Residuos (Parte 2) (2014)

Resumen Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Ingeniería Mecánica - 2º curso
Asignatura Tecnologías del medio ambiente y sostenibilidad
Año del apunte 2014
Páginas 6
Fecha de subida 02/11/2014
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Residuos (parte 2) La digestión anaeróbica (AD):  Descomposición anaeróbica de la materia orgánica resultante de la gasificación parcial, licuefacción y la mineralización - Se puede aplicar a: residuos sólidos y / o lodos de aguas residuales - General, incluye: la conversión de residuos y la estabilización de residuos (figura)  Energía a partir de residuos: La digestión anaeróbica de biomasa de residuos húmedos / sustratos tales como: - Los lodos de depuradora, lodos - El estiércol animal, así como los residuos agrícolas y subproductos - Residuos orgánicos digeribles (alimentos y agroindustrias) - Residuos Municipales - Cultivos Energéticos Es un proceso natural en el cual los microorganismos descomponen la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, para producir: - Biogás (principalmente una mezcla de alrededor de 60% de metano y dióxido de carbono del 40%) - Digestato (un fertilizante rico en nitrógeno) El biogás puede ser: - Quemado directamente en una caldera de gas para producir calor o - Quemado en una unidad combinada de calor y electricidad (CHP) para producir calor y electricidad o - Limpiado para eliminar el dióxido de carbono y otras sustancias, para producir biometano -> este puede ser inyectado en la red nacional de gas para ser utilizado de la misma manera como el gas natural, o se utilizan como combustible para vehículos  Los residuos orgánicos: Tienen una preparación especial antes de la digestión -> adición de humedad a fin de formar una suspensión, adición de nutrientes, etc mayoría de los lodos: el origen de las aguas residuales municipales y no industrial - Residuos sólidos; lodos de aguas residuales: se caracterizan sobre la base de: - El porcentaje total de sólidos (TS) = la cantidad de material sólido (o materia seca) que queda después de eliminar la humedad de una muestra = parámetro de diseño importante - Sólidos volátiles (VS): fracción expresan como un porcentaje de las TS; es la cantidad de material combustible en una muestra (el resto es ceniza) Los productos finales de la EA = metano primaria (CH4), dióxido de carbono (CO2) y residuos orgánicos estables Beneficios de la AD: reducción de los lodos de contenido orgánico, la destrucción de la mayoría de los patógenos, reducción de volumen, productos valiosos, como el CH4, etc.
 Etapas de la digestión anaeróbica Hay cuatro claves biológicos (agentes acidógenos, acetógenos, metanógenos bacterias están implicadas) y etapas químicas de la digestión anaeróbica: 1) la reacción química de hidrólisis - Moléculas orgánicas complejas se descomponen en azúcares simples, aminoácidos, ácidos grasos y con la adición de grupos hidroxilo 2) proceso biológico de acidogénesis - Un desglose por agentes acidógenos en moléculas más simples, ácidos grasos volátiles (AGV), se produce amoníaco produciendo, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno como subproductos 3) proceso biológico de acetogénesis - Las simples moléculas de acidogénesis se digieren adicionalmente por acetógenos para producir dióxido de carbono, hidrógeno y ácido acético principalmente 4) proceso biológico de la metanogénesis - El metano, dióxido de carbono y el agua son producidos por los metanógenos Una ecuación química genérica simplificada del proceso global: C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4  La digestión anaeróbica: necesidades nutricionales, etc.
- La atención a las necesidades nutricionales de las bacterias que degradan los sustratos de residuos. Los nutrientes más importantes para las bacterias son de carbono y nitrógeno, pero estos dos elementos deben ser proporcionados en la proporción adecuada. De lo contrario, el amoníaco puede acumularse hasta niveles que pueden inhibir la microorganismos: o - La adecuada relación C / N para MSW orgánico puede ser diferente de la de otras materias primas tales como el estiércol o aguas residuales de lodos En general, las condiciones óptimas para la digestión anaeróbica de materia orgánica son pH casi neutro, temperatura constante (termófilo o mesófilo), tasa de alimentación relativamente consistente, C / N relación de 20: 1 a 30: 1 Si la concentración de sólidos> 40% TS -> agua debe ser añadida a causa reducida área de contacto a disposición de los microorganismos AD significa inhibición proceso - -  Productos de Digestión Anaerobia: i) biogás - Se genera biológicamente, sustituye a los combustibles fósiles y puede ser producido a partir de desechos orgánicos - Biogás se compone principalmente de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y una mezcla de gases traza incluyendo nitrógeno, sulfuro de hidrógeno (H2S), hidrógeno, nitrógeno, monóxido de carbono, etc por lo general CH4 ≈ 60%, 40% CO2≈ (metano es inodoro, incoloro y el principal componente del gas natural) - Biogás pueden ser quemados en su forma natural en una variedad de aplicaciones y si se limpian que se pueden poner directamente en la red de gas natural: se utiliza para la iluminación, la calefacción, la cocina, etc.
-biogas compuesta de 65% de metano rendimientos 5857 kcal / m3 -la calidad del biogás producido afecta a su utilidad final. La principal preocupación = la presencia de sulfuro de hidrógeno (un subproducto metabólico de las bacterias reductoras de azufre en el digestor) -> sulfuro de hidrógeno puede corroer rápidamente el equipo de generación de gas-manipulación y electricidad en la planta ii) digestato ii.1) fibra; digestato acidogénica - Material orgánico estable compone en gran parte de la lignina y quitina, sino también de una variedad de componentes minerales en una matriz de células bacterianas muertas; que puede ser utilizado como abono o para hacer productos de bajo grado de construcción, tales como tableros de fibra ii-2) Licor: digestato metanogénica - Líquido (digestato metanogénica); rico en nutrientes y puede ser utilizado como fertiiser dependiendo de la calidad del material que se digirió - Los niveles de elementos potencialmente tóxicos (PRES) deben ser evaluados químicamente.
Esto dependerá de la calidad de la materia prima inicial. En el caso de los residuos biodegradables más limpia y una fuente separada por arroyos los niveles de PTE serán bajos.
En el caso de los residuos procedentes de la industria de los niveles de PTE pueden ser más altos y tendrán que ser tenidos en cuenta a la hora de determinar un adecuado Endu se para el material iii) Las aguas residuales - A partir del contenido de humedad de los residuos original que fue tratada, pero también incluye el agua producida durante las reacciones microbianas en los sistemas de digestión - Contiene alta DBO, DQO -> requiere tratamiento antes de que se libera en los cursos de agua o alcantarillas  Configuraciones de Digestión Anaerobia: i) Lotes y carga continua - Lote = la forma más simple -> biomasa añadido al reactor al comienzo y sellado para la duración del proceso; sufrir de olor - Continuo = el tipo común -> materia orgánica está en constante agregado o añadido en etapas en el reactor; los productos finales están constantemente o periódicamente eliminan la producción de biogás constante ii) De una etapa y de etapas múltiples tanques de digestión - De una sola etapa = todas las reacciones biológicas se producen dentro de un solo reactor sellado sencillo para diseñar, construir y operar, el costo más bajo, pero menos control - De dos etapas o de múltiples etapas diferentes recipientes de digestión = -> control máximo sobre las comunidades bacterianas -> hidrólisis, acetogénesis, acidogénesis recipiente de reacción primero -> material orgánico se calienta luego a la temperatura operacional necesaria (ya sea mesófila o termófila) antes de que se bombea a un reactor metanogénica -> se requieren mayores tasas de carga, pero los reactores adicionales y sistemas de manipulación En Europa ≈ 90% de la capacidad AD = sistemas de una sola etapa instalados; 10% en dos etapas iii) Temperaturas operativas mesófilas y termófilas Bacterias metanógenos se desarrollan en dos rangos de temperatura: - - Termofílico = rápido crecimiento, tiempo de reproducción: 10 a 15 días, que operan en una banda estrecha de temperatura centrada en 55 ° C aumenta las necesidades de energía de calor Mesófilas = crecimiento más lento, el tiempo de reproducción de hasta 30 días, toleran un rango más amplio de temperaturas; 35 ° C es óptima pero puede tolerar temperaturas mucho más bajas -> Requisitos de energía más bajos .
En algunos países europeos, como España, la digestión anaerobia mesófila es la opción más ampliamente extendido iv) Alto contenido de sólidos (también llamados sistemas secos) y bajo contenido de sólidos (sistemas húmedos) - Material de alimentación es típicamente diluye con agua para lograr los sólidos deseables - Corriente de material de alimentación preparado menos de 15% TS = húmedo; TS más de 1520% = sistemas -dry secos = prevalentes en Europa: el 60% de la capacidad del digestor de una sola etapa - Alto contenido de sólidos -> suspensión espesa -> más aporte de energía para mover y procesar requisito tierra la materia prima más baja debido a los menores volúmenes asociados a la humedad - Los bajos sólidos -> material de transporte utilizando bombas; entrada de energía inferior; requerir mayor cantidad de tierra debido a los volúmenes de aumento. Βenefits: líquido de contacto circulación ambiente entre las bacterias y su comida  La digestión anaeróbica: varios temas i) El tiempo de residencia -> varía con la cantidad y tipo de material de alimentación, la configuración del sistema de la digestión y si es de una sola etapa o de dos etapas - Una etapa de digestión termofílica ≈ 14 días (relativamente rápido) Requerimientos nutricionales -> importante: nitrógeno, fósforo -> suficiente en las aguas residuales municipales y lodos, pero pueden no ser suficientes en los desechos industriales ii) refinamiento biogás Sulfuro de -hidrógeno = producto tóxico de la descomposición anaeróbica de sulfatos contenidos en la materia prima de entrada. Este sulfuro de hidrógeno se libera como un componente traza del biogás. Si los niveles de sulfuro de hidrógeno en el gas son altos, será necesario el lavado de gases y equipos de limpieza para procesar el biogás iii) maduración digestato - Elementos tales como la lignina no pueden ser descompuestos por los microorganismos anaerobios. También el digestato puede contener amoniaco que es fitotóxico y obstaculizará el crecimiento de plantas si se utiliza como material de mejora del suelo -> etapa de maduración o el compostaje es necesaria después de la digestión ...