TECNOLOGÍAS PARA EL

TRATAMIENTO DE PURINES

Taller Demostrativo sobre el Aprovechamiento Energético de Purines en Extremadura

Diciembre, 2010

TRATAMIENTO:

Combinación integrada de operaciones unitarias dirigidas a modificar las características de las deyecciones con el fin de adecuarlas al plan de

gestión de nutrientes.

OBJETIVOS ESENCIALES DE LOS

TRATAMIENTOS

Adecuar la producción de los residuos a lasnecesidades de los cultivos.

Valorizar técnica y económicamente el residuo.

Minimizar costes de transporte, si éste esnecesario.

Remover y/o recuperar nutrientes valorizables(N, P, etc.).

Reducir “preferiblemente eliminar” patógenos.

Producir energía renovable.

Estabilizar/aislar el vertido si no es posible suvalorización.

NUTRIENTES QUE PUEDEN REDUCIRSE O RECUPERARSE DE LAS DEYECCIONES GANADERAS

Nutrientes que

Pueden reducirse

Nutrientes que

Pueden recuperarse

NITRÓGENO

CARBONO

FÓSFORO

NITRÓGENO

CH4

CO2

N2 (g)

ESTRATEGÍAS TECNOLÓGICAS BASADAS EN LA GESTIÓN DEL NITRÓGENO (Flotats, 2009) -.1.-

- Recuperación del Nitrógeno -

ESTRATEGIAS OBJETIVO OBSERVACIONES

Separación de

Fases

Separar fases para favorecer

tratamientos posteriores.Aplicable a deyecciones líquidas.

Stripping de

amoníaco y

absorción

Recuperar de Nitrógeno en forma

amoniacal o aguas amoniacales.

Aplicable a fracciones líquidas.

La DA previa favorece el

proceso.

Concentración

térmica(Evaporación al vacío

y secado)

Concentrar nutrientes para favorecer

el transporte.

La evaporación se aplica a FL y

el secado a FS. La DA previa

favorece el proceso.

Precipitación de

sales de amonio(estruvita)

Recuperar nitrógeno en forma de

sales de fósforo y amonio.

Aplicable a fracciones líquidas.

Previa reducción de MO.

La DA favorece el proceso.

Compostaje/FESRecuperar nitrógeno en forma

orgánica.

Deben prevenirse las pérdidas

de amonio por volatilización

ESTRATEGÍAS TECNOLÓGICAS BASADAS EN LA GESTIÓN DEL NITRÓGENO -.2.-

- Eliminación del Nitrógeno -

ESTRATEGIAOBJETIVO OBSERVACIONES

Nitrificación –

Desnitrificación (NDN)

Remover N mediante oxidación

del amonio a nitrito/nitrato y

posterior reducción a N2 gas.

Aplicable a fracciones líquidas.

Se requiere materia orgánica

biodegradable para la

desnitrificación (microflora

heterótrofa).

Nitrificación parcial –

oxidación anaerobia de

amonio

(NP – anammox)

Eliminar N mediante nitrificación

parcial del amonio a nitrito y

posterior reducción a N2 gas.

Aplicable a fracciones líquidas.

Debe minimizarse la MO, pues

es contraproducente

(competencia emtre

poblaciones bacterianas).

Menores requerimientos

energéticos que el NDN

convencional.

TECNOLOGÍAS PARA LA REDUCCIÓN DEL NITRÓGENO

NITRIFICACIÓN / DESNITRIFICACIÓN (NDN)

N orgánico

+NH4amonio

-NO2nitrito

-NO3nitrato

N2nitrógeno molecular

NITRIFICACIÓN PARCIAL (NP) – OXIDACIÓN ANAEROBIA

DE AMONIO (ANAMMOX)

- Nitrificación controlada hasta lograr NO2/NH4 = 1,32.

+NH4

- Reacción Anammox.

+NH4

+ +

+

1,5O2

1,32NO2

NO2-

-

+2H H2O

+

+

1,02N2+ 0,26NO3-+ 2,03H2O

DIGESTIÓN ANAEROBIA:

Descomposición biológica (en ausencia de

oxígeno) de las sustancias orgánicas que da como

resultado la producción de una mezcla de gases

(BIOGÁS) con una concentración de metano

mayoritaria (CH4= 55-80%) y un producto con alto

grado de mineralización (DIGESTATO)

Planta centralizada de digestión anaerobia de

purines en Dinamarca

Planta de digestión anaerobia en explotación

ganadera en Alemania

CONDICIONES GENERALES QUE DEBEN

CUMPLIRSE EN PROCESOS DE D.A.

Anaerobiosis estricta.

Condiciones reductoras rigurosas.

Respetar las exigencias

específicas de cada grupo de

bacterias involucradas;

ausencia de inhibidores,

condiciones de temperatura,

el pH y la presencia en

cantidades adecuadas de

micro y macronutrientes.

FACTORES FÍSICO-QUÍMICOS DE INTERÉS EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

pH: se plantea un intervalo permisible de

6.5 – 7.8, siendo óptimo entre 6.9 –7.2.

Temperatura: los valores óptimos para

régimen mesofílico y termofílico están

comprendidos en el intervalo de 35 – 40°C y

50 – 55°C, respectivamente.

Potencial amortiguador: la relación entre

los ácidos grasos volátiles (AGV) y la

alcalinidad total debe mantenerse por debajo

de 0.3

REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE INTERÉS EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

Concentración de la carga orgánica inicial: este

requerimiento es dependiente de la estrategia

tecnológica que se siga. En reactores avanzados puede

llegar hasta 40 kg de demanda química de oxígeno

(DQO) por m3 de digestor por día.

Relación entre la DQO:N:P: oscila en los intervalos de:

100:(1-10):(0-1.5)

Relación entre DQO:N:P:S: se recomienda la

relación 400:5:1:0.2.

Sustancias trazas: algunos oligoelementos a

determinadas concentraciones son necesarios para el

desarrollo de la biomasa, valores por encima de

determinados umbrales pueden provocar la inhibición

del proceso.

FASES DE DIGESTIÓN ANAEROBIA

Bacterias hidrolíticas–acidogénicas Bacterias

acetogénicas

Bacterias metanogénicas

hidrolíticas y acetogénicas

DESINTEGRACIÓN E HIDRÓLISIS ACIDOGÉNESIS ACETOGÉNESIS METANOGÉNESIS

MA

TER

IALES

OR

GÁ

NIC

OS

Lípidos

(grasas, aceites,…)

Hidratos de

Carbono

(fibras, azúcares,

almidón,…)

Proteínas

(cárnicas, vegetales,)

Compuestos

Inorgánicos

Ácidos Grasos

de cadena larga,

alcoholes

Monosacáridos

Aminoácidos

Compuestos NO

biodegradables.

Inertes

Metano

(CH4)

(CO2)gas

Biogás

H2

CO2

Ácido acético

Ác. propiónico

Ác. butírico

Ác. valérico

Nitrógeno

amoniacal

Ác. Orgánicos

Bicarbonatos

HCO3 + H +

Ac - + H +

Amoniaco

NH3 + H +

(CO2)ac +

H2O

Fuente: Flotats,

2008

ESQUEMA GENERAL DE UNA PLANTA DE BIODIGESTIÓN DE PURINES

Purines Pretratamiento

Homogenización

Gasómetro

REACTOR

BIOLÓGICO

Digestato

Post-tratamiento

Separación de

Fases

Recuperación

de NutrientesSecado

Purificación Cogeneración

Energía

Calorífica

Energía

Eléctrica

Autoconsumo

Venta

Biogás

Recirculación

ELEMENTOS QUE AFECTAN EL

ESTABLECIMIENTO DE LOS TRATAMIENTOS

Características estructurales del residuo: composición/concentración/interacciones.

Incentivos económicos para la producción de energía(legislación).

Costes por concepto de transporte. Balancebeneficio/coste.

Necesidad de fertilización.

Manejo de los vertidos en las granjas.

Implicación de los ganaderos en la gestión ytratamiento de los vertidos.

Posibilidad y viabilidad de co-gestión / co-tratamientocon la participación de otros tipos de vertidos.

CO-DIGESTIÓN ANAEROBIA

Aprovechar la complementariedad de lascomposiciones para permitir perfiles de procesos máseficaces.

Compartir instalaciones de tratamiento.

Unificar metodologías de gestión.

Amortiguar las variaciones temporales en composicióny producción de cada residuo por separado.

Reducir costes de inversión y explotación.

TRATAMIENTO CONJUNTO DE RESIDUOS ORGÁNICOS DIFERENTES CON EL OBJETIVO DE:

Aprovechamiento de la sinergia de lasmezclas, compensando las carencias de cadauno de los sustratos por separado. LA CO-DIGESTIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS HARESULTADO EXITOSA TANTO EN RÉGIMENTERMÓFILO COMO MESÓFILO

CARACTERÍSTICAS RELATIVAS

PARA LA CODIGESTIÓN

ORIGEN

RESIDUO

MICRO Y

MACRO

NUTRIENTES

RELACIÓN

C/N

CAPACIDAD

TAMPÓN

(alcalinidad)

MO

BIODEGRA-

DABLE

RESIDUOS

GANADEROSALTO BAJO ALTO BAJO

LODOS DE

DEPURADORASALTO MEDIA MEDIA MEDIA

RESIDUOS

INDUSTRIA

ALIMENTARIABAJO ALTO BAJO ALTO

POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS DE

ALGUNOS RESIDUALES ORGÁNICOS (PSE probiogás, 2010)

TIPO CONTENIDO ORGÁNICO SV(%)PROD. DE

BIOGÁS (m3/T residuo)

Intestinos y Contenidos Hidratos de carbonos, proteínas, lípidos 15-20 50-70

Fangos de flotación 60-70% proteína y 30-35% lípidos 13-18 90-130

BBO (tierras filtrantes de

aceites con bentonita)80% lípidos y 20% otros orgánicos 40-45 350-450

Aceites de Pescado 30-50% lípidos 80-85 350-600

Suero 75-80% lactosa y 20-25% proteínas 7-10 40-55

Suero Concentrado 75-80% lactosa y 20-25% proteínas 18-22 100-130

Hidrolizado carne-huesos 70% proteína y 30% lípidos 10-15 70-100

Mermeladas 90% azúcares, ácidos orgánicos 50 300

Aceite soja/margarinas 90% aceites vegetales 90 800-1000

Bebidas Alcohólicas 40% alcohol 40 240

Fangos Residuales Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas 3-4 17-22

Fangos Res. Concentrado Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas 15-20 85-110

FORSU Separado en Origen Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas 20-30 150-240

José Lucas Pérez Pardo

Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental