Tecnologías para el tratamiento de purines. Jose Lucas ... - Altercexa

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 las
necesidades de los cultivos.
Valorizar técnica y económicamente el residuo.
Minimizar costes de transporte, si éste es
necesario.
Remover y/o recuperar nutrientes valorizables
(N, P, etc.).
Reducir “preferiblemente eliminar” patógenos.
Producir energía renovable.
Estabilizar/aislar el vertido si no es posible su
valorización.

NUTRIENTES QUE PUEDEN REDUCIRSE O
RECUPERARSE DE LAS DEYECCIONES GANADERAS
Nutrientes que
Pueden reducirse
NITRÓGENO
CARBONO
N2 (g)
CH4
CO2
Nutrientes que
Pueden recuperarse
NITRÓGENO
FÓSFORO

ESTRATEGÍAS TECNOLÓGICAS BASADAS EN LA GESTIÓN
DEL NITRÓGENO (Flotats, 2009) -.1.-
- Recuperación del Nitrógeno -
ESTRATEGIAS OBJETIVO OBSERVACIONES
Separación de
Fases
Stripping de
amoníaco y
absorción
Concentración
térmica
(Evaporación al vacío
y secado)
Precipitación de
sales de amonio
(estruvita)
Compostaje/FES
Separar fases para favorecer
tratamientos posteriores.
Recuperar de Nitrógeno en forma
amoniacal o aguas amoniacales.
Concentrar nutrientes para favorecer
el transporte.
Recuperar nitrógeno en forma de
sales de fósforo y amonio.
Recuperar nitrógeno en forma
orgánica.
Aplicable a deyecciones líquidas.
Aplicable a fracciones líquidas.
La DA previa favorece el
proceso.
La evaporación se aplica a FL y
el secado a FS. La DA previa
favorece el proceso.
Aplicable a fracciones líquidas.
Previa reducción de MO.
La DA favorece el proceso.
Deben prevenirse las pérdidas
de amonio por volatilización

ESTRATEGÍAS TECNOLÓGICAS BASADAS EN
LA GESTIÓN DEL NITRÓGENO -.2.-
- Eliminación del Nitrógeno -
ESTRATEGIA
OBJETIVO
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
+
NH4
amonio
-
NO2
nitrito
-
NO3
nitrato
N2
nitrógeno
molecular
NITRIFICACIÓN PARCIAL + (NP) – OXIDACIÓN ANAEROBIA
DE AMONIO (ANAMMOX)
+
NH4
NO2 -
+ 1,5O2 +
+
2H H2O
- Nitrificación controlada hasta lograr NO2/NH4 = 1,32.
+
+
NH4
+
1,32NO2
- Reacción Anammox.
-
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 n 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 m 3 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
Lípidos
(grasas, aceites,…)
Ácidos Grasos
de cadena larga,
alcoholes
H2
CO2
Metano
(CH4)
MATERIALES ORGÁNICOS
Hidratos de
Carbono
(fibras, azúcares,
almidón,…)
Fuente: Flotats,
2008
Proteínas
(cárnicas,
vegetales,)
Compuestos
Inorgánicos
Monosacáridos
Aminoácidos
Compuestos NO
biodegradables.
Inertes
Ác. propiónico
Ác. butírico
Ác. valérico
Ác. Orgánicos
Nitrógeno
amoniacal
Ácido acético
Bicarbonatos
HCO3 + H +
Ac - + H +
Amoniaco
NH3 + H +
Biogás
(CO2)gas
(CO2)ac +
H2O
Importante
Equilibrio Químico

ESQUEMA GENERAL DE UNA PLANTA DE
BIODIGESTIÓN DE PURINES
Purines
Pretratamiento
Gasómetro
Biogás
Purificación
Cogeneración
Homogenización
REACTOR
BIOLÓGICO
Energía
Calorífica
Energía
Eléctrica
Recirculación
Digestato
Autoconsumo
Venta
Post-tratamiento
Separación de
Fases
Recuperación
de Nutrientes
Secado

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. Balance
beneficio/coste.
Necesidad de fertilización.
Manejo de los vertidos en las granjas.
Implicación de los ganaderos en la gestión y
tratamiento de los vertidos.
Posibilidad y viabilidad de co-gestión / co-tratamiento
con la participación de otros tipos de vertidos.

CO-DIGESTIÓN ANAEROBIA
TRATAMIENTO CONJUNTO DE RESIDUOS ORGÁNICOS
DIFERENTES CON EL OBJETIVO DE:
Aprovechar la complementariedad de las
composiciones para permitir perfiles de procesos más
eficaces.
Compartir instalaciones de tratamiento.
Unificar metodologías de gestión.
Amortiguar las variaciones temporales en composición
y producción de cada residuo por separado.
Reducir costes de inversión y explotación.
PRINCIPAL
VENTAJA
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

CARACTERÍSTICAS RELATIVAS
PARA LA CODIGESTIÓN
ORIGEN
RESIDUO
MICRO Y
MACRO
NUTRIENTES
RELACIÓN
C/N
CAPACIDA
D TAMPÓN
(alcalinidad)
MO
BIODEGRA-
DABLE
RESIDUOS
GANADEROS
ALTO BAJO ALTO BAJO
LODOS DE
DEPURADORAS
ALTO MEDIA MEDIA MEDIA
RESIDUOS
INDUSTRIA
ALIMENTARIA
BAJO 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