Tecnologías para Tratamiento de Purines, Valorización Energética

1. TECNOLOGÍAS PARA EL
TRATAMIENTO DE PURINES
Taller Demostrativo sobre el Aprovechamiento Energético de
Purines en Extremadura
Diciembre, 2010

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. 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.

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

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 de
sales de amonio Previa reducción de MO.
sales de fósforo y amonio.
(estruvita) La DA favorece el proceso.
Recuperar nitrógeno en forma Deben prevenirse las pérdidas
Compostaje/FES
orgánica. de amonio por volatilización

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 la
Desnitrificación (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 nitrificación
oxidación 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. TECNOLOGÍAS PARA LA REDUCCIÓN DEL
NITRÓGENO
NITRIFICACIÓN / DESNITRIFICACIÓN (NDN)
+ - -
N NH4 NO2 NO3 N2
orgánico 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. 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 Planta de digestión anaerobia en explotación
purines en Dinamarca ganadera en Alemania

9. 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.

10. 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

11. 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.

12. FASES DE DIGESTIÓN ANAEROBIA
Bacterias hidrolíticas–acidogénicas Bacterias Bacterias metanogénicas
acetogénicas hidrolíticas y acetogénicas
DESINTEGRACIÓN E HIDRÓLISIS ACIDOGÉNESIS ACETOGÉNESIS METANOGÉNESIS
Ácidos Grasos
Lípidos
H2 Metano
de cadena larga,
(grasas, aceites,…) CO2 (CH4)
alcoholes
MATERIALES 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. ESQUEMA GENERAL DE UNA PLANTA DE
BIODIGESTIÓN DE PURINES
Gasómetro Purificación Cogeneración
Purines Pretratamiento
Biogás
REACTOR Energía Energía
Homogenización
BIOLÓGICO Calorífica Eléctrica
Recirculación
Digestato Autoconsumo
Venta
Post-tratamiento
Separación de Recuperación Secado
Fases de Nutrientes

14. 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.

15. 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.
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. CARACTERÍSTICAS RELATIVAS
PARA LA CODIGESTIÓN
MICRO Y CAPACIDAD MO
ORIGEN RELACIÓN
MACRO TAMPÓN BIODEGRA-
RESIDUO NUTRIENTES C/N
(alcalinidad) DABLE
RESIDUOS
GANADEROS ALTO BAJO ALTO BAJO
LODOS DE
DEPURADORAS ALTO MEDIA MEDIA MEDIA
RESIDUOS
INDUSTRIA BAJO ALTO BAJO ALTO
ALIMENTARIA

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 50-70
Fangos de flotación 60-70% proteína y 30-35% lípidos 13-18 90-130
BBO (tierras filtrantes de
80% lípidos y 20% otros orgánicos 40-45 350-450
aceites con bentonita)
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

18. José Lucas Pérez Pardo
Centro de Investigación e Ingeniería Ambiental