MX2011000747A - Metodos y aparatos para procesar residuos organicos. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para procesar residuos de cervecería que incluye recibir el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración. El grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración se procesan con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una primera salida. Una porción de la primera salida se procesa con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una segunda salida. Una porción de la segunda salida se procesa con un digestor anaeróbico de película fija para producir una tercera salida.

Description

METODOS Y APARATOS PARA PROCESAR RESIDUOS ORGANICOS Campo de la Invención La presente invención se refiere a métodos y aparatos para procesar residuos orgánicos. Más particularmente, la presente invención se refiere a métodos y aparatos para procesar residuos de cervecerías.

Antecedentes de la Invención La digestión anaeróbica es un método usado para convertir sustratos o subproductos orgánicos municipales o industriales en energía limpia y renovable en la cual los microorganismos se usan para descomponer los materiales biodegradables en la ausencia de oxígeno. Comúnmente se usa para tratar aguas residuales y residuos orgánicos. La digestión anaeróbica produce gases (por ejemplo, metano) y sólidos ricos en nutrientes los cuales se pueden recuperar y usar. Por consiguiente, los subproductos de la digestión anaeróbica son una fuente de energía renovable que se puede usar, por ejemplo, en lugar de los combustibles fósiles. Además, los sólidos ricos en nutrientes que son un subproducto del proceso de digestión se pueden usar para la corrección del suelo (por ejemplo, fertilizante) .

Los digestores anaeróbicos comerciales usados en las cervecerías típicamente no digieren el grano agotado o Ref. 216846 aguas residuales de alta concentración. Los digestores usados en las cervecerías son de aplicación limitada a residuos que sustancialmente son líquidos con niveles de demanda de oxígeno químico ("COD") de aproximadamente 5,000 rpm. El grano agotado y aguas residuales de alta concentración típicamente son transportados fuera del sitio y usados como un suplemento alimenticio para cerdos y vacas. Esto limita la producción de energía renovable a aproximadamente 5% de la producción de energía renovable potencial que podría ser lograda si las aguas residuales de alta concentración y grano agotado también fueran digeridos de manera eficiente anaeróbicamenté .

Por lo tanto, existe una necesidad de sistemas y métodos mejorados para procesar residuos orgánicos, y en particular, residuos de cervecerías.

Breve Descripción de la Invención Los' digestores previamente se han usado en las cervecerías , . pero ninguno ha digerido eficientemente el grano agotado y aguas residuales de alta concentración (por ejemplo, aguas residuales que tienen niveles de COD significativamente mayores que aproximadamente 5,000 ppm. Una prueba de COD comúnmente se usa para medir indirectamente la cantidad de compuestos orgánicos en un material (por ejemplo, agua) . Un valor de COD es una medición de la cantidad de oxígeno consumido por litro de material cuando se oxida por procesos químicos (expresado en parte por millón (ppm) o alternativamente miligramos por litro (mg/L) ) .

La invención, en un aspecto, caracteriza un método para procesar residuos de cervecerías. El método incluye recibir el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una primera salida. El método también incluye procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una segunda salida. El método incluye procesar una porción de la segunda salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una tercera salida.

En algunas modalidades, el método incluye mezclar el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración antes de proporcionar el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración al digestor de flujo de pistón. La primera salida puede incluir gases, líquidos y sólidos. En algunas modalidades, los líquidos de la primera salida son la porción de la primera salida procesada con el digestor de manto de loto anaeróbico de flujo ascendente.

En algunas modalidades, la segunda salida incluye gases, líquidos y sólidos. En algunas modalidades, los líquidos de la segunda salida son la porción de la segunda salida procesada con el digestor anaeróbico de película fija. En algunas modalidades, la tercera salida incluye gases, líquidos y sólidos.

En algunas modalidades, el método incluye recircular una porción de los líquidos de la tercera salida al digestor anaeróbico de flujo de pistón. En algunas modalidades, el método incluye tratar los líquidos de la tercera salida para producir un líquido de baja demanda de oxígeno. En algunas modalidades, el método incluye tratar los sólidos de la primera y segunda salidas para producir un material de corrección de suelos (por ejemplo, fertilizante) . En algunas modalidades, el método incluye colectar los gases de las primera, segunda y tercera salidas. Los gases colectados pueden incluir metano. En algunas modalidades, una porción del metano se quema en una caldera para proporcionar calor al digestor anaeróbico de flujo de pistón, digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente y digestor anaeróbico de película fija. En algunas modalidades, una porción del metano se consume por un sistema de cogeneración o equipo generador que produce calor, al menos una porción del calor que se produce por el sistema de cogeneración o equipo generador se proporciona a al menos uno del digestor anaeróbico de flujo de pistón, digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente, o digestor anaeróbico de película fija.

La invención, en otro aspecto, caracteriza un método para procesar residuos de cervecería. El método incluye recibir el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración. El método también incluye procesar las aguas residuales de alta concentración con un digestor anaéróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una primera salida. El método también incluye procesar una porción de la primera salida con un digestor anaéróbico de película fija para producir una segunda salida. El método también incluye procesar el grano agotado y aguas residuales de baja concentración con un digestor anaéróbico de flujo de pistón para producir una tercera salida. El método también incluye procesar una porción de la tercera salida con un digestor anaéróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una cuarta salida. El método también incluye procesar una porción de la cuarta salida con un digestor anaéróbico de película fija para producir una quinta salida.

. En algunas modalidades, el método incluye tratar los líquidos de al menos una de las primera, segunda, tercera, cuarta o quinta salidas para producir un líquido de baja demanda de oxígeno. En algunas modalidades,' el método incluye tratar los sólidos de al menos una de las primera, segunda, tercera, cuarta o quinta salidas para producir un material de corrección de suelos .

La invención, en otro aspecto, caracteriza un sistema de digestión anaeróbica de tres etapas para procesar residuos de cervecería. El sistema incluye al menos una entrada para recibir al menos uno del grano agotado, aguas residuales de baja concentración o aguas residuales de alta concentración. El sistema también incluye un digestor anaeróbico de flujo de pistón acoplado a al meneos una entrada para procesar al menos uno del grano agotado, aguas residuales de baja concentración o aguas residuales de alta concentración para producir una primera salida. El sistema también incluye un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente acoplado a una salida del digestor de flujo de pistón para procesar la primera salida para producir una segunda salida. El sistema también incluye un digestor anaeróbico de película fija acoplado a una salida del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para procesar la segunda salida para producir una tercera salida que comprende sólidos, líquidos y gases.

En algunas modalidades, el digestor anaeróbico de flujo de pistón, digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente y digestor anaeróbico de película fija se integran en una estructura de digestor única.

La invención, en otro aspecto, caracteriza un método para procesar residuos de cervecería. El método incluye recibir el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración. El método también incluye procesar las aguas residuales de baja concentración y las aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico .. de manto de lodo de flujo ascendente para producir una primera salida. El método también incluye procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una segunda salida. El método también incluye procesar el grano agotado con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una tercera salida. El método también incluye procesar una porción de la tercera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una cuarta salida. El método también incluye procesar una porción de la cuarta salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una quinta salida.

La invención, en otro aspecto, caracteriza un método para procesar residuos de cervecería. El método incluye recibir grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración. El método también incluye procesar el agua residual de baja concentración con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una primera salida. El método también incluye procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una segunda salida. El método también incluye procesar el grano agotado y las aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una tercera salida. El método también incluye procesar una porción de la tercera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una cuarta salida. El método también incluye procesar una porción de la cuarta salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una quinta salida.

La invención, en otro aspecto, caracteriza un método para procesar residuos orgánicos. El método incluye recibir sólidos residuales orgánicos, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración. El método también incluye procesar los sólidos residuales orgánicos, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una primera salida. El método también incluye procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una segunda salida. El método también incluye procesar una porción de la segunda salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una tercera salida.

Breve Descripción de las Figuras Los anteriores y otros objetos, características y ventajas de la invención, así como también la invención misma, serán más completamente entendidas a partir de la siguiente descripción ilustrativa, cuando se lee conjuntamente con las figuras acompañantes las cuales no están necesariamente a escala.

La FIG. 1 es una ilustración esquemática de un sistema para procesar residuos orgánicos, de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención.

La FIG. 2 es una ilustración esquemática de un sistema y método para procesar residuos de cervecería, de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención.

La FIG. 3 es una ilustración esquemática de un sistema para procesar residuos de cervecería, de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención.

La FIG. 4 es una ilustración esquemática de un sistema para procesar residuos de cervecería, de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención.

Descripción Detallada de la Invención La FIG. 1 es una ilustración esquemática de un sistema digestor anaeróbico 116 para procesar residuos orgánicos, de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. Las aguas residuales de alta concentración (alta COD) 104, aguas residuales de baja concentración (baja COD) 108 y sólidos residuales orgánicos 112 (por ejemplo, grano agotado) se proporcionan al sistema 116. Las aguas residuales de alta concentración 104, aguas residuales de baja concentración 108 y sólidos residuales orgánicos 112 se procesan por el sistema 116 para producir gases 120, líquidos 124 y sólidos 128. Los gases 120 típicamente incluyen . una mezcla de metano, dióxido de carbono y algunos micro gases. Los líquidos 24 tienen concentraciones reducidas de compuestos orgánicos y algunas veces se descargan para procesamiento subsecuente a fábricas de tratamiento de dominio público. Los sólidos 128 se pueden usar como materiales de corrección de suelos. Los materiales de corrección de suelos son materiales que se pueden agregar a un suelo como un nutriente (por ejemplo, fertilizante) o para mejorar sus propiedades físicas (por ejemplo, retención de agua, permeabilidad, infiltración de agua, desagüe, aireación y estructura) .

Cualquier material oxidable presente en el agua (por ejemplo, un canal natural o en unas aguas residuales industriales) será oxidado tanto por procesos bioquímicos (por ejemplo, bacterianos) o químicos. Puesto que todos los canales naturales contienen bacterias y nutrientes, casi cualquiera de los compuestos residuales en tales canales iniciará reacciones bioquímicas. Las reacciones bioquímicas crean lo que se mide como la Demanda de Oxígeno Bioquímico (BOD) . Los químicos oxidables introducidos en un canal natural de manera similar iniciarán reacciones químicas. Las reacciones químicas crean lo que se mide como la Demanda de Oxígeno Químico (COD) . Tanto las pruebas de BOD como COD son una medición del efecto de agotamiento relativo de un contaminante residual. La prueba de BOD mide la demanda de oxígeno de contaminantes biodegradables y la prueba de COD mide la demanda de oxígeno de contaminantes biodegradables más la demanda de oxígeno de contaminantes oxidables no biodegradables .

La FIG. 2 es una ilustración esquemática de un sistema 216 y método para procesar residuos de cervecería, de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. Los residuos de cervecería incluyen aguas residuales de alta concentración 204, aguas residuales de baja concentración 208 y grano agotado 212 (colec ivamente residuos de cervecería 280) . Los granos agotados de la cervecería son un subproducto del proceso de fabricación de cerveza y esencialmente consisten de cebada malteada hervida y típicamente tienen una COD mayor que aproximadamente 100,000 ppm. Los granos agotados de la cervecería típicamente son 20-30% sólidos con el resto siendo líquido (por ejemplo, agua) . Las aguas residuales de baja concentración 208 típicamente se crean en la línea de embotellado y en la casa cervecera cuando el equipo se limpia y típicamente tiene una COD de aproximadamente 5,000 rpm. Las aguas residuales de alta concentración típicamente incluyen levadura agotada y turbio (es decir, sedimento el cual es mayormente levadura muerta o inactiva que se colecta en el fondo de un recipiente de fermentación de cerveza que se produce durante el proceso de fermentación) y típicamente tiene una COD entre aproximadamente 50,000 ppm y aproximadamente 100,000 ppm. Los fondos de cerveza y cerveza agotada también son frecuentemente incluidos con las aguas residuales de alta concentración .

Las aguas residuales de alta concentración 204, aguas residuales de baja concentración 208 y grano agotado 212 se proporcionan al sistema 216. Las aguas residuales de alta concentración 204, aguas residuales de baja concentración 208 y grano agotado 212 se mezclan en un tanque de premezcla 246. El mezclado en el tanque de premezcla 246 homogeniza los residuos de cervecería 280 y transforma el proceso por lote de la cervecería en un proceso casi continuo. Los residuos de cervecería homogenizados (sustrato) se bombean desde el tanque de premezcla 246 a una entrada 234 de un digestor anaeróbico 242 usando una bomba 232. La proporción de la bomba se controla usando la cantidad de sustrato en el tanque de premezcla como retroalimentación a la velocidad de la bomba. La velocidad de la bomba se puede incrementar cuando el tanque de premezcla 246 se llena para prevenir el sobre llenado del tanque de premezcla 246. De manera similar, la velocidad de la bomba se puede disminuir cuando el tanque de premezcla 246 se vacía. A un cierto nivel, la bomba 232 se apaga. Un ejemplo del algoritmo de retroalimentación usado para controlar la operación de la bomba 232 es un controlador PID (derivativo, integral, proporcional) . El control de la operación de la bomba 232 resulta en un proceso casi continuo que es más continuo que el proceso por lote de la cervecería.

En esta modalidad, el digestor anaeróbico 242 es un digestor anaeróbico de tres fases. El recipiente 222 del digestor anaeróbico 242 aloja un digestor de flujo de pistón 284, un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288, y un digestor anaeróbico de película fija 292. En esta modalidad, el digestor de flujo de pistón 284, un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288, y un digestor anaeróbico de película fija 292 son todos integrados conjuntamente en una estructura de digestor única (es decir, recipiente 222) . Una salida del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 se acopla a una entrada del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 vía, por ejemplo, un conducto, tubo u otra estructura adecuada. Una salida del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 se acopla a una entrada del digestor anaeróbico de película fija 292 vía, por ejemplo, un conducto, tubo u otra estructura adecuada. En algunas modalidades, uno o más de los digestores separados se alojan en recipientes separados y luego se acoplan conjuntamente.

En algunas modalidades, una salida del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 es la salida del recipiente 222 del digestor anaeróbico 242 vía la salida 226 al módulo de separación de sólidos 228 y la porción líquida de la salida del módulo de. separación de sólidos 228 se proporciona a la entrada del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288. En algunas modalidades, una salida del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 es la salida del recipiente 222 del digestor anaeróbico 242 vía la salida 226 al módulo .de separación de sólidos 228 y la porción líquida de la salida . del módulo de separación de sólidos 228 se proporciona a la entrada del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288.

El sustrato (mezcla de aguas residuales de alta concentración 204, aguas residuales de baja concentración 208 y grano agotado 212) se proporciona al digestor anaeróbico de flujo de pistón 284. En un digestor anaeróbico de flujo de pistón, el material orgánico se introduce en una entrada y el material fluye por gravedad hacia la salida. El sustrato, y en particular los sólidos insolubles de alta concentración, fluye lentamente a través del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 donde se descomponen en ácidos solubles. El digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 produce una combinación de sólidos, líquidos y gases. La porción de gas de la salida del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 se almacena inicialmente en el espacio de cabeza del recipiente del digestor anaeróbico 242 para uso y procesamiento subsecuente. La porción de sólidos de la salida del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 se produce del recipiente 22 del digestor anaeróbico 242 vía la salida 226 para procesamiento o eliminación adicional. La porción líquida de la salida del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 (conjuntamente con algunos sólidos suspendidos) se proporciona al digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 para procesamiento adicional. En algunas modalidades, el digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 es la porción del digestor descrita en la Patente de Estados Unidos No. 6,982,035 que incluye, por ejemplo, el pasaje externo de bucle de altos sólidos 12 (los contenidos completos de la Patente de Estados Unidos No. 6,982,935 se incorporan para referencia) .

El digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 procesa los líquidos recibidos del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 para producir una salida que comprende una combinación de sólidos, líquidos y gases. En algunas modalidades, el digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 también recibe líquidos del módulo de separación de sólidos 228 los cuales se procesan para producir una salida que comprende una combinación de sólidos, líquidos y gases. El digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 forma un manto de lodo granular el cual se suspende en el digestor 288. La porción líquida de la salida del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 fluye hacia arriba a través del manto y se procesa (degrada) por las bacterias anaeróbicas ubicadas en el digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288. El proceso de degradación produce los sólidos, líquidos y gases. La porción de gas de la salida del digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 inicialmente se almacena en el espacio de cabeza del recipiente del digestor anaeróbico 242, con el gas producido en otras etapas del proceso, para uso y procesamiento subsecuente. La porción de sólidos de la salida del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 se produce del recipiente 222 del digestor anaeróbico 242 vía la salida 226 para procesamiento o eliminación adicional. En algunas modalidades, el procesamiento adicional (por ejemplo, procesamiento con el módulo de separación de sólidos 228) produce una porción líquida que se dirige a la entrada del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288. La porción líquida de la salida del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 (conjuntamente con algunos sólidos suspendidos) se proporciona al digestor anaeróbico de película fija 292 para procesamiento adicional.

El digestor anaeróbico de. película fija 292 procesa los líquidos recibidos del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288 para producir una salida que comprende una combinación de sólidos, líquidos y gases. El digestor anaeróbico de película fija 292 tiene una cantidad significativa de medio que crea el área superficial en la cual las bacterias metogénicas hacer crecer una biopelícula. Cuando las bacterias metabolizan el material orgánico, producen una biopelícula. Cuando la biopelícula crece, se separa y asienta en el fondo del recipiente 222. Además de la biopelícula que se forma en el medio de película fija, las bacterias flotantes libres que "se forman en el recipiente pueden asentarse formando un manto de lodo. Además, la biopelícula que se separa del medio de película fija y se asienta aumentará el manto de lodo. La formación del manto de lodo forma el componente de Manto de Lodo Anaeróbico de Flujo Ascendente (UASB) del sistema. Es importante que sea capaz de controlar el volumen del manto , de lodo debido a que si se acumula demasiado se .atascará el medio y prevendrá que se separe biopelícula adicional. En una modalidad, el medio se suspende arriba del fondo del recipiente 222 y el volumen del manto de lodo se controla bombeando una porción del manto de lodo fuera del recipiente 222 vía la salida 226 al módulo de separación de sólidos 228. En algunas modalidades, el digestor anaeróbico de película fija 292 es la porción del digestor descrito en la Patente de Estados Unidos No. 6,982,035 que incluye, por ejemplo, la cámara interna de bajos sólidos 13 (los contenidos completos de la Patente de Estados Unidos No. 6,982,035 se incorporan para referencia).

La porción de gas de la salida del digestor anaeróbico de película fija 292 inicialmente se almacena en el espacio de cabeza del recipiente del digestor anaeróbico 242, con el gas producido en otras etapas del proceso, para uso y procesamiento subsecuente. La porción de sólidos de la salida del digestor anaeróbico de película fija 292 se produce del recipiente 222 del digestor anaeróbico 242 vía la salida 226 para procesamiento o eliminación adicional. Una porción de la porción líquida de la salida del digestor anaeróbico de película fija 292 es recirculada al digestor anaeróbico de flujo de pistón 284.

La recirculación de la porción líquida al digestor anaeróbico de flujo de pistón 284 repone las bacterias usadas en el digestor anaeróbico de flujo de pistón 284. Otra porción de la porción líquida de la salida del digestor anaeróbico de película fija 292 se bombea fuera de la salida 238 del recipiente 222 con la bomba 290 a un módulo de posttratamiento de líquido 264. La proporción de bombeo se controla con el volumen de la pasta aguada en el digestor anaeróbico 242 como retroalimentación (el volumen de gas, fertilizante orgánico, y efluente líquido que se remueve del digestor se debe equilibrar con el volumen de pasta aguada que se agrega) . El módulo de post-tratamiento de líquido 264 procesa el líquido y produce un líquido 124 que cumple los requerimientos de descarga local .

En algunas modalidades, el líquido 124 se proporciona a una fábrica de tratamiento de dominio público 244. En algunas modalidades, el líquido 124 se aplica a la tierra (por ejemplo, por irrigación). En algunas modalidades, el módulo de post-tratamiento de líquido 264 incluye una laguna aeróbica que reduce la demanda de oxígeno del líquido. En algunas modalidades, el módulo de post-tratamiento de líquido 264 incluye un proceso de floculación que causa que los sólidos suspendidos remanentes se agreguen o agrupen conjuntamente de modo que los sólidos se pueden filtrar de la descarga. En algunas modalidades, los materiales amortiguadores se agregan al módulo de post-tratamiento de líquido 264 para poner el pH del líquido 124 dentro de los niveles aceptables.

Los gases producidos del digestor anaeróbico 242 se proporcionan a un módulo de depuración de biogas 250 vía la salida 210. Los gases se tratan por un proceso de depuración de biogas. La humedad se remueve del gas. El H2S se puede remover. El C02 se puede remover. El proceso de depuración exacto depende del uso final del biogas. Si el gas será usado para combustión en una caldera, se requiere mínima depuración. Si el gas será suministrado a un sistema de distribución de gas natural (por ejemplo, compañía de servicios públicos) , se requiere más depuración. El biogas que se produce se acumula en el · espacio de cabeza del digestor 242 antes que se produzca del digestor 242. En algunas modalidades, el gas primero sale a un recipiente de almacenamiento auxiliar externo, opcional (no mostrado) . En algunas modalidades, los constituyentes del biogas se identifican y cuantifican usando un analizador de gas de modo que el Btu del biogas suministrado se puede medir con un medidor de gas 248.

Cualquier biogas producido que excede la capacidad de almacenamiento o capacidades de colección del sistema 216 se quema en un dispositivo quemador 252. El dispositivo quemador 252 quema el gas en exceso (por ejemplo, metano) . El metano se convierte a dióxido de carbono y agua antes de escapar a la atmósfera, lo cual es importante debido a que el metano tiene más de 20x el efecto de gas invernadero en comparación con el C02.

Los gases producidos por el digestor anaeróbico 242 incluyen predominantemente gas metano con el resto siendo gas C02 y micro gases. Existe algo de humedad en el gas y típicamente se remueve con un condensador. Si la concentración de H2S, como un micro gas, es sustancial (por ejemplo, mayor que aproximadamente 1000 ppm) el H2S se puede reducir. El H2S se quemará en una caldera o motor de combustión, sin embargo, cuando a la larga se escapa al ambiente se oxidará y producirá H2S04 (ácido sulfúrico) , el cual es corrosivo. Existen varios métodos que son bien conocidos por aquellos expertos en el arte para reducir la concentración de H2S en el biogas. En algunas modalidades, el módulo de depuración de biogas 212 incluye un sistema de filtración de carbón activado que secuestra el H2S . Én algunas modalidades, se introduce cloruro férrico con los subproductos de cervecería para prevenir la formación de H2S en primer lugar.

En esta modalidad, una porción del gas producido por el digestor anaeróbico 242 se usa en una caldera 224. La caldera 224 quema el gas para producir calor 206 que se usa por el digestor anaeróbico 242 en el procesamiento de los residuos de cervecería 280. Es deseable controlar la temperatura del digestor anaeróbico 242 para optimizar el metabolismo de las bacterias anaeróbicas . Un intercambiador de calor 220 recibe el calor de la caldera 224. El calor 206 de la caldera 224 calienta el líquido recibido del digestor anaeróbico 242 y/o el módulo de separación de sólidos 228. El líquido caliente 212 luego se produce del intercambiador de calor 220 a la entrada 234 del recipiente 222 del digestor anaeróbico 242. El líquido caliente 212 se usa en los procesos de digestión anaeróbica que ocurren en el recipiente 222 del digestor anaeróbico 242. En algunas modalidades, la caldera 224 es una caldera de cervecería usada en la cervecería para otros propósitos (por ejemplo, el proceso de fabricación de cerveza o calentamiento de la instalación) . En algunas modalidades, la caldera 224 es una caldera especializada usada exclusivamente para el sistema digestor anaeróbico 216.

Si la totalidad del biogas producido por el digestor 242 no se consume por los procesos de cervecería y la caldera 224, entonces el gas en exceso se puede vender a un servicio doméstico de gas para la distribución subsecuente a clientes de gas. El gas que será proporcionado a un servicio doméstico de gas requiere que la humedad, H2S y C02 sean removidos del biogas. Existen varias tecnologías disponibles para remover estas sustancias del gas las cuales son bien conocidas por aquellos expertos en el arte. Por ejemplo, las unidades montadas en patines que remueven estas sustancias del biogas están comercialmente disponibles (por ejemplo, la planta NEO-Gas™ vendida por New Energy Solutions, Inc. de Pittsfield, MA) . En algunas modalidades, el gas en exceso se convierte a electricidad usando un equipo generador que consume el gas en exceso, o calor y electricidad usando un sistema de cogeneracion. En algunas modalidades, el gas se comprime y almacena. En algunas modalidades, el gas en exceso se quema en el dispositivo quemador 252.

En algunas modalidades, algo o todo el biogas se usa para producir electricidad con un equipo generador o sistema de cogeneracion. En algunas modalidades, el calor se produce por el equipo generador o sistema de cogeneracion a partir del biogas, y este calor se recupera. En algunas modalidades, el calor que se recupera se proporciona al digestor y se usa para controlar la temperatura del digestor. En algunas modalidades, el calor que se recupera se usa para otros propósitos, tal como para procesar calor en el proceso que crea los residuos orgánicos los cuales se convierten a biogas en el digestor.

Los sólidos producidos por el digestor anaeróbico 242. se bombean al módulo de separación de sólidos 228. El digestor anaeróbico 242 bombea los sólidos al módulo de separación de sólidos 228 con la bomba 298. En una modalidad, el módulo de separación de sólidos 228 incluye una prensa de tornillo que exprime el agua de los sólidos y produce un material de corrección de suelos 128 que se bombea a un recipiente de carga de sólidos 256 vía la bomba 260. El material de corrección de suelos 128 se transporta fuera del sitio. El líquido que se exprime de los sólidos se bombea de nuevo al digestor anaeróbico 242 usando la bomba 240. En algunas modalidades, el líquido bombeado por la bomba 240 se mezcla con el líquido que es circulado a través del intercambiador de calor 220 y luego en la entrada 234 del recipiente 222.

La FIG. 3 es una ilustración esquemática de un sistema 316 para procesar residuos de cervecería 280, de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. Las aguas residuales de alta concentración (alta COD) 204, aguas residuales de baja concentración (baja COD) 208 y sólidos residuales orgánicos 212 (por ejemplo, grano agotado o subproductos de procesos de manufactura de quesos) se proporcionan al sistema 316. Las aguas residuales de alta concentración 204, aguas residuales de baja concentración 208 y sólidos residuales orgánicos 212 se procesan por el sistema 316 para producir gases 120, líquidos 124 y sólidos 128. Los gases 120 típicamente incluyen una mezcla de metano, dióxido de carbono y algunos micro gases. Los líquidos 124 producidos están sustancialmente limpios de compuestos orgánicos y algunas veces se descargan para procesamiento subsecuente por una fábrica de tratamiento de dominio público (por ejemplo, las fábricas de tratamiento de dominio público 244 de la FIG. 2) . Los sólidos 128 se puede usar, por ejemplo, como materiales de corrección de suelos.

El sistema 316 incluye múltiples digestores anaeróbicos 342a y 342b (por ejemplo, dos de los digestores anaeróbicos de tres fases 232 de la FIG. 2) . Los múltiples digestores anaeróbicos pueden ser ventajosos para escala de proceso horizontal y para mitigar el riesgo de falla del digestor anaeróbico a través de redundancia. Las aguas residuales de alta concentración 204, aguas residuales de baja concentración 208 y sólidos residuales 212 se proporcionan tanto a los digestores anaeróbicos 342a como 342b. El sistema 316 incluye un conjunto de equipo de procesamiento 370 que se acopla a los dos digestores anaeróbicos 342a y 342b para facilitar el procesamiento de los residuos de cervecería 280. El equipo de procesamiento 370 incluye los diversos componentes y módulos (por ejemplo, los componentes y módulos del sistema 216 de la FIG. 2) necesarios para procesar la salida de los digestores anaeróbicos 342a y 342b. Por ejemplo, el equipo de procesamiento 370 incluye uno o más módulos de separación de sólidos (por ejemplo, módulo de separación de sólidos 228 de la FIG. 2) para procesar los sólidos producidos por los digestores anaeróbicos 342a y 342b. Además, el equipo de procesamiento incluye un módulo de post-tratamiento de líquido (por ejemplo, módulo de post-tratamiento de líquido 264 de la FIG. 2) . De esta manera, un conjunto único de equipo de procesamiento se puede usar para procesar las salidas de los digestores anaeróbicos 342a y 342b.

La FIG. 4 es una ilustración esquemática de un sistema 416 para procesamiento de residuos.de cervecería 280, de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la invención. Las aguas residuales de alta concentración 204, aguas residuales de baja concentración 208 y sólidos residuales orgánicos 212 se proporcionan al sistema 416. Las aguas residuales de alta concentración 204, aguas residuales de baja concentración 208 y sólidos residuales orgánicos 212 se procesan por el sistema 416 para producir, los gases 120, líquidos 124 y sólidos 128. Los gases 120 típicamente incluyen una mezcla de metano, dióxido de carbono y algunos micro gases. Los líquidos 124 producidos están sustancialmente limpios de compuestos orgánicos y algunas veces se descargan para procesamiento subsecuente por una fábrica de tratamiento de dominio público (por ejemplo, la fábrica de tratamiento de dominio público 244 de la FIG. 2) . Los sólidos 128 se pueden usar, por ejemplo, como materiales de corrección de suelos. El sistema 416 incluye dos digestores anaeróbicos 404 y 480. El digestor anaeróbico 404 es un digestor anaeróbico de dos fases. La primera fase del digestor anaeróbico 404 incluye un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente y la segunda fase incluye un digestor anaeróbico de película fija. El digestor anaeróbico 480 es un digestor anaeróbico de tres fases. La primera fase del digestor anaeróbico 480 incluye un digestor anaeróbico de flujo de pistón, la segunda fase incluye un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente, y la tercera fase incluye un digestor anaeróbico de película fija (por ejemplo, el digestor de flujo de pistón 284, el digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente 288, y el digestor anaeróbico de película fija 292 del digestor anaeróbico 204 de la FIG. 2) .

Las aguas residuales de alta concentración 204 se proporcionan al digestor anaeróbico de flujo ascendente del digestor anaeróbico 404 para producir una primera salida. Una porción (por ejemplo, la porción líquida) de la primera salida se proporciona al digestor anaeróbico de película fija del digestor anaeróbico 404 para producir una segunda salida.

Las aguas residuales de baja concentración 208 y el grano agotado 212 se proporcionan al digestor anaeróbico de flujo de pistón del digestor anaeróbico 480 para producir una tercera salida. Una porción (por ejemplo, la porción líquida) de la tercera salida se proporciona al digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente del digestor anaeróbico 480 para producir una cuarta salida. Una porción (por ejemplo, la porción líquida) de la cuarta salida se proporciona al digestor anaeróbico de película fija para producir una quinta salida .

El sistema 416 incluye un conjunto de equipo de procesamiento 470 que se acopla a los dos digestores anaeróbicos 404 y 480 para facilitar el procesamiento de los residuos de cervecería 280. El equipo de procesamiento 470 incluye los diversos componentes y módulos (por ejemplo, los componentes y módulos del sistema 216 de la FIG. 2) necesarios para procesar la salida de los digestores anaeróbicos 404 y 480. De esta manera, un conjunto único de equipo de procesamiento se puede usar para procesar las salidas de los digestores anaeróbicos 404 y 480.

En algunas modalidades, los líquidos de al menos una de las primera, segunda, tercera, cuarta o quinta salidas se tratan (por ejemplo, usando el módulo de post-tratamiento de líquido 264 de la FIG. 2) para producir un líquido de baja demanda de oxígeno (por ejemplo, un líquido de baja COD) . En algunas modalidades, los sólidos de al menos una de las primera, segunda, tercera, cuarta o quinta salidas se tratan (por ejemplo, usando el módulo de separación de sólidos 264 de la FIG. 2) para producir un material de corrección de suelos .

La Patente de Estados Unidos No. 6,982,035 describe varios sistemas, componentes y procesos para digestores anaeróbicos cuyos principios se pueden aplicar a los principios de la presente invención y, los contenidos completos de la cual, por lo tanto se incorporan para referencia .

Variaciones, modificaciones, y otras implementaciones de lo que se describe en la presente, incluyendo el uso de múltiples recipientes, recipientes redundantes y/u otras tecnologías de digestor, ocurrirán para aquellos de experiencia ordinaria en el arte sin apartarse del espíritu y alcance de la invención y se considera que están abarcadas por esta. Por consiguiente, la invención no será definida solamente por la descripción ilustrativa precedente.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (22)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un método para procesar residuos de cervecería, caracterizado porque comprende: recibir el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración; procesar el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una primera salida; procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una segunda salida; y procesar una porción de la segunda salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una tercera salida.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende mezclar el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración antes de proporcionar el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración al digestor de flujo de pistón.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera salida comprende gases, líquidos y sólidos.

. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los líquidos de la primera salida son la porción de la primera salida procesada con el digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda salida comprende gases, líquidos y sólidos.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los líquidos de la segunda salida son la porción de la segunda salida procesada con el digestor anaeróbico de película fija.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la tercera salida comprende gases, líquidos y sólidos.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende recircular una porción de líquidos de la tercera salida al digestor anaeróbico de flujo de pistón.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende tratar los líquidos de la tercera salida para producir un líquido de baja demanda de, oxígeno .

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende tratar los sólidos de la primera y segunda salidas para producir un material de corrección de suelos.

11. El método de conformidad con la reivindicación I, caracterizado porque comprende colectar gases de las primera, segunda y tercera salidas.

12. El método de conformidad con la reivindicación II, caracterizado porque los gases colectados comprenden metano.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque una porción del metano se quema en una caldera para proporcionar calor al digestor anaeróbico de flujo de pistón, digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente y digestor anaeróbico de película fija.

14. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque una porción del metano se consume por un equipo generador o sistema de cogeneracion que produce calor, al menos una porción del calor que se produce por el equipo generador o sistema de cogeneracion se proporciona a al menos uno del digestor anaeróbico de flujo de pistón, digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente, o digestor anaeróbico de película fija.

15. Un método para procesar residuos de cervecería, caracterizado porque comprende: recibir el grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración ; procesar las aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una primera salida; procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una segunda salida; procesar el grano agotado y aguas residuales de baja concentración con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una tercera salida; procesar una porción de la tercera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una cuarta salida; y procesar una porción de la cuarta salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una quinta salida .

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende tratar líquidos de al menos una de las primera, segunda, tercera, cuarta o quinta salidas para producir un líquido de baja demanda de oxígeno .

17. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende tratar sólidos de al menos una de las primera, segunda, tercera, cuarta o quinta salidas para producir un material de corrección de suelos.

18. Un sistema de digestión anaeróbica de tres etapas para procesar residuos de cervecería, caracterizado porque comprende : al menos una entrada para recibir al menos uno del grano agotado, aguas residuales de baja concentración o aguas residuales de alta concentración; un digestor anaeróbico de flujo de pistón acoplado a al menos una entrada para procesar al menos uno del grano agotado, aguas residuales de baja concentración o aguas residuales de alta concentración para producir una primera salida; un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente acoplado a una salida del digestor de flujo de pistón para procesar la primera salida para producir una segunda salida; y un digestor anaeróbico de película fija acoplado a una salida del digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para procesar la segunda salida para producir una tercera salida que comprende sólidos, líquidos y gases.

19. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el digestor anaeróbico de flujo de pistón, digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente y digestor anaeróbico de película fija se integran en una estructura de digestor única.

20. Un método para procesar residuos de cervecería, caracterizado porque comprende: recibir grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración; procesar las aguas residuales de baja concentración y las aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una primera salida; procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir . una segunda salida; procesar el grano agotado con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una tercera salida; procesar una porción de la tercera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una cuarta salida; y procesar una porción de la cuarta salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una quinta salida.

21. Un método para procesamiento de residuos de cervecería, caracterizado porque comprende: recibir grano agotado, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración; procesar las aguas residuales de baja concentración con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una primera salida; procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una segunda salida; procesar el grano agotado y las aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una tercera salida; procesar una porción de la tercera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una cuarta salida; y procesar una porción de la cuarta salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una quinta salida .

22. Un método para procesamiento de residuos orgánicos, caracterizado porque comprende: recibir sólidos residuales orgánicos, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración; procesar los sólidos residuales orgánicos, aguas residuales de baja concentración y aguas residuales de alta concentración con un digestor anaeróbico de flujo de pistón para producir una primera salida; procesar una porción de la primera salida con un digestor anaeróbico de manto de lodo de flujo ascendente para producir una segunda salida; y procesar una porción de la segunda salida con un digestor anaeróbico de película fija para producir una tercera salida.