ES2567156T3 - Procedimiento de descomposición de material biogénico, planta de biogás correspondiente, así como su uso - Google Patents

Procedimiento de descomposición de material biogénico, planta de biogás correspondiente, así como su uso Download PDF

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Abstract

Procedimiento de descomposición de material biogénico, en el que se carga un percolador (2) con material biogénico, se separa el líquido de percolación mediante un tamiz y se pulveriza de nuevo el líquido de percolación, separado mediante bombas en continuo o en discontinuo en el circuito, sobre el material biogénico, se introduce el líquido de percolación en exceso en un tanque tampón (5), de ahí se bombea a un reactor de biogás (6) y se fermenta dando biogás, transfiriéndose el líquido de percolación purificado en el reactor de biogás (6) como agua residual a un tanque de almacenamiento tampón (7) y transfiriéndose de nuevo el agua residual desde ahí al percolador (2).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de descomposicion de material biogenico, planta de biogas correspondiente, as^ como su uso
La invencion se refiere a un procedimiento de descomposicion de material biogenico y a una planta de biogas correspondiente, asf como a su uso.
La fermentacion de sustancias biologicas es un proceso conocido desde hace tiempo. Debido a los mas variados progresos se desarrollaron procedimientos de una, dos o varias etapas. Ademas de la fermentacion en humedo desarrollada de la fermentacion de purines se practico igualmente la fermentacion en seco.
El principio del proceso de secado-humedo en dos etapas fue descrito por primera vez por Gosh en 1978. A este respecto se percolaron residuos en un reactor anaerobio. El agua de percolacion se fermentara a continuacion en un reactor de metanizacion dando biogas. El procedimiento fue perfeccionado y patentado para residuos organicos por Rijkens y Hofank (documento US 4.400.195) en los anos 80.
Este procedimiento se transformo dos veces en la practica, en el procedimiento ANM en Ganderkesee y en el procedimiento Prethane-Rudad en Breda.
Wellinger y Suter llevaron a cabo igualmente en los anos 80 experimentos con estiercol y Widmer con residuos comerciales y residuos de matadero. A este respecto se opero el percolador tambien en medios aerobios.
Las planta mas novedosas, que fueron desarrolladas segun este procedimiento (para residuos), son el procedimiento de percolacion ISKA® en Sansenheck y el procedimiento BlOPERCOLAT® (documento DE 198 46 336 A1). A este respecto se hidroliza el residuo tras un pretratamiento mecanico (por ejemplo, tamizado, separacion de metales) en un percolador. El percolador se dota a este respecto con un agitador, de modo que los residuos se transportan en continuo por el reactor. Despues de un tiempo de residencia de 2 a 3 dfas se deshidrata el percolado y se prepara para el tratamiento o bien el deposito posterior. El agua de percolacion se fermenta tras una separacion de arenas y fibras en un reactor de metanizacion en condiciones anaerobias dando biogas. El agua asf purificada se usa directamente o bien tras una purificacion (para la desnitrificacion), como agua de percolacion.
Adicionalmente se conoce del estado de la tecnica mas proximo, el documento US 6.110.727 A, un procedimiento y un dispositivo para el tratamiento biologico de materiales organicos. Se divulga el uso de un reactor horizontal, en el que se entremezcla el material organico mediante dispositivos adecuados. El material se macera en una etapa de reaccion aerobia y se desechan el lfquido de maceracion directamente tras atravesar el material una etapa de reaccion anaerobia para la obtencion del biogas. Despues de la obtencion del biogas a partir del lfquido de maceracion, se puede aplicar una etapa de purificacion y aireacion del lfquido para que pueda volver a macerar el material.
En el documento DE 199.09.328 A1 se divulga un procedimiento de valorizacion de residuos, en el que se obtiene un combustible de sustitucion. Una etapa requerida no condicionada de este procedimiento es la trituracion de masas residuales, ya que la percolacion pura del material residual no satisface los fines de este procedimiento. En este procedimiento de valorizacion de residuos, el lfquido de lavado que se genera se puede alimentar con una planta de purificacion de aguas residuales con bioreactor. Ah se puede obtener biogas y aplicarse el lfquido a continuacion de esta etapa de reaccion anaerobia de nuevo sobre el residuo.
El documento DE 35.45.679 A1 divulga un procedimiento para el tratamiento de basura organica. Tambien este procedimiento comprende una etapa aerobia de la maceracion y una etapa anaerobia de la obtencion del biogas. Como en los documentos de propiedad intelectual US 6.110. 727 A y DE 199.09.328 A1 se puede recuperar tambien en este procedimiento el lfquido de maceracion sobre el material organico. Sin embargo se desecha tambien aqrn antes de la recuperacion del material el lfquido de una etapa de reaccion anaerobia.
La invencion se basa en el objetivo de posibilitar en la descomposicion de material biogenico un control segun necesidad de la generacion de biogas.
El biogas se consigue mediante un procedimiento de descomposicion, cuyas caractensticas se detallan en la reivindicacion principal. . Se caracterizan configuraciones ventajosas en las reivindicaciones dependientes.
El objetivo de la presente invencion se consigue mediante un procedimiento de descomposicion segun la reivindicacion 1, en en que se carga un percolador con material biogenico, se separa un lfquido de percolacion mediante un tamiz y se pulveriza de nuevo sobre el material biogenico, el lfquido de percolacion en exceso se introduce en un recipiente tampon, de ah se bombea a un reactor de biogas y se fermenta dando biogas, transfiriendose el lfquido de percolacion purificado en el reactor de biogas (6) como agua residual a un recipiente de almacenamiento tampon y de ah se transfiere de nuevo el agua residual al percolador.
De acuerdo con la invencion se trata por tanto de un procedimiento de descomposicion de material biogenico con control segun necesidad de biogas, donde se carga un percolador con funcionamiento aerobio con material biogenico, se separa el lfquido de percolacion mediante un tamiz y se pulveriza de nuevo sobre el material
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biogenico, el Ifquido de percolacion en exceso se introduce en un recipiente tampon separado, de ah se bombea a un reactor de biogas y se fermenta dando biogas, transfiriendose el Ifquido de percolacion purificado en el reactor de biogas (6) como agua residual en un recipiente tampon de almacenamiento separado y de ah se puede transferir de nuevo al percolador.
Este procedimiento de descomposicion tiene la ventaja de que se basa en una tecnica simple para la descomposicion de material biogenico. A este respecto es posible un control segun necesidad de la generacion de biogas y de este modo se puede regular correspondientemente la necesidad de biogas, por ejemplo para el flujo o generacion de calor, en momentos punta o en momentos de deficit. Mientras que en plantas conocidas el control de la produccion de biogas no se consigue o solo se consigue en estrechos periodos respecto al consumo, con el procedimiento de descomposicion de acuerdo con la invencion se puede realizar un ajuste rapido de la necesidad real.
Como material biogenico se preven todas las sustancias que provienen de organismos vivos, de forma particular estas pueden ser residuos biologicos, residuos vegetales, residuos de tejidos, residuos de alimentos, residuos municipales, residuos agncolas, residuos de cocina, materias primas renovables y sustancias similares.
Preferentemente se almacena el lfquido de percolacion. El control segun necesidad de la generacion de biogas es posible mediante recipientes tampon dimensionados correspondientemente (max. 24 h de tampon) para el lfquido de percolacion, ya que debido a la forma de operacion procedimental de las reacciones de metanizacion el tiempo de respuesta para la produccion de biogas se encuentra en el intervalo de horas. La funcion del almacenamiento de gas se puede sustituir por tanto por el almacenamiento del lfquido de percolacion.
En una forma de realizacion preferente de la invencion se somete en discontinuo un choque de presion a traves de las paredes perforadas de un fondo de tamiz. De este modo se pueden liberar o bien desprender obstrucciones del fondo de tamiz y se puede asegurar de nuevo una alimentacion libre del lfquido de percolacion por el fondo de tamiz.
En el percolador prevalece preferentemente presion normal. No es danina una entrada de aire. Puede conseguirse una entrada de aire en el percolador en continuo o discontinuo independientemente del choque de aire a presion. Ademas es posible calentar el percolador. La temperatura en el percolador debena ser de aproximadamente 30° C. De forma ventajosa se opera el percolador en condiciones aerobias.
Todo el lfquido se bombea al sistema por un circuito. El lfquido de percolacion que abandona el bioreactor como agua residual se deriva preferentemente en discontinuo y se completa con lfquido fresco. De este modo se evita un enriquecimiento de sustancias extranas en el circuito.
En el recipiente tampon y/o en el recipiente tampon de almacenamiento se separan preferentemente sustancias que precipitan o sustancias que flotan. Este proceso se puede llevar a cabo mediante el uso de diversos separadores o separadores de alto rendimiento, como por ejemplo centnfugas.
La fermentacion para dar biogas se lleva a cabo preferentemente por bacterias. A este respecto la fermentacion se lleva a cabo mediante division de una matriz de bacterias de varias cepas de bacterias. El reactor de biogas se puede calentar, de forma particular, se puede calentar externamente. Con esto se puede mantener en el reactor de biogas siempre una temperatura constante. Esta se encuentra bien a aproximadamente 37° C o bien a 55° C.
Ademas la invencion se consigue con una planta de biogas segun la reivindicacion 9, montandose aqrn el percolador segun el procedimiento de Garagen en la zona aerobia.
preferentemente la planta de biogas se compone de al menos dos percoladores conectados en paralelo. A este respecto se pulveriza el lfquido de percolacion mediante una bomba separada por percolador segun cada sustancia de uso en continuo o discontinuo sobre el material biogenico. Se genera con ello un circuito de lfquido que se puede operar por separado para cada percolador. Es posible una union entre los percoladores individuales, para inocular las sustancias biogenicas con determinadas especies de bacterias.
El uso de al menos dos percoladores presenta adicionalmente la ventaja de que es posible una carga y descarga de sustancias solidas en cualquier momento. Ademas es posible con la estructura modular un ajuste en la generacion de sustancia respectiva o bien la incorporacion de energfa o bien se puede controlar individualmente el tiempo de residencia espehfico del sustrato en el percolador. Debido a la forma de proceder aerobia de los percoladores no es posible la formacion de metano y, con ello, una atmosfera con riesgo de explosion en el percolador.
En la descomposicion del material biogenico se generan acidos, por tanto los percoladores son preferentemente resistentes a acido. El lfquido de percolacion disuelve sin embargo los acidos que se generan y otras sustancias y el lfquido de percolacion se enriquece con sustancias facilmente fermentables.
Se puede plantear igualmente que se trate una corriente de lfquido extremadamente acida junto con el lfquido de percolador en el reactor de biogas. A modo de ejemplo se genera en la industria conservera, por una parte, una corriente de agua residual de gran carga organica, que es en la mayor parte de los casos fuertemente acida, pero por otra parte hay tambien residuos solidos. Con el uso segun necesidad de residuos solidos se podna equilibrar la
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generacion anualmente fluctuante de aguas residuales acidas, de modo que en periodos de poca generacion de aguas residuales siempre este presente una buena produccion de biogas.
Los percoladores presentan un fondo de tamiz. Este sirve para efectuar una separacion solido-Uquido. El Uquido de percolacion separado se recoge en el fondo o bien bajo el fondo de tamiz y se pulveriza mediante bombas en continuo o discontinuo en el circuito sobre el material biogenico. El lfquido de percolacion en exceso se bombea en el estado lleno correspondiente al recipiente tampon y desde ah al reactor de biogas.
La temperatura en el percolador debena ser de aproximadamente 30° C, por tanto los percoladores se pueden calentar preferentemente.
Se prefiere de acuerdo con la invencion que la fermentacion para dar biogas se realice mediante bacterias anadidas yo inmovilizadas.
El reactor de biogas es esencialmente estanco a gas y funciona segun uno de los principios habituales de la tecnica de aguas residuales (UASB - [Upflow anaerobic sludge bed], reactor de lecho fijo - lecho de lodo).
Se puede operar un reactor de biogas de lecho fijo como reactor de flujo de piston (filtro), de modo que se pueden definir tanto el tiempo de residencia en el percolador como tambien el tiempo de residencia en el reactor de biogas.
El biogas se compone de metano (CH4) [50-85 % en volumen], dioxido de carbono (CO2) [15-50 % en volumen] asf como oxfgeno, nitrogeno y gases traza (entre otros sulfuro de hidrogeno). Con el procedimiento de descomposicion de acuerdo con la invencion se genera un biogas con una alta proporcion en metano de entre 65 y 80 % en volumen. Se puede usar entre otros directamente para los fines de calentamiento o mediante una central generadora para la produccion acoplada de corriente y calor. La generacion del gas se realiza mediante fermentacion anaerobia de sustancias organicas.
Para el aumento de la produccion de biogas se tienen en cuenta frecuentemente fermentados de Co (por ejemplo materias primas renovables o residuos de la industria alimentaria). El material organico fermentado se puede usar a continuacion en agricultura como fertilizante de alto valor.
Tras el proceso de fermentacion, el agua de percolacion purificada como agua residual abandona el reactor de metanizacion y se almacena entre tanto en el recipiente tampon de almacenamiento y se puede retornar desde ah a los percoladores.
Con esto, en el reactor de biogas siempre se puede mantener una temperatura constante, el reactor de biogas se puede calentar preferentemente. La temperatura se encuentra a este respecto bien en aproximadamente 37° C o bien en aproximadamente 55° C.
En una forma de realizacion preferente de la invencion el recipiente tampon de almacenamiento se puede airear. Esto tiene la ventaja de que se regulan las bacterias del reactor de biogas, de modo que se evita una inoculacion de hidrolisis con bacterias de metano y con ello una produccion de biogas en los percoladores.
Con esto se puede evitar una acumulacion de distintas sustancias en el agua residual, se libera una parte del agua e circuito y se completa con agua fresca.
Adicionalmente se consigue el objetivo de la invencion mediante el uso de la planta de biogas para la produccion de biogas y el almacenamiento de lfquido de percolacion segun la reivindicacion 16.
Mediante mezcla con aire, el biogas puede dar facilmente mezclas explosivas, por tanto la produccion y almacenamiento se somete a protocolos de seguridad especiales.
Se puede evitar en gran medida un riesgo de explosion de este tipo con el procedimiento de acuerdo con la invencion, ya que los percoladores se basan en una forma de operar aerobia y con ello se contrarresta la formacion de metano. Adicionalmente no es necesario un almacenamiento de biogas ya que solo se almacena el lfquido de percolacion.
A continuacion se describe con mayor detalle la invencion en funcion de una figura. En concreto muestra
Figura 1 una representacion esquematica de una planta de biogas de acuerdo con la invencion.
La figura 1 muestra una representacion esquematica de una planta de biogas 1 para la produccion segun necesidad de biogas.
Los percoladores 2 estan constituidos en el procedimiento de Garagen, es decir se componen de una especie de contenedor o bien espacio con revestimiento resistente a acido. Estan configurados de modo que se pueden cargar y vaciar con la tecnica habitual (por ejemplo con cargadoras de ruedas). El fondo y/o las paredes estan configurados ademas con fondos de tamiz 3, de modo que en estos puntos puede tener lugar una separacion solido-lfquido. Para evitar las obstrucciones o para reblandecer el material se puede aplicar en discontinuo un choque de aire a presion a
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traves de estas paredes perforadas. Por otro lado los percoladores 2 trabajan a presion ambiente y una entrada de aire no es danina y puede realizarse tambien independientemente del choque de aire a presion en continuo o discontinuo. El lfquido de percolacion se reune en el fondo o bien bajo los fondos de tamiz 3 y se pulveriza por una bomba 4 por percolador 2 en continuo o en discontinuo en el circuito sobre el material biogenico. El lfquido de percolacion disuelve los acidos que se generan y otras sustancias sobre el lecho solido. Con ello se enriquece el ifquido de percolacion con sustancias facilmente fermentables.
El lfquido de percolacion en exceso se bombea en el estado de llenado correspondiente al recipiente tampon 5. Se separan sustancias solidas y/o que flotan dado el caso previamente en el separador 8. De ah se bombea el lfquido de percolacion mediante las bombas 40 de forma estanca a gases en el reactor de biogas 6. Este funciona segun uno de los principios de reaccion habituales en la tecnica de aguas residuales (UASB-, reactor de lecho solido, lecho de lodos). En los reactores de biogas 6 se fermenta el lfquido de percolacion rapidamente a biogas. El lfquido de percolacion asf purificado abandona como agua residual los reactores de biogas 6 y se almacena entre tanto en el recipiente tampon de almacenamiento 7, antes de que se retorne segun necesidad a los percoladores 2 y ah permita subir el nivel de lfquido. Con ello se conduce siempre el lfquido al circuito. Con esto se evita una acumulacion de distintas sustancias en el lfquido, se libera una parte del lfquido de circuito en discontinuo y se completa con lfquido fresco (agua).
El recipiente tampon 5 y el recipiente tampon de almacenamiento 7 sirven ademas del almacenamiento igualmente como separadores para sustancias que precipitan o que flotan, que se retiran en discontinuo. Adicionalmente se da la posibilidad de separar con el uso de separadores de alto rendimiento (por ejemplo, centnfugas) otras sustancias no deseadas de los recipientes tampon 5 individuales y/o recipientes tampon de almacenamiento 7.
Los recipientes tampon de almacenamiento 7 se pueden airear igualmente segun necesidad, para favorecer la descomposicion biologica adicional o bien la separacion de sustancias no deseadas, como por ejemplo amonio, en el recipiente tampon de almacenamiento 7. Mediante la aireacion de los recipientes tampon de almacenamiento 7 se regulan en gran medida adicionalmente las bacterias portadas por el bioreactor, de modo que se excluye una inoculacion de la hidrolisis con bacterias de metanizacion y con ello una produccion de biogas en los percoladores 2.
La planta de biogas 1 se puede operar de acuerdo con la invencion particularmente de modo que se separan estrictamente entre sf el circuito de percolacion aerobio y el circuito de produccion de biogas anaerobio. Con ello se asegura que en la zona de los percoladores 2 y/o en la zona del recipiente tampon de almacenamiento 7 no este presente cantidad alguna relevante para la seguridad de biogas libre (metano). Esto conduce a una mejor seguridad de operacion de toda la planta.
Lista de referencias:
1
Planta de biogas
2
Percolador
3
Fondo de tamiz
4
Bomba
5
Recipiente tampon
6
Reactor de biogas
7
Recipiente tampon de almacenamiento
8
Separador
40
Bomba
A
Agua residual
B
Material biogenico
F
Agua fresca
L
Aire

Claims (16)

  1. 5
    10
    15
    20
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    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de descomposicion de material biogenico,
    en el que se carga un percolador (2) con material biogenico, se separa el Ifquido de percolacion mediante un tamiz y se pulveriza de nuevo el lfquido de percolacion, separado mediante bombas en continuo o en discontinuo en el circuito, sobre el material biogenico, se introduce el lfquido de percolacion en exceso en un tanque tampon (5), de ah se bombea a un reactor de biogas (6) y se fermenta dando biogas, transfiriendose el lfquido de percolacion purificado en el reactor de biogas (6) como agua residual a un tanque de almacenamiento tampon (7) y transfiriendose de nuevo el agua residual desde ah al percolador (2).
  2. 2. Procedimiento de descomposicion segun la reivindicacion 1, caracterizado porque se almacena el lfquido de percolacion.
  3. 3. Procedimiento de descomposicion segun una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque se imprime en discontinuo un choque de presion por las paredes perforadas de un fondo tamiz (3).
  4. 4. Procedimiento de descomposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el percolador (2) prevalece la presion normal.
  5. 5. Procedimiento de descomposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el percolador (2) funciona en condiciones aerobias.
  6. 6. Procedimiento de descomposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se alimenta una parte del agua residual en discontinuo y se completa con lfquido fresco.
  7. 7. Procedimiento de descomposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se separan en el recipiente tampon (5) y/o en el recipiente de almacenamiento tampon (7) sustancias que precipitan y/o sustancias que flotan.
  8. 8. Procedimiento de descomposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la fermentacion que da biogas se lleva a cabo mediante bacterias adicionadas y/o inmovilizadas.
  9. 9. Planta de biogas (1) para un procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, constituida por al menos un percolador (2) con un fondo en tamiz (3) y una bomba (4), un separador (8) dispuesto entre bomba (4) y fondo de tamiz (3), estando la bomba (4) dispuesta dentro de un conducto, que une la zona del percolador (2) por debajo del fondo de tamiz (3) a traves del separador (8) con la zona superior del percolador, un recipiente tampon (5), al menos un reactor de biogas (6) y al menos un recipiente de almacenamiento tampon (7).
  10. 10. Planta de biogas (1) segun la reivindicacion 9, caracterizada porque se compone de al menos dos percoladores (2) conectados en paralelo.
  11. 11. Planta de biogas (1) segun una de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizada porque los percoladores (2) son resistentes a acido.
  12. 12. Planta de biogas (1) segun una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizada porque los percoladores (2) se pueden calentar.
  13. 13. Planta de biogas (1) segun una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizada porque el reactor de biogas (6) es estanco a gas.
  14. 14. Planta de biogas (1) segun una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizada porque el reactor de biogas (6) se puede calentar.
  15. 15. Planta de biogas (1) segun una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizada porque el recipiente tampon de almacenamiento (7) se puede airear.
  16. 16. Uso de la planta de biogas segun una de las reivindicaciones 9 a 15 para la produccion de biogas y almacenamiento de lfquido de percolacion.
ES05817092.9T 2004-11-03 2005-11-03 Procedimiento de descomposición de material biogénico, planta de biogás correspondiente, así como su uso Expired - Lifetime ES2567156T3 (es)

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