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ES2985438T3 - Procedimiento para el funcionamiento de una planta de biogás - Google Patents

Procedimiento para el funcionamiento de una planta de biogás Download PDF

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ES2985438T3
ES2985438T3 ES16197234T ES16197234T ES2985438T3 ES 2985438 T3 ES2985438 T3 ES 2985438T3 ES 16197234 T ES16197234 T ES 16197234T ES 16197234 T ES16197234 T ES 16197234T ES 2985438 T3 ES2985438 T3 ES 2985438T3
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Abstract

La invención se refiere a un método para operar una planta de biogás que comprende al menos un fermentador en el que se produce biogás por fermentación del sustrato alimentado al fermentador, un separador que se alimenta aguas abajo del fermentador para separar sólidos no fermentados y residuos de fermentación en una fracción acuosa que se trata posteriormente en un tanque de aireación que es seguido por un tanque de sedimentación, en donde el agua sobrenadante presente en el tanque de sedimentación se alimenta total o parcialmente al tanque de aireación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el funcionamiento de una planta de biogás
La presente invención hace referencia a un procedimiento para el funcionamiento de una planta de biogás que comprende al menos un fermentador, en el cual el biogás se genera mediante fermentación del sustrato suministrado al fermentador, un separador que se suministra aguas abajo del fermentador para separar, en particular, sólidos no fermentados y residuos de fermentación en una fracción acuosa, en donde la fracción acuosa del residuo de fermentación se somete a un tratamiento posterior en un tanque de aireación, y la suspensión resultante en el tanque de aireación se introduce al tanque de sedimentación aguas abajo.
Las plantas de biogás se utilizan para generar biogás mediante la fermentación de materias primas, plantas y subproductos agrícolas o biorresiduos. Sin embargo, las materias primas que contienen celulosa y lignocelulosa son difíciles de degradar en las condiciones anaeróbicas que prevalecen en el fermentador. En el caso de los sustratos fácilmente degradables, una gran proporción se convierte en biogás. Permanece una mezcla acuosa de materia orgánica poco degradable y sustancias inorgánicas, el así denominado como residuo de fermentación. Los componentes no degradables se pueden separar del residuo de fermentación mediante un separador. La fracción acuosa restante eventualmente se puede reducir en masa mediante un tratamiento aeróbico posterior.
Debido a medidas legales más estrictas, una fertilización con los residuos acuosos de fermentación, también denominados como digestato, sólo es posible durante unos pocos meses al año, de modo que se requieren mayores capacidades de almacenamiento para una planta de biogás. La emisión de amoníaco y, eventualmente, de óxido nitroso también obliga a tomar contramedidas.
Para reducir la cantidad de residuos de fermentación producidos, se realizan preferentemente intervenciones mecánicas para reducir el digestato producido. Utilizando separadores como centrifugadoras, prensas de tornillo o equipos similares, el contenido de materia seca TS puede aumentarse de 4 a 6 % hasta un 30 %. En la fase sólida permanece una proporción muy reducida de amonio (NH4+). Sin embargo, más de la mitad del amonio se encuentra en el agua de proceso separada, es decir, en el filtrado. La separación en dos fracciones resuelve algunos de los problemas, es decir, se reduce la capacidad de almacenamiento y el contenido de amonio. Sin embargo, el problema se traslada a la fase acuosa.
En las solicitudes EP 0189 155 A1 y EP 0625961 B1 se hace referencia a procesos de lodos activados en los que los lodos procedentes de un tanque de sedimentación se suministran a un tanque de aireación. De la solicitud EP 0 158 714 A2 se conoce un contenedor para clarificar líquidos cargados de sólidos utilizando floculantes.
El objeto de la presente invención consiste en perfeccionar un procedimiento del tipo mencionado en la introducción de tal manera que la planta de biogás pueda funcionar de una manera energéticamente favorable y, al mismo tiempo, se puedan reducir las capacidades de almacenamiento requeridas. También se debe reducir la proporción de amonio (NH4+).
Como solución para el objeto, la presente invención prevé esencialmente, en cuanto al procedimiento, que el agua sobrenadante del tanque de sedimentación se suministre total o parcialmente al tanque de aireación La presente invención se caracteriza especialmente porque al fermentador se suministra el lodo generado durante el tratamiento biológico posterior u obtenido del tratamiento biológico posterior mediante filtración. Según la invención, los residuos de fermentación procesados se suministran al fermentador, casi como un cosustrato, de modo que en sí se puede reducir la cantidad de sustrato alimentado al fermentador. Independientemente de esto, la cantidad de biogás producido no se reduce.
Cuando, por el contrario, al fermentador se suministra la misma cantidad de sustrato que en el estado del arte, el rendimiento de biogás aumenta.
De acuerdo con la invención, el agua sobrenadante se retira del tanque de sedimentación aguas abajo del tanque de aireación y se realimenta total o parcialmente al tanque de aireación. Esto ofrece la ventaja de que las sustancias no disueltas presentes en la fracción acuosa en el tanque de aireación sólo se oxidan ligeramente, de modo que el lodo que se realimenta al fermentador está menos oxidado que aquel lodo de retorno se realimenta al tanque de aireación según el proceso clásico de lodo activado. Sin embargo, los lodos oxidados implican una reducción del contenido de metano en el biogás.
Mediante el procedimiento según la invención se aplican menos residuos de fermentación, por lo que se reduce la carga de nitrógeno y se consigue así un mejor equilibrio del humus. Además, existe la ventaja de que se requiere menos espacio para el almacenamiento de los residuos de fermentación. También se reducen las molestias por olores causados por los residuos de fermentación.
La filtración de los residuos de fermentación tratados biológicamente, es decir, los lodos, también ofrece la ventaja de que el filtrado se puede describir prácticamente como agua descargable. El filtrado se puede utilizar para la filtración al subsuelo, para el riego, para la descarga en una planta de tratamiento de aguas o en aguas superficiales.
Adicional o alternativamente, está previsto que el filtrado producido durante la filtración y/o el agua sobrenadante resultante de la sedimentación en el tanque de sedimentación se utilice para la infiltración en el subsuelo, para el riego, para su descarga en una planta de tratamiento de aguas residuales o en una masa de agua.
En particular, está previsto suministrar al fermentador lodos filtrados con un contenido de materia seca comprendido entre el 8 % y el 25 %, en particular, entre el 10 % y el 20 %.
La presente invención también se caracteriza porque al fermentador en el tanque de sedimentación se suministra sedimento con un contenido seco de entre 3 % < TS <10 %, en particular, de 4 % < TS <8 %. Mediante el procedimiento según la invención, el contenido de N H / se convierte en una etapa biológica mediante microorganismos especialmente acondicionados en múltiples pasos en nitrógeno elemental, garantizando una solución amigable al medio ambiente para la eliminación de nitrógeno. Además, la conversión de nitrógeno de los microorganismos garantiza que la DQO, el COT y otros parámetros se reduzcan hasta tal punto que el agua purificada sea ópticamente clara.
Las mediciones han demostrado que la reducción del contenido de COT (carbono orgánico total) se reduce a 100 hasta 200 mg/l. Antes del tratamiento biológico, tras salir del fermentador, el contenido es de unos 3.000 mg/l. Con respecto al contenido de DQO, se ha conseguido una reducción de 10.000 mg/l a 250 hasta 500 mg/l. Con respecto al contenido de NH4+, se pudo determinar una reducción de 4500 mg/l a menos de 50 mg/l. En referencia a los fosfatos, se pudo determinar una reducción de 80 mg/l a menos de 10 mg/l.
El procedimiento también se caracteriza por la sedimentación sólida de partículas muy finas, preferentemente, partículas de un tamaño de entre 1 pm y 50 pm, en donde en el tanque de sedimentación con sedimento presente en el mismo y fluido que sobresale por encima de él, se añade al menos un coadyuvante que influye en la sedimentación al fluido que sobresale.
De manera preferente, la invención prevé que como coadyuvante se utilice al menos una sustancia del grupo de las sales metálicas, en particular, sales de aluminio y/o hierro como cloruros o sulfatos, y/o polímeros como derivados de poliacrilamida catiónicos y/o aniónicos.
También es importante destacar que como coadyuvante se utiliza una mezcla que contiene o consiste en cloruro de hidróxido de aluminio y/o derivados de almidón catiónicos y/o aniónicos.
Preferentemente está previsto que como coadyuvante se utilice una mezcla que contiene cloruro de hidróxido de aluminio Además, se pueden utilizar derivados de almidón aniónicos y/o catiónicos, eventualmente aniónicos y catiónicos. Con respecto al cloruro de hidróxido de aluminio cabe destacar que debe presentar una basicidad de entre el 25% y el 95%. La proporción en peso de la mezcla debe ser superior al 40% en peso, en donde se prefieren valores entre el 80% en peso y el 97% en peso. Cuando la mezcla contiene derivados de almidón catiónicos y/o aniónicos, la proporción en peso debe estar comprendida entre el 0 % y el 30 % en peso, preferentemente, entre el 5 % y el 10 % en peso.
Otros detalles, ventajas y características de la presente invención se deducen no sólo de las reivindicaciones y de las características que se indican en ellas, por si mismas y/o en combinación, sino también de la siguiente descripción de un ejemplo de ejecución preferido que se deduce del dibujo.
La única figura muestra un diagrama esquemático de una planta de biogás en la que se procesan residuos de fermentación según la invención. La planta comprende un fermentador 10 al que se suministran materias primas (Input-Material), también denominadas como sustratos o materiales de entrada, a través de una línea 12 para la producción de biogás. Además, se pueden añadir aditivos a través de una línea 14 para influir en la degradación microbiana (fermentación) del sustrato utilizado. Aguas abajo del fermentador 10 se puede instalar un fermentador secundario 11. A este respecto, sin embargo, se hace referencia a instalaciones suficientemente conocidas de plantas de biogás.
En el fermentador 10, el biogás se produce a partir de materia prima biológica en ausencia de oxígeno. El fermentador 10 puede funcionar con fermentación continua, es decir, a intervalos regulares se suministra sustrato y se extrae biogás y residuo de fermentación.
El residuo de fermentación se suministra entonces a un separador 16, que puede ser una centrifugadora o una prensa de tornillo, por ejemplo. Las sustancias que no se pueden fermentar se separan del residuo de fermentación mediante el separador 16 (flecha 15). Se trata de sustancias sólidas, como paja o madera, que contienen principalmente celulosa y lignocelulosa.
La fracción líquida (fugado) se alimenta a través de una línea 18 a un primer contenedor 20, como un tanque de aireación, en el que se realiza un proceso aeróbico de una o varias etapas para lograr una mayor degradación. El líquido homogeneizado en el tanque de aireación 20 se puede suministrar a través de una línea 19 a un dispositivo para separar sólidos del líquido, como un filtro inclinado 35, para suministrar lodo deshidratado, que puede tener un contenido seco en el rango entre 8% y 25%, al fermentador 10 a través de una línea 22.
La presente invención se caracteriza en particular porque al tanque de aireación 20, en el que se realiza el tratamiento aeróbico, está conectado aguas abajo un tanque de sedimentación 21, como un separador lamelar. La suspensión resultante en el tanque de aireación 20 se suministra al tanque de sedimentación 21 de modo que los sólidos se separan y el agua sobresale. Esta agua sobrenadante se puede suministrar al tanque de aireación 20 a través de una línea 32, en donde la relación de la fracción acuosa suministrada al tanque de aireación 20 con respecto al agua sobrenadante suministrada desde el tanque de sedimentación 21 debería comportarse como 1 : 1 hasta 1:7, en particular, aproximadamente de 1:5, sin que los valores numéricos correspondientes se entiendan como restrictivos. Al introducir agua en el tanque de aireación 20, las sustancias no disueltas en la fracción acuosa, es decir, las sustancias secas, sólo se oxidan ligeramente. Sin embargo, también es posible que el agua sobrenadante se descargue directamente desde los tanques de sedimentación 21 a través de la línea 32, 34 , por ejemplo, para la filtración en un subsuelo, para el riego, para la descarga en una planta de tratamiento de aguas residuales o en una masa de agua.
Para separar las partículas más finas en el tanque de sedimentación 21, preferentemente partículas de un tamaño entre 1 pm y 50 pm, se añade un coadyuvante que influye en la sedimentación al tanque de sedimentación 21, eventualmente, a diferentes alturas del tanque de sedimentación 21, que puede presentar una geometría cilíndrica. El coadyuvante se suministra al fluido sobrenadante 23 en el tanque de sedimentación 21. Las flechas 26 indican que el coadyuvante se puede introducir en el tanque de sedimentación 21 a diferentes alturas del agua sobrenadante 23. También existe la posibilidad de hacer circular el agua sobrenadante 23 en el separador lamelar, es decir, en el tanque de sedimentación 21, para conseguir una mejor mezcla con los aditivos y, por lo tanto, una conformación óptima de flóculos. Esto se traduce en ahorros.
El sedimento 28 se puede retroalimentarse al fermentador 10 a través de una línea 30. Como se ha mencionado anteriormente, el agua sobrenadante 23 se puede suministrar al tanque de aireación 20 a través de la línea 32. Alternativamente, es posible descargar el agua sobrenadante 23 directamente (flecha 24). Además, el sedimento puede ser alimentado al dispositivo de separación, diseñado en el ejemplo de realización como un filtro inclinado 35, en el que tiene lugar la separación sólido-líquido. El lodo resultante es o puede ser suministrado al fermentador 10 a través de la línea 22. Sin embargo, también existe la posibilidad de que el sedimento se suministre directamente al fermentador 10 a través de la línea 30.
Como se mencionó, el coadyuvante se suministra al fluido o agua 23 sobrenadante en el tanque de sedimentación 21 a través de la línea o las líneas de suministro 26. Se trata en particular de una sal metálica, como por ejemplo, cloruro de aluminio y/o hierro o sulfato. También se pueden utilizar polímeros tales como derivados de poliacrilamida catiónicos o aniónicos. También es posible una mezcla de ellos.
El floculante se suministra desde un contenedor 27 a las líneas de suministro 26 a través de la línea 29. El agua clara se puede suministrar al dispositivo a través de una línea 31 desde el dispositivo diseñado como filtro inclinado 25 en el ejemplo, en el que tiene lugar la separación sólido-líquido.
Preferentemente, como coadyuvante se utiliza una mezcla que contiene cloruro de hidróxido de aluminio, al que se pueden añadir eventualmente derivados de almidón catiónicos y/o aniónicos. El cloruro de hidróxido de aluminio debe presentar una basicidad entre 25% y 95%. La proporción en peso en la mezcla de cloruro de hidróxido de aluminio debería ser superior al 40 % en peso, en particular, en el rango entre el 80 % en peso y el 97 % en peso. La proporción en peso de los derivados de almidón catiónicos y/o aniónicos en la mezcla debe ser de 0%en peso a 30%en peso, en particular, de 5%en peso a 10%en peso. La suma total de los componentes es del 100% en peso.
Como se mencionó, las partículas más finas se separan en el tanque de sedimentación 21 mediante los coadyuvantes.
El principio según la invención permite convertir la proporción de NH4+ contenida en el fugado en nitrógeno elemental mediante microorganismos especialmente acondicionados en el contenedor o tanque de aireación 20. Mediante su conversión de nitrógeno, los microorganismos también garantizan que la DQO, el TOC y otros parámetros se reduzcan hasta tal punto que se pueda descargar agua purificada a través de una línea 24. El agua se puede filtrar en el subsuelo o regarse, descargar en una planta de tratamiento de aguas residuales o, en el mejor de los casos, incluso directamente a las aguas superficiales.
El biogás extraído del fermentador 10 se suministra a través de una línea 33 a una planta combinada de calor y electricidad 36, mediante la cual se genera electricidad y calor.
Debido al principio según la invención, cuando se debe generar la misma cantidad de electricidad y calor que en las plantas conocidas, se requiere menos sustrato, que se alimenta al fermentador 10 a través de la línea 12. Cuando se añade la misma cantidad que en las plantas conocidas, se puede conseguir una mayor cantidad de CH4, es decir, una mayor ganancia de electricidad y calor.
Independientemente de esto, el contenido de CH4 en el biogás se incrementa mediante el reciclaje del lodo. Como ilustra la secuencia del proceso según la figura, es posible que se proporcione un depósito o almacenamiento 25 antes de la etapa biológica en el contenedor 20, en el cual se recoja primero la fracción acuosa 18 para someterla después a la degradación biológica en el contenedor 20. Es posible añadir aditivos a través de una o varias conexiones 28 para acelerar la degradación biológica.
Además, en el dibujo se puede observar que desde un tanque 17 se puede introducir oxígeno en el tanque de aireación 20.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el funcionamiento de una planta de biogás que comprende al menos un fermentador (10), en el cual el biogás se genera mediante fermentación del sustrato suministrado al fermentador, un separador (16) que se suministra aguas abajo del fermentador para separar, en particular, sólidos no fermentados y residuos de fermentación en una fracción acuosa, en donde la fracción acuosa del residuo de fermentación se somete a un tratamiento posterior en un tanque de aireación (20), y la suspensión resultante en el tanque de aireación se introduce al tanque de sedimentación aguas abajo (21);
caracterizado porque
el agua sobrenadante (23) del tanque de sedimentación (21) se suministra total o parcialmente al tanque de aireación (20).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque
el lodo producido durante el tratamiento biológico posterior u obtenido del tratamiento biológico posterior después de la filtración se suministra al fermentador (10).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque
el filtrado producido durante la filtración y/o el agua sobrenadante (23) resultante de la sedimentación en el tanque de sedimentación (21) se utiliza para la infiltración en el subsuelo, para el riego, para su descarga en una planta de tratamiento de aguas residuales o en una masa de agua.
4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
la relación entre la fracción acuosa suministrada al tanque de aireación y el agua sobrenadante (23) suministrada desde el tanque de sedimentación (21) es de1 : 1 a 1 : 7, en particular, aproximadamente de 1 : 5.
5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
al fermentador (10) se suministra lodo, en particular lodo filtrado, con un contenido seco de 8% < TS < 25%, en particular, de 10% < TS < 20%.
6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
al fermentador (10) en el tanque de sedimentación (21) se suministra sedimento con un contenido seco de entre 3% < TS < 10%, en particular, de 4% < TS < 8%.
7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
la fracción acuosa se almacena antes del tratamiento biológico posterior.
8. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
a la fracción acuosa se le añade al menos un aditivo para el tratamiento biológico posterior.
9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
al agua sobrenadante (23) en el tanque de sedimentación (21) se le añade un aditivo o floculante.
10. Procedimiento según la reivindicación 1 para la sedimentación sólida de las partículas muy finas, preferentemente partículas con un tamaño de entre 1 jm y 50 |jm, en el tanque de sedimentación (21) con sedimento (28) presente en el mismo y fluido (23) que sobresale por encima del mismo.
caracterizado porque
al líquido sobrenadante (23) se le añade al menos un coadyuvante que influye en la sedimentación.
11. Procedimiento según al menos la reivindicación 10,
caracterizado porque
a diferentes alturas del contenedor, en particular de geometría cilíndrica, el adyuvante o una solución que contiene el adyuvante se suministra al fluido sobrenadante (23) y/o porque para mezclar el fluido sobrenadante con el adyuvante se hace circular el fluido sobrenadante.
12. Procedimiento según al menos la reivindicación 10 ó 11,
caracterizado porque
como coadyuvante o para el coadyuvante se utiliza al menos una sustancia del grupo de las sales metálicas, en particular, sales de aluminio y/o hierro como cloruros o sulfatos, y/o polímeros como derivados de poliacrilamida catiónicos y/o aniónicos.
13. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 10 a 12,
caracterizado porque
como coadyuvante se utiliza una mezcla que contiene o consiste en cloruro de hidróxido de aluminio y/o derivados de almidón catiónicos y/o aniónicos.
14. Procedimiento según al menos la reivindicación 13,
caracterizado porque
se utiliza cloruro de hidróxido de aluminio con una basicidad comprendida entre el 25 % y el 95 % y una proporción en peso en la mezcla superior al 40 % en peso, en particular, entre el 80 % en peso y el 97 % en peso, y/o derivados catiónicos y/o aniónicos del almidón con una proporción en peso en la mezcla comprendida entre el 0 % en peso y el 30 % en peso, en particular, entre el 5 % en peso y el 10 % en peso.
15. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
para la mezcla que contiene el coadyuvante se utiliza agua clara que se obtiene durante la separación sólidolíquido en un dispositivo (35), al que se suministra la suspensión del tanque de aireación (20) y/o el sedimento (28).
ES16197234T 2015-11-05 2016-11-04 Procedimiento para el funcionamiento de una planta de biogás Active ES2985438T3 (es)

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