DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE REACTORES Biotecnología Ambiental FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA

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1 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE REACTORES Biotecnología Ambiental FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA Julio Herrera y Reissig 565 Montevideo, Uruguay Tel: Int. 111 Fax: Contacto: lilianab@fing.edu.uy

2 Presentación Integrantes: 8 docentes permanentes (2 doctores, 2 masters, 4 estudiantes avanzados de Ingeniería Química) Enseñanza: Dictado de cursos curriculares, dirección de tesis de grado y posgrado Investigación: Los trabajos encarados por el grupo plantean soluciones a problemas ambientales en el área de residuos sólidos y líquidos Asistencia técnica: Convenios con el sector productivo para solucionar problemas en el área de residuos

3 Cursos de Posgrado Tópicos avanzados de Ingeniería de Reacciones Sistemas Anaerobios de Tratamiento de Residuos Introducción al Diseño de Reactores para no Ingenieros Químicos

4 Vínculos con otras instituciones o empresas Trabajos conjuntos con la Cátedra de Microbiología de la Facultad de Química y Fertilidad de Suelos de la Facultad de Agronomía Empresa Olecar S.A., Conaprole, Berger, desarrollo de soluciones tecnológicas para tratamiento de residuos sólidos INIA, soluciones tecnológicas para tratamiento de residuos Otros: OSE, MVOTMA, Intendencias, consultoras ambientales

5 Líneas de Investigación Diseño de reactores para tratamiento de residuos líquidos Diseño de reactores para tratamiento de residuos sólidos Modelado fluidodinámico, cinético y de fenómenos de transporte intra y extrapartícula

6 La crisis energética mundial incide de manera diferente según a la realidad, en cuanto a la matriz energética, de cada país o región. Sin embargo la urgencia de desarrollar fuentes alternativas de energía es aceptada por todos. Dentro de este contexto, el biogás a partir de residuos que oportunidades tiene como fuente de energía alternativa en América Latina? América Latina es una región marcadamente agroindustrial por lo que los residuos generados tienen importante contenido de materia orgánica. El tratamiento de los residuos trae aparejado un costo que no se puede evitar ya que se deben cumplir las normativas. Sin embargo, si el residuo se trata teniendo en cuenta criterios de minimización de consumo energético, producción de energía, utilización de nutrientes y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero los tratamiento anaerobios se tornan sumamente atractivos. Por otra parte, al verse incentivada la producción de biocombustibles se generan residuos en estas actividades que resultan muy interesantes para la producción de biogás. Ejemplo: producción de etanol, con la consecuente necesidad de tratar las vinazas.

7 La producción de biogás a partir de residuos debe verse en el contexto actual más allá de su uso como fuente energética. Si se realiza de forma adecuada es una forma de disponer el carbono de la materia orgánica para producir energía evitando las emisiones descontroladas de gases de efecto invernadero. También se recuperan los nutrientes presentes en la materia orgánica que sirven para sustituir fertilizantes químicos, ahorrando dinero y permitiendo disponer esos nutrientes en sitios donde se necesitan en lugar de ponerlos donde producen daños ambientales. En este sentido siempre que sea posible, resulta interesante cerrar ciclos dentro de una misma actividad productiva. Ej: sorgo, caña Por otra parte la producción de biogás es una producción descentralizada de energía que puede llegar a lugares donde la energía de red eléctrica no llega

8 SISTEMAS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE RESIDUOS Sistema Aerobio Materia orgánica + O (energía) CO + células

9 Balances de C y energía Influente (100 kg DQO) ANAERÓBICO Efluente (10-20 kg DQO) Influente Pérdidas de calor (100 kg DQO) Lodo (5 kg) AERÓBICO Efluente (2-10 kg DQO) Aireación (100 kwh) Lodo (30/60kg)

10 VENTAJAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA El metano generado tiene potencial como fuente de energía Se producen menos lodos y más estabilizados que en los procesos aerobios La producción de biosólidos tiene potenciales aplicaciones como mejorador de suelos Puede degradar algunos compuestos que son recalcitrantes en procesos aerobios Requiere menor volumen de reactor que otros procesos biológicos No requiere suministro extra de energía

11 Algunos ejemplos de residuos líquidos y sólidos con potencial de producción de biogás Industria Láctea Industria Frigorífica Industria Pesquera Tambos o Feed Lots Producción de Etanol Lodos de Plantas de Tratamiento Residuos Sólidos Urbanos Residuos Agrícolas

12 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO EN BASE A INDICADORES ECONÓMICOS, ENERGÉTICOS Y AMBIENTALES INDICADORES DE SOSTENIBILIDAD (Unidades seleccionadas para la expresión de los indicadores) INDICADORES M. AMBIENTALES INDICADORES ECONÓMICOS Terreno ocupado Lodo producido Emisiones de CO2 Energía consumida Biogás producido Costo total Costo fijo Costo de operación Valor añadido

13 Tratamiento de efluentes de maltería OPCIÓN 1 LODOS ACTIVADOS UASB lodos lodos OPCIÓN 2 LODOS ACTIVADOS lodos

14 indicadores ambientales 2,00 1,50 superficie (m2/(m3/d)) 1,00 lodo (kgst/m3) CO2 (tco2/(10^3m3)) 0,50 0,00 1 2

15 indicadores energéticos 4,00 3,00 2,00 1,00 energía gastada (kwh/m3) 0,00 energía producida (kwh/m3) -1,00 energía neta (kwh/m3) -2,00-3,00-4,00 1 2

16 indicadores económicos 1,40 1,20 costo de inversión (U$S/m3) 1,00 0,80 0,60 costo de operación (U$S/m3) 0,40 costo total (U$S/m3) 0,20 0,00 1 2

17 A PARTIR DE LOS 80 Reactor UASB (UpFlowAnaerobic Sludge Bed) BIOGÁS SALIDA ENTRADA manto de lodos

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19 Reactores UASB - Tratamiento del efluente de ALUR

20 Reactor EGSB tratamiento del efluente de ALUR

21 Modelado en el gránulo 0.7 mm 2 S1 2 S1 S1 S1 = De 2 + k X 1 1 t r r r K a + S1 Condiciones de borde: De S1 = 0 en r = 0 r S1 = k L1 ( S1b S1 ) r en r = R 2S2 2 S2 S2 S1 S2 = De Y k X k X t r r r K + S K m + S2 + S2 Ki a 1 Condiciones de borde: De S2 = 0 en r = 0 r S2 = k L 2 ( S 2b S 2 ) r en r = R Iván López

22 0.2 S 1 (g D Q O /L ) t (d ) 0 0 d is t a n c ia (m ) x 10-4 Iván López

23 Perfiles de concentración de S2 dentro del gránulo 0.5 S 2 (g D Q O /L ) t (d ) 0 0 x 10-4 d is t a n c ia (m ) Iván López

24 HIDRÓGENO OBJETIVOS DEL TRABAJO REALIZADO Evaluar la factibilidad de producir hidrógeno a partir de suero de queso por fermentación anaerobia utilizando un reactor del tipo UASB. Por que un reactor tipo UASB? Tecnología probada para el tratamiento de aguas residuales industriales

25 Reactor EGSB (Expanded Bed) Reactor IC (Internal Circulation)

26 CASOS DE APLICACIÓN EN URUGUAY

27 Tratamiento de efluente de maltería: reactor a escala real

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32 Resultados MOSA Caudal= 360m3/d TRH= 16hs DQO entrada = 2500 a 3300 mg/l

33 Industria láctea; caso COLEME

34 Planta de tratamiento actual

35 Resultados COLEME REACTORES DE MANTA DE LODOS

36 Digestor de grasa 70% de remoción de Sólidos

37 Resultados COLEME DIGESTOR DE FLOTANTES

38 Experiencias realizadas con RSU Se siguió un reactor de 13 m3 conteniendo RSU durante un período de dos años. Se monitoreó la producción de biogás y lixiviado a lo largo del tiempo. Se realizaron pruebas de campo en el relleno de Montevideo para medir la producción de biogás y lixiviado. A partir de las experiencias realizadas se determinaron parámetros y pusieron a punto metodologías que permiteron determinar la producción de lixiviado y biogas

39 Digestión anaerobia de residuos agroindustriales (convenio con Olecar S.A.)

40 PRODUCCIÓN DE BIOGÁS ACUMULADO CAUDAL DIARIO 150 4, ,0 2,5 50 2,0 1,5 0 1, TIEMPO (días) CAUDAL (m3/día) ACUMULADO (m3) 3,5

41 RESULTADOS Estabilización del residuo: 42% de reducción de SV Producción de biogás: Proyección sobre los volúmenes del Frigorífico Pul:

42 Codigestión de residuos agroindustriales Primera etapa: Codigestión de grasa de trinchado, lodo de aceitera y contenido ruminal. Resultados a escala de laboratorio: 60 % de reducción de SV 1.6L de biogás por día y por litro de reactor. Escala piloto en proceso.

43 Proyecto Conaprole (San Ramón) Manometro 0-80mbar Vál vula de compuerta CÁMARA DE SEPARACIÓN DE FLOTANTES Aliviadero Medidor para biogás hacia el quemador sifón de purga regulable EV2 Electroválvula Tuberías PEAD 25mm purga de condensado Raspador Flotador Tubos de 50mm perforadodo abajo cada 4cm TANQUE DE BARBOTEO SEDIMENTADOR DE PLACAS Volumen de reactor:100m3 Capacidad proyectada: 200m3 por día de agua residual Eficiencia estimada 85% en DQO soluble Producción de biogás: 260m3 diarios

44 Trabajos en curso Tratamiento de vinaza Codigestión de residuos sólidos (FPTA) Tratamiento de efluente lácteo y suero Comparación de reactores UASB y EGSB Potencial de generación de biogás en Uruguay Producción de hidrógeno a partir de suero de leche

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