Tecnologías para el tratamiento de purines.

TECNOLOGÍAS PARA EL
TRATAMIENTO DE PURINES
Taller Demostrativo sobre el Aprovechamiento Energético de
Purines en Extremadura
Diciembre, 2010
TRATAMIENTO:
Combinación integrada de operaciones unitarias
dirigidas a modificar las características de las
deyecciones con el fin de adecuarlas al plan de
gestión de nutrientes.
OBJETIVOS ESENCIALES DE LOS
TRATAMIENTOS
Adecuar la producción de los residuos a las
necesidades de los cultivos.
Valorizar técnica y económicamente el residuo.
Minimizar costes de transporte, si éste es
necesario.
Remover y/o recuperar nutrientes valorizables
(N, P, etc.).
Reducir “preferiblemente eliminar” patógenos.
Producir energía renovable.
Estabilizar/aislar el vertido si no es posible su
valorización.
NUTRIENTES QUE PUEDEN REDUCIRSE O
RECUPERARSE DE LAS DEYECCIONES GANADERAS
NITRÓGENO
Nutrientes que
Pueden reducirse
N2 (g)
CH4
CARBONO
CO2
NITRÓGENO
Nutrientes que
Pueden recuperarse
FÓSFORO
ESTRATEGÍAS TECNOLÓGICAS BASADAS EN LA GESTIÓN
DEL NITRÓGENO (Flotats, 2009)
-.1.- Recuperación del Nitrógeno ESTRATEGIAS
Separación de
Fases
Stripping de
amoníaco y
absorción
Concentración
térmica
(Evaporación al vacío
y secado)
Precipitación de
sales de amonio
(estruvita)
Compostaje/FES
OBJETIVO
Separar
fases
para
tratamientos posteriores.
OBSERVACIONES
favorecer
Aplicable a deyecciones líquidas.
Recuperar de Nitrógeno en forma
amoniacal o aguas amoniacales.
Aplicable a fracciones líquidas.
La DA previa favorece el
proceso.
Concentrar nutrientes para favorecer
el transporte.
La evaporación se aplica a FL y
el secado a FS. La DA previa
favorece el proceso.
Recuperar nitrógeno en forma de
sales de fósforo y amonio.
Aplicable a fracciones líquidas.
Previa reducción de MO.
La DA favorece el proceso.
Recuperar
orgánica.
Deben prevenirse las pérdidas
de amonio por volatilización
nitrógeno
en
forma
ESTRATEGÍAS TECNOLÓGICAS BASADAS EN
LA GESTIÓN DEL NITRÓGENO
-.2.- Eliminación del Nitrógeno ESTRATEGIA
OBJETIVO
OBSERVACIONES
Aplicable a fracciones líquidas.
Remover N mediante oxidación Se requiere materia orgánica
Nitrificación –
del amonio a nitrito/nitrato y
biodegradable para la
Desnitrificación (NDN)
posterior reducción a N2 gas.
desnitrificación (microflora
heterótrofa).
Aplicable a fracciones líquidas.
Debe minimizarse la MO,
Nitrificación parcial –
pues es contraproducente
Eliminar N mediante nitrificación
oxidación anaerobia de
(competencia emtre
parcial del amonio a nitrito y
amonio
poblaciones bacterianas).
posterior reducción a N2 gas.
(NP – anammox)
Menores requerimientos
energéticos que el NDN
convencional.
TECNOLOGÍAS PARA LA REDUCCIÓN DEL
NITRÓGENO
NITRIFICACIÓN / DESNITRIFICACIÓN (NDN)
+
-
N
NH4
NO2
NO3
orgánico
amonio
nitrito
nitrato
N2
nitrógeno
molecular
NITRIFICACIÓN PARCIAL+ (NP) – OXIDACIÓN ANAEROBIA
DE AMONIO (ANAMMOX)
+
+
NH4 + 1,5O2
NO2 + 2H
+ H2O
- Nitrificación controlada hasta lograr NO2/NH4 = 1,32.
+
-
NH4 + 1,32NO2
- Reacción Anammox.
-
1,02N2 + 0,26NO3 + 2,03H2O
DIGESTIÓN ANAEROBIA:
Descomposición biológica (en ausencia de
oxígeno) de las sustancias orgánicas que da como
resultado la producción de una mezcla de gases
(BIOGÁS) con una concentración de metano
mayoritaria (CH4= 55-80%) y un producto con alto
grado de mineralización (DIGESTATO)
Planta centralizada de digestión anaerobia de
purines en Dinamarca
Planta de digestión anaerobia en explotación
ganadera en Alemania
CONDICIONES GENERALES QUE DEBEN
CUMPLIRSE EN PROCESOS DE D.A.
Anaerobiosis estricta.
Condiciones reductoras rigurosas.
Respetar las exigencias
específicas de cada grupo de
bacterias involucradas;
ausencia de inhibidores,
condiciones de temperatura,
el pH y la presencia en
cantidades adecuadas de
micro y macronutrientes.
FACTORES FÍSICO-QUÍMICOS DE INTERÉS EN
LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
pH:
pH se plantea un intervalo permisible de
6.5 – 7.8, siendo óptimo entre 6.9 –7.2.
Temperatura:
Temperatura los valores óptimos para
régimen mesofílico y termofílico están
comprendidos en el intervalo de 35 – 40°C y
50 – 55°C, respectivamente.
Potencial amortiguador:
amortiguador la relación entre
los ácidos grasos volátiles (AGV) y
la
alcalinidad total debe mantenerse por debajo
de 0.3
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE
INTERÉS EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
Concentració
Concentración de la carga orgá
orgánica inicial:
inicial este
requerimiento es dependiente de la estrategia
tecnológica que se siga. En reactores avanzados puede
llegar hasta 40 kg de demanda química de oxígeno
(DQO) por m3 de digestor por día.
Relació
Relación entre la DQO:N:P:
DQO:N:P oscila en los intervalos de:
100:(1-10):(0-1.5)
Relació
Relación entre DQO:N:P:S:
DQO:N:P:S se recomienda la
relación 400:5:1:0.2.
Sustancias trazas:
algunos oligoelementos a
trazas
determinadas concentraciones son necesarios para el
desarrollo de la biomasa, valores por encima de
determinados umbrales pueden provocar la inhibición
del proceso.
FASES DE DIGESTIÓN ANAEROBIA
Bacterias hidrolíticas–acidogénicas
DESINTEGRACIÓN E HIDRÓLISIS
MATERIALES ORGÁNICOS
Lípidos
(grasas, aceites,…)
Bacterias
acetogénicas
ACIDOGÉNESIS
ACETOGÉNESIS
Ácidos Grasos
de cadena larga,
alcoholes
Bacterias metanogénicas
hidrolíticas y acetogénicas
METANOGÉNESIS
H2
CO2
Metano
(CH4)
Biogás
Hidratos de
Carbono
(fibras, azúcares,
almidón,…)
Proteínas
(cárnicas,
vegetales,)
Ácido acético
Monosacáridos
Aminoácidos
Ác. propiónico
Ác. butírico
Ác. valérico
Ác. Orgánicos
Compuestos
Inorgánicos
Fuente: Flotats,
2008
Compuestos NO
biodegradables.
Inertes
Nitrógeno
amoniacal
Bicarbonatos
HCO3 + H +
(CO2)gas
(CO2)ac +
H2O
Ac - + H +
Amoniaco
NH3 + H +
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E
ESQUEMA GENERAL DE UNA PLANTA DE
BIODIGESTIÓN DE PURINES
Gasómetro
Purines
Pretratamiento
Purificación
Cogeneración
Biogás
REACTOR
BIOLÓGICO
Homogenización
Energía
Calorífica
Energía
Eléctrica
Recirculación
Digestato
Autoconsumo
Venta
Post-tratamiento
Separación de
Fases
Recuperación
de Nutrientes
Secado
ELEMENTOS QUE AFECTAN EL
ESTABLECIMIENTO DE LOS TRATAMIENTOS
Características estructurales del residuo: composición
/concentración/interacciones.
Incentivos económicos para la producción de energía
(legislación).
Costes por concepto de transporte. Balance
beneficio/coste.
Necesidad de fertilización.
Manejo de los vertidos en las granjas.
Implicación de los ganaderos en la gestión y
tratamiento de los vertidos.
Posibilidad y viabilidad de co-gestión / co-tratamiento
con la participación de otros tipos de vertidos.
CO-DIGESTIÓN ANAEROBIA
TRATAMIENTO CONJUNTO DE RESIDUOS ORGÁNICOS
DIFERENTES CON EL OBJETIVO DE:
Aprovechar
la
complementariedad
de
las
composiciones para permitir perfiles de procesos más
eficaces.
Compartir instalaciones de tratamiento.
Unificar metodologías de gestión.
Amortiguar las variaciones temporales en composición
y producción de cada residuo por separado.
Reducir costes de inversión y explotación.
L
A
P A
I
NC TAJ
I
PR VEN
Aprovechamiento de la sinergia de las
mezclas, compensando las carencias de cada
uno de los sustratos por separado. LA CODIGESTIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS HA
RESULTADO EXITOSA TANTO EN RÉGIMEN
TERMÓFILO COMO MESÓFILO
CARACTERÍSTICAS RELATIVAS
PARA LA CODIGESTIÓN
ORIGEN
RESIDUO
MICRO Y
MACRO
NUTRIENTES
RELACIÓN
C/N
CAPACIDA
D TAMPÓN
(alcalinidad)
MO
BIODEGRADABLE
RESIDUOS
GANADEROS
ALTO
BAJO
ALTO
BAJO
LODOS DE
DEPURADORAS
ALTO
MEDIA
MEDIA
MEDIA
RESIDUOS
INDUSTRIA
ALIMENTARIA
BAJO
ALTO
BAJO
ALTO
POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS DE
)
ALGUNOS RESIDUALES ORGÁNICOS
(PSE probiogás, 2010
TIPO
CONTENIDO ORGÁNICO
SV(%)
PROD. DE
BIOGÁS
(m3/T residuo)
Intestinos y Contenidos
Hidratos de carbonos, proteínas, lípidos
15-20
50-70
Fangos de flotación
60-70% proteína y 30-35% lípidos
13-18
90-130
BBO (tierras filtrantes de
80% lípidos y 20% otros orgánicos
aceites con bentonita)
40-45
350-450
Aceites de Pescado
30-50% lípidos
80-85
350-600
Suero
75-80% lactosa y 20-25% proteínas
7-10
40-55
Suero Concentrado
75-80% lactosa y 20-25% proteínas
18-22
100-130
10-15
70-100
Hidrolizado carne-huesos 70% proteína y 30% lípidos
Mermeladas
90% azúcares, ácidos orgánicos
50
300
Aceite soja/margarinas
90% aceites vegetales
90
800-1000
Bebidas Alcohólicas
40% alcohol
40
240
Fangos Residuales
Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas
3-4
17-22
Fangos Res. Concentrado Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas
15-20
85-110
Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas
20-30
150-240
FORSU Separado en Origen
José Lucas Pérez Pardo
Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental