PRODUCCIÓN DE BIOGÁS MEDIANTE DIGESTIÓN ANAEROBIA

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Mario Serrano Parra
hace 6 años
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1 Universidad de León PRODUCCIÓN DE BIOGÁS MEDIANTE DIGESTIÓN ANAEROBIA OCTUBRE 2010 Antonio Morán Xiomar Gómez 1 Índice 1. Introducción a los procesos biológicos 2. Química y microbiología del proceso de digestión anaerobia 3.Variables que afectan al proceso de digestión 4. Sistemas de digestión 5. Producción y composición del biogás 2 1

2 Introducción a los procesos biológicos Tratamiento de aguas residuales Lecho suspendido Película fija Aerobios Fangos activos (WAS) Filtros Anaerobios UASB Tratamiento de residuos sólidos Compostaje Dig Anaerobia 3 Introducción a los procesos biológicos Agua residual Sedimentación primaria Tratamiento biológico Sedimentación secundaria Pre-tratamiento Lodos primarios Lodos secundarios Biogás Biosólidos Secado térmico Digestor anaerobio Para aplicación agrícola Deshidratación 4 2

suspendidos Sólidos sedimentables Sólidos

necesario para oxidar la materia orgánica

3 Introducción a los procesos biológicos Definiciones Sólidos Totales Sólidos suspendidos Sólidos sedimentables Sólidos disueltos Sólidos Volátiles Sólidos fijos 5 Introducción a los procesos biológicos Definiciones DBO: Utilizado para aguas (Medida relacionada con el oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica por los microorganismos) 6 3

4 Introducción a los procesos biológicos Definiciones DQO: Utilizado para aguas (Medida relacionada con el oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica) 7 Introducción a los procesos biológicos 8 4

5 Introducción a los procesos biológicos Ecuación de Monod dcs r = dt K CsCx + Cs Relación entre el crecimiento bacteriano y el consumo del substrato max Cs : Concentración del substrato Cx : Concentración de biomasa r max : Velocidad específica de degradación en su valor máximo K s : Constante de saturación s 9 2. Química y microbiología del proceso 10 5

6 Química y microbiología del proceso Química Microbiología Conversión de la materia orgánica en biogás Utilización de diversos grupos de microorganismos en condiciones anaerobias Biometanización Transformación de la materia orgánica mediante la ayuda de microorganismos para generar biogás como producto principal y un digerido que puede ser utilizado como acondicionador de suelos 11 Química y microbiología del proceso El proceso de la digestión anaerobia se puede representar, de forma química mediante la reacción: C m H n O p rch 4 + sco 2 +H 2 O, donde r + s = m. Energía perdida como calor Energía en los productos finales Energía perdida en la respiración Energía sintetizada en protoplasma Energía no utilizada como resultado de la falta de aceptores de hidrógeno Conversión de energía en el metabolismo anaerobio 12 6

7 Química y microbiología del proceso Compuestos orgánicos insolubles Compuestos Orgánicos complejos Proteínas Carbohidratos Lípidos Hidrólisis Com. orgánicos solubles amino ácidos azúcares ácidos grasos alcoholes Productos intermedios: Acidificación Ac. Propiónico Ac. Butírico, etc. Acetogénesis Acetato NH 3 -N H 2 S CH 4 Hidrógeno CO 2 Metanogénesis CO Variables que afectan al proceso de digestión 14 7

Variables que afectan al proceso de digestión Características del sustrato: Se pueden diferenciar para el sustrato (Pfeffer, 1992):

Granulometría y humedad: determinan las posibilidades de bombeo, tipo y tamaño del digestor.

nutrientes óptimos en el alimento para el funcionamiento del proceso.

8 Variables que afectan al proceso de digestión Características del sustrato: Se pueden diferenciar para el sustrato (Pfeffer, 1992): Solubilidad: mejora la accesibilidad de los microorganismos. Granulometría y humedad: determinan las posibilidades de bombeo, tipo y tamaño del digestor. Biodegradabilidad: si el sustrato es poco biodegradable precisará mayores tiempos de residencia para su degradación, lo que repercutirá en los costes de operación. Concentración de sustrato en la corriente de entrada al digestor: la dilución del sustrato permitirá ajustar el contenido de sólidos y nutrientes óptimos en el alimento para el funcionamiento del proceso. Estructura y composición química: el conocimiento de la composición química permite adecuar el balance de nutrientes a las necesidades del proceso, ya que las poblaciones bacterianas involucradas en la digestión requieren un aporte de nutrientes suficientes para poder crecer. 15 Variables que afectan al proceso de digestión Eliminar la estratificación térmica, manteniendo una temperatura uniforme en todo el digestor. 16 8

9 17 Variables que afectan al proceso de digestión La temperatura ph y alcalinidad Ácidos grasos volátiles y de cadena larga 18 9

Variables que afectan al proceso de digestión Parámetros

Sólidos Totales y Sólidos Volátiles ph y Alcalinidad Volumen

afectan al proceso de digestión Materiales que causan

para los microorganismos Metales pesados (Cu, Zn) Sulfuros

10 Variables que afectan al proceso de digestión Parámetros utilizados para evaluar el funcionamiento de los digestores Sólidos Totales y Sólidos Volátiles ph y Alcalinidad Volumen del gas y composición Ácidos grasos volátiles 19 Variables que afectan al proceso de digestión Materiales que causan inhibición Debida a materiales solubles que están disponibles para los microorganismos Metales pesados (Cu, Zn) Sulfuros Detergentes sintéticos Ácidos grasos de cadena larga NH3 Sales (Na+, K+, Ca++) 20 10

11 Índice 4. Sistemas de digestión 21 Sistemas de digestión Compostaje Digestión Anaerobia Consumo energético de kwh elec/ton RSU Producción de energía de kwh elec/ton RSU 22 11

Sistemas de digestión Basados en el contenido total de sólidos Basados en el tipo de operación Bajo (10% ST) Medio (15 20 % ST) Alto (22 40 % ST) Digestor en Tilburg (Holanda) Una sóla etapa

12 Sistemas de digestión Basados en el contenido total de sólidos Basados en el tipo de operación Bajo (10% ST) Medio (15 20 % ST) Alto (22 40 % ST) Digestor en Tilburg (Holanda) Una sóla etapa Multi-etapas Por Tandas 23 Sistemas de digestión Parámetros utilizados: Tiempo de retención hidraúlica -TRH- (d) Carga orgánica (kg SV/d* m 3 reactor) TRH = V / Q Producción específica biogás -PEG- (m 3 gas/ton SV) Reducción de SV (%) 24 12

Sistemas de digestión Sistemas en una sola etapa Húmedo Seco Los equipos de transporte de la alimentación son más costosos Se prefieren debidos a la simplicidad en el diseño y el Los reactores son de

presentan reactor (densos y ligeros) perdida de SV debidas a los pre-tratamientos Short-circuit (pre-cámaras) No short-circuit Cargas máximas (OLRmax) de 8 kgsv/m 3 d Cargas máximas (OLRmax) de 12

13 Sistemas de digestión Sistemas en una sola etapa Húmedo Seco Los equipos de transporte de la alimentación son más costosos Se prefieren debidos a la simplicidad en el diseño y el Los reactores son de flujo pistón lo que simplifica el menor coste de instalación diseño interior (no se necesita mezcla) Suelen presentar separación de fases en el interior del Requieren menor volumen de agua, no presentan reactor (densos y ligeros) perdida de SV debidas a los pre-tratamientos Short-circuit (pre-cámaras) No short-circuit Cargas máximas (OLRmax) de 8 kgsv/m 3 d Cargas máximas (OLRmax) de 12 kg/m 3 d 25 Sistemas de digestión Bioresiduo Molino Pulper Contaminates Sistema hidrodinámico de separación Arena Biogás E. eléctrica Reactor E. térmica E. Térmica Central de producción de energía Deshidratación Fertilizante líquido Agua de proceso Compostaje Proceso BTA de una sola etapa 26 13

14 Sistemas de digestión Reactores Residuo separado Compostaje Generación de electricidad y calor Digerido Fertilizante líquido Sistema Kompogas 27 Sistemas de digestión Valorga 28 14

15 Sistemas de digestión Sistemas en dos etapas Presentan un coste de instalación mayor No se ha traducido en un mayor rendimiento de biogás pero si en una mayor estabilidad en el proceso Las variabilidades en la carga son tamponadas por la primera fase 29 Sistemas de digestión Molino Separación magnética Separación de pesados Reactor Reactor de hidrólisis Pulper Inertes Contaminantes Biogás Biogás Reactor de película fija Proceso BTA multi-etapa 30 15

16 Sistemas de digestión 31 Sistemas de digestión Residuo pretratad o Tamiz Agua de proceso Reactor Biogás Pulpe r Sedimentos Residuos ligeros Suspensión Calor Tanque de hidrólisis y suspensión buffer Deshidratación Agua excedente Residuo Linde (Digestión en húmedo) 32 16

de flujo pistón Agua de proceso Residuo Linde

17 Sistemas de digestión Residuo pre-tratado Calibrador Biogás Sistema de extracción Deshidratación Reactor de flujo pistón Agua de proceso Residuo Linde (Digestión seca) Producción y composición del biogás 34 17

18 Producción y composición del biogás Alimentación LP:FORSU (22%) Arranque Arranque a a partir partir de de inóculo inóculo mesofílico mesofílico Digestor Mesofílico Digestor Termofílico Evaluación de su funcionamiento Energía obtenida TRH PEG Carga orgánica Producción y composición del biogás Rendimientos de producción de biogás para distintas tecnologías BTA Valorga WAASA Linde Proceso DRANCO Kompogas Rendimiento (m 3 /ton m 3 alimentada)

19 Producción y composición del biogás Ciudad Características Proceso Barcelona (Ecoparque II) tn/a (3 digestores m 3 ) Valorga Cadiz tn/a (4 digestores m 3 ) Valorga La Coruña tn/a (4 digestores m 3 ) Valorga Valladolid tn/a Linde (Dig seca) Madrid tn/a Linde (Dig húm) Burgos tn/a Linde (Dig húm) 37 Producción y composición del biogás Componente Porcentaje Metano Gas Carbónico Nitrógeno 1-2 Monóxido de Carbono Oxígeno 0,1 Ácido Sulfhídrico

20 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN 39 20

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