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José Lucas Pérez Pardo memorias purines extremadura 2010 c 1

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Tecnologías para Tratamiento de Purines, Valorización Energética

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José Lucas Pérez Pardo memorias purines extremadura 2010 c 1

  1. 1. TECNOLOGÍAS PARA ELTRATAMIENTO DE PURINES Taller Demostrativo sobre el Aprovechamiento Energético de Purines en Extremadura Diciembre, 2010
  2. 2. 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.
  3. 3. 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.
  4. 4. NUTRIENTES QUE PUEDEN REDUCIRSE O RECUPERARSE DE LAS DEYECCIONES GANADERAS NITRÓGENO N2 (g) Nutrientes que Pueden reducirse CH4 CARBONO CO2 NITRÓGENO Nutrientes quePueden recuperarse FÓSFORO
  5. 5. ESTRATEGÍAS TECNOLÓGICAS BASADAS EN LA GESTIÓN DEL NITRÓGENO (Flotats, 2009) -.1.- - Recuperación del Nitrógeno -ESTRATEGIAS OBJETIVO OBSERVACIONES Separación de Separar fases para favorecer Aplicable a deyecciones líquidas. Fases tratamientos posteriores. Stripping de Aplicable a fracciones líquidas. Recuperar de Nitrógeno en forma amoníaco y La DA previa favorece el amoniacal o aguas amoniacales. absorción proceso.Concentración La evaporación se aplica a FL y térmica Concentrar nutrientes para favorecer el secado a FS. La DA previa(Evaporación al vacío el transporte. y secado) favorece el proceso.Precipitación de Aplicable a fracciones líquidas. Recuperar nitrógeno en forma desales de amonio Previa reducción de MO. sales de fósforo y amonio. (estruvita) La DA favorece el proceso. Recuperar nitrógeno en forma Deben prevenirse las pérdidasCompostaje/FES orgánica. de amonio por volatilización
  6. 6. ESTRATEGÍAS TECNOLÓGICAS BASADAS EN LA GESTIÓN DEL NITRÓGENO -.2.- - Eliminación del Nitrógeno - ESTRATEGIA OBJETIVO OBSERVACIONES Aplicable a fracciones líquidas. Remover N mediante oxidación Se requiere materia orgánica Nitrificación – del amonio a nitrito/nitrato y biodegradable para laDesnitrificación (NDN) posterior reducción a N2 gas. desnitrificación (microflora heterótrofa). Aplicable a fracciones líquidas. Debe minimizarse la MO, pues Nitrificación parcial – es contraproducente Eliminar N mediante nitrificaciónoxidación anaerobia de (competencia emtre parcial del amonio a nitrito y amonio poblaciones bacterianas). posterior reducción a N2 gas. (NP – anammox) Menores requerimientos energéticos que el NDN convencional.
  7. 7. TECNOLOGÍAS PARA LA REDUCCIÓN DEL NITRÓGENO NITRIFICACIÓN / DESNITRIFICACIÓN (NDN) + - - N NH4 NO2 NO3 N2orgánico amonio nitrito nitrato nitrógeno molecular NITRIFICACIÓN PARCIAL (NP) – OXIDACIÓN ANAEROBIA +DE AMONIO (ANAMMOX) + - + NH4 + 1,5O2 NO2 + 2H + H2O - Nitrificación controlada hasta lograr NO2/NH4 = 1,32. + - -NH4 + 1,32NO2 1,02N2 + 0,26NO3 + 2,03H2O - Reacción Anammox.
  8. 8. DIGESTIÓN ANAEROBIA: Descomposición biológica (en ausencia deoxígeno) de las sustancias orgánicas que da comoresultado la producción de una mezcla de gases(BIOGÁS) con una concentración de metanomayoritaria (CH4= 55-80%) y un producto con altogrado de mineralización (DIGESTATO)Planta centralizada de digestión anaerobia de Planta de digestión anaerobia en explotación purines en Dinamarca ganadera en Alemania
  9. 9. CONDICIONES GENERALES QUE DEBEN CUMPLIRSE EN PROCESOS DE D.A. Anaerobiosis estricta. Condiciones reductoras rigurosas. Respetar las exigenciasespecíficas de cada grupo debacterias involucradas;ausencia de inhibidores,condiciones de temperatura,el pH y la presencia encantidades adecuadas demicro y macronutrientes.
  10. 10. FACTORES FÍSICO-QUÍMICOS DE INTERÉS EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA pH: se plantea un intervalo permisible de6.5 – 7.8, siendo óptimo entre 6.9 –7.2. Temperatura: los valores óptimos pararégimen mesofílico y termofílico estáncomprendidos en el intervalo de 35 – 40°C y50 – 55°C, respectivamente. Potencial amortiguador: la relación entrelos ácidos grasos volátiles (AGV) y laalcalinidad total debe mantenerse por debajode 0.3
  11. 11. REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE INTERÉS EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA Concentración de la carga orgánica inicial: esterequerimiento es dependiente de la estrategiatecnológica que se siga. En reactores avanzados puedellegar 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 larelación 400:5:1:0.2. Sustancias trazas: algunos oligoelementos adeterminadas concentraciones son necesarios para eldesarrollo de la biomasa, valores por encima dedeterminados umbrales pueden provocar la inhibicióndel proceso.
  12. 12. FASES DE DIGESTIÓN ANAEROBIA Bacterias hidrolíticas–acidogénicas Bacterias Bacterias metanogénicas acetogénicas hidrolíticas y acetogénicasDESINTEGRACIÓN E HIDRÓLISIS ACIDOGÉNESIS ACETOGÉNESIS METANOGÉNESIS Ácidos Grasos Lípidos H2 Metano de cadena larga, (grasas, aceites,…) CO2 (CH4) alcoholesMATERIALES ORGÁNICOS Biogás Hidratos de Carbono Monosacáridos Ácido acético (CO2)gas (fibras, azúcares, almidón,…) Ác. propiónico Bicarbonatos (CO2)ac + Proteínas (cárnicas, vegetales,) Aminoácidos Ác. butírico HCO3 + H + H2O Ác. valérico Ác. Orgánicos Ac - + H + Compuestos Compuestos NO Inorgánicos biodegradables. Nitrógeno Amoniaco Inertes amoniacal NH3 + H + Fuente: Flotats, 2008
  13. 13. ESQUEMA GENERAL DE UNA PLANTA DE BIODIGESTIÓN DE PURINES Gasómetro Purificación CogeneraciónPurines Pretratamiento Biogás REACTOR Energía Energía Homogenización BIOLÓGICO Calorífica Eléctrica Recirculación Digestato Autoconsumo Venta Post-tratamiento Separación de Recuperación Secado Fases de Nutrientes
  14. 14. ELEMENTOS QUE AFECTAN ELESTABLECIMIENTO 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.
  15. 15. CO-DIGESTIÓN ANAEROBIA TRATAMIENTO CONJUNTO DE RESIDUOS ORGÁNICOS DIFERENTES CON EL OBJETIVO DE: 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. Aprovechamiento de la sinergia de las mezclas, compensando las carencias de cada uno de los sustratos por separado. LA CO- DIGESTIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS HA RESULTADO EXITOSA TANTO EN RÉGIMEN TERMÓFILO COMO MESÓFILO
  16. 16. CARACTERÍSTICAS RELATIVAS PARA LA CODIGESTIÓN MICRO Y CAPACIDAD MO ORIGEN RELACIÓN MACRO TAMPÓN BIODEGRA- RESIDUO NUTRIENTES C/N (alcalinidad) DABLE RESIDUOSGANADEROS ALTO BAJO ALTO BAJO LODOS DEDEPURADORAS ALTO MEDIA MEDIA MEDIA RESIDUOS INDUSTRIA BAJO ALTO BAJO ALTOALIMENTARIA
  17. 17. POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS DE ALGUNOS RESIDUALES ORGÁNICOS ) (PSE probiogás, 2010 PROD. DE TIPO CONTENIDO ORGÁNICO SV(%) BIOGÁS (m3/T residuo)Intestinos y Contenidos Hidratos de carbonos, proteínas, lípidos 15-20 50-70Fangos de flotación 60-70% proteína y 30-35% lípidos 13-18 90-130BBO (tierras filtrantes de 80% lípidos y 20% otros orgánicos 40-45 350-450aceites con bentonita)Aceites de Pescado 30-50% lípidos 80-85 350-600Suero 75-80% lactosa y 20-25% proteínas 7-10 40-55Suero Concentrado 75-80% lactosa y 20-25% proteínas 18-22 100-130Hidrolizado carne-huesos 70% proteína y 30% lípidos 10-15 70-100Mermeladas 90% azúcares, ácidos orgánicos 50 300Aceite soja/margarinas 90% aceites vegetales 90 800-1000Bebidas Alcohólicas 40% alcohol 40 240Fangos Residuales Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas 3-4 17-22Fangos Res. Concentrado Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas 15-20 85-110FORSU Separado en Origen Hidratos de carbonos, lípidos, proteínas 20-30 150-240
  18. 18. José Lucas Pérez PardoCentro de Investigación e Ingeniería Ambiental

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