ES2901050T3 - Procedimiento de biogás con recuperación de nutrientes - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para optimizar la producción de biogás a partir de una o más materias primas, producción de biogás que se lleva a cabo en al menos un segundo reactor, comprendiendo el procedimiento, (a) determinar el contenido de nitrógeno elemental total (N) en los sólidos volátiles (SV) o una razón molar de carbono con respecto a nitrógeno (C/N) de una o más materias primas, y (b) determinar el contenido de nitrógeno elemental total o el contenido de nitrógeno amoniacal total o la razón molar C/N del contenido del segundo reactor, en el que la materia prima es rica en nitrógeno cuando la razón molar C/N de la materia prima es inferior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los SV de la materia prima es superior a 40 gramos de N por kilogramo de SV, en el que la materia prima es rica en carbono cuando la razón molar C/N de la materia prima es superior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles de la materia prima es inferior a 40 gramos de N por kilogramo de SV, en el que el estado de nitrógeno en el segundo reactor es óptimo cuando la razón molar C/N en el contenido del reactor es de entre 5,0 y 12, o la cantidad de nitrógeno amoniacal total en el contenido del reactor es de entre 0,1 y 2,5 gramos por litro, o la cantidad de nitrógeno elemental total en el contenido del reactor es de entre 0,3 y 2,8 gramos por litro, (c) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (a) o en la etapa (b) indica que la materia prima es rica en nitrógeno, o que el segundo reactor está por debajo de la razón molar C/N óptima o por encima de la cantidad óptima de nitrógeno amoniacal o elemental total, entonces el procedimiento comprende tratar la materia prima rica en nitrógeno en un primer reactor con al menos una especie microbiana amonificante para producir un digestato de amoniaco, en el que un digestato de amoniaco es un digestato que se origina a partir del primer reactor en el que la materia prima se ha sometido a amonificación hasta que, preferiblemente, más del 50% del nitrógeno elemental total de la materia prima se ha convertido en amoniaco, (d) suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta un sistema de eliminación de nitrógeno, (e) tratar el digestato de amoniaco en el sistema de eliminación de nitrógeno para producir un digestato con contenido reducido en amoniaco, en el que el digestato con contenido reducido en amoniaco es un digestato de amoniaco que ha pasado por el sistema de eliminación de nitrógeno para lograr la eliminación de al menos el 80% del nitrógeno amoniacal, (f) suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor; (g) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (a) indica que la materia prima es rica en carbono, entonces el procedimiento comprende suministrar materia prima rica en carbono directamente al segundo reactor; (h) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (b) indica que el segundo reactor está por encima de la razón molar C/N óptima o por debajo de la cantidad óptima de nitrógeno amoniacal o elemental total, entonces el procedimiento comprende suministrar materia prima rica en nitrógeno directamente al segundo reactor; comprendiendo además el procedimiento (i) producir biogás a partir de la materia prima suministrada con al menos una especie microbiana metanogénica en el segundo reactor, y (j) determinar el estado de nitrógeno del digestato con contenido reducido en amoniaco después de la eliminación de nitrógeno y controlar la eficiencia del sistema de eliminación de nitrógeno y el flujo de digestato con contenido reducido en amoniaco hacia el segundo reactor, y en el que el procedimiento se lleva a cabo en un sistema que comprende: un primer reactor para tratar la materia prima rica en nitrógeno para generar un digestato de amoniaco, un sistema de eliminación de nitrógeno para generar un digestato con contenido reducido en amoniaco a partir del digestato de amoniaco, un segundo reactor para producir biogás a partir del digestato con contenido reducido en amoniaco o a partir de la materia prima rica en carbono o a partir de la materia prima rica en nitrógeno, medios para suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta el sistema de eliminación de nitrógeno, medios para suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor, medios para suministrar materia prima o nitrógeno amoniacal directamente al segundo reactor.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de biogás con recuperación de nutrientes
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento integrado para optimizar la producción de biogás mediante digestión anaerobia (DA) en dos fases de una materia prima, es decir, biomasa o material orgánico. El procedimiento integrado de la invención se refiere particularmente a la determinación del estado de nitrógeno (razón molar de carbono con respecto a nitrógeno, es decir, razón molar C/N o contenido de nitrógeno total o amoniacal) en la materia prima y en diversas etapas del procedimiento. Más particularmente, la invención proporciona la utilización del control del estado de nitrógeno para la optimización del procedimiento de DA y para introducir una variedad de materias primas diferentes en el procedimiento. El método de la invención emplea microbios amonificantes para la mineralización del nitrógeno durante la primera fase de la DA y una etapa de eliminación y recuperación de nitrógeno y fosfato antes de iniciar la segunda fase de la DA para producir biogás. Además, el método de la invención facilita la recirculación del agua de rechazo de la biogasificación al procedimiento.
Antecedentes de la invención
La digestión anaerobia de la biomasa se produce en cuatro etapas: (1) hidrólisis, (2) acidogénesis, (3) acetogénesis y (4) metanogénesis. Durante la hidrólisis, las moléculas orgánicas poliméricas se descomponen en unidades más pequeñas tales como oligómeros, dímeros y monómeros. Dependiendo del material de partida, estas unidades más pequeñas son azúcares, aminoácidos o ácidos grasos. La acidogénesis convierte luego estas moléculas en ácidos carboxílicos de cadena corta, cetonas, alcoholes, hidrógeno y dióxido de carbono. Durante la acetogénesis, los alcoholes y los ácidos carboxílicos de cadena corta se convierten en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono, que luego se convierten en metano durante la metanogénesis. Las diferentes etapas de la digestión anaerobia son realizadas por distintos grupos de microbios. Juntos, estos grupos forman un consorcio microbiano que puede realizar una digestión sinérgica de la biomasa. El consorcio consiste en (a) microbios hidrolíticos y acidógenos, (b) acetógenos y (c) metanógenos. El biogás producido como resultado de la digestión anaerobia es una mezcla de metano (50-75%) y dióxido de carbono (25-50%), así como cantidades minoritarias de otros componentes tales como sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, hidrógeno, humedad, oxígeno, amoniaco y siloxanos.
Una parte importante del nitrógeno del material orgánico está presente en los aminoácidos que componen la fracción proteica de la materia orgánica de la materia prima o biomasa. En el procedimiento de digestión anaerobia, las bacterias proteolíticas y fermentadoras de proteínas son principalmente miembros del género Clostridium (Ramsay y Pullammanappallil, 2001). Se ha informado previamente en la solicitud de patente publicada estadounidense de propiedad conjunta US2014/0271438 A1 y en la patente estadounidense de propiedad conjunta n.° 8.691.551 que la población bacteriana mixta S1 (depositada bajo los términos del Tratado de Budapest como n.° de registro de CBS 136063) es altamente activa en la degradación de compuestos nitrogenados en diversos materiales orgánicos a través de hidrólisis y acidogénesis anaerobias. Simultáneamente, la actividad microbiana libera nitrógeno orgánico como amoniaco/amonio inorgánico en un procedimiento denominado amonificación o mineralización del nitrógeno.
Otras fuentes de nitrógeno en materiales orgánicos comúnmente usados como materia prima son la urea, el ácido úrico y el amoniaco presentes en, por ejemplo, la orina y el estiércol de los animales. Además, materiales tales como lodos de las aguas residuales pueden contener una gran cantidad de nitrógeno en compuestos tales como los ácidos nucleicos. La biomasa vegetal y el forraje pueden ser ricos en nitratos, entre otras formas de nitrógeno. Las materias primas usadas normalmente en el procedimiento de esta invención incluyen, pero no se limitan a, subproductos animales, subproductos de pescado, residuos de matadero, fracción/fracciones orgánica(s) de residuos sólidos municipales, cultivos energéticos, residuos alimentarios, lodos de depuradora, subproductos de la industria alimentaria y subproductos de cultivos.
“Materia prima”, tal como se usa en el presente documento, se define como la materia de partida suministrada a una planta de procesamiento. La producción de biogás a partir de materias primas ricas en nitrógeno, por ejemplo, materiales de desecho orgánicos, va acompañada de la liberación de nitrógeno proteico en forma de amoniaco. Las altas concentraciones de amoniaco inhiben la actividad de los microbios que participan en la digestión anaerobia, lo que a su vez conduce a una acumulación de ácidos carboxílicos de cadena corta, es decir, ácidos grasos volátiles (AGV). Un estudio reciente ha demostrado que estas altas concentraciones de amoniaco provocan una disminución de la expresión de la metil-coenzima M reductasa, la enzima que cataliza la reacción de formación de metano terminal de la metanogénesis (Zhang et al. 2014). Esto conduce a un menor uso del ácido acético por parte de los metanógenos acetoclásticos, y a un posterior descenso del pH provocado por la acumulación de AGV. Este cambio en las condiciones puede conducir a su vez al cese de la hidrólisis, la acidogénesis y la amonificación de proteínas, tal como se demostró en el cultivo con Clostridium sporogenes MD1, donde una afluencia de AGV aniónicos provocó el eflujo de glutamato intracelular, el portador universal de grupos aminos en las reacciones de desaminación y transaminación del metabolismo de los aminoácidos (Flythe y Russell 2006). Además, se cree que la inhibición del producto final provocada por los altos niveles de amoniaco ralentiza los procesos metabólicos que producen amoniaco. Por tanto, el exceso de amoniaco afecta al proceso de digestión anaerobia en muchos niveles,
disminuyendo tanto la eficiencia de su propia producción como la producción de biogás.
El control de la razón molar de carbono con respecto a nitrógeno (C/N) de la materia prima puede reducir la carga de amoniaco durante la DA. La razón molar C/N expresa el número de átomos de carbono presentes por cada átomo de nitrógeno. La razón C/N también puede calcularse y expresarse como la razón másica de carbono y nitrógeno. La razón molar C/N puede derivarse de la razón másica C/N multiplicando por 1,17, es decir, la razón molar C/N es un 17% mayor que la razón másica C/N. El cálculo se basa en las diferencias de masa molar de los átomos de carbono y nitrógeno. Maneras alternativas de presentar el carbono o el nitrógeno para el cálculo de la razón C/N son la demanda química de oxígeno (DQO) o el carbono orgánico total (COT) para representar la cantidad de carbono y el nitrógeno Kjeldahl total (NKT) o el nitrógeno total (significa nitrógeno elemental total o la suma de nitrato NO3- , nitrito NO2-, nitrógeno orgánico y nitrógeno amoniacal, según el método de determinación) para representar la cantidad de nitrógeno.
En la producción de biogás, una razón C/N alta, es decir, la falta de nitrógeno, conduce a la utilización ineficiente del carbono debido a una menor cantidad de biomasa microbiana, mientras que una razón C/N baja, es decir, un exceso de nitrógeno, puede provocar la inhibición de la metanogénesis por parte del amoniaco. Una razón C/N óptima puede generarse mediante la digestión conjunta de materias primas ricas en nitrógeno y pobres en nitrógeno. Sin embargo, por ejemplo, en la biogasificación de subproductos de matadero ricos en nitrógeno, un aumento de la DQO a través de la digestión conjunta con materias primas ricas en carbono no mejoró la producción de metano a partir de las materias primas ricas en nitrógeno (Resch et al. 2011). Se ha sugerido la dA en dos fases para materias primas ricas en nitrógeno, junto con la recuperación de nitrógeno por desorción (stripping), para reducir la concentración de amoniaco durante la biogasificación (patente estadounidense n.° 6.716.351 B2). El procedimiento de la patente '351, sin embargo, limita su alcance a las materias primas ricas en nitrógeno.
En la bibliografía de patentes se ha descrito anteriormente la DA en dos fases con fases acidogénicas y metanogénicas separadas. Por ejemplo, el documento US 4.022.665 da a conocer un sistema de dos fases en el que se presenta como opción el reciclado del agua de rechazo de la biogasificación de vuelta a la primera fase, la hidrólisis/acidogénesis. Los documentos de patente US 7.309.435 B2, EP 1.181.252 B1 y EP 2.220.004 B1 describen sistemas de dos fases en los que se usa el control del potencial de oxidación-reducción, la concentración de AGV o el pH, respectivamente, para mejorar la eficiencia del procedimiento. El documento de patente US 8.642.304 B2 da a conocer un sistema de dos fases en el que el control de la concentración de AGV entre dos reactores metanogénicos mejora la digestión. Ninguno de estos documentos identifica ni describe una comunidad microbiana para llevar a cabo la hidrólisis y la acidogénesis, ni describe la recuperación de nutrientes, ni se ocupa de la composición de la materia prima ni de la posibilidad de digestión conjunta o monodigestión, ni de emplear el control del estado de nitrógeno como método para mejorar la producción de biogás.
En la DA también se han usado métodos de eliminación de amoniaco distintos de desorción. La solicitud de patente EP 2.039.775 A2 da a conocer un sistema de dos fases en el que la fermentación del amoniaco realizada con una sola cepa bacteriana, o con una mezcla de cepas bacterianas, se asocia con la eliminación de amoniaco en forma de amoniaco gaseoso mediante la agitación del material fermentado. El amoniaco o bien se pierde en la atmósfera o bien se recupera como tal para la producción de hidrógeno, pero no se recupera en una forma adecuada para su uso como fertilizante. Además, las condiciones usadas, un pH ligeramente alcalino de 8-8,5 y una temperatura de 55-65°C no favorecen la volatilización del amoniaco. La solicitud de patente EP 2.614.890 A1 describe un procedimiento de una fase en el que la eliminación de amoniaco se basa en intercambio iónico. El método requiere productos químicos para la regeneración de la resina de intercambio iónico y una cuidadosa eliminación de la materia sólida del digestato antes de su aplicación a la resina.
La solicitud de patente WO 2013038216 A1 da a conocer un procedimiento de una fase en el que se usa una comunidad microbiana caracterizada para la DA de sustratos de alto contenido proteico. La comunidad es, sin embargo, muy diferente a la de S1, consistiendo en hasta un 50% de bacterias del orden Pseudomonadales, y también por arqueas metanogénicas que están ausentes en S1.
La solicitud de patente EP 2.578.558 A1 da a conocer la recuperación de nitrógeno a partir de la DA mediante desorción que se realiza reciclando el biogás producido. Como resultado, se producen un fertilizante inorgánico de sal de amonio y un fertilizante orgánico mixto. No se usa un pH elevado durante la desorción, lo que puede provocar una desorción ineficaz del amoniaco y conducir a la inhibición por parte del amoniaco durante la DA.
La patente US 8.613.894 B2 describe métodos y sistemas para la recuperación de nutrientes del efluente de un digestor anaerobio con diferentes sistemas de calentamiento y aireación. En este procedimiento se eliminan los gases disueltos, tales como dióxido de carbono, metano y amoniaco, después de la DA con la ayuda de una temperatura elevada y aireación durante 12-36 horas. El procedimiento descrito requiere mucho tiempo y sólo eliminará el amoniaco en cierta medida.
La patente EP 0.970.922 B1 da a conocer un método para la eliminación de sustancias inhibidoras, tales como el amoniaco, del reactor de biogás mediante la separación por membrana de los componentes líquidos y sólidos. La desventaja de este método es que los AGV también son arrastrados fuera del reactor junto con el amoniaco,
reduciendo el rendimiento del biogás.
La patente EP 1.320.388 B1 da a conocer un procedimiento para la recuperación de nutrientes a partir de DA de una o dos fases mediante la separación sólido-líquido y la desorción de amoniaco. También se recircula el agua de rechazo dentro del procedimiento. El procedimiento no caracteriza la comunidad microbiana que realiza la conversión de nitrógeno orgánico en inorgánico, y no utiliza el control del estado de nitrógeno en la razón C/N para proporcionar condiciones óptimas para la DA.
El documento WO 2011/112736 A2 da a conocer un procedimiento y un aparato para producir biogás a partir de una alimentación o un sustrato, en el que se controlan las condiciones en el reactor de biogás y las propiedades del biogás producido, pero no se tiene en cuenta, por ejemplo, el estado de nitrógeno.
Ward et al. (Bioresource technology, 2008, vol. 99(17), págs. 7928-40) revisan las técnicas de optimización asociadas a la digestión anaerobia, incluyendo la configuración de reactores multietapa, y analizan la digestión conjunta para mejorar las razones de carbono con respecto a nitrógeno, pero no consideran, por ejemplo, la selección de la materia prima rica en carbono o nitrógeno ni la eliminación de nitrógeno para controlar activamente la alimentación del reactor de biogás.
El documento WO 2013/060338 A1 da a conocer un sistema y un método para generar biogás a partir de la fermentación anaerobia de material orgánico procesado. Se da a conocer la eliminación de nitrógeno, pero no se considera, por ejemplo, la selección de la materia prima rica en carbono o nitrógeno para controlar activamente la alimentación del reactor de biogás para la monodigestión o digestión conjunta de la materia prima.
El documento WO 02/015945 A1 da a conocer un sistema de reactor multietapa y un método para la digestión anaerobia de materias primas. Se da a conocer la eliminación de nitrógeno, pero no se considera, por ejemplo, la selección de la materia prima rica en carbono o nitrógeno para controlar activamente la alimentación del reactor de biogás para la monodigestión o digestión conjunta de la materia prima.
Sumario de la invención
Desde hace mucho tiempo existe la necesidad en la técnica de un procedimiento que proporcione una solución integral a los problemas anteriores. En términos generales, el procedimiento de la invención puede llevarse a cabo mediante la fermentación de la materia prima o bien en un primer reactor (para la amonificación) y en un segundo reactor (para la producción de biogás) o bien sólo en el segundo reactor, dependiendo de si el contenido de nitrógeno de la materia prima y del reactor está dentro de un intervalo óptimo. El procedimiento de la invención proporciona flexibilidad en la interfaz de la materia prima, de modo que pueden procesarse uno o más tipos de materias primas sin un periodo de aclimatación prolongado.
Por tanto, en una realización, la invención proporciona un procedimiento para optimizar la producción de biogás a partir de una o más materias primas, producción de biogás que se lleva a cabo en al menos un segundo reactor, incluyendo el procedimiento,
(a) determinar el contenido de nitrógeno elemental total (N) en los sólidos volátiles (SV) o una razón molar de carbono con respecto a nitrógeno (C/N) de una o más materias primas, y
(b) determinar el contenido de nitrógeno elemental total o el contenido de nitrógeno amoniacal total o la razón molar C/N del contenido del segundo reactor,
en el que la materia prima es rica en nitrógeno cuando la razón molar C/N de la materia prima es inferior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los SV de la materia prima es superior a 40 gramos de N por kilogramo de SV,
en el que la materia prima es rica en carbono cuando la razón molar C/N de la materia prima es superior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles de la materia prima es inferior a 40 gramos de N por kilogramo de SV,
en el que el estado de nitrógeno en el segundo reactor es óptimo cuando la razón molar C/N en el contenido del reactor es de entre 5,0 y 12, o la cantidad de nitrógeno amoniacal total en el contenido del reactor es de entre 0,1 y 2,5 gramos por litro, o la cantidad de nitrógeno elemental total en el contenido del reactor es de entre 0,3 y 2,8 gramos por litro,
(c) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (a) o en la etapa (b) indica que la materia prima es rica en nitrógeno, o que el segundo reactor está por debajo de la razón molar C/N óptima o por encima de la cantidad óptima de nitrógeno amoniacal o elemental total, entonces el procedimiento comprende tratar la materia prima rica en nitrógeno en un primer reactor con al menos una especie microbiana amonificante para producir un digestato de amoniaco,
en el que un digestato de amoniaco es un digestato que se origina a partir del primer reactor en el que la materia prima se ha sometido a amonificación hasta que, preferiblemente, más del 50% del nitrógeno elemental total de la materia prima se ha convertido en amoniaco,
(d) suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta un sistema de eliminación de nitrógeno, (e) tratar el digestato de amoniaco en el sistema de eliminación de nitrógeno para producir un digestato con contenido reducido en amoniaco,
en el que el digestato con contenido reducido en amoniaco es un digestato de amoniaco que ha pasado por el sistema de eliminación de nitrógeno para lograr la eliminación de al menos el 80% del nitrógeno amoniacal, (f) suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor;
(g) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (a) indica que la materia prima es rica en carbono, entonces el procedimiento comprende suministrar materia prima rica en carbono directamente al segundo reactor;
(h) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (b) indica que el segundo reactor está por encima de la razón molar C/N óptima o por debajo de la cantidad óptima de nitrógeno amoniacal o elemental total, entonces el procedimiento comprende suministrar materia prima rica en nitrógeno directamente al segundo reactor;
comprendiendo además el procedimiento
(i) producir biogás a partir de la materia prima suministrada con al menos una especie microbiana metanogénica en el segundo reactor, y
(j) determinar el estado de nitrógeno del digestato con contenido reducido en amoniaco después de la eliminación de nitrógeno y controlar la eficiencia del sistema de eliminación de nitrógeno y el flujo de digestato con contenido reducido en amoniaco hacia el segundo reactor,
y en el que el procedimiento se lleva a cabo en un sistema que comprende:
un primer reactor para tratar la materia prima rica en nitrógeno para generar un digestato de amoniaco, un sistema de eliminación de nitrógeno para generar un digestato con contenido reducido en amoniaco a partir del digestato de amoniaco,
un segundo reactor para producir biogás a partir del digestato con contenido reducido en amoniaco o a partir de la materia prima rica en carbono o a partir de la materia prima rica en nitrógeno,
medios para suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta el sistema de eliminación de nitrógeno,
medios para suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor,
medios para suministrar materia prima o nitrógeno amoniacal directamente al segundo reactor.
En determinadas realizaciones, la al menos una especie microbiana amonificante es una comunidad microbiana o población microbiana mixta. En determinadas realizaciones, la al menos una especie microbiana metanogénica es una comunidad microbiana. En determinados aspectos del procedimiento de la invención, la población microbiana mixta amonificante es S1, población bacteriana mixta que está depositada con el número de registro de CBS 136063.
Además, si la razón molar C/N en el contenido del segundo reactor está por encima de la razón molar C/N óptima, o la cantidad de nitrógeno elemental o amoniacal total en el contenido del segundo reactor está por debajo de la cantidad óptima de nitrógeno elemental o amoniacal total, entonces el procedimiento comprende suministrar nitrógeno al segundo reactor realizando una o más de las siguientes etapas:
(i) añadir nitrógeno amoniacal al segundo reactor,
(ii) digerir conjuntamente la materia prima rica en nitrógeno y rica en carbono en el segundo reactor,
(iii) suministrar la materia prima rica en nitrógeno directamente al segundo reactor sin realizar la amonificación o la eliminación de nitrógeno,
(iv) aumentar la concentración de nitrógeno amoniacal total o de nitrógeno elemental total en el digestato con contenido reducido en amoniaco mediante el control de la eficiencia del sistema de eliminación de nitrógeno y el control del flujo de digestato con contenido reducido en amoniaco hacia el segundo reactor.
El procedimiento de la invención también incluye, opcionalmente, una etapa de reducir el contenido de sólidos en el digestato de amoniaco antes de introducirlo en el procedimiento de eliminación de nitrógeno. Los sólidos eliminados del digestato de amoniaco se transfieren, opcionalmente, directamente al segundo reactor, o a un procedimiento de recuperación de fósforo, antes de transferir los sólidos al segundo reactor.
El procedimiento de la invención también incluye, opcionalmente, separar el digestato del segundo reactor en una fracción sólida con un contenido de sólidos aumentado y una fracción líquida con un contenido de sólidos reducido; y recircular la fracción líquida al primer o segundo reactor.
El procedimiento de la invención se lleva a cabo en un primer y segundo reactor, o en un segundo reactor, a un intervalo de temperatura adecuado para el sustrato y los microbios seleccionados. Por tanto, la temperatura en el primer reactor y/o en el segundo reactor está en el intervalo mesófilo, entre 30°C y 40°C, o está en el intervalo termófilo, entre 45°C y 60°C.
Preferiblemente, cuando se elimina el nitrógeno amoniacal del procedimiento tal como se lleva a cabo en el primer reactor, el amoniaco recuperado se encuentra en forma de agua amoniacal y/o como sal de amonio.
Preferiblemente, cuando la recuperación de fósforo se lleva a cabo como parte del procedimiento de la invención, el fósforo se recupera o bien como disolución de fosfato o bien como precipitado de sal. Opcionalmente, la disolución de fosfato se usa como absorbente en la eliminación de nitrógeno.
En una realización preferida, la amonificación se realiza en el primer reactor de la siguiente manera:
en primer lugar, una materia prima rica en nitrógeno, que comprende menos de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV, se suministra al primer reactor para la amonificación previa,
en segundo lugar, una materia prima rica en nitrógeno, materia prima rica en nitrógeno que comprende más de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV, se suministra al primer reactor para continuar la amonificación con la materia prima sometida a amonificación previa.
Opcionalmente, el gas producido en el primer reactor se dirige al segundo reactor para mejorar el rendimiento del biogás.
En una segunda realización, la invención proporciona un sistema para optimizar la producción de biogás a partir de una materia prima, sistema que incluye:
un primer reactor para tratar la materia prima rica en nitrógeno para llevar a cabo la amonificación para generar un digestato de amoniaco,
un sistema de eliminación de nitrógeno para generar un digestato con contenido reducido en amoniaco a partir del digestato de amoniaco,
un segundo reactor para producir biogás a partir del digestato con contenido reducido en amoniaco o a partir de la materia prima rica en carbono o a partir de la materia prima rica en nitrógeno,
medios para suministrar materia prima al primer reactor,
medios para suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta el sistema de eliminación de nitrógeno,
medios para suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor, y
medios para suministrar materia prima rica en carbono o materia prima rica en nitrógeno o nitrógeno amoniacal directamente al segundo reactor,
en el que el estado de nitrógeno en el sistema se controla mediante:
un primer sistema de medición que determina el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles o la razón molar de carbono con respecto a nitrógeno en la materia prima,
un segundo sistema de medición que determina la cantidad de nitrógeno amoniacal total, nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el digestato con contenido reducido en amoniaco después de la eliminación de nitrógeno,
un tercer sistema de medición que determina la cantidad de nitrógeno amoniacal total, nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el contenido del segundo reactor,
medios para controlar la distribución de la materia prima rica en nitrógeno, materia prima rica en carbono o materia prima rica en nitrógeno que comprende más de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de sólidos volátiles en el primer o segundo reactor, para mantener la cantidad de nitrógeno amoniacal total, nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el segundo reactor dentro de un intervalo óptimo,
medios para controlar la eficiencia del sistema de eliminación de nitrógeno y el flujo de la corriente de digestato con contenido reducido en amoniaco hacia el segundo reactor, basándose en los datos de medición del segundo y tercer sistema de medición, para mantener la cantidad de nitrógeno amoniacal total, nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el segundo reactor dentro de un intervalo óptimo,
en el que la materia prima es rica en nitrógeno cuando la razón molar C/N de la materia prima es inferior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los SV de la materia prima es superior a 40 gramos de N por kilogramo de SV,
en el que la materia prima es rica en carbono cuando la razón molar C/N de la materia prima es superior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles de la materia prima es inferior a 40 gramos de N por kilogramo de SV,
en el que el estado de nitrógeno en el contenido del segundo reactor es óptimo cuando la razón molar C/N es de entre 5,0 y 12, o la cantidad de nitrógeno amoniacal total es de entre 0,1 y 2,5 gramos por litro, o la cantidad de nitrógeno elemental total es de entre 0,3 y 2,8 gramos por litro.
El sistema de eliminación de nitrógeno incluye, por ejemplo, un aparato para la desorción por arrastre con aire del amoniaco o amonio producido durante la amonificación. Se contempla que los medios para suministrar materia prima al primer reactor, los medios para suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta el sistema de la eliminación de nitrógeno y los medios para suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor, y los medios para suministrar materia prima o nitrógeno amoniacal directamente al segundo reactor, incluyen bombas, conductos, tuberías y canales adecuados para transportar fluidos y contenedores y/o transportadores para mover materiales sólidos o semisólidos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un esquema que describe el flujo de materias primas en una instalación que ejecuta el sistema de la presente invención.
La figura 2 es un gráfico que muestra los resultados de un modelo computacional de la concentración de amoniaco/amonio en un reactor de biogasificación cuando se aplican diferentes estrategias de eliminación de nitrógeno.
La figura 3 es un diagrama esquemático de un sistema del procedimiento y sistema de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del modelo informático del ejemplo 2.
Descripción detallada
Por consiguiente, la invención proporciona un procedimiento en dos fases mejorado para optimizar la producción de biogás a partir de materia prima, es decir, una materia prima orgánica.
En este caso, se proporciona un sistema de dos fases para la digestión anaerobia de material orgánico. La primera fase incluye las etapas de hidrólisis y acidogénesis de la digestión anaerobia realizadas en un primer recipiente que contiene una comunidad microbiana amonificante. Durante esta fase, la mayor parte del nitrógeno orgánico contenido en la materia prima se libera en forma de amoniaco. A la amonificación le sigue una etapa de eliminación de nitrógeno. Puede aplicarse cualquier método conocido para la eliminación de nitrógeno. Después de la eliminación de nitrógeno, el material se usa como materia prima de biogás en la segunda fase de la digestión
anaerobia. Para conservar el potencial metanogénico de la materia prima, es importante que se pierda la menor cantidad posible de carbono durante la primera fase. Por tanto, la fase de amonificación se realiza de manera anaerobia para minimizar la pérdida de carbono a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. Además, el método de eliminación de nitrógeno no debe consumir ni volatilizar los AGV producidos durante la amonificación. Después de la eliminación de nitrógeno, el pH debe ser casi neutro y la concentración de amoniaco lo suficientemente baja como para facilitar las condiciones óptimas para la biogasificación. El flujo de materia prima en el sistema se dirige mediante la observación y el control del estado de nitrógeno durante las diferentes etapas del procedimiento.
El sistema ofrece varias oportunidades para aumentar la productividad y la rentabilidad del procedimiento de DA: (1) una gama más amplia de materias primas; (2) una producción de metano más eficiente y estable debido a una razón C/N y una concentración de nitrógeno elemental o amoniacal total constantes; (3) no se requiere un periodo de aclimatación prolongado entre diferentes materias primas; (4) reducción de los costes de tratamiento de aguas residuales debido a la recirculación del agua del procedimiento; (5) componentes o productos fertilizantes vendibles. Con el fin de apreciar más claramente la invención, se definen los siguientes términos. Los términos que se enumeran a continuación, a menos que se indique lo contrario, se usarán y pretenden definirse tal como se indica. A lo largo de la memoria descriptiva pueden aparecer definiciones de otros términos.
Se pretende que todos los términos en singular abarquen también las formas en plural, en tiempo activo y en pasado de un término, a menos que se indique lo contrario.
El término “nitrogenado” es un adjetivo que significa que contiene el elemento químico nitrógeno.
El término “carbonoso” es un adjetivo que significa que contiene el elemento químico carbono.
Los términos “materia prima” y “biomasa”, tal como se emplean en el presente documento, se refieren, por ejemplo, a materiales orgánicos que contienen proporciones variables de compuestos nitrogenados, por ejemplo, proteínas, ácidos nucleicos, urea y ácido úrico, y/o compuestos carbonosos no nitrogenados tales como, por ejemplo, grasas, celulosas, almidones, azúcares y lípidos. La materia prima para el procedimiento de la invención incluye, por ejemplo, materiales de desecho generados por la industria, tales como subproductos animales, subproductos de pescado, residuos de matadero, fracción orgánica de residuos sólidos municipales, cultivos energéticos, residuos alimentarios, lodos de depuradora, subproductos de la industria alimentaria y subproductos de cultivos, y similares. El término “sólidos totales” (ST), tal como se emplea en el presente documento, es una medida del contenido de materia sólida de un material. Incluye tanto los sólidos solubles como los insolubles (excepto los compuestos fácilmente volatilizables, tales como alcoholes, que pueden evaporarse durante el procedimiento de secado). Los ST es la parte que queda después de secar la muestra de material a 103-105°C durante 20-22 horas o hasta que el peso sea constante.
El término “sólidos volátiles” (SV), tal como se emplea en el presente documento, se refiere a una medida del contenido orgánico de un material. La determinación de SV se realiza a una muestra de material después de la determinación de ST, por lo que la muestra está seca antes de la calcinación. Los SV es la parte que se volatiliza (es decir, el peso que se pierde) durante la calcinación a 550°C durante 1-2 horas o hasta que el peso sea constante. Los términos “fermentación” o “fermentar” se refieren a un proceso metabólico microbiano anaerobio en el que las moléculas orgánicas sirven como donadores y aceptores de electrones. Se diferencia de la respiración, en la que los electrones derivados de las moléculas de nutrientes son donados al oxígeno (respiración aerobia) o a otras moléculas/iones inorgánicos tales como nitrato, sulfato, dióxido de carbono o hierro férrico (respiración anaerobia). En la fermentación, las moléculas de nutrientes se reducen a pequeñas moléculas orgánicas tales como alcoholes y ácidos grasos volátiles.
Los términos “reactor”, “biorreactor” o “digestor”, tal como se usan en el presente documento, definen un recipiente usado para la digestión anaerobia, la fermentación, la biogasificación, la hidrólisis, la acidogénesis o la amonificación según la invención, y estos términos se usan de manera intercambiable en el presente documento a menos que se especifique lo contrario.
Los términos “biogasificación” o “producción de biogás”, tal como se usan en el presente documento, definen un procedimiento microbiano de digestión anaerobia que produce principalmente una mezcla de metano, dióxido de carbono y otros componentes minoritarios (biogás) como producto final útil. Las cuatro etapas de la digestión anaerobia, la hidrólisis, la acidogénesis, la acetogénesis y la metanogénesis, conducen a la descomposición de las macromoléculas contenidas en el material orgánico en monómeros y, posteriormente, en pequeños compuestos orgánicos o inorgánicos solubles y en los constituyentes gaseosos del biogás.
El término “agua de rechazo”, tal como se usa en el presente documento, se define como la fase líquida del digestato de un reactor de biogasificación. El líquido se separa de la fase sólida usando métodos tales como flotación, floculación, precipitación, filtración y tamizado y dispositivos tales como una centrífuga decantadora, una
prensa de tornillo, una prensa de rodillos o una prensa de cinta.
El término “agua de dilución”, tal como se usa en el presente documento, se define como el agua que se suministra a un reactor o a un digestor sola o con agua de rechazo para diluir el contenido del reactor o del digestor para conseguir un contenido deseado de una medida deseada, tal como ST, SV o NAT.
El término “amonificación” se define en el presente documento como un proceso metabólico microbiano durante el cual el nitrógeno contenido en las moléculas orgánicas se convierte en una forma de nitrógeno inorgánico, amonio/amoniaco. En el procedimiento de esta invención, la amonificación se produce simultáneamente con la hidrólisis y la acidogénesis en el primer reactor del sistema en presencia de microbios amonificantes, ya sea una sola especie o una cepa de microbios, o una comunidad de microbios o población microbiana mixta.
El término “especie microbiana amonificante” se define en el presente documento como una especie o cepa de microbios útil para producir amoniaco o amonio durante la fermentación. Las comunidades hidrolíticas y acidogénicas incluyen géneros bacterianos tales como Bacteriocides, Clostridia, Bifidobacteria, Streptococci y Enterobacteriaceae, algunos de ellos también presentes en la población bacteriana mixta amonificante s 1 depositada con el número de registro de CBS 136063. Además, las cepas bacterianas individuales pueden realizar las etapas de hidrólisis, acidogénesis y amonificación, tales como las bacterias hiperproductoras de amoniaco Peptostreptococcus anaerobius C, Clostridium sticklandii SR y Clostridium aminophilum FT, pero normalmente no pueden por sí mismas igualar la actividad de un consorcio microbiano. Una comunidad amonificante puede surgir de los microbios contenidos en la propia materia prima, pero tal como se demuestra, por ejemplo, en la publicación de patente n.° US20140271438, la adición de un inóculo de una comunidad microbiana especializada en la descomposición y amonificación de biomoléculas nitrogenadas suele mejorar y estabilizar la eficiencia del procedimiento.
La población bacteriana mixta S1 del documento US20140271438 se caracterizó mediante pirosecuenciación de 16S y análisis de datos, y consiste en un 98,7% de bacterias pertenecientes al orden Clostridiales (TABLA 1). Sporanaerobacter acetigenes representa el 75,9% de la población bacteriana mixta total. Otros géneros comunes del orden Clostridiales presentes en S1 son Clostridium (15,5% de la población total), Caloramator y Tissierella, y la especie Mahella australiensis. Las bacterias pertenecientes a otros órdenes constituyen el 1,3% restante de S1. Normalmente, S1 puede liberar el 60-80% del nitrógeno presente en diversos materiales orgánicos, en forma de amoniaco, en el plazo de 24-72 horas. S1 puede tolerar altas concentraciones de amoniaco, mostrando actividad a < 16 g de NH4+-N l-1.
El documento US20140271438 también describió otras poblaciones bacterianas mixtas amonificantes, sobre todo una población bacteriana mixta denominada C1. El análisis de la comunidad bacteriana de las poblaciones mixtas C1 y S1 se realizó a partir de ADN obtenido mediante extracción con fenol-cloroformo-alcohol isoamílico de cultivos bacterianos en los que las células se habían alterado por batido de microesferas. La población C1 se creó mezclando harina de carne y huesos (MBM) no estéril fabricada por Findest Protein Oy, Finlandia, con agua del grifo fría en una proporción de 180 g de MBM por litro de agua. La población S1 se creó mezclando MBM no estéril (SARIA Bio-Industries AG & Co. KG, Alemania) con agua del grifo fría en una proporción de 180 g de MBM por litro de agua. La MBM se cultivó sin aireación a 50°C hasta que la concentración de NH3 se niveló y se alcanzó la fase de crecimiento estacionario.
Antes de la extracción de ADN, las poblaciones se habían cultivado durante cuatro días a 50°C añadiendo un inóculo al 5% (volumen/volumen) de S1 o C1 en medio estéril de MBM [180 g de MBM por litro de agua]. El ensayo del gen 16S bacteriano mediante pirosecuenciación de amplicones FLX codificados con etiquetas (bTEFAP) y el análisis de los datos de diversidad bacteriana fueron realizados por el Laboratorio de Investigación y Pruebas (Lubbock, Texas, EE.UU.), tal como describen Dowd et al. 2008 y Wolcott et al. 2009. Se usaron los cebadores 28F ‘GAGTTTGATCNTGGCTCAG’ (SEQ ID NO: 1) y 519R ‘GTNTTACNGCGGCKGCTG’ (SEQ ID NO: 2) para la amplificación de las regiones variables de 16S VI-3 (donde “N” es A, T/U, G o C y donde “K” es T/U o G).
El análisis de la diversidad bacteriana reveló la presencia de bacterias pertenecientes a 15 géneros diferentes (TABLA 1). Del total de 23 resultados, 16 se identificaron a nivel de especie y 7 a nivel de género. Clostridium spp. y Sporanaerobacter acetigenes son predominantes en ambas poblaciones.
Para ejemplificar la determinación de la similitud de S1 con otras comunidades microbianas, se calcularon los coeficientes de correlación a partir de los datos presentados en la TABLA 1 usando la ecuación [1], en la que X e Y se refieren a las dos matrices, C1 y S1, entre las que se calcula la correlación, x e y son valores individuales dentro de una matriz, y x e y son las medias de todos los valores dentro de una matriz. A las especies no presentes en la población (celdas vacías en la TABLA 1) se les asignó un valor de 0.
El término “sustancialmente similar” con respecto a una población bacteriana o microbiana, tal como se da a conocer en el presente documento, significa que una población bacteriana o microbiana tiene un coeficiente de correlación de al menos 0,8 cuando se compara con una o más de las poblaciones bacterianas definidas por la TABLA 1. Preferiblemente, una población bacteriana o microbiana sustancialmente similar tiene un coeficiente de correlación de al menos 0,9, y más preferiblemente, una población bacteriana o microbiana sustancialmente similar tiene un coeficiente de correlación de al menos 0,95 cuando se compara con una o más de las poblaciones bacterianas definidas por la TABLA 1. El coeficiente de correlación entre las poblaciones C1 y S1 fue de 0,9964.
TABLA 1
Por tanto, el grado de correlación entre diferentes poblaciones bacterianas o microbianas mixtas puede determinarse a partir del análisis del ADN de 16S, calculando un coeficiente de correlación según la fórmula 1.
El término “sometido a amonificación” se define en el presente documento como un material que ha sido tratado por amonificación.
El término “amonificación previa”, tal como se emplea en el presente documento, se refiere a una etapa del procedimiento que incluye la amonificación de la materia prima rica en nitrógeno antes de añadir a la mezcla la materia prima rica en nitrógeno y con un alto contenido en compuestos carbonosos fermentables, incluyendo monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables, tales como beta-glucanos, fructanos, pectinas y galactanos. En el procedimiento de esta invención, se ha determinado un límite de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV para el material que requiere amonificación previa. La amonificación previa de una materia prima rica en nitrógeno favorece la amonificación de la materia prima rica tanto en nitrógeno como en compuestos carbonosos fermentables al evitar la acidificación del medio.
El término “digestato de amoniaco”, tal como se usa en el presente documento, se define como el digestato procedente de un digestor o reactor de amonificación en el que se ha tratado la materia prima hasta que, preferiblemente, más del 50% del nitrógeno elemental total de la materia prima se convierte en amoniaco.
El término “digestato con contenido reducido en amoniaco”, tal como se usa en el presente documento, se define como el digestato de amoniaco que ha pasado por la eliminación de nitrógeno para lograr la eliminación de al menos el 80% del nitrógeno amoniacal.
El término “mesófilo”, tal como se usa en el presente documento, se refiere a los microbios que pueden crecer y fermentar en un intervalo de temperatura mesófilo, y a un procedimiento microbiano que se produce a temperaturas mesófilas, es decir, entre 30 y 40°C. La amonificación y metanogénesis mesófilas se realizan en este intervalo de temperatura.
El término “termófilo”, tal como se usa en el presente documento, se refiere a los microbios que pueden crecer y fermentar en un intervalo de temperatura termófilo, y a un procedimiento microbiano que se produce a temperaturas termófilas que están entre 45 y 60°C. La amonificación y la metanogénesis termófilas se realizan en este intervalo de temperatura.
Los términos “microbios metanogénicos” o “metanógenos”, tal como se usan en el presente documento, se refieren a los microbios con capacidad para producir un biogás que incluye metano. Los metanógenos son miembros del filo Euryarchaeota del dominio Archaea, y pertenecen a seis órdenes: Methanococcales, Methanopyrales, Methanobacteriales, Methanosarcinales, Methanomicrobiales y Methanocellales. La producción de metano se produce a lo largo de cuatro rutas distintas: metanogénesis hidrogenotrófica, acetoclástica, metilotrófica y metilotrófica dependiente de H2. Los miembros del orden Methanosarcinales utilizan una variedad de rutas metanogénicas, mientras que los cinco órdenes restantes realizan principalmente metanogénesis hidrogenotrófica. Los metanógenos en los digestores metanogénicos tienen una composición diversa, con algunos digestores dominados por metanógenos acetoclásticos y otros por hidrogenotróficos. Condiciones tales como temperatura, materia prima y concentración de amonio y acetato tienen un efecto sobre la composición de la comunidad metanogénica. Se ha determinado que tanto los digestores mesófilos como los termófilos contienen cantidades significativas de los géneros metanogénicos Methanoculleus sp., Methanobrevibacter sp., Methanobacterium sp. y Methanosaeta sp., mientras que Methanothermobacter sp. sólo se detectó en los digestores termófilos (Sundberg et al. 2013). La comunidad metanogénica se adapta a las condiciones dentro del digestor, pero los cambios demasiado rápidos pueden provocar una inhibición total de la metanogénesis. Una comunidad metanogénica es una red compleja de especies microbianas que interactúan y que, cuando se parte de materia prima no fermentada, evoluciona lentamente en condiciones anaerobias durante un periodo que va de semanas a meses. Por tanto, una comunidad metanogénica activa se adquiere más fácilmente como inóculo de un digestor metanogénico en funcionamiento.
Los términos “rico en nitrógeno” o “materia prima rica en nitrógeno”, tal como se usan en el presente documento, se refieren a una materia prima con una razón molar C/N inferior a 15, o en la que el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles (SV) es superior a 40 gramos de N por kilogramo de SV.
Los términos “rico en carbono” o “materia prima rica en carbono”, tal como se usan en el presente documento, se refieren a una materia prima con una razón molar C/N superior a 15, o en la que el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles (SV) es inferior a 40 gramos de N por kilogramo de SV.
Los términos “nitrógeno elemental total” y “nitrógeno amoniacal total” (NAT), tal como se usan en el presente documento, describen formas alternativas de evaluar el contenido de nitrógeno de la materia prima, así como el estado de nitrógeno durante el procedimiento. Estas medidas significan la cantidad de nitrógeno elemental en todas las formas de compuestos nitrogenados y la cantidad de nitrógeno presente en forma de amoniaco y/o amonio, respectivamente.
El término “estado de nitrógeno”, tal como se usa en el presente documento, se refiere a la razón molar C/N y/o al contenido de nitrógeno elemental o amoniacal total en una materia prima que se suministra al procedimiento de esta invención o que se encuentra en el contenido de los recipientes o digestores o reactores del procedimiento. El control del estado de nitrógeno se consigue ejecutando el procedimiento de manera que la razón molar C/N y/o el contenido de nitrógeno elemental o amoniacal total permanezcan dentro de los intervalos óptimos definidos en el presente documento.
El término “medios para controlar la eficiencia” se refiere generalmente a un aparato para regular los parámetros del procedimiento. En el caso de un aparato de desorción por arrastre con aire usado para la eliminación de nitrógeno, la eficiencia se controla ajustando las condiciones operativas, incluyendo el nivel de pH, la temperatura y el tiempo. En un aparato de desorción por arrastre con aire, el pH y la temperatura pueden detectarse mediante sensores en línea conectados a controladores de sonda y, además, a un programa informático. La regulación del equipo de procedimiento se realiza, por ejemplo, mediante controladores lógicos programables (PLC), controladores de automatización programables (PAC), unidades terminales remotas (RTU) y/o sistemas de control basados en PC.
Los medios de suministro de materiales a lo largo del procedimiento incluyen tuberías, conductos, bombas, transportadores y similares. Los medios de transporte de materiales sólidos pueden ser, por ejemplo, transportadores de cadena o de tornillo. Las tuberías están fabricadas, por ejemplo, de acero inoxidable EN1.4301 AISI 304. Las bombas son, por ejemplo, bombas lobulares rotativas. Las disposiciones gravitacionales también son un método contemplado para mover el material.
En términos generales, el procedimiento de la invención proporciona un sistema de medición para determinar el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles o la razón molar C/N de la materia prima que se alimentará en un primer reactor, determinar la cantidad de nitrógeno amoniacal total o nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el digestato con contenido reducido en amoniaco que se alimentará en un segundo reactor, y determinar el contenido de nitrógeno elemental total o el contenido de nitrógeno amoniacal total o la razón molar C/N en el contenido del reactor de un segundo reactor.
El nitrógeno elemental total o la razón molar C/N se determina mediante sensores o detectores diseñados para medir el nitrógeno elemental total y/o el carbono. Los sensores o detectores para medir el nitrógeno elemental total incluyen los métodos de combustión en seco (Dumas) y de oxidación en húmedo (Kjeldahl). Los sensores o detectores para medir el carbono incluyen el método de combustión en seco y, alternativamente, los métodos de demanda química de oxígeno (DQO) o de carbono orgánico total (COT). La razón molar C/N se calcula a partir de los contenidos molares de nitrógeno y carbono detectados. El nitrógeno amoniacal se determina mediante sensores o detectores que incluyen ensayos enzimáticos tras la detección fluorimétrica o espectrofotométrica, electrodo selectivo de amoniaco y métodos de creación rápida de color basados en el método de Nessler o Berthelot. También se contemplan otros sensores o detectores para monitorizar y regular el procedimiento de la invención para detectar los niveles de pH, los niveles de nutrientes específicos tales como azúcares, almidones y grasas. En particular, se contemplan sensores de amoniaco y de nitrógeno elemental total. En las materias primas que contienen proteínas, los niveles de proteínas se determinan generalmente por el contenido de nitrógeno, por ejemplo, como anteriormente.
El pH se determina, por ejemplo, electroquímicamente usando un electrodo de pH o colorimétricamente usando indicadores de pH.
Los materiales que contienen carbono se determinan mediante métodos conocidos en la técnica. Por ejemplo, los azúcares se determinan, por ejemplo, mediante métodos colorimétricos o cromatográficos. Los almidones se determinan, por ejemplo, mediante un método colorimétrico basado en la reacción del almidón con el yodo o mediante ensayos enzimáticos-colorimétricos en los que el almidón se degrada para dar glucosa que se detecta entonces colorimétricamente. Las grasas se determinan usando, por ejemplo, el método de cromatografía de gases, el método de extracción con disolventes-gravimétrico o métodos combinados de extracción-detección, donde los métodos de extracción incluyen, por ejemplo, la extracción con fluidos supercríticos y los métodos de detección incluyen, por ejemplo, detectores ultravioleta y de ionización de llama.
Basándose en el estado de nitrógeno determinado de la materia prima o del digestato con contenido reducido en amoniaco o del contenido del segundo reactor, el procedimiento se lleva a cabo como un procedimiento de digestión anaerobia en dos fases, en el que la primera fase es la amonificación en el primer reactor y la segunda fase es la biogasificación en el segundo reactor para producir biogás. Las fases están separadas por una etapa de eliminación de nitrógeno. La necesidad de aplicar la amonificación y la eliminación de nitrógeno se determina mediante la monitorización del estado de nitrógeno en el procedimiento, es decir, cuando el estado de nitrógeno lo permite, la materia prima puede alimentarse directamente al segundo reactor para la biogasificación.
La razón molar C/N óptima de una materia prima de biogás se considera generalmente de entre 20 y 30, es decir, 20-30 átomos de carbono por cada átomo de nitrógeno. Por tanto, las materias primas con una razón molar C/N inferior a 20 se considerarían ricas en nitrógeno. Sin embargo, ahora se ha determinado que en el procedimiento de esta invención una materia prima con una razón molar C/N superior a 15 puede suministrarse directamente a la fase de biogasificación.
Se ha determinado que la densidad microbiana de un reactor de biogás es de aproximadamente 1,44 x 1010 células/l de contenido del reactor (Bengelsdorf et al. 2012). Esto corresponde a un peso seco aproximado de 2,5 gramos de biomasa microbiana por litro de contenido del reactor (calculado basándose en un número de 5,81 x 1012 células por gramo de peso seco, tal como notifican Balkwill et al. 1988). El contenido de nitrógeno en la biomasa microbiana seca es de aproximadamente el 11,0% y el contenido de carbono del 47,2% (calculados basándose en la tabla 1 de Fagerbakke et al. 1996). Esto corresponde a 0,3 gramos de nitrógeno de biomasa microbiana y 1,2 gramos de carbono de biomasa microbiana por litro de contenido del reactor, y una razón molar C/N de 3,7. Sin embargo, con determinadas materias primas ahora se ha demostrado una producción óptima de biogás con razones molares C/N del contenido del reactor de entre 5 y 12. Estos valores más elevados se deben probablemente a la presencia de carbono no biodisponible y que permanece sin digerir, aunque sigue afectando a la determinación del valor de la razón molar C/N.
Además de la razón molar C/N, el control del estado de nitrógeno incluye la determinación y el uso de los niveles de
nitrógeno en la materia prima y el contenido del reactor para la toma de decisiones de control del procedimiento. Tal como se definió anteriormente, una materia prima rica en carbono tiene una razón molar C/N superior a 15. Esta razón molar C/N corresponde a una razón másica C/N de 12,82. Los sólidos volátiles (SV) es una medida del contenido orgánico de un material. En general, se reconoce que aproximadamente el 50% (masa/masa) de los SV consiste en carbono. Por tanto, cuando la razón másica C/N es de 12,82, hay aproximadamente 40 gramos de nitrógeno por kg de SV. De ello se deduce que en una materia prima rica en carbono hay menos de 40 gramos de N por kg de SV. En consecuencia, en un material rico en nitrógeno, la razón molar C/N es inferior a 15 y hay más de 40 gramos de N por kg de SV.
Tal como se describió anteriormente, la razón molar C/N óptima para la biogasificación es de 15-30. Una razón molar C/N de 30 corresponde a una razón másica C/N de 25,64, y aproximadamente 20 gramos de nitrógeno por kg de SV.
La determinación del estado de nitrógeno se usa como base para la toma de decisiones en la dirección del flujo de la materia prima en el procedimiento de la presente invención tal como se ilustra en la figura 1, en la que se presentan varias rutas para introducir la materia prima en el sistema de la presente invención. Las rutas están marcadas en la figura 1 con números romanos y se describen con detalle a continuación.
I: Cuando la materia prima es rica en nitrógeno (la razón molar C/N de la materia prima es inferior a 15 o hay más de 40 gramos de N por kg de SV) y hay suficiente nitrógeno en el reactor de biogasificación (la razón molar C/N es inferior a 12 o el nitrógeno amoniacal total es superior a 0,1 g/l o el nitrógeno elemental total es superior a 0,3 g/l), la materia prima se dirige a la amonificación.
II: Cuando el estado de nitrógeno de la materia prima rica en carbono está en el intervalo óptimo para la biogasificación (la razón molar C/N de la materia prima es de entre 15 y 30 o hay entre 20 y 40 gramos de N por kg de SV) y las condiciones en el reactor de biogasificación son óptimas para el crecimiento microbiano y la producción de biogás (la razón molar C/N es de entre 5,0 y 12 o el nitrógeno amoniacal total es de entre 0,1 y 2,5 g/l o el nitrógeno elemental total es de entre 0,3 y 2,8 g/l), la materia prima se suministra directamente a la biogasificación. En el contenido del reactor de biogasificación, la razón molar C/N es menor que en la materia prima porque el carbono se pierde del reactor en forma de metano y dióxido de carbono. Hay muy poco nitrógeno gaseoso o amoniaco presente en el biogás, por lo que la cantidad de carbono gaseoso que sale del biorreactor supera con creces la cantidad de nitrógeno gaseoso que sale del mismo.
III: Cuando la materia prima es rica en nitrógeno (la razón molar C/N de la materia prima es inferior a 15 o hay más de 40 gramos de N por kg de SV), pero hay un estado de privación de nitrógeno en el reactor de biogasificación (la razón molar C/N es superior a 12 o el nitrógeno amoniacal total es inferior a 0,1 g/l o el nitrógeno elemental total es inferior a 0,3 g/l), la materia prima se dirige a la biogasificación.
IV: Cuando el estado de nitrógeno de la materia prima rica en carbono no está en el intervalo óptimo para la biogasificación (la razón molar C/N de la materia prima es superior a 30 o hay menos de 20 gramos de N por kg de SV) y las condiciones en el reactor de biogasificación son óptimas para el crecimiento microbiano y la producción de biogás (la razón molar C/N es de entre 5,0 y 12 o el nitrógeno amoniacal total es de entre 0,1 y 25 g/l o el nitrógeno elemental total es de entre 0,3 y 2,8 g/l), o el reactor está en un estado de privación de nitrógeno (la razón molar C/N es superior a 12 o el nitrógeno amoniacal total es inferior a 0,1 g/l o el nitrógeno elemental total es inferior a 0,3 g/l), la materia prima puede o bien mezclarse con materia prima rica en nitrógeno para la digestión conjunta en el reactor de biogasificación (IVa) o bien complementarse con una fuente de nitrógeno, por ejemplo, amoniaco (NH3) (IVb). El sistema de la presente invención descrito en el presente documento incluye una etapa de eliminación de nitrógeno en la que el nitrógeno puede recuperarse en forma de amoniaco. Este amoniaco recuperado puede volver a introducirse en el sistema si es necesario. La utilización de las razones molares C/N, tal como se describe en la figura 1, para dirigir el flujo de la materia prima facilita la realización del procedimiento dentro del intervalo óptimo de niveles de nitrógeno en cada etapa del procedimiento. La presente invención simplifica la operación en la interfaz de la materia prima, en comparación con la operación de los procedimientos convencionales de digestión anaerobia en una y dos fases. Cuando el control guiado por la razón molar C/N se aplica en cada etapa del procedimiento, el sistema puede aceptar una variedad de materias primas, porque hay una ruta designada para tratar cada tipo de material.
Los experimentos con comunidades microbianas previamente notificadas, tales como la población bacteriana mixta S1, muestran que la presencia de abundantes hidratos de carbono en la materia prima conduce a la acidificación y a una disminución del pH del medio de cultivo por debajo de 6, el límite de actividad de los microbios amonificantes (véase, por ejemplo, el ejemplo 3 de la solicitud de patente estadounidense n.° 20140271438 A1). Por tanto, el bajo pH provocará que el cese de la amonificación.
En el sistema de la presente invención, una materia prima rica en nitrógeno (es decir, una razón molar C/N inferior a 15 y >40 gramos de N por kg de SV) puede dirigirse a la amonificación según los principios comentados anteriormente e ilustrados por la figura 1. Sin embargo, en el procedimiento de esta invención, se ha determinado la
acidificación cuando se someten a amonificación materias primas ricas en nitrógeno. La acidificación se produce si la materia prima tiene un alto contenido de compuestos carbonosos fermentables, incluyendo monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables tales como beta-glucanos, fructanos, pectinas y galactanos. La acidificación no se producirá si los compuestos carbonosos no son fermentables, es decir, si comprenden, por ejemplo, compuestos celulósicos. En el procedimiento de esta invención, se ha determinado un límite de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV para un material que inducirá la acidificación. Por debajo de este límite, la acidificación no se producirá hasta el punto de inhibir la amonificación.
Si se determina que una materia prima no es adecuada para la amonificación como única materia prima debido a la acidificación, el material puede tratarse con ayuda de la amonificación previa de una materia prima rica en nitrógeno. La amonificación previa puede considerarse una forma de digestión conjunta secuencial. Se realiza sometiendo a amonificación en primer lugar una materia prima rica en nitrógeno que no induce la acidificación. Después de eso, la materia prima que sí provoca la acidificación se mezcla con la materia prima sometida a amonificación previa para continuar con la amonificación. La etapa de amonificación previa proporciona un medio con una alta alcalinidad y capacidad de tamponamiento que mitiga la acidificación provocada por la rápida hidrólisis de los compuestos carbonosos fácilmente solubles. De esta manera, el nitrógeno de la materia prima que provoca la acidificación puede mineralizarse en forma de amoniaco/amonio y eliminarse en la etapa de eliminación de amoniaco antes de que pueda provocar la inhibición del amonio en la fase de biogasificación.
Configuración del procedimiento
En la figura 3, el número de referencia 1 se refiere a un recipiente usado para cultivar la población bacteriana mixta amonificante S1. La comunidad amonificante puede comprender otro tipo de comunidad microbiana o una población de una sola especie microbiana que se haya considerado eficiente para realizar la amonificación. La comunidad, población o el cultivo del recipiente 1 se usa como inóculo en el primer digestor o reactor 4 anaerobio, donde el inóculo se suministra mediante la bomba o el dispositivo 2 de alimentación. Alternativamente, el contenido del primer digestor o reactor 4 puede usarse como inóculo para un nuevo lote de materia prima. Alternativamente, no es necesario cultivar el inóculo como parte del procedimiento de esta invención, sino que la comunidad amonificante puede originarse a partir de la propia materia prima (no es necesario añadir un inóculo). El inóculo también puede producirse en una instalación externa al procedimiento de esta invención y suministrarse directamente desde la misma al primer reactor. La cantidad de inóculo es de al menos el 2,5% (volumen/volumen) del volumen total del contenido del reactor. Alternativamente, el inóculo puede estar presente en forma de biopelícula sobre el material portador sólido contenido dentro del primer digestor o reactor 4. La materia prima que va a introducirse en el procedimiento se clasifica basándose en su composición, según el esquema expuesto en el presente documento con referencia a la figura 1. El procedimiento de clasificación se representa en la figura 3 mediante el sistema 31 de clasificación de materias primas y los conductos 3A, 3B y 3C a través de los cuales se suministran las materias primas a los digestores o reactores del procedimiento. El sistema 31 de clasificación de materias primas comprende un recipiente para cada materia prima que va a suministrarse al procedimiento y medios tales como válvulas controladas por ordenador para suministrar la materia prima o bien al conducto 3A, 3b o bien 3C, dependiendo del estado de nitrógeno de la materia prima y del segundo digestor o reactor 14. La materia prima rica en nitrógeno se suministra al primer digestor o reactor 4 a través del conducto 3A. El conducto 3B se usa para introducir materia prima rica en nitrógeno que comprende más de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV al primer digestor o reactor 4 después de la amonificación previa de la materia prima rica en nitrógeno que comprende menos de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV introducida en el primer digestor o reactor 4 a través del conducto 3A. Los conductos 3A y 3B pueden sustituirse opcionalmente por un único conducto cuando el suministro de los dos tipos de materia prima al digestor o reactor 4 se realiza de manera secuencial. Antes del suministro al primer digestor o reactor 4, la materia prima puede tratarse previamente mediante procesamiento, hidrólisis térmica, tratamiento térmico o cualquier otro método para, por ejemplo, mejorar la digestibilidad, lograr la higienización o extraer componentes tales como grasas. Durante la digestión, el contenido del digestor se agita con el dispositivo 5. La agitación puede realizarse de cualquier manera aplicable utilizando un impulsor, un burbujeador, una bomba sumergible u otro tipo de dispositivo. La amonificación se realiza en condiciones anaerobias a temperaturas mesófilas que oscilan entre 30°C y 40°C, o a temperaturas termófilas que oscilan entre 45°C y 60°C.
El material sometido a amonificación se suministra por medio de la bomba o del dispositivo 6 de alimentación al dispositivo 7 que separa las fases sólida y líquida del digestato. La separación de las fases puede realizarse de cualquier manera aplicable utilizando una centrifugadora decantadora, una prensa de tornillo, una prensa de rodillos, una prensa de cinta u otro tipo de dispositivo. La fase líquida se dirige al tanque 8 de compensación, donde se recoge el digestato líquido para su almacenamiento. Si es necesario, el pH del digestato líquido puede elevarse añadiendo base desde el contenedor 9 por medio de la bomba o del dispositivo 10 de alimentación. El pH alcalino puede contribuir a la eficiencia de desorción del amoniaco cuando la eliminación de nitrógeno amoniacal se realiza usando este método. La elevación del pH puede lograrse mediante otros métodos, por ejemplo, mediante la eliminación del dióxido de carbono soluble. El digestato líquido se suministra al sistema 12 de eliminación de nitrógeno a través de la bomba o del dispositivo 11 de alimentación.
Puede emplearse cualquier método de eliminación de nitrógeno conocido. Estos incluyen métodos biológicos, tales como nitrificación/desnitrificación, y fisicoquímicos, tales como precipitación, intercambio iónico, ósmosis inversa, filtración y desorción. Sin embargo, los métodos biológicos para la eliminación de nitrógeno también pueden consumir ácidos grasos volátiles (AGV), lo que hace que el material sea menos valioso como materia prima de biogás. De manera más importante, los métodos biológicos conducen a la conversión de amoniaco en gas nitrógeno, mediante lo cual el valioso nutriente se pierde en la atmósfera. Diversos métodos fisicoquímicos facilitan la recuperación del nitrógeno en forma de amoniaco puro o de otros compuestos, normalmente sales tales como estruvita o sulfato de amonio.
La desorción es un método en el que se aplica una corriente de aire o vapor de agua para desorber el amoniaco puro en forma de gas a partir de la disolución. La volatilización eficiente del amoniaco requiere un pH alcalino y una temperatura elevada para desplazar el equilibrio amoniaco/amonio hacia el amoniaco. A continuación, el amoniaco gaseoso se recupera mediante lavado químico, es decir, absorción en agua para producir agua amoniacal o en disolución ácida para producir una sal de amonio. Cuando la eliminación de nitrógeno se realiza mediante la desorción por arrastre con aire o vapor, el flujo de gas se dirige al recipiente 13 de recuperación, tal como un lavador químico, para facilitar la recuperación del nitrógeno amoniacal. El lavado químico del amoniaco a partir del flujo de gas se realiza mediante la condensación del amoniaco gaseoso y el agua para formar agua amoniacal, o la absorción en agua o disolución ácida contenida dentro del lavador 13 químico. El sistema de desorción/lavado químico puede emplearse para la eliminación del dióxido de carbono para lograr una elevación del pH antes de la desorción del amoniaco. En este caso, se usa en primer lugar una disolución alcalina en el lavador 13 químico para absorber el dióxido de carbono de la fase líquida presente en el sistema 12 de eliminación de nitrógeno. Después de la eliminación de dióxido de carbono, se introduce agua o una disolución ácida en el lavador 13 químico para lograr la absorción del amoniaco a partir de la fase líquida y obtener un digestato líquido desprovisto de amoniaco.
El digestato líquido desprovisto de amoniaco se suministra por medio de la bomba o del dispositivo 30 de alimentación al segundo digestor o reactor 14 anaerobio para la biogasificación. El segundo digestor o reactor 14 contiene una comunidad metanogénica que produce activamente biogás. La materia prima rica en carbono se introduce en el segundo digestor o reactor 14 a través del conducto 3C siguiendo los principios expuestos con referencia a la figura 1. En el caso de privación de nitrógeno (la razón molar C/N del contenido del segundo reactor es superior a 12 o el nitrógeno elemental total o el nitrógeno amoniacal total son inferiores a 0,3 ó 0,1 gramos por litro, respectivamente) en el segundo digestor o reactor 14, la materia prima rica en nitrógeno puede introducirse en el segundo digestor o reactor 14 a través del conducto 3C, o bien sola o bien mezclada para su digestión conjunta con materia prima rica en carbono. Esto reduce la razón molar C/N, o aumenta el contenido de nitrógeno elemental total o de nitrógeno amoniacal total dentro del segundo digestor o reactor 14 hasta un intervalo óptimo (la razón molar C/N es de entre 5,0 y 12, o la cantidad de nitrógeno amoniacal total es de entre 0,1 y 2,5 gramos por litro, o la cantidad de nitrógeno elemental total es de entre 0,3 y 2,8 gramos por litro). Alternativamente, tal como se describe con referencia a la figura 1, el amoniaco derivado del recipiente 13 de recuperación puede usarse para la complementación con nitrógeno de la materia prima rica en carbono e introducirse en el segundo digestor o reactor 14 a través del conducto 3C, si la privación de nitrógeno es inminente. El mantenimiento de un estado de nitrógeno estable y dentro del intervalo óptimo (tal como se definió anteriormente) facilita el uso de una variedad de materias primas o la focalización en una materia prima específica. Durante la digestión, el contenido del digestor se agita con el dispositivo 15. La agitación puede realizarse de cualquier manera aplicable utilizando un impulsor, un burbujeador, una bomba sumergible u otro tipo de dispositivo. La biogasificación se realiza en el segundo digestor o reactor 14 bajo anaerobiosis y a temperaturas mesófilas que oscilan entre 30°C y 40°C, o a temperaturas termófilas que oscilan entre 45°C y 60°C.
La producción mesófila de biogás es normalmente más estable debido a la mayor diversidad de la población microbiana dentro del digestor. También es menos sensible a la inhibición por parte del amoniaco y requiere menos energía para el mantenimiento de la temperatura que la biogasificación termófila. Sin embargo, la producción termófila de biogás logra tiempos de retención más cortos debido a las mayores tasas de reacción, y es aplicable cuando se dispone de materia prima con un estado de nitrógeno estable. La aclimatación a la temperatura puede usarse para convertir una comunidad productora de biogás mesófila en una termófila, o viceversa. Esto normalmente requiere un largo periodo de adaptación que va de semanas a meses, por lo que a menudo es preferible adquirir un nuevo inóculo de una planta de biogás que funcione en el intervalo de temperatura deseado.
El gas producido durante la amonificación en el primer digestor o reactor 4 puede dirigirse al segundo reactor o digestor 14 de biogasificación a través del conducto 25 para utilizar el dióxido de carbono y el hidrógeno formados durante la amonificación en la mejora del rendimiento de biogás a través de la metanogénesis hidrogenotrófica.
Desde el dispositivo 7 que realiza la separación de las fases líquida y sólida, el digestato sólido puede suministrarse al recipiente 16 para el procedimiento de recuperación de fósforo. En el recipiente 16, los residuos ricos en fósforo, por ejemplo los que contienen huesos, tales como los residuos sólidos de los mataderos, pueden tratarse con una disolución ácida diluida, inorgánica u orgánica, dispensada desde el recipiente 23. El tratamiento se realiza preferiblemente con una disolución de ácido cítrico, y durante un determinado periodo de tiempo, normalmente de 24-48 horas a temperatura ambiente, con el fin de disolver el contenido de fósforo en forma de fosfatos solubles. Por tanto, se produce un componente de fertilizante líquido que contiene fosfato y se forma un fertilizante sólido de calcio
como subproducto, tal como se describe en detalle en la patente estadounidense 8.691.551 B1.
El componente líquido de fosfato también puede dirigirse al recipiente 13 y usarse como disolución ácida absorbente para el gas amoniaco. El producto de amoniaco del recipiente 13 puede dirigirse al recipiente 26 de reacción y, mediante la adición de un reactivo o una disolución que contenga magnesio a partir del recipiente 24, y la adición opcional de una base a partir del recipiente 9, puede producirse un fertilizante sólido, una estruvita. Cuando hay poco fósforo presente en la materia prima, los sólidos pueden suministrarse directamente al segundo digestor o reactor 14 para la biogasificación. Otra opción es alimentar los sólidos al procedimiento de eliminación de nitrógeno cuando la robustez del método permite tratar materia sólida. En este caso, no se requiere una etapa de separación líquido/sólido antes de la eliminación de nitrógeno, sino sólo después de la biogasificación. Después de la recuperación de fosfatos, los sólidos restantes se suministran al segundo digestor o reactor 14 mediante la bomba o el dispositivo 17 de alimentación.
Después de la biogasificación en el segundo digestor o reactor 14, el digestato se suministra por medio de una bomba o un dispositivo 18 de alimentación al dispositivo 19 que separa las fases sólida y líquida del digestato. La separación de fases puede realizarse de cualquier manera aplicable utilizando una centrífuga decantadora, una prensa de tornillo, una prensa de rodillos, una prensa de cinta u otro tipo de dispositivo. La fase líquida, es decir, el agua de rechazo, puede recircularse mediante la bomba o el dispositivo 21 de alimentación al primer digestor o reactor 4 o al segundo digestor o reactor 14, donde sirve como agua de dilución para lograr un contenido deseado de materia seca o sólidos totales (ST). Además, el agua de rechazo de la biogasificación aumenta la concentración de amoniaco en el primer digestor o reactor 4, facilitando una eliminación más eficiente del amoniaco del digestato sometido a amonificación. Alternativamente, el agua de rechazo puede utilizarse como fertilizante o dirigirse a la depuración de aguas residuales. La fracción 20 sólida puede utilizarse, por ejemplo, como fertilizante o mejorador del suelo, o puede compostarse. Alternativamente, los sólidos ricos en fósforo pueden suministrarse al procedimiento 16 de recuperación de fósforo. El biogás sale del segundo digestor o reactor 14 a través del conducto 22 de eliminación de gases.
Finalmente, la configuración ilustrada por la figura 3 tiene un primer sistema 32 de medición para determinar la razón molar de carbono con respecto a nitrógeno o el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles en la materia prima. El segundo sistema 27 de medición determina el nitrógeno elemental total, el nitrógeno amoniacal total o la razón molar de carbono con respecto a nitrógeno en el digestato con contenido reducido en amoniaco después de la eliminación de nitrógeno. El tercer sistema 28 de medición determina el nitrógeno elemental total, el nitrógeno amoniacal total o la razón molar de carbono con respecto a nitrógeno en el segundo digestor o reactor 14 mediante el muestreo del digestato. La configuración ilustrada por la figura 3 también tiene un sistema 29 de control que recibe información del primer, segundo y tercer sistema de medición para controlar la eficiencia del sistema 12 de eliminación de nitrógeno por medios tales como un temporizador controlado por ordenador y el flujo del digestato en el segundo digestor o reactor 14 por medios tales como una válvula o bomba controlada por ordenador. El control se lleva a cabo basándose en límites predeterminados para el estado de nitrógeno dentro del segundo digestor o reactor 14. El sistema 29 de control también controla el flujo de la materia prima desde el sistema 31 de clasificación de materias primas hasta el reactor o digestor 4 ó 14 siguiendo los principios expuestos con referencia a la figura 1.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos representan procedimientos y compuestos de la presente invención.
Aunque la presente invención se ha descrito con especificidad según determinadas realizaciones de la presente invención, los siguientes ejemplos además sirven únicamente para ejemplificar e ilustrar la presente invención y no pretenden limitar ni restringir el alcance efectivo de la presente invención.
EJEMPLO 1
AMONIFICACIÓN PREVIA DE MATERIAS PRIMAS QUE INDUCEN LA ACIDIFICACIÓN
En la TABLA 2 se muestran los resultados de un experimento en el que se emplearon residuos alimentarios (FW), subproductos de matadero porcino y bovino (PB) y subproductos de matadero de pollos de engorde (BC). Los residuos alimentarios tienen una razón molar C/N de aproximadamente 14. Son ricos en nitrógeno, pero contienen los suficientes compuestos carbonosos fermentables como para inducir la acidificación e inhibir la amonificación cuando se usan como única materia prima. Los subproductos de matadero tienen una razón molar C/N inferior a 10 y contienen pocos hidratos de carbono. Los resultados muestran que la amonificación previa de un material rico en nitrógeno y la consiguiente amonificación de los residuos alimentarios producen rendimientos muy superiores, en comparación con la digestión de los residuos alimentarios como única materia prima o en digestión conjunta con un material rico en nitrógeno. La digestión conjunta da un rendimiento inferior al 20% cuando se usa una mezcla del 40% de PB - 60% de FW. Sin embargo, cuando se aplica la amonificación previa, se necesita tan sólo un 20% de PB para obtener un rendimiento >50%. Las diferencias entre las materias primas se reflejan en los resultados con BC: no es tan eficiente como PB para favorecer la amonificación de los residuos alimentarios. Sin embargo, se mantiene el efecto beneficioso de la amonificación previa. La digestión conjunta requiere un 80% de BC para un rendimiento
de —50%, mientras que con la amonificación previa, un 40% de BC es suficiente para un rendimiento similar.
TABLA 2
EJEMPLO 2
MODELIZACIÓN DEL CONTENIDO DE NITRÓGENO EN EL REACTOR DE BIOGASIFICACIÓN
En el sistema de la presente invención, la materia prima puede clasificarse basándose en su composición y someterse selectivamente a la eliminación de nitrógeno para mantener la concentración de nitrógeno de un digestor de biogasificación en un nivel óptimo. Se creó un modelo computacional para modelar la concentración de nitrógeno de un reactor de biogasificación de una planta de biogás que separa las materias primas ricas en carbono y las ricas en nitrógeno y elimina el exceso de nitrógeno o bien mediante (1) la amonificación y la posterior desorción de las materias primas ricas en nitrógeno antes de la biogasificación o bien (2) la desorción del agua de rechazo después de la biogasificación.
El modelo computacional calcula la concentración de nitrógeno del reactor de biogasificación de manera iterativa basándose en un conjunto de parámetros. Para ambas materias primas, usa los siguientes parámetros: (1) concentración de nitrógeno elemental total, (2) razón de sólidos totales, (3) razón de sólidos volátiles y (4) proporción de materia prima total. Además, usa los siguientes parámetros: (1) tiempo de retención hidráulico, (2) tasa de carga orgánica, (3) razón de eliminación de sólidos volátiles, (4) una constante que representa cuántos gramos de nitrógeno están unidos a un solo gramo de sólidos en el digestor de biogasificación, (5) proporción de agua de rechazo en el agua de dilución, es decir “razón de agua de rechazo”, (6) proporción de agua de dilución que pasa por la desorción cuando la desorción se realiza antes de la biogasificación, (7) proporción de nitrógeno amoniacal que se elimina mediante la desorción, (8) proporción de nitrógeno elemental total de la materia prima rica en nitrógeno que estará en forma de amoniaco después de la amonificación y (9) qué método de eliminación de amoniaco está usándose.
El funcionamiento del modelo se ilustra en la figura 4. En el modelo ilustrado por la figura 4, los cuadrados con líneas sólidas (“-”) son procedimientos requeridos y los cuadrados con líneas discontinuas (“- - -”) son procedimientos opcionales. El modelo supone que la materia prima rica en carbono se alimenta directamente al reactor 6 de biogasificación sin ninguna eliminación de nitrógeno. Se supone que la materia prima rica en nitrógeno se alimenta al reactor de biogasificación o bien directamente o bien a través de la etapa 2 de amonificación y la etapa 4 de desorción previa a la biogasificación. Se supone que la etapa 2 de amonificación convierte el nitrógeno de la materia prima en forma de amoniaco de manera que la proporción resultante de nitrógeno amoniacal del nitrógeno total de la materia prima sometida a amonificación coincide con el parámetro pertinente del modelo. Se supone que la etapa 4 de desorción previa a la biogasificación elimina una proporción fija de nitrógeno amoniacal del digestato de
amoniaco.
Se supone que el agua de rechazo circulada a partir de la etapa 8 de separación de sólidos tiene una concentración de nitrógeno amoniacal igual a la del reactor 6 de biogasificación, ya que se supone que los sólidos contienen todo el nitrógeno no amoniacal. Se supone que el agua de rechazo circulada no contiene otras formas de nitrógeno. Si en la configuración del modelo se habilita la desorción después de la biogasificación, se supone que la desorción 10 posterior a la biogasificación elimina una proporción fija de nitrógeno del agua de rechazo circulada.
Para la dilución del agua de rechazo con agua 12 dulce, el modelo supone que el agua de rechazo circulada se combina con el agua dulce de manera que la proporción de agua de rechazo en el agua de dilución resultante coincide con el parámetro “razón de agua de rechazo”. Se supone que el agua dulce no contiene nitrógeno.
Se supone que el agua de dilución va al reactor 6 de biogasificación o bien directamente o bien a través de la amonificación 2 y la desorción 4 previa a la biogasificación. Para el agua de dilución, se supone que la amonificación no tiene ningún efecto, ya que se supone que todo el nitrógeno ya está en forma de amoniaco. Se supone que la desorción 4 previa a la biogasificación del agua de dilución elimina una proporción fija de nitrógeno amoniacal de la proporción de agua de dilución que pasa por la desorción 4 previa a la biogasificación.
El modelo se usó para estimar la concentración de nitrógeno del digestor de biogasificación de una planta de biogás que acepta una mezcla del 50% - 50% (masa húmeda) de forraje de maíz y lecho para pollos como su materia prima cuando la planta se ejecuta en diferentes configuraciones. Las configuraciones para cada ejecución de modelización se resumen en la TABLA 3, los parámetros del modelo se enumeran en la TABLA 4 y los resultados de la modelización se muestran en la figura 2.
TABLA 3
TABLA 4
Los resultados ilustrados por la figura 2 muestran que, para las configuraciones 1 y 2, los niveles de nitrógeno
amoniacal se estabilizarán, a lo largo de un periodo de tiempo de aproximadamente 125 días, hasta un nivel inferior a 2 gramos/litro, que está por debajo de los niveles típicos de inhibición. Para las configuraciones 3 y 4, los niveles de nitrógeno amoniacal se estabilizan, a lo largo de un periodo de tiempo similar, hasta un nivel de entre 3-4 gramos/litro, lo que puede conducir potencialmente a la inhibición. En la configuración 5, los niveles de nitrógeno amoniacal se elevarán rápidamente por encima de los niveles típicos de inhibición y se estabilizarán hasta un nivel superior a 12 gramos por litro si no se modifican los parámetros operativos una vez detectada la inhibición.
Los resultados muestran que la clasificación de las materias primas y el sometimiento de las materias primas ricas en nitrógeno a la eliminación de nitrógeno por medio de la amonificación, y la posterior desorción del amoniaco producido, permite la dilución de las materias primas sólo con agua de rechazo de biogasificación, manteniendo las concentraciones de nitrógeno amoniacal en el reactor de biogasificación por debajo de los niveles típicos de inhibición. La desorción del agua de rechazo, la abstención de usar el agua de rechazo para la dilución y las configuraciones sin eliminación de nitrógeno son insuficientes para mantener una concentración segura de nitrógeno amoniacal en el digestor de biogasificación.
EJEMPLO 3
ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO MEDIANTE DESORCIÓN POR ARRASTRE CON AIRE
La eliminación de amoniaco mediante desorción por arrastre con aire depende del nivel de pH y de la temperatura. El aumento del pH sirve para desplazar el equilibrio amonio/amoniaco hacia la forma de amoniaco libre, que se volatiliza fácilmente. Los iones de amonio (NH4+) existen en equilibrio con el amoniaco (NH3) según la siguiente reacción:
NH3 + H2O ^ NH4+ + OH-
Una temperatura elevada y la aireación aumentarán aún más la volatilización, y el amoniaco gaseoso formado puede absorberse en una disolución neutra o ácida. En este ejemplo, se usó un sistema de columna de desorción por arrastre con aire-lavador químico ácido para eliminar y recuperar el amoniaco.
Siguiendo la configuración del procedimiento descrita en el presente documento (véase la sección anterior en la Descripción detallada titulada “Configuración del procedimiento” relativa a la figura 3), el caldo de lecho para pollos sometido a amonificación y centrifugación (27,4 litros) se ajustó a un pH de 10,04 añadiendo una disolución de NaOH (50%) a partir del contenedor 9. A continuación, el caldo de lecho para pollos con el pH ajustado se alimentó en la unidad de eliminación de amoniaco mediante una bomba de alimentación. La unidad de eliminación de amoniaco era en este caso un aparato de desorción por arrastre con aire a escala piloto con 2,15 m de altura empaquetada y un diámetro interno de 16 cm. El caldo de lecho para pollos se calentó hasta 60°C y el amoniaco se transfirió desde la fase líquida hasta la fase gaseosa con una corriente de aire en contracorriente (flujo de líquido de 5 l/min, flujo de aire de 75 l/min). A continuación, el gas amoniaco se dirigió al lavador químico, donde el amoniaco quedó atrapado en una disolución de ácido sulfúrico que produjo sulfato de amonio como producto final. La desorción de amoniaco continuó durante 75 minutos, dando como resultado la eliminación del 98,4% de amoniaco. Las concentraciones de amoniaco y los niveles de pH iniciales y finales se presentan en la TABLA 5.
TABLA 5
La eliminación de nitrógeno también se realizó usando un aparato de desorción por arrastre con aire a escala de laboratorio con un diámetro interno de 47 mm y una altura total de 75 cm. Se sometió a amonificación un lote de plumas de pavo (sólidos totales iniciales del 12%) durante 14 días a 50°C, y después de eso se inactivó a 95°C durante 1 h. Los sólidos se separaron por tamizado y centrifugación. El procedimiento de desorción por arrastre con aire/lavado químico con plumas de pavo fermentadas se realizó siguiendo el mismo principio que el anterior en el presente documento, pero usando una disolución de ácido cítrico-fosfato como ácido absorbente. Esta disolución absorbente se produjo disolviendo hidroxiapatita de hueso mediante un tratamiento con ácido cítrico según los métodos presentados en la patente estadounidense 8.691.551 B1. La desorción se realizó a 43°C durante 5,5 horas con un total de 4 ml de adición de NaOH al 50% durante la desorción y un flujo de aire constante de 25 l/min. La eliminación de amoniaco fue del 90,9%.
EJEMPLO 4
DEMOSTRACIÓN DE PRUEBA DE CONCEPTO A ESCALA PILOTO
Las ventajas que el sistema de la presente invención (es decir, el “procedimiento Ductor”) aporta a la producción de biogás se demostraron en un sistema a escala piloto. Se hicieron funcionar dos reactores de biogás en paralelo (40 l de volumen) en condiciones termófilas durante 58 días usando:
A) materia prima sometida a amonificación y desprovista de amoniaco (procedimiento Ductor), o
B) materia prima no tratada (procedimiento convencional).
El inóculo metanogénico se había obtenido a partir de un digestor de biogasificación en funcionamiento en una planta de tratamiento de aguas residuales (planta de tratamiento de aguas residuales Viikinmaki, Helsinki, Finlandia), y se había mantenido alimentando lodos de aguas residuales (TCO = 1 kg de SV m-3 d-1; TRH = 20 días, temperatura = 50°C) durante 64 días antes del inicio de la demostración. Los reactores se alimentaron con una tasa de carga orgánica (TCO) de 2 kg de sólidos volátiles (SV) m-3 d-1y un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 21 días. Después de 21 días, la TCO se elevó hasta 3 kg de SV m-3 d-1para verificar la funcionalidad del procedimiento con una mayor densidad de materia prima. La materia prima usada fue una mezcla 50:50 (masa/masa) de lecho para pollos y forraje de maíz.
En este experimento se usaron condiciones termófilas (50°C) en ambos reactores. Sin embargo, tanto en la amonificación como en la producción de biogás, son factibles las temperaturas que van de las condiciones mesófilas a las termófilas, es decir, entre 30 y 60°C.
En el procedimiento Ductor, el lecho para pollos se sometió a amonificación durante de 5 a 7 días a 50°C. Al principio de la amonificación, la materia prima (ST del 5,2-8,4%, peso/peso) se inoculó con el 2,5% (volumen/volumen) de la población bacteriana mixta S1 que se había cultivado usando los métodos descritos en el ejemplo 1 de la solicitud de patente estadounidense n.° 20140271438 A1. Alternativamente, se usó como inóculo el 10% (en volumen) del lote de amonificación anterior. Se aplicó agitación durante un minuto cada 20 minutos mediante una bomba sumergible. Al final de la amonificación, el 63,3-83,6% del nitrógeno de la materia prima se convirtió en amoniaco. La separación de la fracción líquida y sólida se realizó con una centrífuga decantadora (DCE 205-00-32, GEA Westfalia, Alemania). Las fracciones líquida y sólida resultantes tenían un contenido de sólidos totales del 1,5-3,3% y del 26,4-29,8%, respectivamente.
La recuperación de amoniaco se realizó con un aparato de desorción por arrastre con aire a escala piloto tal como se describe en el ejemplo 3 anterior. El líquido desprovisto de amoniaco se combinó con la fracción sólida en la misma proporción que antes de la decantación. Para crear una mezcla 50:50 de materia prima, se añadió una cantidad de forraje de maíz equivalente a la masa de lecho para pollos antes de la amonificación. La materia prima se diluyó con agua de rechazo sintética que contenía la misma concentración de amonio que estaba presente en el reactor de biogasificación al mismo tiempo. En el procedimiento convencional, la mezcla 50:50 (masa/masa) de lecho para pollos y forraje de maíz se diluyó con agua de rechazo sintética tal como se describió anteriormente. El material se alimentó luego directamente en el reactor de biogasificación.
Tal como se observa a partir de los resultados notificados en la TABLA 6, el estado inicial de los reactores fue bastante similar en relación con la concentración de amonio y la producción de metano. Entre los días 5 y 25, los reactores de biogás en funcionamiento con el procedimiento convencional mostraron una producción de metano algo mayor que los reactores del procedimiento Ductor. Después del día 26, el efecto de la inhibición por parte del amonio se hizo evidente en el procedimiento convencional, provocando para el día 51 una disminución gradual de la producción de metano por debajo del 60% de la cantidad de metano producido en el procedimiento Ductor.
La concentración de amonio se mantuvo bastante constante (entre 0,5 y 0,75 g l-1) en el procedimiento Ductor a lo largo de toda la ejecución. En el procedimiento convencional, se observó un aumento de desde aproximadamente 1 hasta 4,2 g M, haciéndose evidente la inhibición por parte del amonio cuando la concentración se elevó por encima de 1,5 g M.
Las materias primas usadas, el lecho para pollos y el forraje de maíz, tenían razones molares de C/N de 10,4 y 55, respectivamente. Por tanto, se alimentaron al procedimiento siguiendo las rutas I y II descritas anteriormente en el presente documento y tal como se ilustra en la figura 1.
También se realizó una comparación entre el procedimiento Ductor y el procedimiento convencional usando agua de rechazo real, no sintética, a partir del reactor de biogasificación como diluyente de la materia prima. En este experimento, la materia prima consistió únicamente en lecho para pollos. Los resultados fueron similares: durante los 30 días de ejecución, la concentración de amonio se mantuvo por debajo de 1 g l-1 en el procedimiento Ductor, mientras que aumentó desde 1,6 hasta 3,9 g M en el procedimiento convencional. En este experimento, cuando la razón C/N de la materia prima sometida a amonificación y desorción descendió por debajo de 15, se detectó un
aumento de la concentración de amonio en el reactor de biogás. Esto significa que, además de usar diferentes rutas para dirigir el flujo de materia prima en el procedimiento, la eficiencia del sistema de amonificación y eliminación de nitrógeno puede usarse para controlar el nivel de nitrógeno amoniacal total en el reactor de biogás. Además, el resultado indica que las materias primas con una razón molar C/N inferior a 15 deben tratarse mediante amonificación y eliminación de nitrógeno.
Al estudiar la amonificación de numerosas materias primas, se ha determinado que la acidificación era la causa de la amonificación no exitosa de materias primas ricas en nitrógeno con más de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV. Una materia prima rica en nitrógeno con menos de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV puede alimentarse directamente a la amonificación. Si la materia prima induce la acidificación, se requiere una etapa de amonificación previa con una materia prima rica en nitrógeno antes de añadir la materia prima acidificante al reactor de amonificación.
Durante la demostración a escala piloto, se produjo metano de manera más eficientemente a concentraciones de amonio inferiores a 1,5 gramos por litro de contenido del reactor. Para tener en cuenta el efecto de usar materias primas alternativas y variaciones en la comunidad microbiana del reactor de biogás, se determinó un intervalo de concentración de amonio de 0,1-3 gramos por litro para obtener una producción óptima de metano. Esto corresponde aproximadamente a una concentración de nitrógeno amoniacal total de 0,1-2,5 gramos por litro. Tal como se explicó anteriormente en el presente documento, la concentración de nitrógeno elemental total debe ser de al menos 0,3 gramos por litro para favorecer el crecimiento de la comunidad microbiana en el reactor de biogás. Por consiguiente, la concentración máxima permitida para el nitrógeno elemental total es de 2,8 gramos por litro para tener en cuenta la proporción de nitrógeno amoniacal, así como las necesidades de nitrógeno de la comunidad microbiana.
TABLA 6
DECLARACIÓN DE DEPÓSITO
Se han depositado cultivos del/de los siguiente(s) material(es) biológico(s) en el siguiente depositario internacional:
Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS)
Uppsalalaan 8
3584 CT Utrecht
Países Bajos
en condiciones que satisfagan los requisitos del Tratado de Budapest sobre el reconocimiento internacional del depósito de microorganismos a los fines del procedimiento en materia de patentes.
Registro en el depositario internacional
Población bacteriana mixta depositada n.° de registro de CBS Fecha de depósito
S1 CBS 136063 22 de agosto de 2013
Referencias citadas
DOCUMENTOS DE PATENTES
US 4.022.665 05/1977 Ghosh et al.
US 6.716.351 B2 04/2004 Fassbender
EP 1.181.252 B1 04/2004 Bakke et al.
EP 1.320.388 B1 11/2005 Bonde y Pedersen
EP 0.970.922 B1 09/2007 Moro et al.
US 7.309.435 B2 12/2007 Rozich
EP 2.220.004 B1 09/2012 Gerritsen y Blankenborg
US 8.613.894 B2 12/2013 Zhao et al.
US 8.642.304 B2 02/2014 Raap et al.
US 8.691.551 B1 04/2014 Lahtinen et al.
EP 2.039.775 A2 03/2009* Iwai et al.
WO 2013038216A1 03/2013* Kovács et al.
EP 2.578.558 A1 04/2013* Natta y Donati
EP 2.614.890 A1 07/2013* Wennergren y Christensen
US 20140271438A1 09/2014* Oksanen et al.
*Fecha de publicación
OTRAS PUBLICACIONES
Balkwill, D.L., Leach, F.R., Wilson, J.T., McNabb, J.F., White, D.C. 1988. Equivalence of microbial biomass measures based on membrane lipid and cell wall components, adenosine triphosphate, and direct counts in subsurface aquifer sediments. Microbial Ecology 16: 73-84.
Bengelsdorf, F.R., Gerischer, U., Langer, S., Zak, M., Kazda, M. 2012. Stability of a biogas-producing bacterial, archaeal and fungal community degrading food residues. FEMS Microbiology Ecology 84: 201-12.
Dowd, S.E., Wolcott, R.D., Sun, Y., McKeehan, T., Smith, E., Rhoads, D. 2008. Polymicrobial nature of chronic diabetic foot ulcer biofilm infections determined using bacterial tag encoded FLX amplicon pyrosequencing (bTEFAP). PLoS ONE 3(10): e3326.
Fagerbakke, K.M., Heldal, M., Norland, S. 1996. Content of carbon, nitrogen, oxygen, sulfur and phosphorus in native aquatic and cultured bacteria. Aquatic microbial ecology 10: 15-27.
Flythe M., Russell, J. 2006. Fermentation acids inhibit amino acid deamination by Clostridium sporogenes MD1 via a mechanism involving a decline in intracellular glutamate rather than protonmotive force. Microbiology 152: 2619-24.
Ramsay, I., Pullammanappallil, P. 2001. Protein degradation during anaerobic wastewater treatment: derivation of
Claims (14)
1. Procedimiento para optimizar la producción de biogás a partir de una o más materias primas, producción de biogás que se lleva a cabo en al menos un segundo reactor, comprendiendo el procedimiento,
(a) determinar el contenido de nitrógeno elemental total (N) en los sólidos volátiles (SV) o una razón molar de carbono con respecto a nitrógeno (C/N) de una o más materias primas, y
(b) determinar el contenido de nitrógeno elemental total o el contenido de nitrógeno amoniacal total o la razón molar C/N del contenido del segundo reactor,
en el que la materia prima es rica en nitrógeno cuando la razón molar C/N de la materia prima es inferior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los SV de la materia prima es superior a 40 gramos de N por kilogramo de SV,
en el que la materia prima es rica en carbono cuando la razón molar C/N de la materia prima es superior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles de la materia prima es inferior a 40 gramos de N por kilogramo de SV,
en el que el estado de nitrógeno en el segundo reactor es óptimo cuando la razón molar C/N en el contenido del reactor es de entre 5,0 y 12, o la cantidad de nitrógeno amoniacal total en el contenido del reactor es de entre 0,1 y 2,5 gramos por litro, o la cantidad de nitrógeno elemental total en el contenido del reactor es de entre 0,3 y 2,8 gramos por litro,
(c) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (a) o en la etapa (b) indica que la materia prima es rica en nitrógeno, o que el segundo reactor está por debajo de la razón molar C/N óptima o por encima de la cantidad óptima de nitrógeno amoniacal o elemental total, entonces el procedimiento comprende tratar la materia prima rica en nitrógeno en un primer reactor con al menos una especie microbiana amonificante para producir un digestato de amoniaco,
en el que un digestato de amoniaco es un digestato que se origina a partir del primer reactor en el que la materia prima se ha sometido a amonificación hasta que, preferiblemente, más del 50% del nitrógeno elemental total de la materia prima se ha convertido en amoniaco,
(d) suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta un sistema de eliminación de nitrógeno, (e) tratar el digestato de amoniaco en el sistema de eliminación de nitrógeno para producir un digestato con contenido reducido en amoniaco, en el que el digestato con contenido reducido en amoniaco es un digestato de amoniaco que ha pasado por el sistema de eliminación de nitrógeno para lograr la eliminación de al menos el 80% del nitrógeno amoniacal,
(f) suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor;
(g) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (a) indica que la materia prima es rica en carbono, entonces el procedimiento comprende suministrar materia prima rica en carbono directamente al segundo reactor;
(h) si la determinación del estado de nitrógeno en la etapa (b) indica que el segundo reactor está por encima de la razón molar C/N óptima o por debajo de la cantidad óptima de nitrógeno amoniacal o elemental total, entonces el procedimiento comprende suministrar materia prima rica en nitrógeno directamente al segundo reactor;
comprendiendo además el procedimiento
(i) producir biogás a partir de la materia prima suministrada con al menos una especie microbiana metanogénica en el segundo reactor, y
(j) determinar el estado de nitrógeno del digestato con contenido reducido en amoniaco después de la eliminación de nitrógeno y controlar la eficiencia del sistema de eliminación de nitrógeno y el flujo de digestato con contenido reducido en amoniaco hacia el segundo reactor,
y en el que el procedimiento se lleva a cabo en un sistema que comprende:
un primer reactor para tratar la materia prima rica en nitrógeno para generar un digestato de amoniaco,
un sistema de eliminación de nitrógeno para generar un digestato con contenido reducido en amoniaco a partir del digestato de amoniaco,
un segundo reactor para producir biogás a partir del digestato con contenido reducido en amoniaco o a partir de la materia prima rica en carbono o a partir de la materia prima rica en nitrógeno,
medios para suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta el sistema de eliminación de nitrógeno,
medios para suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor,
medios para suministrar materia prima o nitrógeno amoniacal directamente al segundo reactor.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que si la razón molar C/N en el contenido del segundo reactor está por encima de la razón molar C/N óptima, o la cantidad de nitrógeno elemental o amoniacal total en el contenido del segundo reactor está por debajo de la cantidad óptima de nitrógeno elemental o amoniacal total, entonces el procedimiento comprende suministrar nitrógeno al segundo reactor realizando una o más de las siguientes etapas:
(i) añadir nitrógeno amoniacal al segundo reactor,
(ii) digerir conjuntamente la materia prima rica en nitrógeno y rica en carbono en el segundo reactor,
(iii) suministrar la materia prima rica en nitrógeno directamente al segundo reactor sin realizar la amonificación o la eliminación de nitrógeno,
(iv) aumentar la concentración de nitrógeno amoniacal total o de nitrógeno elemental total en el digestato con contenido reducido en amoniaco mediante el control de la eficiencia del sistema de eliminación de nitrógeno y el control del flujo de digestato con contenido reducido en amoniaco hacia el segundo reactor.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la materia prima se trata en el primer reactor hasta que más del 50% del nitrógeno elemental total del material se convierte en amoniaco.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la al menos una especie microbiana amonificante es una población bacteriana mixta productora de amoniaco S1 depositada con el número de registro de CBS 136063.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procedimiento de eliminación de nitrógeno comprende la recuperación de amoniaco como agua amoniacal o una sal de amonio.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además reducir el contenido de sólidos en el digestato de amoniaco antes de introducirlo en el sistema de eliminación de nitrógeno.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, que comprende además introducir los sólidos eliminados del digestato de amoniaco directamente en el segundo reactor.
8. Procedimiento según la reivindicación 6, que comprende además
introducir los sólidos eliminados del digestato de amoniaco en un procedimiento de recuperación de fósforo antes de transferir los sólidos al segundo reactor;
recuperar el fósforo como disolución de fosfato o precipitado de sal; y usar la disolución de fosfato como absorbente en el sistema de eliminación de nitrógeno.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además separar el digestato del segundo reactor en una fracción sólida con un contenido de sólidos aumentado y una fracción líquida con un contenido de sólidos reducido; y recircular la fracción líquida al primer o segundo reactor.
10. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la temperatura en el primer reactor y/o en el segundo reactor está en el intervalo mesófilo, es decir, entre 30°C y 40°C.
11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la temperatura en el primer reactor y/o en el segundo reactor está en el intervalo termófilo, es decir, entre 45°C y 60°C.
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la amonificación se realiza en el primer reactor de la siguiente manera:
en primer lugar, una materia prima rica en nitrógeno, que comprende menos de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV, se suministra al primer reactor para su amonificación previa,
en segundo lugar, una materia prima rica en nitrógeno, que comprende más de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de SV, se suministra al primer reactor para continuar la amonificación con la materia prima sometida a amonificación previa.
13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas producido en el primer reactor se dirige al segundo reactor para mejorar el rendimiento del biogás.
14. Sistema para optimizar la producción de biogás a partir de una materia prima, sistema que comprende:
un primer reactor para tratar la materia prima rica en nitrógeno para llevar a cabo la amonificación para generar un digestato de amoniaco,
un sistema de eliminación de nitrógeno para generar un digestato con contenido reducido en amoniaco a partir del digestato de amoniaco,
un segundo reactor para producir biogás a partir del digestato con contenido reducido en amoniaco o a partir de la materia prima rica en carbono o a partir de la materia prima rica en nitrógeno,
medios para suministrar materia prima al primer reactor,
medios para suministrar el digestato de amoniaco desde el primer reactor hasta el sistema de eliminación de nitrógeno,
medios para suministrar el digestato con contenido reducido en amoniaco desde el sistema de eliminación de nitrógeno hasta el segundo reactor, y
medios para suministrar materia prima rica en carbono o materia prima rica en nitrógeno o nitrógeno amoniacal directamente al segundo reactor,
en el que el estado de nitrógeno en el sistema se controla mediante:
un primer sistema de medición que determina el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles o la razón molar de carbono con respecto a nitrógeno en la materia prima,
un segundo sistema de medición que determina la cantidad de nitrógeno amoniacal total, nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el digestato con contenido reducido en amoniaco después de la eliminación de nitrógeno,
un tercer sistema de medición que determina la cantidad de nitrógeno amoniacal total, nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el contenido del segundo reactor,
medios para controlar la distribución de la materia prima rica en nitrógeno, materia prima rica en carbono o materia prima rica en nitrógeno que comprende más de 60 gramos de monosacáridos, oligosacáridos, almidones o fibras alimenticias fermentables por kg de sólidos volátiles en el primer o segundo reactor, para mantener la cantidad de nitrógeno amoniacal total, nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el segundo reactor dentro de un intervalo óptimo,
medios para controlar la eficiencia del sistema de eliminación de nitrógeno y el flujo de la corriente de digestato con contenido reducido en amoniaco hacia el segundo reactor, basándose en los datos de medición del segundo y tercer sistema de medición, para mantener la cantidad de nitrógeno amoniacal total, nitrógeno elemental total o la razón molar C/N en el segundo reactor dentro de un intervalo óptimo, en el que la materia prima es rica en nitrógeno cuando la razón molar C/N de la materia prima es inferior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los SV de la materia prima es superior a 40 gramos de N por kilogramo de SV,
en el que la materia prima es rica en carbono cuando la razón molar C/N de la materia prima es superior a 15, o el contenido de nitrógeno elemental total en los sólidos volátiles de la materia prima es inferior a 40 gramos de N por kilogramo de SV, y
en el que el estado de nitrógeno en el contenido del segundo reactor es óptimo cuando la razón molar
C/N es de entre 5,0 y 12, o la cantidad de nitrógeno amoniacal total es de entre 0,1 y 2,5 gramos por litro, o la cantidad de nitrógeno elemental total es de entre 0,3 y 2,8 gramos por litro.
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| CN107759045A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-03-06 | 江南大学 | 一种提高剩余污泥厌氧消化效果的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4022665A (en) | 1974-12-09 | 1977-05-10 | Institute Of Gas Technology | Two phase anaerobic digestion |
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| US6464875B1 (en) | 1999-04-23 | 2002-10-15 | Gold Kist, Inc. | Food, animal, vegetable and food preparation byproduct treatment apparatus and process |
| DE60114863T2 (de) * | 2000-08-22 | 2006-09-14 | Green Farm Energy A/S Af Juli 2004, Laurbjerg | Konzept zur trennung von aufschlämmung und herstellung von biogas |
| US6391203B1 (en) | 2000-11-22 | 2002-05-21 | Alexander G. Fassbender | Enhanced biogas production from nitrogen bearing feed stocks |
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| WO2009055793A1 (en) * | 2007-10-25 | 2009-04-30 | Landmark Structures I, Lp | System and method for anaerobic digestion of biomasses |
| NL2001067C2 (nl) | 2007-12-07 | 2009-06-09 | Spark Origin B V | Werkwijze en inrichting voor het omzetten van biomassa in methaan. |
| JP5386112B2 (ja) | 2008-05-23 | 2014-01-15 | 大成建設株式会社 | 有機性廃棄物の処理方法 |
| CA2641270C (en) * | 2008-06-25 | 2013-08-27 | Gemini Corporation | Apparatus and process for production of biogas |
| JP5414090B2 (ja) | 2008-10-09 | 2014-02-12 | 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 | 並行複式無機化反応を行う微生物群が固定化された固体担体、触媒カラム、および、植物栽培用固形培地の製造方法 |
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| EP2419516B1 (en) | 2009-04-17 | 2015-03-18 | Koninklijke Coöperatie Cosun U.A. | Process for producing methane from biomass |
| WO2011112736A2 (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-15 | Enos Loy Stover | Optimized biogas (biomethane) production from anaerobic reactors |
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| HUP1100510A2 (en) | 2011-09-14 | 2013-04-29 | Univ Szegedi | Production of biogas from protein-rich material |
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