ES2629491T3 - Proceso anaeróbico - Google Patents

Abstract

Un proceso para la digestión anaeróbica de una solución acuosa, o de un sistema en dos fases acuosa y en aceite, que tiene una concentración de DQO de 30 a 130 kg m-3, comprendiendo la etapa de someter la solución acuosa, o el sistema en dos fases acuosa y en aceite, a una fase metanogénica para que los organismos metanogénicos produzcan metano por digestión del material orgánico en la solución acuosa, o el sistema en dos fases acuosa y en aceite, y en el que una salida líquida de la fase metanogénica opcionalmente se recicla a no más de una relación de 2:1 de líquido reciclado:solución acuosa de entrada, o sistema en dos fases acuosa y en aceite, y en el que la DQO de una corriente de salida de la fase metanogénica se reduce a más del 70 % (tal como a del 90 % al 95 % o más) de la solución acuosa de entrada, o el sistema en dos fases acuosa y en aceite, en donde el proceso se lleva a cabo en un tanque cerrado o una laguna que contienen un lecho de lodo o de microorganismos suministrados por un flujo ascendente.

Description

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DESCRIPCION

Proceso anaerobico Campo de la invencion

La invencion se refiere a procesos y equipo para tratamiento de una materia prima por organismos anaerobicos para producir un biogas que contiene metano que se puede usar como fuente de energla. La invencion trata particularmente de la produccion de metano a partir de un material vegetal de desecho tal como el producido por procesos de fermentacion usados en la industria de bebidas alcoholicas, tales como procesos de elaboracion/destilacion que emplean material de grano para la fermentacion.

Antecedentes de la invencion

El proceso anaerobico para la produccion de biogas (mayormente metano y dioxido de carbono) es bien conocido. Se puede llevar a cabo sobre una base continua sobre las corrientes de residuos de un numero de industrias, generalmente sobre corrientes acuosas que incluyen materiales solubles derivados de origen vegetal o animal. Tales corrientes de residuos pueden incluir solidos suspendidos, hasta un punto limitado; siempre y cuando sean biodegradables (pueden ser digeridos en los procesos anaerobicos). El proceso se puede dividir formalmente en cuatro fases distintas llevandose a cabo cada fase por diferentes grupos de organismos que en la naturaleza se pueden encontrar juntos actuando de una manera simbiotica, con los productos de un grupo de organismos que se pasan a la proxima como fuente de energla (alimento).

Las cuatro fases distintas son:

1. Fermentacion e hidrolisis - En esta fase las macromoleculas de cadena larga presentes en la corriente de solubles efluente se descomponen en moleculas de cadena mas pequena. Por ejemplo, en la industria de bebidas alcoholicas generalmente hay presentes cuatro grupos distintos de macromolecula: carbohidrato, protelna, aceites y grasas, y acidos organicos.

2. Acidogenesis - Esto implica un grupo de organismos que producen un amplio espectro de Acidos Grasos Volatiles (AGV) a partir del sustrato de cadena mas pequena producido en el anterior (l).

3. Acetogenesis - Esta fase implica la descomposicion de AGV a (predominantemente) acido acetico que llega a ser el sustrato dominante usado por un rango de organismos metanogenicos para la produccion de gas de metano.

4. Metanogenesis - Esta es la fase final e implica la produccion de gas de metano, junto con algo de dioxido de carbono. Generalmente tambien se forman otros productos tales como amoniaco y sulfuro de hidrogeno.

Como ejemplo del residuo acuoso de un proceso de fermentacion y destilacion usado para producir una bebida alcoholica puede someterse a hidrolisis y acidogenesis relativamente de manera facil (al menos despues de la eliminacion de la mayor parte del contenido de solidos no disueltos) ya que el sustrato para los organismos tratados es rico en energla y la relacion de macronutrientes (carbono, nitrogeno y fosforo - C:N:P) esta en un intervalo ideal para estas etapas, y posterior produccion de metano.

Sin embargo, la acetogenesis y la metanogenesis han probado que son etapas significativamente mas diflciles cuando se intenta proporcionar un proceso eficaz. Un proceso eficaz deberla dar como resultado una buena eliminacion del contenido organico (generalmente medido como reduccion en la demanda qulmica de oxlgeno- DQO) y un correspondiente alto contenido de metano del biogas.

Por ejemplo, procesos de digestion anaerobica normales, tales como los empleados sobre el efluente acuoso de desecho en la industria de bebidas alcoholicas espirituosas solamente se pueden esperar que funcione con una eliminacion de DQO del orden del 70 % o menos y producir un biogas que tenga un contenido de metano del 70 % o menos, con la mayor parte del resto que es CO2, y volviendo a presentar as! carbono que no esta disponible para la generacion de energla. El contenido de metano del biogas es altamente dependiente de la composicion del sustrato. Los sustratos que son ricos en carbohidrato generalmente tendran inferior contenido de metano en biogas. Ademas, con frecuencia se requieren etapas de procesamiento adicionales que generalmente incluyen el procesamiento de digestion aerobica para reducir los niveles de DQO a aquellos aceptables para eliminacion de residuo, por ejemplo, al desague.

El documento WO 2011/066866 describe un proceso en el que una solucion acuosa, o sistema en dos fases acuosa y en aceite se somete a una fase de metanogenesis que produce metano en un digestor de flujo descendente de dos fases.

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En el documento US6395173 (Von Nordenskjold - ahora conocido como BIOLAK Technology GmbH) se describe un aparato de tratamiento anaerobico que se puede usar para el tratamiento de “aguas residuales”. Se sugiere que el aparato es adecuado para aguas residuales que tienen una demanda biologica de oxlgeno (DBO) en exceso de 2.000 mg l-1. Tal DBO se puede igualar a una DQO de aproximadamente 4.000 mg l-1 dependiendo de la fuente del contenido organico y representa una corriente de desecho relativamente diluida a tratar. El aparato incluye un lecho de lodo en dos fases, del tipo de reactor anaerobico de flujo ascendente de manto de lodos (UASB), en el que el lodo y el efluente llquido del reactor se pueden reciclar. Como es comun con tratamientos de aguas residuales se puede aplicar una fase de tratamiento aerobica al efluente llquido despues de la fase anaerobica para completar la reduccion de DQO. Se sugiere una opcion similar para encargarse del exceso de lodo. Sin embargo, las aguas residuales de aproximadamente 4.000 mg l-1 se pueden considerar que son relativamente debiles y adaptar el aparato y el proceso para digerir corrientes de desecho de mayor concentracion de DQO no es tan sencillo como pueda parecer. Los usuarios generalmente pueden considerar que diluir la corriente llquida de desecho antes de introducir esta al aparato metanogenico, pero tal dilucion tiene consecuencias potencialmente indeseables en terminos de tasas de flujo a traves del aparato, tiempo de retencion hidraulico, manteniendo de la alcalinidad y/o tasas de conversacion.

Ademas, las aguas residuales pueden ser acidas en pH, particularmente cuando inicialmente se someten a una etapa de acidogenesis/acetogenesis, aunque muchas aguas residuales son de manera natural acidas. Tal pH acido puede tener un efecto perjudicial significativo sobre la metanogenesis que preferentemente se lleva a cabo en condiciones ligeramente alcalinas. En vista de esto, muchos procesos de la tecnica anterior controlan el pH por la adicion de alcali, tal como cal. Saritpongteeraka, K. y Chaipratpat, S. (Bioresource Technology 99, (2008) p 8.9878.994) describen un proceso en el que el pH se controla por la adicion de NaOH o ceniza de la madera del caucho (parawood). Este proceso se lleva a cabo en un reactor anaerobico con deflectores con y sin reciclado de efluente. Sus resultados parecen mostrar que el control de pH es imprescindible, pero que el reciclado de efluente tiene poco efecto. Sin embargo, la DQO del afluente estaba generalmente en la tasa de 5.000 a 6.500 mg/l y aunque se sugirio un largo tiempo de retencion hidraulico que beneficia, esto era a costa de la tasa de carga organica.

Aunque el proceso anterior no sugerla que el reciclado de efluente beneficiaba, esto esta, de hecho, rutinariamente adoptado y propuesto para su uso en lecho fluidizado y reactores UASB que tratan aguas residuales ricas en carbohidrato para hacer uso de la alcalinidad internamente generada y para diluir la DQO del afluente (vease Sam- Soon, P., Water S.A., 1991; 17(1): p37-46 y Ferguson J.F., Water Research, 1984:18(4) 573-80). Tal reciclado y sus beneficios, particularmente cuando emplean corrientes de desecho de alta DQO tambien estan discutidos en el documento US 4.415.453.

Es un objeto de la presente invencion proporcionar metodos y aparatos para llevar a cabo una digestion anaerobica de una corriente de desecho que evite o al menos reduzca uno de los problemas anteriormente mencionados.

Descripcion de la invencion

Segun un primer aspecto la presente invencion proporciona un proceso para la digestion anaerobica de una solucion basicamente acuosa, o sistema en dos fases acuosa y en aceite, segun la reivindicacion 1.

El proceso generalmente sera un proceso continuo, para eficaz produccion y utilizacion del equipo. La salida llquida de la fase metanogenica se puede reciclar a no mas de una relacion de 1:1 o incluso sin reciclado. La reduccion de DQO puede ser, por ejemplo, mas del 80 % o incluso desde 90 % a 95 % o mas en relacion a la entrada.

El proceso segun el primer aspecto de la invencion proporciona un alto nivel de reduccion de DQO y, por lo tanto, puede evitar la necesidad de un tratamiento aerobico despues de la fase metanogenica como comunmente se usa para los tratamientos de aguas residuales para reducir el contenido de DQO suficientemente para permitir eliminacion lista, por ejemplo, a desague. Sin embargo, cuando los llmites de consentimiento para elimination de efluente son estrictos se puede emplear un pequeno tratamiento aerobico para reducir aun mas la DQO que queda despues de la fase metanogenica. En general el proceso produce una reduccion excepcional de DQO junto con un biogas de buena calidad que contiene cantidades utiles de metano. La salida llquida tambien se puede encontrar util, por ejemplo, como fertilizante.

El reciclado de la salida llquida de una fase metanogenica como se describe en el presente documento se refiere a la practica convencional de devolver una parte de la salida llquida desde una fase metanogenica a la localization de entrada (y, por lo tanto, area de alta concentracion de DQO) de la parte metanogenica del proceso anaerobico. El llquido reciclado se puede suministrar dentro del proceso metanogenico junto con la corriente de efluente acuoso de entrada a traves de o bien una valvula o valvulas separadas. En ambos casos el llquido reciclado entra en el recipiente o los recipientes del proceso en o cerca de donde la concentracion de DQO es alta y actua para diluir la corriente de efluente acuoso de entrada. Indicar, esto no es para confundirlo con el reciclado de solidos/lodos que tambien se conoce en la tecnica.

No segun la invencion hay un metodo de procesamiento de un material llquido, comprendiendo el proceso someter el material llquido a un proceso de digestion anaerobica, por ejemplo, como se describe en el presente documento; y

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hacer un seguimiento del contenido de al menos un micronutriente, en particular, de al menos un metal micronutriente en una fase metanogenica del proceso anaerobico en el que los organismos metanogenicos producen metano por digestion de compuestos organicos presentes en el material llquido y pueden utilizar dicho al menos un micronutriente; para que una cantidad de dicho al menos un micronutriente se pueda anadir a la fase metanogenica en respuesta a los resultados del seguimiento.

El seguimiento de los niveles de micronutriente y la adicion de micronutrientes a una fase metanogenica se puede llevar a cabo como parte de un proceso anaerobico segun los primeros o segundos aspectos de la invencion, o mas generalmente para otros procesos anaerobicos. Generalmente, el proceso anaerobico sera un proceso continuo. Los procedimientos para el seguimiento se describen en referencia a algunos ejemplos de mas adelante.

Mas preferentemente, el seguimiento de al menos un micronutriente se conduce sobre el afluente a la fase metanogenica y el efluente desde la fase metanogenica, mientras que se tiene en cuenta el crecimiento potencial del lodo. De esta manera es posible determinar si los micronutrientes presentes en el afluente estan o no biodisponibles y, por lo tanto, capaces de ser usados para facilitar el crecimiento de los microorganismos en el lodo y, por lo tanto, cuanto micronutriente adicional se puede anadir para facilitar el crecimiento, pero no tanto como para tener cualquier efecto toxico potencial.

Las fases de fermentacion e hidrolisis, acidogenesis y acetogenesis del proceso global de la invencion se pueden llevar a cabo de la manera convencional. Generalmente, se emplea un reactor “acidogenico” en el que al menos alguna de las fases de fermentacion e hidrolisis, acidogenesis y acetogenesis se llevan a cabo, con antelacion a la fase metanogenica. Tal reactor generalmente se hace funcionar a pH acido en el intervalo de 3,5 a 5. Un pH en el intervalo de 3,5 a 4,2 se ha encontrado que ayuda a permitir que ocurra acetogenesis, aumentando de ese modo los niveles de AGV pasados hacia la posterior fase metanogenica, sin embargo, en la practica se ha mostrado que una fase metanogenica es capaz de procesar AGV, es decir, ocurre acetogenesis para producir acidos aceticos u otros carboxllicos de cadena pequena.

En resumen, la fase metanogenica hace uso de microorganismos anaerobicos que producen metano, pero otras fases del proceso global, por ejemplo, acetogenesis pueden ocurrir en la fase metanogenica.

Si se requiere, la alimentacion (basicamente solucion acuosa, sistema en dos fases acuosa y en aceite, basicamente corriente de efluente acuoso de destilacion de bebida espirituosa o material llquido) se puede ajustar a un pH acido como se requiere antes de que se procese en el reactor acidogenico. En general, cuando se emplea un reactor acidogenico (al menos para una corriente de efluente de bebidas espirituosas) el proceso acidogenico es relativamente rapido con un tiempo de retencion hidraulico normal de solamente alrededor de 24 horas (sin reciclado). Generalmente, la fase acidogenica se lleva a cabo con el mezclado en el reactor. Generalmente y ventajosamente el 90 % o mas de la fase de acetogenesis se lleva a cabo temprano en el proceso, es decir, en el reactor acidogenico, ya que esto reduce el potencial para escasa actividad en la posterior fase metanogenica causada, por ejemplo, por conversion lenta a acido acetico.

Adecuadamente, las materias primas de alta concentracion de DQO para su uso en el proceso incluyen la corriente de efluente a partir de un proceso de produccion de bebidas espirituosas, de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion. Despues de la fermentacion y destilacion del alcohol producido, el grano gastado u otra masa vegetal se separan por filtracion (por ejemplo, por medio de centrlfugas u otras tecnicas de filtracion) y la solucion restante se procesa. La solucion resultante puede incluir una cantidad limitada de solidos suspendidos tales como celulas de levadura gastadas, dependiendo de la tecnica de filtracion empleada. Tales corrientes de efluente acuoso pueden ser como las producidas por cualquier de los procesos normales de produccion de bebidas espirituosas, por ejemplo, aquellos para whisky, ginebra, vodka, ron, brandy, bourbon, tequila, etc. Otras materias primas adecuadas pueden incluir suero de leche de la fabricacion de queso, molasas o molasas diluidas con agua u otro sistema acuoso, y aceites vegetales. Los aceites vegetales se pueden procesar por adicion a un sistema acuoso, aunque forman un sistema en dos fases. Se pueden emplear mezclas de materias primas. En una realizacion preferida, el proceso descrito en el presente documento puede encontrar aplicacion particular en el tratamiento de aguas residuales de whisky de cebada de malta y/o de grano. Ejemplo de corrientes de aguas residuales de la produccion de whisky de malta/grano se muestran en las Figuras 2, 3 y 4. Se pueden prever otras materias primas de alta concentracion de DQO adecuadas, tales como a partir de procesamiento de hortalizas, tales como soja, remolacha, patata y similares.

Para algunos sustratos, tales como suero de leche, la materia prima puede llegar al proceso anaerobico a temperatura ambiente. Sin embargo, los microorganismos empleados generalmente son mesofilos o alternativamente termofilos. Por lo tanto, la corriente de efluente u otra materia prima a tratar se puede calentar, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 30 °C a 37 °C para bacterias mesofilas, si se requiere. El calor generado a partir de la combustion del biogas producido en el proceso anaerobico se puede emplear para este fin.

Generalmente la materia prima para la digestion anaerobica es basicamente una solucion, es decir, contiene especies organicas y otras derivadas de los productos naturales, en solucion. Sin embargo, pueden estar presentes algunos solidos suspendidos, siempre y cuando no interfieran con el proceso continuo. Los solidos suspendidos se

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pueden tolerar si se pueden digerir por el proceso anaerobico, por ejemplo, celulas de levadura a partir de un proceso de fermentacion usado para producir una bebida alcoholica. La cantidad de solidos suspendidos (como levadura) que se pueden tolerar de un proceso de bebidas espirituosas puede ser hasta aproximadamente 15.000 mg l-1 o incluso mas. Una cantidad de solidos maxima normal es del 2 %, 3 % o 4 % p/p de solido:llquido. La levadura es aproximadamente 46 % (base seca) de protelna y, por consiguiente, el nitrogeno de la protelna puede incrementar la cantidad de amonlaco en el efluente del reactor anaerobico. Por ejemplo, un 15 a 20 %. A la inversa, solidos suspendidos que requieren un largo tiempo para ser digeridos, particularmente aquellos con alto contenido en celulosa o lignina, no son facilmente procesados y pueden requerir un largo tiempo de residencia, 20 dlas o mas.

El proceso anaerobico de la invencion funciona a una alta concentracion de entrada de Demanda Qulmica de Oxlgeno (DQO). Convencionalmente, ejemplos de procesos anaerobicos aplicados a corrientes de efluente acuoso de componentes solubles que funcionan como procesos continuos pueden tener una concentracion de DQO de entrada de, por ejemplo, aproximadamente 5 kg m-3 a 25 kg m-3 o superior, pero con un reciclado sustancial para diluir la concentracion de entrada como se discute mas en el presente documento. El proceso de la presente invencion puede funcionar con concentraciones de DQO de entrada del orden de 30 kg m-3 o mas, o incluso 35 kg m3 o mas, sin reciclado o con reciclado mlnimo. Generalmente, se puede emplear con exito una alta concentracion de DQO en el intervalo de 40 kg m-3 a 130 kg m-3.

Ventajosamente, la salida llquida de la fase metanogenica no se recicla. Sin embargo, puede haber reciclado de algunos de los solidos, generalmente el lodo que contiene la masa de microorganismo que se puede llevar fuera de un recipiente empleado para la fase metanogenica. Este lodo contendra una cantidad limitada de la salida llquida, dependiendo del equipo de separacion y el metodo empleado, pero generalmente sera insignificante cuando una fase metanogenica este funcionando sin reciclado intencionado de la salida llquida.

Preferentemente, el proceso metanogenico se lleva a cabo en un tanque cerrado o laguna que contiene un lecho de lodo de microorganismos suministrados por un flujo ascendente. Preferentemente, el proceso se lleva a cabo por un denominado reactor anaerobico de flujo ascendente de manto de lodos (UASB) aunque tambien se pueden emplear otros generalmente llamados lagunas anaerobicas, lecho fluidizado, lecho empaquetado y digestores hlbridos. Sin embargo, se deberla apreciar que ventajosamente los reactores de la presente invencion se remueven activamente o solamente emplean filtros anaerobicos, que o bien incrementarlan los costes y/o reducirla los niveles de DQO que se pueden emplear. Tales reactores generalmente funcionan sobre una base continua. En tal reactor la entrada, generalmente desde un reactor acidogenico, se suministra hacia arriba en un lecho de lodo, que incluye microorganismos metanogenicos, contenidos dentro del lodo/UASB. La materia prima de entrada se bombea dentro en varias localizaciones hacia el extremo de entrada del lodo/UASB. A medida que transcurre la digestion (reduccion de la concentracion de DQO y generation de biogas) el llquido en el tanque fluye hacia el extremo de salida del reactor donde se saca un efluente llquido de DQO reducida. El funcionamiento de un reactor UASB con el proceso de la invencion, cuando no se aplica reciclado o uno limitado de la salida llquida, por tanto, se hace bajo condiciones de mezclado limitado, con la inyeccion de entrada en el lecho de lodo proporcionando agitation limitada, en comparacion con un metodo de alto reciclado donde se sacan grandes volumenes de llquido y/o lodo del reactor y se reinyectan en el lecho de lodo, a o cerca del area de entrada o en un proceso donde se emplea removimiento activo con un motor.

El proceso metanogenico se puede llevar a cabo en fases, por ejemplo, en dos o mas tanques en serie o un tanque dividido como se describe mas adelante en referencia a una realization especlfica. Preferentemente, se emplean menos de 4 fases, generalmente menos de 3, tales como 2 fases. Fases multiples de procesamiento permiten que un lecho de lodo con una entrada de alta DQO sea seguido de un lecho de lodo con una entrada de baja DQO como fase metanogenica de finalization o “pulido”. Notablemente, cuando tal lecho de lodo metanogenico en dos fases funciona con un proceso segun la invencion se ha encontrado apropiado para proporcionar una entrada de la corriente de efluente acuoso en el lecho de lodo de entrada de baja DQO, para mantener la salud de los microorganismos contenidos dentro. El proceso de la invencion consigue dicha alta reduccion en DQO en la primera fase que la segunda fase se priva de la cantidad requerida de alimentation. Por tanto, el proceso puede funcionar en volumenes de reactor mas pequenos que los esperados para procedimientos convencionales.

Reactores alternativos incluyen reactores de lecho empaquetado o reactores mixtos (generalmente con removimiento o agitacion por inyeccion de gas). Aunque el reactor o reactores de fase metanogenica se alimentan a partir de un reactor “acidogenico” precedente donde ocurre una o mas de fermentacion, hidrolisis, acidogenesis y acetogenesis, se entendera que pueden ocurrir acetogenesis u otros procesos dentro del reactor o reactores implicados en la fase metanogenica.

El efluente llquido contiene material organico no convertido a metano u otros gases tales como CO2, amonlaco y cantidades muy menores de H2S. Mediante no reciclado de esta salida de la manera convencional se pueden obtener beneficios sustanciales.

El reciclado normal del efluente de la fase metanogenica es substancial en los procesos de la tecnica anterior, dentro del intervalo entre 3:1 y 12:1. (Es decir, 3 de reciclado por 1 de corriente de entrada; hasta 12 de reciclado por 1 de corriente de entrada - en volumen).

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La intencion de tal reciclado es diluir la concentration de DQO presente en el extremo de entrada del reactor, ayudar en el ajuste del pH y dar la oportunidad de que el material no reaccionado en el efluente se convierta en metano. La dilution de la concentracion de DQO que entra en la fase metanogenica generalmente se considera como una caracterlstica imprescindible de si se alcanza una eficacia de proceso razonable (para un volumen de proceso dado). Los tiempos de retention (“tiempos de retention hidraulicos”) con frecuencia se dan para digestores anaerobicos como medida del flujo de fluido a traves del sistema. Las altas tasas de reciclado generalmente usadas en los procesos de la tecnica anterior dan como resultado tiempos de retencion hidraulicos inferiores en comparacion con los tiempos de retencion hidraulicos del presente proceso. El tiempo de retencion se calcula sobre la base del volumen de proceso (es decir, volumen de los contenidos del reactor de fase metanogenica) dividido por el flujo a traves por dla, incluyendo el volumen de reciclado que se devuelve al reactor. Para los procesos de la presente invention se puede emplear con exito un tiempo de retencion del orden de 5 a 15 dlas, generalmente de 8 a 12 dlas, por ejemplo, de 10 dlas. Esto contrasta con tiempos de retencion de, por ejemplo, 1 a 3 dlas cuando se usa un alto reciclado. Tales tiempos de retencion bajos incrementan la probabilidad de perdida de masa de microorganismo a partir de la fase metanogenica (perdida de lodo).

Sorprendentemente, se ha mostrado que la elimination o reduction del reciclado permite una entrada de alta concentracion de DQO como se discutio anteriormente. La production expresada como kg de DQO por m3 de masa de reaction (volumen de lodo y llquido en el reactor o reactores metanogenicos) por dla, es decir, la DQO en kg m'3 dla'1 permanece buena, por ejemplo, desde 3 kg incluso hasta y mas alla de 5 kg de DQO m'3 dla"1. A la vez la eficacia es alta, proporcionando tanto un alto nivel de eliminacion de DQO como biogas de alta calidad (alto contenido de metano). Recordar que el contenido de metano esta unido a la composition de sustrato. Alto aceite - alto metano, a la inversa, alto carbohidrato baja el porcentaje de metano.

Por ejemplo, se puede conseguir una eliminacion de DQO del 90 % o mas, generalmente el intervalo de 80 % a 95 %. A la vez se puede obtener el biogas con alto contenido en metano, mas del 70 %, generalmente 75 % a 80 %. (estoy inclinado a realizar esto 58 a 80 % - entonces, esto tiene en cuenta sustratos dominados por carbohidratos). Se puede obtener un rendimiento del orden de 0,35 m3 de metano (a temperatura y presion patron) por kg de DQO eliminada. Ya que los procesos producen una reduccion de DQO excepcionalmente alta, el rendimiento de biogas producido es correspondientemente alto. Junto con estos beneficios se ha mostrado que se genera un alto nivel de alcalinidad de bicarbonato dentro del reactor que lleva a cabo la fase metanogenica. Este alto nivel de alcalinidad de bicarbonato (generalmente 4.000 a 5.000 mg l'1, expresada en terminos de mg l'1 de carbonato de calcio), se obtiene de manera natural sin suplemento y proporciona por si misma notables beneficios.

La alcalinidad de bicarbonato se puede calcular como sigue:

Alcalinidad de bicarbonato (como mg l'1 carbonato de calcio) =

Alcalinidad total (mg l'1 CaCO3) - Acidos grasos volatiles totales (ppm) x 0,71

La alcalinidad total se determina por titulacion a pH 4,0 usando acido clorhldrico 0,1 N. La alcalinidad total esta compuesta de alcalinidad de carbonato, bicarbonato y alcalina. Sin embargo, la presencia del ion bicarbonato es importante para la eliminacion del acido propionico inhibidor. Los acidos grasos volatiles totales se determinan por cromatografla de gases. Vease tambien "Biological Wastewater treatment, Vol 4, Anaerobic Reactors", 2007, Carlos Augusto de Lemos Chernicharo, publicado por IWA publishing, Londres.

Altos niveles de bicarbonato tienden a reducir el aumento de los niveles inhibidores de subproductos tales como el acido propionico en el reactor. Esto contrasta con un funcionamiento del proceso con un nivel de reciclado convencional, especialmente cuando la concentracion de DQO de la entrada es alta. Los niveles de acido propionico (y el nivel de otras especies indeseadas tales como amonlaco) se han encontrado que son significativos y niveles de bicarbonato correspondientemente bajos cuando se aplica un reciclado. Tales condiciones dan como resultado calidad muy reducida de biogas y eliminacion de DQO reducida en comparacion con el proceso de la presente invencion. El planteamiento convencional tal como la eliminacion de DQO reducida y biogas de escasa calidad serla para incrementar la tasa de reciclado incluso mas en un intento de proporcionar mas oportunidad para los microorganismos de consumir DQO y/o reducir la concentracion de DQO en la entrada.

Ademas, con una alta alcalinidad de bicarbonato natural la fase metanogenica facilmente mantiene el pH deseable (7,2 a 7,4) debido a la reserva muy grande de alcalinidad presente en el reactor. Esto puede evitar cualquier requerimiento para ajustar el pH con alcalinidad anadida. Convencionalmente se requiere el ajuste de pH o al menos es deseable cuando se aplica una fase metanogenica ya que la entrada desde un reactor acidogenico precedente tendra un pH bajo, por ejemplo, a aproximadamente 3,5. Ventajosamente, los presentes inventores han observado que el material alcali solamente se requiere durante un encendido inicial de un reactor, generalmente durante entre 7 a 21 dlas hasta que se ha desarrollado el nivel requerido de alcalinidad de bicarbonato en el reactor. Despues de eso, la adicion adicional de alcali o control de pH puede no ser o no es requerida, ahorrando costes y eficacia. Ademas, el reactor es estable a la introduction de corrientes de desecho de alta DQO acidas.

Una caracterlstica ventajosa mas adicional de la alta alcalinidad de bicarbonato esta en relation con la produccion de estruvita (como se describira en mas detalle mas adelante). Mientras que en la fase metanogenica, se produce

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solamente cantidades relativamente pequenas de estruvita cristalizada o precipitada. Sin embargo, tras salir de la fase metanogenica, se observa una reduction en una sobrepresion parcial, cuando la corriente de salida contacta con la presion atmosferica, lo que permite que se libere CO2 de la solution, con un incremento secuencial en pH (generalmente mayor que aproximadamente 0,2 a 0,3 unidades), lo cual da como resultado la precipitation basicamente de manera espontanea de estruvita a partir de la solucion y/o aglomeracion de microcristales.

Beneficios adicionales del no reciclado incluyen la reduccion del aumento de amonlaco que reduce la eficacia del proceso y puede conducir a problemas en elimination de efluente.

El efluente llquido de un proceso de la invention, por ejemplo, la utilization de una corriente de efluente acuoso basado en vegetacion como alimentacion (tal como de un proceso de produccion de bebidas espirituosas), puede ser de la calidad suficiente para encontrar los llmites de consentimiento locales para eliminacion a desague. Ademas, el efluente llquido de la digestion anaerobica puede proporcionar subproductos utiles.

Tal como se discute en mas detalle mas adelante y en referencia a una realization especlfica de una digestion de efluente de bebidas espirituosas, tales como aguas residuales del proceso de destilacion de bebida espirituosa de malta y/o grano el efluente llquido emitido a partir de una fase metanogenica que funciona segun la invencion pueden producir espontaneamente cristales de la estruvita mineral (NH4MgPO4-6H2O). La production indeseada de estruvita que causa bloqueo de canerlas y otro equipo es un problema conocido para aguas negras y otras instalaciones de eliminacion de residuos solidos. Sin embargo, segun la presente invencion, se puede obtener la produccion de estruvita, como cristales discretos. Los presentes inventores notaron que la estruvita se puede producir y recoger apropiadamente para su uso posterior. Tal como se menciono anteriormente, solamente se pueden producir cantidades relativamente pequenas de estruvita, en terminos de una forma precipitable, durante la fase metanogenica, pero tras la salida de la fase metanogenica se pueden observar grandes cantidades de estruvita precipitada o aglomerada. Sin estar unido a teorla alguna, se piensa que al menos parcialmente debido a la relativamente alta alcalinidad de bicarbonato, la mayorla de cualquier estruvita que se produce en la fase metanogenica permanece en solucion o en una forma microcristalina fina. Sin embargo, tras salir de la fase metanogenica, el gas de CO2 se desprende a partir de la corriente de salida, que da como resultado un incremento en el pH de la solucion y precipitacion/aglomeracion de la estruvita presente.

Tras salir de la fase metanogenica y la precipitacion a partir de la solucion, la estruvita producida de esta manera se puede separar facilmente del llquido mediante el uso de una tecnica de filtration adecuada (por ejemplo, por hidrociclones). Sin embargo, para prevenir que la estruvita atasque o bloquee cualquier canerla o conducto, los presentes inventores han encontrado deseable emplear canerlas/tuberlas flexibles, para prevenir un aumento de la estruvita sobre las paredes de las canerlas/tuberlas y, asl, ayudar a minimizar el atasco.

La estruvita recogida puede encontrar un uso como fertilizante. Incluso despues de la separation de la estruvita el efluente llquido restante contiene nitrogeno, potasio y fosforo en una relation adecuada para su uso como fertilizante y asl se puede procesar mas con ese fin si se desea. El procesamiento del efluente llquido puede incluir evaporation a un concentrado para su uso como llquido o evaporacion a un producto solido, por ejemplo, por secado por pulverizacion.

El procesamiento de la alimentation en la fase metanogenica requiere una masa de microorganismo estable, sano y productivo. Ademas de la eliminacion o al menos reduccion del reciclado anteriormente discutido, se pueden realizar otros mejoramientos a un proceso metanogenico.

Se ha encontrado que las adiciones de micronutrientes, especialmente al menos una sal metalica que comprende una o mas de cobalto, nlquel e hierro, a niveles en exceso del requerimiento esperado tambien pueden producir beneficios significativos. El selenio tambien se puede emplear como un micronutriente anadido. Otros micronutrientes tales como vitaminas, por ejemplo, riboflavina, vitamina B12 puede ser apropiados dependiendo de la entrada a un proceso anaerobico. Con una corriente acuosa derivada de un proceso de bebidas espirituosas la riboflavina ya puede estar presente en la cantidad suficiente. Ventajosamente una sal de cada uno de cobalto, nlquel e hierro se anade, con selenio tambien anadido si se requiere. Generalmente se proporcionan sales metalicas en la forma de sal de cloruro.

Se ha encontrado que mejoramientos en el mantenimiento de la biomasa y en la calidad de la salida del proceso se consiguen realizando un seguimiento del contenido de micronutriente, preferentemente mediante un metodo analltico exacto, tal como ICP - (espectrometrla de masa con plasma inductivamente acoplado) y anadir cantidades medidas de micronutrientes. Tanto el seguimiento como/o las adiciones de los micronutrientes se pueden hacer automaticamente si se desea. El seguimiento puede evitar la sobredosis de un micronutriente, alguno de los cuales son toxicos a microorganismos anaerobicos cuando estan en exceso.

Otro seguimiento de una fase metanogenica puede ser ventajoso, por ejemplo, usando una sonda de Potencial de Oxidation-Reduction (sonda ORP) para medir el potencial de oxidation-reduction dentro de la fase metanogenica. Esta medicion proporciona la indication de que el proceso esta funcionando correctamente de una manera anaerobica. Generalmente si la medicion es del orden de -350 mV a -400 mV, entonces, el proceso esta

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funcionando en condiciones favorables. Si la medicion cambia desde dicho valor entonces estan presentes condiciones menos favorables para la produccion.

Por lo que concierna a la medida de contenido de micronutriente se puede realizar despues de obtener muestras (manualmente o automaticamente) de la propia fase metanogenica. Ventajosamente y convenientemente el seguimiento del contenido de un micronutriente en una fase metanogenica no se determina a partir del muestreo del contenido de la propia fase metanogenica, pero se determina midiendo el nivel de micronutriente en la entrada al proceso o a la fase metanogenica y tambien en la salida desde la fase metanogenica y comparando los dos resultados junto con un entendimiento del crecimiento esperado de los microorganismos en un proceso que funciona eficazmente.

Al aplicar una fase metanogenica de un proceso anaerobico, por ejemplo, un proceso anaerobico con una alimentacion a partir de un proceso de bebidas espirituosas, se ha encontrado que los niveles de micronutriente medido en la entrada y en la salida pueden ser comparables en contenido, indicando que el micronutriente en la alimentacion no esta facilmente biodisponible a los microorganismos, los cuales se esperarla que consumieran el micronutriente cuando crecen, reduciendo la cantidad encontrada en la salida llquida. Por esta razon, anadir micronutrientes como suplemento, generalmente sobre una base diaria o semanal en respuesta a los resultados del seguimiento, se ha encontrado beneficioso. Con un proceso de funcionamiento suave y una alimentacion relativamente consistente las etapas de seguimiento no necesitan llevarse a cabo frecuentemente, pero adiciones sobre una base diaria o semanal conservan los niveles de micronutrientes dentro de las concentraciones deseadas. Se pueden emplear dosis de 24 horas continuas mas que la adicion sobre una base en lote.

Por tanto, la presente invencion proporciona un metodo de seguimiento del requerimiento de micronutriente, en particular el requerimiento para micronutrientes metalicos, en una fase metanogenica de un proceso de digestion anaerobico, tal como se describe en el presente documento en el que los organismos metanogenicos producen metano, comprendiendo el metodo:

medir la cantidad de al menos un micronutriente en la alimentacion al proceso o en la alimentacion a una fase metanogenica del proceso;

medir la cantidad del mismo al menos un micronutriente en el efluente el proceso o de la fase metanogenica del proceso; y

estimar la cantidad del al menos un micronutriente a anadir a la fase metanogenica para mantener el crecimiento de microorganismos en la fase metanogenica basandose en la diferencia entre la cantidad en la alimentacion y la cantidad en el efluente y sobre el crecimiento esperado de los microorganismos en la fase metanogenica.

El proceso seguido puede ser un proceso continuo.

Las cantidades “objetivo” normales de micronutrientes se pueden encontrar en la bibliografla para lodos anaerobicos, por ejemplo, los metales requeridos para mantener un cultivo sano de microorganismos. Por ejemplo, Hierro - 1.800 mg kg' , Nlquel - 100 mg kg-1 y Cobalto - 75 mg kg-1. (sobre un peso seco de base de lodo). Para selenio se indican cantidades menores, generalmente menos de 50 mg kg'1.

A continuacion, se da un ejemplo de calculo basado en la figura de hierro normal mostrada anteriormente.

El crecimiento de nuevo lodo anaerobico se estima cada dla. Esto se hace calculando la tasa de crecimiento obteniendo muestras del lodo (generalmente muestreando diversas localizaciones dentro del lecho de lodo y secando las muestras). Se pueden obtener las tasas de crecimiento maximo y mlnimo midiendo el lodo cuando el proceso esta proporcionando una alta reduccion de DQO y cuando esta proporcionando una baja reduccion de DQO. En la practica, el calculo se realiza asumiendo que se esta dando una alta tasa de crecimiento en el lodo. En el ejemplo, las siguientes figuras se midieron y se calcularon para un proceso que emplea fases acidogenicas y metanogenicas distintas. Cuando se emplea una alimentacion consistente al proceso anaerobico estas figuras se pueden esperar que permanezcan aproximadamente constantes.

Crecimiento de lodo en fase metanogenica maximo por dla = 0,05 kg de lodo anaerobico (peso seco) por kg de DQO

eliminada.

Crecimiento de lodo en fase metanogenica mlnimo por dla = 0,02 kg de lodo anaerobico por kg de DQO eliminada.

La eliminacion de DQO citada esta basada en una fase metanogenica que ha permitido la reduccion de DQO encontrada en la fase acidogenica.

Asumir que el reactor de una fase metanogenica es suministrado con 30.000 kg de DQO por dla y 90 % de esto se elimina.

Eso significa crecimiento de lodo = 30.000 x 0,9 x 0,05 kg = 1.350 kg de lodo por dla.

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Si en el seguimiento, la alimentacion y los niveles de hierro del efluente anaerobico son aproximadamente iguales, entonces el lodo no esta consumiendo el hierro proporcionado por la alimentacion (carece de biodisponibilidad del hierro en la alimentacion).

Por lo tanto, cada kg de lodo aun requiere 1.800 mg de hierro.

Si se hace un seguimiento de la entrada o, en realidad, las corrientes de efluente solas, y el valor es mas de 1.800 mg/kg, entonces, se puede haber asumido incorrectamente que habla insuficiente hierro, pero esto no tiene en cuenta de si esta o no biodisponible.

Por lo tanto, el requerimiento de suplemento es 1.800 mg x 1.350 kg = 2.430 gramos de hierro (como metal) por dla. Esto es un mlnimo - en la practica, se usa ligeramente mas ya que algo del hierro anadido no estara disponible para su uso por los microorganismos, por ejemplo, debido a que se une a azufre. El hierro requerido generalmente se anadirla en la forma de una sal, generalmente como cloruro ferrico. Se pueden realizar calculos/medidas similares sobre otros metales.

Si en el seguimiento se muestra que el lodo esta consumiendo hierro en la alimentacion - el efluente del proceso anaerobico contiene menos hierro que la alimentacion de entrada - entonces se puede aplicar una tasa de suplemento inferior, ya que algo del hierro para el crecimiento esta siendo proporcionado por la alimentacion. Sin embargo, se puede usar mas de las cantidades calculadas para determinar si se puede conseguir mayor crecimiento de microorganismos, quizas permitiendo mayor produccion. En general, se puede emplear un ligero exceso de micronutriente. Con tal regimen de dosificacion, al aplicar un proceso consistente fuerte, el seguimiento del llquido de salida tendera a mostrar una ligera elevacion de hierro en comparacion con la entrada, indicando que se esta suministrando suficiente hierro.

Esta dosis de los organismos metanogenicos con micronutrientes se puede usar con un proceso segun el primer o segundo aspecto de la invencion u otras realizaciones, pero no esta restringido a su uso con tales procesos.

Otros tratamientos pueden ser beneficiosos.

La dosis con cloruro de aluminio tambien se puede emplear para controlar el crecimiento de organismos filamentosos, los cuales si estan presentes en exceso pueden dar como resultado que el lodo es mas cohesivo, conduciendo a grave formacion de espuma. Con este fin, se anade cloruro de aluminio a niveles prescritos determinados por el Indice filamentoso (un recuento del numero de organismos filamentosos). Si estos organismos no estan controlados, entonces, pueden formar esponjamiento (bulking) del lodo (igual a una mousse) en la interfaz llquido-gas de la fase metanogenica. Otro mejoramiento adicional a los procesos metanogenicos, incluyendo a un proceso metanogenico segun la invencion se pueden obtener evitando la perdida de la masa de microorganismos. En el funcionamiento normal de, por ejemplo, un reactor anaerobico de flujo ascendente de manto de lodos (UASB), algun lodo se desplaza desde el reactor por el flujo a traves de la corriente de proceso. Esta cantidad normal (relativamente pequena) de lodo desplazado se separa fuera del efluente llquido, por ejemplo, en un separador laminar y se devuelve al reactor metanogenico. Sin embargo, ocasionalmente, cantidades sustanciales del lodo que contienen los microorganismos se pueden desplazar fuera del tanque o recipiente empleado y dentro del efluente llquido como consecuencia de la formacion de espuma u otra alteracion del manto de lodos causada por la generacion de gas en el lecho de lodo que no se libera suavemente. La perdida nociva de lodo se puede prevenir por la adicion de una cantidad adecuada de una sal de hierro, por ejemplo, cloruro de hierro III (cloruro ferrico). Niveles apropiados de sal de hierro son del orden anteriormente sugerido como apropiados para suministrar hierro como micronutriente y, por lo tanto, el hierro anadido puede servir con un doble fin.

Por tanto, un metodo de reduccion de la perdida de masa de microorganismos de un proceso anaerobico metanogenico puede comprender la adicion de hierro, por ejemplo, en la forma de una sal tal como cloruro de hierro III. Un cultivo iniciador de microorganismos para llevar a cabo una digestion anaerobica se puede obtener comercialmente, a partir de suministradores que aplican los procesos anaerobicos convencionales, tales como tratamientos de lodos de aguas negras. Sobre la aplicacion de las condiciones del proceso el cultivo de microorganismos llega a estar adaptado, con organismos que encuentran las condiciones ventajosas en desarrollo a costa de aquellos que encuentran las condiciones adversas. Una vez que el proceso se ha hecho funcionar durante un periodo de tiempo, generalmente al menos unas pocas semanas o meses, el lodo se adopta de manera estable para su uso en la digestion del mismo o diferente materia prima.

Para las fases llevadas a cabo antes de la fase metanogenica se pueden encontrar apropiados microorganismos ubicuamente en el ambiente, especialmente en las corrientes de efluente acuoso (ricas en nutrientes) contempladas como materia prima para procesos de bebidas espirituosas que pueden producir crecimiento rapido de estos organismos, por ejemplo, 0,15 kg por kg de DQO eliminada. Por tanto, un reactor que lleva a cabo las etapas de fermentacion preliminar, hidrolisis, acidogenesis y/o acetogenesis normalmente no requiere de un cultivo iniciador de los organismos.

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Para la fase metanogenica se puede obtener una carga iniciadora de microorganismos, por ejemplo, a partir de un sistema de digestion anaerobica empleado para tratar residuos solidos en funcionamientos de estaciones depuradoras. Tales fuentes proporcionan un lodo que contiene bacterias mesofilas, las cuales llegan a estar acondicionadas por la materia prima y condiciones de funcionamiento para proporcionar una coleccion estable de microorganismos que producen eficazmente las salidas de alta calidad anteriormente discutidas. El acondicionamiento dara como resultado de manera natural la reduccion o muerte de tipos de bacterias no capaces de utilizar eficazmente la materia prima como fuente de energla y el incremento en poblaciones de bacterias que pueden hacer uso de la materia prima como fuente de energla. Las bacterias mesofilas funcionan mejor a temperatura del orden de 35 °C a 40 °C, generalmente a aproximadamente 37 °C. La temperatura deseada se puede mantener dentro de la fase metanogenica mediante el uso de sistemas de calentamiento adecuados de la manera conocida, si se requiere.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 ilustra esquematicamente el funcionamiento de un proceso de digestion anaerobica.

Las Figuras 2 a 4 muestran diagramas de flujo esquematicos de procesos de destilacion de whisky de grano y de malta y las corrientes llquidas de desecho que se generan y se pueden someter a digestion anaerobica segun la presente invention.

Descripcion detallada de la invencion en referencia a los dibujos y realizaciones especfficas

A continuation, la invencion se describira mas en referencia a realizaciones especlficas y dibujos acompanantes.

A continuacion, se describe el procesamiento de una corriente de efluente acuoso que contiene componentes organicos solubles derivados del funcionamiento de una destilerla. Despues de la fermentation de una mezcla de agua/grano y destilacion para eliminar el contenido en alcohol, se separo el residuo acuoso de los solidos (se separaron tanto el grano como la levadura gastados, generalmente por el uso de prensas de filtro, en este ejemplo).

Una composition normal de la corriente acuosa de efluente de destilacion de grano se muestra en la Tabla 1 de a continuacion. Esta es la corriente llquida de solidos solubles mostrada en la Figura 2. Los datos se basan en el funcionamiento de una destilerla con un proceso de fermentacion alcoholica que funciona con 65 a 70 grados de gravedad original.

Las Figuras 3 y 4 muestran corrientes llquidas alternativas (residuo de destilacion (pot ale) y/o mosto de jarabe claro (pot ale syrup)) que se pueden emplear en el proceso segun la presente invencion

Tabla 1

N°

Corriente de efluente soluble de destilerla Valor

a

Color pajizo claro con aroma de cereal cocido -

1

Demanda Qulmica de Oxlgeno 40.000 mg/l

2

Demanda Biologica de Oxlgeno 20.000 mg/l

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Intervalo de pH (natural) 3,7 a 4,2

4

Temperatura de alimentation a reactor acidogenico - °C 38 °C

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Solidos totales 5,0 %

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Solidos suspendidos totales 0,25 %

7

Tipo de solidos suspendidos Solidos de cereal traza, celulas de levadura

8

solidos disueltos 4,75 %

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Tipo de solidos disueltos Organico, ceniza mineral traza

10

Descomposicion de solidos disueltos - datos composicionales normales Expresado como % sobre base seca; Intervalos normales como +/- 5 a 10 % Protelna - alrededor de 15 % Carbohidrato - alrededor de 70 % Aceite - alrededor de 3 % Acidos organicos - alrededor de 1 % Glicerol - alrededor de 3 % 250 mg/l de magnesio 60 mg/l de amonio 300 mg/l de fosfato 3 mg/l de azufre

La Figura 1 muestra esquematicamente un aparato adecuado para un proceso de digestion anaerobica continuo segun la presente invencion. El aparato puede ser de la forma descrita en mas detalle en el documento US6395173.

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Un aparato de esta forma se suministra para la digestion de un llquido del tipo anteriormente descrito en la Tabla 1.

La fase metanogenica tiene un volumen de proceso de aproximadamente 8.700 m3. El tiempo de retention hidraulico en la fase metanogenica se espero que fuera del orden de 3 dlas ya que se contaba con un reciclado significativo como un requerimiento por los suministradores del reactor. El precedente volumen del proceso acidogenico era de 720 m3, dando un tiempo de retencion hidraulico del orden de 24 horas durante esa fase (no se aplica reciclado a la fase acidogenica).

Al funcionar de la manera convencional con un reciclado substancial el aparato tenia una carga de diseno de 3,5 kg de DQO m-3 dla'1. En el funcionamiento se esperaba que se eliminara el 70 % de esta carga de DQO mediante el proceso convencional y se esperaba que el biogas resultante tuviera un contenido de metano de 60 a 75 %.

En la practica, cuando se uso un nivel convencional de reciclado y sin adiciones de metales el proceso no se realizo bien. Se encontro un alto nivel de acido propionico en el fluido de reciclado y se encontro baja alcalinidad de bicarbonato natural (generalmente, una cantidad insignificante) en la fase metanogenica. A la vez la conversion de DQO era escasa y tambien se redujo la calidad de biogas una medida de contenido de metano. Por tanto, funcionando como se planeo daba como resultado baja eficacia.

Por ejemplo, durante un periodo donde se aplico una corriente de reciclado a 6:1 los niveles de acido propionico en el reciclado fueron altos (1 a 3 kg m-3) y, por consiguiente, tuvieron un efecto inhibidor sobre la fase metanogenica del proceso anaerobico. Esta corriente de reciclado tambien contribuye a la carga de DQO (carga de DQO de fase metanogenica = DQO de la alimentation + DQO de la corriente de reciclado). Este flujo combinado (reciclado y alimentation) tambien tiene un impacto sobre el tiempo de retencion hidraulico como se discutio previamente.

La descomposicion de DQO y el contenido de metano del biogas eran generalmente bajo, ambos en la region de 65 a 70 %.

Durante los funcionamientos con este reciclado se indico que no habla alcalinidad de bicarbonato presente en el reactor.

La respuesta convencional cuando se encuentra escasa realization como esta serla incrementar el reciclado o disminuir la concentration de alimentacion, con una perdida resultante en la production del proceso. Sin embargo, el incremento del reciclado incluso hasta 12:1 no mejoro la elimination de DQO.

Sorprendentemente una vez que se redujo el reciclado y al final se paro, para seguir el proceso de la invention, se observaron un numero de cambios fundamentales. La alcalinidad de bicarbonato subio rapidamente a >4.000 mg l-1, y los niveles de acido propionico en la salida del reactor se redujeron a menos de 100 mg/litro. Tambien se observaron reduction mejorada de DQO, mejor calidad de biogas y cristalizacion de estruvita. El solicitante actualmente esta haciendo funcionar 3 reactores de dicha manera y esta produciendo aproximadamente 17.500 mg3 de biogas por dla por reactor. Esto es equivalente a 11.300 m3 de metano por dla en una cantidad de metano al 65 % en el biogas. El biogas producido se usa para hacer funcionar dos motores de gas Jenbacher, los cuales producen un total de 150 MW de electricidad por dia. Estos reactores se han hecho funcionar continuamente sin parada desde el 2009. Se espera que se pueda generar mas gas y electricidad, pero la actual limitation es la cantidad de alimentacion disponible para proporcionar a los generadores, actualmente aproximadamente 45 toneladas de DQO estan siendo eliminadas por reactor por dia.

Como se muestra en la Figura 1, en el funcionamiento segun la invencion, una alimentacion de corriente de desecho acuosa 1, por ejemplo, similar a la de la anterior tabla 1 se pasa dentro de un tanque de equilibrio 2 que proporciona un volumen tampon de entrada al proceso anaerobico y puede solucionar las inconsistencias en la salida de los procesos corriente arriba.

El tanque de equilibrio 2 sirve como un volumen tampon ya que puede permitir que el proceso continue incluso si la alimentacion 1 se interrumpe o es intermitente. A continuation, la salida 3 del tanque de equilibrio 2 (del orden de 50 m3 por hora) entra en un tanque “acidogenico” 4 que contiene organismos en el que se producen acidos grasos volatiles y, a continuacion, se descomponen a acido acetico. La salida 6 del tanque 4 (a un pH del orden de 3,5) es la entrada para un gran tanque 8 de proceso metanogenico en dos fases que puede ser de construction concreta cubierto por una campana de gas de lamina flexible 10. Generalmente el tanque de proceso 8 se enterrara o se enterrara parcialmente en la tierra.

El tanque 8 de proceso se configura para funcionar como un reactor anaerobico de flujo ascendente de manto de lodos (UASB), en este ejemplo con dos fases.

EL UASB 8 esta dividido por una pared 12 (que tiene pasos para que el fluido pase a traves) en dos subunidades, una primera subunidad 14 de alta carga de DQO y una segunda subunidad de baja carga de DQO. Un manto de lodos de organismos metanogenicos 18 se proporciona en cada subunidad 14, 16 del tanque 8.

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En la practica, la salida 6 de la fase acidogenica/acetogenica se suministra hacia arriba en varias localizaciones dentro del tanque 8 como en un proceso convencional en el extremo de entrada del tanque, es decir, dentro de la primera unidad 14 de alta carga de DQO (no se muestran entradas multiples para mayor claridad). Se pueden proporcionar deflectores en la primera unidad 14 para ayudar a mezclar. Algo de la salida 6 (generalmente una pequena cantidad) tambien se puede suministrar a la subunidad de baja DQO, para mantener la salud de los microorganismos contenidos dentro los cuales, si no, se pueden morir de hambre. Los microorganismos en el manto de lodos 18 digieren la entrada 6 produciendo un biogas 20 que contiene 75 % a 85 % de metano, siendo el resto la mayorla CO2 con pequenas cantidades de H2S y amonlaco. El biogas 20 se puede purificar (separar del componente de azufre) y, a continuation, se usa como combustible, por ejemplo, en un motor de gas conectado a un generador para producir electricidad. El calor de desecho de los gases de escape se puede usar en turnos, por ejemplo, para generar energla de vapor util.

La entrada 6 a UASB 8 fluye gradualmente a traves, saliendo por el separador laminar 22 como una corriente de efluente 24 que se puede descargar a desague despues de algun procedimiento de clarification menor, que puede incluir separation de estruvita. La estruvita producida tiende a cristalizar fuera de la corriente de efluente 24 despues de que salga del separador laminar 22 posiblemente debido a una subida en el pH. La separacion de estruvita puede ser, por ejemplo, mediante el uso de uno o mas separados de hicrociclon indicados por la caja 26 colocada antes de la descarga a desague. Se puede alcanzar la production de estruvita de unas 2,5 toneladas por dla en el sistema descrito usando una alimentation similar a la de la tabla 1, con el factor limitante a la produccion de estruvita que es la entrada de magnesio a partir de la alimentacion. El separador laminar se usa de la manera conocida para separar el lodo llevado fuera del tanque 8 por el flujo a traves de la corriente del proceso. El lodo humedo del separador laminar normalmente se devuelve al tanque 8, por una llnea 28 de retorno.

El proceso anteriormente descrito difiere del procedimiento convencional por no reciclar el efluente llquido 24 a una alta relation (convencionalmente 3:1 a 12:1) por la llnea de reciclado 30 para el llquido a partir del separador laminar 22. En algunas circunstancias se puede emplear un reciclado limitado, en hasta 1:1 o incluso 2:1.

La adicion de metales, generalmente hierro, cobalto y nlquel se muestra que ayuda en la elimination de DQO y la produccion de biogas, siendo el beneficio del orden de 10 a 15 % de eliminacion de DQO y la produccion de metano equivalente que se iguala a 350 m3 por tonelada de DQO eliminada en STP. La adicion de metales se llevo a cabo de acuerdo con los aspectos tercero y cuarto de la invention como se discutio anteriormente. Tambien se mejoro la salud general del lecho de lodo y la solidez del proceso.

Al funcionar como se describio anteriormente se ha encontrado que el proceso es estable y fuerte con un nivel de eliminacion de DQO del orden de 90 % a 95 %. La calidad de biogas es alta, generalmente 60 % a 75 % de metano. Otras caracterlsticas notables de un proceso que funciona de esta manera incluyen:

Se puede usar una tasa de carga de 5 kg de DQO m'3 dla'1 o mas;

Un alto pH natural (7,2 a 7,4) consecuente a un nivel alto de bicarbonato natural (>4.000 mg por litro) que se puede mantener sin ajuste;

El acido propionico inhibidor esta ausente o permanece en baja concentration (<50 mg l'1).

Ejemplo adicional

La planta piloto y los reactores a escala de laboratorio de los tipos anaerobicos de flujo ascendente con manto de lodos se usaron para estudiar la digestion anaerobica del suero de leche.

La digestion se llevo a cabo en dos fases usando reactores acidogenicos y metanogenicos distintos. Los reactores eran del estilo de columna cillndrica.

El suero de leche se obtuvo a partir de una fuente local y tenia una DQO de alrededor de 80.000 mg por litro.

La tasa de carga de DQO era del orden de 5 m'3 dia'1 o ligeramente mas.

Cuando el proceso anaerobico funciono con el reciclado normal la eliminacion de DQO era del orden de 75 %.

Cuando el proceso anaerobico funciono sin reciclado se consiguio una eliminacion de DQO del orden de 80 % con un rendimiento de metano de 0,33 m3 de metano por kg de DQO eliminada.

Los ensayos anteriores se llevaron a cabo sin la adicion de metales.

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   REIVINDICACIONES

   1. Un proceso para la digestion anaerobica de una solucion acuosa, o de un sistema en dos fases acuosa y en aceite, que tiene una concentracion de DQO de 30 a 130 kg m-3, comprendiendo la etapa de someter la solucion acuosa, o el sistema en dos fases acuosa y en aceite, a una fase metanogenica para que los organismos metanogenicos produzcan metano por digestion del material organico en la solucion acuosa, o el sistema en dos fases acuosa y en aceite, y en el que una salida llquida de la fase metanogenica opcionalmente se recicla a no mas de una relacion de 2:1 de llquido reciclado:solucion acuosa de entrada, o sistema en dos fases acuosa y en aceite, y en el que la DQO de una corriente de salida de la fase metanogenica se reduce a mas del 70 % (tal como a del 90 % al 95 % o mas) de la solucion acuosa de entrada, o el sistema en dos fases acuosa y en aceite, en donde el proceso se lleva a cabo en un tanque cerrado o una laguna que contienen un lecho de lodo o de microorganismos suministrados por un flujo ascendente.
2. 2. El proceso segun la reivindicacion 1, en el que la solucion acuosa o el sistema en dos fases acuosa y en aceite son una corriente de efluente acuoso de destilacion de bebida espirituosa.
3. 3. El proceso segun la reivindicacion 1, en el que la solucion acuosa o el sistema en dos fases acuosa y en aceite son una solucion/un sistema procedentes de la production de queso, la production de azucar o el procesamiento de hortalizas.
4. 4. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el proceso es un proceso continuo.
5. 5. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la salida llquida de la fase metanogenica no se recicla.
6. 6. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fase metanogenica se lleva a cabo en un reactor seleccionado del grupo que consiste en reactores de lecho de lodo anaerobicos, reactores anaerobicos de flujo ascendente de manto de lodos, reactores de lecho fluidizado y reactores de lecho empaquetados.
7. 7. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fase metanogenica es precedida por una fase acidogenica distinta.
8. 8. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo ademas el seguimiento (tal como por espectroscopla de masas con plasma inductivamente acoplado (ICP)) el contenido de al menos un micronutriente, en particular, al menos un metal micronutriente en la fase metanogenica del proceso anaerobico, para que una cantidad de dicho al menos un micronutriente se pueda anadir a la fase metanogenica en respuesta a los resultados del seguimiento.
9. 9. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fase metanogenica se lleva a cabo en dos fases, una fase de entrada de DQO al 70-90 % seguida de una fase de entrada de DQO al 30-10 %.
10. 10. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tiempo de retention hidraulico en la fase metanogenica es desde 5 a 15 dlas.
11. 11. El proceso segun la reivindicacion 8, en el que el seguimiento del contenido de al menos un micronutriente comprende:

    medir la cantidad del al menos un micronutriente en el material llquido sujeto a la digestion anaerobica o en la alimentation a una fase metanogenica del proceso;

    medir la cantidad del mismo al menos un micronutriente en el efluente del proceso o procedente de la fase metanogenica del proceso; y

    estimar la cantidad del al menos un micronutriente a anadir a la fase metanogenica para mantener el crecimiento de microorganismos en la fase metanogenica basandose en la diferencia entre la cantidad en el material llquido o la alimentacion y la cantidad en el efluente y en el crecimiento esperado de los microorganismos en la fase metanogenica.
12. 12. El proceso segun la reivindicacion 11, en el que el al menos un micronutriente se selecciona del grupo que consiste en hierro, cobalto, nlquel, vitaminas y selenio.
13. 13. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo ademas la recogida de estruvita solida (NH4MgPO4'6H2O) despues de la fase metanogenica del proceso.
14. 14. El proceso segun la reivindicacion 13, en el que tras la salida de la fase metanogenica de una corriente de salida, al menos una parte del dioxido de carbono se desprende de la corriente de salida y se obtiene estruvita.
15. 15. El proceso segun las reivindicaciones 13 o 14, en el que la corriente de salida se transporta a lo largo de tuberlas o canerlas flexibles, para prevenir o minimizar la formacion de estruvita sobre una superficie interna de una canerla o una tuberla y/o en el que la corriente de salida se filtra o se somete a un proceso de hidrociclon para aislar la estruvita de la corriente de salida y/o en donde la corriente de salida despues de la separacion de estruvita se 5 procesa adicionalmente mediante concentracion del llquido o evaporacion para dar un producto solido que comprende nitrogeno, fosforo y potasio.