 6 mm, son degradados en el reactor b. Los sólidos hidrolizados y acidificados pueden utilizarse adicionalmente en procedimientos separados, por ejemplo, en la generación de biogás.

El método de la presente invención resulta adecuado para la hidrólisis y acidificación de cualesquiera desechos orgánicos previamente homogeneizados, incluyendo lodos de aguas residuales, desechos del procesamiento alimentario, desechos comerciales, desechos agrícolas, desechos sólidos municipales orgánicos, estiércol animal, productos secundarios industriales, tales como desechos de categoría 2 y categoría 3 según la norma de la UE n° 1069/2009, o una mezcla de los mismos. La presente invención se refiere particularmente a desechos orgánicos con un contenido elevado en carbohidratos, lípidos y proteínas. Los desechos orgánicos homogeneizados pueden alimentarse continuamente, semicontinuamente o discontinuamente en el reactor b mediante una tubería de alimentación a.

Los desechos hidrolizados y acidificados que abandonan el reactor b en el fondo se agitan mediante bombas de recirculación g, f montadas en tuberías de recirculación c, h unidas al reactor b. La bomba g hace avanzar los desechos hidrolizados y acidificados hasta unos medios de separación 1 montados en la tubería h. La tubería de recirculación c es parte de un bucle de un primer ciclo, mientras que la tubería de recirculación h puede ser parte de un bucle de un segundo ciclo o del mismo ciclo.

Se aísla carbono soluble, AGV y nutrientes valiosos en forma de un producto de permeación a partir de desechos hidrolizados y acidificados por dichos medios de separación 1.

En una forma de realización preferida de la invención, se lleva a cabo la separación del producto de permeación a partir de los desechos hidrolizados y acidificados mediante filtración.

Los medios de separación 1 se componen, entre otros, de por lo menos una abertura de extracción 6 para liberar el producto de permeación, por lo menos un filtro plástico o cerámico poroso 5 con un tamaño de poro de 0,001 a 10 pm, preferentemente 0,1 pm, y por lo menos una abertura de paso 7 para introducir y/o hacer circular la suspensión orgánica hacia y de vuelta del reactor b. El plástico y la cerámica son ambos materiales que son resistentes a ácidos y a temperaturas elevadas. El filtro cerámico poroso 5 puede consistir en varias tuberías o placas planas para ampliar la superficie que separa el producto de permeación y la solución orgánica. Los medios de separación 1 asimismo pueden utilizar como filtro 5 una membrana. Se une una tubería de liberación j con una válvula a la abertura de extracción 6 a fin de ajustar la liberación del producto de permeación líquido. La solución orgánica rica en bacterias termófilas y sólidos no hidrolizados retenidos tras la separación se realimentan al reactor b por la tubería de recirculación h unida al reactor b en un lado y a una abertura de paso 7 de los medios de separación 1, en el otro lado.

Los componentes en la solución orgánica rechazados por la separación debido a que sus dimensiones son mayores que el tamaño de poro del filtro 5, se reciclan al reactor b mediante la tubería de recirculación h. Lo anterior conduce en el reactor b a una concentración más elevada de bacterias termófilas que llevan a cabo las tareas de hidrólisis y acidificación. El reciclado de la solución incrementa el tiempo de retención de sólidos y, por lo tanto, el rendimiento de la hidrólisis y la acidificación.

La descarga del producto de permeación que comprende carbono soluble, AGV y nutrientes valiosos del reactor b por la tubería de liberación j de manera continua evita que la concentración de a Gv (y la consiguiente caída de los valores del pH) alcance niveles tóxicos para las bacterias hidrolíticas y acidificantes. De hecho, la degradación de proteínas que conduce a la liberación de amonio ayuda al proceso biológico mediante el incremento de la capacidad amortiguadora en el reactor b y la estabilización del pH del reactor dentro del intervalo deseado.

Opcionalmente, la alimentación de desechos orgánicos homogeneizados en el reactor b por la tubería de alimentación a puede ser un procedimiento continuo o discontinuo. En un procedimiento de alimentación discontinuo, se alimentan desechos orgánicos a intervalos regulares o irregulares, mientras que la descarga del producto de permeación por la tubería de liberación j puede ser continua. En un procedimiento de alimentación continuo, tanto la alimentación de desechos orgánicos homogeneizados como la extracción del producto de permeación por la tubería de liberación j son continuos. En una forma de realización preferida de la invención, la cantidad total de desechos orgánicos homogeneizados que se han alimentado continua o discontinuamente es inferior o igual a la cantidad de producto de permeación descargado, es decir la descarga del producto de permeación del procedimiento de hidrólisis y acidificación, y la alimentación de desechos orgánicos homogeneizados al reactor b se llevan a cabo en una proporción 1:1. Con el fin de evitar el desequilibrio hidráulico en el reactor b (por ejemplo, reducción de los niveles de líquido), se añade opcionalmente agua de reposición al reactor b por una tubería de agua k.

Debido a que la alimentación de desechos orgánicos homogeneizados en el reactor b y la descarga del producto de permeación por la tubería de liberación j puede presentar un efecto sobre el nivel de líquido del reactor b, las condiciones de presión en el espacio de cabeza del reactor b pueden volverse inestables.

El método de la invención resulta adecuado para ajustar la presión del espacio de cabeza en el reactor b mediante unos medios de ajuste de la presión 4. Los medios 4 admiten el gas formado durante la hidrólisis y la acidificación y alimentan el gas al reactor b al caer la presión en el reactor b debido a la extracción del producto de permeación y/o los sólidos agotados. Los medios 4 se montan en una tubería de ajuste i unida al reactor b. Lo anterior evita que pase un volumen incontrolado de gas por la tubería de ajuste i hacia el interior del reactor b. Los medios 4 son preferentemente un balón de gas. Asimismo puede ser un sistema apropiado de válvulas.

Además, la extracción de los sólidos agotados del procedimiento de hidrólisis y acidificación se lleva a cabo al alcanzar la concentración de sólidos fijos en los desechos hidrolizados y acidificados un valor prefijado, preferentemente de 40 a 50% m/m, ya que esta concentración indica la acumulación de sólidos agotados en el reactor b. Las concentraciones de sólidos fijados y sólidos agotados se miden continuamente para determinar la tasa de extracción. Los medios de extracción 2 comprenden una válvula montada en una tubería de extracción unida al reactor b o a una tubería de recirculación c, h unida al reactor b.

Para garantizar las condiciones microaerófilas en el reactor b, la cantidad de gas (aire u oxígeno) inyectada en la solución orgánica reciclada se controla con unos medios de aspiración 3. Los medios de aspiración 3 podrían estar compuestos por un inyector autoaspirador con una válvula montada en una tubería de aspiración d unida al reactor b.

Una importante ventaja del método de la invención es que:

- ya durante la hidrólisis y acidificación, los sólidos agotados y un producto de permeación que comprende carbono soluble, AGV y nutrientes valiosos pueden extraerse de los desechos orgánicos hidrolizados y acidificados, permitiendo de esta manera:

o una carga más elevada del reactor b a menores costes de capital y operativos que los reactores utilizados para la hidrólisis y la acidificación tradicionales,

o procesamiento adicional del producto de permeación para recuperar los AGV, el valor de los cuales es bien conocido,

o procesamiento adicional del otro producto, los nutrientes valiosos del cual son una excelente fuente de fertilizante para la nutrición vegetal,

- la recirculación de una materia orgánica no hidrolizada rica en bacteria termófila al reactor b tras la separación acelera la hidrólisis de los desechos orgánicos homogeneizados.

Listado de dibujos

La figura 1 representa un diagrama de flujo de un reactor b que presenta dos bucles de ciclado: uno para la separación del producto de permeación y uno para la extracción de los sólidos agotados.

La figura 2 representa un reactor b que presenta únicamente un bucle de ciclado. La figura 2 asimismo es un diagrama de flujo.

Listado de números de referencia

La utilización de números y letras arábigos es accidental.

A continuación, se presentan ejemplos para mostrar algunos detalles del método según la presente invención sin que pretendan ser limitativos.

Ejemplos

Los ejemplos a continuación utilizan un reactor cerrado y hermético a los gases b para la biodegradación de sólidos orgánicos bajo condiciones termófilas (60 a 65°C) en menos de 24 horas, tal como se muestra en la figura 1 o 2, en las que dicho reactor b presenta los parámetros siguientes:

- capacidad: 800 l

- material: acero inoxidable,

- tiempo medio de detención de la solución orgánica: 10 horas, y

los elementos unidos siguientes:

- mezclador m,

- camisa de agua 8,

- tubería 1 con filtro de membrana cerámico poroso 5 montado en ella, que presenta un tamaño de poro de 0,1 |jm, una abertura de liberación 6, una tubería de liberación j unida a ella y dos aberturas de paso 7, - a tubería de alimentación

- tubería de aspiración d con inyector autoaspirador 3 que presenta una válvula,

- tubería de agua k,

- por lo menos una tubería de recirculación h,

- por lo menos una bomba de recirculación g,

- tubería de ajuste del pH 9

- tubería de extracción e con una válvula 2 , y

- balón de gas 4 unido a una tubería de ajuste i.

Ejemplo 1. Método para obtener un producto de permeación a partir de desechos orgánicos homogeneizados que se alimentan cíclicamente a un reactor.

Se pretrataron (homogeneizaron) lodos activados procedentes de una planta de aguas residuales urbanas con una concentración de sólidos secos de aproximadamente 15% m/m en primer lugar mediante dilución de los mismos con agua corriente hasta una concentración de aproximadamente 5% m/m de sólidos secos y después utilizando una trituradora con un tamiz de 1 mm para llevar el tamaño de partícula de los sólidos hasta 1 mm.

Tras el pretratamiento, los desechos orgánicos diluidos en agua no hidrolizados frescos homogeneizados se alimentaron al reactor b cíclicamente cada dos horas por la tubería de alimentación a. Los desechos permanecen durante 8 a 12 horas en el reactor b. En el caso de que la concentración de sólidos fijos en el reactor b sea superior a 40% m/m, los sólidos agotados se extraen del reactor b utilizando la válvula 2 unida a la tubería de extracción e. Los lodos remanentes se reciclan al reactor b mediante la tubería de recirculación c de un bucle de primer ciclo. Los lodos hidrolizados y acidificados que abandonaban el reactor b mediante la tubería de recirculación h del bucle de un segundo ciclo se agitaron con la bomba de recirculación g y se prensaron a través del filtro de membrana 5 unido a la tubería de recirculación h.

Se descargó el carbono soluble, AGV y nutrientes valiosos a partir del filtro 5 continuamente en forma de un producto de permeación a través de la abertura 6 de la tubería 1 montada en la tubería de recirculación h del bucle del ciclo izquierdo.

La solución orgánica que no podía pasar a través del filtro 5 se recicló de vuelta al reactor b mediante la tubería de recirculación h unida a la abertura de paso 7 de la tubería 1.

La variación de presión dentro del reactor b se mantuvo en un nivel relativamente constante utilizando el balón de gas 4. Durante el curso de la hidrólisis y la acidificación, se recogieron los gases en evaporación y vapores en el balón 4. Al caer la presión en el reactor b, el contenido del balón 4 ayuda a mantener constante la presión del espacio de cabeza en el reactor b.

Se mantuvo una temperatura de 60°C a 65°C utilizando la camisa de agua 8 montada en la pared externa del reactor b. El pH dentro del reactor b se fijó inicialmente en un valor de 6.5 mediante la adición de ácido a través de la tubería de ajuste del pH 9 y manteniéndolo en el intervalo de 6.0 a 6.8 sin adición de productos químicos.

El régimen microaerófilo dentro del reactor b se mantuvo utilizando el inyector autoaspirador 3 montado en la tubería de aspiración d a fin de mantener un valor redox de aproximadamente (-250) mV dentro del reactor b. La tabla 1 presenta los parámetros de las muestras de desechos orgánicos homogeneizados (antes de entrar en el reactor b) obtenidos en tres días diferentes:

Tabla 1: muestras de desechos orgánicos homogeneizados antes de ser alimentados al reactor

La tabla 2 muestra los resultados alcanzados referentes al producto de permeación correspondiente a las muestras de desechos de la tabla 1 alimentados al reactor b:

Tabla 2: características del producto de permeación

La comprobación de los datos del producto de permeación muestra claramente que el procedimiento mejora significativamente la hidrólisis y acidificación de los sólidos orgánicos. La tabla 2 muestra un incremento de 3.5 a 30 veces del rendimiento medido en términos de los AGV presentes, el carbono soluble presente y los nutrientes valiosos comprendidos en el producto de permeación.

Ejemplo 2

Se presenta una variación del método descrito en el ejemplo 1 en la figura 2, en la que el reactor b presenta únicamente un bucle de ciclado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para obtener un producto de permeación en disolución acuosa a partir de unos desechos orgánicos homogeneizados en el que el producto de permeación obtenido comprende unos ácidos grasos de bajo peso molecular con una cadena de carbono C¹-C⁶y nutrientes valiosos seleccionados de entre el grupo que consiste en: nitrógeno en forma de amonio (NH⁴-N) o nitrato (NO³-N), fósforo en la forma de fosfatos (PO⁴-P) y potasio, calcio, magnesio, sodio, azufre, y boro, cobalto, cobre, manganeso, hierro, molibdeno y cinc,

que comprende las etapas siguientes

i. alimentar con los desechos orgánicos homogeneizados un reactor agitado, cerrado y estanco al gas, ii. hidrolizar y acidificar los desechos orgánicos homogeneizados en el reactor bajo condiciones termófilas y microaerófilas utilizando enzimas naturales liberados por bacterias presentes en los desechos, iii. separar los desechos hidrolizados y acidificados obtenidos en la etapa ii en

• el producto de permeación, y

• una suspensión orgánica rica en bacterias termófilas y sólidos orgánicos no hidrolizados,

iv. realimentar con la suspensión orgánica rica en bacterias termófilas y sólidos orgánicos no hidrolizados el reactor para unas hidrólisis y acidificación adicionales,

v. descargar el producto de permeación obtenido para una utilización adicional,

vi. descargar los sólidos agotados del reactor cuando la concentración de sólidos fijados en el reactor, medida continuamente, alcanza un valor de 40 a 50% m/m,

vii. medir continuamente la temperatura, el potencial redox, el pH y la concentración de sólidos fijos en el reactor, viii. ajustar la presión de espacio de cabeza en el reactor a un equilibrio constante mediante alimentación con gas, formado durante la hidrólisis y recogido en unos medios de ajuste de presión, a partir de dichos medios de ajuste de presión en el reactor cuando la presión desciende en el reactor debido a la descarga del producto de permeación y/o sólidos agotados a partir del reactor,

ix. garantizar un tiempo de detención hidráulica de los desechos en el intervalo entre 1 y 24 horas, x. ajustar el pH en el reactor a un valor de entre 6.0 y 6.8 mediante la adición de ácido cuando el valor del pH ascienda por encima de 6.8, o mediante la adición de álcali cuando el valor del pH descienda por debajo de 6.0, xi. mantener la temperatura en el reactor entre 60 y 65 grados Celsius mediante unos medios para enfriar y calentar para garantizar las condiciones termófilas en el mismo,

xii. mantener las condiciones microaerófilas en el reactor ajustando el potencial redox en el intervalo de (-300) mV a (-200) mV añadiendo aire u oxígeno al mismo,

xiii. llevar a cabo la etapa i y la etapa v en una proporción 1:1 y añadir agua al reactor a través de una tubería de agua montada en el reactor para evitar el desequilibrio hidráulico en el reactor.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa i se lleva a cabo utilizando como desechos orgánicos homogeneizados, lodo de aguas residuales, desechos de tratamiento de alimentos, desechos comerciales, desechos agrícolas, desechos sólidos municipales orgánicos, abono animal, productos secundarios industriales seleccionados de entre el grupo de carne desechada, abono y contenidos de vísceras, desechos de servicio de alimentación de domicilios o restaurantes, alimento que ya no está destinado al consumo humano, sangre o plumas de desecho, o una mezcla de los mismos.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el que la etapa iii se lleva a cabo mediante filtración.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la etapa viii se realiza utilizando como medios de ajuste de presión un balón de gas.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la etapa i se lleva a cabo continuamente, semicontinuamente o discontinuamente.