ES2567330T3 - Procedimiento para la elaboración de substancias de desecho orgánicas y composts, en especial de restos de fermentación de instalaciones de biogás - Google Patents

Procedimiento para la elaboración de substancias de desecho orgánicas y composts, en especial de restos de fermentación de instalaciones de biogás Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la obtención de un substrato orgánico a partir de una substancia de desecho orgánica, como compost, siendo apropiado el substrato orgánico para el empleo en agricultura y en jardinería, reduciéndose el contenido en nutrientes de la substancia de desecho orgánica o del compost al lavarse la substancia de desecho orgánica o el compost con dióxido de carbono licuado, al separarse los productos sólidos del dióxido de carbono licuado, y al alimentarse los mismos a la reutilización como substrato orgánico.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para la elaboracion de substancias de desecho organicas y composts, en especial de restos de fermentacion de instalaciones de biogas
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la elaboracion de substancias de desecho organicas, como restos de fermentacion de instalaciones de biogas, pero tambien de composts. La presente invencion se refiere en especial a un procedimiento con el que se puede obtener un substrato organico puro, no cargado, lo mas seco posible, para reutilizacion, a partir de las substancias de desecho organicas.
En instalaciones de biogas, mediante fermentacion anaerobia, a partir de la biomasa se obtiene biogas que contiene como componentes principales metano y dioxido de carbono. Mediante combustion de metano en una planta en cogeneracion se genera corriente y calor. La corriente se alimenta a la red.
Una parte de calor se devuelve al proceso de fermentacion. La utilizacion de la fraccion de calor excedente depende de la disponibilidad de consumidores apropiados.
Como biomasa para la obtencion de biogas se emplean materias primas regenerativas (NawaRo), como plantas, pero tambien residuos de cna de animales, como majadal lfquido o estiercol, asf como residuos biologicos, como restos de alimentos, etc.
No cualquier tipo de biomasa es apropiado en la misma medida para la generacion de biogas, de modo que permanecen residuos no fermentables. Estos denominados restos de fermentacion constituyen aproximadamente un tercio de la biomasa empleada, y son lfquidos a viscosos, y tienen una fraccion de agua elevada.
Habitualmente, segun proceso de fermentacion, el contenido en substancia seca de los restos de fermentacion se situa entre un 6 y un 7 %, es decir, la fraccion de lfquido asciende a un 93-94 %.
Ademas de substancias organicas, los restos de fermentacion contienen cantidades considerables de nutrientes disponibles en plantas, como nitrogeno, fosforo y potasio en forma de sus sales. Debido al alto contenido en sales nutrientes, los restos de fermentacion se emplean como fertilizantes analogamente a majadal lfquido. No obstante, es desfavorable que en los meses de invierno y el tiempo de vegetacion total no se pueda ni deba distribuir ningun resto de fermentacion sobre superficies utiles agncolas. Durante este tiempo se deben almacenar los restos de fermentacion, y a tal efecto se puede y se debe crear capacidades de almacenaje correspondientes a tal efecto.
Por consiguiente, para el aumento de la capacidad de almacenaje se propuso elaborar los restos de fermentacion lfquidos para dar cuerpos moldeados fertilizantes solidos. Un ejemplo de un procedimiento para la obtencion de cuerpos moldeados fertilizantes a partir de restos de fermentacion de instalaciones de biogas se encuentra en el documento DE 10 2005 048 116 A1.
Una alimentacion de sal nutriente suficiente favorece ciertamente el crecimiento vegetal, pero la entrada de nutrientes excesiva conduce a problemas medioambientales, como la contaminacion de aguas y aguas subterraneas, y por lo tanto se debe evitar.
A modo de ejemplo es sabido que los compuestos nitrogenados, que se emiten al medio ambiente, pueden ser nocivos de diversas maneras. En concentracion elevada, estos conducen a una sobrefertilizacion del suelo o de las aguas. Una fertilizacion excesiva de aguas conduce a un fuerte crecimiento de algas y a una reduccion de la calidad del agua hasta una posible inversion de las aguas.
Por lo tanto, respecto al significado creciente de obtencion de energfa a partir de materias primas regenerativas y a su alto contenido en sales nutrientes, a largo plazo no todos los restos de fermentacion que se producen en el ambito de la generacion de biogas se pueden utilizar como agente fertilizante, por ejemplo en agricultura.
Otro inconveniente del empleo de restos de fermentacion como agente fertilizante consiste en que su composicion y contenido en nutrientes estan sujetos a oscilaciones dependiendo del tipo de biomasa empleada.
Compost es un fertilizante vegetal valioso y proveedor de humus. No obstante, debido a su alto contenido en nutrientes, este se debe emplear solo con dosificacion, o bien diluido con otros substratos. Una reduccion del contenido en nutrientes, en especial de fosforo, potasio y/o nitrogeno, puede hacer disponible al compost para aplicaciones para las que es inapropiado en otro caso, debido a su alto contenido en nutrientes.
A modo de ejemplo, en la obtencion de tierra para macetas se puede anadir a la turba un maximo de un 20 a un 30 % de compost, ya que, en caso contrario, los contenidos en sales, como sales que contienen P, K y N, en las tierras para macetas sena demasiado elevado, y las plantas cultivadas en las mismas se podnan deteriorar, o incluso morir.
5 El documento DE 10 2009 020 745 A1 describe un procedimiento para la obtencion de substancias de valor, en especial fosfato, a partir de lodo de clarificacion o malla de lodo de clarificacion, suspendiendose el lodo de clarificacion, o bien la malla de lodo de clarificacion, en primer lugar en agua y/o etanol, introduciendose en la disolucion dioxido de carbono gaseoso o dioxido de carbono supercntico como agente de extraccion, separandose productos solidos no disueltos de los agentes de suspension lfquidos, eliminandose dioxido de 10 carbono del agente de suspension, y precipitandose y separandose los productos de valor disueltos en el agente de suspension. La malla de lodo de clarificacion se obtiene mediante combustion de los componentes organicos del lodo de clarificacion. La malla de lodo de clarificacion, como el lodo de clarificacion, incluye contenidos elevados en metales pesados, como cromo, cobre, mquel y plomo, estando contenidas adicionalmente substancias contaminantes organicas en el lodo de clarificacion. Esta carga de metales pesados 15 y substancias toxicas esta aun contenida en productos solidos separados en este procedimiento, de modo que estos productos solidos no son apropiados para la utilizacion en agricultura y en jardinena.
En Biogas-Infoboard: Norddeutsche Biogas-Tagung in Hildesheim, 10 a 12 Junio 2005, paginas 161 a 168, se describe el empleo de majadal lfquido o restos de biogas de majadal lfquido como fertilizante para la mejora de la tierra, o bien fertilizante solido. En caso deseado se puede eliminar fosforo excedente mediante adicion de un 20 agente de precipitacion al majadal lfquido, o bien al resto de fermentacion que presenta aun un contenido elevado en lfquido. Las suspensiones obtenidas se deshidratan hasta un contenido en substancia seca de un 32 a un 38 %, y se envasan en contenedores para la utilizacion subsiguiente.
En el documento NL8202737 se describe un dispositivo para el compostaje anaerobio de materiales organicos, empleandose vapor de agua.
25 El documento CH633498 A5 describe un procedimiento para la elaboracion de lodo de clarificacion para dar productos empleables, empleandose para la elaboracion hidrocarburos halogenados, como percloroetileno, 1,2- dicloroetano, etc, como disolvente.
El pensamiento central de la presente invencion es la reduccion del contenido en nutrientes en residuos organicos, en especial en restos de gas, pero tambien de compost, para poder alimentar su substancia organica 30 a la reutilizacion como substrato organico.
A continuacion se trata predominantemente de “substancias de desecho organicas”, pero tambien se debe incluir con ello compost, para el que tiene igualmente validez la siguiente descripcion.
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la reduccion del contenido en nutrientes de substancias de desecho organicas, lavandose las substancias de desecho organicas con un gas licuado o una 35 mezcla de gases licuada.
Segun la invencion, se entiende por contenido en nutrientes en especial la fraccion de nutrientes vegetales organicos y minerales, incluyendo en forma de sus sales, como se presentan habitualmente en residuos organicos, en especial en restos de fermentacion. Los nutrientes esenciales son nitrogeno, fosforo y potasio, y ademas calcio y magnesio.
40 Ya que los nutrientes en las substancias de desecho organicas se presentan generalmente en forma de sales, el procedimiento segun la invencion, por consiguiente, se refiere en especial a un procedimiento para la desalinizacion de substancias de desecho organicas.
Las substancias de desecho organicas en el sentido de la presente invencion son en especial restos de fermentacion, como se obtienen a modo de residuo organico en instalaciones de biogas.
45 Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere a un substrato organico, que se obtiene mediante reduccion del contenido en nutrientes de substancias de desecho organicas, en especial de restos de fermentacion de instalaciones de biogas, pero tambien de compost.
Segun otro aspecto, la presente invencion se refiere al empleo de un substrato organico, que se obtiene mediante reduccion del contenido en nutrientes de substancias de desecho organicas, en especial de restos de 50 fermentacion de instalaciones de biogas, pero tambien de compost, en especial de tierra de cultivo, tierra para macetas, substituto de turba, rectificador del suelo, substituto de fibra de madera, asf como aditivos para la elaboracion de papel.
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Conforme al procedimiento segun la invencion, la substancia de desecho organica se lava con un gas licuado o una mezcla de gases licuada. Se descubrio que el gas licuado, o bien la mezcla de gases licuada, reduce considerablemente el contenido en nutrientes de la substancia de desecho organica, y ademas elimina substancias en suspension no deseadas, como partfculas ultrafinas organicas, de la substancia de desecho organica.
Ademas tiene lugar una higienizacion, impidiendose, o al menos reduciendose considerablemente la formacion de olores desagradables.
El proceso de lavado tiene lugar en un deposito de presion, en el que el gas, o bien la mezcla gaseosa, se mantiene bajo una presion a la que es lfquido.
El proceso de lavado se lleva a cabo preferentemente en circuito.
Para la aceleracion del proceso de lavado se puede mover el lfquido de lavado con las substancias de desecho organicas en el deposito de presion. A modo de ejemplo, a tal efecto el deposito de presion puede estar configurado como deposito giratorio, en el deposito de presion se preven herramientas de agitacion, o el movimiento se ocasiona por medio de sonido o ultrasonido. Mediante impulsos de alto rendimiento, segun seleccion de los parametros de rendimiento del sistema transformador de energfa, puede conducir a movimientos, deformacion plastica y/o elastica o a desmenuzado. Tambien se pueden presentar dos o mas de estos fenomenos.
Debido a su facil disponibilidad, un gas de lavado especialmente apropiado es dioxido de carbono. Ventajosamente, para el proceso de lavado se puede emplear completa o parcialmente dioxido de carbono, que se forma como componente principal, ademas de metano, en la generacion de biogas. Esto es especialmente economico, ya que dioxido de carbono como tal ya no se puede oxidar, y por lo tanto no posee ningun valor de combustion.
La substancia de desecho biologica se seca preferentemente antes del proceso de lavado segun la invencion, para reducir en lo posible su contenido en agua. Para el secado se puede utilizar el calor de escape, que se produce en la combustion de biogas para la generacion de corriente.
El resto de fermentacion desecado se puede almacenar hasta su elaboracion subsiguiente con el procedimiento segun la invencion.
Se ha mostrado que con el procedimiento segun la invencion, ademas del contenido en potasio y fosforo, en especial se puede reducir considerablemente el contenido en nitrogeno.
Al proceso de lavado se pueden anadir aditivos que, segun demanda, pueden reducir de modo subsiguiente el contenido en nutrientes en la substancia de desecho biologica, o bien el substrato organico a tratar. A modo de ejemplo se puede reducir el contenido en fosforo anadiendose al proceso de lavado un aditivo apropiado para el enlace de fosforo. Un ejemplo de tal aditivo apropiado es silicato de calcio hidrato (CSH), como es conocido en el reciclaje de fosforo a partir de lodo de clarificacion.
Una vez alcanzado el grado de pureza deseado se concluye el proceso de lavado al extraerse el substrato organico purificado del reactor de lavado.
Un proceso de secado tras el proceso de lavado con dioxido de carbono no es necesario, ya que los residuos de dioxido de carbono remanentes en el resto de fermentacion lavado pasan a estado gaseoso y se evaporan tras descarga de presion.
El gas o la mezcla de gases empleados para el proceso de lavado se pueden alimentar de nuevo en forma lfquida al proceso de lavado segun la invencion. En esto radica una ventaja adicional del procedimiento segun la invencion, ya que es suma se debe reemplazar solo una parte reducida de dioxido de carbono empleado, que se evapora, a modo de ejemplo, a traves de difusion, o bien evaporacion inevitable en el ambiente.
Antes de la recirculacion al proceso de lavado, a partir del dioxido de carbono recirculado se pueden eliminar las substancias de desecho contenidas, separadas, como sales nutrientes y substancias en suspension. Esto se puede efectuar, a modo de ejemplo, mediante descompresion del dioxido de carbono licuado, permaneciendo las substancias de desecho contenidas en el gas en el caso de evaporacion del mismo. El dioxido de carbono purificado se encuentra entonces a disposicion para un proceso de lavado subsiguiente.
El contenido en agua del substrato organico segun la invencion es un 30 % o menor. De este modo se consigue
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una reduccion de peso especial, y con ello ahorros en los costes de carga, por ejemplo, frente a tierras para macetas convencionales, que presentan habitualmente un contenido en agua de un 30 a un 50 %.
El substrato purificado y desalinizado obtenido conforme al procedimiento segun la invencion se puede elaborar adicionalmente, por ejemplo desmenuzar o peletizar, segun empleo deseado.
El substrato organico obtenido segun la invencion se puede emplear de multiples maneras. Son ejemplos tierra para cultivo, tierra para macetas, substituto de turba, rectificador del suelo, substituto de fibra de madera, pero tambien como lecho, aditivo para la elaboracion de papel, etc.
A modo de ejemplo se puede emplear ventajosamente como tierra de cultivo, ya que para tierra de cultivo es deseable un contenido en nutrientes reducido, para estimular la formacion de rafces de las plantas jovenes.
Puede emplearse como substituto de turba, y de este modo conservar los recursos de turba. Es apropiado como base para agentes fertilizantes. De otro modo que en el caso de restos de fermentacion, como se obtienen a partir de instalaciones de biogas, y cuyo contenido en nutrientes esta sujeto a fuertes oscilaciones, al substrato obtenido segun la invencion se pueden anadir los nutrientes y contenidos en nutrientes deseados segun fin de empleo. De este modo, las flores tienen una demanda de nutrientes diferente, por ejemplo, a las plantas verdes. Por consiguiente, segun demanda de plantas a fertilizar se pueden obtener selectivamente substratos vegetales o fertilizantes especiales.
Debido a su estructura, el substrato organico obtenido segun la invencion es apropiado tambien como rectificador del suelo.
El substrato obtenido segun la invencion representa ademas un soporte de humus valioso.
Ademas se puede conceder colores o propiedades especiales al substrato organico obtenido segun la invencion mediante adiciones correspondientes. A modo de ejemplo, mediante adicion de sulfato de hierro se puede conseguir una coloracion negra, como se desea especialmente, por ejemplo, para tierra para cementerios. Tambien son concebibles otras coloraciones, por ejemplo con fines ornamentales en el jardm.
A continuacion se explica mas detalladamente la presente invencion por medio de un ejemplo.
I) Analisis de un resto de fermentacion NawaRo solido
1. Composicion de la biomasa a partir de la cual se obtuvo el resto de fermentacion
Fraccion
Denominacion
54 %
Mafz (planta integral)
17 %
Estiercol licuado vacuno
17 %
Estiercol licuado de cerdo
12 %
Cereales (grano)
2. Analisis del resto de fermentacion de 1):
Nutrientes vegetales
Unidad
Nitrogeno, total (N)
1,08 % TM
Fosfato, total (P2O5)
3,20 % TM
Oxido potasico, total (K2O)
1,50 % TM
Mejora del suelo
Substancia organica
74,4 % TM
Componentes de accion basica (CaO)
2,30 % TM
Parametros ffsicos
Densidad aparente
690 g/l
Masa anhidra
93,3 % FM
Contenido en sales
12,2 G/l FM
Valor de pH
7,2
con TM= masa anhidra FM= masa fresca
5
Analisis del resto de fermentacion de 1) (datos referidos a la masa fresca):
Substancia de contenido
%
Nitrogeno, total (N)
1,01
Fosfato, total (P2O5)
2,99
Oxido potasico (K2O)
1,40
Substancia de contenido
%
Componentes de accion basica (CaO)
2,15
Substancia organica
69,4
C en Humus
14,1
(C en Humus es el carbono efectivo para la produccion de humus computable en el ambito del balance de humus segun VD/LUFA)
II. Resultado tras proceso de lavado con CO2:
El substrato organico obtenido era homogeneo, tema una granulosidad de aproximadamente 0 a 10 mm, y presentaba un olor agradable.
Peso en volumen anhidro g/l
Valor de pH (CaCl2) N (CaCl2) mg/l P2O5 (CAL) mg/l K2O (CAL) mg/l Conductividad |jS/cm Peso de sal (H2O) g/l
84
7,1 8 5,26 65 70 0,15
5
En resultado se muestra que se pudo reducir significativamente en especial el contenido en nitrogeno y potasio.
El procedimiento segun la invencion posibilita alimentar substancias de desecho organicas, en especial restos de fermentacion de instalaciones de biogas, asf como compost, a una explotacion mas amplia que el empleo como agente fertilizante, no limitandose la explotacion mas extensa a traves del contenido en nutrientes en las substancias 10 de desecho organicas, en especial en restos de fermentacion, asf como en el compost.

Claims (9)

  1. 5
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    25
    REIVINDICACIONES
    1. - Procedimiento para la obtencion de un substrato organico a partir de una substancia de desecho organica, como compost, siendo apropiado el substrato organico para el empleo en agricultura y en jardinena, reduciendose el contenido en nutrientes de la substancia de desecho organica o del compost al lavarse la substancia de desecho organica o el compost con dioxido de carbono licuado, al separarse los productos solidos del dioxido de carbono licuado, y al alimentarse los mismos a la reutilizacion como substrato organico.
  2. 2. - Procedimiento segun la reivindicacion 1, siendo la substancia de desecho organica un resto de fermentacion de una instalacion de biogas.
  3. 3. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 o 2, siendo el nutriente al menos uno seleccionado entre nitrogeno, potasio y fosforo.
  4. 4. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, secandose la substancia de desecho organica o el compost antes de alimentarse al proceso de lavado con dioxido de carbono licuado.
  5. 5. - Procedimiento segun la reivindicacion 4, empleandose para el secado calor residual de una instalacion de biogas.
  6. 6. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, empleandose dioxido de carbono de una instalacion de biogas.
  7. 7. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, conduciendose el dioxido de carbono en circuito.
  8. 8. - Substrato organico obtenible conforme a un procedimiento segun las reivindicaciones 1 a 7, presentando el substrato organico un contenido en nutrientes reducido frente al producto de desecho organico o el compost, tras puesta en practica del proceso de lavado, siendo el nutriente reducido al menos uno seleccionado entre nitrogeno, fosforo y potasio.
  9. 9. - Empleo del substrato organico segun la reivindicacion 8 como tierra de cultivo, tierra para macetas, substituto de turba, rectificador del suelo, substituto de fibra de madera, como lecho o para la elaboracion de papel.
ES13164758.8T 2012-04-23 2013-04-22 Procedimiento para la elaboración de substancias de desecho orgánicas y composts, en especial de restos de fermentación de instalaciones de biogás Active ES2567330T3 (es)

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