ES2951608A1 - Reactor aerobio cerrado - Google Patents

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Abstract

El procedimiento y aparato para el compostaje de residuos orgánicos está destinado a la valorización de la fase sólida del digestato procedente de las plantas de generación de biogás mediante un proceso de compostaje en el que se reduce el tiempo y el espacio requeridos para la obtención de compost. Concretamente se refiere a un procedimiento y aparato para la digestión aerobia de residuos con una humedad máxima del 80%, sin solidos gruesos. El residuo puede proceder de orígenes diversos, tales como el digestato procedentes de procesos de biometanización, lodos de industrias agroalimentarias y residuos ganaderos.

Description

DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA EL COMPOSTAJE DE RESIDUOS
ORGÁNICOS
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención pertenece al sector del reciclaje y más concretamente al de valorización de residuos para la obtención de fertilizantes orgánicos.
El objeto principal de la presente invención es un procedimiento y aparato destinado a la valorización de la fase sólida del digestato procedente de las plantas de generación de biogás mediante un proceso de compostaje en el que se reduce el tiempo y el espacio requeridos para la obtención de compost.
Concretamente se refiere a un procedimiento y aparato para la digestión aerobia de residuos con una humedad máxima del 80%, sin solidos gruesos. El residuo puede proceder de orígenes diversos, tales como el digestato procedentes de procesos de biometanización, lodos de industrias agroalimentarias y residuos ganaderos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Se entiende por compostaje el proceso de descomposición de la materia orgánica proveniente de materiales que la contienen, por medio de una gran variedad de microorganismos en un medio húmedo y aireado para dar en su etapa final un material rico en humus, muy utilizado en el mejoramiento o enmienda orgánica de suelos empobrecidos y agotados.
El material de desecho o residuo que constituye la materia prima del proceso de compostaje contiene generalmente diferentes tipos de microorganismos idóneos para realizar el proceso, comenzando el mismo cuando el nivel de oxígeno, la humedad y el contenido de alimentos es el adecuado para el crecimiento y reproducción de la población microbiana encargada de la descomposición. Los requerimientos de alimentos normalmente son suministrados por este material de desecho que se destina a compostaje.
Se entiende por compost al producto resultante de la transformación biológica, mediante microorganismos, del material orgánico procedente de distintas fuentes tales como estiércol, residuos de cultivos, hojarasca de bosques y material leñoso, componentes orgánicos contenidos en los residuos sólidos urbanos (restos de la preparación de comidas, papeles, cartones, residuos de podas y jardín, flores muertas, entre otros) y lodos provenientes de plantas depuradoras de aguas residuales.
En la agroindustria se está generando una gran cantidad de residuos sólidos, siendo una necesidad su compostaje para ser valorizados como fertilizantes. Por otro lado, los requerimientos ambientales, están imponiendo el compostaje como MTD, (Mejores Tecnologías Disponibles).
En la actualidad una buena parte de estos residuos no reciben tratamiento alguno y se gestionan mediante la aplicación directa a suelo (campo). En otros casos el residuo se transporta a grandes centros de compostaje para su elaboración con sistemas de compostaje tradicional en suelo, compostaje abierto. Esta práctica requiere transportes a importantes distancias en algunos casos, de un producto que es agua en un 60-80%.
Una opción poco desarrollada es el compostaje en origen con un sistema industrializado, que requiera menos espacio físico, que permita un elevado grado de automatización y que optimice los tiempos.
En nuevos proyectos industriales con la generación de residuos orgánicos tales como los descritos, una alternativa a la gestión actual es la implantación de una instalación de compostaje industrializada.
Los procesos actuales de compostaje en su mayor parte son sistemas abiertos, en los que tiene lugar una reacción microbiológica de mineralización junto a una reacción parcial de humidificación de la fracción orgánica en unos períodos de tiempo mínimos (3 meses), que son difíciles de acortar a (3-4 semanas), ya que los procesos están sometidos a los ciclos biológicos de los microorganismos que intervienen.
Estas plantas tienen la ventaja de:
- Bajos costes de inversión
- Consumos bajos de energía.
- Operación sencilla, la operativa no requiere personal cualificado.
Los inconvenientes que presenta son:
- Malos olores.
- Costes de operación elevados, requerimientos elevados de mano de obra, - Ocupan una gran superficie de terreno.
- Ciclos de producción elevados.
En una primera revisión del estado del arte se observa:
- Que se han desarrollado reactores de digestión cerrados enfocados principalmente a los Residuos Sólidos Urbanos (RSU). Estos residuos son heterogéneos y con una cantidad elevada de impropios, por lo que la problemática y soluciones diferentes a las que platea el proyecto.
- La parte del reactor, en la mayoría de los casos, está formado por un trómel adaptado de otros procesos.
Las soluciones existentes en el mercado presentan la siguiente problemática:
1- Son soluciones que desarrollan solamente una parte del proceso. El proceso completo es mucho más complejo.
2- Las capacidades de tratamiento son bajas, con unos altos costes de operación y mantenimiento.
3- Son complejas de transportar y controlar.
4- Los temas de energía no están resueltos.
5- La mayoría de las soluciones están pensadas para trabajar de forma discontinua.
6- No se observa que traten los malos olores que se pueden generar en el reactor.
7- El volteo lo hacen con sistemas de trómel o volteo tipo tornillo sin fin vertical.
La realización de un compostaje industrializado como el descrito en el presente documento, requiere de una tecnología muy distinta a la utilizada de forma masiva en la actualidad. La presente patente de invención presenta un sistema, radicalmente diferente al proceso convencional, para poder reducir los tiempos del proceso y realizar un control automatizado del mismo.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere al desarrollo y optimización de un proceso de compostaje cerrado, especialmente concebido para obtener un residuo compostado en un tiempo y espacio reducidos.
El procedimiento de la presente invención tiene en cuenta un residuo de entrada homogéneo sin solidos gruesos, con una humedad de hasta el 80%, un residuo típico de un digestato solido procedente de la separación de las fases sólida y líquida de un proceso de digestión anaerobia en vía húmeda.
El proceso se desarrolla de forma modular, realizando los equipos principales en contenedores comerciales de 12 m., de forma que se replican los módulos hasta alcanzar las capacidades necesarias para cada planta. La capacidad de tratamiento mínima de una línea de módulos es de 1Tn/d.
El proceso consta de una línea compuesta por los siguientes elementos o sistemas.
- Sistema de secado previo.
Consiste en una etapa previa a la digestión aerobia del residuo en la que se reduce la humedad a valores del 60-70%. Con este proceso se logra que el residuo comience el proceso de compostaje en el momento de entrada al digestor. El equipo consiste en un secador lineal de suelo móvil, montado sobre un contenedor, en el que el residuo es secado con aire caliente a 70°C, hasta alcanzar la humedad deseada.
- Sistema de compostaje.
Es el equipo principal del proceso. Se diseña de forma modular, con las dimensiones exteriores de un contenedor marino de 12 m. En su interior se reproducen unas condiciones ideales para la digestión aerobia del residuo, para logra la optimización de tiempo de residencia en su interior. Las características del este sistema son:
a. Control de temperatura mediante un sistema de calefacción / refrigeración que aporta las necesidades térmicas requeridas en cada fase del proceso.
b. Control de la humedad mediante un sistema de riego por aspersión que aporta la humedad requerida al residuo en cada fase. c. Control del PH, que permite corregir este parámetro mediante el sistema de riego para la aditivación del corrector requerido.
d. Control de la aireación mediante un sistema de combinado de volteo del residuo y la inyección de aire, mediante turbinas regulables.
- Sistema de tratamiento de gases.
Este equipo consta de un biofiltro para tratar los gases de salida del proceso de digestión aerobia. Los gases generados en el proceso son susceptibles de generar malos olores y en consecuencia es necesario tratarlos previamente a su expulsión a la atmósfera.
El aparato y procedimiento para el compostaje de residuos orgánicos está compuesto básicamente por las siguientes operaciones:
Figura (1)
- Entrada de residuo (1)
- Lixiviado y ajuste de PH (2)
- Equipo de secado térmico (3)
- Digestor industrial (4)
- Biofiltro (5)
- Salida de producto (6)
- Climatizador del digestor (7)
- Soplante (8)
- Generador de aire caliente (9)
A continuación, se detallan de forma más extensa las operaciones características de la invención:
A partir de la separación de fases del digestato, se obtiene una fase sólida y una líquida. El residuo objeto de la invención es para el tratamiento de la fase sólida. El residuo (1) tiene una humedad de un 80% aproximadamente. En la primera fase del proceso se procede a la realización de un secado térmico en el equipo (3).
La realización del secado térmico previo para alcanzar valores de humedad del 65-70%, ofrece una importante ventaja, dado que permite que la digestión se inicie rápidamente, reduciendo el tiempo de la fase de digestión en un 8-12%.
El equipo de secado térmico (3) es un sistema modular, continuo, que facilita la configuración de las plantas y su rápida instalación. Se caracteriza además por tener un suelo móvil que voltea el producto en el proceso de avance mejorando el intercambio de calor. Este sistema mejora la transferencia de calor, con respecto a un sistema convencional de secador de banda en al menos un 15%.
Para el secado térmico (3) se ha optado por un sistema que posibilite el uso de energía de baja entalpia, 60-70 °C. El uso de temperaturas de secado bajas penaliza el rendimiento, pero permite el uso de energía de bajo coste. Esta energía puede proceder de colas de procesos industriales, o de energía renovable generada con aerotermia, por ejemplo. En resumen, se busca tener unos costes energéticos minimizados para el proceso.
Una ventaja adicional del uso de bajas temperaturas para el secado es la reducción del riesgo de incendios en este proceso.
El proceso de secado (3) utiliza aire caliente a 50-60°C como fluido que entra en contacto con el producto. El aire caliente se calienta con agua caliente recuperada de un proceso industrial o generada con una central de generación térmica de aerotermia preferentemente.
El residuo a la entrada y salida del sistema de secado térmico (3), se transporta por bandas trasportadoras o sinfines.
El producto obtenido en la fase de secado térmico (3), pasa al proceso de digestión aerobia (4). Este proceso consiste en el llenado del digestor, mantener el producto durante unos 20-25 días en las condiciones requeridas de aireación, humedad, PH y temperatura, para lograr la reducción del ciclo. Al final del ciclo el producto obtenido se extrae con un sistema mecánico de tornillo sinfín.
En este equipo se generan unas condiciones de aireación mediante el volteo continuado del producto y aportación de aire mediante la turbina (8). Él control de la humedad y PH se realiza mediante la aportación de lixiviado (2) del propio digestor o digestato liquido con la aditivación de un acido o una base para el ajuste del PH.
La temperatura optima requerida para el proceso se realiza con un sistema de climatización (7), que permite aportar agua caliente o fría según las necesidades en cada fase del proceso.
Al igual que el sistema de secado (3), el proceso de digestión aerobio (4), es un sistema modular, que facilita la configuración de las plantas y su rápida instalación.
El proceso de aireación se logra mediante la suma de dos efectos: el volteo continuado del producto y la entrada de aire con una soplante. El aire de la soplante se inyecta en la cámara superior del digestor en la que el producto está permanentemente en contacto, debido al volteo. El aire a la salida requiere un tratamiento previo para evitar la emisión de malos olores a la atmosfera. La soplante (8), permite la regulación del cauda en función de las necesidades del proceso.
El volteo se realiza un sinfín mezclador, que genera un movimiento del producto de derecha a izquierda y de izquierda a derecha de forma continuada. El sistema está compuesto una carcasa metálica y un eje con dos hélices concéntricas, una a izquierdas y otra a derechas. La velocidad de giro del sinfín es un parámetro regulable, en función de las necesidades del proceso.
La regulación de la temperatura de este proceso se realiza mediante un sistema de climatización (7), que permite calentar o enfriar las paredes del digestor a la temperatura requerida. El sistema de intercambio es mediante un sistema de paredes radiantes a lo largo del digestor.
La energía térmica para el sistema de climatización (7) de colas de procesos industriales, o de energía renovable generada con aerotermia. El control térmico con este sistema permite disponer de la temperatura idónea en cada fase del proceso de digestión.
La ventaja fundamental del sistema radica en el control total del conjunto de parámetros que gobiernan el proceso de digestión aeróbico, de esta forma pueden ser optimizados y reducidos los tiempos del ciclo.
El proceso finaliza con el tratamiento de los gases de salida del digestor, que pueden arrastra partículas generadoras de malos olores y que previamente a la salida a la atmosfera es necesario tratar en el biofiltro (5). Este biofiltro está compuesto por un lecho filtrante a base de astillas de madera y cortezas mezcladas con granulometrías de 20-50 mm.
El biofiltro (5) es un sistema modular a igual que el resto de los equipos principales del proceso, que facilita la configuración de las plantas y su rápida instalación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista esquemática con una posible realización del dispositivo de acuerdo con la presente invención
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Para su correcta interpretación se describe a continuación un caso de realización práctica, a título de ejemplo, no limitativo del funcionamiento de la presente patente de invención, acompañándose los dibujos, en los que de forma esquemática se representa un proceso diseñado según la presente Patente de invención.
Consideramos un caso práctico en el que consideramos un caudal continuo de la fracción solida de digestato de:
- 4.400 tn/ año de fracción solida del digestato.
- 80% de humedad de entrada.
En el proceso de secado térmico (3) se caracteriza por los siguientes parámetros: - Humedad de entrada del producto: 80%.
- Humedad de salida del producto; 65%
- Potencia instalada en el sistema de secado:.500 kW.
- Modulo sobre contenedor marino de 40 pies.
- Porcentaje horario a plena carga de uso del equipo: 60%
- N° de equipos (módulos) de secado: 1
El proceso de digestión aeróbica (4) se caracteriza por los siguientes parámetros: - Humedad de salida del producto compostado: 50%.
- Tiempo de retención en esta fase: 22 dias.
- Caudal de aire: 8.200-10.000 m3/h
- Modulo sobre contenedor marino de 40 pies.
- N° de equipos(módulos) de compostado: 8
Para el tratamiento de gases, se requiere un biofiltro que se caracteriza por los siguientes parámetros:
- Caudal de aire: 8.200-10.000 m3/h
- Modulo sobre contenedor marino de 40 pies.
- N° de equipos(módulos) de compostado: 1
El conjunto de instalaciones ocupa una superficie en planta de unos 1.200 a 1.500 m2. Una planta convencional para una capacidad de tratamiento equivalente ocupa unos 10.000 m2
Por último, no se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan. Se sobreentiende que en el presente caso serán variables cuantos detalles de acabado y construcción no alteren, cambien o modifiquen la esencialidad de la invención.
Habiéndose descrito ampliamente el objeto de la Patente de Invención, lo que se declara como nuevo y de propia invención.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1- Procedimiento para la obtención de compost a partiendo de la fase solida del digestato que comprende una etapa aireación por medios mecánicos reduciendo el ciclo del proceso a 20-30 días.
    2- Método de conformidad de la reivindicación 1, donde además en un paso previo al proceso de compostaje comprende una etapa previa de secado térmico de residuo de entrada reduciendo la humedad del 80 al 65%, con aire caliente a baja temperatura 55 - 60 °C en un sistema de secado de suelo móvil que voltea y arrastra el producto en la dirección de salida.
    3- El proceso según las reivindicaciones 1 ó 2, donde la aireación de se realiza mediante una soplante que inyecta hasta 4.500 m3/h por cada 30 m3 de residuo a compostar.
    4- El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el volteo de del producto en el proceso de compostaje se realiza con un sinfín mezclador con un diámetro exterior de 2.3 m y un longitud de 11 m.
    5- El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el sinfín mezclador está formado por hélices concéntricas una a derechas y otra a izquierdas.
    6- Método de conformidad con la reivindicación 5, en donde el sinfín mezclador dispone de un sistema de control con variación de la velocidad de giro, permitiendo la regulación del giro entre 30 y 80 vueltas por minuto.
    7- El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el digestor cuenta con un sistema de calentamiento o enfriamiento de las paredes del digestor, utilizando como fluido caloportador agua.
    8- El método de conformidad con la reivindicación 7, en donde la transmisión de calor o frio se realiza mediante muros radiantes del digestor.
    9- Método de conformidad con la reivindicación 7, en el que la temperatura del agua caliente para calefactar esta entre 40 y 55 °C y la de frío entre 15 y 25°C.
    10- El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el tiempo de retención del producto permanece ente 20 y 30 días, en condiciones de total control de, humedad, PH, temperatura y aireación del producto. Siendo la aireación del producto un efecto del volteo y de la inyección de aire.
    11- El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde además comprende un tratamiento de los gases de salida mediante su paso por un biofiltro.
    12- El proceso de conformidad con la reivindicación 11, donde el filtrado en el sistema de biofiltro se realiza con una mezcla de maderas cortezas y turba. Siendo el paquete de lecho filtrante 7 a 12 litros por m3 de aire a filtrar.
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