Bloque I Introducción Biogas Antonio Morán

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PRODUCCIN DE BIOGS MEDIANTE DIGESTIN ANAEROBIA

PRODUCCIN DE BIOGS MEDIANTE DIGESTIN ANAEROBIA

Universidad de Len

OCTUBRE 2010Antonio Morn

Xiomar Gmez

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ndice

1. Introduccin a los procesos biolgicos

2. Qumica y microbiologa del proceso de digestin

anaerobia

3.Variables que afectan al proceso de digestin

4. Sistemas de digestin

5. Produccin y composicin del biogs

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Tratamiento de aguas residuales

Tratamiento de residuos slidos

Fangos activos (WAS)

Anaerobios

Lecho suspendido

Pelcula fija

Aerobios

UASB

Filtros

Compostaje Dig Anaerobia

Introduccin a los procesos biolgicos

4

Lodos primarios

Agua residual

Pre-tratamiento

Sedimentacin primaria

Sedimentacin secundaria

Lodos secundarios

Digestor anaerobio

Biogs

Tratamiento biolgico

Deshidratacin

Secado trmicoBioslidos

Para aplicacin agrcola


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Definiciones

Slidos Totales

Slidos Voltiles

Slidos fijos

Slidos suspendidosSlidos sedimentablesSlidos disueltos


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Definiciones

DBO: Utilizado para aguas (Medida relacionada con el oxgeno necesario para oxidar la materia orgnica por los microorganismos)


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Definiciones

DQO: Utilizado para aguas (Medida relacionada con el oxgeno necesario para oxidar la materia orgnica)


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Ecuacin de Monod

Relacin entre el crecimiento bacteriano y el consumo del substrato

Cs : Concentracin del substratoCx : Concentracin de biomasarmax : Velocidad especfica de degradacin en su valor mximoKs : Constante de saturacin

CsKCsCxr

dtdCs

s

max

+=


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2. Qumica y microbiologa del proceso

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Qumica

Conversin de la materia orgnica en biogs

Microbiologa

Utilizacin de diversos grupos de microorganismos en condiciones

anaerobias

Biometanizacin Transformacin de la materia orgnica mediante la ayuda de

microorganismos para generar biogs como producto principal y un digerido que puede ser utilizado como acondicionador de suelos

Qumica y microbiologa del proceso

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El proceso de la digestin anaerobia se puede representar, de forma qumica mediante la reaccin:

CmHnOp rCH4 + sCO2 +H2O,

donde r + s = m.


Energa perdida como calorEnerga en los productos finalesEnerga perdida en la respiracinEnerga sintetizada en protoplasma

Energa no utilizada como resultado de la falta de aceptores de hidrgeno

Conversin de energa en el metabolismo anaerobio

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Compuestos Orgnicos complejosProtenas Carbohidratos Lpidos

amino azcares

cidos

cidos alcoholes

grasos

Compuestos

orgnicos insolubles

Com. orgnicos solubles

Productos intermedios:Ac. Propinico

Ac. Butrico, etc.

Acetato

NH3-N

H2S

Hidrgeno

CO2CH4CO2


Hidrlisis

Acidificacin

Acetognesis

Metanognesis

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3. Variables que afectan al proceso de digestin

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Variables que afectan al proceso de digestin

Caractersticas del sustrato:Se pueden diferenciar para el sustrato (Pfeffer, 1992):

Solubilidad: mejora la accesibilidad de los microorganismos.Granulometra y humedad: determinan las posibilidades de bombeo, tipo y tamao del digestor.

Biodegradabilidad: si el sustrato es poco biodegradable precisarmayores tiempos de residencia para su degradacin, lo que repercutir en los costes de operacin.Concentracin de sustrato en la corriente de entrada al digestor: la dilucin del sustrato permitir ajustar el contenido de slidos y nutrientes ptimos en el alimento para el funcionamiento del proceso.

Estructura y composicin qumica: el conocimiento de la composicin qumica permite adecuar el balance de nutrientes a las necesidades del proceso, ya que las poblaciones bacterianas involucradas en la digestin requieren un aporte de nutrientes suficientes para poder crecer.

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Eliminar la estratificacin trmica, manteniendo una temperatura uniforme en todo el digestor.

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La temperatura

pH y alcalinidad

cidos grasos voltiles y de cadena larga

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Parmetros utilizados para evaluar el funcionamiento de los digestores

Slidos Totales y Slidos VoltilespH y Alcalinidad

Volumen del gas y composicincidos grasos voltiles

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Materiales que causan inhibicin

Debida a materiales solubles que estn disponibles para los microorganismos

Metales pesados (Cu, Zn)

Sulfuros

Detergentes sintticos

cidos grasos de cadena larga

NH3

Sales (Na+, K+, Ca++)

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ndice

4. Sistemas de digestin

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Compostaje

Digestin

Anaerobia

Consumo energtico de

50 75 kWh elec/ton RSU

Produccin de energa de

75 150 kWh elec/ton RSU

Sistemas de digestin

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23

Basados en el contenido total de slidos

Bajo (10% ST)

Medio (15 20 % ST)

Alto (22 40 % ST)

Basados en el tipo de operacin

Una sla etapa

Multi-etapas

Por Tandas

Digestor en Tilburg (Holanda)


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Parmetros utilizados:

Tiempo de retencin hidralica -TRH- (d)

Carga orgnica (kg SV/d* m3 reactor)

Produccin especfica biogs -PEG-

(m3gas/ton SV)

Reduccin de SV (%)

TRH = V / Q


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Sistemas en una sola etapa Hmedo

Seco

Se prefieren debidos a la simplicidad en el diseo y el menor coste de instalacin

Suelen presentar separacin de fases en el interior del reactor (densos y ligeros)

Short-circuit (pre-cmaras)

Cargas mximas (OLRmax) de 8 kgSV/m3 d

Los equipos de transporte de la alimentacin son ms costosos

Los reactores son de flujo pistn lo que simplifica el diseo interior (no se necesita mezcla)

Requieren menor volumen de agua, no presentan perdida de SV debidas a los pre-tratamientos

No short-circuit

Cargas mximas (OLRmax) de 12 kg/m3 d


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E. Trmica

Bioresiduo

Molino

Pulper

Contaminates Arena

Sistema hidrodinmico de separacin

Reactor

BiogsE. elctrica

Central de produccin de energa

Deshidratacin

CompostajeAgua de procesoFertilizante lquido

Proceso BTA de una sola etapa

E. trmica


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Residuo separado

Reactores

Generacin de

electricidad y calor

Fertilizante lquido

Digerido

Compostaje

Sistema Kompogas


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Valorga


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Sistemas en dos etapas


Presentan un coste de instalacin mayor

No se ha traducido en un mayor rendimiento de biogs pero si en una mayor estabilidad en el proceso

Las variabilidades en la carga son tamponadas por la primera fase

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Molino

Separacin magntica

Pulper

Contaminantes

Inertes

Separacin de pesados

Reactor de hidrlisis

Reactor de pelcula fija

Biogs

Biogs

Reactor

Proceso BTA multi-etapa


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31


32

Residuo pretratado

Agua de procesoBiogs

Reactor

CalorDeshidratacin

Residuo

Agua excedente

Tanque de hidrlisis y suspensin buffer

Residuos ligeros

Sedimentos

SuspensinPulper

Tamiz

Linde (Digestin en hmedo)


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Residuo pre-tratadoCalibrador

Biogs

Sistema de extraccin

Deshidratacin

ResiduoAgua de procesoReactor de flujo pistn

Linde (Digestin seca)


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5. Produccin y composicin del biogs

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35

Digestor Mesoflico

Digestor Termoflico

Arranque a partir de inculo mesoflico

Arranque a partir de inculo mesoflico

Evaluacin de su funcionamiento

Energa obtenida

TRH PEG Carga orgnica

Alimentacin

LP:FORSU (22%)

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Produccin y composicin del biogs

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130Kompogas

100Linde

100-200DRANCO

100-150WAASA

80-160Valorga

80-120BTA

Rendimiento(m3/ton m3 alimentada)

Proceso

Rendimientos de produccin de biogs para distintas tecnologas


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Linde(Dig hm)

40.000 tn/aBurgos

Linde(Dig hm)

73.000 tn/aMadrid

Linde(Dig seca)

15.000 tn/aValladolid

Valorga182.500 tn/a (4 digestores 4.000 m3)

La Corua


Cadiz


Barcelona(Ecoparque II)

ProcesoCaractersticasCiudad


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Componente Porcentaje

Metano 60 80

Gas Carbnico 30 40

Nitrgeno 1 - 2

Monxido de Carbono 0 - 1.5

Oxgeno 0,1

cido Sulfhdrico 0 - 1


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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIN

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