ES2256709T3 - Procedimiento y dispositivo para el tratamiento de residuos biogenicos, especialmente de lodos. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para el tratamiento de residuos biogenicos, especialmente de lodos.

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ES2256709T3 ES03450115T ES03450115T ES2256709T3 ES 2256709 T3 ES2256709 T3 ES 2256709T3 ES 03450115 T ES03450115 T ES 03450115T ES 03450115 T ES03450115 T ES 03450115T ES 2256709 T3 ES2256709 T3 ES 2256709T3
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Abstract

Procedimiento para el tratamiento de residuos biogénicos, especialmente de lodos, preferiblemente en el ámbito de una depuradora, con almacenamiento intermedio y posterior tratamiento térmico del producto secado, evacuándose los residuos, así como una depuración de los flujos de materia que se generan en el tratamiento térmico por medio de una etapa de depuración primaria y una secundaria, sometiéndose el flujo de materia en la etapa de depuración primaria a una filtración, especialmente una separación del polvo y, en la etapa de depuración secundaria, el flujo de materia a una sorción, caracterizado por las siguientes etapas del procedimiento: - recoger residuos biogénicos con contenido variable en materia seca y secar posteriormente de forma aeróbica en un intervalo de baja temperatura de como máximo 60º ¿ 70ºC, - mantener el secado hasta alcanzar el grado de secado que permite un aprovechamiento térmico autosuficiente energéticamente de los residuos biogénicos, - evacuar la cantidad de agua evaporada exclusivamente en el secado junto con el flujo de aire húmedo sin liberación de compuestos libremente volátiles, - almacenar temporalmente de forma primaria los residuos biogénicos secados, especialmente para compensar los distintos grados de secado antes de almacenar temporalmente de forma secundaria los residuos biogénicos secados para el almacenamiento intermedio, - tratar térmicamente el producto en varias etapas de tratamiento térmico consecutivas, - evacuar los residuos de opcionalmente cada una de las etapas de tratamiento térmico, - recuperar la energía de todos los flujos de materia extraídos del proceso, especialmente transfiriendo la energía a un medio de soporte térmico, suministrándose la energía de los gases de escape a uno o varios intercambiadores térmicos para obtener opcionalmente electricidad, vapor o agua caliente.

Description

Procedimiento y dispositivo para el tratamiento de residuos biogénicos, especialmente de lodos.
La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de residuos biogénicos, especialmente de lodos, preferiblemente en el ámbito de una depuradora con almacenamiento intermedio y posterior tratamiento térmico del producto secado, evacuándose los residuos, así como una depuración de los flujos de materia que se generan en el tratamiento térmico por medio de una etapa de depuración primaria y una secundaria, sometiéndose el flujo de materia en la etapa de depuración primaria a una filtración, especialmente a un precipitado del polvo, y en la etapa de depuración secundaria el flujo de materia se somete a una sorción, así como a un dispositivo para la realización del procedimiento con dispositivos para el secado y la combustión de los residuos biogénicos. Los lodos de depuradoras comunales o también de instalaciones industriales se tratan de manera conocida a escala industrial en puntos dispuestos centralmente para la reutilización o se transforman, por ejemplo, en gas producto.
La proporción parcialmente elevada de residuos biogénicos en los lodos hace su aprovechamiento muy difícil. Las sustancias de sustitución añadidas para la estabilización aumentan por lo general únicamente las cantidades de desechos que han de eliminarse. La eliminación en sí está limitada por la cantidad, tanto en el vertido de residuos en vertederos, como en la agricultura, en la que especialmente los contaminantes contenidos en el lodo, así como la tendencia a la agricultura biológica impiden su uti-
lización.
Por norma general, en el procedimiento conocido tiene lugar un secado del material a elevadas temperaturas para la utilización posterior en hornos de combustión. El aire de escape del secado está cargado en este caso de olores debido a las condiciones de funcionamiento, por lo que éstos se alimentan igualmente a la combustión. Con ello se añade de nuevo la humedad eliminada del proceso en primer lugar, lo que lleva el proceso global al absurdo (desde el punto de vista del balance energético).
Para el transporte de los lodos a las instalaciones dispuestas centralmente se producen por norma general costes de transporte elevados.
Debe considerarse especialmente como el gran inconveniente del procedimiento conocido para el secado del lodo con posterior tratamiento térmico, que el aire de escape que se genera en el secado se conduce a la combustión debido al enriquecimiento en contaminantes. En contraposición con el efecto esperado de apoyar la combustión mediante técnicas energéticas, la etapa de secado no surte efecto aquí, ya que el agua sólo se extrae del proceso de forma aparente porque debe calentarse o evaporarse de nuevo en la combustión.
Por ejemplo, el documento AT 406 509 describe un procedimiento para el secado y la combustión de lodo, especialmente de lodo de clarificación, utilizando un secador de lecho fluidizado. Éste se calienta con el aire de escape de la combustión. El aire de escape del secador enriquecido con agua se hace recircular nuevamente a la combustión. Para su evaporación completa es necesario el mismo consumo energético que sin la etapa de secado.
Además, el secado rápido y caliente, la mayoría de las veces en secadores de lecho fluidizado, origina una molestia olorosa considerable. Para moderarla lo máximo posible, deben tratarse adicionalmente los gases que se generan.
Los procedimientos que funcionan con disgregación térmica de las pilas, en general con deshidratación a alta presión y pirólisis, necesitan para el calentamiento igualmente de nuevo una proporción elevada de energía. Además, estos procedimientos tienen también el problema de la formación de olores e igualmente tampoco proporcionan una solución.
Los procedimientos que sólo prevén el secado del material de entrada, no ofrecen (tampoco con la eliminación de una parte de agua del producto) un material que pueda aprovecharse para la reutilización o desecharse (según el reglamento alemán referente a los desechos (Deponierverordnung) de 2004).
Finalmente, los conocidos tratamientos de lodos a temperaturas de hasta aproximadamente 600ºC tampoco pueden ofrecer una solución ya que en estos procedimientos no se asegura la transformación completa de las sustancias peligrosas (por ejemplo, de los restos de medicamentos).
El documento WO 97/08495 A muestra un procedimiento para la combustión de lodo de clarificación, así como una instalación para la realización del procedimiento. El procedimiento comprende especialmente el secado y la combustión, representándose un secado con aire caliente del producto que va a tratarse con posterior combustión en un quemador cicloidal. En este caso, las sustancias básicas para la depuración del gas de escape se alimentan ya a la cámara de combustión.
Del documento A T 392 961 B se conoce a su vez un procedimiento así como un dispositivo para la recuperación de calor durante la deshidratación de lodos. Se seca térmicamente el lodo y se quema. Se prevé una recuperación de calor en dos etapas. No obstante, el procedimiento se dirige especialmente a la eliminación de lodos inflamables.
El secado tiene lugar por medio de un secador de remolinos de vapor, la combustión, en un horno fluidizado.
También del documento DE 42 19584 A1 se conoce un procedimiento para el tratamiento de lodo de clarificación. En este caso, se calienta el lodo de clarificación deshidratado previamente con adición de un ácido orgánico hasta aproximadamente 70 - 75ºC, se granula y se convierte a la fase líquida. Se hacen precipitar los metales pesados. La eficacia de la precipitación de los metales pesados se encuentra entre el 50 y el 100%.
El concentrado de metales pesado que precipita debe llevarse a un tratamiento de residuos peligrosos.
Por tanto, el objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento que evite las desventajas conocidas y facilite un tratamiento descentralizado de residuos biogénicos, especialmente de lodos, con una transformación completa del contenido energético almacenado en el lodo aportado.
La invención alcanza el objetivo con ayuda de un procedimiento caracterizado por las siguientes etapas de procedimiento:
-
recoger residuos biogénicos con contenido variable en materia seca y secarlos posteriormente aeróbicamente a un intervalo de baja temperatura de como máximo 60º - 70ºC,
-
mantener el secado hasta alcanzar aquel grado de secado que permita un aprovechamiento térmico autosuficiente energéticamente de los residuos biogénicos,
-
evacuar el volumen de agua evaporado exclusivamente en el secado junto con el flujo de aire húmedo, sin liberación de compuestos volátiles libremente,
-
almacenar temporalmente de forma primaria los residuos biogénicos secados, especialmente para compensar los distintos grados de secado antes de almacenar temporalmente de forma secundaria los residuos biogénicos secados para el almacenamiento intermedio,
-
tratar térmicamente el producto, así como, dado el caso, las sustancias de sustitución en varias etapas de tratamiento térmico consecutivas,
-
evacuar los residuos de alternadamente cada una de las etapas de tratamiento térmico,
-
recuperar la energía de todos los flujos de materia extraídos del proceso, especialmente transfiriendo la energía a un medio portador térmico, alimentándose la energía de los gases de escape a uno o varios intercambiadores térmicos para obtener alternadamente electricidad, vapor o agua caliente.
El procedimiento ofrece un tratamiento energéticamente eficaz, duradero y descentralizado de residuos biogénicos. La energía necesaria para la realización del procedimiento se cubre completamente con la recuperación energética. La energía sobrante se usa adicionalmente interna o externamente.
El procedimiento es también especialmente adecuado para la utilización en depuradoras comunales con formación de sinergias.
Dado que el procedimiento trata lodos con contenido variable en materia sólida, la deshidratación de los lodos que se produce en las instalaciones comunales puede hacerse funcionar de manera óptima y no tiene que llevarse hasta los límites de la capacidad de rendimiento. El procedimiento trata lodos de cualquier consistencia. También es posible el mezclado de diferentes lodos (con o sin proceso de putrefacción o también con lodos industriales).
Mediante el secado exclusivamente aeróbico en un intervalo de bajas temperaturas de como máximo 60º -
70ºC se garantiza que no se llegue a una carga de olores del entorno. Con esto tampoco tienen que tomarse medidas para su prevención.
Los residuos biogénicos se secan según la reutilización, justo hasta que pueda tener lugar su tratamiento térmico posterior en condiciones de autosuficiencia energética. La energía obtenida con ello se aprovecha por medio de recuperación de calor, mediante lo cual se cubre, por un lado, el procedimiento completo y, por otro lado, la demanda de calor de las redes de calor locales, las instalaciones industriales contiguas, etc.
Se evitan aportes de energía innecesarios. Se determina la temperatura de funcionamiento máxima dependiendo de los contaminantes contenidos en el lodo y sus temperaturas de liberación.
La cantidad de agua evaporada se evacua en el secado "en frío" directamente al medio ambiente. En contraposición a esto, el secado "en caliente" conocido alimenta el agua evaporada, tras una etapa de condensación, por lo general de nuevo al quemador, donde se evapora de nuevo.
El secado "en frío" evita también cualquier liberación de compuestos libremente volátiles. Sólo se extrae agua del sistema y, por tanto, se descarta la formación de olores.
De manera ventajosa, el secado tiene lugar con la adición de aire fresco o también mediante la alimentación de calor por debajo del intervalo de temperaturas mencionado anteriormente. Dado el caso, tiene lugar una estabilización aeróbica posterior del lodo.
Tras el secado, se pasa el material a un almacenamiento temporal primario, especialmente para la compensación de las etapas de secado de diferente rapidez y, dado el caso, para la homogeneización del material tras el secado. Por tanto, la compensación es necesaria porque en esta etapa del procedimiento pueden suministrarse también otros residuos biogénicos, tales como poda verde o lodo. Éstos no han pasado entonces por el secado, sino que se añaden sin
secar.
En el almacenamiento temporal secundario se almacena el material de forma intermedia para, por ejemplo, contrarrestar los problemas técnicos del transporte durante el transporte del material desde el almacenamiento primario al almacenamiento intermedio. A este respecto se crean reservas de material que aseguran un desarrollo continuo del procedimiento también en el caso de un fallo en el transporte del material durante un periodo de tiempo más largo. El tratamiento térmico que ha tenido lugar en varias etapas permite una adaptación individual del procedimiento a los diferentes contenidos de humedad del material que va a tratarse, así como una degradación completa de los contaminantes eventuales. De cada una de las etapas de tratamiento térmico puede extraerse material en función de la reutilización del producto generado.
La recuperación energética consiste esencialmente en un intercambiador de calor, tomándose el aprovechamiento de la energía de los gases de escape calientes para la obtención de agua caliente y/o electricidad.
El gas de escape que se genera se trata posteriormente por separado. Por un lado, tiene lugar una filtración de las partículas procedentes del flujo de gas de escape, por otro lado, una sorción de los contaminantes existentes, dado el caso, en el flujo de gas de escape.
Según la composición de los contaminantes aportados a través del lodo se aplica a este respecto un procedimiento seco, húmedo o semiseco. Según una característica adicional de la invención, se usa como material de entrada lodo húmedo o lodo deshidratado previamente, con un contenido en materia seca de entre el 2% y el 35%.
De manera correspondiente a la invención está también previsto que se caliente previamente el aire seco utilizado para el secado de los residuos biogénicos mediante el calor residual de las etapas de tratamiento térmico.
A este respecto, el flujo de aire necesario para el secado se calienta previamente mediante el calor residual del tratamiento térmico. Con esto puede hacerse funcionar el secado de manera energéticamente óptima. Posteriormente el aire precalentado y seco introducido en el secado, se distribuye nuevamente junto con el flujo de agua que se genera, como flujo de aire húmedo, y se emite al medio ambiente.
Según una característica adicional, de la invención se prevé que para el tratamiento térmico de los residuos biogénicos tenga lugar una alimentación de energía generada en el procedimiento.
A este respecto, se entiende el procedimiento preferiblemente sin el aporte de energía generada externamente. Otra característica de la invención es que el secado de los residuos biogénicos tiene lugar hasta como máximo el nivel que permita un aprovechamiento térmico subordinado autosuficiente energéticamente. El sentido de esto consiste en realizar el secado sólo hasta aquel estado a partir del cual el tratamiento térmico puede transcurrir ya sin alimentación de energía externa.
Mediante el ajuste a discreción por encima de la medida mencionada de la proporción de materia seca, puede variarse por completo también la proporción de energía disponible al final del procedimiento. De manera correspondiente al procedimiento, está previsto también que tenga lugar una homogeneización del producto en el almacenamiento temporal primario, que se alimente material biogénico adicional al almacenamiento temporal primario y que se evacuen residuos biogénicos secados del almacenamiento temporal primario y se alimenten a un uso externo.
Una característica adicional de la invención es que el tratamiento térmico comprende al menos una etapa de tratamiento térmico primaria y una secundaria, y que se alimentan sustancias de sustitución antes del tratamiento térmico primario.
Según otra característica de la invención, está previsto que se alimenten sustancias de sustitución directamente al tratamiento térmico primario y que tenga lugar una esterilización del producto en al menos una de las etapas de tratamiento térmico.
Otra característica de la invención da a conocer que la sorción en la segunda etapa de depuración tiene lugar con carbonato de sodio. Pueden utilizarse también cal, óxido de calcio hidratado, carbón activado, sosa y sorbalit.
Según una característica adicional de la invención, está previsto que se use agua del tanque de decantación para la depuración del gas de escape, dirigiéndose los flujos de material para la sorción a través del tanque de aguas residuales de la depuradora. Mediante esto tiene lugar la depuración de los flujos de materia.
Otra característica de la invención es que se pulveriza agua residual tratada en el flujo de materia. En ambos casos se usa agua de depuradora en vez de agua de instalaciones industriales. Mediante el aprovechamiento de recursos existentes tiene lugar una reducción en los costes. Una característica adicional de la invención es que la depuración del gas de escape tiene lugar mediante la separación del flujo de material en sus componentes. Entonces pueden tratarse adicionalmente los componentes. Por ejemplo, pueden usarse los C_{x}H_{x} restantes para pilas de combustibles.
La invención prevé adicionalmente también que se suministre la energía de los gases de escape a uno o varios intercambiadores de calor para la obtención alterna de energía o agua caliente y que el agua caliente esté prevista para el calentamiento de aire de secado y de combustión.
Una característica adicional de la invención es que se usa el agua caliente para la instalación de una red de calor descentralizada. De manera ventajosa puede alimentarse mediante esta etapa una red de calor a distancia o también de calor local.
La invención prevé también un dispositivo para la realización del procedimiento. El dispositivo según la invención comprende dispositivos para el secado, almacenamiento y tratamiento térmico posterior de residuos biogénicos, estando colocados después del sistema de tratamiento térmico sistemas (9) de intercambio de calor para la captación y la reutilización de la energía extraída y/o liberada del sistema, y estando previsto al menos un primer sistema de depuración, preferiblemente un separador (10) de polvos para una primera depuración del gas de combustión y un segundo sistema (11) de depuración para la depuración adicional del gas de escape, preferiblemente, mediante sorción, y está caracterizado porque el dispositivo para el secado es un sistema de secado de baja temperatura que funciona como máximo hasta 60º - 70ºC, porque están previstas unas unidades de almacenamiento primaria y secundaria para el almacenamiento temporal de los residuos biogénicos secados, porque entre las unidades de almacenamiento está previsto un sistema de transporte para los residuos biogénicos secados y porque el sistema de tratamiento térmico comprende dos zonas de tratamiento térmico separadas entre sí. Entonces después del sistema de tratamiento térmico está conectados sistemas de intercambio de calor de forma conocida para la captación y la reutilización de la energía evacuada y/o liberada del sistema. Están previstos también un primer sistema de depuración, preferiblemente un separador de polvos, para una primera depuración del gas de combustión y un segundo sistema de depuración para la depuración adicional del gas de escape, preferiblemente mediante sorción.
Según la invención, también están previstos dispositivos para la extracción del aire húmedo, así como del flujo de agua del sistema de secado de baja temperatura. Según una configuración adicional de la invención se da a conocer que el sistema de secado de baja temperatura es un secador de aire frío o de aire fresco o un secador solar o está compuesto de campos de secado. Una característica adicional de la invención es que la unidad de almacenamiento primaria para el almacenamiento temporal es un almacenamiento de homogeneización. La unidad de almacenamiento secundaria se realiza de manera conocida en sí misma como un almacenamiento intermedio para asegurar un tratamiento térmico continuo.
El transporte de material entre los dos almacenamientos puede tener lugar de manera manual o automatizada. Según la elección del procedimiento de transporte es posible un control de la homogeneización.
Según otra característica de la invención, está previsto que la unidad de almacenamiento primaria comprenda un dispositivo de alimentación para residuos biogénicos adicionales. Estos pueden ser, por ejemplo, poda verde o lodo. La unidad de almacenamiento primaria presenta, según una característica adicional de la invención, también un dispositivo para evacuar el material. El lodo evacuado en esta fase puede pasarse, por ejemplo, a la reutilización en centrales eléctricas caloríficas o fábricas de cemento, dependiendo del grado de homogeneización.
Una característica adicional de la invención es que está prevista una alimentación de sustancias de sustitución entre la unidad de almacenamiento secundaria y el sistema de tratamiento térmico. Estas sustancias de sustitución pueden ser poda verde o rastrojos procedentes de la depuradora. Igualmente pueden añadirse también sustancias para la esterilización o emplearse etapas que están diseñadas especialmente para el tratamiento térmico.
Según una característica adicional de la invención se hace funcionar el sistema de tratamiento térmico con gas natural y/o biogás. A este respecto los quemadores de la instalación térmica están diseñados tanto para gas natural como para biogás. La utilización de biogás es aconsejable especialmente en presencia de una gran cantidad de biogás condicionada por la instalación, mediante lo cual se llega a una optimización del balance energético de la instalación.
Si la cantidad de biogás no es suficiente, o fallos técnicos conducen a una escasez de biogás, los quemadores pueden trabajar con gas natural. Con esto la utilización de gas natural sirve para la seguridad de la instalación.
El sistema de tratamiento térmico comprende de manera conocida en sí misma un dispositivo para la extracción de ceniza, el cual es preferiblemente un tornillo transportador enfriado con agua.
Los gases de escape calientes extraídos del sistema de tratamiento térmico recorren a este respecto primero un separador de polvos, preferiblemente cartuchos de filtrado cerámicos, filtros de gas caliente, turbo-separador de gas caliente, electrofiltros, telas filtrantes recubiertas u otros materiales resistentes térmicamente adecuados para la filtración, estando previsto un dispositivo de extracción para el polvo.
Según otra característica de la invención, está previsto que la depuración del gas de escape comprenda un sistema de aireación que conduce los gases de escape al tanque de agua clarificada. A este respecto, es esencial controlar que la capacidad de depuración de la depuradora no resulte perjudicada.
Una característica adicional de la invención es que la depuración del gas de escape comprende un sistema de pulverización que conduce agua clarificada al flujo de gas de escape.
El uso de agua de depuradora en lugar de agua industrial general condiciona, mediante la explotación de los recursos existentes en cada caso, una reducción de los costes.
Además, la invención prevé que la depuración del gas de escape comprenda un dispositivo para la separación del gas de escape en sus componentes y que esté prevista una pila de combustible para el aprovechamiento de los componentes del gas de escape separados.
Otra característica de la invención es que están previstos dispositivos dotados de una regulación de temperatura para la transmisión de medios de transporte de calor al sistema de secado de baja temperatura, así como el sistema de tratamiento térmico. Mediante esto tiene lugar un apoyo continuo del secado y una reutilización interna del calor sobrante. De manera ideal se diseña la regulación de la temperatura en combinación con un intercambiador de calor. Tanto al sistema de secado de baja temperatura, como al sistema de tratamiento térmico se les suministra exclusivamente aire precalentado secado.
Si no se necesita energía adicional, especialmente en el sistema de secado de baja temperatura, se conduce la energía hacia afuera o bien se pasa de vuelta a la circulación.
Para la generación acoplada de energía y agua caliente está prevista de manera conocida en sí una instalación de acoplamiento de energía - calor, siendo la instalación de acoplamiento de energía - calor una instalación que se basa en el proceso ORC y siendo el dispositivo de generación de energía de la instalación de acoplamiento de energía - calor una microturbina de gas. Además, puede operarse también con ella un motor de émbolos a vapor, un motor helicoidal de vapor o una turbina a vapor.
Igualmente puede utilizarse aquí un motor Stirling.
Según una última característica de la invención, también está previsto un dispositivo para el transporte de agua caliente a un dispositivo para el aprovechamiento de agua caliente, preferiblemente una red de calor descentralizada.
El intercambiador de calor puede generar también agua caliente sin el desvío a través de un medio de transporte.
El tipo de reutilización de la energía obtenida a partir de los gases de escape caliente depende especialmente del tamaño de la instalación y del contenido energético resultante del mismo de los gases de escape, así como también de la ubicación de la instalación. En el caso de una demanda de agua muy grande para fines de calentamiento interno de la depuradora, por ejemplo, para el digestor anaeróbico, el acondicionamiento de la temperatura del agua del tanque o del edificio industrial o también para el establecimiento de una red de calor a distancia para el abastecimiento local, debería elegirse una obtención de agua caliente pura.
La variante de una generación acoplada de electricidad y agua caliente es adecuada especialmente para el autoabastecimiento de la instalación. Los posibles sistemas para el acoplamiento de energía - calor son tal como se describieron anteriormente.
Ahora se describe la invención en lo sucesivo con más detalle mediante un ejemplo de realización con ayuda del dibujo adjunto.
Muestran
la figura 1, una representación esquemática del dispositivo según la invención;
la figura 2, una representación esquemática de un detalle según la figura 1 y
la figura 3, una representación esquemática adicional de un detalle según la figura 1.
Se suministra al almacenamiento 1 de lodo húmedo lodo húmedo compuesto de lodo A seco y agua B suministrada y se almacenan temporalmente en él. En principio, el almacenamiento de lodo húmedo puede recibir lodos de cualquier consistencia. También está previsto el mezclado de lodos de diferente consistencia.
Desde el almacenamiento 1 de lodo húmedo se suministra el lodo al secado. El secado tiene lugar por medio de un sistema 2 de secado de baja temperatura, que seca el lodo en un ambiente a como máximo
60º - 70ºC lentamente en condiciones aerobias. El sistema 2 de secado está construido de manera modular. La ampliación de la capacidad de secado es posible igual que una adaptación para lodo húmedo con mayor contenido en agua. El aire necesario para el secado se calienta previamente mediante el calor residual del sistema 7,8 de tratamiento térmico y se le suministra al sistema de secado. Del flujo de lodo húmedo suministrado se evacua agua B1 procedente del sistema 2 de secado a baja temperatura. El lodo secado se transmite al almacenamiento 3 primario. El aire C1 precalentado y secado introducido en el sistema 2 de secado se seca junto con el flujo B1 de agua como flujo de aire del sistema 2 de secado y se emite al medio ambiente. El sistema 2 de secado es un secador solar o secador de aire frío o con circulación de aire o también un campo de secado ampliable a discreción. En el sistema 2 de secado se realiza el secado sólo hasta que el tratamiento térmico posterior puede transcurrir en su mayoría de manera autosuficiente energéticamente.
El lodo transmitido desde el sistema 2 de secado de baja temperatura al almacenamiento 3 temporal primario se almacena aquí temporalmente. Dado el caso se suministran residuos biogénicos adicionales, tales como poda verde o lodo de otras consistencias. El lodo puede sacarse también del almacenamiento 3 temporal primario ya en el flujo A1 de lodo del almacenamiento 3 temporal primario. El lodo evacuado aquí se suministra para la explotación, por ejemplo, en centrales eléctricas caloríficas o fábricas de cemento.
Desde el almacenamiento 3 temporal primario el lodo llega al almacenamiento 5 temporal secundario a través de un sistema 4 de transporte. El almacenamiento 5 temporal secundario que funciona como un almacenamiento intermedio sirve para compensar dificultades técnicas del transporte. En el recorrido de transporte entre el almacenamiento 5 temporal secundario y el sistema 7 de tratamiento térmico primario está previsto un dispositivo 6 para la adición de sustancias de sustitución. La adición puede tener lugar opcionalmente antes de o en el sistema 7 de tratamiento térmico primario. El sistema 7 de tratamiento térmico primario reacciona de manera flexible a los contenidos de humedad elevados en diversa medida del lodo que va a quemarse. El caudal C2 de aire introducido en la zona de tratamiento térmico se precalienta antes de su entrada por medio de una recuperación de energía de los gases de escape calientes. Además, se evacua ceniza A2 caliente de la zona de tratamiento térmico. La energía contenida en ella se evacua a través del flujo B2 de agua de un tornillo 16 transportador enfriado con agua. La energía obtenida en el enfriamiento de la ceniza puede permanecer también en el sistema y transmitirse con E_{ENTRADA}.
En el sistema 8 de tratamiento térmico secundario tiene lugar una gasificación o degradación completa de los materiales tratados previamente en la zona 7 de tratamiento térmico primario a al menos 850ºC. Los quemadores del sistema 7,8 de tratamiento térmico tanto primario como secundario están diseñados para biogás G y gas natural F.
De manera ideal, los gases de escape llegan desde el sistema 8 de tratamiento térmico secundario a la recuperación 9 de energía para alcanzar un coeficiente de eficacia lo más elevado posible.
A ésta se conecta la depuración 10,11 del gas de escape. El gas de escape se depura en varias etapas de depuración. Como primera etapa se utiliza un separador 10 de polvos de material resistente térmicamente, preferiblemente cartuchos de filtrado cerámicos. Separa el polvo A3 del flujo de materia del gas de escape y lo conduce fuera del sistema. Está previsto un dispositivo 17 de extracción para el polvo cuya realización constructiva considera especialmente la fácil capacidad de salir volando del polvo. El calor a su vez puede evacuarse a través del flujo B3 hacia afuera o permanecer en el sistema mediante la E_{ENTRADA}.
El separador de polvos para una primera depuración del gas de combustión puede ser, en lugar de los cartuchos de filtro cerámicos utilizados, también un filtro de gas caliente, turbo-separador de gas caliente o telas filtrantes recubiertas.
El flujo de gas de escape se conduce adicionalmente desde el separador 10 de polvo hasta un dispositivo 11 para la sorción.
La figura 3 muestra diferentes formas de realización del segundo sistema 11 de depuración.
El flujo N de gas de escape recorre a este respecto las siguientes posibilidades:
-
un procedimiento de sorción seco, en el que se añade un agente D de sorción seco, por ejemplo, cal
-
un procedimiento semiseco, en el que se añade también un agente D de sorción seco, por ejemplo, cal, con carbón activado, junto con agua I de lavado pulverizada, por ejemplo, agua de uso general o agua clarificada. Con ello no se genera agua de evacuación porque el agua de lavado se evapora.
-
depuración del gas de escape en el tanque de agua clarificada. A través de sistemas 18 de aireación se conduce el gas de escape al tanque 19 de agua clarificada. En este caso, el agua clarificada absorbe los contaminantes contenidos en el gas de escape.
-
como cuarta variante está previsto un dispositivo 20 para la separación del gas de escape en sus componentes M.
La recuperación 9 de energía se representa finalmente en detalle en la figura 2.
El flujo de energía de los gases de escape calientes que llega al intercambiador 14 de calor se representa en este caso en la variante 1 en forma de una generación 13 de agua caliente pura y, en la variante 2, en forma de una generación 15 de electricidad y una generación 13' de agua caliente acopladas.
Los flujos de materia muestran que la energía de los gases de escape calientes se transmite a un medio H de transporte de calor en el intercambiador 14 de calor. El medio de transporte de calor sirve en la variante 1 para la generación J de agua caliente para uso externo, y para la generación I de agua caliente para fines internos, tales como el calentamiento del aire de secado o del aire de combustión.
En la variante 2 se genera, en primer lugar, electricidad en 15 y, posteriormente, agua caliente en 13'.
El aire seco recirculado al sistema 2 de secado de baja temperatura o a los sistemas 7,8 de tratamiento térmico puede ajustarse por medio de un regulador 21,21' de temperatura. Estos reguladores de temperatura están acoplados de manera ideal con intercambiadores de calor.
Los sistemas 9 de intercambio de calor pueden estar dispuestos también entre ambos sistemas 10,11 de depuración del gas de escape. La disposición depende, por ejemplo, de un enfriamiento necesario del flujo N de gas de escape antes de su suministro al sistema de depuración usado. Los gases de escape que salen del sistema se conducen hacia afuera a través de la chimenea 12 por medio de los flujos B4 y C4 de materia (agua y aire respectivamente).

Claims (32)

1. Procedimiento para el tratamiento de residuos biogénicos, especialmente de lodos, preferiblemente en el ámbito de una depuradora, con almacenamiento intermedio y posterior tratamiento térmico del producto secado, evacuándose los residuos, así como una depuración de los flujos de materia que se generan en el tratamiento térmico por medio de una etapa de depuración primaria y una secundaria, sometiéndose el flujo de materia en la etapa de depuración primaria a una filtración, especialmente una separación del polvo y, en la etapa de depuración secundaria, el flujo de materia a una sorción, caracterizado por las siguientes etapas del procedimiento:
-
recoger residuos biogénicos con contenido variable en materia seca y secar posteriormente de forma aeróbica en un intervalo de baja temperatura de como máximo 60º - 70ºC,
-
mantener el secado hasta alcanzar el grado de secado que permite un aprovechamiento térmico autosuficiente energéticamente de los residuos biogénicos,
-
evacuar la cantidad de agua evaporada exclusivamente en el secado junto con el flujo de aire húmedo sin liberación de compuestos libremente volátiles,
-
almacenar temporalmente de forma primaria los residuos biogénicos secados, especialmente para compensar los distintos grados de secado antes de almacenar temporalmente de forma secundaria los residuos biogénicos secados para el almacenamiento intermedio,
-
tratar térmicamente el producto en varias etapas de tratamiento térmico consecutivas,
-
evacuar los residuos de opcionalmente cada una de las etapas de tratamiento térmico,
-
recuperar la energía de todos los flujos de materia extraídos del proceso, especialmente transfiriendo la energía a un medio de soporte térmico, suministrándose la energía de los gases de escape a uno o varios intercambiadores térmicos para obtener opcionalmente electricidad, vapor o agua caliente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se usa como material de entrada lodo húmedo o lodo deshidratado previamente, con un contenido en materia seca de entre el 2% y el 35%.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se calienta previamente el aire seco utilizado para el secado de los residuos biogénicos mediante el calor de evacuación de las etapas de tratamiento térmico.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se usa energía generada en el procedimiento para el tratamiento térmico de los residuos biogénicos.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en el almacenamiento temporal primario tiene lugar una homogeneización del producto.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se le suministra al almacenamiento temporal primario material biogénico adicional.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se evacúan residuos biogénicos secados del almacenamiento temporal primario y se suministran a un uso externo.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento térmico comprende al menos una etapa de tratamiento térmico primaria y una secundaria.
9. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque se suministran sustancias de sustitución antes del tratamiento térmico primario.
10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque se suministran sustancias de sustitución directamente al tratamiento térmico primario.
11. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque tiene lugar una esterilización del producto en al menos una de las etapas de tratamiento térmico.
12. Procedimiento según la reivindicación 1, con una sorción como etapa de depuración, caracterizado porque la sorción tiene lugar con carbonato de sodio.
13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se usa agua del tanque de decantación para la depuración de los gases de escape.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque se conducen los flujos de materia para la sorción a través del tanque de aguas residuales de la depuradora.
15. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque se pulveriza agua de evacuación en el flujo de materia.
16. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la depuración de los gases de escape tiene lugar mediante la separación del flujo de materia en sus componentes.
17. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se prevé agua caliente para calentar el aire de secado y de combustión.
18. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se usa agua caliente para la instalación de una red de calor descentralizada.
19. Dispositivo para la realización del procedimiento con dispositivos para el secado, almacenamiento y tratamiento térmico posterior de los residuos biogénicos, estando conectados después del sistema de tratamiento térmico sistemas (9) de intercambio de calor para la captación y la reutilización de energía evacuada y/o liberada del sistema, y estando previsto al menos un primer sistema de depuración, preferiblemente un separador (10) de polvos para una primera depuración del gas de combustión y un segundo sistema (11) de depuración para la depuración adicional del gas de escape, preferiblemente mediante sorción, caracterizado porque el dispositivo para el secado (2) es un sistema de secado de baja temperatura que funciona como máximo hasta 60º - 70ºC, porque están previstas unas unidades (3,5) de almacenamiento primaria y secundaria para el almacenamiento temporal de los residuos biogénicos secados, porque está previsto un sistema (4) de transporte para los residuos biogénicos secados entre las unidades (3,5) de almacenamiento, porque están previstos dispositivos para la extracción del aire húmedo, así como del flujo de agua del sistema (2) de secado de baja temperatura, y porque el sistema de tratamiento térmico comprende varias zonas (7,8) de tratamiento térmico.
20. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque el sistema (2) de secado de baja temperatura está compuesto de un secador de aire frío o de aire fresco, un secador solar o campos de secado.
21. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque la unidad (3) de almacenamiento primaria para el almacenamiento temporal es un almacén de homogeneización.
22. Dispositivo según la reivindicación 19 ó 21, caracterizado porque la unidad (3) de almacenamiento primaria comprende un dispositivo de alimentación para residuos biogénicos adicionales.
23. Dispositivo según la reivindicación 19 ó 21, caracterizado porque la unidad (3) de almacenamiento primaria presenta un dispositivo para evacuar el material.
24. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque está prevista una alimentación (6) para sustancias de sustitución entre la unidad (5) de almacenamiento secundaria y el sistema (7,8) de tratamiento térmico.
25. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque el sistema (7,8) de tratamiento térmico comprende quemadores para el tratamiento de gas natural y/o biogás.
26. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque están previstos dispositivos (1) provistos de una regulación (21, 21') de temperatura para la transmisión de los medios de transporte de calor al sistema (2) de secado de baja temperatura, así como al sistema (7,8) de tratamiento térmico.
27. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque la depuración del gas de escape comprende un sistema (18) de aireación que conduce los gases de escape al tanque (19) de agua clarificada.
28. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque la depuración del gas de escape comprende un sistema (L) de pulverización que conduce agua clarificada en el flujo de gas de escape.
29. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque la depuración del gas de escape comprende un dispositivo (20) para la separación del gas de escape en sus componentes (M).
30. Dispositivo según la reivindicación 26, caracterizado porque la regulación (21, 21') de la temperatura está configurada en combinación con un intercambiador de calor.
31. Dispositivo según la reivindicación 29, caracterizado porque está prevista una pila de combustible para el aprovechamiento de los componentes (M) del gas de escape separados.
32. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque está previsto un dispositivo (J) para el transporte de agua caliente a un dispositivo para el aprovechamiento de agua caliente, preferiblemente una red de calor descentralizada.
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