ES2209613B2 - Procedimiento para la biometanizacion de residuos solidos urbanos, e instalacion para la puesta en practica de dicho procedimiento. - Google Patents

Procedimiento para la biometanizacion de residuos solidos urbanos, e instalacion para la puesta en practica de dicho procedimiento.

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Abstract

Procedimiento para la biometanización de residuos sólidos urbanos, e instalación para la puesta en práctica de dicho procedimiento. El procedimiento se caracteriza porque la fracción orgánica de dichos residuos recibe un pretratamiento húmedo, seguido de la operación de digestión anaeróbica, continuando con la deshidratación del residuo digerido y con el almacenamiento del biogás. La fracción orgánica antes de su digestión se criba y sedimenta para separar las impurezas, y la suspensión digerida es luego deshidratada en una centrífuga separándose en una fracción sólida y en una líquida. La instalación comprende básicamente un alimentador para los equipos de tratamiento húmedo, un sistema mecánico para separar impurezas, medios para pasar la suspensión desde un tanque al digestor, un gasómetro, un intercambiador de calor que precalienta la suspensión en su entrada al digestor, y un sistema de deshidratación que comprende luna centrífuga que separa la suspensión en una fracción sólida y una líquida.

Description

Objeto de la invención
Procedimiento para la biometanización de residuos sólidos urbanos, e instalación para la puesta en práctica de dicho procedimiento.
Antecedentes de la invención
La eliminación de residuos sólidos urbanos supone hasta el presente un grave problema medioambiental.
Para el tratamiento y clasificación de residuos, tanto para los domésticos como para los industriales, se emplean generalmente dispositivos de clasificación destinados a la separación de los diferentes tipos de residuos y comprendiendo dispositivos de trituración, de cribado, de separación y de clasificación manual.
Los sistemas de reciclado actuales resultan insuficientes por cuanto siempre dejan un residuo bastante elevado de la cantidad de materia tratada, resultando en algunos casos mayoritaria la materia no reciclada.
También se ha utilizado un procedimiento, para la separación de los componentes orgánicos de los residuos, en el que los componentes ligeros deben ser separados de la mezcla de residuos por soplado con aire sin trituración previa y transportarlos a un tanque con agua, donde las materias pesadas se sedimentan mientras que las materias en suspensión son transportadas por medio de una ligera corriente a un dispositivo de descarga.
Sumario de la invención
Este procedimiento de digestión anaeróbica, prevé tratar la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos obtenida en una fase de pretratamiento previa a la digestión, y comprende cuatro etapas principales: pretratamiento húmedo de la fracción orgánica, digestión anaeróbica, deshidratación del residuo digerido, y almacenamiento del biogás.
Con este procedimiento se consigue una elevada eficiencia en la separación de las impurezas de la fracción orgánica que garantiza una digestión sin problemas y permite la posibilidad de utilizar la suspensión ya digerida, directamente como líquido fertilizante, o los sólidos, después de la deshidratación, como compost fresco o como compost final después de madurar mediante un proceso post-compostaje.
Es característico y ventajoso en este procedimiento recircular el agua utilizada en el mismo, y utilizar parte del biogás producido para su inyección a presión en el interior del digestor para obtener la agitación de la suspensión.
En este procedimiento se ha previsto un sistema de seguridad que previene un exceso de presión de gases, y se obtiene un biogás con una concentración de H_{2}S por debajo de los límites aceptados por los motores de biogás.
La instalación utilizada para la puesta en práctica de este procedimiento presenta un bajo coste de mantenimiento debido a su simplicidad, un bajo consumo de energía eléctrica, y comprende aparatos y dispositivos fáciles de reemplazar.
El biogás generado es aprovechable para diversas aplicaciones. Dicho biogás genera la energía térmica necesaria para mantener el funcionamiento del procedimiento, y el excedente se puede envasar y distribuir o bien canalizarlo fuera de la instalación. También se puede utilizar este biogás para la producción de electricidad.
Seguidamente se detallan las etapas de este procedimiento y la instalación para su puesta en práctica, acompañándose dos hojas de dibujos mediante los cuales se facilitará la explicación correspondiente.
Descripción de los dibujos
En la figura única dividida en las dos hojas de dibujos se representa esquemáticamente un ejemplo de instalación para la biometanización de residuos sólidos urbanos.
Descripción detallada
Según el procedimiento, en el pretratamiento húmedo de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos se mezcla y homogeneiza la fracción orgánica, y luego se criba y sedimenta para separar las impurezas.
La instalación comprende un alimentador (1), formado por transportadores a base de cintas (2), y un distribuidor (3) que alimenta a un equipo mezclador-homogeneizador mecánico de varias unidades (4), tipo Hydra-púlper, que trabajan en secuencia y que pone en suspensión acuosa homogénea la fracción orgánica mediante un mezclado enérgico, utilizando agitadores verticales (4'), con agua (5) del procedimiento recirculada y procedente por bombeo desde un tanque pulmón (5') a través del conducto (5''). El conducto (5''') conduce a la planta de tratamiento de aguas residuales, y con la referencia (31) se indica la entrada de agua procedente de la red.
Asimismo, a continuación comprende la instalación un sistema mecánico (6) para separar impurezas que incluye un recipiente o tanque (7) que es atravesado longitudinalmente por la suspensión: una criba húmeda (8) en disposición inclinada, y con rastrillo limpiador de la misma, que tamiza materiales de gran tamaño; y un sedimentador (9) donde se depositan las impurezas y de donde se extraen los materiales pesados de tamaño menor, el cual funciona en flujo no estacionario, comprendiendo, además, sendas prensas-tornillo (10) inclinadas para transportar el material separado de las dos fracciones, compactado y deshidratado, hasta una cinta transportadora (11) desde donde es descargado el material a un contenedor (12). El agua extraída en el compactado vuelve al procedimiento por un conducto (7').
Siguiendo con el procedimiento, la suspensión libre de impurezas pasa a un tanque desde el que se alimenta el digestor (con precalentamiento de la suspensión del residuo) donde se efectúa una mezcla para la homogeneización completa de la suspensión, y donde se desarrollan simultáneamente los procesos de hidrólisis y metanogénesis, realizándose la digestión bajo condiciones mesofílicas a una temperatura de 37ºC aproximadamente, y estando equipado el digestor con un sistema de seguridad de gases.
Para ello la instalación comprende un tanque (13) de bombeo que recibe la suspensión desde el sistema mecánico (6) de separación de impurezas y que mediante una bomba de husillo (14) pasa a alimentar al digestor (15) aislado térmicamente y provisto de acceso, siendo opcional la intercalación de un tanque pulmón (13') provisto de un sistema de agitación para homogeneizar la suspensión, con el fin de alimentar el digestor (15) de forma continuada, por ejemplo de lunes a sábado las veinticuatro horas. También comprende la instalación un gasómetro (16) de gran capacidad con el que se controlarán las variaciones en la producción de biogás evitando el redimensionado de la capacidad de los motores (17) de cogeneración, indicándose con (17') la salida para el consumo interno de la instalación y con (17'') la salida hacia la red pública.
La agitación en el interior del digestor (15) se realiza reinyectando a presión, (aproximadamente de 3 bar) mediante tuberías verticales (18) introducidas circularmente en el mismo, parte del biogás producido (19) obteniendo el movimiento del líquido por convección. El precalentamiento de la suspensión contenida en el digestor (15), hasta la temperatura del procedimiento, se realiza mediante un intercambiador de calor (20) por el que circula continuamente la suspensión bombeada a través de la bomba de recirculación (21) del digestor, el cual está equipado con un medidor de temperatura (no representado) que controla el flujo de agua caliente circulante por el intercambiador de calor (20).
El material fresco proveniente del pretratamiento se mezcla con el material recirculado, a la salida del intercambiador de calor (20), antes de ser introducido en el digestor (15) evitando así cambios bruscos en la temperatura y acelerando el inicio de la fermentación del material añadido.
El digestor (15) está equipado con sondas (no representadas) de nivel de llenado y de presión del material y del gas, y comprende un sistema de seguridad para prevenir un exceso de presión el cual consta básicamente del gasómetro (16) de membrana, de una antorcha (22), y de una válvula (23) que permitiría un escape de emergencia a la atmósfera.
La instalación podría ampliarse con un segundo digestor (15').
Siguiendo con el procedimiento, la suspensión digerida pasa directamente del digestor al sistema de deshidratación de los sólidos donde la suspensión es centrifugada, previo añadido de una solución de floculante (polímero), separándose en una fracción sólida y una líquida, pudiéndose usar la fracción sólida como compost, y la líquida se almacena para ser utilizada en el mismo procedimiento.
Para ello, en la instalación, la suspensión digerida es extraída desde el fondo del digestor (15) por una tubería (15A) mediante una bomba de husillo (24) y enviada directamente al sistema de deshidratación (25) de los sólidos que comprende una centrífuga (26) y que incluye equipos de dosificación de antiespumante (27) y de estabilización de la dureza del agua (28), separándose la suspensión en una fracción sólida (26') y en una líquida (26'') que se almacena temporalmente en el tanque pulmón (5') para ser utilizada al principio del procedimiento o para la limpieza de los equipos de pretratamiento. La fracción sólida (26') pasa por la cinta (26'A) a la planta de compostaje.
Para mejorar la eficacia de la separación de la suspensión se añade una solución floculante (polímero) (32) justo antes de la entrada en la centrífuga (26).
Parte del efluente líquido se recircula como agua en las unidades mezcladoras-homogeneizadoras (4) mediante la bomba (4'').
La instalación puede ampliarse con la inclusión de una segunda centrífuga (26A).
Según el procedimiento, finalmente se almacena temporalmente el biogás en el gasómetro (16) con una humedad de un 2% aproximadamente, un contenido de metano entre el 50 y el 70%, siendo el resto CO_{2} y unos contenidos en H_{2}S variables y normalmente inferiores a 700 ppm, pasando el biogás por un sistema de secado antes de su valorización.
En la instalación el gasómetro (16) para almacenamiento es sin presión y se llena mediante un compresor (29) y se vacía por presión mediante dos líneas de tuberías independientes (30). Utiliza una membrana sintética reforzada y protegida dentro de una cubierta metálica exterior que presenta una puerta para inspección, un indicador óptico de nivel, un control electrónico de nivel y un equipo de seguridad formado por la válvula de sobrepresión (23) y una alarma.
La invención, dentro de su esencialidad, puede ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba. Podrá, pues, realizarse este procedimiento con los medios y dispositivos más adecuados y con los componentes y accesorios más convenientes, pudiendo los elementos indicados ser sustituidos por otros técnicamente equivalentes, por quedar todo ello comprendido dentro de las reivindicaciones.

Claims (6)

1. Procedimiento para la biometanización de residuos sólidos urbanos, donde la fracción orgánica de dichos residuos recibe un pretratamiento húmedo, seguido de la operación de digestión anaeróbica, continuando con la deshidratación del residuo digerido, y con el almacenamiento del biogás; el pretratamiento húmedo se mezcla y homogeneiza la fracción orgánica, y luego se criba y sedimenta para separar las impurezas; y la suspensión libre de impurezas pasa, con precalentamiento de la suspensión del residuo, a un tanque desde el que se alimenta el digestor, donde se efectúa una mezcla para la homogeneización completa de la suspensión, y donde se desarrollan simultáneamente los procesos de hidrólisis y de metanogénesis, realizándose la digestión bajo condiciones mesofílicas a una temperatura de 37ºC aproximadamente, y estando equipado el digestor con un sistema de seguridad de gases, caracterizado porque la suspensión digerida pasa directamente del digestor al sistema de deshidratación de los sólidos donde la suspensión es centrifugada, previo añadido de una solución de floculante, separándose en una fracción sólida y en una líquida, pudiéndose usar la fracción sólida como compost, y la líquida se almacena para ser utilizada en el mismo procedimiento.
2. Procedimiento para la biometanización de residuos sólidos urbanos, según la reivindicación 1, caracterizado porque el biogás se almacena temporalmente en un gasómetro y presenta una humedad de un 2% aproximadamente, un contenido de metano entre el 50 y el 70%, el resto es CO_{2} y unos contenidos en H_{2}S variables y normalmente inferiores a 700 ppm, pasando el biogás por un sistema de secado antes de su valorización.
3. Instalación para la puesta en práctica del procedimiento, según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende un alimentador, formado por transportadores, y un distribuidor que alimenta a un equipo mezclador-homogeneizador mecánico de varias unidades que trabajan en secuencia y que pone en suspensión acuosa homogénea la fracción orgánica mediante un mezclado enérgico con agua del procedimiento recirculada; y un sistema mecánico para separar impurezas que incluye un recipiente que es atravesado longitudinalmente por la suspensión, una criba con rastrillo limpiador de la misma que tamiza materiales de gran tamaño, y un sedimentador para extraer materiales pesados de tamaño menor que funciona en flujo no estacionario, comprendiendo además sendas prensas-tornillo para transportar el material separado de las dos fracciones hasta una cinta transportadora desde donde es descargado a un contenedor.
4. Instalación para la puesta en práctica del procedimiento, según la reivindicación 3, caracterizada porque comprende al menos una bomba de husillo para pasar la suspensión desde un tanque al digestor aislado térmicamente, y un gasómetro de gran capacidad con el que se controlan las variaciones en la producción de biogás evitando el redimensionado de la capacidad de los motores de cogeneración, siendo opcional la intercalación de un tanque pulmón provisto de un sistema de agitación para homogeneizar la suspensión; porque la agitación en el interior del digestor se realiza inyectando a presión mediante tuberías introducidas en el mismo, parte del biogás producido; porque el calentamiento del contenido del digestor se realiza mediante un intercambiador de calor por el que circula continuamente la suspensión bombeada a través de la bomba de recirculación del digestor, el cual está equipado con un medidor de temperatura que controla el flujo de agua caliente circulante por el intercambiador de calor; y porque el digestor está equipado con sondas de nivel de llenado y de presión del material y del gas, y comprende un sistema de seguridad para prevenir un exceso de presión que consta básicamente de un gasómetro de membrana, una antorcha, y una válvula que permitiría un escape de emergencia a la atmósfera.
5. Instalación para la puesta en práctica del procedimiento, según las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada porque la suspensión digerida es extraída del digestor mediante una bomba de husillo y enviada directamente al sistema de deshidratación de los sólidos que comprende una centrífuga y que incluye equipos de dosificación de antiespumante y de estabilización de la dureza del agua.
6. Instalación para la puesta en práctica del procedimiento, según las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque comprende un gasómetro para almacenamiento sin presión que se llena mediante un compresor y se vacía por presión mediante dos líneas de tuberías independientes, comprendiendo una membrana sintética reforzada y protegida con una cubierta metálica exterior que presenta una puerta para inspección, un indicador óptico de nivel, un control electrónico de nivel y un equipo de seguridad formado por una válvula de sobrepresión y una alarma.
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