11
PRODUCCIN DE BIOGS MEDIANTE DIGESTIN ANAEROBIA
PRODUCCIN DE BIOGS MEDIANTE DIGESTIN ANAEROBIA
Universidad de Len
OCTUBRE 2010Antonio Morn
Xiomar Gmez
2
ndice
1. Introduccin a los procesos biolgicos
2. Qumica y microbiologa del proceso de digestin
anaerobia
3.Variables que afectan al proceso de digestin
4. Sistemas de digestin
5. Produccin y composicin del biogs
23
Tratamiento de aguas residuales
Tratamiento de residuos slidos
Fangos activos (WAS)
Anaerobios
Lecho suspendido
Pelcula fija
Aerobios
UASB
Filtros
Compostaje Dig Anaerobia
Introduccin a los procesos biolgicos
4
Lodos primarios
Agua residual
Pre-tratamiento
Sedimentacin primaria
Sedimentacin secundaria
Lodos secundarios
Digestor anaerobio
Biogs
Tratamiento biolgico
Deshidratacin
Secado trmicoBioslidos
Para aplicacin agrcola
Introduccin a los procesos biolgicos
35
Definiciones
Slidos Totales
Slidos Voltiles
Slidos fijos
Slidos suspendidosSlidos sedimentablesSlidos disueltos
Introduccin a los procesos biolgicos
6
Definiciones
DBO: Utilizado para aguas (Medida relacionada con el oxgeno necesario para oxidar la materia orgnica por los microorganismos)
Introduccin a los procesos biolgicos
47
Definiciones
DQO: Utilizado para aguas (Medida relacionada con el oxgeno necesario para oxidar la materia orgnica)
Introduccin a los procesos biolgicos
8
Introduccin a los procesos biolgicos
59
Ecuacin de Monod
Relacin entre el crecimiento bacteriano y el consumo del substrato
Cs : Concentracin del substratoCx : Concentracin de biomasarmax : Velocidad especfica de degradacin en su valor mximoKs : Constante de saturacin
CsKCsCxr
dtdCs
s
max
+=
Introduccin a los procesos biolgicos
10
2. Qumica y microbiologa del proceso
611
Qumica
Conversin de la materia orgnica en biogs
Microbiologa
Utilizacin de diversos grupos de microorganismos en condiciones
anaerobias
Biometanizacin Transformacin de la materia orgnica mediante la ayuda de
microorganismos para generar biogs como producto principal y un digerido que puede ser utilizado como acondicionador de suelos
Qumica y microbiologa del proceso
12
El proceso de la digestin anaerobia se puede representar, de forma qumica mediante la reaccin:
CmHnOp rCH4 + sCO2 +H2O,
donde r + s = m.
Qumica y microbiologa del proceso
Energa perdida como calorEnerga en los productos finalesEnerga perdida en la respiracinEnerga sintetizada en protoplasma
Energa no utilizada como resultado de la falta de aceptores de hidrgeno
Conversin de energa en el metabolismo anaerobio
713
Compuestos Orgnicos complejosProtenas Carbohidratos Lpidos
amino azcares
cidos
cidos alcoholes
grasos
Compuestos
orgnicos insolubles
Com. orgnicos solubles
Productos intermedios:Ac. Propinico
Ac. Butrico, etc.
Acetato
NH3-N
H2S
Hidrgeno
CO2CH4CO2
Qumica y microbiologa del proceso
Hidrlisis
Acidificacin
Acetognesis
Metanognesis
14
3. Variables que afectan al proceso de digestin
815
Variables que afectan al proceso de digestin
Caractersticas del sustrato:Se pueden diferenciar para el sustrato (Pfeffer, 1992):
Solubilidad: mejora la accesibilidad de los microorganismos.Granulometra y humedad: determinan las posibilidades de bombeo, tipo y tamao del digestor.
Biodegradabilidad: si el sustrato es poco biodegradable precisarmayores tiempos de residencia para su degradacin, lo que repercutir en los costes de operacin.Concentracin de sustrato en la corriente de entrada al digestor: la dilucin del sustrato permitir ajustar el contenido de slidos y nutrientes ptimos en el alimento para el funcionamiento del proceso.
Estructura y composicin qumica: el conocimiento de la composicin qumica permite adecuar el balance de nutrientes a las necesidades del proceso, ya que las poblaciones bacterianas involucradas en la digestin requieren un aporte de nutrientes suficientes para poder crecer.
16
Variables que afectan al proceso de digestin
Eliminar la estratificacin trmica, manteniendo una temperatura uniforme en todo el digestor.
917
18
Variables que afectan al proceso de digestin
La temperatura
pH y alcalinidad
cidos grasos voltiles y de cadena larga
10
19
Variables que afectan al proceso de digestin
Parmetros utilizados para evaluar el funcionamiento de los digestores
Slidos Totales y Slidos VoltilespH y Alcalinidad
Volumen del gas y composicincidos grasos voltiles
20
Variables que afectan al proceso de digestin
Materiales que causan inhibicin
Debida a materiales solubles que estn disponibles para los microorganismos
Metales pesados (Cu, Zn)
Sulfuros
Detergentes sintticos
cidos grasos de cadena larga
NH3
Sales (Na+, K+, Ca++)
11
21
ndice
4. Sistemas de digestin
22
Compostaje
Digestin
Anaerobia
Consumo energtico de
50 75 kWh elec/ton RSU
Produccin de energa de
75 150 kWh elec/ton RSU
Sistemas de digestin
12
23
Basados en el contenido total de slidos
Bajo (10% ST)
Medio (15 20 % ST)
Alto (22 40 % ST)
Basados en el tipo de operacin
Una sla etapa
Multi-etapas
Por Tandas
Digestor en Tilburg (Holanda)
Sistemas de digestin
24
Parmetros utilizados:
Tiempo de retencin hidralica -TRH- (d)
Carga orgnica (kg SV/d* m3 reactor)
Produccin especfica biogs -PEG-
(m3gas/ton SV)
Reduccin de SV (%)
TRH = V / Q
Sistemas de digestin
13
25
Sistemas en una sola etapa Hmedo
Seco
Se prefieren debidos a la simplicidad en el diseo y el menor coste de instalacin
Suelen presentar separacin de fases en el interior del reactor (densos y ligeros)
Short-circuit (pre-cmaras)
Cargas mximas (OLRmax) de 8 kgSV/m3 d
Los equipos de transporte de la alimentacin son ms costosos
Los reactores son de flujo pistn lo que simplifica el diseo interior (no se necesita mezcla)
Requieren menor volumen de agua, no presentan perdida de SV debidas a los pre-tratamientos
No short-circuit
Cargas mximas (OLRmax) de 12 kg/m3 d
Sistemas de digestin
26
E. Trmica
Bioresiduo
Molino
Pulper
Contaminates Arena
Sistema hidrodinmico de separacin
Reactor
BiogsE. elctrica
Central de produccin de energa
Deshidratacin
CompostajeAgua de procesoFertilizante lquido
Proceso BTA de una sola etapa
E. trmica
Sistemas de digestin
14
27
Residuo separado
Reactores
Generacin de
electricidad y calor
Fertilizante lquido
Digerido
Compostaje
Sistema Kompogas
Sistemas de digestin
28
Valorga
Sistemas de digestin
15
29
Sistemas en dos etapas
Sistemas de digestin
Presentan un coste de instalacin mayor
No se ha traducido en un mayor rendimiento de biogs pero si en una mayor estabilidad en el proceso
Las variabilidades en la carga son tamponadas por la primera fase
30
Molino
Separacin magntica
Pulper
Contaminantes
Inertes
Separacin de pesados
Reactor de hidrlisis
Reactor de pelcula fija
Biogs
Biogs
Reactor
Proceso BTA multi-etapa
Sistemas de digestin
16
31
Sistemas de digestin
32
Residuo pretratado
Agua de procesoBiogs
Reactor
CalorDeshidratacin
Residuo
Agua excedente
Tanque de hidrlisis y suspensin buffer
Residuos ligeros
Sedimentos
SuspensinPulper
Tamiz
Linde (Digestin en hmedo)
Sistemas de digestin
17
33
Residuo pre-tratadoCalibrador
Biogs
Sistema de extraccin
Deshidratacin
ResiduoAgua de procesoReactor de flujo pistn
Linde (Digestin seca)
Sistemas de digestin
34
5. Produccin y composicin del biogs
18
35
Digestor Mesoflico
Digestor Termoflico
Arranque a partir de inculo mesoflico
Arranque a partir de inculo mesoflico
Evaluacin de su funcionamiento
Energa obtenida
TRH PEG Carga orgnica
Alimentacin
LP:FORSU (22%)
11
Produccin y composicin del biogs
36
130Kompogas
100Linde
100-200DRANCO
100-150WAASA
80-160Valorga
80-120BTA
Rendimiento(m3/ton m3 alimentada)
Proceso
Rendimientos de produccin de biogs para distintas tecnologas
Produccin y composicin del biogs
19
37
Linde(Dig hm)
40.000 tn/aBurgos
Linde(Dig hm)
73.000 tn/aMadrid
Linde(Dig seca)
15.000 tn/aValladolid
Valorga182.500 tn/a (4 digestores 4.000 m3)
La Corua
Valorga115.000 tn/a (4 digestores 4.000 m3)
Cadiz
Valorga120.000 tn/a (3 digestores 4.500 m3)
Barcelona(Ecoparque II)
ProcesoCaractersticasCiudad
Produccin y composicin del biogs
38
Componente Porcentaje
Metano 60 80
Gas Carbnico 30 40
Nitrgeno 1 - 2
Monxido de Carbono 0 - 1.5
Oxgeno 0,1
cido Sulfhdrico 0 - 1
Produccin y composicin del biogs
20
39
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIN