VII JORNADAS TÉCNICAS DE SANEAMIENTO Y DEPURACIÓN Producción y Aprovechamiento de Biogás en la Depuración de las Aguas Residuales Urbanas

Ponencia

Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

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[

Autores: Laura Pastor Alcañiz Jose Antonio Pascual Valero

]

Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila Depuración de Aguas del Mediterráneo

Índice

1. Antecedentes 2. Objetivos 3. Descripción planta piloto 4. Sistema TAnD 5. Monitorización de patógenos

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Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Antecedentes •

Evolución tecnología aprovechamiento energético de biogás Optimización de la digestión anaerobia: – Incremento producción de biogás y su calidad – Obtener un lodo con valor agronómico • Legislación vigente: – Directiva 86/278 (relativa a la protección del medio ambiente y en particular, de los suelos en la utilización de lodos de depuradora en agricultura) CUARTO BORRADOR: que modifica la Directiva 86/278 – Real Decreto 1310/1990 (por el que se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrario)

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Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Antecedentes

•

Borrador Directiva de lodos de la Unión Europea – Metales pesados (Cd, Hg, Pb, Cu, Cr, Ni y Zn) – Compuestos orgánicos (PBC, dioxinas, furanos…) – Microorganismos patógenos • Escherichia coli < 1x103 ufc/g (peso seco) • Clostridium perfringens: máximo 3x103 esporas/g (peso seco) • Ausencia de Salmonella sp. en 50 gramos (peso fresco)

•

Proceso clasificado como tratamiento avanzado en el Anexo I del cuarto borrador: “Estabilización aerobia o anaerobia a temperatura mínima de 55ºC durante un periodo continuo de tiempo de al menos 4 horas. Las plantas deben de ser diseñadas para mantener una temperatura de al menos 55ºC con un tiempo de retención medio suficiente como para estabilizar el fango”

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Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Antecedentes

•

Digestión Anaerobia Termófila (TAnD): • •

•

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Digestión anaerobia termófila Rango de temperatura 50 – 65 ºC

Características Sistema TAnD: • • • • • •

Elevadas velocidades de reacción Menor tiempo retención Elevada producción de biogás Mayor resistencia a la formación de espumas Mejor deshidratabilidad del fango obtenido Eliminación de patógenos

• • •

Proceso menos estable (controversia en la literatura) Elevada concentración de AGV en estado estacionario Arranque del proceso

Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila Depuración de Aguas del Mediterráneo

Índice

1. Antecedentes

2. Objetivos 3. Descripción planta piloto 4. Sistema TAnD 5. Monitorización de patógenos

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Objetivos •

Diseño y construcción de una planta piloto TAnD

•

Resultados de la planta piloto TAnD instalada en la EDAR de Molina de Segura – Rendimientos de eliminación de materia volátil y de patógenos – Producción de biogás – Viabilidad del fango como enmienda orgánica al suelo

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Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila Depuración de Aguas del Mediterráneo

Índice

1. Antecedentes 2. Objetivos

3. Descripción planta piloto 4. Sistema TAnD 5. Monitorización de patógenos

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Descripción planta piloto

• •

Caudal de diseño: 25.000 m3/día Población: 290.000 habitantes.

• • • • • • •

Decantación Fangos activos Coagulación, floculación, filtración Ultravioletas Espesador de gravedad Espesador mecánico Estabilización anaerobia

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TAnD

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Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Descripción planta piloto

• Elementos planta piloto: •

Reactor-digestor (15 m3)

•

Bomba de alimentación de fangos

•

Electroválvula de descarga del fango

•

Sistema de agitación

•

Sistema de calefacción

•

Línea de gas: caudalímetro de gas y válvula de sobrepresión

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•

Sondas de proceso

•

SCADA de control

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Descripción planta piloto

VÁLVULA AUTOMÁTICA DE VACIADO

SONDA Tª y CONDUCTIVIDAD RECIRCULACIÓN

BOMBA DE ALIMENTACIÓN DE FANGO VACIADO DE LA PLANTA

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Descripción planta piloto

ENTRADA FANGO SONDA Tª Y COND

CAUDALÍMETRO DE ENTRADA INTERCAMBIADOR DE CALOR CAUDALÍMETRO DE GAS

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Índice

1. Antecedentes 2. Objetivos 3. Descripción planta piloto

4. Sistema TAnD 5. Monitorización de patógenos

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Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Operación planta piloto ESTRATEGIA DE ARRANQUE DEL DIGESTOR:

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•

Siembra con fango mesófilo de la EDAR Molina de Segura

•

Subida de temperatura a 55ºC directamente

•

Sin alimentar durante 20 días

•

Velocidad de carga orgánica inicial = 0,7 kg SV/m3·d

•

Incremento progresivo de la velocidad de carga orgánica hasta 1.0 - 1.6 kg SV/m3·d

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Sistema TAnD PERIODO A: Arranque digestor

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Sistema TAnD

Período A

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Período B

Período C

Período D

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Sistema TAnD

Entrada mayor proporción fango primario

Período A

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Período B

Período C

Período D

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Sistema TAnD

Resultados concordantes con la bibliografía: “El aumento de la concentración de ácidos grasos volátiles está relacionado con la disminución en la producción de biogás” 18

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Sistema TAnD

Parámetro

DA Mesófila

Período B

Período C

Período D

130,9

0,3

0,4

0,6

% MS

5,9

5,7

5,1

4,4

% MV

75,0

74,0

73,4

74,0

Carga (kg SV/m /d)

0,8

1,0

1,1

1,6

% MS

3,3

3,0

2,8

2,8

% MV

61,8

63,6

63,1

62,3

Rendimiento EV (%)

45,9

38,6

38,1

42,0

Tiempo retención (d)

59,3

40,8

34,7

20,3

Tª (ºC)

38,1

54,6

52,5

53,9

pH

7,7

7,8

7,6

7,9

Conductividad (mS/cm)

----

10,1

10,6

10,9

Redox

----

-18,7

-14,6

-38,7

226,0

2850,8

2627,0

2.031,9

3.245,0

5.066,6

3.974,4

3.973,8

0,1

0,5

0,6

0,5

0,48

0,38

0,47

0,53

1,09

1,05

1,40

1,30

3

ENTRADA

Qdiario (m /d)

SALIDA

3

AGV (mg/l) ALC (mg CaCO3/l)

BIOGÁS

AGV/ALC

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3

Nm /kgMValim 3

Nm /kgMVelim

% CH4: FECHA 10/10/2011 20/10/2011 21/10/2011 22/10/2011 24/10/2011

CH4 (%) 52,4 63,3 61,6 61,5 62,4

Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Sistema TAnD

ESTUDIO COMPARATIVO DESHIDRATABILIDAD

1. Test de jarreo: se determina tipo y dosis mínima de floculante 2. Test de drenaje: se valora la velocidad y cantidad de agua drenada

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Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Sistema TAnD Test de jarreo

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•

Dosis óptima: 3 veces menor para fango mesófilo. A escala real esta diferencia no debe ser tan elevada.

•

Mezclado de fango (TF) con el polímero es más costoso en el termófilo que mesófilo

•

El flóculo con fango termófilo es más resistente que el mesófilo (TR)

•

Proceso de refloculación: el mezclado de ambos fangos con el polímero es del mismo orden, mejorando también en este caso la resistencia a la rotura en el fango termófilo

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Sistema TAnD Test de drenaje: Se observa que la velocidad de drenaje de agua, así como el volumen drenado, es mayor para el caso del fango termófilo

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Sistema TAnD Conclusiones deshidratabilidad: •

•

•

Demandad de floculante (dosis):

•

La dosis a nivel de laboratorio para la correcta floculación del fango termófilo, es casi 3 veces superior a la dosis necesaria con fango mesófilo.

•

No obstante se espera que esta diferencia no sea tan elevada a escala real.

Resistencia de la rotura de los flóculos:

•

Tanto en la resistencia a la rotura de la floculación, como en la resistencia a la rotura de la re floculación, los flóculos formados con el fango termófilo, son mucho más resistentes que los del fango mesófilo.

•

Esto indica que se puede alcanzar una mayor sequedad a la salida.

Agua drenada:

•

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El fango termófilo ofrece una mayor velocidad de drenaje de agua, así como un mayor volumen de agua escurrida. Ventaja para la deshidratación ya que la cantidad de agua retenida por el fango termófilo es menor, separándose de él más fácilmente.

Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Sistema TAnD Tamaño de partícula

Fango termófilo: menor cantidad de partículas grandes

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Experiencia piloto: digestión anaerobia termófila

Sistema TAnD Balance energético:

Considerando: Poder calorífico biogás: 5000 Kcal/m Rend. Combustión en calderas: 80% Pérdidas en intercambio: 5%

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Producción EE en Motogeneración: 1,8 kwh/m Precio medio EE: 8,73 c€/kwh

Necesidad calor en calderas Caudal de gas en calderas EE eq.

Unidades

Mesófilo

Termófilo

Kcal/h

208.732

359.616

Nm3/h

56

96

kwh/h

100

173

76.621

132.007

Coste €/año calentamiento Sobrecoste €/año calentamiento Producción Nm3/kg Mva específica Capacidad kwh/día Generación Incremento €/año generación BALANCE EE 25

€/año

55.386 0,47

0,53

5.149

5.806

3

TAnD: Permite trabajar a menor TRH Reducción Volumen Digestor: 33 %

BALANCE NETO: Considerando