Sistema de biodigestores para tratamiento de aguas residuales de Oyachachi, Ecuador

Transcripción

1 Sistema de biodigestores para tratamiento de aguas residuales de Oyachachi, Ecuador Jaime Martí Herrero. PROMETEO. INER. Propuesta Esta es una propuesta de diseño de un sistema de tratamiento de aguas residuales de Oyacachi a través de biodigestores. Por no existir experiencia previa en Ecuador, se considera que de llevarse a cabo esta propuesta, será a nivel piloto y requerirá de un monitoreo intenso el biodigestor implementado por un año. Por la oportunidad que supone introducir biodigestores en el tratamiento de aguas en ecuador, campo no explorado todavía en el país, es que pide se considere esta alternativa. Breve descripción Se parte de una población de 1000 habitantes, que generará una media de 150m 3 de aguas residuales por día. Para que el sistema sea compacto y competitivo con otras alternativas (tanque IMHOFF o pozo séptico) se propone trabajar con 1 día de tiempo de retención hidráulico. La clave está en que el sistema retendrá los sólidos en su interior por un tiempo mucho más prolongado, superior a los cien días. Para lograr esto el sistema será modular, dividido en tres biodigestores en serie. Los biodigestores incorporarán soporte para biofilm que ejercerá de filtro anaerobio, reteniendo los sólidos en su interior, por lo que deben considerar salidas de lodos. Para aclimatar estos biodigestor a las condiciones climáticas de Oyacachi se propone trabajar con un diseño solar pasivo, que considera aislamiento en zanja e invernadero como cubierta de los biodigestores. Figura 1: A la izquierda sistema de tres biodigestores en serie para tratamiento de aguas residuales en el camal metropolitano de Cochabamba. Por encontrarse en valle, el sistema solo esta aislando en zanja, y no dispone de invernadero. El primer biodigestor de esta triada contiene botellas PET cortadas a modo de filtro anaerobia y soporte para desarrollo de biofilm. A la Derecha sistema de res biodigestores conectados en seria para tratamiento de aguas residuales de una granja de cerdos.

2 Los biodigestores Por estudios realizados en el tratamiento de aguas servidas de un camal con biodigetsores tubulares se encuentra un máximo en la tasa de producción de biogas (m 3 biogas/m 3 digetsor d) para cargas orgánicas de 0,4 kg SV /m 3 digestor d (Martí-Herrero et al, por publicar). Considerando que se estima que a la planta llegará 40 kg/d de masa de sólidos, y considerando que todos son volátiles (realmente se espera que solo 80% lo fuesen), implica que el volumen de biodigestor óptimo sería de 100m 3 (40/0,4=100). En esta propuesta se plantean 150m 3 de sistema de biodigestor, para asegurar un mínimo de 1 d de tiempo de retención. Los tres biodigestores en serie serán de iguales. De este modo, si hay que tratar 150m3 diarios, y se considera un tiempo de retención hidráulico de 1 día, será necesario disponer de un volumen liquido total contenido en los tres biodigestores de 150m3, o 50m3 cada uno. Se usará biodigestores de modelo tubular, usando geomembrana de PVC con tejido cerrado interno reforzándola, de color negro y espesor 650 micrones (Marti-Herrero et al, 2014a; Martí-Herrero and Cipriano, 2012). Estos biodigestores toman la forma de la zanja donde son instalados. El perfil de la zanja de estos biodigestores tendrá una forma de tolva que se proyectará a lo largo de la zanja, con paredes inferiores inclinadas 45º, de modo que se facilite la evacuación de los lodos en su parte inferior. 2m 2m La geomembrana que se propone usar viene en anchuras de 140cm, que es necesario soldar en paralelo hasta alcanzar la forma tubular. La circunferencia de la manga será proporcional al número de laminas termo selladas en paralelo. Se propone trabajar con 5 láminas, obteniendo pro tanto 7 metros de circunferencia. Si la zanja la podemos dividir en dos partes, una superior rectangular, y otra inferior triangular invertida, la primera tendrá unas dimensiones de 2m de ancho por 1 m de profundidad, manteniendo estas proporciones en la parte inferior, pero considerando las paredes inclinadas 45º. Con estas dimensiones, la sección eficaz del biodigestor será de 3m 2. Para lograr 50m 3 de volumen líquido contenido en la zanja, será necesario que la zanja tenga 16,67m de longitud. Para usar longitudes que faciliten el trabajo, se propone que la zanja tenga 17 m de largo, lo que implicará que finalmente habrá 5 3 en ella.

3 Las zanjas Estas ha sido las dimensiones que debe tener la zanja para recibir al biodigestor, pero hay que considerar la necesaria instalación del aislante. Para aislante se propone utilizar espuma flex de 10cm de grosor. Por lo tanto, las dimensiones de la zanja deberán ser. 1, 2, 1, 2,2m Disponiendo de tres sistemas en serie como los descritos se dispondrá de 153m 3 de volumen líquido. Soporte de biofilm Estos biodigestores deberán incorporar un filtro que haga de soporte para el desarrollo de biofilm, y a la vez ayude a retener los sólidos. Este filtro se puede hacer incorporando 1000 botellas PET de 2l cortadas en tres segmentos cada una (cabeza, cuerpo, pie). Ensayos con biodigestores tratando aguas residuales de camales muestran como aumenta la eficiencia del sistema y como aumenta la producción de biogás (hasta un 50% más), y por tanto de depuración de las aguas. (Martí Herrero et al, 2014b) Figura 2: A la izquierda se muestra la producción acumulada de biogás de dos biodigestores tubulares iguales, cargados de la misma manera y sustrato, donde la única diferencia es que uno contiene botellas PET cortadas y otro no, resultando en un 50% más de producción de bioags en el primero (Martí-Herrero et al 2014). Derecha se muestra botellas PET cortadas en el interior de un biodigestor tubular entes de ser instalado.

4 Salida de lodos Aprovechando el desnivel del terreno se pondrán salidas de lodos en los biodigestores. Están saldrán a 1 metro por debajo del nivel superior del lodo, y a un metro por encima del fondo de la zanja. Estas salidas serán similares a las que se vienen empleando en los tanques IMHOFF. en esta caso se purgará de lodos el biodigestor cada 100 días. Se usaran tuberías de 2", yee de 2" y terminarán ambas salidas en una llave de paso. Para atravesar la geomembrana se usara un adaptador de tanque. 1, 2, 1, 2,2m Diseño pasivo solar Para incrementar la temperatura de los sistemas, estos irán aislados en zanja con 10 cm de espumaflex. Pero además será necesario incorporar un invernadero compacto, con forma de túnel usando policarbonato cristal. Se propone hacer un invernadero tipo túnel que contenga dos de los biodigestores, con pasillo central, dejando los biodigestor a los lados del invernadero. Para el tercer biodigestor se propone hacer un segundo invernadero compacto con pasillo lateral. De esta manera se ha visto que se puede poner un biodigestor a 5ºC por encima de la temperatura ambiente media (Perrigault et al, 2012; Martí-Herrero et al, 2014b)

5 Figura 3: Arriba a la Izquierda dos biodigestores en serie para tratamiento de aguas residuales en Laguna Colorada, Bolivia. El sistema se encuentra a 4300 msnm en un entorno sumamente frio. Los biodigestores van aislados en zanja con espuma flex (10cm) y protegidos por un invernadero con paredes de adobe y cubierta de policarbonato. Arriba a la derecha se muestra la construcción del invernadero de muros de adobe y cubierta de policarbonato, que además de los dos biodigestores de la izquierda, protege un tercer biodigestor y un humedal de flujo sub superficial. Abajo se muestra un biodigestor piloto con invernadero compacto tipo túnel, con aislamiento en zanja, instalado a 4000msnm en Cotopaxi, Ecuador. Conexión entre biodigestores Los biodigestores serán conectados en serie, utilizando tuberías de 4 pulgadas. A la entrada y salida de cada biodigestor se pondrá una Yee, de modo que una de las salidas de la yee permita continuar el flujo al siguiente biodigestor, y la otra permita ver este flujo y acceder al interior del biodigestor (como se puede ver en la Figura 1). Reservorio de biogás Los biodigestores estarán instalados para tener un 100% de volumen líquido, teniendo que acumular el biogás producido en un reservorio externo. Este reservorio se propone que sea construido de HDPE de m de grosor, con forma de bolsa de leche (tubular con los extremos cerrados en plano). Se propone una circunferencia de 3.5m y una longitud de 17 m, obteniendo un volumen final de 16m 3.

6 Figura 4: Reservorios de biogás hechos con HDEP de m de grosos, y con forma de bolsa de leche, instalados en Foz de Iguazú, Brasil. Postratamiento: humedal de flujo sub superficial con recorrido eficiente El efluente del sistema de biodigestores requerirá de pos tratamiento. Se propone un humedal de flujo sub superficial de 500m2 (0,5m 2 /hab). Este humedal tendrá una profundidad de 40cm, rellenado con canto rodado del rio de 15cm de diámetro como máximo. El nivel del agua quedará a 30cm desde el fondo, quedando los 10cm más cercanos a la superficie únicamente con piedras. El humedal se hará con recorrido eficiente, esto es, estará formado por un canal en forma de zigzag de 1 m de ancho, de modo que el flujo entrante esté obligado a recorrer toda la superficie. Al humedal, una vez en marcha, e le incorporaran plantas acuáticas. Figura 5: Humedal de flujo sub superficial en construcción. Se aprecia el tamaño de la piedra utilizada, así como los tres canales en serie por donde circulará el flujo de efluentes

7 provenientes de los biodigestores (lo de la Figura 3). el humedal está ubicado a 4300msnm y por eso está protegido por un invernadero ventilado de muros de adobe y cubierta de policarbonato. Bibliografía 1. Martí-Herrero, J., Cipriano, J., Design methodology for low cost tubular digesters. Bioresource Technology 108, Martí-Herrero J, Chipana M, Cuevas C, Paco G, Serrano V, Zymla B, Heising K, Sologuren J, Gamarra A. 2014a. Low cost tubular digesters as appropriate technology for widespread application: Results and lessons learned from Bolivia. Renewable Energy. (71) Martí-Herrero J, Alvarez R, Rojas MR, Aliaga L, Céspedes R, Carbonell J. 2014b. Improvement through Low cost biofilm carrier in anaerobic tubular digestion in cold climate regions. Bioresource Technology. 167, Perrigault, V Weatherford, J Martí-Herrero, D Poggio Towards thermal design optimization of tubular digesters in cold climates: a heat transfer model. Bioresource Technology