ROMERO GARCÍA, Luis Isidoro (Dpto. Ingen. Química, Tecn. alimentos y Tecn. Medio Ambiente,Facultad de Ciencia, UNIVERSIDAD DE CÁDIZ Puerto Real, 11510, ES)
ÁLVAREZ GALLEGO, Carlos José (Dpto. Ingen. Química, Tecn. alimentos y Tecn. Medio Ambiente,Facultad de Ciencia, UNIVERSIDAD DE CÁDIZ Puerto Real, 11510, ES)
FERNÁNDEZ GUELFO, Luis Alberto (Dpto. Ingen. Química, Tecn. alimentos y Tecn. Medio Ambiente,Facultad de Ciencia, UNIVERSIDAD DE CÁDIZ Puerto Real, 11510, ES)
SALES MÁRQUEZ, Diego (Dpto. Ingen. Química, Tecn. alimentos y Tecn. Medio Ambiente,Facultad de Ciencia, UNIVERSIDAD DE CÁDIZ Puerto Real, 11510, ES)
ROMERO GARCÍA, Luis Isidoro (Dpto. Ingen. Química, Tecn. alimentos y Tecn. Medio Ambiente,Facultad de Ciencia, UNIVERSIDAD DE CÁDIZ Puerto Real, 11510, ES)
ÁLVAREZ GALLEGO, Carlos José (Dpto. Ingen. Química, Tecn. alimentos y Tecn. Medio Ambiente,Facultad de Ciencia, UNIVERSIDAD DE CÁDIZ Puerto Real, 11510, ES)
FERNÁNDEZ GUELFO, Luis Alberto (Dpto. Ingen. Química, Tecn. alimentos y Tecn. Medio Ambiente,Facultad de Ciencia, UNIVERSIDAD DE CÁDIZ Puerto Real, 11510, ES)
| REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento para el desarrollo de pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos caracterizado porque a Ia mezcla del residuo orgánico sólido a tratar, con el residuo que actúa como fuente de microorganismos para el desarrollo de Ia digestión anaerobia, se añade un nuevo agente biológico constituido por compost maduro durante 24 horas, a presión atmosférica y temperatura ambiente.
2.- Procedimiento para el desarrollo de pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según reivindicación 1 , caracterizado porque el compost utilizado como agente biológico adicional, se genera en el mismo procedimiento.
3.- Procedimiento para el desarrollo de pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque Ia adición del compost utilizado como agente biológico adicional se realiza mediante una recirculación del producto resultante del compostaje aerobio hasta Ia unidad de mezclado previa a los digestores anaerobios.
4.- Procedimiento para el desarrollo de pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el porcentaje de inoculación del compost debe estar comprendido entre el 2,5% y 5% en volumen respecto al volumen total de residuo que pretende ser pretratado.
5.- Procedimiento para el desarrollo de pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque Ia mezcla se realiza en agitación.
6.- Uso del procedimiento para el desarrollo de pretratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos, según reivindicaciones 1 a 5 en plantas industriales de biometanización. |
PRETRATAMIENTO BIOLóGICO DE RESIDUOS SóLIDOS ORGáNICOS.
Sector de Ia Técnica
La presente invención se encuadra en el sector técnico de procesos de tratamiento de residuos sólidos, concretamente en el relativo a tratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos mediante técnicas aerobias (compostaje) o anaerobias (digestión anaerobia).
Estado de Ia técnica
El tratamiento de residuos sólidos, como son Ia Fracción Orgánica de los Residuos Sólidos Urbanos (FORSU), mediante el proceso de digestión anaerobia, ha estado cobrando en los últimos años cada vez más importancia. Aunque inicialmente existía un gran escepticismo en cuanto a Ia eficacia de tratamiento de este tipo de tecnología, actualmente se ha producido un cambio hacia su aceptación general, hecho que se refleja en las distintas plantas de tratamiento que están operando a escala industrial.
De hecho, en España existen actualmente 19 plantas de biometanización de Ia 87 existentes a nivel Europeo. Además, se prevé que el número de plantas actual se incremente en los próximos años como consecuencia de Ia inminente aprobación del Il Plan Nacional de Residuos Urbanos (Il PNRU, 2008-2015). Entre los objetivos de este Il PNRU está el gestionar, para el año 2012, el 10% de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) generados mediante Ia biometanización (como referencia cabe mencionarse que en año 2004 se estaba gestionando tan sólo el 1 ,4% de los RSU generados).
Es comúnmente reconocido por Ia comunidad científica que una de las etapas más lentas de la velocidad global del proceso de degradación anaerobia termofílica de Ia FORSU es Ia hidrólisis del residuo.
En Ia degradación anaerobia termofílica de bajo contenido en sólidos
(4-15% en Sólidos Totales), Ia etapa limitante de Ia velocidad es Ia metanogénesis a partir de los ácidos grasos volátiles generados durante Ia hidrólisis. No obstante, en los procesos de digestión seca (15-30% en Sólidos Totales) muchos autores han descrito que Ia etapa más lenta es Ia hidrólisis del material particulado y Ia solubilización de Ia materia orgánica en el medio líquido.
En este sentido, mediante Ia aplicación de pretratamientos físico- químicos y/o biológicos a Ia FORSU puede conseguirse un aumento en Ia velocidad de hidrólisis y un aumento de su biodegradabilidad anaerobia. Estos pretratamientos son particularmente efectivos cuando Ia alimentación del proceso de digestión anaerobia se corresponda con FORSU procedente de una planta industrial de tratamientos de basuras ya que, en este caso, Ia elevada granulometría del residuo presenta dificultades desde el punto de vista hidrolítico.
En el caso de las plantas industriales de tratamiento de basuras, Ia fracción orgánica se obtiene tras una serie de etapas de procesamiento previas y finalmente se separa a través de un trommel (con luz de paso comprendidas entre 30 y 90 mm). En consecuencia Ia FORSU se encuentra en forma particulada y Ia hidrólisis y solubilización de Ia materia orgánica puede verse sensiblemente aumentada mediante el uso de los pretratamientos indicados.
La presente invención se centra en Ia aplicación de pretratamientos de tipo biológico sobre Ia FORSU. Hoy en día se realizan diversos estudios para el pretratamiento de residuos lignocelulósicos, con el empleo e inoculación de enzimas específicas capaces de hidrolizar este tipo de material.
También se han llevado a cabo estudios en los que, dependiendo del tipo residuo (residuos domésticos, aguas residuales de Ia industria maderera, aguas residuales de destilería, etc.), el ataque enzimático se realiza con distintos tipos de hongos o combinaciones entre ellos (Asperguillus níger, Aspergillus awamori, Aspergillus oryzae, Aspergillus terreus, etc.).
Las principales variables de operación en los pretratamientos de tipo biológico suelen ser el tipo de inoculo empleado como agente enzimático, el porcentaje de inoculación y el tiempo de contacto entre el residuo y el inoculo.
Explicación de Ia invención
La invención consiste en un procedimiento operativo a través del cual, mediante Ia aplicación de un pretratamiento biológico consistente en Ia mezcla de un residuo orgánico sólido (por ejemplo Ia FORSU u otro residuo sólido orgánico de características físico-químicas similares) con compost como agente enzimático, se consigue acelerar Ia velocidad de hidrólisis y aumentar Ia biodegradabilidad anaerobia del residuo sometido a pretratamiento, ya que se considera que Ia etapa hidrolítica de un sustrato soluble particulado es el paso limitante de Ia velocidad global del proceso de digestión anaerobia.
El procedimiento operativo consiste en mezclar, mediante agitación, el residuo orgánico sólido, que será posteriormente biometanizado mediante digestión anaerobia, con compost maduro durante 24 horas a presión atmosférica y temperatura ambiente. El compost utilizado como agente biológico adicional, se genera en el mismo procedimiento y su adición se realiza mediante una recirculación del producto resultante del compostaje aerobio hasta Ia unidad de mezclado previa a los digestores anaerobios. El porcentaje de inoculación con compost debe estar comprendido entre el 2,5% y el 5% en volumen.
Cuando un residuo sólido orgánico, como es Ia FORSU, se somete al pretratamiento mencionado, se obtienen las siguientes ventajas desde el punto de vista del diseño de los reactores anaerobios y de Ia operación del proceso:
a) Se produce una importante solubilización de materia orgánica en el medio de reacción. El incremento de materia orgánica que se consigue es del 12% cuando se mide en términos Carbono Orgánico Disuelto, del 42% en términos de Sólidos Volátiles Disueltos, del 22% en términos de
Acidez Total y del 51 % en términos de Demanda Química de Oxígeno.
b) A través de Ia solubilización de Ia materia orgánica que se consigue mediante Ia aplicación del pretratamiento, se logra que Ia velocidad global del proceso deje de estar fuertemente influenciada por Ia velocidad de Ia etapa hidrolítica.
c) Igualmente, al producirse un incremento de Ia materia orgánica solubilizada y de Ia velocidad de Ia etapa hidrolítica, tiene lugar un aumento de Ia velocidad global del proceso de digestión anaerobia,
establecido en aproximadamente el 160% respecto a Ia que presentaría el sistema cuando el residuo no es sometido a pretratamiento.
Este incremento de Ia velocidad global de proceso lleva asociada varias ventajas:
i. Las plantas de biometanización industriales actualmente operativas podrían trabajar con mayores velocidades de carga orgánica alimentadas al sistema, Io cuál conlleva beneficios económicos al incrementarse Ia capacidad de tratamiento y/o gestión de las instalaciones.
ii. Por otro lado, en instalaciones de nueva construcción, podría reducirse considerablemente los costes de inmovilizado derivados del tamaño de los digestores, ya que para una capacidad de tratamiento determinada, las dimensiones necesarias para el reactor son inferiores cuando el residuo es sometido a pretratamiento.
iii. Se produce una mejora significativa en Ia producción neta de metano y en Ia velocidad de metanización. Cuando Ia FORSU es sometida al pretratamiento se ha conseguido, mediante ensayos de laboratorio, una producción acumulada de metano de 36 litros tras 15 días de operación mientras que cuando el residuo no es sometido a pretratamiento, Ia producción acumulada de metano es de tan sólo 7 litros tras el mismo periodo de tiempo. Por otro lado, mediante Ia aplicación del pretratamiento se consigue un incremento de Ia producción acumulada máxima de metano del 16,4%.
iv. El incremento en Ia generación de metano conlleva beneficios desde el punto de vista económico en el sentido de que este vector energético, tras ser sometido a cogeneración para producir energía eléctrica, podría ser empleado para cubrir Ia demanda de Ia propia instalación e incluso podrían ser vendidos los excedentes energéticos a las grandes compañías eléctricas.
e) En plantas industriales de biometanización, actualmente en funcionamiento, no se precisarían grandes inversiones económicas para implementar este tipo de pretratamiento en las líneas de tratamiento del residuo, ya que desde el punto de vista tecnológico no se requiere de Ia incorporación de un equipamiento específico avanzado. Sólo es necesario realizar una recirculación del producto resultante del compostaje aerobio hasta Ia unidad de mezclado previa a los digestores anaerobios (ver figura 1).
Breve descripción de las figuras
Figura 1.- Representa un diagrama de flujo convencional para el tratamiento, a nivel industrial, de Ia FORSU incorporando, además, una línea de recirculación de compost para Ia realización del pretratamiento detallado en Ia presente invención. A continuación se enumeran cada uno de los elementos que conforman el proceso:
1. Residuo A. Residuo que se pretende biometanizar mediante digestión anaerobia, por ejemplo FORSU. 2. Residuo B. Residuo que actúa como fuente de microorganismos para el desarrollo de Ia digestión anaerobia, por ejemplo lodos anaerobios procedentes de una Estación Depuradora de Aguas Residuales Urbanas que cuente en sus instalaciones con digestores anaerobios.
3. Unidad de mezclado de residuos.
4. Unidad de bombeo de Ia mezcla resultante al reactor anaerobio.
5. Reactor anaerobio de biometanización. 6. Compostaje aerobio.
7. Biogás generado durante el proceso de digestión anaerobia.
8. Línea de recirculación de compost maduro a Ia unidad de mezclado de residuos. Es Ia única modificación sobre el diagrama de flujo inicial para un tratamiento convencional de biometanización.
Descripción de un ejemplo de realización de Ia invención
Seguidamente se representa un ejemplo operativo en el que se detalla como aplicar un pretratamiento biológico con compost sobre Ia FORSU procedente de un trómmel industrial (30 mm de luz de paso).
CONDICIONES DE OPERACIóN Régimen de operación Semicontinuo
% Sólidos Totales 15-30
Tiempo de contacto 24 horas
Temperatura de operación Temperatura ambiente
Presión de trabajo Presión atmosférica Volumen Inicial de residuo El que marca el diseño de Ia planta
Porcentaje de inoculo (compost) 2,5-5% en volumen respecto al volumen de residuo tratado
AGITACIóN Intervalo cambio sentido de giro de agitación 10 segundos rpm 13